Актуальность проблемы определяется двумя противоположными тенденциями в машиностроении:
- постоянным повышением трудоемкости проектирования конструкций и технологии на стадии ТПП, снижением цикла проектирования или, другими словами, повышением интенсивности проектирования;
- снижением обеспечения проектных работ трудовыми ресурсами (технологами и конструкторами);
Первая тенденция вызывается следующими причинами:
- повышение спроса и требований потребителя к надежности изделий с целью снижения затрат на эксплуатацию и ремонт;
- повышение требований к качеству деталей и СЕ изделия, которое определяется для деталей точностью и структурой поверхностного слоя, а для СЕ точностью сопряжения деталей;
- последняя причина влечет за собой повышение сложности ТП изготовления деталей и СЕ, которое определяется количеством операций ТП и переходов, а также наличием вспомогательных операций, кроме того повышается сложность технологической оснастка;
- повышение требований к оформлению технологической документации.
Снижение трудовых ресурсов вызывается следующими причинами:
- изменение структуры труда в сфере производства и управления;
- снижение престижности труда проектировщика и низкая заработная плата.
Для разрешения указанных противоречий необходимо повышать уровень автоматизации технологического проектирования на стадии технологической подготовки производства с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР ТП) и максимальное применение унифицированных решений при проектировании ТП, технологической оснастки и прогрессивных форм орцанизации производственных процессов. Применение унифицированных технологичеких решений также базируется на использовании САПР ТП.
Задачи технологии машиностроения можно разделить на два большие класса: проектирование производственных и, в частности, технологических процессов иуправление производством.
Проектирование технологических процессов сборки изделий и механической обработки заготовок деталей, входящих в изделие, являетсяважнейшей функциональной задачей технологической подготовки машиностроительного производства.
Важность этой задачи определяется с информационной точки зрения тем, что она обеспечивает входной информацией смежные подсистемы технологической подготовки производства (ТПП):
- отработка конструкции изделия на технологичность;
- проектирование средств технологического оснащения;
-подготовкауправляющих программна станка с ЧПУ;
- управление технологической подготовкой производства.
Для решения задач проектирования ТП последние три десятилетия разработаны и находятся в эксплуатации систем автоматизированного проектирования ТП (САПР ТП), построенных на основе использования средств вычислительной техники, системного анализа и прикладной математики.
Необходимость все более широкого внедрения САПР ТП в практику проектирования ТП обусловлена возрастающей трудоемкостью и сложностью процесса проектирование ТП в связи с ростом сменяемости выпускаемых изделий.
Особую роль при проектировании САПР ТП играют функциональные подсистемы, которые направлены на решение задач этапов проектирования ТП.
Эти задачи можно разбить на следующие четыре класса:
-формализация ввода исходной информации об объекте изготовления и условий производства;
-выбор структуры технологического процесса;
-расчет параметров технологического процесса;
-отображение результатов проектирования на внешних устройствах.
Указанные функциональные подсистемы САПР-ТП, наряду с обеспечивающими подсистемами определяют эффективность проектирования.
Эффективность САПР-ТП определяют такими показателями как уровень ее автоматизации, интеграции с подсистемами АС ТПП, адаптации к более широкому классу задач проектирования, которые зависят прежде всего от соответствующих показателей функциональных подсистем.
Для улучшения указанных показателей необходимо использовать математические модели, которые вместе с методами и алгоритмами решения задач проектирования составляют математическое обеспечение САПР-ТП
Следует отметить, что несмотря на большой опыт решения задач проектирования технологических процессов (история их решения в машиностроении насчитывает более 60 лет), который нашел свое отображение в многочисленных методиках, монографиях и других научных трудах, математические модели (ММ) и методы пока еще недостаточно широко используются при проектировании. Точнее говоря, их использование крайне неравномерно на множестве всех задач проектирования. Для решения задач расчета параметров ТП (параметрические задачи) ММ используются более широко, для выбора структуры ТП (структурные задачи), формализованного описания объектов изготовления и проектирования, процедур проектирования - крайне слабо.
Необходимость использования САПР можно определить следующим:
- возможностью решения задач большой размерности с высокой степенью точности;
- повышением адекватности содержательной постановки задачи проектирования на основе более четкого выделения составных элементов задачи (искомых переменных, ограничений, критериев, параметров):
- возможностью унификации задач проектирования с помощью ММ и их классификации, что позволяет разбить большое количество этих задач на небольшое количество классов:
-возможностью формализации опыта проектировщика-технолога, его сохранения от одного поколения к другому с дальнейшим совершенствованием математических моделей;
- обоснованным выбором метода решения задачи с помощью математических моделей;
- возможностью концентрации внимания проектировщика на решении более содержательных задач проектирования.
Недостаточное использование САПР для задач проектирования структурного класса можно объяснить сложностью формализации объектов изготовления - детали и сборочной единицы (х), процесса проектирования (F), технологического процесса как объекта проектирования (у).
Формализованное описание указанных объектов осуществляется с привлечением таких дисциплин прикладной математики как алгебра высказываний и предикатов, математическая логика, теория моделей и др. Оператор проектирования F, который устанавливает взаимосвязи между структурами х и у. невозможно описать аналитическими функциями и может быть представлен как цепочка вывода, которая отражает в формализованном виде этапы проектирования.
К основным причинам недостаточного использования математических моделей в практике проектирования технологических процессов можно отнести следующие:
- сложность выделения отношений и свойств геометрических моделей объекта изготовления, которые влияют на структуру ТП;
- недостаточными исследованиями по установлению связей между элементами модели G и геометрическими моделями объектов, которые лежат в основе широко используемых графических систем типа Acad;
- слабыми исследованиями по установлению связей между структурами Sx и Sy объектов изготовления х и технологических процессов у;
- недостаточной формализацией оператора проектирования F.
Указанные связи можно показать в виде следующей диаграммы:
j1
x ¼¼¼ ¼¼¼¼¼® y
j2 ¯ j ¯j3
S x ¾¾¾¾¾¾¾¾¾® S y
Диаграмма показывает, что для вывода отображения j необходимо получить отображения j1,j2,j3.
Для более интенсивного использования математических моделей в практике проектирования в настоящее время имеются следующие предпосылки:
- теоретические (научно-методические) состоят в том, что разработаны основы автоматизированного синтеза проектирования технологических процессов и решения локальных задач, определяющих этапы проектирования;
- информационные состоят в том, что отработаны основы выбора состава и логической структуры информационных баз (входной и промежуточной информации), с использованием которых решаются задачи проектирования ТП, разработаны эффективные системы управления базами данных (СУБД), особенно реляционного типа, которые работают с конструкторско-технологической информацией табличного типа и выполняют важнейшие функции первоначальной загрузки, поддержания базы в актуальном состоянии, поиска необходимой информации и отображения ее в требуемой форме;
- технические состоят в том, что разработаны средства вычислительной техники с требуемыми характеристиками по быстродействию, объему оперативной и внешней памяти. а также необходимая периферийная техника, использование которой позволяет решать задачи проектирования большой размерности и выполнять необходимые итерации для задач оптимизации параметров ТП;
- математическое обеспечение позволяет выполнять необходимые операции с геометрическими объектами, вычислять их свойства, определяющие структуру и параметры проектируемых ТП сборки и механической обработки (системы класса Acad, Автосолид, Анвил, DUCT, UNIGRAPHICS, CATIO, EUCCLID, Pro Engineer, TflexCad и др.), позволяющие наряду с изображением геометрических объектов формировать геометрические файлы типа dxf, scr и др.
- экономические - решение задач проектирования в рамках САПР ТП с использованием математических моделей приводит к экономическому эффекту не только за счет автоматизации процесса проектирования, но также и за счет повышения его качества, что приводит к снижению затрат на стадии изготовления изделия и входящих в него деталей;
- социальные - использование математических моделей и ЭВМ при проектировании технологических процессов позволяет привлекать трудовые ресурсы (конструкторов, технологов, техников-проектировщиков) в значительно большей степени, чем при традиционной организации процесса проектирования.
САПР ТП эффективны при решении следующих задач проектирования:
- при выборе структуры ТП;
- при расчете параметров ТП;
- при поиске конструкторско-технологической информации;
- при подготовке комплектов технологической документации
