Автоматизация проектирования технологических

Процессов

 

Возможности ЭВМ в решении задач проектирования

Одной из особенностей современного развития машинострои-

тельного производства является постоянный рост объемов и сложно- сти проектных работ в сфере технологической подготовки производ-

ства (ТПП). Это связано со следующими причинами:

- увеличивается номенклатура и сложность выпускаемых ма-

шин и приборов, которые характеризуются более высоким качеством, оснащенностью электроникой, использованием новых конструкцион-

ных материалов;

- повышаются требования к качеству технологических реше-

ний, обеспечивающих конкурентоспособность изделий за счет сни-

жения себестоимости продукции и повышения ее качества;

- расширяется ассортимент оборудования с ЧПУ, требующего

дополнительной разработки управляющих программ и детального

проектирования операционной технологии;

- значительно сокращаются сроки подготовки производства

для выпуска новых изделий.

В этих условиях важнейшим направлением совершенствования ТПП является ее автоматизация, основанная на использовании раз- личных подсистем САПРТП, автоматизированных банков данных и экспертных систем для решения всего комплекса технологических за- дач.

С появлением персональных ЭВМ и программно-технических средств обработки графической информации круг решаемых техноло- гических задач значительно расширился, и стало возможным объеди- нять различные этапы конструкторской и технологической подготов- ки производства в интегрированные системы автоматизации проекти- рования (САПР), которые еще называют CAD-C*M-системами.

Организационно-технические системы, ориентированные на

комплексную автоматизацию проектных работ в сфере технологиче- ской подготовки производства, в настоящее время называют САПР ТП. Однако они на различных предприятиях могут существенно от- личаться друг от друга, и в первую очередь по уровню автоматизации.

Объем информации о технологическом оснащении, заготовках, припусках весьма велик. Формирование баз данных и знаний является весьма трудоемким процессом, который может затянуться на многие месяцы и отодвинуть внедрение САПР ТП на предприятии. Для уско- рения этого процесса целесообразно ориентироваться на концепцию последовательной автоматизации.

Концепция последовательной автоматизации заключается в

следующем:

- внедрение на первых этапах САПР ТП с низким уровнем ав-

томатизации;

- формирование баз данных параллельно с эксплуатацией

САПР;

- настройка на технологические особенности предприятия так же вести параллельно с эксплуатацией САПР.

Будем различать три уровня автоматизации технологического проектирования. В табл. *.1 дана краткая характеристика каждого уровня.

 

Характеристика уровней автоматизации

Технологического проектирования

Уровень Характеристика

Автоматизация оформления технологической

Первый документации (маршрутные, операционные карты и

другие документы)

Второй     Автоматизация поиска и расчетных задач

Третий     Автоматизация принятия сложных логических решений

 

 

Первый (низкий) уровень автоматизации - автоматизация, при которой автоматизировано только оформление технологической до- кументации (маршрутные, операционные карты и другие документы). Бланки технологических документов выводятся на экран монитора, и технолог в режиме диалога сам проектирует технологический про- цесс, т.е. выполняет переработку конструкторской информации в тех- нологическую и заносит технологическую информацию в бланки. Объем вводимой конструкторской информации при этом незначите- лен. На первых этапах внедрения параллельно с эксплуатацией САПР ТП формируется база данных с технологическим оснащением.

Второй (средний) уровень автоматизации - автоматизация это- го уровня достигается, когда базы данных частично сформированы и начинают работать поисковые и расчетные модули. Чем больше за- полнена база данных, тем эффективнее начинает работать САПР. Ра- бота поисковых модулей основана на использовании информационно- поисковой системы (ИПС), при этом условие поиска технолог вводит в режиме диалога. Условия поиска, которые являются стабильными, хранятся в базе знаний. На среднем уровне автоматизации проекти- рования объем вводимой конструкторской информации резко увели- чивается. Например, для поиска технологического оснащения необ- ходимо иметь информацию о конструктивных элементах детали. По- этому на этом уровне автоматизации проектирования ТП осуществля- ется кодирование чертежа детали и формирование параметрической модели детали (ПМД). Расчетные задачи также требуют информацию о детали и операционных заготовках. Объем вводимой технологиче- ской информации на этом уровне уменьшается, так как часть конст- рукторской информации перерабатывается в технологическую.

Расчетные модули, например модули расчета припусков, расче- та режимов резания и норм времени, начинают работать, когда сфор-

мированы базы данных с нормативно-справочной информацией (

при ручном вводе информации о детали

Третий (высокий) уровень автоматизации - автоматизация это-

го уровня достигается при заполнении базы знаний. В этом случае становится возможным автоматизированное принятие сложных логи- ческих решений, связанных, например, с выбором структуры процес- са и операций, назначением технологических баз и другие подобные задачи. Процесс принятия таких решений полностью автоматизиро- вать не удается, поэтому режим диалога остается и на третьем уровне автоматизации.

На высоком уровне автоматизации для проектирования техно- логических процессов требуется еще более подробная информация о детали, т.е. нужно вводить параметрическую модель детали с наи- большей степенью детализации, в то же время объем вводимой тех- нологической информации на этом уровне еще больше уменьшается.

Проектирование в САПР ТП представляет собой сложный про- цесс переработки конструкторской информации, заданной в чертеже детали, в технологическую, которая затем фиксируется в технологи- ческой документации. Наибольший эффект от применения систем третьего уровня достигается при совместном использовании подсис- тем автоматизации конструирования (САПР К) и технологического проектирования (САПР ТП). Для этого используются специальные программные комплексы-конверторы, которые преобразуют графиче- ские модели детали, представленные в виде файлов формата передачи данных IGES или STEP (стандарт ИСО 10303) в массив данных о конструкторско-технологической информации о детали, необходимой

для решения всего комплекса задач в рамках САПР

*.8.2 Автоматизированная система проектирования как со-

Ставная часть ЕСТПП

Технологическая подготовка производства (ТПП), являясь со-

ставной частью технической подготовки производства, представляет собой сложный комплекс организационно-технических мероприятий и инженерно-технических работ, направленных на подготовку изго- товления новых изделий. При этом главной задачей ТПП является обеспечение выпуска нового изделия в короткие сроки и с наимень- шими затратами.

Содержание, объем и организация технологической подготовки производства во многом зависят от его типа и масштаба. В единичном и мелкосерийном производстве технологическая подготовка состав- ляет 25%, в серийном - до *0%, в крупносерийном и массовом - до 70% всего объема работ по технической подготовке производства но- вых изделий.

Качество технологической подготовки существенно влияет на организацию и технико-экономические показатели производства, на качество выпускаемой продукции. Высокий уровень технологической подготовки сокращает трудоемкость изготовления деталей и сборки изделия, а, следовательно, сокращает и длительность производствен-

 

ного цикла, снижает себестоимость продукции, уменьшает расход ме-

талла на изготовление деталей, повышает качество машин, снижает производственный брак и т.д.

Обычно выделяют девять функций системы ТПП:

1 организация и управление (ОУ ТПП);

2 конструкторско-технологический анализ изделия (КТА); 3 обеспечение технологичности конструкции изделия (ОТ); 4 организационно-технический анализ производства (АП);

5 проектирование технологических процессов (Пр ТП);

6 разработка технологических нормативов (РН);

7 проектирование средств технологического оснащения (Пр О);

* обеспечение средствами технологического оснащения (ИО); 9 отладка технологического комплекса (ОТК).

Связь между блоками системы ТПП может быть рассмотрена с

функциональной, организационной и информационной сторон. Ха- рактер связей определяется составом задач, обеспечивающих те или иные функции системы ТПП.

Так, функция организации и управления ТПП характеризуется

следующими задачами:

1 планирование, контроль и управление решением всех задач

ТПП;

2 анализ работ по выполнению плана;

3 оперативное планирование внутри подразделений;

4 планирование совместных работ подразделений, занятых

подготовкой производства;

5 разработка производственной документации и обеспечение ею всех подразделений.

При конструкторско-технологическом анализе изделия произ-

водится:

1 кодирование конструкторской документации;

2 разработка            ведомостей    и   карт    конструкторско-

технологического анализа;

* расчет уровня стандартизации и унификации; 4 структурный анализ изделия.

Обеспечение технологичности конструкции изделия предпола-

гает:

1 определение нормативных показателей технологичности;

2 формирование карт технологического анализа на детали и уз-

лы изделия;

* проведение экспертизы изделия на технологичность.

При организационно-технологическом анализе производства

выполняются такие работы:

1 рассчитываются коэффициент технического уровня и произ-

водственные мощности;

2 разрабатываются план внедрения средств автоматизации и

механизации и план оргтехмероприятий;

3 составляются производственно-технологические планировки;

4 разрабатываются технологические проекты;

5 контролируется выполнение планов внедрения новой техни-

ки и оргтехмероприятий.

При проектировании технологических процессов осуществляет-

ся:

1 проектирование унифицированных (типовых и групповых)

технологических процессов на все виды предполагаемых работ (заго- товительные работы, процессы сборки, механической обработки, тер-

мообработки, химико-термические покрытия и др.);

2 проектирование единичных технологических процессов;

3 проектирование типовых технологических операций (ТТО);

4 проектирование технологических процессов с использовани-

ем ТТО;

5 разработка технологических инструкций; 6 разработка программ для станков с ЧПУ.

7 разработка технических заданий на специальную технологи-

ческую оснастку и инструмент;

8 разработка заявок на специальное оборудование;

9 разработка технических заданий на организацию новых и ре-

конструкцию действующих участков.

При разработке технологических нормативов производится:

1 расчет сводных норм и составление ведомостей требуемого

количества комплектующих изделий и крепежа;

* расчет подетальных и сводных норм расхода основных и дра-

гоценных материалов;

3 расчет потребности и составление ведомостей расхода вспо-

могательных материалов;

4 разработка норм времени и расценок на отдельные детали с

делением по цехам и по технологическим признакам;

5 разработка ведомостей норм времени и расценок на изделие в целом с делением по цехам, по операциям, по видам работ.

Проектирование средств технологического оснащения включа-

ет:

1 проектирование средств технологического оснащения; 2 проектирование средств механизации и автоматизации; 3 разработку нормативно-технических документов.

Обеспечение средствами технологического оснащения выпол-

няется в несколько этапов:

1 технологическая подготовка производства оснастки;

2 планирование и управление процессом обеспечения и изго-

товления оснастки;

3 изготовление средств технологического обеспечения;

* обеспечение нормализованным инструментом;

5 обеспечение универсальными сборными приспособлениями.

При отладке технологического комплекса производится:

1 внедрение технологических процессов;

2 корректировка технологической документации;

3 контроль соблюдения технологической дисциплины.

Принятые на предприятии методы решения перечисленных за-

дач определяют, с одной стороны, объем и продолжительность работ по подготовке производства, с другой - технико-экономические ха- рактеристики проектируемых технологических процессов. Наиболее трудоемкими функциями системы ТПП, по данным предприятий се-

рийного машиностроения, являются:

- проектирование технологических процессов, составляющее

17% от общего объема работ по подготовке производства;

- проектирование средств технологического оснащения - 10%;

- разработка технологических нормативов - 1*%;

- обеспечение средствами технологического оснащения - до

3*%.

Анализ схемы информационных связей между блоками системы ТПП, представленной на рис. 7.10, показывает большое информаци- онное значение пятого блока - проектирования технологических про- цессов. Действительно, только после разработки всех процессов изго- товления деталей и сборки изделия можно разрабатывать технологи- ческие нормативы и составлять ведомости необходимых материалов, проектировать и изготавливать технологическую оснастку, присту- пать к изготовлению опытной партии изделий. По трудоемкости эти функции составляют почти 75% всего объема работ по подготовке производства.

С функциональной точки зрения значение блока проектирова- ния технологических процессов также велико. Разработанные техно- логические процессы определяют методы обеспечения точности при сборке и при изготовлении деталей, форму организации производства и, следовательно, трудоемкость процессов. Виды заготовок и припус- ки на обработку характеризуют коэффициент использования материа- ла при механической обработке. Разработка унифицированных опе- раций и технологических процессов в значительной степени опреде- ляет объем работ практически по всем задачам ТПП. От принятого уровня оснащенности, видов применяемой технологической оснастки и специального инструмента зависит объем работы в конструктор- ских подразделениях отдела главного технолога и в инструменталь- ном цехе. Обоснованное нормирование всех элементов технологических процессов в основном определяет себестоимость изделия. Таким

образом, блок проектирования технологических процессов является центральным, основным звеном всей системы, и автоматизация под- готовки производства в значительной степени зависит от того, как решаются вопросы по автоматизированному, а в ряде случаев и по ав- томатическому, проектированию процессов механической обработки и сборки.

Современная САПР ТП при ее полном развитии должна вклю- чать автоматизированное решение всех задач, встречающихся при технологическом проектировании. Причем для решения каждой зада- чи предполагается создание отдельной подсистемы автоматизирован- ного проектирования. Примерный состав подсистем, соответствую- щий современному уровню развития технологии машиностроения, показан на рис. 7.1*.

Подсистемы автоматизации технологического проектирования

предусматривают решение следующих задач:

1 разработку технологии литейного производства: литье в зем- ляные формы, литье под давлением, кокильное литье, центробежное

литье, прецизионное литье;

2 разработку технологии сварки и резки металлов: дуговой электросварки, контактной электросварки, газовой сварки и резки, подготовки программ для сварочных автоматов и для резки металлов

с ЧПУ;

3 разработку технологии кузнечно-штамповочного производст- ва: свободной ковки, штамповки на молотах и прессах, ковки на гори- зонтально-ковочных машинах, прессования на гидравлических прес-

сах, поперечной прокатки, подготовки программ для прессов с ЧПУ;

* разработку технологии механической обработки: типовых групповых и единичных технологических процессов, автоматных операций, технического нормирования, подготовки программ для

станков с ЧПУ;

5 разработку технологии сборки: операционных технологиче- ских процессов сборки, подготовки управляющих программ для про-

мышленных роботов;

* разработку технологии химических, термохимических, хими- ко-механических, электрических, термических методов обработки, металлопокрытий, окраски.

 

Подсистемы конструирования средств технологического осна- щения должны включать инвариантные части (модули), позволяющие решать для различных подсистем технологического проектирования следующие задачи: проектирование специального оборудования, про- ектирование специальной оснастки, проектирование специальных ре- жущих инструментов, проектирование специальных мерительных ин- струментов. Для осуществления функций связи между отдельными подсистемами САПР ТП должна быть разработана специальная под- система стыковки. Эту функцию, как показано на рис. 7.1*, выполня- ет подсистема формирования и кодирования исходных данных, кото- рая осуществляет выборку, переработку и систематизацию данных, выдаваемых предыдущими подсистемами, а также подготовку дан- ных для работы последующих подсистем технологического проекти- рования.

Для хранения, поиска и первичной переработки данных, необ-

ходимых при проектировании, в САПР ТП служит банк данных тех- нологического назначения.

Несмотря на многообразие задач, возникающих при создании комплексных САПР ТП машиностроительного предприятия, имеется возможность их построения на единой методологической основе с максимальным использованием стандартных методов, программ и технических средств. В настоящее время в основном автономно ис- пользуются отдельные подсистемы технологического проектирова- ния. Однако ведутся разработки комплексных САПР ТП, которые на- ряду с получением комплектов технологической документации по каждому виду технологических работ обеспечивают передачу проме- жуточной информации от одной подсистемы к другой по компьютер- ным каналам связи для решения различных задач.