Системы автоматизации проектирования (сапр)

Основной стратегией по проведению крупных мероприятий по совершенствованию технической и технологической базы в промышленности, а также использовании новых методов организации производства являются широкое использование систем автоматизированного проектирования во всех сферах проектирования и производства и создание промышленной робототехники и гибких автоматизированных производственных систем (АИТУ ГПС), в которых современные средства вычислительной техники занимают в функциональном отношении центральное место.

От успехов в создании и развитии САПР во многом зависят возможности и сроки разработки образцов новой техники, внедрение интегрированных автоматизированных производств, рост производительности труда инженерно-технических работников, занятых проектированием.

Проектирование – это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе первичного описания этого объекта. Если весь процесс проектирования осуществляет человек, то проектирование называют неавтоматизированным. Проектирование, при котором происходит взаимодействие человека и ЭВМ, называют автоматизированным.

При создании новых объектов выделяют следующие этапы:

• этап научно-исследовательских работ (НИР). Объединяет стадии: предпроектное исследование, техническое задание и часть технического предложения. Здесь проводят исследования по поиску новых принципов функционирования, новых структур, физических процессов, новой элементной базы, технических средств и т.п.;

• этап опытно-конструкторских работ (ОКР). Объединяет стадии: часть технического предложения, эскизный проект, технический проект. Здесь отражаются вопросы детальной конструкторской проработки проекта;

• этап рабочего проектирования. Объединяет стадии: рабочий проект, изготовление, отладка и испытание, ввод в действие. Здесь прорабатываются схемные, конструкторские и технологические решения, проводят испытания, изготовление.

Распределение работ между подразделениями производят с использованием блочно-иерархического подхода (БИП) к проектированию. Этот подход основан на структурировании описаний объекта с разделением описаний на ряд иерархических уровней по степени детальности отображения в них свойств объекта и его частей. Уровни проектирования можно выделять не только по степени подробности отражения свойств объекта, но и по характеру отражаемых свойств. Если в первом случае уровни называют горизонтальными, или иерархическими, то во втором - вертикальными, или аспектами.

Методология блочно-иерархического подхода базируется на трех концепциях: разбиение и локальная оптимизация; абстрагирование; повторяемость.

Концепция разбиения позволяет сложную задачу проектирования объекта свести к решению более простых задач с учетом взаимодействий между ними. Локальная оптимизация подразумевает улучшение параметров внутри каждой простой задачи. Абстрагируемость заключается в построении формальных математических моделей, отражающих только значимые в данных условиях свойства объектов. Повторяемость заключается в использовании существующего опыта проектирования.

Система автоматизации проектных работ (САПР) – это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектирование.

По назначению подсистемы САПР разделяют на проектирующие и обслуживающие.

К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например, подсистема логического проектирования, подсистема конструкторского проектирования, подсистема проектирования деталей и сборочных единиц и т.п.

К обслуживающим относят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например, подсистема информационного поиска, подсистема документирования и т.п.

По отношению к объекту проектирования различают объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные). К объектным относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования. К инвариантным относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например, функции отработки, не зависящие от особенностей проектируемого объекта.

Основное назначение САПР – получение оптимальных проектных решений. Проектирование в САПР осуществляется путем декомпозиции проектной задачи с последующим синтезом общего проектного решения. В процессе синтеза проекта используются информационные ресурсы базы данных в условиях диалогового взаимодействия проектировщиков с комплексом средств автоматизации.

Технологии проектирования в САПР базируются на следующих принципах:

• использование комплексного моделирования;

• интерактивное взаимодействие с математической моделью;

• принятие проектных решений на основе математических моделей и проектных процедур, реализуемых средствами вычислительной техники;

• обеспечение единства модели проекта на всех этапах и стадиях проектирования;

• использование единой информационной базы для автоматизированных процедур синтеза и анализа проекта, а также для управления процессом проектирования;

• проведение многовариантного проектирования и комплексной оценки проекта с применением методов оптимизации;

• обеспечение максимальной инвариантности информационных ресурсов, их слабой зависимости от конкретной области применения, простоты настройки на отраслевую специфику.

АСУП

Автоматизированная система управления производством (АСУП) представляет собой сложную иерархически управляемую систему, состоящую из коллектива работников аппарата управления, комплекса технических средств, различных методик и инструментов, носителей данных. Объектом управления является совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов в готовую продукцию. Сложность управления в АСУП обусловлена следующими причинами:

• большим числом разнородных элементов;

• высокой степенью их взаимосвязи в процессе производства;

• неопределенностью результатов выполнения многих процессов (брак, сбои, несвоевременные поставки, нерегулярность спроса и т.д.);

• тем, что объектами и субъектами управления являются люди, а управление их поведением не столь очевидно и прямолинейно;

• предприятие постоянно изменяется, т.е. является нестационарным.

В структуре АСУП обычно выделяют функциональные и обеспечивающие подсистемы. Подсистемой называют часть АСУ, выделенную по функциональному или структурному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам.

Системы, в которых управление ходом процесса осуществляется без вмешательства человека, называются автоматическими. Однако, когда не известны точные законы управления, человек вынужден брать управление (определение управляющих сигналов) на себя (такие системы называются автоматизированными)

АСУ ГПС

Для ускорения темпов обновления продукции необходим переход от автоматизации отдельных элементов производственного процесса к комплексной автоматизации на всех уровнях, применению гибких производственных систем (ГПС) в условиях единичного, серийного и массового производства. Применение ГПС в промышленности позволяет разрешить противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобильности производственного оборудования массового производства и высокой мобильностью и низкой производительностью универсальных станков единичного и серийного производства.

Базой для решения этой сложной и противоречивой задачи явились особые свойства ГПС:

• их способность к быстрой перестройке на выпуск новой продукции за счет гибкости и мобильности;

• наличие высокого технического уровня оборудования, способного реализовать прогрессивные технологические процессы на основе высокой степени интеграции производства;

• возможность способствовать решению проблемы по улучшению труда работающих, повышению профессионального- квалификационного уровня работающих;

• создание предпосылок для постепенного стирания граней между умственным и физическим трудом;

• освобождение рабочих от тяжелого физического труда.

Основыми характеристиками ГПС являются:

• способность работать автономно или некоторое ограниченное время без участия человека;

• автоматическое выполнение всех основных и вспомогательных операций;

• гибкость удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;

• простота наладки, а также простота устранения отказов основного оборудования и систем управления;

• совместимость с оборудованием традиционного и гибкого производства.

Особенность ГПС состоит в групповой гибко перенастраиваемой технологии обработки изделий, высокой степени автоматизации, обеспечивающей минимальное участие человека в выполнении прямых производственных функций, связанных с технологическим процессом процессом обработки изделий.ГПС основаны на возможности использования числового программного управления (ЧПУ). Основным видом оборудования в ГПС являются обрабатывающие центры - одна из разновидностей станков с ЧПУ.

В состав технологического объекта управления ГПС может входить следующее технологическое оборудование:

• гибкий технологический модуль (ГТМ)- производственная единица, состоящая из одного или нескольких элементов технологического оборудования с ЧПУ, выполненная на базе мини- или микро-ЭВМ, способная функционировать автономно (по командам производственного персонала) или по командам от управляющего вычислительного комплекса.

• автоматизированный складской модуль - единица производственного оборудования с локальной системой управления, выполненной на базе мини- или микро-ЭВМ, способная функционировать автономно или по командам от УВК.

• вспомогательный модуль (модуль комплектации инструментов, подготовки приспособлений, загрузки и выгрузки изделий и т.п.) - совокупность оборудования, предназначенная для обеспечения технологических модулях.

• гибкий контрольно-измерительный модуль ( при отсутствии операций контроля в ГТМ) - совокупность программно-переналаживаемого оборудования, предназначенного для осуществления контроля качества выполнения операций в ГТМ .

• автоматизированный транспортный модуль - единица производственного оборудования с локальной системой управления, выполненной на базе мини- или микро-ЭВМ, способная функционировать автономно или по командам от УВК.

Система ЧПУ предназначена для непосредственного управления технологическим оборудованием и обеспечения взаимосвязи с другими элементами ГПС. Локальная система управления предназначена для обеспечения взаимосвязи с другими элементами ГПС и для управления операциями по загрузке, размещению и выдаче заготовок, готовых изделий, приспособлений, инструментов, поддонов.

В соответствии со структурно-организационными признаками ГПС может быть представлена в виде:

• гибкого автоматизированного участка (ГАУ), функционирующего по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования;

• гибкой автоматизированной линии (ГАЛ), технологическое оборудование которой расположено в последовательности, соответствующей технологическим операциям;

• гибкого автоматизированного цеха (ГАЦ), представляющего собой в различных сочетаниях совокупность ГАЛ, ГАУ для изготовления изделий данной номенклатуры;

• гибкого автоматизированного завода (ГАЗ). в котором осуществлена частичная или полная интеграция нескольких гибких автоматизированных цехов, линий, участков, модулей в единую производственную систему.

Предусмотрены также гибкие производственные комплексы (ГПК), представляющие собой гибкую производственную технологию, состоящую из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующую в течение заданного интервала времени и имеющую возможность встраивания в систему более высокой ступени автоматизации.

АСУ ГПС - автоматизированная многоуровневая интегрированная система. Она функционирует как автономно, так и во взаимодействии с компонентами ИАСУ предприятия. АСУ ГПС представляет собой систему, в которой одна часть управляющей информации включает плановые задания, время запуска в обработку, другая – технологическую информацию, содержащую управляющие программы, алгоритмы управления технологическим и вспомогательным оборудованием, информацию от станков на их обслуживание и т.п. Информационное обеспечение ГПС состоит из пакетов управляющих программ для станка с ЧПУ, для транспортных средств и роботов, для накопительных систем заготовок, деталей, инструмента, оснастки и др. оперативного информационного фонда, содержащего данные о состоянии производственного процесса, а также плановые и фактические данные о ходе производственного процесса.

Разумное управление состоит в том, чтобы каждая вышестоящая подсистема давала задание нижележащей не жестко регламентированное, а в «общих чертах», предоставляя им известную инициативу, но так ставя перед ними цели, чтобы каждая подсистема, стремясь к своей цели, работала в согласии с интересами вышестоящей подсистемы в целом. На практике системный подход сводится к тому, что каждое звено, работа которого оптимизируется, следует рассматривать как часть другой, более обширной системы и необходимо выяснить, как влияет работа данной подсистемы на работу всей системы. Системный подход к процессу управления – это, прежде всего, образ мышления.

Иерархическая структура автоматизированного управления позволяет объединять управление различными производственными объектами и согласовывать их работу, т.е. подойти к производственному процессу как к единому целому, а не как к набору независимых частей. При этом можно автоматизировать весь комплекс производственных процессов, включая транспортные операции и различные организационные задачи.