Методология автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов

2.5.1. Классификация методов автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов [2,c.106-132], [6,c.51-65]

Автоматизированное решение задач конструкторского и технологического проектирования должно обеспечивать возможности эффективного использования как предшествующего опыта проектирования, так и осуществление проектирования оригинальных конструкций и технологических процессов. В связи с этим, методы автоматизированного проектирования подразделяются на две основные группы: адресации и синтеза. Системы, основанные методе адресации, называют поисковыми или вариантными. Системы, основанные на методе синтеза, называют генерирующими.

Метод адресации основан на принципе унификации - рациональном сокращении количества вариантов проектирования конструкций и технологических процессов. Для использования этого метода в САПР К и ТП предварительно создают унифицированные конструкторские решения (например, комплексные детали) и унифицированные технологические решения (например, групповые технологические процессы). Метод заключается в нахождении для заданного конкретного случая подходящего унифицированного решения и его настройки в соответствии с заданными конкретными параметрами проектируемого объекта. Поиск осуществляется с помощью поискового описания (адреса), которое определяется кодом, полученным в результате классификации и кодирования проектируемого объекта. При этом возможны три варианта реализации метода адресации:

- если проектируемый объект создан ранее, то задача заключается лишь в его нахождении и соответствующем использовании (документировании на бумажных носителях, использовании для дальнейших этапов подготовки производства и т.д.); поэтому этот метод называют полным заимствованием;

- если проектируемый объект отличается от найденного унифицированного только параметрами (размерами, моделями оборудования и др.) и полностью совпадает по структуре (топологии конструкции, количестве и содержанию операций и др.), то задача заключается в настройке (изменении) значений параметров унифицированного объекта (размерных, моделей оборудования и др.); поэтому этот метод называют заимствованием с параметрической настройкой;

- если проектируемый объект отличается от найденного унифицированного как структурой (топологией конструкции, количеством и содержанием операций технологического процесса и др.), так и параметрами (размерами, моделями оборудования и др.), то задача заключается в изменении структуры унифицированного решения путем исключения из него отдельных фрагментов или элементов (элементов конструкции, операций технологического процесса и др.) и в настройке (изменении) значений параметров унифицированного объекта; поэтому этот метод называют заимствованием со структурной и параметрической настройкой;

Метод синтеза основан на создании конструкции или технологического процесса из отдельных, более простых составляющих - фрагментов и/или элементов. Очевидно, что этот метод наиболее рационально использовать в тех случаях, когда отсутствуют унифицированные решения создания объекта в целом, то есть невозможно применение метода адресации. Кроме того, этот метод используется для создания унифицированных решений, которые впоследствии будут использованы для проектирования методом адресации.

Различаются три варианта реализации метода синтеза:

- в случае, если имеются ранее созданные унифицированные фрагменты решений (фрагменты конструкций и технологических процессов), то они используются как отдельные модули, в результате объединения которых осуществляется синтез объекта проектирования; поэтому этот метод называется синтезом из фрагментов;

- в случае, если унифицированные фрагменты отсутствуют, то в качестве объектов, из которых осуществляется синтез, используются простейшие элементы (например, для проектирования графических изображений в качестве таких элементов могут быть: точка, отрезок, окружность, дуга, цилиндр, призма, конус, шар и др.; для проектирования технологических процессов в качестве элементов могут использоваться: технологические операции, переходы, модели технологического оборудования, обозначения инструментов и др.); поэтому этот метод называется синтезом из элементов;

- третья разновидность метода синтеза основана на использовании логических правил и аналитических зависимостей между входными (исходными) данными для проектирования (например, для разработки технологического процесса в качестве таких данных используются данные из рабочего чертежа детали) и возможными вариантами проектируемого объекта (например, технологического процесса); этот метод называется чистым синтезом.

2.5.2. Укрупненная структура процесса автоматизированного проектирования в САПР К и ТП [2,c.91-106], [6,c.238-257]

Процесс автоматизированного проектирования начинается с постановки задачи проектирования – детального описания объекта проектирования (например, при разработке конструкции таким описанием является техническое задание на проектирование изделия, а при разработке технологического процесса - рабочий чертеж изделия и данные о типе производства). На следующем этапе осуществляется разработка проектных решений - создание электронных моделей объекта проектирования с помощью САПР К и ТП, образы которых можно воспроизвести на экране дисплея и осуществлять над ними манипуляции (при проектировании конструкций это может быть чертеж детали, при проектировании технологических процессов - технологические карты). На этом этапе осуществляется классификация и группирование изделий, моделирование и синтез конструкций и технологических процессов. На этапе оценки проектных решений осуществляется проверка возможности реализации разработанных решений (например: отсутствие столкновений элементов изделия в процессе работы, возможность размещения их в заданном пространстве и др.), а также определяются экономические показатели разработанных решений, на основании которых осуществляется выбор рационального (оптимального) варианта. Причем процесс разработки и оценки проектных решений должен быть итерационным, то есть после разработки решения осуществляется его оценка, на основании которой определяется направление в корректировке параметров решения, их изменение и последующая оценка. Этот процесс должен повторяться до тех пор, пока полученное решение не будет удовлетворять выбранному критерию оптимальности. Представление и документирование результатов заключается в автоматическом изготовлении чертежей, технологических карт и другой необходимой документации.

Методы автоматизированного проектирова­ния как конструкций, так и технологических процессов имеют свои особенности. Однако, учитывая, что они взаимосвязаны (так как конструкция определяет технологический процесс, а технологический процесс может влиять на создаваемую конструк­цию) 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 случае, если аналог отсутствует в базе данных, проектирование конструкций и технологических процессов осуществляется путем синтеза из элементов или из фрагментов. По окончании проектирования осуществляется выбор рационального варианта 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 заданным 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.; для технологического процесса: технологические карты, технологические эскизы, эскизы наладок и др.), которая может быть представлена на бумажных и носителях. Необходимо отметить, что в интегрированном ГАП документирование на бумажных носителях зачастую не имеет смысла, поскольку результаты проектирования передаются на оборудование в виде программ для систем ЧПУ.

2.6. Способы создания графических изображений в САПР К и ТП [6,c.119-157], [8,c.61-109]

Задача разработки графических изображений является одной из основных в САПР К (сборочные и рабочие чертежей изделий, чертежи схем и др.) и имеет место в САПР ТП (операционные эскизы, чертежи наладок и др.).

В настоящее время рассматривают три основных способа автоматизированного создания графических изображений в САПР К и ТП:

- графическое редактирование;

- графическое программирование;

- параметризация изображений.

Создание графических изображений в САПР К и ТП осуществляется проектировщиком с использованием специальных программных систем, так называемых, графических редакторов.