- •Е.Л. Евсин, JI.X. Зубаирова
- •2-е издание стереотипное
- •Пермь 2005
- •ВВЕДЕНИЕ
- •ГЛАВА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ
- •1.1. Становление науки о проектировании
- •13. Основные аспекты системного подхода к проектированию
- •1.4. Структура жизненного цикла технической системы
- •1.5. Разновидности проектирования
- •1.6. Принципы проектирования
- •1.7. Стадии и процедуры проектирования
- •1.8. Формализация проектирования и режимы работы САПР
- •ГЛАВА 2. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •2.1. Процедуры на стадии разработки технического задания
- •2.3. Процедуры на стадии разработки эскизного проекта
- •ГЛАВА 3. КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •3.1. Задачи конструкторского проектирования
- •3.2. Геометрическое моделирование
- •3.3. Автоматическое создание чертежей
- •ГЛАВА 4. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •4.1. Технологическая подготовка производства
- •4.2. Машиностроительное иронзводство и его характеристики
- •43. Основные понятия технологического проектирования
- •4.5. Методы обработки поверхностен
- •4.6. Припуски и допуски на обработку
- •4.7. Базирование и базы в машиностроении
- •4.8. Формирование структуры технологического процесса
- •4.9. Технологическая унификация
- •4.Н. Классификация и кодирование исходной информации
- •4.12. Структура технологического проектирования
- •4.13. Математические модели технологического проектирования
- •ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
- •5.1. Функции и средства автоматизация ТПП
- •53. Организационная структура АСТПП
- •5.4. Функциональная структура АСТПП
- •5.5. Подсистема проектирования технологических процессов
- •5.6. Методы автоматизированного проектирования ТП
- •5.7. Методы прямого документирования и параметрического проектирования
- •5.9. Проектирование ТП по методу синтеза
- •5.10. Экспертные системы
- •5.11. Моделн представления знаний
- •5.12. Язык таблиц решений
- •ГЛАВА 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО МЕТОДУ СИНТЕЗА
- •6.1. Выбор исходной заготовки и метода ее изготовления
- •Т012. Выбор вида заготовки в серийном, крупносерийном и массовом производствах для трех групп материала
- •62. Установление маршрутов обработки отдельньи поверхностей
- •6.3. Разработка принципиальной схемы технологического процесса
- •6.5. Расчет технологических размеров
- •6.6. Проектирование операций
- •6Л. Расчет управляющих программ для ставков с ЧПУ
- •6.8. Проектирование технологических процессов сборки изделия
- •ГЛАВА 7. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •7.1. Состав и структура САПР
- •7.3. Классификация САПР
- •7.4. Интеграция САПР
- •7.6. Математическое обеспечение САПР
- •7.9. Лингвистическое обеспечение САПР
- •7.10. Методическое н организационное обеспечение САПР
- •7.12. Сравнительный анализ интегрированных CAD/CAM-систем
- •7.13. Проектирование надежных систем
- •Вопросы к главе 7
- •Библиографический список
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
Пермский государственный технический университет
Е.Л. Евсин, JI.X. Зубаирова
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
2-е издание стереотипное
Допущено учебно-методическим объединением вузов по образованию
вобласти автоматизированного машиностроения (УМО AM)
вкачестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение
машиностроительных производств»
Пермь 2005
ВВЕДЕНИЕ
Возможности использования достижений научно-технического про гресса во многом определяются способностью машиностроения гибко и опе ративно решать разнообразные задачи развития народного хозяйства. Это требует выполнения огромного объема проектных работ. Требования к каче ству проектов, к срокам их выполнения становятся более жесткими. Растет сложность изготовляемых машин, увеличивается степень многовариантно сти решений технологических задач, ужесточаются требования к глубине проработки проектных решений. Обеспечить выполнение этих требований за счет увеличения численности технологов и конструкторов невозможно по двум причинам.
Во-первых, такой путь оказывается преградой для роста производи тельности труда, а значит, прогресса и благосостояния.
Во-вторых, возможность параллельного проведения проектных работ ограничена и, следовательно, увеличение численности проектировщиков не позволяет существенно сократить сроки проектирования и освоения произ водства новых машин.
Решение этой проблемы возможно только с помощью автоматизации проектирования на основе использования современных вычислительной и организационной техники при выполнении проектных работ.
При выполнении рутинных, формализованных работ автоматизация позволяет повысить производительность проектирования во много раз, со кращая соответственно его сроки. Использование современных систем авто матизированного проектирования (САПР) позволяет также значительно ус корить решение проектных задач творческого характера. Современное гиб кое автоматизированное производство вообще не может быть спроектирова но и запущено в работу без автоматизированного проектирования и управле ния технологическим процессом. Поэтому автоматизация проектирования является основой комплексной автоматизации производства и его эффектив ной работы.
Первая глава предлагаемого пособия знакомит с основными понятия ми, проблемами и принципами проектирования. Следующие главы посвяще ны трем аспектам проектирования: функциональному, конструкторскому и технологическому. Проектные процедуры рассмотрены в последовательно сти их выполнения. При этом приводятся постановка задачи, ее оценка с точ ки зрения формализации, методы автоматизации решения, а также справоч ный материал, необходимый для разработки алгоритма решения задачи. По следняя, седьмая, глава посвящена анализу САПР. В ней рассмотрены ком поненты автоматизированной системы, принципы проектирования САПР, надежность программного обеспечения системы.
При написании учебного пособия использованы труды следующих ав
торов:
В.П. Быкова, А.В. Ильичева, В.А. Вязгина, В.В. Федорова, И.П. Норенкова, М. Грувера, Э. Зиммерса и др. - главы 1-3;
з
в. центром развития механики становится Франция. Этому способствовали работы Ж.Лагранжа.
В России заметный вклад в науку о машинах внесли ученые В.И. Висковатов, С.Е. Гурьев, Д.С. Чижов, iM.B. Остршрадский, В.Я Бунековский, И.И. Сомов, А. Бетанкур.
XIX в. ознаменован многочисленными достижениями в технике, опе режающими развитие науки и служащими для нее благоприятной почвой. Развитие техники в XX веке столкнулось с рядом противоречий. Первое из них заключаегся в преобладании темпа роста сложности технических систем (ТС) над темпом развития методов их проектирования. Возрастание сложно сти ТС проявляется в увеличении количество входящих в нее подсистем и элементов (в среднем по отраслям техники число подсистем и элементов уд ваивается через каждые 15 лет). Растет также разделение труда и число спе циалистов, разрабатывающих ТС; осложняется согласование действий, теря ется представление о разрабатываемой ТС как о едином целом (ТС иногда оказывается малоэффективной или неработоспособной, несмотря на высокие показатели ее подсистем и элементов).
Второе противоречие проявляегся во взаимодействии таких факторов, как продолжительность разработки и срок морального старения ТС. Оба фак тора измеряются временем, причем срок разработки с повышением сложно сти ТС возрастает, а время до морального износа, из-за ускорения научнотехнического прогресса, неуклонно снижается. Устранение этого противоре чия может быть достигнуто, во-первых, повышением производительности труда в проектировании, во-вторых, построением ТС на основе перспектив ных технических решений. С начала XX в. производительность труда в про ектировании возросла лишь на 20 %, в то время как в производстве - на 1000 %. Поиск перспективных технических решений при использовании в условиях традиционных методов и средств проектирования осложняется изза постоянного роста объема научно-технической информации.
Традиционный чертежный метод решения сложных проектных задач состоит в том, что в каждый момент времени рассматривается лишь один ва риант решения. Когда рассматриваемый вариант не приводит к удовлетвори тельным результатам, проектировщик преобразует решение, заложенное в чертежах, и заменяет его новым решением. Следовательно, можно сказать, что в традиционных методах проектирования сложность создания проекта преодолевается выбором временного решения в качестве средства оператив ного исследования. Эго решение должно удовлетворять как проекту в целом, так и взаимосвязям между составными частями конструкций.
Черчение в масштабе дает конструктору возможность изменять как форму детали, так и изделие в целом. Таким образом, масштабный чертеж можно рассматривать как легко видоизменяемую модель взаимоотношений деталей и узлов, из которых состоит изделие. Благодаря тому, что эта модель легко поддается пониманию и изменению и способна хранить временное ре шение для одной детали, пока прорабатывается другая, проектировщик по лучает возможность решать задачи чрезвычайной сложности.
Самое трудное в любом проектировании - это преодоление сложностей поиска в обширном пространстве с миллионами возможных комбинаций от дельных узлов и деталей. При использовании традиционного способа боль шинство комбинаций исключается из рассмотрения и исследование ограни чивается единственным, выбранным «на ощупь» набором компонентов. Важ нейшим этапом процесса при этом является не взаимная подгонка узлов деталей друг к другу, а творческое мышление, благодаря которому достаточ но информированный и гибко мыслящий человек может выдвинуть на пер вый план одну из перспективных комбинаций узлов и деталей.
Такой метод дает прекрасные результаты при разработке отдельных частей, однако его пригодность для принятия решения на уровнях систем со мнительна по следующим причинам: нет средства фиксации видоизменений связей между частями; нет основы для интуитивного озарения, которое уп рощает задачу; выбор оценок при проектировании систем сложен. Поэтому, когда конструктор от внутренней увязки нового изделия переходит к его со гласованию с внешней средой, чертеж становится уже бесполезным и разра ботчику приходится опираться в основном на свой опыт и воображение, а также, в меньшей степени, - на расчет и испытание всех наиболее важных для работы систем параметров.
Проектирование можно разделить на два рода деятельности:
1)поиск и принятие решения;
2)описание и преобразование описаний объекта.
Весь предшествующий исторический период был связан с развитием второго рода деятельности - описания объекта. Начертательная и аналитиче ская геометрия, черчение, теоретическая механика, теория машин и механиз мов, детали машин и механизмов предоставляют научный аппарат для его выполнения. Практика настоятельно требует совершенствования методов поиска и принятия решения.
Современное системное проектирование. В 40-х гг. XX столетия бы ли заложены основы функционально-стоимостного анализа (ФСА), полу чившего в дальнейшем широкое развитие. ФСА представляет собой методи ческий инструмент проектирования, построенный на принципах: системно сти, функционального анализа и синтеза, стоимостной оценки, коллективно го творчества.
Принцип системности, развиваясь в дальнейшем, определил новый подход к проектированию. Этот подход стали называть системным. Кроме этого современное проектирование обладает огггимизационностью и харак теризуется использованием ЭВМ.
Системность подчеркивает целостность объединения компонентов в систему и появление у этого объединения новых свойств. Подробнее систем ный подход будет рассматриваться ниже.
Комплексный оптимизационный подход формируется следующим об разом. В процессе проектирования выделяются по возможности все ситуа ции, связанные с выбором наилучшего проектного решения. В процессе по становки задачи проектирования стремятся максимально расширить множе-
В.С. Корсакова, Н.М. Капустина, К.Х. Темпельгофа, X. Лихтенберга, И.А. Иващенко, А.А. Маталина, Э.В. Рыжова, В.И. Аверченкова, С.Н. Корчака, А.М. Дальского, Б.Е. Челшцева, А. Гансалес-Сабатера, Р.И. Гжирова, 11.11. Серебреницкого, О.Н. Калачева, В.Г Митрофанова, А.Г. Схиртладзе, Т.А.Гавриловой, В.Ф.Хорошевского и др. - главы 4-6;
В.В. Евдокимова, Г Майерса, А. IЛогребинского, А. Павлова, Г.А. Ти таренко, Н.Г Черняка, Л.В. Еремина, И.П. Норенкова, В.Б. Маничева, НЛ1. Щербакова и др. - глава 7.
Главы 1, 4 и 7 написаны Е.А. Евсиным и Л.Х. Зубаировой, главы 2 и 3 Л.Х. Зубаировой и главы 5 и 6 Е.А, Евсиным.
Авторы благодарны за оказанную помощь А.А. Белых, А.С. Иванову, А.В. Кубышкину, Э.В. Любимову, О.И. Мухину.