Количество выпускаемых документов.

Три группировки САПР.

1- Малой производительности ( до 10⁵ проектов. документов в год в пересчете на формат 11);

2- Средней производительности (от 10⁵ до 10⁶);

3- Высокой производительности (>10⁶);

4- …9 – резервные.

8. Число уровней в структурно-техническом обеспечении.

Различаются:

1- одноуровневые;

2- двухуровневые;

3- трехуровневые;

4- …9- резервные.

Основой технического обеспечения одноуровневой системы является универсальный компьютер со штатным набором перифе­рийных устройств. Техническое обеспечение двухуровневой САПР ТП включает в себя центральный компьютер средней или большой мощности и взаимосвязанные с ним одно или несколько автомати­зированных рабочих мест (АРМ), имеющих собственные компьюте­ры. Трехуровневая САПР ТП создана на основе центрального ком­пьютера большой мощности, нескольких АРМ и периферийного программно-управляемого оборудования для централизованного обслуживания АРМ. Трехуровневая САПР может быть построена и на основе центрального компьютера большой мощности и группы АРМ, объединенных в вычислительную (локальную) сеть.

Наряду с изложенными стандартными классификационными признаками используют и дополнительные.

По режиму обработки информации (ГОСТ 15971—90 «Систе­мы обработки информации. Термины и определения») различают САПР ТП:

• пакетные;

• интерактивные;

• диалоговые;

• системы реального времени.

В пакетных системах процесс проектирования осуществляется автоматически, после ввода необходимых исходных данных, без связи с лицами, поставившими задание на выполнение.

В интерактивных системах происходит взаимодействие процес­са обработки информации системой с человеком, выражающееся в разного рода воздействиях на этот процесс (предусмотренных механизмом управления) человека и вызывающих ответную реак­цию процесса.

В диалоговых САПР ТП человек и система обмениваются дан­ными в темпе, соизмеримом со скоростью обработки информа­ции человеком.

В САПР ТП реального времени обработка информации и полу­чение результатов происходят в темпе, соизмеримом со скоростью протекания проектируемых (технологических) процессов.

Реализующийся в пакетных САПР ТП процесс проектирова­ния полностью формализован и позволяет надежно получать ре­зультаты необходимого качества. В САПР ТП реального времени также реализован полностью формализованный процесс проекти­рования, однако работу рассматриваемой системы от предыдущей отличает высокое быстродействие, что может быть достигнуто за счет автоматизации ввода исходных данных, а также использова­ния методов и технических средств высокоскоростной обработки информации.

Пакетные САПР ТП, являясь мощным средством сокращения длительности ТПП, позволят в перспективе принципиально из­менить содержание и качество отработки конструкции на техно­логичность. А в САПР ТП реального времени можно революционно из­менить содержание функции контроля и управления ходом ТП, позволяя получать проектные решения высокого качества в случа­ях нарушений заданных параметров реализующихся в производ­стве ТП (задачи ситуационного управления). Создание полноцен­ных САПР ТП указанных видов является делом будущего.

Интерактивные и диалоговые системы практически на 100 % пред­ставляют современные САПР ТП. Диалоговые системы можно счи­тать разновидностью интерактивных. Интерактивный режим исполь­зуют в САПР ТП как средство преодоления трудно- и неформализуемых этапов технологического проектирования. Система выполняет формализованные процедуры проектирования, а неформализован­ные (выбор, принятие промежуточных решений и т.д.) предостав­ляет для выполнения специалисту. По завершении человеком необ­ходимых действий вновь работает система. Процесс многократно повторяется до получения желаемого результата проектирования. Преимущества данного подхода очевидны — он позволяет создавать САПР ТП, несмотря на отсутствие методов формализации отдель­ных процедур проектирования. Недостатком следует считать влияние специалистов на результаты проектирования (проектное решение). Сформированное такими системами проектное решение не является вполне объективным. Возрастает и время его формирования. Основ­ной тенденцией совершенствования диалоговых САПР ТП явля­ется минимизация диалога пользователя (человека) с системой и постепенная трансформация диалоговых САПР ТП в пакетные.

Обобщение опыта исследований и разработки САПР ТП по­зволило сформулировать основные общесистемные принципы их построения:

• полное соответствие системы цели ее создания;

• системное единство: система и создается, и эксплуатируется как единая совокупность взаимодействующих подсистем, работа которых подчинена общей цели;

• открытость системы: при эксплуатации системы должна быть сохранена открытость ее структуры;

• интеграция: средства реализации САПР ТП должны обеспе­чивать возможность ее информационной интеграции с другими автоматизированными системами поддержки ЖЦИ;

• развитие: структура системы должна обеспечивать возмож­ность наращивания и совершенствования компонентов САПР ТП и связей между ними;

Структура и параметры каждой подсистемы при разработке должны определяться из условий наилучшего соответствия цели системы. Каждая подсистема должна разрабатываться с учетом обеспечения наиболее эффективного взаимодействия с другими подсистемами и не может разрабатываться изолированно от них. Изолированная разработка отдельных компонентов (например, реализующих отдельные проектные процедуры) с последующим объединением их в систему резко снижает ее эффективность, а иногда делает такое объединение просто невозможным.

Система не должна разрабатываться как замкнутая, в против­ном случае теряется возможность ее совершенствования и интегра­ции с другими системами.

Интегрированной автоматизированной системой называют со­вокупность двух или более взаимосвязанных автоматизированных систем, в которой функционирование одной из них зависит от результатов функционирования другой (других) так, что эту сово­купность можно рассматривать как единую автоматизированную систему. Принцип интеграции исключительно важен для САПР и определяет одно из основных направлений их развития и совер­шенствования.

Под интегрированными понимают конструкторско-технологические САПР, осуществляющие комплексное проектирование изде­лия и технологической среды его производства. Уровень интеграции систем различен. К интегрированным относят системы CAD/CAM, CAE/CAD/CAM, CAE/CAD/CAPP и т.д.

Другим важнейшим аспектом принципа интеграции является объединение САПР с другими автоматизированными система­ми, обеспечивающими автоматизацию поддержки решений не только на производственно-технологических, но и на иных эта­пах ЖЦИ в рамках концепции CALS-технологий. К таким можно отнести, например CAE/CAD/CAM/CAPP/PDM или CAE/CAD/CAM/CAPP/PDM/PLM-системы.

Система может быть универсальной или специализированной. Универсальная (многофункциональная) САПР ТП характеризу­ется широким применением, полноценной реализацией принци­па многовариантности. Ее создание гораздо дороже и сложнее по сравнению со специализированной САПР ТП, предназначенной для выполнения определенных, ограниченных процедур или име­ющих ограничения по объекту производства (например, САПР ТП изготовления деталей типа тел вращения, призматических дета­лей и т.д.).

Системы, имеющие ограничения по объекту проектирования, часто называют объектно-ориентированными. Чем выше уровень формализации процесса проектирования, тем больше ограниче­ний накладывают на объекты проектирования САПР ТП, т.е. сис­тема становится все более специализированной (объектно-ориен­тированной).

Созданная САПР ТП должна быть пригодной для тиражирова­ния (копирования) и распространения путем продажи, передачи и т.д. Условия ее будущей эксплуатации могут отличаться от тех, для которых она изначально разрабатывалась. Может несколько видоиз­меняться и объект проектирования, это связано, например, с изме­нением области использования. Если принцип инвариантности не соблюден, то объективно возникает необходимость в адаптации системы к изменившимся условиям эксплуатации и объектам про­ектирования. Чаще всего такую адаптацию осуществляют в форме настройки системы. Обычно предусматривают три уровня настрой­ки: системный, процедурный и параметрический. На системном уровне осуществляют смену общесистемных программ. Процедур­ный уровень используется при переходе на новый класс объектов проектирования и обеспечивает замену отдельных блоков в про­граммных модулях входного описания объекта, подсистем инже­нерного анализа и документирования. На параметрическом уровне средствами, доступными разработчику, производят настройку си­стемы внутри некоторого класса проектируемых объектов.

Соблюдение принципа живучести обеспечивает устойчивость САПР ТП к нештатным воздействиям внешней среды и отказам ее компонентов. Повышению живучести способствуют модульность построения системы, дублирование подсистем, взаимозаменяемость отдельных компонентов подсистем и т.д.

Полнота реализации изложенных принципов при разработке различных САПР ТП различна. Полноценная реализация любого из принципов связана со значительными затратами. Разработчики систем, как правило, пытаются достичь компромисса между уров­нем реализации принципа и соответствующими затратами.

1.3.2. Структурные и функциональные части САПР ТП

Рис. 1.8. Состав и виды обеспечения САПТ ТП

В составе любой САПР ТП обычно выделяют структурные и функциональные части.

Структурными частями САПР являются: комплекс технических средств, программно-методический комплекс и обслуживающий персонал (рис. 1.8).

Комплекс технических средств предназначен для обеспечения ввода-вывода информации в систему, хранения и переработки информации в системе, отображения и выдачи информации в удобной для проектировщика форме, а также управления процессами обработки информации при проектировании. К техническим средствам САПР ТП относят вычислительную технику, периферийные устройства (в основном используемые для ввода-вывода информации),сетевое оборудование, специализированные АРМ. Подробно состав и характеристика технических средств САПР ТП рассмотрены в гл. 6.

Программно-методический комплекс САПР ТП, согласно ГОСТ 34.033-90 – «Автоматизированные системы. Термины и определения», включает в себя следующие виды обеспечения:

• информационное — информация, используемая САПР ТП для выработки проектных решений (данные о прототипах проектируемых объектов, типовых проектных решениях, нормативные данные), основная часть которой содержится в машинных базах данных и незначительная — в обычных документах;

• математическое — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, необходимых для выполнения проектных процедур;

• лингвистическое — сведения о специальных проблемноориентированных языках проектирования, использующихся в САПР ТП;

• программное — комплекс всех программ и эксплуатационной документации к ним в виде обычных текстовых документов или записанных на машинных носителях;

• методическое — комплект документов, содержащих общее описание САПР ТП; данные об используемых средствах автоматизации, правилах их технического обслуживания и использования;

• организационное — комплект документов (положений, штатных расписаний, инструкций и др.), устанавливающих правила практического выполнения автоматизированного проектирования, в том числе: взаимодействие всех проектирующих и обслуживающих подразделений; ответственность специалистов различного профиля и уровня за определенные виды работы; правила выпуска, использования и корректировки выходных документов САПР ТП; правила доступа к базам данных; приоритеты пользования средствами САПР ТП.

Обслуживающий персонал САПР ТП разделяют на управляющий, обеспечивающий и целевой. Управляющий и обеспечивающий персоналы часто называют эксплуатационным. Целевой персонал включает и разработчиков САПР ТП, его относят к обслуживающему персоналу лишь в случае, если используемая САПР ТП является системой, эксплуатирующейся в месте ее разработки, например, разработанной силами отдела САПР предприятия.

Функциональными составляющими САПР ТП являются проектирующие и обслуживающие подсистемы. Подсистема – совокупность взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, реализовать подцели, направленные на достижение общей цели системы.

К проектирующим относят подсистемы, выполняющие процедуры и операции проектирования отдельных частей объекта или осуществляющие выполнение определенного этапа проектирования (например, разработки маршрутов основных поверхностей, выбора технологических баз и т.д.). Проектирующие подсистемы чаще всего являются объектно-ориентированными, т. Е. содержание и порядок выполнения реализованных в них проектных процедур характерны и применимы только для данного вида проектируемых объектов. Если номенклатура однотипных проектируемых объектов широка, например, если объект — ТП изготовления деталей типа тел вращения, проектирующие подсистемы (или даже САПР ТП в целом) относят к инвариантным или объектно-независимым.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем (например, подсистемы графического отображения состояния предмета производства, информационно-поисковые, подсистемы формирования текстовых документов и т.д.) Обслуживающие подсистемы могут быть инвариантными ко многим видам объектов проектирования, так как предназначены для выполнения унифицированных проектных процедур и операций, например, хранения и поиска информации, обработки графической информации, формирования проектной документации. Вместе с тем такие подсистемы создают для использования в вычислительных комплексах САПР ТП конкретного состава и с определенными операционными системами.

Подсистемы САПР ТП, в принципе, обладают всеми свойствами систем и могут функционировать самостоятельно. Они даже делятся на составляющие, которые принято называть компонентами.

Лицо, участвующее в эксплуатации САПР ТП или использующее результаты ее эксплуатации называют Пользователем системы. Пользователь обычно работает с системой на автоматизированном рабочем месте (АРМ), основным техническим средством которого является персональный компьютер различной конфигурации. Рабочее место может быть автономным или входить в локальную сеть.

Рис.1.9. Взаимодействие пользователя и САПР ТП.

На рис. 1.9 показано взаимодействие пользователя САПР ТП с системой, осуществляемое через компьютер АРМ. 1 – ввод исходной и диалоговой информации; 2 – вывод диалоговой информации и результатов работы системы; 3 – вывод промежуточных и окончательных решений.

Диалог пользователя с САПР ТП обеспечивает процессор ввода-вывода (ПВВ). Он же формирует и интерфейс системы. Получив от пользователя входную информацию, содержащую либо запрос к системе, либо директиву (указание) на выполнение тех или иных действий, ПВВ преобразует ее во внутримашинное представление и направляет к программе управления (ПУ),

Программа управления, в зависимости от характера входной информации, направляет запрос на исполнение либо к соответствующему сегменту технологического процессора (ТПр), либо К базе данных (БД) АРМ (базе пользователя), либо к центральному банку данных системы через сервер сети.

С пользователем ведется непрерывный диалог путем выдачи сообщений ,на интерфейс системы и получения его ответов. При необходимости промежуточные или окончательные результаты выводят на периферийные устройства (П) АРМ. Взаимодействующие программные компоненты являются программными комплексами, входящими в программное обеспечение САПР ТП. К основным проектирующим подсистемам относят программу управления

и технологический процессор. Процессор ввода-вывода и банк данных являются обслуживающими подсистемами, выполняя соответственно функции ввода-вывода, отображения и хранения информации. Сходную структуру имеют многие САПР ТП.

Объект проектирования — объект соответствующего проектного решения. Характер решения зависит от вида проектирования. Проектирование может быть: концептуальным, структурным и параметрическим.

Концептуальное проектирование можно считать проектированием «верхнего уровня». Его выполняют при отсутствии информации даже о возможной структуре объекта проектирования. Объект рассматривают в целом во взаимодействии с внешней средой, стремясь приближенно наметить его структуру, которая может быть неоднородной и состоящей из нетиповых подсистем. Главными задачами концептуального проектирования являются определение целей, ограничений, основных функций и укрупненной структуры объекта, а также альтернативных вариантов его реализации. Результаты проектирования примерно соответствуют уровню эскизного проекта. В САПР ТП концептуальное проектирование практически не используется.

При структурном проектировании, зная входные и выходные характеристики объекта в целом и основные принципы его построения и функционирования, определяют его элементный состав и структуру. В САПР ТП это, например, задачи определения структуры маршрутного ТП или технологической операции (число переходов, их содержание, последовательность выполнения, возможность совмещения во времени и т.д.).

Параметрическое проектирование реализует результаты структурного проектирования в направлении определения количественных значений параметров элементов структуры. Этот вид проектирования часто используют в САПР ТП, например, при определении параметров операций известной структуры (режимов резания, норм времени и т.д.). Параметрическое проектирование во многих случаях является принципиальной основой разработки САПР ТП.

Общий алгоритм формирования проектного технологического решения показан на рис.3.4. Техническое задание содержит первичное описание желаемого объекта проектирования (например, ТП) в заданной форме. Это описание является достаточно общим, в нем указывают, как правило, лишь некоторые, приближенные характеристики желаемого объекта проектирования. Его структура (например, последовательность операций в маршрутном ТП или переходов в операции) неизвестна.

Рис. 1.10. Общий алгоритм формирования проектного решения.

Формирование проектного решения (объекта проектирования) начинают с синтеза исходного варианта его структуры (см. блок 2, рис. 1.10). Синтез структуры объекта — сложная проектная процедура, включающая в себя:

• определение элементного состава объекта, например, списка технологических операций проектируемого ТП;

• установление связей между элементами, например, порядка выполнения технологических операций в ТП. Начальную синтезированную структуру иногда называют первичной структурой объекта.

Для оценки синтезированного варианта структуры объекта создают (или используют) его математическую модель. Выбирают (определяют) исходные значения параметров элементов, например, параметров технологических операций при проектировании ТП. Анализируют вариант объекта – определяют его свойства по структуре и значениям параметров. Оценка варианта объекта проектирования заключается в проверке соответствия его характеристик заданным (желаемым). Если решение удовлетворяет разработчика, то на соответствующий объект проектирования оформляют необходимую документацию. В противном случае улучшения решения пытаются добиться в первую очередь изменением (модификацией) его параметров (см. блок 9, рис.3.4), не изменяя его структуры.

Совокупность процедур анализа, оценки результатов и модификации (изменения) параметров называют параметрическим синтезом.

Если параметрический синтез не принес желаемых результатов и качество полученного проектного решения не соответствует техническому заданию, то изменяют структуру объекта решения, вплоть до синтеза новой.

Если не удается получить приемлемое проектное решение, то возможна корректировка технического задания, так как показатели объекта проектирования, предписанные прежним заданием, невозможно обеспечить. Подобная ситуация возникает, если возможности САПР ТП недостаточны для того, чтобы спроектировать ТП для заданной детали. Например, система, предназначенная для проектирования ТП изготовления деталей — тел вращения, не может часто обеспечить проектирование ТП деталей, содержащих элементы, не являющиеся телами вращения. В принципе, допустим полный отказ от полученного результата проектирования вследствие его неудовлетворительности или даже абсурдности.

Если результаты проектирования удовлетворяют пользователя САПР ТП, их представляют в предусмотренных стандартом (ГОСТ 3.1109-83 «Единая система технологической документации. Общие требования к комплектности и оформлению комплектов документов на единичные технологические процессы») формах:

• маршрутное описание ТП — сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических решений;

• операционное — полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов;

• маршрутно-операционное — сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах.

Из анализа алгоритма формирования проектного решения, приведенного на рис. 2.4, следует, что основная проблема создания высокоэффективных САПР ТП заключается в отсутствии простых и эффективных методов синтеза структур объектов проектирования.

Ключевым вопросом построения САПР ТП является вопрос о том, как в данной системе осуществляют синтез структуры объекта проектирования – ТП, фрагментов ТП, технологических операций.

Существуют принципиально различные подходы к построению САПР ТП. Известны несколько классификаций методов проектирования ТП, положенных в основу создания соответствующих САПР ТП.

Профессор И.П.Норенков классифицирует методы по сложности задач синтеза на пять уровней:

• задачи, в которых структура ТП задается (т.е. собственно синтез отсутствует);

• перебор вариантов структуры, для выполнения которого задают полный перечень вариантов;

• выбор эффективного варианта из большого, но конечного их множества методами исследований операций;

• выбор эффективного варианта из бесконечного множества (для сужения области поиска эффективного решения применяют эвристические правила отбора, режим диалога);

• задачи, которые решаются на уровне открытий и изобретений.

Предложенная классификация, к сожалению, не подкреплена рекомендациями по процедурной реализации каждой из групп методов.

Профессор В. Д. Цветков разделяет методы проектирования ТП на три большие группы:

• алгоритмический анализ типовых и групповых процессов;

• преобразование процессов-аналогов;

• многоуровневый итерационный метод.

К первым двум группам автор относит методы:

– параметрической настройки (изменения параметров в желаемом направлении) ТП;

– исключения и добавления структурных элементов ТП;

– комбинированный способ преобразования ТП.

Третья группа включает методы синтеза на основе как типовых, так и оригинальных проектных решений. Априори считается, что, например, параметрическая настройка целесообразна только при использовании процессов-аналогов. Профессор С. П. Митрофанов методы проектирования ТП разделяет на два класса: адресации и синтеза. Метод адресации имеет три модификации, основанные на заимствовании ТП:

• без изменения структуры аналога и параметрической настройки;

• без изменения структуры аналога, но с параметрической настройкой (расчет режимов резания, норм времени, постановка размерных характеристик, имен инструмента и т. П.);

• с исключением элементов и связей и с параметрической настройкой.

Метод синтеза хотя бы один раз требует формирования внешних связей между элементами для создания из них элементов более высокого уровня. Этот метод предполагает определение состава элементов, построение новых связей, проверку их достоверности и параметрическую настройку с использованием логических правил и аналитических зависимостей. Проектирование можно вести как с использованием аналогов, так и без них. При использовании аналогов необходимо включать в аналог новые элементы или существенно изменять их последовательность.

За последние 10—15 лет состояние автоматизации синтеза структур ТП изменилось мало. Проблема автоматизированного синтеза единичных ТП остается важнейшей и наиболее актуальной проблемой автоматизации проектирования и в наиболее часто встречающихся оценках состояния автоматизированного синтеза ТП указывается, что при его реализации маршрутная и операционная технологии должны создаваться на основе

общих закономерностей проектирования или эвристик, справедливых для ограниченного класса деталей и определенных видов и типов производства. Утверждается, что сформировать Закономерности проектирования и критерии ТП, с помощью которых можно было бы разрабатывать весь процесс изготовления деталей на сегодняшний день не представляется возможным. Теория синтеза структур технологических объектов, несмотря на усилия Исследователей, разработана недостаточно.

Структура САПР ТП и состав ее подсистем (прежде всего проектирующих) определяются реализуемой в ней методологией проектирования. Существуют две основные методологии проектирования ТП изготовления изделий машиностроения:

• проектирование на базе использования ТП – аналогов;

•синтез единичных ТП на основе конструктивно – технологических характеристик изготавливаемых изделий.

Рассмотрим структуру и принципы построения САПР ТП, реализующих каждую из представленных методологий проектирования.