САПР ТП – системы автоматизированного проектирования технологических процессов

Системы предназначены для разработки технологических процессов, и решения широкого комплекса задач, связанного с этим: выбор заготовки, определение последовательности и содержания технологических операций, выбор основного оборудования, оснастки, инструмента и вспомогательных материалов; расчета режимов резания и норм времени на операциях; заполнения технологической документации.

Большинство САПР ТП предлагает несколько путей создания технологических процессов:

Автоматически. Данные метод применим лишь для несложных типовых деталей, на которые уже имеются и полностью формализованные групповые и типовые технологические процессы.

Проектирование на основе аналога. В настоящее время широко используется. На предприятии изготавливается огромное число деталей, конструкции некоторых из них (а соответственно технологические процессы их изготовления) имеют между собой много общего. Поэтому нет необходимости разработки техпроцессов «с нуля», можно выбрав наиболее близкий прототип, довести его до нужной формы, корректируя и добавляя операции и пр.

Проектирование с нуля. Наиболее трудоемкий процесс. При этом САПР ТП помогает технологу лишь базами данных инструментов, оборудования и пр. и несколько при заполнении документации. Основные проектные решения технолог выдвигает, обдумывает и принимает сам.

На современном этапе САПР ТП являются лишь средством облегчения рутинной (но не творческой) работы технолога, помогая заменить длительные операции по заполнению технологической документации, поиска справочной информации и пр.

Среди наиболее известных на российских предприятиях можно отметить следующие: Компас-Автопроект, T-FlexТехнология, Вертикаль, Техно-Про,SprutTП и пр.

Современные tdm-системы

TDM–TechnologicalDataManagement.

Данные системы, по сути, являются часть САПР, и предназначены для создания технологической документации на изделия, хранения и управления ею.

Выход документации это окончательный этап создания техпроцесса. Техпроцесс вTDM-системах создается в виде структурированного дерева, состоящего из записей на различных уровнях.

Первый уровень – это общие данные о технологическом процессе, эти данные заносятся как «шапка» на технологических документах.

Второй уровень – название операций, технические требований и требований безопасности.

Третий уровень – описание переходов операции.

Четвертый уровень – применяемая оснастка, режущий и измерительный инструмент и пр.

Представление техпроцессов в виде такой структуры позволяет на заключительном этапе формировать любые виды технологических документов (МК, ОК, КТП и пр.)

Среди наиболее известных «чистых» TDMсистем можно отметить следующие –AdemTDM,Techcard,APMTechnologyи пр.

Программные средства компьютерного размерного анализа.

Несмотря на важность задачи технологического и конструкторского размерного анализа на рынке промышленного программного обеспечения сравнительно мало средств для ее решения. Поэтому, даже по сей день, проектировщики пользуются собственными программами, реализованными на обычных языках высокого уровня (BasicдляGraf2;C++ дляKONиGRAKON) или в приложенииMSExcel.

Среди законченных программных продуктов для конструкторского размерного анализа можно выделить Setol6(дляSolidWorks) иMitCalcTolAnalisys. Последний реализован подMSExcelи позволяет решать конструкторские размерные цепи по методу максимуму-минимуму, вероятностным (с различными законами распределения), а также в условиях непостоянной температур и пр. условиях.

Помимо расчетной части (реализованных алгоритмов) программы должны считывать и выдавать графическую информацию, поэтому некоторое CAD-системы и векторные редакторы снабжаются средствами первичного анализа размерных цепей (APMGraph), либо позволяют использовать дополнительные модули (GRAKONдляAutoCAD).

Компания SDI Solu­tion представляет новую версию Комплекса своих программных продуктов, который включает следующие компоненты:

• САПР технологических процессов Time­line. (Скачать бесплатную версию)
• Система материального нормирования (СМН ).
• Система расчета режимов резания (РРР ).

Компоненты Комплекса легко интегрируется с любыми PDM , CAD , CAM системами зарубежных и отечественных вендоров.

Ключевыми задачами технологического Комплекса являются:

• централизованное управление корпоративными справочными данными предприятия и унификация сервисов по их обработке;
• автоматизированное проектирование технологических процессов машиностроительного производства, включающее нормирование материальных и трудовых затрат;
• интеграция компонентов комплекса с CAD , CAM , PDM , MES и ERP системами на основе единых баз данных НСИ и стандартизации протоколов обмена данными.

Основное назначение САПР ТП «Time­line» - это проектирование технологических процессов (ТП ) для различных видов производств и формирование комплекта технологической документации в формате PDF .

Коллектив разработчиков SDI Solu­tion имеет двадцатилетний опыт работы в области автоматизации технологической подготовки производства. Три поколения систем, разработанных специалистами компании, используются на сотнях предприятий России и стран СНГ Смена поколений технологических САПР сопровождалась изменениями пользовательского интерфейса, форматов базы данных, расширением возможности настроек и конфигурирования программного комплекса, а так же перераспределением функций между двумя объектными моделями данных: технологии и управления НСИ .

Основная идея проекта Time­line - это перенос логики взаимосвязи технологических объектов из модели ТП в семантическую модель справочных данных. Это позволяет, с одной стороны, упростить настройку и конфигурирование объектной модели технологии, с другой, расширяет возможности системы управления нормативно-​справочной информации (НСИ ) Seman­tic за счет консолидации знаний о поведении и взаимодействии технологических объектов.

В САПР ТП «Time­line» реализована технология коллективного проектирования ТП . Данный режим позволяет формировать сквозные ТП , состоящий из операций на различные виды производств. В процессе разработки сквозной технологии принимают участие несколько технологов, каждый из которых имеет право на редактирование только своих технологических операций. В системе «Time­line» реализован режим проектирования типовых и групповых процессов предназначенный для разработки технологий на изготовление группы деталей или сборочных единиц.

Реализован расчет расхода лакокрасочных материалов. Расчет ведется по методике - «Общесоюзные нормативы расхода лакокрасочных материалов». Расчет расхода режущего инструмента ведется по методике - «Нормы расхода режущего инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов на единицу продукции» НИАТ от 1977 года.

САПР ТП Time­line унаследовала лучшие интерфейсные решения САПР предыдущих поколений. Многозакладочный механизм, используемый в современных интернет браузерах, позволяет открыть в Time­line несколько файлов технологических процессов и копировать фрагменты технологии между вкладками. Стартовая страница в САПР ТП Time­line позволяет оперативно открывать ранее редактируемые технологии, которые отображаются в виде графических миниатюр чертежа или 3 D-​модели. Наглядная компоновка информации на вкладках и отображение технологических эскизов в практически любых CAD-​системах делают интерфейс системы Time­line простым и интуитивно понятным.

В состав нового комплекса включены расчетные приложения СМН , СТН , РРР , являющиеся составной частью системы «Seman­tic». Все расчеты построены на едином механизме обработки табличных данных по заданному сценарию. Система является открытой и позволяет вносить собственные алгоритмы расчетов с помощью специального модуля администрирования.

Отличительной особенностью разработанного механизма является поддержка любых сценариев расчета в виде мастера, с помощью которого пользователь проходит заданное количество шагов и выбирает в таблицах значения параметров, участвующих в расчете. Результаты расчетов сохраняются в САПР ТП «Time­line», либо во внешней системе, либо в файле формата xls, xml.

Кроме результата, в технологии также сохраняется история расчета, что делает его технически обоснованным, поскольку всегда существует ссылка на первоисточник - справочник, утвержденный на предприятии.

Использование СМН , СТН , РРР в комплексе с САПР ТП «Time­line» позволяет повысить степень автоматизации расчетов, так как часть необходимых исходных данных считывается из технологического процесса, а не вводится вручную.

Введенные в систему «Seman­tic» расчеты режимов резания основаны на справочнике «Режимы резания для токарных и сверлильно-​фрезерно-​расточных станков с числовым программным управлением. Под редакцией В.И.Гузеева. – М.: Машиностроение, 2007 » и содержат следующие алгоритмы:

• черновое и получистовое продольное точение и растачивание;
• чистовое и отделочное точение и растачивание;
• черновое и получистовое подрезание торцев;
• чистовое и отделочное подрезание торцев;
• отрезание резцом;
• прорезание резцами канавок за один или несколько поперечных ходов;
• нарезание резьб резцами;
• сверление;
• рассверливание, цекование, зенкование;
• зенкерование и развертывание;
• нарезание резьб метчиками;
• черновое и получистовое фрезерование плоскостей торцевыми фрезами;
• чистовое и отделочное фрезерование плоскостей торцевыми фрезами;
• фрезерование концевыми фрезами плоскостей и уступов;
• фрезерование пазов концевыми фрезами;
• фрезерование дисковыми, прорезными (шлицевыми), пазовыми и дисковыми угловыми фрезами;
• объемное фрезерование концевыми радиусными фрезами.

Расчет норм расхода основного материала для мерного проката различного профиля реализован на основе алгоритмов, описанных в справочнике «Бабаев Ф. В. Нормирование расхода металлопроката и стальных труб в промышленности. – М.: Машиностроение, 2010 ». В систему внесены электронные таблицы, полностью идентичные таблицам из справочной литературы, по которой настраивался расчет.

Новый технологический Комплекс компании SDI Solu­tion, объединяющий САПР ТП Time­line, систему управления НСИ Seman­tic и расчётные приложения: СТН , СМН , РРР , является составной частью единой системы автоматизации конструкторско-​технологической подготовки производства. Глубокая интеграция комплекса с PDM , CAD , CAM системами зарубежных и отечественных поставщиков позволяет решать задачи, связанные с расчетом трудоемкости, материалоемкости и себестоимости изготовления изделий. При этом обеспечивается единство конструкторского и технологического этапов проектирования на основе централизации и устранения дублирования корпоративных справочных данных предприятия.

1.6 Подсистемы САПР ТП
Структурными составными составляющими САПР являются подсистемы, обладающие
всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это
выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечивающие выполнение
некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных
решений и проектных документов.
Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.
Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. К
проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и
операции, например:
подсистема компоновки изделия;
подсистема проектирования сборочных единиц;
подсистема проектирования деталей;
подсистема проектирования схемы управления;
подсистема технологического проектирования.
Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих
подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР.
К обслуживающим относятся:
подсистема графического отображения объектов проектирования;
подсистема документирования;
подсистема информационного поиска и др.
2

Для успешного внедрения САПР ТП и последующей эффективной работы персонала необходима
разработка внутренних стандартов предприятия на выполнение документации в электронном виде,
разработка технологии проектирования (применение знаний на практике для построения
комплексных систем со сквозной передачей информации), а также наличие службы поддержки
САПР, в обязанности которой должно входить решение как вышеперечисленных задач, так и других
задач, связанных с адаптацией, настройкой, планированием внедрения новых версий ПО,
организацией библиотеки наработок и т.п. Необходимость существования данной службы
значительно возрастает при внедрении систем трехмерного моделирования.
3

4

5

6

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два
вида проектирующих подсистем:
объектно-ориентированные (объектные);
объектно-независимые (инвариантные).
К объектным подсистемам относят подсистемы, выполняющие одну или
несколько проектных процедур или операций, непосредственно
зависимых от конкретного объекта проектирования, например:
подсистема проектирования технологических систем;
подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и
др.
К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие
унифицированные проектные процедуры и операции, например:
подсистема расчетов деталей машин;
подсистема расчетов режимов резания;
подсистема расчета технико-экономических показателей и др.
7

Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде
определенной последовательности проектных процедур и
операций. Проектная процедура соответствует части
проектной подсистемы, в результате выполнения которой
принимается некоторое проектное решение. Она состоит
из элементарных проектных операции, имеет твердо
установленный порядок их выполнения и направлена на
достижение локальной цели в процессе проектирования.
Под проектной операцией понимают условно выделенную
часть проектной процедуры или элементарное действие,
совершаемое конструктором или технологом в процессе
проектирования. Примерами проектных процедур могут
служить процедуры разработки кинематической или
компоновочной схемы станка, технологии обработки
изделий и т.п., а примерами проектных операций расчет
припусков, решение какого-либо уравнения и т.п.
8

9

10.

1.7 Структура САПР
Структура САПР состоит из восьми видов обеспечения.
Методическое обеспечение САПР это комплекс документов, в котором
зафиксированы основные принципы построения системы. К ним
относят также технические и рабочие проекты, а так же
эксплуатационную документацию.
Организационно-правовое обеспечение САПР – это комплекс
документов, в котором зафиксированы функции отдельных
подразделений и взаимодействие между ними, а также права и
обязанности лиц, эксплуатирующих или сопровождающих САПР ТП; в
них фиксируется ответственность лиц за неправильные решение и
несанкционированный доступ к информации.
10

11.

Математическое обеспечение САПР ЛА
Основу математического обеспечения (МО) составляют математические модели (ММ) методы и алгоритмы, по
которым разрабатывается программное обеспечение (ПО), и которые позволяют осуществлять
автоматизированное проектирование. Отличительной особенностью МО является то, что оно не
используется в явном виде, тем не менее, разработка МО является самым сложным этапом создания САПР,
от которого в наибольшей степени зависят производительность и эффективность системы.
МО САПР состоит из двух частей, различающихся по назначению и способам реализации. Первую составляют
математические методы и построенные на их основе математические модели. Они описывают объекты
проектирования, части, позволяют вычислять необходимые свойства и параметры объектов. Во вторую
часть МО входят формализованные описания технологии автоматизированного проектирования.
В первой части МО используют математические модели:
формы и геометрических параметров проектируемого ЛА или его частей;
структуры проектируемого ЛА;
временных и пространственно-временных отношений деталей ЛА в сборке;
функционирования ЛА или его частей;
состояний и значений свойств частей ЛА;
имитирующие функционирование проектируемого объекта.
Модели формы и геометрических параметров – это плоские и объемные изображения объектов проектирования,
выполненные в соответствии с правилами ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП (чертежи, схемы, карты эскизов и т.д.). В
их основе лежит параметрическое моделирование.
Модели структуры – это кинематические, гидравлические, электронные и др. схемы. Для технологического
процесса – это его структура, представленная, например, в виде маршрутной, операционной карты, а в
процессе проектирования – в виде графа.
Модели временных и пространственно-временных отношений – это циклограммы, сетевые графики и т.д.
Модели функционирования – это, например, динамические и кинематические схемы, выполненные в режиме
анимации.
11

12.

12

13.

13

14.

Функциональная ММ это алгоритм преобразования входных
параметров в выходные.
Модели состояний и значений свойств объекта – это формальное
(упрощенное) описание объекта (процесса) в виде отдельных формул,
систем уравнений и т.д. Они предназначены для расчетов параметров
объекта, проведения численных экспериментов (для технологического
проектирования – это математические модели для расчета припусков
и межпереходных размеров, режимов резания и т.д.).
Имитационные (статистические) модели позволяют, учитывая большую
совокупность случайных факторов проигрывать (имитировать) на
ЭВМ многочисленные и разнообразные реальные ситуации, в которых
может оказаться будущий объект проектирования. Имитационные
модели отображают происходящие в объекте процессы при наличии
на него внешних воздействий.
В символических моделях оперируют не значениями величин, а их
символическими обозначениями (идентификаторами).
Аналитические модели представляют собой явно выраженные
зависимости выходных параметров от параметров входных или
внутренних.
14

15.

15

16.

Общая схема модели «Процесс» в САПР ТП
16

17.

Алгоритм отработки изделия на технологичность
17

18.

Обычно, формирование МО САПР начинается с разработки моделей отдельных
компонентов, затем выполняется формирование модели системы из моделей
компонентов. Как правило, модели компонентов разрабатываются специалистами
в прикладных областях (знающими требования к моделям и формам их
представления).
Алгоритмы задаются в процедурном и декларативном виде. На начальной стадии
алгоритмы оформляются в виде таблиц (табличных алгоритмов) или в виде
графических схем. Алгоритмы фиксируются в техническом проекте САПР и на их
основе в дальнейшем разрабатываются программы.
Алгоритм в виде блок-схемы перед программированием существенно облегчает
процесс создания и отладки программы, определения форматов и перечня
переменных, поиск ошибок, редактирование с целью модернизации.
Табличные алгоритмы (ТА) представляют собой таблицы, фиксирующие
определенные способы принятия решений. Иначе говоря, ТА это
декларативное представление алгоритма, позволяющее непроцедурным
образом выразить алгоритм и записать его в базу знаний. Принятие решений
выполняется с помощью универсального модуля, который выбирает таблицу
из базы знаний, обрабатывает ее и принимает решение, соответствующее
входным данным.
18

19.

Пример разработки табличного алгоритма
19

20.

20

21.

Алгоритм проектирования и изготовления оснастки
21

22.

Разработка МО описывающего объекты проектирования, их части, для вычисления
необходимых свойств и параметров объектов, состоит из следующих этапов.
1. Выбор свойств объекта, которые подлежат отражению в модели. Он основан на анализе
возможных применений модели и определяет степень ее универсальности.
2. Сбор исходной информации о выбранных свойствах объекта (входной, выходной
информации, управляемых параметров). Источниками ее являются: опыт и знания
инженера, разрабатывающего модель; содержание научно-технической литературы (прежде
всего справочной); описания прототипов – имеющихся ММ для элементов, близких по
своим свойствам к исследуемому; результаты экспериментального измерения параметров и
т.п.
3. Синтез структуры ММ. Структуру модели можно представить в графической форме, в
виде эквивалентной схемы, алгоритма, графа или блок-схемы. Синтез структуры – это поиск
и упорядочивание аналитических, логических и других зависимостей для преобразования
входных параметров в выходные, и наиболее ответственная операция.
4. Расчет числовых значений параметров ММ (разработка тестового или контрольного
примера). На этом этапе решается задача минимизации погрешности модели заданной
структуры.
5. Оценка точности и адекватности ММ. Здесь устанавливается степень расхождения с
тестовым примеров или с реальным объектом.
6. Разработка и оформление документации к ММ завершает проектирование МО.
Конечная цель разработки МО – получение программного обеспечения (ПО) САПР на
алгоритмическом языке программирования.
22

23.

Схема ассоциативных связей в ММ проектирования ТП
23

24.

Вторая часть МО: формализованные описания технологии автоматизированного
проектирования на основе типовых проектных процедур, таких как
параметрический и структурный синтез.
Создать проект объекта (изделия или процесса) означает выбрать структуру объекта,
определить значения всех его параметров и представить результаты в
установленной форме. Результаты (проектная документация) могут быть выражены
в виде чертежей, схем, пояснительных записок, программ для программноуправляемого технологического оборудования и других документов на бумаге или
на машинных носителях информации. Разработка (или выбор) структуры объекта
есть проектная процедура, называемая структурным синтезом, а расчет (или выбор)
значений параметров элементов процедура параметрического синтеза.
Задача структурного синтеза формулируется в системотехнике как задача принятия
решений (ЗПР). Ее суть заключается в определении цели, множества возможных
решений и ограничивающих условий:
ЗПР= «А,К,Мод,П»,
где А множество альтернатив проектного решения; К=(К1, K2, ..., Km) множество
критериев (выходных параметров), по которым оценивается соответствие решения
поставленным целям; Мод: А К модель, позволяющая для каждого
альтернативного решения рассчитать вектор критериев; П решающее правило для
выбора наиболее подходящей альтернативы.
24

25.

В свою очередь, каждой альтернативе конкретного приложения можно поставить
в соответствие значения упорядоченного множества (набора) атрибутов X =
«х1, x2, ..., хп», характеризующих свойства альтернативы. При этом хi может
быть величиной целой, не целой, символьной, логической и др. Множество X
называют записью (в теории баз данных), фреймом (в искусственном
интеллекте) или хромосомой (в генетических алгоритмах).
Основными проблемами в ЗПР являются:
компактное представление множества вариантов (альтернатив);
построение модели синтезируемого устройства, в том числе выбор степени
абстрагирования для оценки значений критериев;
формулировка предпочтений в многокритериальных ситуациях (т.е.
преобразование векторного критерия К в скалярную целевую функцию);
установление порядка (предпочтений) между альтернативами в отсутствие
количественной оценки целевой функции (что обычно является следствием
неколичественною характера всех или части критериев);
выбор метода поиска оптимального варианта (сокращение перебора
вариантов).
25

26.

В САПР ТП применяют как средства формального синтеза
проектных решений, выполняемого в автоматическом режиме,
так и вспомогательные средства, способствующие выполнению
синтеза проектных решений в интерактивном режиме. К
вспомогательным средствам относятся базы типовых проектных
решений (ТПР), системы обучения проектированию,
программно-методические комплексы верификации проектных
решений, унифицированные языки описания ТЗ и результатов
проектирования.
Структурный синтез, как правило, выполняют в интерактивном
режиме при решающей роли инженера-разработчика, а ПК играет
вспомогательную роль: предоставление необходимых
справочных данных, фиксация и оценка промежуточных и
окончательных результатов. Однако имеются и примеры
успешной автоматизации структурного синтеза: синтез
технологических процессов или оснастки и управляющих
программ для механообработки в машиностроении.
26

27.

Структурный синтез заключается в преобразовании описаний проектируемого
объекта: исходное описание содержит информацию о требованиях к свойствам
объекта, об условиях его функционирования, ограничениях на элементный
состав и т.п., а результирующее описание должно содержать сведения о
структуре, т.е. о составе элементов и способах их соединения и
взаимодействия. Исходное описание, как правило, представляет собой ТЗ на
проектирование, по нему составляют описание на некотором формальном
языке, являющемся входным языком используемых подсистем САПР (см.
лингвистическое обеспечение).
В большинстве случаев структурного синтеза математическая модель в виде
алгоритма, позволяющего по заданному множеству X и заданной структуре
объекта рассчитать вектор критериев К, оказывается известной. Однако в ряде
других случаев такие модели не известны в силу недостаточной изученности
процессов и их взаимосвязей в исследуемой среде, но известна совокупность
результатов наблюдений или экспериментальных исследований. Тогда для
получения моделей используют специальные методы идентификации и
аппроксимации. Если же математическая модель X К остается неизвестной,
то стараются использовать подход на базе систем искусственного интеллекта
(экспертных систем).
27

28.

Проектирование начинается со структурного синтеза, при котором
генерируется принципиальное решение. Таким решением может
быть маршрут техпроцесса обработки, или облик будущего
летательного аппарата, или физический принцип действия
объекта, или одна из типовых конструкций двигателя, или
функциональная схема объекта. Прежде чем приступить к
верификации проектного решения, нужно выполнить
параметрический синтез.
Примерами результатов параметрического синтеза могут служить
геометрические размеры деталей в механическом узле,
параметры режимов резания в технологической операции и т.п.
Полученное решение анализируется и оценивается по критериям
оптимальности. В случае если по результатам анализа проектное
решение признается неокончательным, то начинается процесс
последовательных приближений к более приемлемому варианту
проекта.

Проектирование – процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта на основе его написания или алгоритма его функционирования.

Автоматизир-м называют проектир-е с применением ЭВМ.

САПР – это комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязь с необходимыми подразделениями проектной организации и коллективом специалистов (пользователей системы), выполняемых автоматизированное проектирование.

При создании САПР и их составных частей необходимо руководствоваться принципами:

1.системного единства; 2.совмест-ти; 3.типизации; 4.развития.

Принципы системного единства обеспечивают целостность системы иерархичность проектирования отдельных частей и объекта в целом.

Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытой систему в целом.

Принцип типизации предусматривает разработку и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизируются элементы, имеющие перспективу многократного использования.

Принцип развития дает возможность пополнения, совершенствования и обновления составных частей САПР.

Современные САПР, в том числе и САПР ТП, базируются на информационных технологиях, поэтому для них характерен ряд признаков:

1. объектно-ориентированное взаимод-е человека и ЭВМ;

2. сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки информации на основе интегрированной базы данных;

3. бумажный процесс обработки информации;

4. интерактивный режим решения задач, который выполняется в режиме диалога с ЭВМ;

САПР ТП в компьютерно-интегрир-ном производстве. Элементы интегрированных систем

Усложнение конструкции машин, рост треб-й к качеству требует принятия сложных и эффективных решений в миним-е сроки. Это возможно лишь при автоматизации процесса принятия решений.

Современные информац технологии IT дают возм-ть создания интегр системы поддержки всего ЖЦИ. Последнее нашло отражение в разраб-ке CALS-технологий. Это современные IT, обесп-е автоматизир-ю поддержку решений на отд-х этапах ЖЦИ. CALS-технологии состоят из набора приемов, методич-х и программных продуктов. Чтобы достичь должного уровня взаимод-я промышл автоматизир-х и информац-х систем требуется созд-е единого информац-го пространства. Единое информац-е пространство созд-ся благодаря унификации как формы, так и содерж-я информации о конкретных изд-ях на разных этапах ЖЦИ.

Унификация формы достигается благодаря исп-ю стандартных форматов и языков предст-я инфы при докум-и и межпрограммных обменах.

Унификация содержания обесп-ся разраб-й приложений, закр-х в прикладных CALS-протокалах.

Система международных CALS-стандартов оч широка. Центр-е место в ней занимает стандарт ISO 10303. Этот стандарт опред-т средства описания промышл-х изделий на всех этапах ЖЦИ.

Интегрированная система, имеющ-я единую БД назыв компьютерное интегрированное произв-во.

Элементы интегрированной системы САПР ТП.

CAD – автоматизирован-е проект-е изделий.

CAE – автоматизир-е расчеты и анализ (ANSYS, NASTRAN)

CAM – автоматизир-я технол-я подготовка произв-ва (подготовка программ для станков с ЧПУ): ADEM, SprutCAM, PowerMill.

CAPP – автоматизир-е проект-е ТП: ADEM CAPP, Вертикаль, Компас – Автопроект, ТFLEX – технология.

PDM – управление данными о продукте: Лоцман.

PLM – управление ЖЦИ: Team Center.

ERP – планиров-е и упр-е предпр-ем: Галактика, Мах +

MRP-2 – планир-е произв-ва.

MES – произв-я исполн-я система.

SCM – упр-е цепочками поставок.

SCAD A – диспетчерское упр-е ПП.

CNC – комп-е числовое упр-е.

В структуре компьютерно-интегрированного производства выделяются 3 основные иерархические уровня:

1. уровень (верхний) – уровень планирования (подсистемы планирования).

2. уровень (средний) – уровень проектирования.

3. уровень (нижний) – уровень управления производством (включает подсистему управления производственным оборудованием).

Построение компьютерно-интегрированного производства позволяет решает задачи:

1. информационного производства (отход принципа централизации и переход к необходимой децентрализации на каждом из рассматриваемых уровней).

2. обработки информации (стыковка и адаптация программного обеспечения различных подсистем);

3. физических связей подсистем (создание интерфейсов, т.е. стыковка аппаратных средств ЭВМ).

Стадии разработки САПР ТП

Сложность процесса проектирования зависит от конкретного объекта, размеров и структуры проектной организации. На начальной стадии проектирования принимаются решения, в основе которых лежат эвристические (опытные) соображения с учетом неполных знаний об их влиянии на обеспечение конечной цели. Эта часть проектирования называется СИНТЕЗОМ.

На окончательной стадии проектирования выполняют анализ. Проектирование является циклическим процессом. Между операциями анализа и синтеза существует обратная связь.

Линейная структура (переход к следующему этапу только по завершению предыдущего).

Позволяет вернуться на предыдущий этап

Состав и структура САПР ТП

Составными структурными частями САПР ТП являются подсистемы. В каждой подсистеме решается функционально законченная последовательность задач. САПР ТП состоит из подсистем:

1) подсистемы проектирования;

2) подсистемы обслуживания.

Подсистема – совокупность взаимосвяз-х эл-в, спос-х вып-ть относительно независимые ф-ции и реализовывать подцели, направл-е на достиж-е общей цели системы.

Подсистемы проектирования выполняют процедуры и операции получения новых данных. Они имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап проектирования или группу взаимосвязанных проектных задач, например, подсистема проектирования детали, ТП и т.д.

Обслуживания подсистем имеют общее системное применение и служат для обеспечения функции проектирований систем, например, систем управления БД, системы ввода/вывода данных, передачи данных и т.д.

Виды обеспечения САПР ТП

1. Методическое обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения проектирования.

2. Информационное обеспечение – совокупность данных, необходимых для проектирования, представленных в заданной форме.

3. Математическое обеспечение – совокупность математических методов, математических моделей, алгоритмов, необходимых для проектирования.

4. Программное обеспечение – совокупность машинных программ, необходимых для программирования, представленных в заданной форме на машинных носителях.

5. Техническое обеспечение – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для автоматизации проектирования.

6. Лингвистическое – совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации и методы развертывания и сжатия текстов, необходимых для проектирования, представленных в заданной форме.

7. Организационное обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и её подразделений, связи между ними, функции, а также форму представления и рассмотрения проектных документов, необходимых для проектирования.

В машиностроении все шире используют системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП), что вызывается все возрастающим ростом объема машиностроения, усложнением конструкций изделий и технологических процессов, сжатыми сроками технологической подготовки производства и ограниченной численностью инженерно-технических кадров. САПР ТП позволяет не только ускорить процесс проектирования, но и повысить его качество путем рассмотрения большего числа возможных вариантов и выбора самого лучшего по определенному критерию (по себестоимости, производительности и др.).

Автоматизация проектирования предусматривает систематическое использование ЭВМ в процессе проектирования и в обоснованном распределении функций между технологом-проектировщиком и ЭВМ.

Использование автоматизированного проектирования не только повышает производительность труда технолога, но и способствует улучшению условий труда проектировщиков; количественной автоматизации умственно-формальных (нетворческих) работ; разработке имитационных моделей на воспроизведение деятельности технолога, его способности принимать проектные решения в условиях частичной или полной неопределенности в возникающих ситуациях проектирования.

Проектирование технологического процесса включает ряд уровней: разработку принципиальной схемы технологического процесса, проектирование технологического маршрута, проектирование операций, разработку управляющих программ для оборудования с числовым программным управлением.

Проектирование сводится к решению группы задач, которые относятся к задачам синтеза и анализа. Понятие «синтез» технологического процесса в широком смысле этого слова близко по содержанию к понятию «проектирование». Однако здесь есть разница, которая заключается в том, что проектирование означает весь процесс разработки технологического процесса, а синтез характеризует создание варианта технологического процесса, не обязательно окончательного. Синтез как задача может выполняться при проектировании много раз, сочетаясь с решением задач анализа. Анализ технологического процесса или операции – это изучение их свойств; при анализе не создаются новые технологические процессы или операции, а исследуются заданные. Синтез направлен на создание новых вариантов технологических процессов или операций, а анализ используется для оценки этих вариантов.

Технологический процесс механосборочного производства и его элементы являются дискретными, поэтому задача синтеза сводится к определению структуры. Если среди вариантов структуры отыскивается не любой приемлемый, а в некотором смысле наилучший, то такую задачу синтеза называют структурной оптимизацией.

Расчет оптимальных параметров (режимов резания, параметров качества и др.) технологического процесса или операции при заданной структуре с позиции некоторого критерия называют параметрической оптимизацией.

На каждом уровне процесс технологического проектирования (проектирование технологических процессов и их оснащения) представляется как решение совокупности задач (рис. 5.1). Проектирование начинается с синтеза структуры по техническому заданию (ТЗ). Исходный вариант структуры генерируется, а затем оценивается с позиции условий работоспособности (например, по обеспечению заданных параметров качества изделия). Для каждого варианта структуры предусматривается оптимизация параметров, так как оценка должна выполняться по оптимальным или близким к оптимальным значениям параметра.

В современных условиях совершенно очевидна необходимость системного подхода к автоматизированному проектированию, представляющему собой комплекс средств автоматизации в его взаимосвязи с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователи системы), выполняющих проектирование. Можно формулировать ряд принципов, которые используются при создании систем автоматизированного проектирования, в том числе проектирования технологических процессов согласно ГОСТ 22487– 77:

САПР создается как автоматизированная система, где проектирование ведется с помощью ЭВМ и важным звеном которого является инженер-проектировщик;

САПР строится как открытая развивающаяся система. Разработка САПР занимает продолжительное время, и экономически целесообразно вводить ее в эксплуатацию по частям по мере готовности. Созданный базовый вариант системы может расширяться. Кроме того, возможно появление новых, более совершенных математических моделей и программ, изменяются также и объекты проектирования;

Рисунок 5.1 - Схема процесса проектирования на 1-м уровне

САПР создается как иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации на всех уровнях проектирования. Блочно-модульный иерархический подход к проектированию сохраняется при применении САПР. Так, в технологическом проектировании механосборочного производства обычно включают подсистемы: структурного, функционально-логического и элементного проектирования (разработка принципиальной схемы технологического процесса, проектирование технологического маршрута, проектирование операции, разработка управляющих программ для станков с ЧПУ). Возникает необходимость обеспечения комплексного характера САПР, т. е. автоматизации на всех уровнях проектирования. Иерархическое построение САПР относится не только к специальному программному обеспечению, но и к техническим средствам (центральному вычислительному комплексу и автоматизированным рабочим местам);

САПР как совокупность информационно-согласованных подсистем означает, что обслуживание всех или большинства последовательно решаемых задач ведется информационно-согласованными программами. Плохая информационная согласованность приводит к тому, что САПР превращается в совокупность автономных программ.

Структурными частями САПР являются подсистемы. Подсистема – выделяемая часть системы, с помощью которой можно получить законченные результаты. Каждая подсистема содержит элементы обеспечения. Предусматриваются следующие виды обеспечения, входящие в состав САПР:

методическое обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизированного проектирования;

информационное обеспечение – совокупность сведений, представленных в заданной форме, необходимых для выполнения проектирования (совокупность каталогов, справочников и библиотек на машинных носителях);

математическое обеспечение – совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов, представленных в заданной форме и необходимых для автоматизированного проектирования;

лингвистическое обеспечение – совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, представленных в заданной форме и необходимых для автоматизированного проектирования;

программное обес печение – совокупность машинных программ, представленных в заданной форме, необходимых для выполнения проектирования. Программное обеспечение делят на две части: общее, которое разрабатывается для решения любой задачи и специфику САПР не отражает, и специальное программное обеспечение, включающее все программы решения конкретных проектных задач;

техническое обеспечение – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для автоматизированного проектирования. Наиболее успешно эти требования могут быть удовлетворены на основе применения ЭВМ единой серии (ЕС ЭВМ);

организационное обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функции, а также форму представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов, необходимых для выполнения проектирования.

Работа САПР проводится в двух режимах – пакетном и диалоговом.

Режим пакетной обработки (автоматический) предусматривает автоматическое решение задачи по составленной программе без вмешательства проектировщика в ход решения. Оператор, пользуясь терминалом, вводит необходимые данные. Этот режим применяют в тех случаях, когда удается заранее предусмотреть все возможные ситуации при решении и формализовать выбор продолжений решений в точках ветвления алгоритма, а также когда требуется большое время счета между точками ветвления.

Диалоговый режим (оперативный или интерактивный) используется в случаях, когда: 1) существуют трудно-формулизируемые правила и процедуры для принятия решения (например, распределение переходов по позициям многооперационных станков, выбор баз и другие решения); 2) объем числовой информации, подлежащий вводу в ЭВМ в процессе диалога, невелик (при большом объеме информации диалог затягивается и аппаратура используется малоэффективно); 3) время ожидания решений должно составлять от нескольких секунд, - для часто повторяющихся процедур, до нескольких минут - для редко встречающихся процедур.

Классификация САПР

Установлены следующие признаки классификации САПР (ГОСТ 23501.108–85): тип объекта проектирования; разновидность объекта проектирования; сложность объекта проектирования; уровень автоматизации проектирования; комплексность автоматизации проектирования; характер выпускаемых документов; число выпускаемых документов; число уровней в структуре технического обеспечения.

По каждому признаку имеются классификационные группировки САПР и их коды, которые определяют принадлежность создаваемой системы к определенному классу САПР.

Коды классификационных группировок различают по признакам сложности объекта проектирования, уровню автоматизации проектирования, комплексности автоматизации проектирования и по числу выпускаемых документов определяют по отраслевым нормативно-техническим документам.

Уровень автоматизации проектирования показывает, какую часть процесса проектирования (в %) выполняют с использованием средств вычислительной техники; комплексность автоматизации проектирования характеризует широту охвата автоматизацией этапов проектирования определенного класса объектов.

По первому признаку – тип объекта проектирования – установлены три кода классификационной группировки для машиностроения (ГОСТ 23501.108– 85):

САПР изделий машиностроения – для проектирования изделий машиностроения;

САПР технологических процессов в машиностроении – для проектирования технологических процессов в машиностроении;

САПР программных изделий – для проектирования программ ЭВМ, станков с ЧПУ, роботов и ТП.

Код и наименование классификационной группировки по признаку «Разновидность объекта проектирования» определяют по действующим классификаторам на объекты, проектируемые системой:

для САПР изделий машиностроения и приборостроения – по классификаторам ЕСКД или Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП);

для САПР технологических процессов в машиностроении и приборостроении – по классификатору технологических операций в машиностроении и приборостроении или по отраслевым классификаторам.

Сложность объектов проектирования определяется пятью кодами классификационной группировки: САПР простых объектов (технологическая оснастка, редуктор), САПР объектов средней сложности (металлорежущие станки), САПР сложных объектов (трактор), САПР очень сложных объектов (самолет) и САПР объектов очень высокой сложности.

Существуют три классификационные группировки уровня автоматизации проектирования: система низко-автоматизированного проектирования, когда уровень автоматизации проектирования составляет до 25 %; система средне-автоматизированного проектирования – уровень автоматизации проектирования составляет 25 ... 50 %; система высокоавтоматизированного проектирования – уровень автоматизации проектирования составляет свыше 50 %.

Одноэтапная, многоэтапная, комплексная САПР определяет комплексность автоматизации проектирования.

Установлено три кода классификационной группировки уровней в структуре технического обеспечения САПР: одноуровневая – система, построенная на основе средней или большой ЭВМ со штатным набором периферийных устройств, включая средства обработки графической информации; двухуровневая – система, построенная на основе средней или большой ЭВМ и взаимосвязанных с ней одного или нескольких автоматизированных рабочих мест (АРМ), имеющих собственную ЭВМ; трехуровневая – система, построенная на основе большой ЭВМ, нескольких АРМ и периферийного программно-управляемого оборудования для централизованного обслуживания этих АРМ, или на основе большой ЭВМ и группы АРМ, объединенных в вычислительную сеть.

Пример формализованног о описания САПР

Коды классификационных группировок САПР – Станки:

1.041000.2.1.2.1.1.1.2.

Номер классификационной группировки САПР	Код классификационной группировки	Наименование классификационной группировки	Классификаторы, стандарты, методики или др. документы, в соответствии с которыми определены коды классификационных группировок
1 2 3 4 5 6 7 8	1 041000 2 1 1 1 1 2	САПР изделий машиностроения Станки и линии для обработки резанием (кроме деревообрабатывающих) САПР объектов средней сложности Система низкоавтоматизированного проектирования. Уровень автоматизации проектиро­вания 22.5 «/о САПР, одноэтапная. Выполняет один этап конструкторского проектирования (конструирования) САПР, выпускающая документы на бумажной ленте и листе ПОИСК ПО САЙТУ: