Автоматизация проектирования и составления технологической карты термообработки заготовок

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА МАШИНОБУДІВНА АКАДЕМІЯ КАФЕДРА КОМП’ЮТЕРНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ (ДП) №____.

Проект допущений до захисту Зав. кафедрою КІТ.

_____________________ О. Ф. Тарасов.

«___» ______________________ 2010 р.

Тема комплексного проекту: Автоматизація розробки технологічних процесів на машинобудівному підприємстві.

Тема проекту: Проект програмно-методичного комплексу для автоматизації проектування технологічного процесу термообробки заготовок у ОГМет ЗАТ НКМЗ.

Спеціальна частина: Розробка програмного забезпечення баз даних та знань для технологічних розрахунків.

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА Краматорськ, 2010 р.

РЕФЕРАТ.

Пояснительная записка к дипломному проекту содержит с. текста, рисунков, таблиц, приложений, источников.

Цель проекта — разработка проекта программно-методического комплекса автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Объект автоматизации — автоматизация проектирования и составления технологической карты термообработки заготовок.

В проекте проводится:

— анализ структурно-функциональных моделей существующих систем автоматизированного проектирования технологических процессов;

— описание логической модели разрабатываемого ПМК;

— с использованием объектно-ориентированного подхода разработаны диаграммы прецедентов, классов, последовательностей разрабатываемого ПМК;

— описание информационная модель системы с помощью ER-диаграмм.

В специальной части проекта дано описание разрабатываемому ПМК. Приведено описание интерфейса, инструкция пользователя.

Результатом выполнения проекта явлется создание ПМК, позволяющего автоматизировать процесс составления технологической карты для термообработки заготовок.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА, ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, НОРМАЛИЗАЦИЯ, ЗАКАЛКА, ОТЖИГ, ОТПУСК, ТЕМПЕРАТУРА, НОРМА ВРЕМЕНИ, ЗАГОТОВКА, БАЗА ДАННЫХ, ТЕХНОЛОГ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ.

1.1 Анализ процесса термической обработки заготовок.

1.1.1 Анализ режимов термической обработки заготовок и процесса ручного составления технологической карты для единичного производства.

1.1.2 Анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов.

1.1.3 Анализ выбора средств разработки программного обеспечения для системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

1.2 Разработка математической модели для проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

1.3 Разработка структурно-функциональной модели системы автоматизированного проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

1.4 Разработка технического задания на создание ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

1.4.1 Введение.

1.4.2 Основание для разработки.

1.4.3 Назначение разработки.

1.4.4 Требования к программному изделию.

1.5 Разработка методов моделирования системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок.

1.5.1 Разработка логической модели системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок.

1.6 Разработка физической модели системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок.

1.6.1 Разработка диаграммы классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

1.6.2 Модульная структура ПМК.

1.6.3 Разработка диаграммы развертывания ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

1.6.4 Разработка модели «сущность-связь» (ER-диаграммы) для ПМК автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В ОГМЕТ ЗАО НКМЗ.

2.1 Структура и функциональное назначение отдельных модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ.

2.2 Результаты углубленной разработки отдельных модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

2.3 Элементы интерфейса ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

2.4 Инструкция по установке ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

2.5 Инструкция пользователя ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

3 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.

3.1 Расчет капитальных затрат на создание ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

3.2 Расчет годовой экономии от автоматизации работы технолога.

3.3 Расчет годового экономического эффекта.

3.4 Расчет коэффициента экономической эффективности и срока окупаемости капиталовложений.

3.5 Выводы по разделу.

4 ОХРАНА ТРУДА.

4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов.

4.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасных и комфортных условий труда.

4.3 Оценка эффективности мероприятий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

ПРИЛОЖЕНИЕ A.

Все большее количество промышленных предприятий внедряют на производстве системы автоматизированного проектирования технологических процессов. Автоматизация технологического процесса позволяет улучшить качества регулирования процессом, улучшить эргономику труда операторов процесса и хранить информацию о ходе технологического процесса.

Объектами автоматизации проектирования технологических процессов является совокупность действий проектировщика, разрабатывающих технологический процесс и оформляющий результат разработок в виде конструкторской или технологической документации.

Основные требования, выдвигаемые предприятиями к системам автоматизированного проектирования технологических процессов, заключаются в следующем:

— минимальная стоимость системы при достаточном количестве взаимосвязанных специализированных рабочих мест;

— поэтапное развитие системы в соответствии с финансовыми возможностями предприятия и приоритетом решаемых задач;

— краткие сроки внедрения и окупаемости новых систем.

Для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операции обработки информации:

— поиск и выбор из всевозможных источников информации;

— анализ выбранной информации;

— выполнение расчетов;

— принятие проектных решений;

— оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования на последующих стадиях проектирования.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операции, это себя оправдает, так как позволит в дальнейшем развивать систему на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ.

1.1 Анализ процесса термической обработки заготовок.

1.1.1 Анализ режимов термической обработки заготовок и процесса ручного составления технологической карты для единичного производства.

В развитии машиностроительной промышленности значительная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции.

Термической обработкой называется технологический процесс тепловой обработки металлов и сплавов, в результате которого изменяются их свойства в желательном для нас направлении. Это достигается путем изменения структуры металла и сплава.

Следовательно, задачей термической обработки является изменение строения обрабатываемых материалов.

Любая термическая обработка состоит из трех операции, следующих одна за другой:

— нагрев до определенной температуры;

— выдержка при заданной температуре;

— охлаждение от заданной температуры до комнатной.

Таким образом, процессами термической обработки управляют два основных элемента — температура и время. Поэтому любой процесс термической обработки можно изобразить в виде графика, где по оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс — время. График термической обработки представлен на рисунке 1.1.

При термической обработке стали нужно точно знать температуры, при которых в ней происходят те или иные превращения. Эти температуры называют критическими. В справочниках нижней критической температурой называют А_с1, верхней критической температурой — А_с3.

Рисунок 1.1 — График термической обработки Регулируя температуру и время, можно осуществить такие виды термической обработки стали как: закалка, нормализация, отжиг, отпуск.

Закалка — вид термической обработки, при которой сталь нагревают до больших температур, после чего сталь быстро охлаждают. Материал, подвергшийся закалке приобретает бомльшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с применяют отпуск. В качестве закалочных сред для углеродистых сталей применяют воду и различные водные растворы, а для легированных сталей используют масло и воздух.

Нормализация — вид термической обработки, при которой сталь нагревают на 30−50° выше критических температур А_с3 и после выдержки при этих температурах охлаждают на воздухе. Нормализация является дешевой операцией, чем отжиг, так как печи исполльзуются только для нагрева и выдержки изделия при температуренагрева, а охлаждение производится вне печи. Кроме того нормализация ускоряет процесс термической обработки.

Отжиг — вид термической обработки, когда сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают пр этой температуре некоторое время, а затем медленно охлаждают. Целью отжига является либо устранение дефектов предыдущих операций (ковки, литья и д.р.), либо подготовка структуры для последующей обработки резанием или закалки. Отжиг стали может служить для выполнения задачи обратной закалке в случаях когда закаленную деталь требуется обработать режущим инструментом, согнуть или резать. После отжига сталь очень лего поддадется обработке.

Отпуск — вид термической обработки, применяемый для уменьшения или полного снятия напряжений, уменьшения твердости закаленной стали и увеличения пластичности. Нагрев стали происходит до температуры А_с1, выдержка при этой температуре и последующим охладжением. С повышением температуры отпуска твердость и прочность снижаются, показатели пластичности и ударная вязкость увеличиваются. Нагрев при отпуске производят в масляных ваннах, а так же в печах с воздушной атмосферой.

На каждый процесс термической обработки детали, составляется конструкторская документация. В процессе разработки конструкторской документации составление технологических карт занимает значительное время. Процесс составления технологической карты технологом в ручном варианте осуществляется следующим образом. Из кузнечно-прессового бюро технологу выдается технологический процесс на деталь и чертеж детали. В соответствии с требованиями чертежа и маркой стали, технолог выбирает наиболее рациональным режим термообработки (закалка, нормализация, отжиг, отпуск). Заполняя технологическую карту на термообработку технолог вносит данные о химическом составе стали (S, Cu, Mn, Si, P, Cr, Ni) и механические свойства стали (разрыв, текучесть, удлинение, сужение, ударная вязкость, твердость). Для каждой группы марок сталей применимы те или иные режимы термообработки в зависимости от ее механических свойств.

Для построения графика термического процесса технолог использует справочник металлов. Из него технолог берет данные о критических точках температуры. На основании этих данных технолог указывает на графике температуру выдержки заготовки. Для определения длительности термообработки заготовок технолог либо использует готовую инструкцию (к примеру на ЗАО НКМЗ для технологов разработаны инструкции, согласно которым они строят график термического процесса для различных режимов термообработки, назначают время термообработки) либо рассчитывает время термообработки по формулам (расчетные формулы приведены в пункте 1.2).

Проектирование технологических процессов термической обработки заготовок ставит перед собой цель установить наиболее экономичный способ обработки. При этом обработка деталей температурой должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к прочности и пластичности металлов из которых изготовлена заготовка.

Автоматизация проектирования технологического процесса термообработки заготовок позволит увеличить производительность труда технолога за счет выполнения работ с большей точностью и более быстрым поиском справочной информации в базе данных, автоматизации расчета норм времени на термообработку заготовок и заполнения технологической карты. Сценарий развития проектирования технологического процесса термообработки представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Сценарий развития предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок».

Граф целей предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок» представлен на рисунке 1.2.

На уровне отрасли ставится цель уменьшения времени на проектирование технологического процесса за счет внедрения системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

На уровне предприятия выделяют следующие цели:

— создание электронных архивов — позволяет осуществлять быстрый поиск информации, хранение информации в цифровом виде;

— обеспечение функциональности — ПМК выполняет проектирование технологических процессов с минимальным участием технолога;

— стандартизация конструкторской документации — единая структура документов позволяет быстро извлекать необходимую информацию.

Рисунок 1.2 — Граф целей предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок».

На уровне отдела:

— уменьшение сроков на составление конструкторской документации;

— уменьшение сроков на обучение технолога.

На уровне проектировщика:

— расчет параметров технологического процесса — расчет норм времени термического режима, определение расчетного размера детали;

— выбор справочных данных;

— составление конструкторской документации;

— поиск однотипных технологических процессов;

— выбор наиболее экономичного режима обработки детали.

Формализация бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Определения глоссария предметной области представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Глоссарий предметной области «Проектирование технологических процессов на термообработку».

Рассмотрим границы бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Входы бизнес-процесса «Составление технологической карты» представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 — Входы бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Таблица 1.4 — Выходы бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Выделим прецеденты для определения границ бизнес-процесса «Составление технологической карты». Начальным прецедентом является предоставление технологу технологического процесса на изготовление детали и чертеж детали. Конечным прецедентом является технологическая карта на термический процесс, которая отправляется в цех термообработки.

Прецеденты начала и завершения бизнес-процесса «Составление технологической карты» описаны в таблице 1.5.

Таблица 1.5 — Прецеденты начала и завершения бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Рассмотрим технологию управления бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Владелец бизнес-процесса выполняет планирование хода бизнес-процесса на определенный срок с помощью плана управления бизнес-процессом, который представлен в таблице 1.6.

Таблица 1.6 — План управления бизнес-процессом «Составление технологической карты».

Участие сотрудников в реализации бизнес-процесса «Составление технологической карты"представлено в виде матрицы ответственности бизнес-процесса, в которой указаны:

— должность владельца бизнес-процесса;

— должность владельцев подпроцесса и их заместителей;

— должность всех сотрудников, участвующих в выполнении подпроцесса.

Должности:

ОТ — ответственный за выполнение подпроцесса;

УЧ — участвует в выполнении подпроцесса;

ИН — получает информацию о ходе и результатах подпроцесса.

Ответственность работников за исполнение бизнес-процесс «Составление технологической карты» представлено в виде матрицы ответственности, представленной в таблице 1.7.

Таблица 1.7 — Матрица ответственности сотрудников за выполнение бизнеспроцесса «Составление технологической карты».

Таблица 1.8 — Показатели качества для контроля и управления бизнеспроцессом «Составление технологической карты».

1.1.2 Анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов.

На данный момент на рынке ПО существует ряд САПР технологических процессов. Наиболее известными являются:

— «ТехноПро» от компании «ТОП Системы»;

— «Вертикаль» от компании «Компас»;

— «Techcard» от компании «Intermech».

Обзор системы «ТехноПро» от компании «ТОП Системы».

Система «ТехноПро» обеспечивает проектирование операционной технологии, включая операции: заготовительные; механической и термической.

обработки; нанесения покрытий, слесарные, технического контроля, сборки, штамповки, сварки и любые другие. Система формирует операционные, маршрутно-операционные и маршрутные технологические карты, карты контроля, ведомости оснастки, материалов и комплектующих, титульные листы и другие технологические документы. Проектирование возможно в диалоговом, полуавтоматическом и автоматическом режиме. Система позволяет использовать сочетание данных методов. Можно, например, одни технологические процессы проектировать в диалоговом режиме, другие — в полуавтоматическом, а третьи — в автоматическом режиме. Система может применяться для проектирования не только технологии механической обработки, но и технологии сборки, сварки, термообработки. Информационный фонд программы разделен на четыре взаимосвязанных базы данных: базу конкретных ТП, базу общих ТП, базу условий и расчетов и информационную базу. Входная информация для проектирования ТП может вводиться вручную в диалоговом режиме, а также, что выгодно отличает данную САПР ТП от других, может быть получена из заранее выполненных электронных чертежей. При использовании на предприятии типовых или групповых технологических процессов «ТехноПро» обеспечивает возможность их параметризации. Такие параметрические ТП могут автоматически пересчитываться. Причем информация для пересчета ТП может быть получена в электронном виде из конструкторских САПР или введена вручную с чертежа на бумаге. Выходная информация может быть представлена в виде различных технологических документов: технологических карт, карт эскизов, карт контроля и т. д. Эти документы изначально формируются самой системой, а затем при необходимости могут быть скорректированы пользователем в диалоговом режиме. Система разработана на основе реляционной базы данных Microsoft Access и может функционировать под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows. Она может быть установлена на отдельное рабочее место, а также в локальной вычислительной сети. «ТехноПро» поставляется с множеством форм выходных документов. Формы выполнены в формате MS Word. Поэтому новые формы (горизонтальные и вертикальные) создаются пользователями без участия программистов. Поддерживается использование специальных символов: угол, градус и другие. Состав и структура баз может расширяться пользователями самостоятельно.

Обзор системы «Вертикаль» от компании «Компас».

«Вертикаль» — система автоматизированного проектирования технологических процессов.

В системе «Вертикаль» реализованы следующие методы проектирования ТП:

— проектирование на основе техпроцесса-аналога;

— проектирование с использование библиотеки часто повторяемых технологических решений;

— заимствование технологических решений из ранее разработанных технологий;

— диалоговый режим проектирования с использованием баз данных системы.

Система «Вертикаль» позволяет:

— проектировать технологические процессы в нескольких автоматизированных режимах;

— рассчитывать материальные и трудовые затраты на производство;

— формировать все необходимые комплекты технологической документации, используемые на предприятии;

— вести параллельное проектирование сложных и сквозных техпроцессов группой технологов в реальном режиме времени;

— поддерживать актуальность технологической информации с помощью процессов управления изменениями;

— обеспечивать инженерный документооборот в части заявок на проектирование средств технологического оснащения;

— фильтровать данные по одному или нескольким признакам;

— пополнять и редактировать информационную базу.

Технологу предоставлена возможность выбора оптимального сочетания режимов проектирования, взаимодействующих друг с другом. Например, первоначальное наполнение баз системы производится в режиме диалога, затем можно перейти к проектированию с использованием техпроцесса-аналога. В базе данных конкретных технологических процессов (КТП) для каждого технологического процесса имеются поля ссылок на чертежи или модели деталей. Используя средства классификации и поиска, просматривая чертеж или трехмерную модель, технолог находит требуемый техпроцесс-аналог. Найденный техпроцесс-аналог копируется с новым именем и обозначением, а затем просматривается и корректируется. Корректировка заключается в добавлении, удалении, редактировании или изменении положения в маршруте операций и переходов. Неотъемлемая часть работы технолога в системах автоматизированного проектирования технологических процессов является обращение к электронным справочным базам данных. Для пользователей системы «Вертикаль» актуальна работа с двумя основными «поставщиками» справочной информации:

— универсальный технологический справочник (УТС);

— корпоративный справочник Материалы и сортаменты.

Формирование комплекта технологической документации осуществляется в среде MS Excel. Обеспечивается автоматическая вставка операционных эскизов, сквозная нумерация технологических карт в составе комплекта. В базовую поставку входят бланки карт по ЕСТД (маршрутные и маршрутно-операционные карты, карты эскизов, карты технологического процесса, комплектовочные карты). При необходимости пользователь может самостоятельного создать новые формы технологических документов, в том числе и по требованиям стандарта предприятия. Немаловажно то, что карты формируются в общераспространенном формате. Их можно легко передавать и использовать в любом подразделении предприятия.

Обзор системы «Techcard» от компании «Intermech».

«Techcard» представляет собой программно-методический комплекс системы автоматизации проектирования, используемый при технологической подготовке производства.

Комплекс обеспечивает реализацию следующих основных задач:

— просмотр конструкторского архива по составу изделий, ведение и сопровождение архива документов (чертежей, спецификаций, техпроцессов, текстовых документов и т. д.), организация различных выборок, составление отчетов;

— создание любых новых и редактирование имеющихся в базе данных форм бланков технологической документации;

— оперативная настройка вида и состава комплекта технологических документов на различные типы производств (единичное, серийное, массовое и т. д.);

— создание расцеховочных маршрутов на изделие и вариантов расцеховочных маршрутов в зависимости от входимости изделия в другие изделия, назначение сроков действия и признаков разработки/аннулирования маршрутов;

— проектирование технологического процесса обработки детали для различных видов производств (механообработка, гальваника, термообработка, сварка, консервация, окраска, литье, сборка, холодная штамповка) в диалоговом режиме;

— возможность сквозного проектирования технологических процессов, когда ответственный за проектирование ТП назначает исполнителей, одновременно выполняющих разработку отдельных операций одного и того же технологического процесса;

— предоставление гибкой подсистемы расчетов: расчеты выполняются по настраиваемым сценариям с привлечением встроенной экспертной системы, использующей базу знаний (база данных, технологические таблицы и формулы); язык представления знаний в базе знаний — правилами «если-то»;

— автоматический подбор оборудования и оснастки к операциям и переходам с привлечением средств экспертной системы;

— проектирование технологического процесса обработки детали:

на основе ТП-аналога;

— формирование и принятие автоматизированных проектных решений на различных этапах проектирования ТП, в том числе использование в качестве исходных данных для проектирования информации непосредственно из чертежа детали;

— автоматизированное построение и редактирование операционных эскизов с обеспечением передачи параметров технологического процесса в графическую систему и получением в составе одного бланка (операционной карты) текста и графического изображения;

— просмотр комплекта документов с возможностью внесения замечаний, управление оформлением и выводом комплекта на печать, возможность получения документов в Microsoft Excel;

— иллюстрирование графическими изображениями классификаторов, справочников, сценариев, анкет оснастки и паспортов оборудования;

— просмотр технологических процессов при помощи утилиты, не требующей лицензию TechCard;

— ведение списка пользователей, которые могут работать с системой (вход в систему по паролю), обеспечение безопасности путем назначения пользователям прав доступа на выполнение тех или иных действий;

— получение выборок изделий и техпроцессов по разнообразным критериям с целью последующего получения по ним ведомостей; в качестве критериев могут выступать атрибуты изделия, расцеховочного маршрута или параметры техпроцесса (оборудование, оснастка, материалы и т. д.);

— получение практически любых ведомостей и сводных ведомостей по материалам, операциям, переходам, оборудованию, оснастке, расцеховочным маршрутам, технологическим документам.

Система TechCard работает с СУБД InterBase, Oracle и MSSQL. Для небольших предприятий оправданным можно считать использование системы с СУБД Interbase, для крупных предприятий может быть рекомендовано использование TechCard с СУБД Oracle.

Сравнительная характеристика систем автоматизированного проектирования технологических процессов представлена в таблице 1.7.

Таблица 1.9 — Сравнительная характеристик систем «ТехноПро», «Вертикаль», «Techcard».

Рассмотренные системы имеют большую базу данных с множеством информации об оборудовании, технологических операциях, типовых переходах, инструментах. Позволяют рассчитать любой тип технологического процесса, применяемого на машиностроительном предприятии. Системы интегрированы с различными CAD-системами. Но наряду с большим количеством плюсов, есть один недостаток. Если предприятию на данный момент необходимо внедрить автоматизированную систему для одного типа технологического процесса, нет смысла переплачивать за всю систему. В таком случае предприятию выгодна небольшая автоматизированная система с узкой направленностью. Аппаратные требования должны быть минимальными. Система должна обладать интуитивно понятным интерфейсом, устойчива к сбоям и обеспечивать целостность хранимых данных. Затраты времени на обучение технолога должны быть минимальны.

1.1.3 Анализ выбора средств разработки программного обеспечения для системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

Для того чтобы система эффективно выполняла свои функции, необходимо провести комплексную оценку каждого из наиболее подходящих вариантов решения и выбрать наиболее оптимальный вариант.

Решение должно соответствовать таким критериям:

быстродействие;

простота;

удобство;

функциональность;

совместимость.

C# - это современный и прогрессивный язык программирования, который включает возможности, доступные в наиболее распространенных промышленных и исследовательских языках.

Microsoft разработала новый язык — C#. При создании C#, его авторы учитывали достижения многих других языков программирования: C++, C, Java, SmallTalk, Delphi, Visual Basic и т. д. В результате получился действительно простой, удобный и современный язык, по мощности не уступающий С++, но существенно повышающий продуктивность разработок.

Отсутствие в C# некоторых вещей обусловлено тем, что C# является «чисто» объектным языком программирования, а Delphi — гибридным. Тем не менее, в C# или имеются, или могут быть легко реализованы самостоятельно практически все семантически эквивалентные конструкции.

Важной и отличительной от С++ особенностью C# является его простота.

Delphi является комбинацией нескольких важнейших технологий:

высокопроизводительный компилятор в машинный код;

объектно-ориентированная модель компонент;

визуальное построение приложений из программных прототипов;

масштабируемые средства для построения баз данных.

Delphi является строго типизированным объектно-ориентированным программным языком. Основной упор делается на то, чтобы максимально производительно использовать код. Это позволяет очень быстро разрабатывать приложения, так как уже существуют заранее подготовленные объекты. А так же есть возможность создавать свои собственные объекты, без ограничений.

Сравнение программных продуктов (по десятибалльной шкале) приведено в таблице 1.10.

Таблица 1.10 — Сравнение программных продуктов.

Экспертная оценка определяется по формуле:

(1.1).

где Qi — общая оценка программного продукта;

Kj — весовой коэффициент критерия;

aij — оценка i-того программного средства по j-тому критерию.

Рассчитаем общие оценки программных средств:

Visual C#: Q = 8· 0.10+10·0.10+7·0.20+7·0.15+10·0.20+7·0.10=8.

Delphi 7.0: Q = 8· 0.10+7·0.10+10·0.20+9·0.15+7·0.20+9·0.10=9.

Visual C++6.0: Q = 6· 0.10+7·0.10+7·0.20+7·0.15+10·0.20+6·0.10 =7.25.

Как показал расчет, наиболее целесообразно выбрать язык Delphi 7.0.

1.2 Разработка математической модели для проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Термическую обработку стальных деталей проводят в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке. Термическая обработка стали в большинстве случае состоит в нагреве до температуры образования твердого раствора, выдержки при этих температурах и охлаждение с разными скоростями в зависимости от требований конечной структуры и физико-механических свойств стали.

Различают следующие основные режимы термообработки заготовок:

— закалка;

— отжиг;

— нормализация;

— отпуск.

Закалка — термическая обработка металлов, при которой заготовку нагревают до температуры в пределах 1000−1050°С, после чего сталь быстро охлаждают. Закалку применяют для придания стали повышенной прочности, твердости, снижения вязкости и пластичности.

Отжиг — термическая обработка металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествующей обработки и приводящей металл в более устойчивое состояние. Цель отжига — снятие внутренних напряжений, снижение твердости. При отжиге изделия нагревают выше критических температур стали. Для низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей температура нагрева достигает 600−680°С. После нагрева изделие выдерживают в печи при этой температуре в течении 2.5 минут на 1 мм толщины металла. Для полного отжига стальное изделие нагревают до температуры 820−930°С, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают.

Нормализация — термическая обработка металла, подобная отжигу, но с более быстрым охлаждением изделий, которое обычно проводят на воздухе. При нормализации заготовку нагревают до температуры 850−890°С, выдерживают при этой температуре и охлаждают на воздухе.

Отпуск — термическая обработка металлов, применяемая для сталей склонных к закалке, для уменьшения внутренних напряжений и хрупкости. Изделие нагревают до температуры 400−700°С. Выдерживают при этой температуре из расчета 2.5 минуты на 1 мм толщины металла, медленно охлаждают с печью до нормальной температуры.

Определение расчетного размера заготовок для назначения продолжительности выдержки при температурах нормализации приведены в таблице 1.11. [9].

Таблица 1.11 — Определение расчетного размера заготовок для назначения продолжительности выдержки при температурах нормализации.

Расчет норм времени выдержки при отпуске Для определения времени нагрева первоначально необходимо расчитать геометрический показатель тела W. W — геометрический показатель тела, равный отношению объёма тела V к площади его поверхности F.

Далее рассмотрены формулы для вычисления величины W различных тел простой формы. Для шара:

W = D/6, (1.2).

где D — наружный диаметр шара.

Для цилиндра, нагреваемого со всех сторон:

W =, (1.3).

где D — наружный диаметр цилиндра;

l — длина тела.

Для сплошного цилиндра, нагреваемого с одной стороны:

W =, (1.4).

где D — наружный диаметр цилиндра;

l₁ — длина нагреваемой части тела.

Для полого цилиндра, нагреваемого со всех сторон:

W =, (1.5).

где D — наружный диаметр цилиндра;

d — внутренний диаметр цилиндра;

l — длина тела.

Для куба:

W = B/6, (1.6).

где B — ребро куба.

Для прямоугольной пластины, нагреваемой со всех сторон:

W =, (1.7).

где B — толщина пластины;

a — ширина пластины;

l — полная длина тела.

Рассчитав геометрический показатель W выбираем продолжительность нагрева заготовки при отпуске по таблице 1.12.

Таблица 1.12 — Зависимость продолжительности нагрева при отпуске от величины W.

Расчет норм времени выдержки при закалке.

Время нагрева в закалочной среде зависит от диаметра (толщины) массы заготовки, мощности печи и требований чертежа (термическая обработка с закалкой или с отпуском).

Общая продолжительность нагрева при закалке зависит от двух слагаемых — времени нагрева до заданной температуры t_H и времени выдержки при этой температуре t_B.

Время выдержки при заданной температуре t_B упрощенной принимают равным 1 минуте для углеродистых сталей и 1.5 — 2 минуты для легированных сталей на 1 мм толщины металла.

Время нагрева до заданной температуры t_H определяется по следующей формуле.

t_H = a? D, (1.8).

где a — коэффициент, определяемый экспериментально, в с/мм;

D — диаметр изделия.

Если изделие квадратного или прямоугольного сечения, то вместо величины D используют толщину изделия H.

Значение коэффициента, а в зависимости от условий нагрева и формы изделия приведены в таблице 1.13.

Таблица 1.13 — Значение коэффициента а.

1.3 Разработка структурно-функциональной модели системы автоматизированного проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Структурно-функциональная модель представляется активностью (процессом), инкапсулирующим расчет технологических параметров и составление технологической документации, имеет входы, на которые поступают исходные данные и выходы на которых имеем результат расчетов, исполнителей расчетов технологических параметров и составления технологической документации.

Работа технолога по проектированию технологического процесса термообработки заготовок приведено в разделе 1.1.1.

Структурно-функциональная модель для проектирования технологических процессов термообработки заготовок представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 — Структурно-функциональная модель для проектирования технологического процесса термообработки заготовок Описание структурно-функциональной модели для проектирования технологических процессов термообработки заготовок представлено в таблице 1.14.

Таблица 1.14 — Описание структурно-функциональной модели для проектирования технологических процессов термообработки заготовок.

Структурно-функциональная модель первого уровня для автоматизации проектирования технологических процессов термообработки заготовок представлена на рисунке 1.4.

В структурно-функциональной модели приведены основные активности А₁-А₆ (функции элементов) системы, а также предметы (данные о заготовке, справочные данные, расчетный размер сечения, нормы времени, график термического процесса). Преобразование предметов осуществляется в соответствии с заданными нормами и справочниками.

Реализация активностей осуществляется «исполнителями», в данном случае это технолог. Технологу поступают данные на деталь. Технолог анализирует чертеж и данные чертежа. Извлекает данные о заготовке:

— марка стали;

— параметры заготовки (диаметр, толщина).

— требования к заготовке.

Недостающие данные технолог выбирает из справочников:

— предел кратковременной прочности;

— предел текучести;

— относительное удлинение при разрыве;

— относительное удлинение при разрыве;

— относительное сужение;

— ударная вязкость;

— твердость.

На основе полученных данных, технолог рассчитывает нормы времени для выбранного термического режима. Расчет норм времени для заготовки зависит от диаметра (толщины) заготовки, требований чертежа (увеличить/снизить прочность).Построение графика термического процесса происходит в соответствии с выбранной температурой для термического режима из справочников и рассчитанных норм времени. Все полученные данные и график заносятся в технологическую карту.

Подробное описание активности модели для проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлено в таблице 1.15.

Таблица 1.15 — Описание структурно-функциональной модели для проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Рисунок 1.4 — Структурно-функциональная модель для проектирования технологического процесса термообработки заготовок".

1.4 Разработка технического задания на создание ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

1.4.1 Введение.

Данный программный продукт представляет собой программно-методический комплекс для автоматизации технологического процесса термообработки заготовок.

Он предназначен для сокращения времени на составление технологической карты для процесса термической обработки заготовок.

1.4.2 Основание для разработки.

Разработка программно-методического комплекса (ПМК) ведется на основании приказа ректора Донбасской государственной машиностроительной академии № 07 — 14 от 01.02.2010 г.

Тема дипломного проекта — «Проект программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ».

1.4.3 Назначение разработки.

ПП будет использоваться в целях упрощения работы по составлению и учету технологических карт. ПП должен выполнять следующие функции:

— составлять технологическую карту для термообработки, строить график процесса;

— хранить справочные данные, необходимые для составления технологической карты;

— хранить данные, составленных ранее технологических карт.

1.4.4 Требования к программному изделию.

Требования к функциональным характеристикам.

— ввод исходных данных (не более 2 с.);

— выбор данных из БД (не более 1 с.);

— формирование технологической карты (не более 2 с.);

— хранение данных составленных технологических карт (не менее 1 года).

Требования к надежности.

— ПП должен устойчиво функционировать и не приводить к сбоям операционной системы;

— ПП должен обеспечивать контроль входной и выходной информации на соответствие заданных форматам данных;

— ПП должен обеспечивать обработку ошибочных действий пользователя с выдачей соответствующих сообщений.

Условия эксплуатации Условия эксплуатации должны соответствовать санитарным нормам, которые определяются СанПиН 2.2.2 545−96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным вычислительным машинам и организации работы».

Требования к составу и параметрам технических средств Для обеспечения функционирования системы необходимо наличие следующих технических средств:

— процессор с частотой 2GHz и выше;

— ОЗУ 512 Mb и выше;

— ОС Windows 2000/NT/XP;

— свободное место на жестком диске не менее 10 Mb;

— клавиатура, манипулятор «мышь».

Требования к программной документации Программная документация должна включать в себя сопровождение программного комплекса для внедрения. Сопровождение комплекса для внедрения должно состоять из технического задания, эскизного проекта, технического проекта, рабочего проекта. Под эскизным проектом подразумевается изображение прецедентов использования в нотации UML. Под техническим проектом подразумеваются диаграммы прецедентов, классов, последовательностей соответствующих стандартам UML. Под рабочим проектом подразумевается, графическое представление результатов работы ПМК.

Программная документация, сопровождающая данный программный продукт должна быть оформлена в соответствии с ДСТУ 3008.95.

Технико-экономические показатели Экономическая эффективность внедрения ПМК обеспечивается за счет:

— сокращения сроков на составление технологической карты;

— сокращение сроков на обучение технолога.

Стадии и этапы разработки Разработка ведется в несколько этапов, которые приведены в таблице 1.16 с указанием сроков выполнения каждого этапа.

Таблица 1.16 — Этапы разработки программного продукта для проектирования технологических процессов термообработки заготовок.