Автоматизация проектирования

Автоматизация проектирования

Проектирование – процесс создания описания некоторого объекта.

Определений термина «проектирование» можно найти достаточно много. В основном, они сводятся к тому, что проектирование – это процесс, в результате которого появляется описание объекта, который до сих пор не существовал. В контексте информационных технологий этот процесс можно понимать как создание информации. То есть проектирование ‑ процесс создания информации об объекте. Информацию о техническом объекте (системе) принято называть его описанием. Поэтому в рамках данного курса предлагается считать, что проектирование – это создание описания.

Объектом проектирования может быть конструкция (изделие), либо процесс (изготовления изделия, например). В первом случае проектирование конструкторское, во втором ‑ технологическое.

Автоматизированным предлагается считать процесс, в котором одно управляющее действие приводит к выполнению нескольких рабочих действий.

Если описание объекта проектировщик создает при помощи карандаша и линейки, полагаясь только на собственные интеллектуальные и физические силы – проектирование следует считать ручным. Если используются вспомогательные устройства ‑ данный процесс становится механизированным или автоматизированным. Механизация, как правило, связана только с привлечением дополнительной энергии. То есть, средство механизации снабжает инструмент дополнительной энергией. Однако управляет этим снабжением оператор – именно он дает команду на каждое действие механизма. Средства автоматизации способны осуществить самостоятельно некоторый цикл действий. Вот это соотношение управляющих и рабочих (исполнительных) действий и будет использоваться для того, чтобы определить, является ли тот или иной процесс автоматизированным.

Автоматизация проектирования ‑ разработка и внедрение программно - методических средств формирования описаний (конструкций и процессов).

Средства автоматизации проектирования

Система автоматизированного проектирования (САПР) – программно - технический комплекс, поддерживающий информационную технологию проектирования.

Более детальную характеристику САПР целесообразно давать через описание характерных свойств, которые традиционно именуются как виды обеспечения САПР.

Техническое обеспечение (ТО) – аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства).

Следует отметить, что традиционное периферийное оборудование – принтеры, сканеры и т.п. – является скорее офисным обеспечением. Примером сугубо САПРовских аппаратных средств являются такие устройства, как 3D принтеры и сканеры.

Математическое обеспечение (МО) – математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения проектных задач.

Программное обеспечение (ПО) – компьютерные программы. В настоящее время имеется множество универсальных системе, позволяющих решать отдельные задачи проектирования. Эти средства можно и нужно использовать для решения соответствующих задач. Так, например, построить модель конструкции и оформить на нее конструкторскую документацию можно при помощи системы геометрического моделирования (AutoCAD, Solid Works и др.). Таким образом, в современных условиях следует различать две категории программного обеспечения – универсальное и проблемно - ориентированное. Проблемно-ориентированное ПО – приложения, разработанные для решения задач отдельной предметной области: синтез проектных решений, выбор готовых решений, специфические виды анализа и др. ов.

Информационное обеспечение (ИО) – данные, применяемые при проектировании, базы данных, системы управления базами данных (СУБД)[1];

Лингвистическое обеспечение (ЛО) – языки общения между проектировщиками и ЭВМ, программирования и обмена данными между техническими средствами САПР. Следует отметить, что современные универсальные системы позволяют использовать приложения практически на любых языках.

Если система базируется на каком-либо универсальном пакете, то необходимо выделить такие разновидности лингвистического обеспечения, как встроенные языки описания макрокоманд. Например, графический пакет AutoCAD. Внутренний язык программирования – AutoLISP. На нем можно писать выражения. Выражения вводятся с командной строки либо через пункты меню, загружать из файла. Выражениями можно описать процедуру или функцию и загрузить ее для многократного обращения-выполнения. Процедуру можно оформить как команду. AutoCAD позволяет также создавать процедуры и функции на Basic. Однако непосредственно обратится к ним как к команде нельзя – через специальную команду. Можно оформить команду на AutoLISP, которая, в свою очередь обратится к Basic-процедуре. В basic-модуле можно подключить DLL-библиотеку на любом языке.

Методическое обеспечение (МтО) – методики проектирования[2]; программно-методические комплексы автоматизации проектирования – универсальные средства с некоторой программной поддержкой (передача данных, формирование типовых моделей) ориентированной на узкий класс технических объектов.

Организационное обеспечение (ОО) – штатные расписания, должностные инструкции, и др. документы, регламентирующие работу персонала проектного предприятия.

В качестве примера САПР с наиболее широким спектром обеспечений можно привести кузовоизмерительный комплекс (Рисунок 1.2). Он позволяет снимать координаты точек на поверхностях сложных пространственных объектов. В его состав входит специальный стенд для закрепления объекта, чувствительные сенсорные элементы и средства перемещения сенсоров относительно стенда. Компьютерная система, воспринимающая координаты точек и упорядочивающая их определенным образом. Используется для оцифровки мастер-моделей кузовов новых моделей, «битых» машин и т.д.

Наиболее распространены в настоящее время универсальные САПР, поддерживающие формирование описаний проектных решений – создание моделей и документирование. В эту категорию входят системы геометрического моделирования (CAD-системы), системы автоматизации заполнения технологических карт и т.п.

Маршрутизация процесса механической обработки

Маршрутизация:

- упорядочивание технологических переходов, определение последовательности их выполнения для последующего формирования технологических операций

- группирование переходов.

Технологические переходы берутся из принципиальной схемы, сформированной перед маршрутизацией.

Операционный уровень

Основная задача операционного уровня – выбор оборудования. Оснастка, безусловно, тоже важный элемент обрабатывающей системы. Однако она является адаптером между оборудованием и изделием. Поэтому изделие и оборудование практически однозначно предопределяют выбор оснастки, либо она проектируется.

Первый фактор, определяющий выбор оборудования – это вид обработки. Он определяется при создании перехода еще на этапе разработки принципиальной схемы совместно с выбором действия перехода. В зависимости от вида обработки определяется класс оборудования: для токарной обработки – токарный станок, для фрезерной – фрезерный и т.д.

Следующий фактор – габариты объекта обработки. Этот объект должен помещаться в рабочем пространстве оборудования. Габариты рабочего пространства указываются в характеристиках оборудования. Из всей гаммы оборудования данного класса исключаются представители, чье рабочее пространство меньше объекта.

Выбор оборудования по мощности. Эффективная мощность, т.е. мощность, необходимая непосредственно для выполнения обрабатывающих действий, зависит от скорости резания, V, и скорости подачи, S: N_эф = F(V, S).

Исходя из этих параметров определяется необходимая мощность для каждого перехода, N_i, где i – номер перехода.

Очевидно, что мощность оборудования должна превосходить мощность самого «мощного» перехода: N_об ≥ MAX (N_i) * η, где η – КПД.

Исходя из полученного значения выбирается конкретная модель оборудования.

Далее расчетные скорости резания и подачи корректируются с учетом возможностей выбранного оборудования.

Оборудование, как правило, совершает вращательные движения, а обрабатывающие действия на уровне переходов рассчитывались как линейные (скорость резания, например, выражение 9.2). Соответственно, линейные скорости переходов необходимо пересчитать в частоты вращения оборудования.

, (10.3)

Частоты вращения оборудования изменяются, в основном, дискретно. То есть, необходимо не просто пересчитать линейную скорость в угловую, а подобрать частоту вращения оборудования, максимально соответствующую расчетной скорости резания.

Аналогичную дискретизацию необходимо выполнить и с подачей.

 

После уточнения скоростей определяется оперативное время ‑ время, затрачиваемое на выполнение операции, повторяемой для каждой единицы продукции:

Топ = Тосн + Твсп (10.4)

Тосн – основное время, затрачиваемое на непосредственное выполнение обрабатывающих действий. Это время зависит от длины обработки, L, и «минутной» подачи, Sмин: Тосн = L/Sмин. Изначально подача определяется как перемещение на цикл главного движения. Минутная подача – это произведение количества циклов главного движения[20] в минуту и подачи на цикл: Sмин = nS. То есть, основное время – функция от длины обработки, скорости обработки и скорости подачи: Тосн = F(L, V,S). В основное время входит также время, затрачиваемое на подвод и отвод инструмента.

Твсп – вспомогательное время, затрачиваемое на установку, снятие объекта, контроль и др. вспомогательные действия. Существуют таблицы нормативов на выполнение вспомогательных действий – установки детали в различные патроны, тиски, приспособления, измерения различными инструментами. По этим нормативам и определяется вспомогательное время.

Шаблоны ОГС КТЭ

Шаблон ОГС КТЭ – правило, позволяющее выделить в ОГС детали подграф, соответствующий отдельному КТЭ.

Шаблон включает четыре основных категории:

1) тип начальной грани;

2) глубина поиска;

3) тип смежности ребер;

4) тип смежных граней.

Начальная грань. В структуре каждого КТЭ можно выделить грань, которая занимает особое положение по отношению к другим. Например, в пазах, различные варианты которых приведены на рисунке 3.1, такой гранью является донышко. Формальным признаком такой грани может служить, например, максимальная степень (количество ребер). Однако в общем случае особый статус может иметь и другая грань. Выделить начальную грань должен помочь технолог, консультирующий разработчика САПР. В данном контексте следует просто полагать, что такая грань есть у каждого КТЭ и ее тип имеет важное значение при поиске подграфа КТЭ в ОГС детали.

Глубина поиска – максимальная степень смежности с начальной гранью. Как правило, рассматриваются только грани, непосредственно прилегающие к начальной и глубина поиска, соответственно, равна 1.

Рисунок 15.1

Для закрытого со всех сторон паза (рисунок 3.1 д) можно составить следующий шаблон: тип начальной грани – «С» («close»), глубина поиска – 1, тип смежности ребер – «вогнутый», тип смежных граней – «В» («bounded»). Используя приведенный шаблон программа распознавания в ОГС детали найдет закрытую грань, выделит вместе с ней все вогнуто смежные с ней грани и назовет все это КТЭ «Паз».

Шаблоны для открытого паза и уступа (рисунок 4.1 г, в) отличаются от шаблона глухого паза типом начальной грани ‑ она должна иметь тип «В» («bounded»). Между собой они никак не отличаются. Для этого в шаблоне следует предусмотреть место для особых условий. Например, открытый паз должен иметь только одно ребро с выпуклым типом смежности.

Для сквозного паза (Рисунок 15.1б) тип начальной - «t» («through»). Остальные категории шаблона аналогичны шаблонам других пазов.

Автоматизация проектирования

Проектирование – процесс создания описания некоторого объекта.

Определений термина «проектирование» можно найти достаточно много. В основном, они сводятся к тому, что проектирование – это процесс, в результате которого появляется описание объекта, который до сих пор не существовал. В контексте информационных технологий этот процесс можно понимать как создание информации. То есть проектирование ‑ процесс создания информации об объекте. Информацию о техническом объекте (системе) принято называть его описанием. Поэтому в рамках данного курса предлагается считать, что проектирование – это создание описания.

Объектом проектирования может быть конструкция (изделие), либо процесс (изготовления изделия, например). В первом случае проектирование конструкторское, во втором ‑ технологическое.

Автоматизированным предлагается считать процесс, в котором одно управляющее действие приводит к выполнению нескольких рабочих действий.

Если описание объекта проектировщик создает при помощи карандаша и линейки, полагаясь только на собственные интеллектуальные и физические силы – проектирование следует считать ручным. Если используются вспомогательные устройства ‑ данный процесс становится механизированным или автоматизированным. Механизация, как правило, связана только с привлечением дополнительной энергии. То есть, средство механизации снабжает инструмент дополнительной энергией. Однако управляет этим снабжением оператор – именно он дает команду на каждое действие механизма. Средства автоматизации способны осуществить самостоятельно некоторый цикл действий. Вот это соотношение управляющих и рабочих (исполнительных) действий и будет использоваться для того, чтобы определить, является ли тот или иной процесс автоматизированным.

Автоматизация проектирования ‑ разработка и внедрение программно - методических средств формирования описаний (конструкций и процессов).