Состав и структура САПР ТП

В составе любой САПР ТП выделяют комплекс технических средств, программно-методический комплекс и обслуживающий персонал (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Состав и виды обеспечения САПР ТП

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 включает в себя (ГОСТ 34.033—90 «Автоматизированные системы. Термины и оп­ределения») обеспечение:

• 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 проблемно-ориентированных 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.

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. 2.4. 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.

Формирование проектного решения (объекта проектирования) начинают с синтеза исходного варианта его структуры (см. блок 2, рис. 2.4). 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. Впервые 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. 2.4), 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.

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 [5].

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

Профессор В. Д. Цветков [6] 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 [7] 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.

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.