САПР технологических процессов

П. С. Белов, О. Г. Драгина 

САПР  
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

Курс лекций 

по дисциплине САПР технологических процессов 
для студентов, обучающихся по направлениям: 
15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств 
15.03.04 Автоматизация технологических процессов и 
производств 

Москва 
Берлин 
2019 

УДК 658.5(075) 
ББК 34.4я73 
Б43 

Белов, П. С.

Б43
САПР технологических процессов : курс лекций / П. С. Белов, 

О. Г. Драгина. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. — 150 с.

ISBN 978-5-4499-0074-6 

В курсе лекций рассмотрены теоретические основы САПР технологических процессов 
(ТП), состав, структура и классификация САПР ТП. Подробно изложены особенности обеспе-
чивающих и функциональных подсистем САПР ТП, вопросы практической реализации авто-
матизированного проектирования ТП в современных САПР.  
Приведены наиболее широко применяемые методы разработки технологических про-
цессов.  
Курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по и направлениям подготовки 
бакалавров 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных 
производств» и 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств». 
Текст печатается в авторской редакции. 

УДК 658.5(075) 
ББК 34.4я73 

ISBN  978-5-4499-0074-6 
© Белов П. С., Драгина О. Г., текст, 2019
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................... 5 

Глава 1. САПР КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ............................................................... 7 
1. Принципы разработки САПР ..................................................................................... 7
2. Состав и структура САПР .......................................................................................... 12
3. Классификация САПР ............................................................................................... 18

Глава 2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ .............................................................. 20 
1. Иерархия проектирования ...................................................................................... 20
2. Типы проектирования САПР .................................................................................... 22
3. Методы моделирования ......................................................................................... 24
4. Виды обеспечения САПР .......................................................................................... 26
5. САПР в компьютерно-интегрированном производстве ....................................... 46

Глава 3. МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ .................................................................................... 60 
1. Метод прямого проектирования ............................................................................ 61
2. Метод анализа .......................................................................................................... 61
3. Метод синтеза в САПР технологических процессов .............................................. 65

Глава 4. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕХНОПРО ................................................................. 75 
1. Общие сведения ....................................................................................................... 75
2. Диалоговое проектирование технологических процессов .................................. 75
3. Автоматическое проектирование технологических процессов ........................... 76
4. Полуавтоматическое проектирование технологических процессов ................... 78
5. База условий и расчетов .......................................................................................... 79

Глава 5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ «КОМПАС-АВТОПРОЕКТ» ........................................ 81 
1. Общие сведения ....................................................................................................... 81
2. Интерфейс системы .................................................................................................. 85
3. Принцип работы системы ........................................................................................ 89
4. Проектирование ТП на основе техпроцесса-аналога ............................................ 90
5. Проектирование ТП на основе дублирующей технологии ................................... 91
6. Трудовое нормирование ......................................................................................... 92
7. Расчет режимов резания ......................................................................................... 94

Глава 6. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ T-FLEX ТЕХНОЛОГИЯ ................................................. 99 
1. Общие сведения ....................................................................................................... 99
2. Главное окно программы ...................................................................................... 101

3. Создание техпроцесса из прототипа .................................................................... 108
4. Простановка подписей в карты ............................................................................. 110
5. Создание расчетов ................................................................................................. 113
6. Формирование технологических карт .................................................................. 126

Глава 7. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЕРТИКАЛЬ-ТЕХНОЛОГИЯ ..................................... 129 
1. Состав системы ....................................................................................................... 129
2. Универсальный технологический справочник .................................................... 130
3. Система трудового нормирования ....................................................................... 132
4. Расчет режимов резания ....................................................................................... 136
5. Справочник Материалы и сортаменты ................................................................ 137

Глава 8. САПР ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ................................................................................ 139 
1. Методы автоматизации проектирования приспособлений .............................. 139
2. Автоматизированное проектирование приспособлений ................................... 142
3. Основные функции систем автоматизированного проектирования и
изготовления технологической оснастки ................................................................. 143 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................... 149 

ВВЕДЕНИЕ 

В связи с ростом потребности общества в новых высококачественных 
промышленных изделиях необходимо увеличение производительности тру-
да разработчиков, повышение качества разработки проектов, сокращение 
сроков проектирования. Добиться этого простым увеличением численности 
проектировщиков невозможно. Решить проблему можно путем автоматиза-
ции проектных работ на основе широкого использования вычислительной 
техники. 
Цель автоматизации проектирования — повышение качества, сокраще-
ние материальных затрат и сроков проектирования, ликвидация тенденции 
к увеличению численности проектировщиков, повышение производительно-
сти их труда. 
Автоматизация проектирования характеризуется систематическим ис-
пользованием ЭВМ при рациональном распределении функций между по-
следней и человеком. С помощью ЭВМ решаются задачи, которые поддают-
ся формализации, при условии, что их машинное решение более 
эффективно, чем ручное. 
Проектирование организуется оптимально при использовании систем ав-
томатизированного проектирования (САПР) — комплекса средств автомати-
зации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной 
организации и выполняющего автоматизированное проектирование. 
Развитие САПР основывается на современной научно-технической базе. 
В нее входят средства вычислительной техники — микроЭВМ и мини-ЭВМ, 
персональные компьютеры, мощные вычислительные системы, распредели-
тельные вычислительные сети, новые методы представления и обработки ин-
формации, построенные на принципах искусственного интеллекта, а также но-
вые численные методы решения сложных технических задач и оптимизации. 
САПР позволяют на основе последних достижений фундаментальных 
наук совершенствовать методологию проектирования, развивать математи-
ческую теорию проектирования сложных технических систем. 
Создание САПР — весьма сложная комплексная проблема, требующая 
обеспечения методологического единства всех этапов проектирования, уче-
та взаимосвязи обширных функциональных, информационных и лингвисти-
ческих потребностей проектировщиков, тщательной проработки технологи-
ческих аспектов организации аппаратно-программных средств системы. При 
разработке САПР необходим обоснованный выбор методов машинного ре-
шения широкого круга задач, который подразумевает правильную оценку 
возможностей вычислительной техники для обеспечения согласованности 
между требованиями — высокими точностью и степенью универсальности, 
минимальными затратами машинного времени, памяти и труда проекти-
ровщиков на сбор исходной информации. 

САПР конкретных отраслей имеет свою специфику. Однако для многих 
областей техники ряд фундаментальных положений теории и практики САПР 
имеет достаточно общий характер. К ним можно отнести, например, прин-
ципы построения общего и специального программного обеспечения, фор-
мирование типовых последовательностей задач и программ, подходы к раз-
работке моделей объектов проектирования, организацию диалогового 
взаимодействия «человек — ЭВМ» и т. д. 
Развитие автоматизации проектирования связано с совершенствованием 
математических методов исследования. Поэтому оно стимулирует создание 
общей теории инженерного проектирования. Автоматизация проектирова-
ния выделилась в самостоятельное научное направление. Предмет автома-
тизации проектирования — формализация проектных процедур, структури-
рование и типизация процессов проектирования, постановка проектных 
задач, а также модели, методы и алгоритмы их решения, построение техни-
ческих средств, способы создания языков, описание программ, блоки дан-
ных, а также вопросы их объединения в единую высокоэффективную проек-
тирующую систему. 
Среди САПР значительное распространение имеют САПР технологических 
процессов (ТП). В сфере производства САПР ТП стали составной частью ГПС, и 
информация о ТП из САПР, расположенной в непосредственной близости от 
цеха или в нем, по кабельному каналу связи поступает в систему управления 
технологическими системами, которые реализуют ТП. 
Большое внимание в настоящее время уделяется созданию диалоговых 
САПР ТП. Диалоговый режим имеет существенное значение для автоматиза-
ции проектирования. 

Глава 1. САПР КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 

1. Принципы разработки САПР

Проектирование — процесс составления описания, необходимого для 
создания в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе 
первичного описания данного объекта и (или) алгоритма его функциониро-
вания… (ГОСТ 22487). 
Проектирование является сложным творческим процессом целенаправ-
ленной деятельности человека, основанным на глубоких научных знаниях, 
использовании практического опыта и навыков в определенной сфере. 
Автоматизированное проектирование — проектирование, при котором 
отдельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функцио-
нирования.., осуществляются взаимодействием человека и ЭВМ (ГОСТ 22487). 
Функции между человеком и ЭВМ должны быть рационально распреде-
лены. Человек должен решать задачи творческого характера, а ЭВМ — зада-
чи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма рутинного 
характера. 
Преимуществом автоматизированного проектирования является воз-
можность проводить на ЭВМ эксперименты на математических моделях. Это 
значительно сокращает дорогостоящее физическое моделирование. Мате-
матические модели при этом должны удовлетворять требованиям универ-
сальности, точности, адекватности и экономичности. 
Система автоматизированного проектирования (САПР) — комплекс 
средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми 
подразделениями проектной организации или коллективом специалистов 
(пользователей системы), выполняющий автоматизированное проектирова-
ние (ГОСТ 22487). 
Объектами проектирования в САПР могут быть здания, сооружения, ме-
таллорежущие станки и т. д., в САПР ТП — технологические процессы. 
Проектирование по содержанию — это процесс переработки опреде-
ленного объема различной информации. Входами такого процесса (рис. 1) 
являются: 
1. Замысел (цель) проектирования, выраженный в виде определенной
совокупности условий и требований, которым должен удовлетворять иско-
мый объект. 
2. Средства, т. е. факторы, которыми можно варьировать при проекти-
ровании. 
Выход процесса — такое описание искомого объекта, которое необхо-
димо и достаточно для материально-вещественного воплощения идеи про-
ектирования в конкретный физический объект (т. е. его информационная 
модель в виде схем, чертежей, спецификаций, технологических карт и дру-
гой документации). 

Рис. 1. Процесс проектирования с информационной точки зрения 

Таким образом, смысл процесса проектирования в любой САПР незави-
симо от объекта проектирования один и тот же: получить в соответствие 
с замыслом такую информационную систему — модель, которая позволяет 
создать систему — оригинал, полностью соответствующую замыслу. 
В процессе проектирования с помощью САПР в качестве промежуточных 
и окончательных решений используют математические модели: 
•
формы и геометрических параметров;
•
структуры;
•
временных и пространственно-временных отношений;
•
функционирования;
•
состояний и значений свойств объекта;
•
имитационные.
Модели формы и геометрических параметров — это плоские и объемные 
изображения объектов проектирования, выполненные в соответствии с пра-
вилами ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП (чертежи, схемы, карты эскизов и т. д.). 
Модели структуры — это кинематические, гидравлические, электронные 
и др. схемы. Для технологического процесса — это его структура, представ-
ленная, 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 кинемати-
ческие схемы, выполненные в режиме анимации. 
Модели состояний и значений свойств объекта — это формальное (упро-
щенное) описание объекта (процесса) в виде отдельных формул, систем 
уравнений и т. д. Они предназначены для расчетов параметров объекта, 
проведения численных экспериментов (для технологического проектирова-
ния — 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 мно-

Процесс 

проектирования

Цель проектирования (условия, 
требования к будущему объекту)

Варьируемые факторы

или средства проектирования

Описание

искомого объекта

Информационная 
модель объекта

гочисленные и разнообразные реальные ситуации, в которых может ока-
заться будущий объект проектирования. 
При создании и приобретении САПР и их составных частей необходимо 
руководствоваться следующими принципами: 
• системного единства; 
• совместимости; 
• типизации; 
• развития. 
Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и 
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 типо-
вых и унифицированных элементов САПР. Типизируют 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 новых информа-
ционных технологиях. Вследствие этого для них характерен ряд признаков: 
1. Объектно-ориентированное взаимодействие человека и ЭВМ. Поль-
зователь работает в режиме манипулирования изображениями заготовок, 
деталей, сборочных единиц, со схемами, текстом и т. д. в реальном масшта-
бе времени. В основу манипулирования заложено программирование соот-
ветствующих процедур, выполняемые ЭВМ. Человек видит информацион-
ные объекты, получаемые посредством средств вывода информации, и 
воздействует на них за счет средств ввода информации. 
2. Сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки ин-
формации на основе интегрированной базы данных. База данных преду-
сматривает единую унифицированную форму представления, хранения, по-
иска, отображения, восстановления и защиты информации. 
3. Безбумажный процесс обработки информации. Все промежуточные 
варианты и необходимые численные данные записываются на машинных 
носителях и доводятся до пользователя через экран монитора. На бумаге 
фиксируется только окончательный вариант документа: технологическая 
карта, карта эскизов и т. д. 
4. Интерактивный режим решения задач, выполняемый в режиме диа-
лога пользователя и ЭВМ. Новые информационные технологии требуют вы-
сокого интеллектуального уровня, профессиональной и психологической 
подготовки пользователя. Пользователь должен досконально знать принци-
пы и все нюансы работы САПР, ее возможности, уметь свободно пользовать-
ся средствами общения с компьютером, квалифицированно ставить задачи и 
осмысливать результаты их решения. 

САПР объединяет технические средства, математическое и программное 
обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максималь-
ным учетом особенностей задач проектирования и конструирования. Основ-
ной функцией САПР является выполнение автоматизированного проектиро-
вания на всех или отдельных этапах проектирования объектов и их 
составных элементов. 
Объектами проектирования могут быть: продукция производственно-
технического назначения (средства производства — технологическое оборудо-
вание и оснастка); технологические процессы (ТП), в результате реализации 
которых проекты объектов воплощаются в материально-вещественную форму; 
здания, инженерные сооружения; транспортные средства, средства связи, вы-
числительной техники; организационно-управленческие системы и т. д. 
В процессе проектирования разрабатывают проектные решения. Под 
проектным решением понимают результат, который может носить форму 
промежуточного или окончательного описания объекта проектирования. 
Содержание и форма должны удовлетворять требованиям. Требования к со-
держанию определяются замыслом проектировщика. Представление про-
ектного решения в заданной форме является проектным документом. 
Проектом называют совокупность проектных документов, соответству-
ющих заданному перечню. 
Проектирование может быть описано схемой «процесс — процедура — 
операция». 
Операция заключается в отыскании промежуточного решения (например, 
нахождение элементарного технологического маршрута механической об-
работки). 
Процедура — это нахождение части общего решения, например, форми-
рование технологического маршрута обработки на основе элементарных 
технологических маршрутов. 
Операции и процедуры представляют собой формализованные совокупности 
действий. Формализация заключается в том, что используются либо 
арифметические, либо логические операции, либо их сочетание. Арифметические 
операции — сложение, вычитание, умножение, деление, возведение 
в степень. Логические операции — отрицание (НЕ), логическое умножение 
(И), логическое сложение (неисключающее ИЛИ, записываемое как И/ИЛИ), 
эквивалентность (ТОГДА И ТОЛЬКО ТОГДА,... КОГДА), следование (ЕСЛИ,... 
ТОГДА). 
Совокупность программ выполнения операций, составляющих процедуру, 
образует пакет программ. 
Проектирование ТП заключается в разработке принципиальной схемы, технологических 
маршрутов, операции, переходов изготовления и сборки изделий 
и их элементов, включая выбор режимов обработки или сборки, приспособлений, 
инструмента и т. д. САПР, используемые, например, в ГПС, 
позволяют оперативно решать задачу — как наилучшим образом в условиях 

конкретной ГПС (т. е. в условиях заданной технической базы) изготовить данное 
изделие в требуемом количестве и с требуемыми показателями качества. 
Для создания САПР необходимы: совершенствование проектирования на 
основе применения математических методов и средств, средств новейшей 
вычислительной техники; автоматизация поиска, обработки и выдачи ин-
формации; использование методов оптимизации и многовариантности про-
ектирования; применение эффективных математических моделей проекти-
руемых 
объектов; 
создание 
банков 
данных, 
содержащих 
систематизированные справочные сведения, обеспечивающие автоматиза-
цию проектирования; повышение качества оформления проектной докумен-
тации; унификация и стандартизация методов проектирования; наличие 
специалистов в области САПР; взаимодействие проектных подразделений 
с автоматизированными системами различного уровня и назначения. 
Создание САПР — сложная научно-техническая проблема. Внедрение 
САПР требует значительных капитальных затрат. 
Рассмотрим основные особенности построения САПР. САПР является че-
ловеко-машинной системой. Важная роль в ней принадлежит инженеру, 
разрабатывающему проект создания технического объекта. Человек решает 
в САПР задачи, формализация которых еще не достигнута, а также задачи, 
решение которых на основе его эвристических способностей более эффек-
тивно, чем на базе современной ЭВМ. Одним из принципов построения и 
эксплуатации САПР является тесное взаимодействие человека и ЭВМ в про-
цессе проектирования. 
САПР представляет собой иерархическую систему. Она реализует ком-
плексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия 
уровней проектирования отражается в структуре специального программно-
го обеспечения (ПО) САПР в виде иерархии подсистемы. Иерархически стро-
ятся и технические средства САПР, которые разделяются на центральный вы-
числительный комплекс (ЦВК) и автоматизированные рабочие места (АРМ) 
проектировщиков. 
САПР является совокупностью информационно-согласованных подси-
стем. Это означает, что все или большинство последовательностей задач 
проектирования обслуживаются информационно-согласованными програм-
мами. Две программы будут информационно согласованы, если все данные, 
представляющие собой объект переработки в программе, входят в числовые 
массивы, не требующие изменений при переходе от программы к програм-
ме. Информационные связи могут проявляться в том, что результаты реше-
ния одной задачи могут быть использованы в качестве исходных данных для 
другой задачи. Программы, требующие для их согласования значительной 
переработки общего массива данных с участием человека путем добавления 
недостающих параметров, ручной перекомпоновки массива или изменения 
значений отдельных параметров, являются информационно плохо согласо-
ванными. Это превращает САПР в набор автономных программ. При этом  

из-за неучтенных в ряде подсистем некоторых факторов, оцениваемых 
в других подсистемах, ухудшается качество проектных решений. 
Элементами оптимальности связей между человеком и ЭВМ являются ав-
томатическая связь программ, не требующая перекомпоновки массивов, а 
также техническое обеспечение оперативной связи человека с ЭВМ благода-
ря дисплею. 
Важным является связь между САПР и внешней средой. Если при проек-
тировании каждого последующего объекта в систему вводятся заново не 
только специфические новые исходные данные, но и данные справочного 
характера, то связи САПР с внешней средой организованы нерационально. 
Весь многократно используемый при проектировании массив данных дол-
жен храниться системой в банке данных. 
САПР должна быть открытой системой, способной к развитию, т. е. обла-
дать способностью включения в нее новых методов и средств. 
В САПР должны быть максимально использованы унифицированные мо-
дули. Требования универсальности и эффективности противоречивы. Эффек-
тивность САПР прежде всего определяется временными и материальными 
затратами при решении проектных задач. Уменьшение указанных затрат 
обеспечивается путем специализации САПР. Однако в этом случае увеличи-
вается число различных САПР. Для снижения расходов специализированных 
САПР последние следует строить на основе максимального использования 
унифицированных составных частей. Неотъемлемое условие унификации — 
нахождение общих положений в моделировании, анализе и синтезе разно-
родных технических объектов. 

2. Состав и структура САПР 

Составными структурными частями САПР являются подсистемы. Послед-
ние жестко связаны с организационной структурой проектной организации. 
В подсистемах посредством специализированных комплексов средств реша-
ется функционально законченная последовательность задач САПР. 
Независимо от назначения каждая САПР состоит из проектирующих и об-
служивающих подсистем. Эти подсистемы имеют различное назначение. 
Проектирующие подсистемы выполняют процедуры и операции полу-
чения новых данных. Они имеют объектную ориентацию и реализуют опре-
деленный этап проектирования или группу взаимосвязанных проектных за-
дач. Проектирующими подсистемами, например, являются эскизное 
проектирование изделий, проектирование деталей (корпусных, валов, зуб-
чатых колес и др.), проектирование ТП сборки, механической и других видов 
обработки. 
Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и слу-
жат для обеспечения функционирования подсистем собственного проекти-
рования, а также оформления, передачи и вывода полученных в них резуль-
татов.