САПР технологических процессов
Покупка
Тематика:
Общее машиностроение. Машиноведение
Издательство:
Директ-Медиа
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 150
Дополнительно
Вид издания:
Курс лекций
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-4499-0074-6
Артикул: 800540.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В курсе лекций рассмотрены теоретические основы САПР технологических процессов (ТП), состав, структура и классификация САПР ТП. Подробно изложены особенности обеспечивающих и функциональных подсистем САПР ТП, вопросы практической реализации авто-
матизированного проектирования ТП в современных САПР. Приведены наиболее широко применяемые методы разработки технологических процессов. 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.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
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.
Доступ онлайн
В корзину