Лекция-2 САПР. Лекция САПР-2 (заочники). Автоматизация конструкторского проектирования
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №2 Тема: «Автоматизация конструкторского проектирования» План: 2.1 Конструкторское и технологическое проектирование 2.2 Системный подход к проектированию 2.3 Разновидности САПР 2.1 Конструкторское и технологическое проектирование Конструкторское проектирование – это определение геометрических форм объекта проектирования и его элементов, а также их взаимного расположения в пространстве (рис. 2.1). Рис. 2.1. Классификация задач конструкторского проектирования Технологическое проектирование – это проектирование технологических процессов изготовления деталей, сборки узлов, агрегатов и машин в целом Технологическое проектирование в машиностроении базируется на двух подходах – техническом и экономическом. Технический подход предусматривает полное обеспечение технологическим процессом всех требований рабочего чертежа и технических условий на изготовление заданного изделия. Экономический подход диктует необходимость минимизации трудоёмкости и издержек производства на изготовление деталей, сборку узлов, агрегатов и машин в целом. Из имеющихся вариантов технологического процесса изготовления одного и того же изделия, одинаковых с позиции технического подхода, выбирают вариант, наиболее эффективный в экономическом отношении. Эффективность технологического процесса выявляют либо по каждому из его элементов, либо рассчитывают по укрупнённым показателям. Технологическое проектирование ведётся последовательно в несколько этапов. 1.Разработка предварительного проекта технологического процесса. 2.Детальные технологические расчёты, уточняющие и конкретизирующие предварительный проект. Объектом автоматизации при технологическом проектировании являются следующие процедуры: выбор способа получения заготовок деталей; составление маршрутов обработки деталей; подбор инструмента, оснастки, оборудования и режимов обработки; выбор методов и приёмов сборки узлов, агрегатов и машин; выбор методов и средств технического контроля качества изделий на каждом из этапов технологического процесса. Окончательный вариант технологического процесса (или набора процессов) – итог уточнения предварительного проекта в результате итерационного повторения детальных технологических расчётов. Наиболее рациональные решения выбираются из числа нескольких вариантов технологических маршрутов после их разработки и сравнения по установленным критериям. При массовом производстве технологические процессы разрабатываются подробно для всех деталей изделия. Такие процессы называют операционными. Технологическая документация на них содержит подробную информацию об операциях и переходах, режимах обработки и межоперационных размерах деталей, инструменте, оснастке и т.д. В единичном производстве (например, при изготовлении опытных образцов или опытной партии изделий) ограничиваются разработкой упрощённых технологических процессов, так как их подробная разработка, как правило, экономически нецелесообразна. Такие технологические процессы относят к маршрутным. Этапы технологического проектирования взаимосвязаны и выполняются в определённой последовательности. Так, при изготовлении деталей методами механической обработки принята следующая последовательность проектных операций: определение типа производства и методов работы; выбор способа изготовления заготовки и формулировка требований к ней; выбор и обоснование технологических баз (т.е., поверхностей, их сочетаний или осей, используемых для определения положения заготовки в процессе изготовления); назначение маршрута обработки отдельных поверхностей и составление маршрута обработки детали в целом; расчёт припусков, установление технологических допусков и предельных размеров заготовки на отдельных стадиях обработки; уточнение степени концентрации операций технологических переходов (технологический переход – законченная часть обработки, выполненная одними и теми же инструментами при неизменных технологических режимах; различают простые переходы – величина припуска снимается одним и тем же инструментом за несколько рабочих ходов, и сложные – величина припуска снимается одновременно несколькими инструментами); выбор обрабатывающего оборудования, технологической оснастки и инструментов; расчёт режимов резания; определение настроечных размеров; установление норм времени и квалификации рабочих на операциях; оформление технологической документации. Например, исходными данными для проектирования технологических процессов механической обработки являются: рабочий чертёж обрабатываемой детали с указанием её материала, конструктивных особенностей и размеров; технические условия на изготовление детали, характеризующие точность и качество обрабатываемых поверхностей, а также особые требования к твёрдости и структуре материала, термической обработке, балансировке и т.п.; объем выпуска изделий, в состав которых входит изготовляемая деталь, с учётом выпуска запасных частей; планируемый интервал времени (обычно в годах) выпуска изделий. Проектированию технологического процесса предшествует подробное изучение рабочего чертежа детали, технических условий на её изготовление и условий её работы в изделии. Особое внимание уделяют улучшению технологичности конструкции детали, что может дать значительный эффект от снижения трудоёмкости и себестоимости обработки. Заключительным этапом технологического проектирования является разработка технологической документации. Стандартами ЕСКД предусмотрены: маршрутная карта, операционная карта, карта эскизов, документы технического контроля. Автоматизация технологического проектирования обеспечивает снижение его трудоёмкости в 10…15 раз, а себестоимости в 2…4 раза. Себестоимость самого изделия при этом может снижаться на 50…70%. 2.2 Системный подход к проектированию Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Как правило, разработчики технических систем используют системный подход интуитивно, но опыт проектирования показывает, что без применения правил системного анализа этого, как правило, недостаточно для решения подавляющего большинства стоящих перед ними задач. Основной принцип системного подхода – рассмотрение частей явления или сложного объекта с учётом их взаимодействия. Это позволяет выявить структуру объекта, а также внутренние и внешние связи, определяющие его облик и принципы работы. Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем, поэтому их разработка и сопровождение невозможны вне методологии системного подхода. Системный подход – совокупность методологических принципов, позволяющих рассматривать любой объект как систему. Принципы системного подхода: 1. При описании объекта как системы каждый её элемент описывается с учётом его значения для работы системы в целом. 2. Исследование системы неотделимо от исследования свойств среды, с которой она взаимодействует. 3. Исследование процессов возникновения свойств целого из свойств составляющих его элементов и влияния свойств целого на формирование свойств отдельных элементов обуславливает развитие последних. 4. При системном подходе исследования причин функционирования и развития объекта, должны дополняться исследованиями их целесообразности. 5. Источник преобразований системы лежит обычно в ней самой, так как сложные системы характеризуются самоорганизацией и самонастройкой. Системный анализ Системный анализ – совокупность методов, позволяющих реализовать принципы системного подхода путём фрагментации системы на элементы, её составляющие. Не всегда для определения системы нужен системный анализ, поэтому методы системного анализа имеют границы. Выделяют 4 класса проблем по степени детерминированности связей между явлениями и процессами (иначе, по характеру их структурности): 1. Стандартные (хорошо структурированные) проблемы. Связи здесь строго детерминированы, т.е. изменение фактора – причины ведёт к однозначному изменению результативного признака (примеры такой проблемы: определение потребностей в условном топливе для выработки необходимого количества электроэнергии на тепловых станциях, определение количества персонала для выполнения функций при заданной трудоёмкости и т.п.). Для решения таких проблем используются формализованные методы, в частности, методы исследования операций (линейного, нелинейного, динамического программирования, теории массового обслуживания, теории игр и т.д.). 2. Структурированные проблемы. В таких проблемах связи носят корреляционный характер высокой степени тесноты. Изменения факторных признаков отражаются в результативном признаке, как правило, с некоторым интервалом «от» и «до», но нередко однозначно (например, определение темпов роста производительности труда в зависимости от динамики его фондовооруженности и энерговооружённости; формирование цен на основе факторов затрат, спроса и цен конкурентов). В основе исследования подобных проблем также лежит применение формальных методов, прежде всего, стохастических. 3. Слабо структурированные проблемы. Их характерной чертой является невысокий уровень тесноты связей. На результативный признак воздействуют многие факторные признаки – причины. Их воздействие отражается в изменениях результативного признака в очень большом интервале значений (пример – определение состава и структуры населения в планируемом периоде). Они и являются основным предметом системного анализа. 4. Неструктурированные проблемы. Связи в такого типа проблемах могут быть установлены только (или почти только) на основе логического анализа. Изменение результативного признака трудно предсказуемо (пример подобной проблемы – развитие науки и техники в долгосрочной перспективе). В неструктурированных проблемах традиционными являются экспертные и эвристические методы исследования. Их особенность состоит в том, что эксперт собирает максимум информации о решаемой проблеме и на основе интуиции выносит заключения и рекомендации. Системный анализ предназначен для исследования в первую очередь слабоструктурированных проблем, т.е. проблем, состав элементов и взаимосвязей которых установлен лишь частично. Особенностями типичных проблем такого рода являются: а) стратегический и долгосрочный характер; б) наличие широкого набора альтернатив; в) неопределённость внешней и внутренней среды системы. Области приложения системного анализа – это задачи, связанные: целеообразованием, анализом целей и функций; задачи определения основных направлений и стратегии развития регионов, отраслей, предприятий и организаций; формирования прогнозов и перспективных планов, целевых комплексных программ; задачи разработки или совершенствования структур; исследование специфических особенностей управления и механизмов обратных связей; определение характера и степени влияния на организацию условий её функционирования (внешней среды); исследования процессов принятия управленческих решений во всех блоках и элементах системы; исследования эмерджентных свойств и их влияния на функционирование системы и другие сложные задачи. 2.3 Разновидности САПР Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например, по приложению, целевому назначению, уровню сложности решаемых задач, характеру базовой подсистемы – ядра САПР. По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются: 1. САПР для применения в отраслях общего машиностроения или машиностроительные САПР; 2. САПР в области радиоэлектроники; 3. САПР в области архитектуры и строительства. Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т.п. По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования. По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например, комплекс анализа прочности механических изделий методом конечных элементов (МКЭ), комплекс анализа электронных схем; системы с уникальной архитектурой как программного, так и технического обеспечения. По характеру базовой подсистемы различают: 1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т.е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер. В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Urographies и ACIS фирмы Intergraph). 2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики. 3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчёта прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т.п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD. 4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления такими сложными системами применяют специализированные системные среды. Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР: техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства); математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования; программное, представляемое компьютерными программами САПР; информационное, состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, которые используются при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, база данных вместе с СУБД носит название банка данных; лингвистическое, выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР; методическое, включающее различные методики проектирования; иногда к нему относят также математическое обеспечение; организационное, представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые регламентируют работу проектного предприятия. ▬ Рекомендуемая литература: 1. Коллектив авторов. Конспект лекций Системы автоматизированного проектирования технологических машин. Донецк, 2017. 2. Основы автоматизированного проектирования: учеб. Пособие / К.К. Шестопалов, А.Н. Новиков. – 2 изд., испр. – М.: МАДИ, 2017. – 96 с. |