Методические указания. В настоящее время наибольшую долю общего объема машиностроительного производства составляет серийное производство

2.1. Введение в САПР К и ТП [1,c. 7-15], [2,c. 3-24], [3,c.3-13], [4,c.5-10], [7,с.5-12], [8,c.8-12]

В настоящее время наибольшую долю общего объема машиностроительного производства составляет серийное производство, причем роль его непрерывно возрастает в соответствии с требованиями современного рынка. Автоматизация такого производства осуществляется с использованием средств, способных оперативно переналаживаться на изготовление различных изделий - гибких автоматизированных производств (ГАП). Полный сквозной цикл производства изделий в ГАП обеспечивается следующими основными взаимосвязанными автоматизированными системами: планирования и организации производства, исследований, конструкторской подготовки производства, технологической подготовки производства, изготовления продукции, контроля качества продукции.

Система планирования и организации производства осуществляет разработку и оптимизацию режимов производственной деятельности предприятия по выпуску требуемых номенклатуры и объема продукции.

Система исследований выполняет поисковые исследования с целью определения оптимальной номенклатуры и характеристик выпускаемых изделий, а также осуществляет функции центра моделирования производственной системы с целью оптимальной организации производства изделий.

Система конструкторской подготовки производства обеспечивает проектирование новых и модернизацию выпускаемых изделий. К основным задачам конструкторской подготовки относятся:

- управление процессом конструкторской подготовки;

- разработка технических заданий на новые изделия, узлы, детали;

- эскизное, техническое и рабочее проектирование изделий;

- стандартизация и унификация конструкций, их элементов и конструкторской документации.

Система технологической подготовки производства осуществляет разработку технологических процессов изготовления изделий, подготовку программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), разработку средств производства (оборудования, оснастки, режущих и мерительных инструментов и др.), необходимых для выполнения разработанных технологических процессов. Технологическая подготовка производства охватывает:

- управление технологической подготовкой производства;

- отработку изделий на технологичность;

- проектирование технологических процессов изготовления и сборки изделий;

- техническое нормирование;

- проектирование специальных инструментов и оснастки;

- технологическую подготовку производства специальных инструментов и оснастки;

- изготовление специальных инструментов, оснастки и их внедрение;

- расчет производственных мощностей и сводных технологических нормативов на изделия;

- подготовку программ для программно-управляемого технологического оборудования;

- типизацию и нормализацию технологических процессов и оснастки.

В результате выполнения своих функций системы конструкторской и технологической подготовки производства создают информационную базу в виде нормативно-технических данных, необходимых для организации управления всем предприятием в целом, включая экономику, материально-техническое снабжение, организацию производства и др.

Система изготовления продукции обеспечивает все операции по реализации разработанных технологических процессов. Эти задачи решаются в ГАП с помощью гибких производственных систем (ГПС).

2.2. Информационная структура процесса автоматизированного проектирования в САПР К и ТП [1,с.16-27], [6,c.6-17], [7,с.13-27]

Процесс проектирования осуществляется в следующей последовательности:

- восприятие исходной информации, содержащейся в задании на проектирование;

- разработка стратегии проектирования;

- поиск необходимой для проектирования информации;

- обработка информации и разработка проектных решений;

- анализ и выбор рациональных вариантов полученных проектных решений;

- документирование результатов.

Совокупность этих этапов процесса автоматизированного проектирования обеспечивается тремя основными подсистемами: информационной, обработки и отображения информации, документирования.

Информационная подсистема обеспечивает процесс проектирования всей необходимой информацией. Она содержит информацию о накопленном ранее опыте, существующих методиках проектирования, включает руководящие, справочные и архивные материалы.

Подсистема обработки и отображения информации обеспечивает процесс проектирования заданных объектов. Она содержит средства ввода-вывода и отображения информации и средства обработки информации.

Подсистема документирования осуществляет представление полученных решений в виде документации на машинных, бумажных или других видах носителей.

По определению (ГОСТ 23501.0-79) "САПР представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации, и выполняющую автоматизированное проектирование".

В соответствие с ГОСТ подсистемы САПР по назначению делят на 2 вида: проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы выполняют проектные процедуры и операции, обеспечивающие собственно проектирование. Обслуживающие подсистемы обеспечивают необходимой информацией проектирующие подсистемы.

2.3. Основные задачи САПР К и ТП [2,c.15-24],[6,c.25-28]

САПР в машиностроении решают задачи конструкторского проектирования (что производить?) и задачи технологического проектирования (как производить?).

Основные задачи конструкторского проектирования: реализация принципиальных схем проектируемых объектов, конструирование отдельных деталей, компоновка узлов и агрегатов, оформление технической документации. При этом одна группа задач определяет геометрические параметры (например, параметры формы) объектов: задачи геометрического проектирования. Другая группа задач обеспечивает синтез структур объектов: задачи топологического проектирования.

Задачами геометрического проектирования являются: геометрическое моделирование и геометрический синтез. Геометрическое моделирование - это решение позиционных и метрических задач на основе преобразования геометрических моделей объектов. Примеры позиционных задач: определение координат точек пересечения элементов геометрических объектов, касания, взаимного расположения объектов и др. Примеры метрических задач: вычисление длины, площади, центра масс, моментов инерции и др. Геометрический синтез - это формирование изображений сложных геометрических объектов из элементарных. Так, например: создание изображений сложных по конфигурации деталей осуществляют с помощью отрезков прямых, окружностей, дуг, поверхностей и др.

Задачи топологического проектирования: компоновка, размещение и трассировка. На основании решения задачи компоновки и размещения определяется рациональное пространственное расположение объектов (например: расположение валов, зубчатых колес и опор в приводе станка). Трассировка позволяет определить пространственное расположение связей (соединений, коммуникаций) между элементами проектируемых объектов (например: проведение трубопроводов между элементами гидравлических, пневматических систем).

Основные задачи технологического проектирования: разработка структур, определение параметров, оптимизация технологических процессов и оформление технологической документации.

При разработке структуры технологического процесса определяется последовательность и состав его элементов: операций и переходов. Решение задачи определения параметров технологического процесса обеспечивает назначение размерных параметров обрабатываемых поверхностей, выбор необходимого оборудования, приспособлений инструментов и др., выполнение необходимых расчетов (режимов обработки, трудоемкости и др.). Оптимизация технологического процесса осуществляется с целью определения наиболее эффективного технологического процесса из возможного множества вариантов технологических процессов изготовления данного изделия.

2.4. Основные общесистемные принципы создания САПР К и ТП [2,c.24-30], [3,c.40-44], [6,c.9-11,c.23-25], [7,с.54-59]

При создании и модификации САПР используются общесистемные принципы: системного единства, адаптации, развития, комплексности, совместимости, унификации.

Принцип системного единства обеспечивает: целостность системы в целом и ее элементов, единство терминов, условных обозначений, систем классификации и кодирования для всех подсистем, средств обеспечения и компонентов САПР, единство информационной и технической базы, используемых языков программирования.

Принцип адаптации предполагает возможность настройки САПР при различных внешних условиях (например, на различных предприятиях) в диапазоне характеристик использования САПР и эффективное ее функционирование.

Принцип развития предполагает возможность дополнения САПР новыми компонентами, совершенствования имеющихся компонентов, а также взаимодействия и расширения взаимосвязей с другими автоматизированными системами.

В соответствии с принципом комплексности САПР создается как интегрированная система, в которой автоматизируется ряд этапов проектирования (в идеале - все этапы), например: поисковые научные исследования, проектирование конструкций изделий и разработка технологических процессов их изготовления.

Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР (например: подсистем научно-технической информации, стандартов, справочных данных и др.) и сохраняет ее открытой в целом (например, САПР конструкций изделий должна быть совместимой с АСУП, САПР технологических процессов изготовления изделий и т.д.).

Принцип унификации ориентирует на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР (например, программных модулей), что обеспечивает их многократное применение в различных САПР.

Разработка САПР - сложная научно-техническая проблема и накопленный опыт позволяет выделить следующие основные особенности их построения:

- САПР создается как человеко-машинная система, то есть важную роль в процессе проектирования с помощью САПР играет инженер, который, во-первых, решает те задачи, формализация которых до сих пор не достигнута, а, во-вторых, принимает решения, которые решаются на основе его эвристических способностей более эффективно, чем с помощью ЭВМ;

- САПР - иерархическая система, основанная на блочно-иерархическом подходе к проектированию. Принцип иерархичности означает структурирование представлений об объектах по степени детальности описаний, что обеспечивается с помощью использования иерархических уровней. Каждый элемент предыдущего уровня может рассматриваться как сложный объект, состоящий из ряда взаимосвязанных объектов последующего уровня, которые, в свою очередь, также могут рассматриваться как сложные объекты. Подобное разделение продолжается вплоть до получения на некотором уровне элементов, которые дальнейшему делению не подлежат. Такие элементы по отношению к рассматриваемому объекту называются базовыми элементами. Например, в металлообрабатывающем станке базовыми элементами являются детали, которые, в свою очередь, являются элементами предыдущих иерархических уровней - сборочных единиц (коробки скоростей, коробки подач, суппорта и др.);

- САПР - совокупность информационно согласованных подсистем, то есть все или большинство задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами (две программы являются информационно согласованными, если все данные, являющиеся объектами переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой);

- САПР - открытая и развивающаяся система, что позволяет постоянно увеличивать и улучшать возможности системы, вводя в нее новые, более совершенные модули;

- САПР - система с максимальным использованием унифицированных модулей, что позволяет оперативно разрабатывать новые специализированные САПР с помощью разработанных ранее модулей.

В настоящее время разрабатывается большое количество САПР, имеющих различные области применения и возможности. Для обеспечения рационального выбора подходящей для заданных условий САПР создана система классификации САПР. В соответствие с ГОСТ 23501.108-85 САПР характеризуют по следующим 8 признакам: типу, разновидности и сложности объекта проектирования, уровню и комплексности автоматизации проектирования, характеру и числу выпускаемых проектных документов, количеству уровней в структуре технического обеспечения САПР. Три первых признака отражают особенности объектов проектирования, следующие четыре - возможности систем, восьмой признак - особенности технической базы САПР.

2.5. Методология автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов [2,c.91-132], [6,c.51-65,с.238-257], [7, с.38-47]

Методы автоматизированного проектирова­ния как конструкций, так и технологических процессов имеют свои особенности. Однако методология автоматизированного проектирования должна опи­раться на создание, так называемых, интегрированных САПР К и ТП, включающих следующие основные процедуры: классификацию и кодирование проектируемого изделия, поиск конструкции изделия-аналога, ее редактирование, поиск и редактирование технологического процесса-аналога. В том случае, когда аналог отсутствует в базе данных, проектирование конструкций и технологических процессов осуществляется путем синтеза из элементов или из фрагментов. По окончании проектирования выбирается рациональный вариант конструкции и технологического процесса из возможных и документирование полученных результатов.

Классификация и кодирование изделий осуществляется с помощью систем классификации и кодирования. В России для этих целей должны использоваться: "Классификатор ЕСКД" и "Технологический классификатор изделий машиностроения и приборостроения". Результатом классификации является определение группы, к которой принадлежит проектируемое изделие, и, соответственно, кода этого изделия. Если в базе данных найдено спроектированное ранее изделие-аналог, то дальнейший процесс проектирования конструкции заключается в редактировании (модификации) аналога. При этом могут быть изменены размерные параметры и отдельные элементы изделия-аналога. В результате будет получена конструкция проектируемого изделия. Если же в базе данных изделия - аналога не обнаружено (так как оно ранее не проектировалось), то приступают к методу проектирования конструкции, основанному на синтезе ее из элементов или фрагментов. Дальнейшее проектирование заключается в разработке технологических процессов изготовления спроектированного изделия, что осуществляется подобно разработке конструкции изделия. В базе данных на основании классификационного кода детали осуществляется поиск техпроцесса-аналога. Если он спроектирован ранее и занесен в базу данных, то он используется как основа (шаблон) для разработки интересующих технологических процессов. Если ранее техпроцесс-аналог не был спроектирован, то осуществляется поиск унифицированных фрагментов и элементов техпроцессов, которые могут быть использованы для проектирования. Выбор рациональных вариантов конструкции и технологического процесса осуществляется по выбранным критериям, например: по критериям наименьшей массы и габаритов, наименьшей себестоимости обработки, наибольшей производительности, наибольшей загрузки оборудования и др. Результатом проектирования чаще всего является техническая документация (для конструкции: сборочные и рабочие чертежи изделий, спецификации, пояснительная записка и др., а для технологического процесса: технологические карты, технологические эскизы, эскизы наладок и др.), которая может быть представлена на бумажных и носителях. Необходимо отметить, что в интегрированном гибком автоматизированном производстве документирование на бумажных носителях зачастую не имеет смысла, поскольку результаты проектирования передаются на оборудование в виде программ для систем ЧПУ.