1.7.2.5. Характеристика системы автоматизированного проектирования

Развитие новой техники в современных условиях определяется не столько научными достижениями и инженерными идеями, сколько сроками и качеством их реализации при конструкторско-технологической разработке изделий. Так, производительность труда в сфере производства с начала XX века возросла в сотни раз, а в области проектирования только в 1,5-2 раза. Это обусловливает большие сроки проектирования новых объектов, что не отвечает потребностям развития экономики. Одним из направлений решения этой проблемы является создание и развитие систем автоматизированного проектирования (САПР).

При неавтоматизированном проектировании изделий результаты во многом определяются инженерной подготовкой конструкторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и другими факторами. Автоматизированное проектирование позволяет значительно сократить субъективизм при принятии решений, повысить точность расчетов, выбрать наилучшие варианты для реализации на основе строгого математического анализа всех или большинства вариантов проекта с оценкой технических, технологических и экономических характеристик производства и эксплуатации проектируемого объекта, значительно повысить качество конструкторской документации, существенно сократить сроки проектирования и передачи конструкторской документации в производство, эффективнее использовать технологическое оборудование с программным управлением.

С появлением вычислительной техники новых поколений и совершенствованием методов ее использования наметился новый системный подход к организации процесса проектирования на ЭВМ, заключающийся в создании крупных программных комплексов в виде пакетов программ (ПП) и САПР.

Процесс проектирования на базе САПР разделяется на следующие укрупненные этапы:

1. Поиск принципиальных проектных решений;

2. Разработка эскизного варианта конструкции и его оптимизация;

3. Уточнение и доработка выбранного варианта конструкции, выполнение полного детального расчета,

4. Разработка полного комплекта чертежей.

На первом этапе значительна роль эвристических действий. На втором этапе рассматриваются различные конструктивные решения с выполнением большого количества операций по расчетам и их оптимизации, используются ЭВМ для диалога с запрограммированным процессом конструирования и расчетной оптимизации, при этом сам конструктор направляет поиск оптимального варианта конструкции и принимает решения на основании выполненных расчетов. Третий и четвертый этапы требуют самых значительных затрат времени и средств (до 60%), причем расчетно-конструкторская деятельность на этих этапах достаточно просто алгоритмизируется, поэтому применение на этих этапах ЭВМ в комплексе со средствами ввода-вывода графической информации наиболее эффективно.

САПР включает в себя следующие виды обеспечения:

- техническое – устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания;

- математические – методы, модели, алгоритмы;

- программное – документы с текстами программ, программы на машинных носителях и эксплуатационные документы;

- информационное – документы, содержащие описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов;

- методическое – документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

- лингвистическое – языки проектирования, терминология;

- организационное – положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений их взаимодействие с комплексом средств автоматизации проектирования.

Основными структурными элементами САПР являются подсистемы, которые подразделяются на проектирующие и обслуживающие. К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например, расчетную, чертежно-графическую, подсистему подготовки носителей для станков с числовым программным управлением и автоматизированных линий (например, раскроя листов электротехнической стали или сварки металлоконструкций баков в трансформаторостроении). К обслуживающим относят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например, подсистему управления данными и др.

Сущностью процесса проектирования является синтез конструктивного варианта объекта, в наибольшей степени удовлетворяющего требованиям технического задания. Процесс проектирования обычно начинается со сбора информации о спроектированных разновидностях объекта, результатах выполненных научно-исследовательских работ, сбора данных об испытаниях аналогов, условиях снабжения материалами и т.д.

На основании анализа технических характеристик, условий изготовления и эксплуатации прототипов проектируемого объекта, выявления тенденций развития объектов рассматриваемого класса составляется и корректируется с учетом нормативных документов исходное техническое задание на проектирование.

Автоматизированное проектирование объектов новой техники обеспечивает:

1. полную систематизацию всей информации и предоставление ее в виде наборов данных требуемой степени дискретности (элемента, набора данных, записи, файла, базы данных);

2. четкую последовательность этапов проектирования;

3. однозначность или малая степень неопределенности управляющих воздействий на каждом этапе проектирования;

4. сквозной, последовательный характер процесса проектирования от первоначального замысла до получения окончательного проектного решения.

1.7.2.6. Характеристика автоматизированной системы технологической подготовки производства

Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) включает автоматизацию решения комплекса задач: проектирование технологических процессов, расчет потребности материалов, режимов обработки, норм времени и потребности в технологической оснастке, разработка управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

В технологическое проектирование входят следующие основные этапы разработки:

- техпроцессов, оборудования, оснастки и инструмента;

- производственных систем и управляющих программ;

- предложений и проектов по реконструкции отдельных участков, цехов и организации в целом.

При разработке АСТПП предварительно должна быть проделана работа по систематизации, унификации, типизации, стандартизации проектных решений и их формализации. Наиболее подготовленными в этом отношении были механообрабатывающее и штамповочное производство, в которых автоматизация технологического проектирования получила наиболее широкое развитие.

Процесс технологической подготовки производства для ГПС включает решение следующие задач:

- разработку номенклатуры обрабатываемых деталей;

- проектирование маршрута обработки детали с учетом обходной технологии в случае выхода из строя какого-нибудь станка;

- проектирование операционной технологии;

- разработку программ для станков с ЧПУ, обрабатывающих центров ГПС;

- разработку программ для программно-управляемых роботов.

Для гибкого производства следует учитывать возможность изготовления одной и той же детали по разным технологическим процессам, в связи с этим ведется многовариантное проектирование. Исходной информацией для системы служит описание детали, являющееся трехмерной информационной моделью. Описание включает в себя информацию о геометрии обрабатываемых поверхностей и их ориентации.

На первом этапе проектирования производится назначение операций для обработки поверхностей детали и выбор соответствующего оборудования.

Вторым этапом является синтез операций маршрута обработки детали.

На третьем этапе производится оптимизация технологических процессов, обеспечивая минимальные затраты вспомогательного времени на смену инструментов, установку и снятие деталей, передачу деталей между оборудованием и пр. Исходя из возможностей оборудования, производится объединение операций, которые могут быть выполнены за одну установку.

Разработанные программы выполнения операционных технологических процессов, согласованные с программами управления роботами и инструментальными магазинами передаются в ЭВМ соответствующих ОЦ ГПС для реализации.