Роль и назначение автоматизированного проектирования промышленных изделий.

Роль и назначение автоматизированного проектирования промышленных изделий.

Цель автоматизации — повысить качество проектирования, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа инженерно-технических работников, занятых проектированием и конструированием.

 

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ — задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Существенным отличием автоматизированного проектирования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования — математическим моделированием. При этом следует иметь в виду одно важнейшее обстоятельство: при проектировании число вариантов необозримо. Поэтому нельзя ставить задачу создания универсальной САПР, а необходимо решать вопросы проектирования для конкретного семейства машин.

Классификация САПР.

Существует большое разнообразие систем автоматизированного проектирования, которые используются на различных стадиях создания объекта. Можно привести следующую классификацию САПР:

1. По уровню формализации решаемых задач:

Автоматические — системы, которые позволяют описать решение задачи математически (на языке, понятном для ЭВМ). Состоят из трех частей: формирование входной информации, проектирование (проведение расчетов), формирование выходной информации. Для решения задачи используются универсальные алгоритмы обработки информации. Такие системы обычно работают в автоматическом режиме.

Автоматизированные — системы, позволяющие решать задачи, не поддающиеся полному математическому описанию. Проектирование в таких системах осуществляется под непосредственным контролем человека-оператора, чаще всего на уровне человеко-машинного диалога. Человек сам принимает решение там, где процесс проектирования не поддается математическому описанию или оценка проектных решений не имеет количественного выражения. При работе с такими системами активно используется профессиональный уровень проектировщика.

Эвристические — системы, организующие поиск решения задач, которые невозможно описать математически. Это чаще всего графические системы, которые служат как бы контролером правильности действия конструктора-проектировщика, так как задача создания новой конструкции стоит перед ним, а не перед ЭВМ. Например, конструктор формирует изображение проектируемого объекта, что эквивалентно введению информации в память компьютера. Затем с помощью расчетных модулей осуществляется анализ конструкции. Полученные результаты тут же обрабатываются и выдаются на экране графического дисплея в виде эпюр, гистограмм, графиков и т. д. Далее, в зависимости от поставленной задачи, конструктор вносит изменения в первоначальный проект геометрии образа, и указанный процесс осуществляется заново. Таким образом, за определенное число графических итераций (итераций процесса) может быть получено оптимальное проектное решение.

2. По специализации:

Специализированные — САПР, область применения которых ограничивается определенным классом конструкций, например, САПР грузового автомобиля, строительных конструкций, авиастроения и т.д.

Универсальные (инвариантные) — САПР, область применения которых не ограничена определенными сферами применения, например, система автоматизации прочностных расчётов может быть инвариантна по отношению к автомобилю, строительной конструкции, трактору и т. д.

3. По технической организации:

С центральным процессорным управлением. В таких системах вся основная информация, связанная с проектированием, обрабатывается мощной ЭВМ, а корректировка и ввод информации на местах осуществляются с помощью персональных компьютеров, соединенных интерфейсом с головной машиной. Данная технология сложилась исторически, т. к. сначала появились большие ЭВМ, для которых начали создаваться САПР. Позднее, с появлением более компактных компьютеров, начали создаваться различные средства автоматизации конструкторских работ.

На базе автоматизированных рабочих мест (АРМ) конструктора с собственными вычислительными ресурсами. В таких системах весь процесс проектирования осуществляется на АРМах за счет собственных вычислительных и графических средств, а более мощный компьютер служит только передаточным звеном с общей базой знаний. Данное направление является более прогрессивным по многим аспектам, главные из которых следующие: во-первых, процесс проектирования не зависит от выхода из строя одного из рабочих мест, как это имеет место в системах первого направления, где выход из строя основной ЭВМ практически срывает весь процесс проектирования; во-вторых, независимая обработка данных избавляет конструктора от потерь времени, связанных с выполнением задания другого конструктора, упрощает управление процессом проектирования.

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения:

Математическое обеспечение (МО)

Техническое обеспечение (ТО)

Программное обеспечение (ПО)

Информационное обеспечение (ИО)

Методическое обеспечение (МТО)

Организационное обеспечение (ОО)

Методическое обеспечение (МТО) — совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы.

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения:

Математическое обеспечение (МО)

Техническое обеспечение (ТО)

Программное обеспечение (ПО)

Информационное обеспечение (ИО)

Методическое обеспечение (МТО)

Организационное обеспечение (ОО)

Техническое обеспечение (ТО) — совокупность связанных и взаимодействующих технических средств, средств вычислительной и организационной техники, средств передачи данных, измерительных и других устройств.

 

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения:

Математическое обеспечение (МО)

Техническое обеспечение (ТО)

Программное обеспечение (ПО)

Информационное обеспечение (ИО)

Методическое обеспечение (МТО)

Организационное обеспечение (ОО)

Математическое обеспечение (МО) — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов проектирования, представленный в заданной форме.

 

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения:

Математическое обеспечение (МО)

Техническое обеспечение (ТО)

Программное обеспечение (ПО)

Информационное обеспечение (ИО)

Методическое обеспечение (МТО)

Организационное обеспечение (ОО

Программное обеспечение (ПО) — совокупность машинных программ, необходимых для осуществления процесса проектирования, включая системное и прикладное ПО.

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения:

Математическое обеспечение (МО)

Техническое обеспечение (ТО)

Программное обеспечение (ПО)

Информационное обеспечение (ИО)

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения:

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения:

Описание массива информации

Документ должен содержать:

• наименование массива;

• обозначение массива;

• наименование носителя данных;

• перечень реквизитов в порядке их следования в записях массива с указанием по

каждому реквизиту: обозначения алфавита, длины в знаках, диапазона изменения

(при необходимости), логических и семантических связей с другими реквизитами

данной записи и другими записями массива;

• оценку объема массива;

• другие характеристики массива (при необходимости).

Примечание. Если массив состоит из записей различных типов, то для записи каждого типа приводят все характеристики, перечисленные выше.

46.Модель КТПП в САПР.

При системе конструкторско-технологической подготовки производства обеспечивается единство исходной информации, используемой в процессе проектирования управляющих программ обработки деталей на станках с ЧПУ и при создании объёмной оснастки. Это достигается: а) разработкой и применением единой исходной геометрической информации в виде математических, информационных и графических моделей коллективного пользования; б) более полным проставлением размеров на чертежах с записью в них сведений, необходимых и достаточных для однозначного их чтения различными исполнителями; в) внедрением широко варьируемой схемы параллельно последовательного формообразования объектов производства и их геометрической увязки, позволяющей согласовывать формы и размеры деталей в процессе их параллельного изготовления различными способами. Важным звеном процесса формообразования деталей является увязка поверхностей, которая представляет собой их взаимное согласование по геометрическим параметрам. Увязка является одним из основных факторов моделирования геометрических объектов, обеспечивающим получение правильной информации. Сокращение сроков подготовки производства и уменьшение производственного цикла обуславливается не только применением высокопроизводительного оборудования, но и возможностью заранее, еще до запуска очередного изделия, провести большую работу по подготовке прикладного программного обеспечения.

 

47, 48. Современные "плоскостные" САПР. Опыт, возможности, проблемы. Современные "трехмерные" САПР.

Большинство представленных на рынке САПР предлагают 3-D технологии или сочетают их с традиционными плоскостными. Их можно разделить на две группы: системы получения развертки поверхности по ее трехмерной модели и системы получения поверхности по имеющейся развертке. Хотя в обоих видах систем используется достаточно сложный математический аппарат, они не учитывают все многообразие свойств материала и не всегда возможно однозначно определить внешнюю форму будущего изделия, либо получить качественную развертку без дальнейшей корректировки.1-ая система предполагает дальнейшее совершенствование процесса проектирования одежды, которое можно вести на основе плоскостного конструирования с использованием информации о закономерностях пространственных линий и параметров конструкции. Следовательно, разработка систем получения объемной поверхности по имеющейся плоской развертке является перспективной, а проблема накопления и передачи индивидуального опыта конструктора - актуальной. В современных плоскостных САПР с элементами 3-D технологий этап проверки разработанной конструкции в макете можно заменить виртуальным. Для визуализации образа изделия необходимо изучить взаимосвязь развертки деталей изделия и их пространственной формы. Получить виртуальные графо - аналитические модели, учитывающие основные деформационные свойства материалов возможно путем проведения заранее спланированных экспериментов путем изготовления натурных макетов из реальных материалов. По результатам исследований в информационную базу системы будут вноситься эмпирические поправки. Используя трехмерные модели, дизайнер с помощью САПР одновременно осуществляет оценку внешнего вида изделия в целом и каждого узла в отдельности, рассматривая их на экране монитора в различных ракурсах, и имеет возможность использовать точную информацию о величине и местонахождении деформации материала, распределяя ее по срезам с учетом выбранной технологии обработки и свойств материала. Найденные технические решения будут превосходить по точности решения традиционного проектирования.

 

49.Отличительные особенности построения технологических процессов САПР в условиях автосервисного предприятия.

САПР обеспечивает проектирование ТП, подготовку управляющих программ, проектирование ТП изготовления изделия. Идея: при заданной (введенной) информации о конструктивно-технологических параметрах предмета производства (изделия), данных о производственных условиях и ресурсах, объеме выпуска система должна обеспечивать проектирование и выдачу заданных форматов ТП, пригодного для реализации в заданных условиях. Создаются САПР единичных процессов для производственных систем, которые должны удовлетворять принципам построения систем автоматизации, обеспечивать формирование единичных ТП (включая маршрутную и операционную технологии изготовления деталей независимо от их класса), а на основании их конструктивно-технологических характеристик, требований качества, данных об условиях изготовления обеспечивать выдачу результатов проектирования. Единичный ТП выполняется: проводят поиск ТП аналога; выполняют корректировку ТП аналога на основе сравнения конструкции и тех. параметров типовой и конкретной деталей. => единичный ТП изготовления конкретной детали.

 

50.Проблемы автоматизированного проектирования автотранспортного предприятия.

Во-первых, это жесткая конкуренция в борьбе за заказы, как внутренние (от других подразделений собственного предприятия), так и внешние (от сторонних заказчиков). Во-вторых, постоянное увеличение сложности изделий и, как следствие, технологической оснастки. В-третьих, сложность принятия объективных решений относительно сроков и стоимости выполнения заказов, что вызвано недостатком данных о реальных возможностях предприятия и опыте специалистов. Такое положение вещей приводит либо к завышению сроков и стоимостей (что, естественно, отталкивает потенциальных заказчиков), либо к их занижению (что вызывает убытки). Нет системы, позволяющей осуществлять автоматизированный синтез ТП из-за сложности с наличием трудно-формализуемых этапов проектирования. Дорогостоящее нововведение.

 

51.Возможность использование структурно-информационных моделей САПР.

Задачи структурного синтеза классифицируют по следующим признакам: в зависимости от стадии проектирования, на которой производится синтез; в зависимости от возможностей формализации; по типу синтезируемых структур. В зависимости от стадии проектирования, на которой производится синтез, различают процедуры: выбор основных признаков функционирования будущего объекта; выбор технического решения в рамках заданных принципов функционирования; оформления технической документации. В зависимости от возможностей формализации задачи синтеза делятся на несколько уровней сложности. Процесс проектирования может быть представлен организованной последовательностью преобразования информации. Исходная (входная) информация включает большое количество данных: стандарты, нормали, каталоги комплектующих изделий и материалов, методики проектирования, сведения, содержащиеся в ТЗ, результаты предпроектных исследований. С целью систематизации и облегчения анализа исходная информация группируется по классам: информация справочного характера (стандарты, каталоги, справочники, книги, отчеты); данные прототипов объектов проектирования; методики проектирования; специфичные условия и требования к конкретному объекту проектирования. Первые три класса являются неизменными на сравнительно длительном отрезке времени, значительно превышающем длительность процесса проектирования. Информация четвертого класса меняется от объекта к объекту. Выходная информацияохватывает все данные проекта, полученные на промежуточных и конечных этапах проектирования. Она определяет конструкторско-технологическую и монтажную реализацию объекта проектирования; параметры, процессы и режимы его функционирования и т.п. С другой стороны, выходная информация должна содержать критериальные оценки проекта, необходимые для введения коррекций в принятые решения.

 

52.Направления совершенствования и развитие САПР.

- использование для проектирования и подготовки производства новые системы;

-применение в производстве оснастки современного высокопроизводительного оборудования и эффективных технологий;

- увеличение организационной гибкости за счет использования современных информационных и коммуникационных технологий для управления всей технической информацией.

- ориентация автоматизированных систем не на решение отдельных задач, а на процессы проектирования и подготовки производства в целом, что приводит к повышению уровня специализации рабочих мест и качества работ;

- развитие систем электронного взаимодействия с заказчиками, что улучшает кооперацию и позволяет быстро реагировать на изменяющиеся требования заказчиков и рынка;

- необходимость соответствия стандартам ISO 9000, что обусловливает потребность в системах управления технической подготовкой производства.

 

53. Интеллектуализация САПР. Краткие сведения из истории появления искусственного интеллекта. Одним из способов достигнуть максимального прогресса в этой области является "искусственный интеллект" (ИИ), когда компьютер не только берет на себя однотипные, многократно повторяющиеся операции, но и сам может обучаться. В 1м подходе объектом исследований являются структура и механизмы работы мозга человека, а конечная цель заключается в раскрытии тайн мышления. Этапами исследований являются построение моделей на основе психофизиологических данных, проведение экспериментов с ними, выдвижение новых гипотез относительно механизмов интеллектуальной деятельности, совершенствование моделей. 2й подход в качестве объекта исследования рассматривает ИИ. Здесь речь идет о моделировании интеллектуальной деятельности с помощью вычислительных машин. Целью работ в этом направлении является создание алгоритмического и программного обеспечения вычислительных машин, позволяющего решать интеллектуальные задачи не хуже человека. 3й подход ориентирован на создание смешанных человеко-машинных или интерактивных интеллектуальных систем, на симбиоз возможностей естественного и искусственного интеллекта. Важнейшими проблемами в этих исследованиях являются оптимальное распределение функций между естественным и искусственным интеллектом и организация диалога между человеком и машиной.

54.Интеллектуализация САПР. База знаний. Представление знаний в искусственном интеллекте. Объектом изучения и манипулирования в ИИ являются знания - не определяемое формально понятие, в которое обычно включается совокупность сведений, используемых человеком при решении конкретных задач. Особенностями, отличающими знания от данных являются: интерпретируемость; структурированность; связность; активность. Знания об объектах и явлениях принято делить на синтаксические, семантические и прагматические. Первые описывают структуру объектов и явлений, вторые - информацию, связанную с их значением и их смыслом, а третьи описывают объекты и явления с точки зрения решаемой задачи. Центральное место в системах ИИ занимает база знаний (БЗ) - вместилище всей совокупности знаний, относящихся к решаемой задаче. Проблемой при создании БЗ является выбор наиболее адекватного с точки зрения указанных выше особенностей способа представления знаний. Различают декларативную и процедурную формы представлений знаний. Форма представления знаний совокупностью программ называется процедурой. Представление знаний в виде набора утверждений об объектах предметной области и отношениях между ними называется декларативным. При использовании этой формы представления в системах ИИ подразумевается, что их интеллектуальность достигается за счет наличия небольшого числа универсальных процедур работы со знаниями, а их специализация на конкретную предметную область обеспечивается наполнением утверждениями, характеризующими эту область. Этим достигается независимость друг от друга предметных знании и знаний о методах решения задач, что гарантирует их гибкость и легкую модифицируемость. Для некоторых понятий использование декларативного представления невозможно или неэкономично. В связи с этим на практике чаще всего используют смешанные представления, сочетающие в себе оба подхода.

Система искусственного интеллекта. Основные функции.1.Обоснование - это доказательство или проверка того, что полученное системой решение не противоречит знаниям, которые хранятся в памяти системы. Обоснование является относительным - при изменении содержимого базы знаний или базы данных оно может либо сохранить свою силу, либо стать неверным.2.Объяснение. Предоставляет пользователю информацию о том, как интеллектуальная система получила выданное пользователю решение. Опирается лишь на тот маршрут, который сохранился в памяти системы от процесса поиска решения. Используя этот маршрут, система формирует пользователю объяснение на профессиональном естественном языке, позволяющее ему представить все принципиальные шаги решения.3.С помощью оправдания некоторое решение системы обосновывается не путем логических рассуждений, или обращения к имеющимся в системе знаниям, а путем обращения к имеющейся в системе ценностной структуре. Обосновывает положение о том, что данное решение не противоречит этой ценностной структуре.4.Обучение – это усвоение знаний, умений и навыков путем получения и восприятия информации или обработки наблюдаемой информации с последующим построением на основе этих наблюдений новых общих правил и закономерностей. 5.Данные – это отдельные факты, характеризующие объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства.6.Знания – это закономерности предметной области (принципы, связи, законы), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в этой области.

 

Роль и назначение автоматизированного проектирования промышленных изделий.

Цель автоматизации — повысить качество проектирования, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа инженерно-технических работников, занятых проектированием и конструированием.

 

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ — задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Существенным отличием автоматизированного проектирования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования — математическим моделированием. При этом следует иметь в виду одно важнейшее обстоятельство: при проектировании число вариантов необозримо. Поэтому нельзя ставить задачу создания универсальной САПР, а необходимо решать вопросы проектирования для конкретного семейства машин.

Классификация САПР.

Существует большое разнообразие систем автоматизированного проектирования, которые используются на различных стадиях создания объекта. Можно привести следующую классификацию САПР:

1. По уровню формализации решаемых задач:

Автоматические — системы, которые позволяют описать решение задачи математически (на языке, понятном для ЭВМ). Состоят из трех частей: формирование входной информации, проектирование (проведение расчетов), формирование выходной информации. Для решения задачи используются универсальные алгоритмы обработки информации. Такие системы обычно работают в автоматическом режиме.

Автоматизированные — системы, позволяющие решать задачи, не поддающиеся полному математическому описанию. Проектирование в таких системах осуществляется под непосредственным контролем человека-оператора, чаще всего на уровне человеко-машинного диалога. Человек сам принимает решение там, где процесс проектирования не поддается математическому описанию или оценка проектных решений не имеет количественного выражения. При работе с такими системами активно используется профессиональный уровень проектировщика.

Эвристические — системы, организующие поиск решения задач, которые невозможно описать математически. Это чаще всего графические системы, которые служат как бы контролером правильности действия конструктора-проектировщика, так как задача создания новой конструкции стоит перед ним, а не перед ЭВМ. Например, конструктор формирует изображение проектируемого объекта, что эквивалентно введению информации в память компьютера. Затем с помощью расчетных модулей осуществляется анализ конструкции. Полученные результаты тут же обрабатываются и выдаются на экране графического дисплея в виде эпюр, гистограмм, графиков и т. д. Далее, в зависимости от поставленной задачи, конструктор вносит изменения в первоначальный проект геометрии образа, и указанный процесс осуществляется заново. Таким образом, за определенное число графических итераций (итераций процесса) может быть получено оптимальное проектное решение.

2. По специализации:

Специализированные — САПР, область применения которых ограничивается определенным классом конструкций, например, САПР грузового автомобиля, строительных конструкций, авиастроения и т.д.

Универсальные (инвариантные) — САПР, область применения которых не ограничена определенными сферами применения, например, система автоматизации прочностных расчётов может быть инвариантна по отношению к автомобилю, строительной конструкции, трактору и т. д.

3. По технической организации:

С центральным процессорным управлением. В таких системах вся основная информация, связанная с проектированием, обрабатывается мощной ЭВМ, а корректировка и ввод информации на местах осуществляются с помощью персональных компьютеров, соединенных интерфейсом с головной машиной. Данная технология сложилась исторически, т. к. сначала появились большие ЭВМ, для которых начали создаваться САПР. Позднее, с появлением более компактных компьютеров, начали создаваться различные средства автоматизации конструкторских работ.

На базе автоматизированных рабочих мест (АРМ) конструктора с собственными вычислительными ресурсами. В таких системах весь процесс проектирования осуществляется на АРМах за счет собственных вычислительных и графических средств, а более мощный компьютер служит только передаточным звеном с общей базой знаний. Данное направление является более прогрессивным по многим аспектам, главные из которых следующие: во-первых, процесс проектирования не зависит от выхода из строя одного из рабочих мест, как это имеет место в системах первого направления, где выход из строя основной ЭВМ практически срывает весь процесс проектирования; во-вторых, независимая обработка данных избавляет конструктора от потерь времени, связанных с выполнением задания другого конструктора, упрощает управление процессом проектирования.

Виды обеспечения САПР.

Все подсистемы состоят из компонентов — элементов средств обеспечения, выполняющих определённую функцию в подсистеме и обеспечивающих её работоспособность. Компонентами САПР являются следующие средства обеспечения: