Автоматизация проектирования технологических процессов

Под автоматизацией проектирования понимают систематическое использование ЭВМ в процессе проектирования при обоснованном распределении функций между человеком и ЭВМ и выборе методов автоматизированного решения технологических задач.

По степени углубленности разработок различают несколько уровней проектирования:

• — разработку принципиальной схемы технологического процесса;
• — проектирование технологического маршрута обработки детали;
• — проектирование технологических операций;
• — разработку управляющих программ для оборудования с числовым программным управлением.

При решении технологической задачи взаимодействия технолога-проектировщика с ЭВМ представляют процесс обмена информацией в определенном режиме.

Различают два основных режима: пакетный (автоматический) и диалоговый (оперативный).

При пакетном режиме технолог-пользователь и программист, как правило, не имеют прямой связи с ЭВМ.

Тексты программ, результаты их проверки и решения технологической задачи передаются через оператора машине.

Пакет прикладных программ представляет комплекс программ, работающих под управлением программы-монитора, и предназначен для решения определенного класса близких друг другу технологических задач, например, проектирование технологического маршрута обработки деталей определенного класса (группы), сборки узлов и сборочных операций заданного типа.

При оперативном режиме технолог-проектировщик-пользователь непосредственно связан с ЭВМ через индивидуальный терминал или абонентский пункт (пишущую машинку, телетайп, дисплей). Он получает сообщение от ЭВМ достаточно быстро, через интервал времени, не нарушающий естественного хода его мысли. Диалоговый режим целесообразно применять тогда, когда этот метод является единственным или он эффективен.

Диалоговый режим эффективен при решении творческих задач, когда требуется эвристический подход (распознавание геометрических образов деталей, размерных и топологических связей между элементарными геометрическими образами с целью оптимального выбора схем базирования, проектирование маршрута обработки, сборки и др.).

Эти и многие другие задачи могут быть решены эффективно лишь путем синтеза творческих процессов человека и «способностей» машинных программ. Вместе с тем при диалоговом режиме значительно увеличиваются затраты на создание программного обеспечения, возрастают затраты на проектирование.

Можно создавать пакеты программ, позволяющих накапливать опыт проектирования и формировать алгоритмы классификации, генерирования понятий, поведения. Поэтому возникла и решается задача создания автоматизированных систем проектирования технологических процессов в режиме диалога с последующим переходом к пакетному (автоматическому) режиму более высокого уровня путем использования программ обучения. При создании систем автоматизированного проектирования (САПР), в том числе проектирования технологических процессов, учитывают ряд положений.

САПР создается как система, в которой проектирование ведется с помощью ЭВМ. САПР строится как открытая и развивающаяся система.

САПР разрабатывают продолжительное время, поэтому 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. САПР создается как иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации на всех уровнях проектирования. Так, в САПР технологических процессов обычно включают подсистемы структурного, функционально-логического и элементного проектирования (разработки принципиальной схемы технологического процесса, проектирования маршрута, проектирования операции, разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ). Иерархическое построение САПР относится также к специальному программному обеспечению и к техническим средствам (центральный вычислительный комплекс и автоматизированные рабочие места). САПР представляет собой совокупность информационно-согласованных подсистем. Обслуживание всех или большинства последовательно решаемых задач ведется информационно-согласованными программами. Плохая информационная согласованность приводит к тому, что САПР превращается в совокупность автономных программ. САПР должна быть инвариантной системой, т. е. универсальной или типовой. Структурными частями САПР являются подсистемы.

Подсистема — вьщеляемая часть системы, с помощью которой можно получить законченные результаты проектирования. Каждая подсистема содержит элементы обеспечения. Предусматриваются следующие обеспечения автоматизированного (автоматического) проектирования:

методическое обеспечение — совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения проектирования, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования;

информационное обеспечение — совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования, представленных в заданной форме;

информационное обеспечение включает базу данных, содержащую нормативно-справочные материалы и базу знаний, в которой находятся правила создания вариантов структуры технологического процесса;

математическое обеспечение — совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов, необходимых для проектирования, представленных в заданной форме; лингвистическое обеспечение — совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для проектирования, и представленных в заданной форме; программное обеспечение — совокупность машинных программ, необходимых для проектирования, представленных в заданной форме. Программное обеспечение делят на две части:

1) общее программное обеспечение, которое разрабатывается для решения любой задачи и особенности САПР не отражает;

в САПР общее (системное) программное обеспечение представляет собой операционную систему;

2) специальное программное обеспечение, которое включает все программы решения конкретных проектных задач;

техническое обеспечение — совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для проектирования. К техническому обеспечению САПР предъявляются ряд требований:

• — достаточность вычислительных ресурсов (производительность и емкость памяти) для — решения основных проектно-технологических задач;
• — приближенность к рабочим местам проектировщика, удобство общения технолога с ЭВМ;
• — обеспечение коллективного выполнения проектных работ (обеспечение этих требований учитывает особенности технического обеспечения (ТО) САПР. Основными компонентами ТО являются: рабочие станции, объединяющие ЭВМ, периферийные устройства.

Рабочие станции объединяются в рабочую сеть;

для выполнения трудоемких вычислительных процедур используются высокопроизводительные суперЭВМ);

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

При автоматизированном проектировании оптимальных технологических процессов механосборочного производства нужно учитывать:

1) системность автоматизированного проектирования на основе характера и взаимосвязи факторов, влияющих на построение технологического процесса, определяющих обеспечение заданного качества изготовляемых изделий и экономическую эффективность разрабатываемой технологии; 2) оптимизацию проектируемого технологического процесса, предусматривающую комплексную взаимосвязь его структуры, параметров качества изготовляемого изделия и режимов обработки; 3) рациональное сочетание типовых и индивидуальных технологических решений на всех уровнях проектирования.

Повышение уровня типизации, унификации и стандартизации при разработке технологических процессов во многом определяет эффективность автоматизированного проектирования.

Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) включает проектирование технологических процессов как заготовительного производства, так и обработки резанием и сборки, проектирование технологической оснастки, специального инструмента и нестандартного оборудования.

Под рабочим процессом в информационной системе понимают преобразование входных данных в выходные.

В данной подсистеме это означает преобразование информации о детали, представленной в виде чертежа, в технологическую документацию.

Обычно этот процесс включает:

• — разработку принципиальной схемы технологического процесса;
• — проектирование технологического маршрута обработки детали;
• — проектирование технологических операций с выбором оборудования, приспособлений и — инструмента, а также с назначением режимов резания и норм времени;
• — разработку управляющих программ для станков с ЧПУ;
• — расчет технико-экономических показателей технологических процессов;
• — разработку необходимой технологической документации.

Непосредственное участие проектировщика позволяет принимать решения об оптимальном распределении функций между ЭВМ и человеком.

Другим важным и необходимым элементом рабочего процесса является информационное обеспечение — характеристика обрабатываемых материалов, каталоги станочного оборудования, режущего и измерительного инструмента и т. д.

Работы по интеграции автоматизированных подсистем конструкторского и технологического обеспечения в единую систему были начаты в нашей стране в начале 80-х годов.

Одной из первых подобных САПР стала система «КАС ТПП». Широко использовалась система «КАПРИ», в функции которой входит конструирование детали и сборочных единиц, компоновка, выбор заготовок, синтез маршрутно-операционной технологии, подготовка управляющих программ с ЧПУ.

Эти работы направлены на создание комплексной автоматизации технологического проектирования и инструментальных средств формирования автоматизированных подсистем. Заслуживает внимание отечественные конструкторско-технологические САПР методом адресации «КОМПАС» и «СПРУТ» .

Тенденцией современного этапа автоматизации проектирования является создание комплексных (интегрированных) систем, осуществляющих конструирование изделий, технологическое проектирование, подготовку управляющих программ для оборудования с программным управлением, изготовление деталей, сборку изделия, упаковку и транспортирование готовой продукции.

Особенно важны такие системы для гибкого автоматизированного производства в машиностроении. Структурный синтез при проектировании технологических процессов. В основе решения задач структурного синтеза различной сложности лежит перебор вариантов счетного множества.

При переборе каждая проба включает: создание (поиск) очередного варианта, принятие решения о замене ранее выбранного варианта новым и продолжение или прекращение поиска новых вариантов.

Задачи структурного синтеза при автоматизированном технологическом проектировании зависят от уровня сложности. В наиболее простых задачах синтеза (первого уровня сложности) задаются структурой технологического процесса или его элементов (операции, перехода).

В этом случае часто используют таблицы применяемости (табличные модели). Для полного перебора вариантов структуры из конечного множества необходимо задавать перечень всех элементов этого множества (второй уровень сложности структурного синтеза). Такой перечень создается в виде каталога типовых вариантов структуры, например, типовых технологических маршрутов. Тогда для данного класса (группы, подгруппы или вида) деталей устанавливается так называемый обобщенный маршрут обработки. Он включает перечень операций обработки, характерный для определенного класса, подкласса или группы деталей.

Перечень является упорядоченным и представляет собой множество существующих индивидуальных маршрутов. Эти маршруты имеют типовую последовательность и содержание, причем для предприятия или отрасли они отражают передовой производственный опыт.