Разработаны в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ

МАТЕРИАЛЫ К ЛЕКЦИЯМ

«САПР технологических процессов»

Преподаватель – Подрезов Н.Н.

г. Волгодонск, 2010 г.

Лекция 10. Оптимизация технологических процессов в САПР ТП

Задачи проектирования технологических процессов (ТП) являются многовариантными. К многовариантным относятся, например, задачи выбора оборудования, режущего инструмента, расчета режимов резания и т.д. В разрабатываемом ТП число возможных комбинаций переходов, схем базирования, методов обработки и компоновок операций даже для простых деталей значительно, а для более сложных возрастает чрезвычайно.

Разные варианты ТП изготовления одной и той же детали вследствие различий в структуре, применяемом оборудовании, инструменте, режимах резания и т.д. имеют различные выходные показатели: производительность, себестоимость, расход металла, загрузку оборудования и др.

Наличие нескольких вариантов решения задачи (вариантов ТП) естественным путем приводит к задаче выбора наилучшего варианта. В нашем случае таковым будет вариант ТП, обеспечивающий выполнение в конкретных производственных условиях все требования чертежа детали и дающий наилучшее значение выходных показателей. Такой технологический процесс носит название оптимального. Таким образом, задача проектирования ТП по своей природе является оптимизационной.

Постановка задачи проектирования оптимального ТП

Технологический процесс называется оптимальным, если он обеспечивает:

1. Выполнение системы ограничений, отражающих условия протекания ТП и требования, предъявляемые к нему и детали.

2. Экстремум целевой функции.

ТП, оптимальный по одному критерию, может быть далеко не оптимальным по другому. Например, максимум производительности операции может не соответствовать минимуму ее себестоимости. Поэтому при постановке задачи проектирования оптимального ТП весьма важным является выбор критерия оптимальности.

Известен и применяется ряд различных критериев оптимальности, используемых для оптимизации как ТП в целом, так и при решении отдельных частных технологических задач. Наиболее часто используются следующие критерии оптимальности ТП:

1. Штучное время - (целевая функция ).

2. Производительность (целевая функция ).</P.< li>

3. Себестоимость детали (целевая функция ).

В целом же для постановки задачи оптимизации ТП (как и любой другой задачи оптимизации) необходимо сформировать математическую модель процесса обработки детали (сборки изделия), которая должна включать в себя:

1. Критерий (критерии) оптимальности ТП.

2. Целевую функцию.

3. Систему ограничений.

4. Четко определенные входные, выходные и внутренние параметры.

5. Управляемый (варьируемый) параметр или управляемые (варьируемые) параметры, которые выделяются из числа внутренних параметров.

После формирования математической модели необходимо определить (выбрать, разработать) метод решения задачи оптимизации.

Различают три вида оптимизации ТП:

1. Структурную.

2. Параметрическую.</P.< li>

3. Структурно – параметрическую.

Структурная оптимизация – это определение оптимальной структуры ТП (вида заготовки, технологического маршрута, модели оборудования, типоразмера инструмента и т.д.).

Параметрическая оптимизация ТП заключается в расчете оптимальных припусков и межпереходных размеров, режимов резания и т.д.

Структурно – параметрическая оптимизация представляет собой комбинацию двух первых.

Параметрическая оптимизация ТП на примере расчета оптимальных режимов резания представлена подробно в дисциплине «Математическое моделирование процессов в машиностроении» в курсе лабораторных работ и здесь не рассматривается.

Структурная оптимизация ТП

Принципиальное отличие структурной оптимизации от параметрической оптимизации состоит в сущности оптимизируемых параметров. При структурной оптимизации они по своей природе являются неупорядоченными переменными. В параметрической оптимизации параметры представляют собой переменные, для которых существует понятие больше или меньше и которые естественным образом могут быть размещены в координатной системе. В структурной же оптимизации эти параметры не являются по существу числовыми. Параметрами структурной оптимизации являются, например, модели станков, типы инструментов, схемы базирования, т.е. варианты типовых решений.

Структурная оптимизация рассматривает последовательно каждую задачу технологического проектирования. Таким образом, весь процесс проектирования расчленяется на несколько взаимосвязанных уровней. Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. В результате проектирования на всех уровнях образуется граф допустимых вариантов ТП, отвечающих заданным ограничениям – рис.10.1.

Задача структурной оптимизации состоит в поиске ветви графа, обеспечивающей экстремум целевой функции. В силу неупорядоченности параметров основной метод структурной оптимизации состоит в последовательном переборе возможных вариантов. Чтобы выбрать один оптимальный вариант, необходимо до конца спроектировать очень большое количество допустимых техническими и технологическими ограничениями вариантов ТП.

Для реального ТП изготовления деталей даже средней сложности таких вариантов может быть огромное множество. Перебор всех вариантов даже при помощи современных быстродействующих компьютеров занимает очень большое время. Для уменьшения времени проектирования используются следующие приемы.

Прием 1. Эффективность процесса

Но, все – таки, если удачно назначить критерии на каждом уровне проектирования, такой подход имеет смысл. При его применении может оказаться несколько равнозначных вариантов ТП, но среди них уже гораздо легче выбрать оптимальный вариант. Общая модель процесса технологического проектирования с поэтапным отсечением решений на каждом уровне может быть представлена следующим образом – см. рис.10.2.

Прием 2. «Предпроектная оптимизация». Рассмотрим этот прием на примере выбора модели круглошлифовального станка. Множество возможныхвариантов моделей круглошлифовальных станков определяется с помощью таблиц соответствий. Фрагмент такой таблицы приведен ниже в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Левая часть таблицы, обозначающая ее строки, представляет собой множество типовых решений. Верхняя часть таблицы, обозначающая ее столбцы, - условия применимости и их числовые значения. Центральная часть таблицы – булева матрица соответствий, в которой зафиксированы связи между решениями и определяющими их применимость значениями условий. Наличие связи обозначают единицей, отсутствие – нулем. Иногда вместо единицы применяют штриховку соответствующей клетки, вместо нуля клетку оставляют незаштрихованной.

По имеющемуся комплексу исходных данных из таблицы соответствий принимаются те решения, в строках которых булева матрица имеет единицы для всех значений факторов, входящих в условия применимости.

На базе таблиц соответствий строятся алгоритмы, позволяющие выбирать множество допустимых решений, из которых путем последовательного перебора выбираются наилучшие решения согласно тому или иному критерию оптимальности.

Но и при локализованной структурной оптимизации перебор и анализ всех допустимых решений, выбираемых из таблиц соответствий, занимает большое время. Для сокращения времени счета при структурной оптимизации с использованием таблиц соответствий производят так называемую предпроектную оптимизацию на стадии разработки информационного обеспечения. Для этого используют графики соответствий.

Построим график соответствий для одного из условий применимости, например, для первого – см. табл. 10.1. Критерий оптимизации – себестоимость , соответственно, целевая функция . Примем - типовые решения (здесь – модели станков), - диапазоны условий применимости. Пусть количество типовых решений (моделей станков) равняется не трем, а семи, количество диапазонов в первом условии применимости – пять.

График соответствий показан на рис. 10.3.

Соединяя линией решения, имеющие минимальную себестоимость, получаем линию минимальной себестоимости. Решения, лежащие на этой линии, называют предпочтительными.

Построим теперь таблицу соответствий, в которой единицы заменены штриховкой и предпочтительные решения выделены звездочками – см. табл. 10.2.

Таблица 10.2

Другими словами в таблице штриховкой показаны технически возможные решения, звездочками – экономически эффективные решения.

Поиск решений в таблице соответствий сначала осуществляется по предпочтительным решениям. В случае отсутствия подходящего предпочтительного решения поиск производится по оставшимся допустимым.

Такой подход эффективен для случаев наличия экстремума целевой функции. Но в ряде случаев решение получается неопределенным. Так, например, в нашем случае для диапазона условия применимости имеется несколько эффективных решений.

Прием 3. Следующим шагом в развитии предпроектной оптимизации является переход от булевых матриц соответствий к оценочным матрицам. В этом случае в соответствующих клетках матрицы соответствий проставляются значения себестоимости с графика соответствий – см. табл.10.3.

Таблица 10.3

Подобные матрицы заполняются для всех условий применимости.

Алгоритм поиска оптимального решения по оценочной матрице состоит в поиске одноименной строки в оценочных матрицах для всех диапазонов условий применимости, обеспечивающей наименьшую сумму затрат для данного условия задачи.

Рассмотренная процедура повторяется для каждого уровня проектирования, приводя в конечном итоге к варианту с оптимальной структурой.

Информационный фонд и его организация на ЭВМ

При автоматизированном проектировании для удовлетворения потребности прикладных программ и подсистем САПР, а также запросов пользователей в диалоговом режиме возникает необходимость в машинном представлении данных.

Информационный фонд САПР – это совокупность всех необходимых для функционирования САПР данных.

Информационное обеспечение САПР – это совокупность информационного фонда и средств его ведения, т.е. средств создания, реорганизации данных и обеспечения доступа к ним с использованием ЭВМ.

В состав информационного фонда входят:

· нормативно – справочная информация (сведения о заготовках, типовых маршрутах обработки, станках, инструментах и т.д.);

· записываемые временно данные, которые являются результатом функционирования одной подсистемы САПР и которые затем вводятся в другую подсистему;

· программные модули отдельных подсистем, подпрограммы для разработки управляющих программ для станков с ЧПУ;

· чертежи инструментов и приспособлений, операционные эскизы;

· шаблоны для ввода информации и оформления документов, например, технологических карт и т.п.

Ведение информационного фонда на ЭВМ

Известны три подхода к организации информационного фонда:

Размещение данных непосредственно в теле программы – см. рис. 11.1.

1.

Рис.11.1. Организация информационного фонда с размещением данных в теле программы

Запись данных в файлы – см. рис. 11.2.

2.

Рис.11.2. Организация информационного фонда с записью данных в файлы

Использование баз данных – см. рис. 11.3.

3.

Рис.11.3. Организация информационного фонда с использованием базы данных

В принципе все три подхода имеют право на существование при обоснованном и квалифицированном их использовании в каждом конкретном случае.

Первый подход на примере выбора модели зубошевинговального станка был рассмотрен в лекции 7. В случае, если данные необходимо будет модифицировать (например, станок демонтирован и данные о нем нужно удалить), то данный подход имеет существенный недостаток: неизбежность модификации программы для обновления или реорганизации данных.

Второй подход. При файловой организации информация записывается на винчестер отдельно от прикладной программы. Это обеспечивает относительную независимость прикладной программы от данных, т.е. исключает изменение программы в случае обновления данных. Если данные используются только конкретной прикладной программой, то такой подход вполне приемлем. Если нет, то очевиден следующий недостаток такого подхода. Часто одни и те же данные используются различными прикладными программами, в которых они имеют различную структуру и представлены по – разному. Это приводит к их необоснованному дублированию (избыточности) на диске.

Имеется еще один недостаток, который относится в целом ко второму подходу. К данным, рассредоточенным по десяткам файлов и организованным так, чтобы удовлетворять только запросам конкретных прикладных программ, нельзя обращаться пользователю, например, в диалоговом режиме.

Организация информационного фонда на ЭВМ с использованием баз данных

Организация информационного фонда на ЭВМ с использованием баз данных (БД) применяется во многих современных САПР ТП.

База данных – совокупность структурированных данных, используемых многими прикладными программами и хранящихся с минимальной избыточностью.

Система управления базой данных (СУБД) – программный комплекс, обеспечивающий создание структуры, ввод, модификацию, удаление и поиск данных.

Иногда используется понятие банка данных (БнД), под которым понимается совокупность БД и СУБД.

Самой распространенной в настоящее время является СУБД Microsoft Access 2002, которая является одним из продуктов пакета Microsoft Office XP.

Основные требования, предъявляемые к базам данных

К базам данных предъявляется ряд требований, среди которых можно выделить следующие основные требования:

1. Минимальная избыточность. Каждый элемент данных вводится в БД один раз и хранится в единственном экземпляре. При вводе данных СУБД выполняет проверку на дублирование. Этим достигается экономия внешней памяти и надежность информации.

2. Независимость. Модификация данных и изменения, вносимые в их структуру в связи с появлением новых пользователей и новых запросов, не должны отражаться на программах пользователей.

3. Целостность данных:

o логическая (СУБД должна защищать БД от некорректных действий пользователей путем восстановления состояния БД на момент, предшествующий ошибочной операции);

o физическая(защита носителей информации – дисков – от сбоев путем дублирования, например, двумя параллельно работающими зеркальными дисками).

4. Секретность. Пользователи должны работать только с теми данными (фрагментами данных), к которым им разрешен доступ.

Лекция 11. Основные понятия и основы проектирования баз данных

Начнем с определения понятия «данные». Итак, данные – это информация, представленная в определенной форме, пригодной для хранения и обработки на ЭВМ. Можно дать и другое определение: данные – это представленные в цифровом виде сведения о некоторых объектах окружающего нас мира (об объектах интересующей нас предметной области).

При создании любой БД разрабатывается модель данных. При этом интересующая пользователей БД информация существует в двух представлениях:

1. Логическое представление данных.

2. Физическое представление данных на носителе информации (диске).

Логическое представление отражает структуру данных. Модель не содержит конкретных значений. Она только описывает их структуру. В дальнейшем структура остается неизменной, а данные могут меняться при вводе и редактировании информации в БД.

Для определения модели используются следующие понятия:

· объект;</P.< li>

· атрибут;

· экземпляр;

· ключ.

В дальнейшем мы укажем на соответствующие этим понятиям понятия, используемые при описании физического представления данных и понятия, принятые в СУБД Microsoft Access.

Объект представляет собой то, о чем накапливается информация в БД, например «сверло», «зенкер», «резец» и т.д.

Атрибуты – это интересующие пользователя характеристики объекта. Например, для объекта «сверло» - это «обозначение», «диаметр», «длина общая» и т.д.

Экземпляробъекта – совокупность значений атрибутов, описывающих конкретную его реализацию. В нашем случае это строка таблицы.

Ключ– это атрибут, значение которого однозначно определяет экземпляр. Так в БД по сверлам (см. ниже) ключом может служить атрибут «обозначение», т.к. значение этого атрибута не дублируется ни в одной строке (экземпляре). Другие атрибуты не могут быть ключом, потому что могут принимать одинаковые значения для разных экземпляров. Например, вполне возможны два сверла с одинаковой длиной, хотя и разного исполнения.

При описании физического представления данных, а также в терминологии СУБД Microsoft Access понятию «атрибут» соответствует понятие «поле» (столбец таблицы). Понятию «экземпляр» соответствует понятие «запись» (строка таблицы). Объекту соответствует фрагмент файла данных или файл данных целиком.

База данных, состоящая из набора связанных между собой двумерных (плоских) таблиц, называется реляционной базой данных. Данные в этих таблицах организованы таким образом, чтобы обеспечить объединение разнородной информации, исключить ее дублирование, а также предоставить оперативный доступ к имеющимся сведениям и эффективное сопровождение базы данных в целом.

Реляционные СУБД используют реляционную модель данных, предложенную в 1970 году Э.Ф.Коддом. Если говорить упрощенно, то Кодд показал, что набор двумерных таблиц при соблюдении определенных ограничений может быть использован для хранения данных об объектах реального мира и моделирования связей между ними. В терминологии Кодда такие таблицы называются отношениями (англ. relation), вот почему подобная база данных называется реляционной.

В реляционной базе данных, в частности, реализованной в СУБД Microsoft Access, для однозначного распознавания экземпляра объекта подобно приведенному выше понятию «ключ» вводится уникальный идентификатор – первичный ключ. Первичный ключ – это уникальная характеристика для каждой записи в пределах таблицы. Первичный ключ таблицы помимо однозначной идентификации записей позволяет реализовать и связи между таблицами. Благодаря связям информация из одной таблицы становится доступной для другой. Связи устанавливаются за счет того, что в разных таблицах присутствуют поля с одинаковыми значениями.

Покажем на примере преимущества реляционных моделей данных перед моделями данных, построенными на основе сплошных таблиц.

Пример. Разработка фрагмента модели данных «Сотрудники – проекты». Пусть речь идет о технологической службе предприятия, сотрудники которой, занимаясь технологической подготовкой производства, естественным образом участвуют в разработке проектов некоторых изделий. Исходные данные по сотрудникам представлены в так называемой сплошной таблице – см. табл. 13.1.

Таблица 13.1

В данной таблице имеются следующие недостатки в представлении данных:

1. Дублируется информация о сотрудниках, т.к. сотрудник может участвовать в нескольких проектах.

2. В таблицу нельзя вписать тех сотрудников, которые не заняты в проектах именно сейчас, а также сотрудников, которые вообще не работают над проектами, иначе таблица не будет сплошной.

3. Если сотрудник увольняется, запись о нем удаляется из таблицы, а вместе с ней – и проект, хотя работа над ним должна продолжаться.

Данный пример является классическим, поскольку отмеченные выше проблемы характерны для всех сплошных файлов.

Снять указанные ограничения и позволяют реляционные базы данных. В них при проектировании таблиц и определении связей следуют формализованной процедуре, которая называется нормализацией и опирается на аппарат теории множеств и реляционной алгебры. Нормализация – это пошаговый процесс замены одной таблицы другими, имеющими более простую структуру. На каждом шаге (этапе) нормализации таблицы приводятся к некоторому определенному виду, который называется нормальной формой.

Чтобы устранить указанные выше недостатки, разобьем исходную таблицу на две: «Проекты» и «Сотрудники» - табл. 13.2 и 13.3.

Таблица 13.2

Таблица 13.3

Продолжим анализ и посмотрим на таблицу «Сотрудники». Несложно заметить следующие особенности:

1. Дублируется информация о телефонах для сотрудников одного отдела.

2. Если изменяется телефон отдела, необходимо изменять его у всех сотрудников отдела. Аналогичная ситуация будет наблюдаться при изменении размера окладов.

3. Нельзя включить данные о новом отделе, пока не будут набраны его сотрудники.

4. При увольнении все сотрудников не сохраняются данные о самом отделе.

Поэтому, следуя правилам нормализации, необходимо выполнить декомпозицию таблицы «Сотрудники» и разбить ее на три таблицы: «Сотрудники», «Должности», «Отделы» - табл.13.4, 13.5, 13.6.

Таблица 13.4

Таблица 13.5

Таблица 13.6

Т.е окончательно сформированы четыре связанные между собой таблицы: «Проекты», «Сотрудники», «Должности» и «Отделы».

Покажем теперь логику представления фрагмента данных в БД «Режущие инструменты», а более подробно в ее разделе «Сверла». Информация о сверлах берется из справочника – см. табл.13.7.

Таблица 13.7

Общая структура данных показана на рис. 13.1.

Рис.13.1. Общая структура данных БД «Режущие инструменты»

После определения типа данных (здесь применяется два типа данных: «текстовый» - обозначен ниже буквами «С» и «числовой» - буквами «N») и длины полей получается логическая модель данных – рис. 13.2.

Рис.13.2. Логическая модель данных в БД «Режущие инструменты» в разделе «Сверла»

Ввиду того, что львиная доля работы по проектированию технологических процессов приходится на работу с данными и при этом перерабатывается очень большое количество информации, ряд САПР ТП построено на основе имеющихся СУБД. Это значительно облегчает создание прикладного программного обеспечения САПР. Так, например, САПР ТП «Техно/Про» построена на базе уже упоминавшейся СУБД Microsoft Access. Информация об этом мощном приложении изложена в специальной литературе и требует отдельного изучения, что не входит в рамки данной дисциплины. Отметим только, что физическое представление данных на диске в данной СУБД организуется в виде одного общего файла, файла базы данных, который имеет расширение .mdb.

Лекция 12. Лингвистическое обеспечение САПР технологических процессов

Лингвистическое обеспечение – совокупность языков, используемых в процессе разработки и эксплуатации САПР.

Под «языком» понимается любое средство общения, любая система символов и знаков для представления и обмена информацией.

Лингвистическое обеспечение образуется следующими языками:

· программирования;

· управления;

· проектирования.

Языки программирования необходимы для создания программного обеспечения при разработке САПР. В принципе языки программирования относят и к программному обеспечению САПР. Здесь мы их подробно рассматривать не будем, информация о них приведена в специальной литературе. Напомним лишь, что к наиболее распространенным языкам программирования относятся Pascal, Fortran, Basic, Си (различных версий). В настоящее время на их базе разработаны и повсеместно используются среды программирования такие, как, соответственно, Delphi, Visual Fortran, Visual Basic, Visual Си (также различных версий).

Языки управления служат для управления ЭВМ, периферийными устройствами. Это операционная система Windows, драйверы принтеров и т.д. Эти языки также относят и к программному обеспечению САПР. Они в требуемом в данном курсе объеме были описаны ранее.

Языки проектирования ориентированы на пользователей – проектировщиков и предназначены для эксплуатации САПР, в том числе и САПР технологических процессов (САПР ТП). На них мы и остановимся более подробно. Эта группа языков делится на:

· входные;

· внутренние;

· выходные.

Входные языки являются средством взаимодействия конечного пользователя с САПР, например, в ходе подготовки и ввода исходных данных или формирования проблемы.

Внутренние языки обычно скрыты от рядового пользователя и служат для представления информации, передаваемой между различными подсистемами САПР и ЭВМ.

Выходные языки обеспечивают оформление результатов проектирования в текстовом или графическом виде.

Такое деление языков проектирования можно назвать классическим. В различных САПР ТП они могут применяться с различной степенью развернутости и в различном исполнении. В одних САПР ТП, реализующих, например, принцип синтеза технологических процессов, информация о детали для автоматического проектирования варианта ТП вводится единовременно. В других подобных системах применяется диалоговое проектирование (диалоговый синтез) ТП, и в них информация о детали вводится постепенно по ходу проектирования технологического процесса.

Так или иначе место языков проектирования на различных этапах переработки информации в САПР ТП (один из вариантов) показано на рис. 14.1.

Рис. 14.1. Преобразование информации в САПР

Языки проектирования, построенные на базе классификации

Эти языки применяются для укрупненного описания детали с целью поиска в базе данных ее аналога и типового (группового) технологического процесса. Эти языки разного исполнения, но построены, как правило, на базе известных классификаторов:

1. «Общероссийского классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП)»;

2. «Технологического классификатора деталей машиностроения и приборостроения».

Процесс кодирования сведений о детали заключается в присвоении ей цифрового кода по ОКП и дополнения его кодами основных технологических признаков. Схема (структура) конструкторско – технологического кода детали показана в таблице 14.1.

Таблица 14.1

Позиции с1 по 14 представляют собой конструкторский код детали, с 15 по 28 – технологический код детали. Позиции с 5 по 14 – код конструктивных признаков детали,

с 15 по 20 – основной технологический код, с 21 по 28 – дополнительный технологический код.

Конструктивное кодирование основано на разбиении всего множества деталей сначала на классы (тела вращения, корпусные детали и т.д.), затем каждого класса - на подклассы (для тел вращения – осей, валов и т.д.) и т.д. и присвоении каждому классу, подклассу и т.д. цифрового кода (номера).

Фрагмент технологического кодификатора показан ниже в табл. 14.2 и 14.3.

Таблица 14.2

Таблица 14.2

Кроме определения конструкторско – технологического кода в некоторых языках дополнительно запрашивается другая информация о детали. Она бывает необходимой для автоматического назначения оборудования, нормирования технологического процесса и т.д.

Языки для диалогового проектирования технологических процессов

Исполнения таких языков разные. Это зависит от их разработки конкретными авторами или группами разработчиков. Кратко рассмотрим такой язык, применяемый для диалогового проектирования технологических процессов в рамках САПР ТП «ТехноПро»

Сразу следует отметить, что данная САПР ТП построена на основе СУБД Microsoft Access и поэтому многие сценарии работы естественным образом повторяют действия по работе с данной средой.

При проектировании технологического процесса в системе «ТехноПро» технолог общается с ЭВМ на языке, максимально приближенном к его предметной области. Он оперирует со знакомыми ему понятиями: деталь, операция, переход, карта, эскиз и т.д. Сведения о детали можно вводить с клавиатуры или считывать с введенного заранее в системе T-FLEX электронного чертежа – см. рис. 14.2.

Рис. 14.2. Ввод общих сведений о детали в САПР ТП «ТехноПро»

Форма для ввода информации, представленная на рисунке содержит привычные для Access и для Windows кнопки, поля, закладки и др. элементы.

На рис. 14.3 и 14.4 показаны формы для заполнения содержания операций и переходов соответственно. Маршрут операций и переходов представлены в виде «дерева», что упрощает формирование технологического процесса. Порядок следования операций или переходов можно изменять нажатием кнопок со стрелками вверх или вниз, при этом номера операций или переходов пересчитываются автоматически.

Рис. 14.3. Заполнение содержания операции в САПР ТП «ТехноПро»

Рис. 14.4. Заполнение содержания перехода в САПР ТП «ТехноПро»

Выходные языки

Выходные языки, напомним, предназначены для оформления результатов проектирования. В САПР ТП результатом проектирования являются технологические карты: маршрутная, маршрутно – операционная, операционная, эскизов и др. документы. Поэтому любая современная САПР ТП формирует эти документы и предоставляет пользователю возможность при необходимости их скорректировать и распечатать.

В частности в САПР ТП «ТехноПро» выходные документы формируются в среде текстового редактора Microsoft Word, в который передаются выходные данные из системы – рис. 14.5.

Рис. 14.5.. Пример сформированной карты технологического процесса

Такой подход представляется весьма удобным как с точки зрения разработчиков САПР ТП, так и ее пользователей. Разработчикам не нужно создавать собственный текстовый редактор, что непросто, трудоемко, да и бессмысленно. Пользователи же (представляется, что большинство из них) владеют хотя бы основными навыками работы в современном и самом распространенном текстовом редакторе Microsoft Word и им не нужно затрачивать время на освоения другого текстового редактора.

Лекция 13. Система автоматизированного проектирования технологических процессов «ТехноПро»

Система «ТехноПро» предназначена для проектирования маршрутных, маршрутно – операционных и операционных технологических процессов (ТП). Проектирование это возможно в диалоговом, полуавтоматическом и автоматическом режиме. Система позволяет использовать сочетание данных методов. Можно, например, одни технологические процессы проектировать в диалоговом режиме, другие – в полуавтоматическом, а третьи – в автоматическом режиме. Система может применяться для проектирования не только технологии механической обработки, но и технологии сборки, сварки, термообработки и др.

Информационный фонд системы разделен на четыре взаимосвязанные базы данных: базу конкретных ТП, базу общих ТП, базу условий и расчетов и информационную базу.

Входная информация для проектирования ТП может вводиться вручную в диалоговом режиме, а также, что выгодно отличает данную САПР ТП от других, может быть получена из заранее выполненных электронных чертежей.

Выходная информация может быть представлена в виде различных технологических документов: технологических карт, карт эскизов, карт контроля и т.д. Эти документы изначально формируются самой системой, а затем при необходимости могут быть скорректированы пользователем в диалоговом режиме (см. лекцию 15).

Система разработана на основе реляционной базы данных Microsoft Access и может функционировать под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows. Она может быть установлена на отдельное рабочее место, а также в локальной вычислительной сети.

Диалоговое проектирование технологических процессов

При создании ТП в диалоговом режиме пользователь имеет возможность работать с информационной базой системы и базой конкретных технологических процессов (КТП). Каждый спроектированный ТП остается в базе данных и на его основе может быть создан другой технологический процесс. При создании нового КТП можно использовать созданные ранее ТП целиком, их отдельные операции и переходы.

Для автоматизации расчетов в диалоговом режиме используются условия из базы условий и расчетов. Если расчет требует того, отдельные условия могут быть сведены в сценарии. Примерами применения условий и сценариев являются расчеты режимов резания, припусков и межпереходных размеров, норм времени.

Каждое наименование операции, оборудования, инструмента, текст перехода, вводимое пользователем в ходе диалогового проектирования ТП, запоминается системой в информационной базе и может быть в дальнейшем использовано при проектировании следующих технологических процессов. Тем самым в системе реализован принцип постепенного автоматического формирования информационной базы. Чем больше информации в информационной базе, тем легче и быстрее разрабатывать ТП.

На рис. 15.1. представлены основные виды информации, которыми пользователь может оперировать при диалоговом проектировании ТП.

Рис. 15.1. Информация, используемая пользователем при диалоговом проектировании технологических процессов

Итак, добавление и редактирование технологических операций и переходов, технологического оснащения возможно как вводом с клавиатуры, так и выбором из информационной базы. Имеется возможность копирования и редактирования операций и переходов из ранее созданных КТП, возможен также импорт/экспорт КТП. В КТП имеется возможность копирования, удаления, перемещения и редактирования операций и переходов. Разработанный КТП может быть распечатан в виде технологических карт различных форм.

Автоматическое проектирование технологических процессов

По мере эксплуатации системы ТехноПро в ее базах накапливается большое количество технологических процессов. При изготовлении различных деталей структура части операций, переходов и ТП в целом повторяется. Поэтому можно создать базу автоматического проектирования технологических процессов. Для этого необходимо сгруппировать детали по сходству технологий их изготовления.

Следует отметить, что в системе ТехноПро реализуется метод анализа при автоматическом проектировании ТП, основанный на групповых технологических процессах. В ТехноПро в группу объединяются как можно больше деталей. По мере расширения группы возрастает гарантия того, что технология изготовления новых деталей, поступивших в производство, будет автоматически спроектирована ТехноПро. Для каждой группы создается общий технологический процесс (ОТП), содержащий весь перечень операций изготовления всех деталей группы. Для наполнения ОТП используются технологические процессы, уже освоенные в производстве.

Создание ОТП производится в следующей последовательности: один из технологических процессов группы принимается за базовый и вводится в виде ОТП в диалоговом режиме (можно скопировать один из КТП), затем в него добавляются недостающие операции и переходы из других ТП (КТП). При добавлении выявляются признаки, в зависимости от которых необходимо выбирать ту или иную операцию, переход или маршрут. Проверка каждого из признаков вносится в виде условий в базу ТехноПро. Примерами таких условий являются проверки: вида заготовки, марки или твердости материала детали, габаритов детали и других параметров.

Создание ОТП следует проводить, руководствуясь схемой, изображенной на рис. 15.2.

Рис.15.2. Схема последовательности создания ОТП

После создания ОТП можно переходить к автоматическому проектированию технологических процессов. Для этого достаточно создать описание конструкции конкретной детали с использованием графических средств или ввести необходимые данные с клавиатуры. Для ускорения работы можно скопировать подобную деталь из уже имеющихся в базе КТП или скопировать макет ОТП.

Описание чертежа детали заключается в описании общих сведений о детали (данные из штампа и технических требований на чертеже) и параметров элементов конструкции (поверхностей), имеющихся на чертеже детали.

После создания описания детали ей назначается ОТП соответствующей группы деталей. После этого запускается процесс автоматического формирования ТП.

По ходу этого процесса система выбирает из назначенного ОТП операции и переходы, необходимые для изготовления каждого элемента конструкции детали и переносит их в КТП. Затем из выбранного перечня система отбрасывает операции и переходы, обеспечивающие лучшее качество изготовления по сравнению с указанным на чертеже.

После этого ТехноПро отбрасывает из КТП операции и переходы, в которых условия их выбора не выполнены. Далее система производит расчеты, имеющиеся в условиях оставшихся операций и переходов.

Затем система рассчитывает технологические размерные цепи с учетом значений припусков, указанных в переходах КТП. Далее система выполняет условия подбора оснащения операций и переходов и выполняет имеющиеся в этих условиях расчеты режимов обработки норм времени изготовления.

В конце процесса проектирования система формирует тексты переходов, заменяя имеющиеся в них параметры на рассчитанные их значения. Значения параметров выбираются в зависимости от типа выполняемой обработки – предварительной или окончательной.

Создавая ОТП и условия, технолог «обучает» систему проектированию технологии своего конкретного производства. Все нюансы в последующем проектировании ТП будут учтены.

Автоматически сформированный КТП по своей сути ничем не отличается от КТП, сформированного в диалоговом режиме. Поэтому после автоматического проектирования КТП можно в диалоговом режиме просмотреть, отредактировать и распечатать.

Полуавтоматическое проектирование технологических процессов

Система ТехноПро обеспечивает наполнение проектируемого ТП операциями и переходами не только с использованием информационной базы, но и с помощью заранее подготовленных операций и переходов из базы ОТП.

Если необходимо добавить в КТП операцию или переход из ОТП, то требуется лишь выбрать пункт «Копировать из ОТП» соответствующего меню. При этом курсор мыши должен стоять на нужной операции или переходе. Выбранные переходы вставляются в конце ТП. Операции из ОТП переносятся со всеми имеющимися в них переходами. Можно изменять положение операции в ТП или перехода в операции, используя кнопки вверх/вниз.

При добавлении из ОТП операции с несколькими переходами система по очереди запрашивает коды элементов для каждого переносимого перехода. Коды можно оставить без изменения или ввести заново.

После задания всех элементов детали и их параметров выбор кнопки «Пересчитать» вызывает не только формирование текстов переходов, но и расчет технологических размерных цепей и подбор инструментов.

Такой метод проектирования ТП в ТехноПро называется «Полуавтоматическим».

База условий и расчетов

База условий и расчетов в САПР ТП «ТехноПро» позволяет учитывать опыт проектирования технологических процессов на конкретном производстве. Эту базу можно отнести к разряду «баз знаний». Возможность ее создания и использования несомненно можно отнести к достоинству системы ТехноПро.

Для создания базы условий и расчетов ТехноПро в системе предусмотрен специальный интерфейс. Каждая строка описания условия содержит левую часть «Условие», которая включает в себя оператор условия и проверяемое выражение, и правую часть «Действие», которая включает в себя оператор действия и выполняемое выражение.

Операторами условия могут быть: «Если», «ЕслиУсл», «Иначе», «ИначеЕсли» или пустой оператор «---». Проверяемое выражение содержит собственно проверяемое условие. Операторами действия могут быть: «Выбрать», «Вычислить», «Подобрать», «ВыполнитьУсл», или «СоздатьЭлем». Выполняемое выражение содержит собственно выражение, которое должно быть выполнено при удовлетворении соответствующего условия.

Пример 1.

В этом и последующих примерах оператор условия, проверяемое выражение, оператор действия и выполняемое выражение будут отделены друг от друга знаком «!». В системе они вводятся в отдельные поля.

Если ! [D]>50 ! Вычислить ! [t;Режим]=[t;режим]+0,5.

Это означает: если диаметр поверхности превышает 50 мм, то глубина резания увеличивается на 0,5 мм.

Пример 2.

Если ! [Свойство]= «С пластинами из твердого сплава» ! Вычислить ! [S;Режим]= 0.5

Иначе ! ! Вычислить ! [S;Режим]= 0.1

КонецЕсли ! ! !

Это означает: если резец выполнен с пластиной из твердого сплава, то величина подачи – 0,5 мм/об, если в другом исполнении (подразумевается, что резец из быстрорежущей стали), то величина подачи – 0,1 мм/об.

Пример 3.

Если ! [D;Обраб]<=150 ! Выбрать ! !

- - - ! ! Подобрать ! [Штангели;D_min]<=[D;Обраб] И [Штангели;D_max]>=[D;Обраб]

КонецЕсли ! ! !

Это означает: если расчетный диаметр обрабатываемой поверхности с учетом припуска меньше или равен 150 мм, подбирается штангенциркуль, для которого выполняется условие, когда расчетный диаметр обрабатываемой поверхности с учетом припуска больше или равен минимальному диаметру и меньше или равен максимальному диаметру, измеряемому штангенциркулем.

Приведенное описание базы условий и расчетов, а также приведенные примеры – это лишь очень маленькая часть возможностей разработанной авторами ТехноПро базы знаний.

В САПР ТП «ТехноПро» реализованы все известные методы построения систем автоматизированного проектирования технологических процессов: прямого проектирования (документирования), анализа и синтеза. Она предоставляет пользователям широкие возможности технологического проектирования и требует специального ее изучения и практического применения.

Система автоматизированного проектирования технологических процессов «КОМПАС – АВТОПРОЕКТ»

Данная система является разработкой компании «Аскон» (г. Санкт - Петербург). В данной лекции приводятся данные по САПР ТП «КОМПАС – АВТОПРОЕКТ» версии 5. Она представляет собой интегрированный комплекс, который включает в себя следующие подсистемы проектирования технологий:

· механической обработки;

· штамповки;

· сборки;

· сварки;

· термообработки;

· покрытий;

· гальваники;

· литья;

· расчета норм расхода материалов;

· расчета режимов обработки;

· нормирования трудоемкости технологических операций;

· анализа технологических процессов (ТП), позволяющие рассчитать суммарную трудоемкость изготовления деталей и узлов, определять материалоемкость и себестоимость изделия.

В основу работы САПР ТП «КОМПАС – АВТОПРОЕКТ» положен принцип заимствования ранее принятых технологических решений. В процессе эксплуатации системы накапливаются типовые, групповые, единичные технологии, унифицированные операции, планы обработки конструктивных элементов и поверхностей. При формировании технологического процесса пользователю предоставляется доступ к архивам и библиотекам, хранящим накопленные решения.

Разработка технологических процессов осуществляется в следующих режимах:

· проектирование на основе технологического процесса – аналога (автоматический выбор соответствующего ТП из базы данных с последующей его доработкой в диалоговом режиме);

· формирование ТП из отдельных блоков, хранящихся в библиотеке типовых технологических операций и переходов;

· объединение отдельных операций архивных технологий;

· автоматическая доработка типовой технологии на основе данных, переданных с параметризированного чертежа КОМПАС – ГРАФИК (чертежно – конструкторского редактора);

· разработка ТП в режиме прямого документирования в диалоговом режиме с помощью специальных процедур к справочным базам данных.

В системе реализована процедура, позволяющая проектировать сквозные технологии, включающие одновременно операции механообработки, штамповки, термообработки, сборки, сварки и т.д.

В комплект разрабатываемой документации входят: титульный лист, карта эскизов, маршрутная, маршрутно – операционная, операционная карты ТП, ведомость оснастки, материалов и другие документы в соответствии с ГОСТ. В базовую поставку системы включены более 60 видов технологических карт. Они выполнены в среде MS Excel. Распечатывать их можно как в горизонтальном, так и вертикальном исполнении. При необходимости пользователь может разрабатывать новые карты, а также вносить изменения в существующие образцы. Эскизы и графическая часть технологических карт выполняются в среде КОМПАС – ГРАФИК и вставляются в листы MS Excel как OLE – объекты.

Для разработки документов произвольной формы используется специальный генератор отчетов, также формирующий технологические карты в среде MS Excel.

Технологические процессы, разработанные в КОМПАС – АВТОПРОЕКТ, помещаются в архив системы в сжатом виде. Оглавление такого архива доступно для ручного просмотра и корректировки. Автоматический поиск ТП в архиве производится либо по коду геометрической формы детали, либо по отдельным характеристикам: тип детали, принадлежность к изделию, вид заготовки, габаритные размеры и т.д. По заданным критериям поиска система находит несколько ТП, оставляя окончательный выбор за технологом.

Оглавлением архива разработанных технологических процессов служит база данных конструкторско – технологических спецификаций (КТС), включающих в себя уровни изделий, узлов и деталей. Система обеспечивает свободное перемещение от одного уровня к другому, позволяя при этом просматривать и редактировать состав изделий, узлов и деталей. Каждый уровень имеет подчиненную таблицу «Документы», записи которой содержат ссылки на документы, созданные в различных приложениях: графические, текстовые файлы, архивные технологи и т.д.

Выбор ТП осуществляется процедурой разархивации, которая извлекает технологический процесс из архива и помещает его в рабочее поле КОМПАС – АВТОПРОЕКТ, доступное для внесения изменений. Информация о текущем технологическом процессе распределяется по уровням: деталь – операция – переход.

Пользователю предоставлена возможность перемещаться по уровням, отслеживать состав переходов по каждой технологической операции, осуществлять необходимую корректировку. При этом технологический процесс, находящийся в архиве, не меняется. Модифицированная технология может быть помещена обратно в архив под прежним или новым именем.

Процедуры обработки КТС позволяют производить выборку деталей по принадлежности к изделиям, сборочным единицам, цехам изготовления и т.д. На их основе формируются сводные нормы, заявки на материал, комплектующие карты и другие технологические документы.

В системе реализованы процедуры, позволяющие глобально корректировать любую информацию в архиве технологических процессов (например, замена устаревших ГОСТов технологической оснастки), рассчитывать суммарную трудоемкость изготовления деталей и сборочных единиц, определять материалоемкость и себестоимость изделия в целом.

Система обеспечивает удобную организацию баз данных и быстрый доступ к требуемой информации. Она обладает хорошо организованным диалоговым интерфейсом, обеспечивающим легкое и наглядное перемещение по всем базам данных. Приемы работы с базами данных идентичны, что упрощает их сопровождение. Программа поддерживает диалоговый доступ к сведениям об оборудовании, инструментах, материалах и т.д. В любой момент эти данные могут быть выведены на экран, скорректированы или пополнены. В информационном пространстве КОМПАС – АВТОПРЕКТ можно создавать новые информационные массивы, корректировать состав и размерность их полей. Взаимодействие между таблицами данных в КОМПАС – АВТОПРОЕКТ построено на динамически формируемых SQL – запросах. Операторы SQL генерируются либо автоматически, либо по шаблону, заданному пользователем. В базовую поставку системы входит около 3000 реляционных таблиц различной структуры и подчиненности.

Работа с базами данных организована в архитектуре клиент – сервер, что исключает дублирование и обеспечивает защиту информации. В качестве SQL – серверов в КОМПАС – АВТОПРОЕКТ могут быть использованы InterBase, MS SQL, Oracle. Данные могут располагаться как на локальной станции, так и на выделенном сервере. Имеющиеся у пользователя информационные массивы легко включаются в состав баз данных системы КОМПАС – АВТОПРЕКТ.

Одним из основных преимуществ КОМПАС – АВТОПРОЕКТ является возможность модернизации системы без участия разработчика самими пользователями. Корректируются состав и структура всех баз данных, настраиваются формы технологических документов, подключаются новые программные модули.

Гибкость программного и информационного обеспечения позволяет быстро адаптировать систему к любым производственным условиям. Инструментальные средства системы позволяют разрабатывать на ее основе пользовательские приложения.

САПР ТП КОМПАС – АВТОПРОЕКТ состоит из ядра и окружения прикладных задач. Основные функциональные режимы системы делятся на две группы: функции подсистемы проектирования и функции подсистемы управления базами данных (СУБД).

Функции подсистемы проектирования:

· автоматизированное проектирование технологических процессов;

· интеграция с КОМПАС – ГРАФИК и КОМПАС – МЕНЕДЖЕР;

· материальное и трудовое нормирование;

· автоматическое формирование комплекта технологической документации(горизонтальное и вертикальное исполнение);

· каталогизация разработанных ТП в архиве технологий;

· возможность глобального анализа архивных технологий с передачей результатов в автоматизированную систему управления производством;

· возможность разработки сквозного ТП и подключения новых технологических переделов;

· оперативный просмотр графики: чертежей деталей, инструментов , эскизов операций и т.д.;

· возможность настройки образцов технологических документов;

· архивация текущего комплекта технологических документов в архиве карт;

· ведение конструкторско – технологических спецификаций;

· автоматический поиск технологий по коду или текстовому описанию детали в базе данных конструкторско – технололгических спецификаций;

· автоматизированное формирование кода детали в соответствии с ЕСКД и ТКД;

· архивация текущего состава спецификаций в архиве изделий;

· расчетные процедуры.

Функции СУБД:

· организация иерархическо – реляционной связи информационных массивов;

· возможность структурной модификации любой базы данных;

· возможность подключения новых информационных массивов;

· возможность подключения к любому табличному полю справочного массива;

· многостраничный режим доступа одновременно к нескольким базам данных;

· отображения данных: таблица – слайд, таблица – дерево, таблица – комментарий;

· процедура поиска по критериям в любой базе данных;

· экспорт данных из любой базы данных в текстовый документ или в формат файлов Excel;

· блокировка несанкционированного доступа к защищенной базе данных;

· возможность установки различных степеней защиты данных от изменений;

· копирование, удаление, вставка записей по одной или блоками;

· сортировка, замена, просмотр, распечатка содержимого любого набора данных;

· возможность настройки содержимого блоков основного меню системы;

· возможность подключения к системе новых программ, разработанных пользователем;

· встроенный генератор отчетов;

· настройка параметров системы с помощью файла конфигурации (*.ini).

Функциональные возможности САПР ТП КОМПАС – АВТОПРОЕКТ довольно широки и позволяют решить широкий спектр технологических задач машиностроительных предприятий.

Система программирования объемной обработки на станках с ЧПУ ГЕММА – 3D

Главной задачей, на решение которой ориентирована данная система, является получение программ обработки на станках с ЧПУ наиболее сложных деталей, входящих в состав изделий машиностроения, изготавливаемых фрезерованием, сверлением, электроэрозионной резкой. ГЕММА может применяться совместно с пакетом КОМПАС – 3D, в котором выполняется конструирование деталей с последующей передачей информации в ГЕММУ для подготовки управляющих программ.

Задание плоских контуров и поверхностей может также выполняться с помощью встроенных геометрических 2D и 3D – редакторов. В качестве элементов контура могут использоваться отрезок, дуга, окружность, участок эллипса, архимедовой спирали или эвольвенты, кривая второго порядка и сплайн. Сервисные средства 2D – редактора позволяют осуществлять вспомогательные построения, выполнять команды сдвига, поворота, масштабирования, зеркального отображения, автоматически строить скругления, эквидистантные контура и траекторию движения инструмента при выборе колодца или кармана.

Средства геометрического 3D – редактора обеспечивают построение пространственных кривых и поверхностей. Класс поверхностей системы ГЕММА – 3D включает в себя линейчатые поверхности, поверхности вращения и бикубические поверхности Кунса. Поверхность изображается на экране сеткой линий. 3D – редактор имеет набор сервисных команд для редактирования геометрических данных и управления изображением (выбор любой проекции, поворот, масштабирование и т.д.).

После задания геометрии обрабатываемых поверхностей и участков подхода – отхода технолог указывает необходимый инструмент и технологические режимы обработки. Система формирует траекторию движения инструмента и управляющую программу для выбранной модели системы ЧПУ станка. Траекторию можно посмотреть на экране в режиме графического контроля. Управляющая программа выводится на перфоратор через устройство сопряжения. ГЕММА – 3D включает широкий набор постпроцессоров для различных систем ЧПУ и станков, а также средства обслуживания архивов исходных и управляющих программ.

Совместная работа КОМПАС с другими системами CAD/CAM/CAE

КОМПАС содержит различные конверторы для обмена данными с другими системами проектирования, инженерных расчетов, подготовки управляющих программ и т.д. В данной системе выполняются следующие основные функции импорта и экспорта данных:

· чтение и запись файлов трехмерных моделей формата SAT;

· запись файлов трехмерных моделей в форматы IGES и STL;

· чтение графических файлов форматов DXF, DWG и IGES;

· чтение файлов документов КОМПАС версии 4 (предыдущей версии);

· запись данных спецификации в форматы DBF Microsoft Excel и т.д.

Дата добавления: 2014-02-26; просмотров: 743; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!