Введение.
Технический прогресс в машиностроении связан, главным образом, с заменой устаревшего оборудования новым, обеспечивающим более высокую степень механизации и автоматизации. Именно для обеспечения этого процесса предназначены Системы Автоматизированного Проектирования Технологического Процесса (САПР ТП).
Данное методическое пособие разработанно для более полного и глубокого понимания, а также решения студентами задач, стоящих перед САПР ТП.
Технологический процесс – это обработка, выполняемая в зависимости от оборудования или организационных признаков. Структура технологического процесса – это последовательность операций, которая строится с учетом технических ограничений и показателей экономичности производства.
САПР – это система, предназначенная для переработки различной буквенно-цифровой и графической информации, необходимой в процессе конструирования и разработки технологии изготовления изделия. С помощью САПР возможно выполнение расчетов при проектировании, оформление и выпуск чертежей, геометрическое моделирование и моделирование функциональных и динамических характеристик, решение проблем, связанных с составлением спецификаций, технологических карт, а также изготовление программоносителей для станков с ЧПУ и сопроводительной документации к управляющим программам.
При работе со средствами САПР информативное содержание чертеже вначале перерабатывается в описание, содержащее элементы математических формулировок.
В зависимости от целей, достигаемых на разных стадиях, происходит поэтапная трансформация внутримашинного представления объекта. Каждая стадия характеризуется специфическими алгоритмами обработки информации, предназначенными для выполнения таких процедур, как ввод данных, оцифровка и вычисление, графические преобразования, корректировка и т.п.
Формирование внутримашинного представления объекта включает в себя способ описания и хранения данных, сформированных в соответствии с заданной структурой и по заданным алгоритмам.
Теоретические положения.
Проектирование –это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе его первоначального описания.
Проектирование разделяют на:
1) неавтоматизированное;
2) автоматизированное;
3) автоматическое.
Особенностью автоматизированного проектирования является процесс создания описания объекта в диалоге человека с ЭВМ.
При проектировании в САПР выделяют две следующие основные задачи.
1. Задача анализа - связана с определением функции объекта или системы по заданному описанию и оценкой проектных полученных решений.
2. Задача синтеза - связана с созданием самого объекта (проекта) и проектных документов.
Синтез бывает:
· структурным (его цель - получение структурной схемы объекта, формирование сведений о составе элементов и способах их соединения между собой);
· параметрическим (его цель - определение численных значений параметров элементов).
Синтез называется оптимизацией, если определяются наилучшие в заданном смысле структуры (структурная оптимизация) и параметры (параметрическая оптимизация).
Проведение оптимизации требует наличия спектра критериев оптимизации, которые бывают:
· частными
· аддитивными
· мультипликативными
· минимаксными.
Для проведения задач анализа применяются специальные языки моделирования, позволяющие создавать математические модели объектов, определять схемы их функционирования и производить оценку принимаемых решений.
Основное свойство САПР как системы проектирования состоит в том, что она обеспечивает получение законченных проектных решений и соответствующих этим решениям проектных документов. Для обеспечения такого свойства САПР должна состоять из компонентов, выполняющих определенную функцию в подсистеме:
1. Математическое обеспечение (М.О.) - это совокупность математических методов, моделей, алгоритмов проектирования, представляемых в заданной форме.
2. Техническое обеспечение (Т.О.) - это совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (средства вычислительной техники, плоттеры, дигитайзеры, средства архивирования данных и т.д.)
3. Программное обеспечение (П.О.) - совокупность машинных программ, состоящая из прикладного и системного программного обеспечения.
4. Информационное обеспечение (И.О.) - совокупность сведений, необходимых для выполнения процесса проектирования (СУБД, сами базы данных и базы знаний) формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов.
5. Лингвистическое обеспечение (Л.О.) - совокупность языков проектирования, включающих термины, определения, правила
6. Методическое обеспечение (М.Т.О.) - совокупность документов устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатацию средств обеспечения системы.
7. Организационное обеспечение (О.О.) - совокупность документов, определяющих состояние проектной организации, связь между ее подразделениями, а также форму представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов.
Принципы создания САПР.
1. Принцип включения. Обеспечивает разработку систем на основе требований, позволяющих включать эти системы в САПР более высокого уровня.
2. Принцип системного единства. При создании, функционировании и развитии САПР связь между подсистемами должна обеспечивать целостность всей системы.
3. Принцип развития. САПР должна создаваться и функционировать с учетом пополнения, совершенствования и обновления ее подсистем и компонентов.
4. Принцип комплексности. Обеспечивает связность процесса проектирования элементов объекта в целом на всех уровнях проектирования, позволяя осуществить согласование и контроль характеристик элементов и объекта в целом.
5. Принцип информационного единства. Состоит в использовании в подсистемах, компонентах и средствах обеспечения САПР единых условных обозначений, терминов, символов, проблемно-ориентированных языков и способов представления данных в соответствии с принятыми нормативными документами.
6. Принцип совместимости. Языки, символы, коды, информационные и технические характеристики, связи между подсистемами, средствами обеспечения САПР и компонентами должны обеспечивать эффективное функционирование подсистемы и сохранять открытую структуру системы в целом.
7. Принцип стандартизации. Состоит в проведении унификации, типизации, стандартизации подсистемы компонентов, инвариантных к проектируемым объектам и отраслевой специфике, а также в установлении правил с целью упорядочения деятельности по созданию и развитию САПР.
Стадии создания САПР.
При создании САПР различают внешнее и внутреннее проектирование.
К внешнему проектированию относят стадию предпроектных исследований
и разработку технического задания на проект.
Внутреннее проектирование включает:
1) разработку технических приложений;
2) рабочий проект;
3) эскизный проект;
4) технический проект;
5) изготовление, отладку, испытание и ввод системы в действие.
Системный подход к проектированию.
Исследование объектов проектирования с помощью их математических моделей
составляет суть системного подхода.
Выделяют следующие принципы системного подхода:
1. Иерархичность. Каждая подсистема или элемент может рассматриваться как отдельная система.
2. Структурность. Состоит в возможности описания системы через описание
коммутационных связей между ее элементами.
3. Взаимосвязанность. Заключается в проявлении свойств системы только при
взаимодействии с внешней средой.
4. Множественность описания. Заключается в описании системы на основе
множества взаимодействующих математических моделей.
5. Целостность. Свойства всей системы определяются на основе анализа свойств ее частей.