Міністерство освіти та науки україни
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КПІ"
МЕХАНІКО- МАШИНОБУДІВНИЙ ІНСТИТУТ
Кафедра технології машинобудування
ОСНОВИ АВТОМАТИЗОВАНОГО
ПРОЕКТУВАННЯ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до вивчення дисципліни „Основи автоматизованого проектування”. Для студентів заочної форми навчання спеціальності "Технологія машинобудування"
Київ НТУУ "КПІ" 2015
"Основи автоматизованого проектування". Методичні вказівки до вивчення дисципліни "Основи автоматизованого проектування". Для студентів заочної форми навчання спеціальності "Технологія машинобудування" / Укладач: В.І.Войтенко. К.: НТУУ "КПІ", 2015.88 c.
Укладач: Войтенко Володимир Іванович
Відповідальний
редактор: В.А. Пасічник
Рецензент: Ю.Н.Камаєв
Глава 1. Основні положення автоматизованого проектування
Передумови та можливості застосування обчислювальної техніки при проектуванні
Для нинішнього машинобудівного виробництва характерні дві протилежні тенденції. З одного боку, маємо скорочення «життєвого циклу» виробів (тобто періоду перебування виробу у виробництві до заміни його на іншу, більш сучасну модель), з іншого боку — постійне збільшення тривалості циклу технологічної підготовки виробництва (ТПВ) нових виробів. Таку ситуацію маємо тому що конструкції виробів постійно ускладнюються, вимагають розробки все більшого обсягу технічної документації, розробки, освоєння й застосування нових технологічних процесів. Так, у машинобудуванні в середньому за 20 років «життєвий цикл» скорочується приблизно в 3 рази, а тривалість ТПВ збільшується приблизно в 2 рази. На сьогодні вона складає в середньому від 0,5 до 5 років.
Таблиця 1.1
Трудомісткість конструкторської та технологічної підготовки виробництва (тпв)
-
Найменування виробу
Трудомісткість, г
КПВ
ТПВ
Турбіна ГРЕС
(парова) середньої
потужності
82 292
207 125
Гідротурбіна ГЕС
Середньої потужності
67 800
202 400
Мостовий кран
10 400
43 710
Ковшовий екскаватор
51 575
94 481
Гусеничний трактор
125 000
620 000
Технологічне проектування є трудомістким процесом. Так, у важкому машинобудуванні усереднені реальні витрати часу на розробку маршруту технологічного процесу з вибором устаткування для операцій складають 4—25г; розробку операцій до рівня переходу з Використанням оснащення, розрахунками режимів різання й нормуванням — 10—80 г; розробку й оформлення операційних ескізів —2—40г; конструювання затискних пристосувань — 2—150 г; конструювання спеціального інструменту — 0,5—50 г. У ряді випадків трудомісткість ТПВ значно перевищує трудомісткість конструкторської технологічної підготовки виробництва (КПВ). Трудомісткість КПВ і ТПВ для деяких виробів одиничного, серійного і масового виробництва наведено в табл. 1.1.
Якщо врахувати, що річний фонд роботи технолога складає близько 2000 г, то можна оцінити, наскільки велика трудомісткість технологічного проектування. При цьому на кожну тисячу найменувань нових деталей розробляється в середньому понад 15 тис. аркуші (формат А4) різноманітної текстової технологічної документації, наприклад, маршрутних і операційних карт, відомостей оснащення і т.д. Одночасно проектується також до 5 тис. креслень оснащення (затискних пристосувань, міряльного й допоміжного інструменту). Практично перелік технологічних документів, розроблювальних при технологічній підготовці виробництва, не є однаковим в різних галузях машинобудування і часто встановлюється відповідно до місцевих умов чи традицій, що склались на підприємстві. Іноді комплект документації складається більш ніж із двадцяти найменувань форм.
Для кожної галузі машинобудування характерна своя специфіка виробництва, яка залежить від типу виробництва (одиничне, серійне масове), Використання виготовлених виробів, пропонованих до них вимог по точності, рівня організації виробництва і його технічної оснащеності. Велике значення мають сформовані виробничі традиції. Сучасне машинобудування відрізняється також високою багатономенклатурністю, що обчислюється сотнями тисяч найменувань машин і механізмів. При цьому загальна кількість найменувань виготовлених деталей вже складає десятки мільярдів. По масі діапазон оброблюваних деталей коливається в межах від декількох грамів (приладобудування) до сотень тонн (деталі устаткування для металургії і видобувних галузей). Постійно зростає значення багатоменклатурного виробництва. Так, за останні 30 років минулого століття обсяг трудомісткості механічної обробки деталей, виготовлених в умовах одиничного, дрібно- і середньо серійного виробництв зріс приблизно від 60 до 85 % обсягу всієї механічної обробки. При цьому абсолютні обсяги крупносерійного й масового виробництва теж ростуть, але більш повільними темпами.
Ця обставина підсилює вплив якості технологічних рішень на економічні показники виробництва. Так, у всіх випадках виробництва продукції в умовах кожного конкретного підприємства необхідно домагатися раціонального варіанта технології, заснованого на економічно доцільному виборі устаткування й оснащення і що забезпечує заданий рівень механізації. З цією метою, тобто для випуску високоякісних виробів із найменшими витратами, необхідно підвищувати якість технологічних рішень за рахунок розгляду декількох варіантів ТП і вибору з них найкращого.
Однак прорахунок декількох варіантів ТП дуже трудомісткий і в умовах реального виробництва в даний час можливий тільки в умовах масового виробництва. Звичайно, при традиційних методах проектування розробляється лише один варіант і тільки на рівні маршрутного ТП. Природно, що такі варіанти не є оптимальними, а сумарні втрати виробництва при цьому є великі. Інтегральна оцінка кількісних показників показує, що продуктивність праці традиційного технологічного проектування може бути збільшена більш ніж у 10—20 разів при широкому застосуванні автоматизованого проектування.
Успішне рішення цієї проблеми можливо лише при широкому впровадженні систем автоматизованого проектування технологічних процесів (САПР ТП), заснованих на застосуванні ЕОМ. САПР ТП дозволяють визволити проектувальника від виконання нетворчих задач, що повторюються із проекту в проект, і тим самим вивільнити час і інтелектуальні сили для рішення задач, спрямованих на вироблення напрямків технічного прогресу підприємства, визначення перспектив його розвитку дозволяє різко підвищити продуктивність праці технологічних служб, поліпшити якість проектованих ТП. Можливість детального пророблення ТП забезпечує як підвищення якості процесів виробництва, так і підвищення точності технічного нормування. Остання обставина має величезне значення для адекватної оцінки витрат праці, а отже, для обґрунтованої оплати праці й встановлення цін на вироби, що відповідають реальним суспільно необхідним витратам.
Детальний аналіз можливостей застосування обчислювальної техніки і заснованих на ній САПР в процесі ТПВ доцільно проводити, розділивши розв'язувані при ТПВ технологічні задачі на чотири групи: 1). Оформлення документації; 2). Пошук інформації; 3). Типові розрахунки; 4). Структурні рішення, логічний аналіз й прийняття рішень.
Перша з зазначених груп задач завжди присутня при проектуванні і, звичайно, займає близько 30—50 % загальних витрат часу. Ці роботи практично цілком можуть виконуватися технічними засобами САПР. Так, при оформленні (друкуванні) текстових документів (наприклад, маршрутних і операційних карт і т.п.) забезпечується продуктивність понад 1000 рядків у хвилину при розмірі рядка до 130 символів. При оформленні графічних документів забезпечується продуктивність креслення ліній до 800—1000 мм/із на електромеханічних, креслярсько-графічних автоматах (КГА) і до 8 м/хв просування папера з рулону на растрових КГА, де застосовується електростатичний папір.
Друга група задач пов'язана з пошуком необхідної інформації про сортамент матеріалів, характеристики устаткування й оснащення, режими різання, а також пошук аналогів для роботи серед раніше виконаних проектів. Ця сфера діяльності при проектуванні, на якій, звичайно, зараз ще затрачається 15—20 % загального фонду часу, також цілком піддається автоматизації на основі використання спеціалізованих інформаційно-пошукових систем (ІПС) технологічного Використання (ІПС ТП). Питання класифікації ІПС, вимог, пропонованих до них, і вимог до їхніх компонентів зафіксовані в ГОСТ 14.411—77 і ГОСТ 14.409—77.
Третю групу задач, що також піддається автоматизації, складають типові розрахунки, як правило, виконувані по вже відомим, раніше апробованим формулам і алгоритмам (30—40 % загального фонду часу). Наприклад, розрахунки припусків на обробку, режимів різання й норм часу, витрати матеріалів, геометрії інструментів, елементів пристосувань, виконавчих розмірів калібрів, штампів і прес-форм, синтез керуючих програм для верстатів із ЧПУ і промислових роботів.
Четверту групу задач складають задачі синтезу структур ТП та його операцій, логічний аналіз й прийняття рішень, що визначають творчий характер діяльності спеціаліста і слабко піддаються формалізації. В сучасних умовах, при традиційному проектуванні, на рішення таких задач може бути виділено не більше ніж 10 % загального часу проектування. В той же час саме ці задачі багато в чому визначають ефективність проектування. До них відносяться, наприклад, синтез структури ТП, тобто вибір маршруту обробки, синтез структур операцій, вибір баз, розробка конструкції технологічного оснащення і т.п.
Спроби автоматизації таких задач успішні в даний час практично лише для деталей типу тіл обертання, для простих деталей, у яких змінюються лише розмірні характеристики, а структура залишається постійною. Успішному розвитку САПР перешкоджає відсутність залежностей, що зв'язують структуру виробу, який підлягає виготовленню, із структурою розроблювального для його виготовлення технологічного процесу.
В зв'язку з розробкою і широким впровадженням САПР у технологічне проектування процесів механообробки, в даний час гостро постає задача оволодіння фахівцями машинобудівних спеціальностей знаннями, уміннями й навичками в області обчислювальної техніки взагалі та в конкретній області САПР. Сучасний технолог повинен бути знайомий також і з технічним і базовим програмним забезпеченням, а також із конкретними прийомами використання обчислювальної техніки для ТПВ, методами вирішення задач на ЕОМ. Фахівець повинен мати навички розробки, реалізації й налагодження на ЕОМ алгоритмів рішення задач технологічного проектування, знаходити й усувати помилки в алгоритмах уже функціонуючих систем. Можна виділити наступний набір задач, рішення яких сучасний технолог механообробки повинен вміти виконувати на ЕОМ: розрахунки за формулами, робота з великими масивами інформації, розробка алгоритмів обробки табличних, мережених, перестановочних і сполучних моделей і їхньої реалізації на ЕОМ, синтез із існуючих програмних модулів необхідних програмних комплексів для рішення типових задач.
На сьогодні вже розроблено і впроваджено понад 1000 САПР ТП механообробки. Трудомісткість розробки програмних комплексів вимірюється десятками людино - років, а обсяг програм складає, як правило, навіть для рішення локальних задач десятки тисяч операторів мови високого рівня. Тому актуальною і доцільною є задача не створення нової САПР для конкретного підприємства, а вибір системи із безлічі наявних і відповідних профілю й характеру даного підприємства й адаптація її до конкретної виробничої ситуації.
Отже, необхідна навичка вибору САПР, виходячи з відповідності колу задач і глибини їхнього рішення на даному підприємстві.