«САРУС.CAM» – отечественная система для самых амбициозных задач

Технологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ) – краеугольный камень современного производства. После ухода с отечественного рынка зарубежных вендоров на помощь российской промышленности пришел Институт цифровых технологий ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». В его флагманском продукте «САРУС.CAM» воплощен богатейший опыт экспертов и практиков в области разработки управляющих программ для высокотехнологичных станков. О возможностях, преимуществах и перспективах развития системы рассказал руководитель проекта Кирилл Олегович Махов.

Автоматизация в комплексе

«САРУС.CAM»– один из компонентов отечественной импортонезависимой системы полного жизненного цикла «САРУС», релиз которой состоялся в середине 2023 года. С помощью этого комплекса ведущие предприятия ОПК и гражданских отраслей промышленности уже начали разработку высокотехнологичных изделий мирового уровня. В их числе – первый отечественный электрокар «АТОМ».

Такой уровень доверия не случаен: фундаментом для новой системы послужил опыт, равный которому в стране трудно найти.

– ИТ-история РФЯЦ-ВНИИЭФ началась в середине прошлого века. Тогда научный руководитель Юлий Борисович Харитон поставил перед коллективом задачу применить в атомном проекте вычислительные методы – то есть то, что сегодня мы называем информационными технологиями. А поскольку с самого своего создания Российский федеральный ядерный центр входит в число организаций ОПК, мы исторически соблюдаем ограничения по использованию зарубежных технологий, оборудования и цифровых решений, создавая вместо них собственные. Кроме того, РФЯЦ-ВНИИЭФ – предприятие полного цикла, и автоматизация производства всегда была одной из его ключевых задач. Этот колоссальный опыт и лег в основу «САРУСа» и составляющих его систем, в том числе CAM-системы.

«САРУС» обеспечивает сквозную 3D-технологию в единой для всех систем среде поддержки жизненного цикла изделия с детальной конструкторско-технологической проработкой. Его применение ускоряет, упрощает, удешевляет и повышает качество конечной продукции.

Комплекс входит в реестр отечественного ПО, сертифицирован по требованиям ФСТЭК РФ и обеспечивает защиту важной информации до уровня «Совершенно секретно». Решение подходит как для предприятий оборонно-промышленного комплекса, так и для гражданских отраслей промышленности: авиа-, судо-, машиностроения и других.

– Чем CAM-система Института цифровых технологий отличается от других отечественных и зарубежных аналогов?

– Главное – это не отдельный продукт, а часть единого комплекса. Уже 25-30 лет назад в мире возникло понимание, что не должно быть отдельно CAD, CAE, CAM – должна быть единая CAD/CAE/CAM-система. Однако большинство зарубежных аналогов подошли к этому объединению механически: начинаясь с некой базовой системы, они позднее либо разрабатывали дополнительные, либо присоединяли сторонние, поглощая их создателя. То есть выбрали путь интеграции разрозненных продуктов. В конечном счете это привело их к ряду проблем, которые они сейчас стараются не слишком афишировать – но и преодолеть не могут.

Наша же система изначально разрабатывалась как комплексное решение. Оно позволяет эффективно реализовать единый интерфейс, единую базу и единое информационное пространство для управления цифровой моделью данных инженерных приложений, включая обеспечение целостности модели при различных модификациях и обеспечение контроля взаимосвязей между различными объектами. Что в свою очередь обеспечивается бесшовной интеграцией и единством данных (которые можно также импортировать из широкого спектра сторонних CAD-систем) – без необходимости конвертации, исключив риски дублирования данных и появления «паразитных» сущностей.

Изначальное единство создает мощную связь между триадой инженерных задач: конструкторской, технологической и производственной. Ни одно отечественное решение такой системностью не обладает. Теоретически аналог функциональности можно собрать из нескольких профессиональных систем, но вряд ли удастся добиться той синхронизации и глубокого взаимодействия, которую обеспечивает наш продукт.

От стандартной 2D-обработки до непрерывной 5-осевой

Продуманность тут во всем. Например, в создании продукта принимали участие специалисты UX/UI. Отсюда современный дизайн интерфейса, на который приятно смотреть и с которым удобно работать: грамотная компоновка главного окна, интуитивно понятные иконки команд, удобная справочная система.

Еще одно преимущество «САРУС.CAM» – широкий спектр функциональных возможностей, гармонично сочетающийся с гибкостью и адаптивностью системы.

В системе выделены функциональные блоки:

• «Мастер топологии» – для распознавания зон обработки и создания, ассоциативно связанных с элементами технологической 3D-модели экземпляров конструкторско-технологических элементов;
• «Менеджер инструмента» – для создания и управления объектами системы типа «Инструмент». Позволяет как в автономном, так и в сетевом (с использованием данных справочников) режимах формировать инструментальные сборки различной сложности;
• «Мастер формирования плана обработки» и «Мастер сценариев обработки» – интегральные компоненты разработки управляющих программ для различных видов обработок:
• Токарная. Для создания технологических переходов для 2-, 2,5-осевой (свыше 10 типов) обработки, включая такие как «Токарное нарезание резьбы» и «Токарная обработка винта»;
• Фрезерная. Для создания технологических переходов для 2-, 2,5-, 3-, 4-, 5-осевой (включая как позиционную (3+2), так и непрерывной 5-осевой) обработки (свыше 15 типов, учитывая различные стратегии);
• Электроэрозионная. Для создания технологических переходов для 2- и 4-осевой проволочной обработки;
• Резка». Для раскроя материала с использованием резки, основанной на разных физических принципах (лазерная, плазменная, газовая, гидроабразивная);
• «Постпроцессирование». Для разработки файлов постпроцессоров, в том числе с применением функциональности генератора постпроцессоров, и постпроцессирования управляющих программ для конкретных комплексов «оборудование – система управления»;
• «Аддитивное производство». Для создания технологических переходов для различных типов аддитивных технологий, направленных на изготовление деталей из пластиков и полимеров.

В ближайших планах – развитие новых и оптимизация существующих функциональных возможностей, а также реализация новых направлений и функциональных блоков, среди которых:

• «Шлифовально-заточная обработка»;
• «Клепальные автоматы»;
• «Обработка давлением»;
• «Программирование роботизированного оборудования»;
• «Программирование гибких автоматизированных линий»;
• «Программирование координатно-измерительных машин»;
• «Композиты» (для реализации стратегий изготовления изделий из композитных материалов).

 – Современные технологии, реализованные в нашей разработке, позволяют наиболее эффективно задействовать все возможности оборудования и режущего инструмента. Стратегий достаточно для обработки деталей любой сложности. Если же имеющейся широкой функциональности все же не хватит, с помощью открытого API предприятие может дописать собственные макросы и скрипты, неограниченно расширяя возможности системы. А использование шаблонов обработки, операций, которые наследуют параметры и геометрию от предыдущих операций, а также предустановленных параметров значительно ускоряет процесс и защищает от ошибок, которые могут возникнуть по невнимательности.

Снизить риски разработки некорректной управляющей программы (грозящей, в лучшем случае, порчей заготовки, в худшем – поломкой дорогого оборудования) и оптимизировать ее позволяет и встроенный верификатор. Такую функциональность среди зарубежного ПО обеспечивает лишь одна CAM-система, а также несколько отдельных программных продуктов, требующих дополнительной интеграции. Отечественные решения в этой области и вовсе находятся на зачаточном уровне.

– Наш верификатор, как другие компоненты «САРУСа», бесшовно интегрирован в единое информационное пространство, что значительно ускоряет процессы проверки управляющих программ и снижает вероятность ошибок, связанных с конвертацией и передачей данных.

Верификатор проверяет корректность управляющей программы для станка с ЧПУ в среде цифрового двойника технологической системы, включающей оборудование, крепежную и инструментальную оснастку и другое. Симуляция обработки с учетом кинематической модели станка позволяет контролировать не только угрозу столкновений и опасных сближений компонентов друг с другом, с заготовкой или с крепежными приспособлениями, но и осуществлять контроль и анализ зарезов или недоборов материала. Все это экономит станочное время на этапах отработки управляющей программы и сводит риски брака или порчи оборудования к минимуму, а эффективность его работы – к максимуму.

В отличие от большинства аналогов, «САРУС.CAM» также обеспечивает разработку и отладку файлов постпроцессора. Отдельный функциональный блок позволяет решать эти задачи в том числе с применением функциональности генератора постпроцессоров и постпроцессирования управляющих программ для конкретных комплексов «оборудование – система управления». Есть обширная база готовых постпроцессоров, в том числе для достаточно редких и старых технологических комплексов.

– Применение постпроцессоров возможно только в рамках САМ-системы, для которой они были разработаны. И наличие блока, позволяющего не только использовать существующие в «САРУС.САМ» постпроцессоры, но и автоматизировано разрабатывать новые или адаптировать имеющиеся колоссально сокращает срок перехода при модернизации технологических линий.

Инновации на базе лучшего

– При разработке системы мы были догоняющими. Аналоги, даже отечественные, существуют на рынке уже 25-30 лет, а мы создали ПО за 4 года. Причем от нас требовалась реализация не только ключевой функциональности в части разработки управляющих программ, но и бизнес-логики приложения, которая одновременно позволит применить как лучшие решения и практики, так и облегчит (а в отдельных случаях сделает незаметным) переход специалистов на работу в нашем продукте.

Многие называют фантастикой то, в какой короткий срок мы представили работающее ПО с такой широкой функциональностью. Знакомясь с историей создания нашей системы, люди делятся на две группы: одни просто не верят, что она есть, другие не понимают, как мы смогли.

Быть догоняющими порой даже легче, говорит Кирилл Олегович. Пути разведаны – бери и воплощай самые лучшие, удачные решения. Но это только первый этап.

– Уже сейчас система во многом сравнялась, а в чем-то перегнала аналоги. А дальше что?

– Над вопросом перспектив мы задумались с самого начала. И ответ на него тоже заложили в нашу систему. Не секрет, что главная цель всех систем – максимальная автоматизация процессов. И также не секрет, что несмотря на технический прогресс, истинная кладезь знаний любого производства – люди. Специалисты высочайшей квалификации, конструкторы и технологи, глубоко разбирающиеся в своей области. Их опыт крайне сложно формализовать, потому передача знаний и опыта идет традиционным медленным путем – через наставничество.

Одна из основных задач оптимизации технологической подготовки производства – ускорение перехода от проектирования непосредственно к производству новых деталей и изделий. Хотя конструкторская и технологическая подготовка и идут с использованием систем автоматизированного проектирования, этого недостаточно в условиях особенно сжатых сроков.

Сегодня анализ того, можно ли вообще на предприятии изготовить спроектированное инженером-конструктором, осуществляется после собственно проектировки. Поэтому очень важно, чтобы конструктор глубоко знал технологии и производство. И для сокращения сроков и достижения нужного качества необходимо либо повышать культуру конструкторского проектирования и компетенции специалистов, либо внедрять средства автоматизации, которые позволят инженеру-конструктору с любой квалификацией получить технологичную модель.

– При этом необходимо и совершенствование 3D-моделей деталей. Сегодня именно они становятся исходной информацией для проектирования технологии и разработки управляющих программ.

Современная 3D-модель кроме трехмерной геометрии несет еще и целый ряд дополнительной информации по ее точности и качеству, благодаря которым система должна автоматизировано распознавать конструкторско-технологические элементы детали, подбирать инструменты, рассчитывать режимы обработки и проанализировать множество других данных. Таким образом, по 3D-модели технолог сможет быстро сформировать эффективный маршрут изготовления, а технолог-программист разработать управляющую программу.

Ввиду такой тесной работы вся конструкторско-технологическая подготовка производства должна вестись в едином информационном пространстве с задействованием механизмов САD/САЕ/САМ-систем, направленных на глубокую автоматизацию процессов расчета параметров технологической системы, с учетом данных, полученных на этапах конструкторского проектирования и технологической подготовки производства, для эффективного проектирования обработки и создания управляющих программ. Анализируя эту историю, мы пришли к концепции КТЭ – конструкторско-технологических элементов.

Эта концепция легла в основу проектирования систем САD и САМ «САРУСа». Она описывает метаматематическую модель изделия как совокупности конечного количества сопряженных КТЭ. Каждый конструкторско-технологический элемент – это комплексный объект системы, содержащий в себе сведения о конструкции (включая геометрические параметры, сведения о материале и технические требования) и технологии (сведения о режущем инструменте, режимах обработки и правилах обработки, в соответствии с определенной технологией). И даже самое сложное с точки зрения геометрии изделие может быть представлено как отдельный КТЭ и стать элементом базы знаний. Поэтому в перспективе использование машинного обучения, искусственных нейронных сетей, технологии BigData и базы знаний КТЭ позволит пользователю буквально в один клик формировать управляющие программы для изделий любой сложности.

Для реализации этой концепции в САРУС.САМ предусмотрены:

• «Мастер топологии» – для распознавания элементов технологической модели с последующим разбиением на отдельные зоны и созданием ассоциативно связанных с элементали модели экземпляров конструкторско-технологических элементов;
• «Мастер формирования плана обработки» – для формирования последовательности обработок (технологических переходов), основанной на правилах соответствующей технологии обработки с использованием конструкторско-технологических элементов;
• «Сценарии обработки» – для автоматического расчета параметров стратегии, вспомогательных перемещений и режимов обработки в соответствии с определенным набором правил, которые могут быть предварительно сформированы как пользователем, так и основываться на базе знаний.

– Таким образом наибольшая часть необходимых действий может выполняться автоматизировано. Применение этой технологии позволит исключить рутинные действия технолога-программиста, а также может быть использована как Smart-технология для обучения. Это позволяет сократить временные трудозатраты на разработку управляющей программы и существенно понизить вероятность возникновения ошибок, возникающих по причине человеческого фактора.

Сейчас такая автоматизация на основе КТЭ отрабатывается в рамках САМ. В дальнейшем наработанный опыт планируется транслировать и на другие системы «САРУСа», так что развитие этой идеи открывает дорогу к глубокой автоматизации на всех этапах создания изделия. К той самой мечте фантастов, когда компьютеру можно сказать: «Сделай мне новый истребитель», а она ответит: «Через две недели забирай».

Источник:  https://цифровоепредприятие.рф/sarus-cam-otechestvennaya-sistema-dlya-samyh-ambiczioznyh-zadach/