Системы автоматизированного проектирования технологических процессов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный технический университет» МЕХАНИКО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛЕКЦИЯ 1 Старший преподаватель Василевская Светлана Игоревна Новосибирск Зачет по дисциплине Зачет проводится в письменной форме, по билетам. В билете 2 вопроса. В ходе зачета преподаватель вправе задавать студенту дополнительные вопросы из общего перечня вопросов, выносимых на экзамен. Зачет считается сданным, если сумма баллов по всем заданиям билета составляет не менее 10 баллов (из 20 возможных). В общей оценке по дисциплине баллы за зачет учитываются в соответствии с правилами балльно – рейтинговой системы. Таким образом, общий балл по дисциплине складывается из баллов за РГЗ (Р) (max 42 б.) + лабораторные работы (max 20 б.) + лекции (max 18 б.) и баллов за зачет (max 20 б.). Минимальный балл для допуска к зачету при выполнении всех видов работ, предусмотренных курсом – 40 б. 2 ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ Проблемы повышения качества и сокращения сроков освоения новой конкурентоспособной на рынках сбыта продукции являются весьма актуальными в стране. Указанные проблемы решаются за счет использования преимуществ сквозных комплексных систем автоматизированного проектирования и производства. При их внедрении кардинально меняется характер производственной деятельности, производство становится гибким, способным к оперативному реагированию на запросы потребителя, значительно упрощается модернизация производства и быстрое обновление продукции. Способность отечественных предприятий составить конкуренцию на мировом рынке и сотрудничать с зарубежными фирмами в разработке 3 совместных проектов определяется также требованиями по сертификации продукции и производства на соответствие международных стандартов. Сертификации подвергается не только продукция, но и методы проектирования, изготовления и передачи информации. Все это увязывается с международными стандартами на техническую документацию, для которой основной средой создания, хранения и обмена является компьютерное пространство. Работы по созданию и развитию систем автоматизированного проектирования и производства проводятся многими промышленными предприятиями страны. Однако анализ состояния работ показывает: − на большинстве предприятий не проводятся предпроектные исследования на концептуальной 4 начальной стадии создания систем; − отсутствует системный подход к разработке; − основное внимание уделяется автоматизации относительно простых формализованных этапов проектирования, не играющих ключевую роль в комплексной автоматизации процесса и кардинальном повышении качества конструкторско-технологических работ; − не проводится разработка наукоемкого специального (фирменного) прикладного программного обеспечения, составляющего основу любой объектно-ориентированной САПР, превосходящего на порядок по стоимости затраты на вычислительную технику; − не проводится стандартизация программного обеспечения, программных интерфейсов, графики; − не налажена подготовка кадров. 5 В результате отставание предприятий в создании современных сквозных компьютерных технологий проектирования и производства изделий новой техники наносит значительный ущерб экономике страны. Период освоения промышленностью структурно сложных образцов новой техники соизмерим с ее моральным старением. В настоящее время развитие САПР определяется международными стандартами по всему жизненному циклу изделия: в проектировании, производстве, эксплуатации и утилизации, представлении и обмене данными (CALS-технологии). «Вхождение» многих предприятий в мировое экономическое пространство, расширение экспорта машин и оборудования, повышение их качества, сертификация продукции, 6 совершенствование и развитие производства, международной кооперации и научно-технического сотрудничества невозможны без широкого использования современных компьютерных информационных технологий (ИТ), ядром которых являются компьютерные технологии проектирования и производства. Принципиальное отличие современного представления о компьютерных информационных производственных технологиях состоит в том, что ИТ рассматриваются как средство для достижения деловых целей, т.е. информатизация производства затрагивает стратегию и структуру предприятия (корпорации). Создание корпоративных производственных ИТ стало в настоящее время одним из перспективных направлений в Европе и США. Условиями, стимулирующими их развитие, является жесткая конкурентная борьба на 7 рынках сбыта. Эволюция мировой индустрии ИТ включает несколько этапов. Начальный этап соответствует использованию разнотипных и плохо совместимых компьютеров и рабочих станций в интересах ограниченных замкнутых производственных систем. Нынешний этап развития рассматривается как Информационное Сообщество, в котором информационные услуги доступны любому клиенту, как телефонная связь или телевидение сегодня. Между этими этапами лежат разнообразные сетевые приложения, наиболее ярким примером которых является INTERNET. Современный бизнес изменился настолько существенно, что подавляющее большинство производственных структур, предприятий, фирм, 8 корпораций, созданных для работы в прежних стабильных условиях, не могут приспособиться к новому окружению не совершенствуя принципы своей деятельности и организационную структуру. По мнению японских ученых, основные тенденции развития производственных систем заключаются в интеграции и глобализации деятельности предприятия, стандартизации технологий, интеллектуализации САПР, многономенклатурности и индивидуализации продукции. Весь производственный процесс предварительно моделируется с полной оценкой готовой продукции и ее эксплуатации, используются гибкие модули, самовосстановление и очистка предприятия в ходе и после операций, развивается полностью безотходное экологическое производство. 9 Для каждой предметной области существуют свои прикладные проектные задачи. В самом общем случае – это создание баз данных об элементах конструкции и технологиях, унификация, типизация и формализация проектных задач, разработка классификаторов, типовых проектных процедур, технологических регламентов, алгоритмов и программных средств, реализующих расчетные методы в конструировании и технологической подготовке производства, методов принятия проектных решений. Важными составляющими этих проблем являются также проблемы интеграции подсистем. Кроме этого значительное количество уже эксплуатируемых и разрабатываемых САПР приводит к тому, что современный технолог обязан знать методологию их построения, профессионально владеть несколькими системами, иметь кругозор и навыки 10 выбора систем для условий конкретного предприятия, уметь решать задачи внедрения системы, ее адаптации и ведения базы данных. Изучение дисциплины «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов» призвано изменить существующее в стране положение в области разработки, внедрения и использования современных компьютерных технологий. Поэтому значительное место отводится изучению таких задач как: − методики проведения предпроектных исследований на концептуальной начальной стадии создания систем; − системного подхода к комплексной автоматизации проектирования при подготовке производства нового или модернизированного изделия; 11 − подходов к формализации сложных этапов технологического проектирования; − методик отбора и адаптации систем автоматизированного проектирования с учетом изготовления конкретных изделий на конкретных предприятиях; − стандартов программного обеспечения, программных интерфейсов, графики; −перспектив и основных направлений совершенствования комплексной автоматизации проектирования при подготовке производства, с целью повышения качества подготовки специалистов, улучшения их адаптируемости к различным производственным условиям, продления срока практической применимости знаний, полученных в учебном заведении. 12 Лекция 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И МЕСТО САПР ТП В СИСТЕМЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА План лекции 1. Понятие о САПР ТП; 2. Место САПР ТП в системе технологической подготовки производства; 13 Понятие о САПР ТП Система автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП), как видно из названия, предназначена для автоматизированного проектирования технологических процессов. Рассмотрим понятия, входящие в это определение. Определение понятия САПР Прежде всего, дадим определение понятию «проектирование». В общем случае, под проектированием понимается процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе первичного описания данного объекта и (или) алгоритма его функционирования. Проектирование является сложным творческим процессом целенаправленной 14 деятельности человека, основанным на глубоких научных знаниях, использовании практического опыта и навыков в определенной сфере. От качества и сроков выполнения проектирования во многом зависит конкурентоспособность выпускаемой продукции. Этим обстоятельством объясняется постоянно расширяющееся использование САПР. Под системой автоматизированного проектирования понимается комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователем системы), выполняющей автоматизированное проектирование. САПР классифицируются по нескольким признакам, наиболее важным из которых является тип объекта проектирования. 15 Как видно из названия в САПР ТП объектом проектирования является технологический процесс. Понятие о технологическом процессе Согласно стандарту технологический процесс (ТП) – это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда (заготовки) и получению изделия с заданными свойствами. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или к методам обработки, формообразования и сборки. Частным случаем технологического процесса является ТП механической обработки, под которым понимают часть производственного процесса, включающую в себя последовательные действия по преобразованию исходной заготовки в готовую деталь путем изменения формы, 16 размеров, состояния поверхностей обработкой металлообрабатывающими инструментами. Цель проектирования ТП – получение подробного описания технологических приемов изготовления изделия, с указанием порядка их выполнения и расчетными значениями норм расхода материалов, времени, режимов обработки. При выполнении ТП происходит изменение состояния предмета труда (заготовки), приводящее к получению изделия. При этом к «предметам труда» в равной степени относятся заготовки, детали и изделия. Следовательно, для уточнения этого понятия необходимо рассмотреть следующие объекты. 17 Материал – исходный предмет труда, потребляемый для изготовления изделия. Он может быть основным и вспомогательным. Основной материал – это материал исходной заготовки. К основному материалу относится материал, масса которого входит в массу изделия при выполнении технологического процесса, например материал сварочного электрода, припоя и т.д. Вспомогательный материал – это материал, расходуемый при выполнении ТП дополнительно к основному материалу. Вспомогательными могут быть материалы, расходуемые при нанесении покрытия, пропитке, сварке (например, аргон), пайке (например, канифоль), закалке и т.д. Полуфабрикат – это предмет труда, подлежащий дальнейшей обработке на предприятии-потребителе. 18 Заготовка – это предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. При этом под исходной заготовкой понимается заготовка перед первой технологической операцией. В зависимости от метода получения заготовки могут быть различных видов (отливки, поковки и т.д.). Деталь – это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Изделие – это любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Комплектующее изделие – это изделие предприятияпоставщика, применяемое как составная часть изделия, выпускаемого предприятием-изготовителем. Составными частями изделия могут быть детали и сборочные 19 единицы. Сборочный комплект – это группа составных частей изделия, которые необходимо подать на рабочее место для сборки изделия или его составной части. Место САПР ТП в системе технологической подготовки производства Для подготовки предприятия к выпуску новой продукции необходимо выполнить комплекс работ. Эти работы называют технической подготовкой производства. Состав технической подготовки производства Подготовка производства способствует непрерывному техническому прогрессу, выпуску высокоэффективной новой техники, созданию условий для эффективной работы предприятия. Техническая подготовка производства состоит из следующих трех частей это конструкторская подготовка, организационная подготовка, 20 технологическая подготовка Сборочный комплект – это группа составных частей изделия, которые необходимо подать на рабочее место для сборки изделия или его составной части. Место САПР ТП в системе технологической подготовки производства Для подготовки предприятия к выпуску новой продукции необходимо выполнить комплекс работ. Эти работы называют технической подготовкой производства. Состав технической подготовки производства Подготовка производства способствует непрерывному техническому прогрессу, выпуску высокоэффективной новой техники, созданию условий для эффективной работы предприятия. Техническая подготовка производства состоит из следующих трех частей это конструкторская подготовка, организационная подготовка, 21 технологическая подготовка Для технологов технологическая подготовка производства является наиболее значимой. Таким образом, технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства. При этом под технологической готовностью производства понимается наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для осуществления заданного объема выпуска продукции с установленными техникоэкономическими показателями . 22 Состав функций и задач ТПП Под функцией технологической подготовки производства понимают комплекс задач по технологической подготовке производства объединенных общей целью их решения. Соответственно, задачей технологической подготовки производства является законченная часть работ в составе определенной функции технологической подготовки производства. Далее в таблице представлен состав задач по функциям ТПП 23 Состав задач по функциям ТПП 24 25 Блок схема функций технологической подготовки производства 26 Описание внешних связей технологической подготовки производства Внешние связи системы ТПП организуются следующим образом. По первому каналу связи система управления производством оказывает управляющее воздействие на систему ТПП, которое поступает в виде директивных документов с оперативно-управленческой информацией. На ее основании реализуется функция организации и управления ТПП, вырабатывается график последовательности их выполнения. В обратном направлении, т.е. из системы ТПП в систему управления производством, поступает информация о структуре технологических процессов, в виде маршрутных и операционных описаний. 27 Описание внешних связей технологической подготовки производства Второй канал – связь с системой разработки конструкций изделий. По нему информация в виде конструкторской документации поступает в систему ТПП. В результате выполнения функции обеспечения технологичности в системе ТПП вырабатывается информация в виде протокола согласования конструкции на технологичность, который возвращается в систему разработки конструкции и служит основанием для доработки конструкции и карты проработки изделия на технологичность, используемой при выполнении функции технологического анализа производства. 28 Третий канал – связь с системой материальнотехнического снабжения – построен на базе трех направлений. По первому ведомости норм расхода материалов и покупных изделий поступают из системы ТПП после выполнения функции разработки технологических нормативов в систему материальнотехнического снабжения. По второму направлению информация о нормах расхода материалов, комплектующих и покупных изделий для изготовления средств технологического оснащения, поступает из системы ТПП после выполнения функции проектирования технологических процессов изготовления средств технологического оснащения в систему материально-технического снабжения. По третьему направлению материалы, комплектующие и 29 покупные изделия, необходимые для изготовления изделия и средств технологического оснащения поступают из системы материально-технического снабжения в системы изготовления изделия и средств технологической оснастки. Четвертый канал – связь с системой труда и заработной платы. По этому каналу информация о трудозатратах на изготовление издеий, в виде ведомости с указанием профессий и разрядов поступает из системы ТПП после выполнения функции разработки технологических нормативов в систему труда и заработной платы. Пятый канал – связь с системой изготовления. По нему из системы ТПП передается информация о структуре технологических процессов в виде комплекта технологической документации и программ для оборудования с ЧПУ, а также средства технологического30 Оснащения. Описание внутренних связей технологической подготовки производства Рассмотрение внутренних связей и функции системы ТПП позволило определить следующее. Функция обеспечения технологичности конструкций выполняется на основании анализа документации, поступающей из системы разработки конструкций. При ее реализации осуществляется взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат. Результатами этой работы являются протокол согласования и карта техникоэкономической проработки изделия на технологичность. Протокол отражает взаимодействие по каналу связи 31 между системой ТПП и системой разработки конструкций. Карта технико-экономической проработки используется при технологическом анализе производства с целью его совершенствования. Получаемая в результате выполнения функции технологического анализа производства информация в виде ведомости производственной характеристики цеха (завода), планировки размещения оборудования и результатов расчета производственной мощности используется при выполнении функции организации и управления ТПП при планировании модернизации производственной структуры. Функция структурного анализа изделия выполняется на основании информации, поступающей в виде конструкторской документации, проанализированной на 32 технологичность. На этом этапе классифицируются структурные составляющие конструкции изделия. В результате выполнения функции в системе ТПП генерируется информация о структурных составляющих конструкций и входящих в них покупных изделиях в виде следующих ведомостей: классификационной структуры изделия; его состава; заимствованных деталей и сборочных единиц; покупных изделий; деталей собственного изготовления. Эта информация используется при выполнении функций разработки технологических нормативов и технологических процессов, а также функции организации и управления ТПП. 33 Функция организации и управления ТПП выполняется на основании информации, поступающей из системы управления производством. При этом генерируются управляющие воздействия в виде графка выполнения функций и ведомости объемов работ по каждой функции. Функция проектирования технологических процессов выполняется на основании информации, поступающей после выполнения функций структурного анализа изделий, технологического анализа производства, а также организации и управления ТПП. В результате выполнения функции генерируется информация о технологических процессах. Помимо этого, при выполнении функции проектирования технологических процессов генерируется информация об обработке деталей на оборудовании с ЧПУ в виде управляющих программ и технологической документации, а также 34 технические задания для выполнения функции проектирования средств технологического оснащения. Функция разработки технологических нормативов выполняется на основании информации, поступающей после выполнения функций проектирования технологических процессов, структурного анализа изделия, проектирования технологических процессов изготовления технологической оснастки, а также функции организации и управления ТПП. При выполнении функции разработки технологических нормативов информация генерируется в виде ведомостей: потребности в заимствованных и покупных изделиях, потребности в средствах технологического оснащения, сводных норм расхода материалов и трудозатрат по профессиям и разрядам. Эта 35 информация передается из системы разработки технологических нормативов в систему управления производством и систему труда и заработной платы. Средства автоматизации функций и задач технологической подготовки производства Рассмотрим ТПП как объект автоматизации. Автоматизировать ТПП – это в комплексе автоматизировать выполнение ее функций и задач. По своим свойствам функции и задачи неоднородны и автоматизируются с использованием различных методов и средств. На рис. 1 указаны основные системы, с помощью которых реализуется автоматизация функций ТПП. 36 Рис. 1 Средства автоматизации функций и задач технологической подготовки производства 37 Таким образом, к средствам автоматизации относятся: • ИПС – информационно-поисковые системы; • АССА – автоматизированная система структурного анализа; • САПР ТП – система автоматизированного проектирования ТП; • САП – система автоматизированного программирования управляющих программ для программно-управляемого оборудования; • АСУ ТПП – автоматизированная система управления ТПП. Данные системы входят в состав САПР при ТПП и являются ее подсистемами. 38 Место САПР технологической подготовки производства в системе комплексной автоматизации процессов проектирования и производства Одним из направлений повышения конкурентоспособности отечественных предприятий является переход от отдельных замкнутых САПР и их частичного объединения к полной интеграции технической и организационной сфер производства. Такая интеграция связывается с разработкой системы комплексной автоматизации процессов проектирования, изготовления и испытания изделий, для которой характерны: − переход к крупномасштабным автоматизированным системам конструкторско-исследовательским отделам, автоматизированным участкам и испытательным стендам, 39 − постепенная интеграция системы проектирования и изготовления в целостные научно-производственные комплексы . Структурная схема системы комплексной автоматизации процессов проектирования, изготовления и испытания изделий представлена на рис. 2. 40 Рис. 2. Структурная схема системы комплексной автоматизации процессов проектирования, изготовления и испытания изделий 41 Анализ структурной схемы однозначно определяет соответствие между автоматизированными системами и подразделениями-пользователями. Например, управленческие подразделения являются пользователями автоматизированной системы управления предприятием (АСУП), конструкторско-исследовательские подразделения − автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) и системы автоматизированного проектирования конструкции изделия (САПР-К), технологические подразделения − системы автоматизированного проектирования в ТПП (САПР в ТПП); производственные 42 подразделения − автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), испытательные подразделения − автоматизированной системы испытаний (АСУ ИС); подразделения стандартизации и технической документации − информационной поисковой системы, работающей с базой данных (БД). Вопросы для самопроверки 1. Что такое проектирование? 2. Дайте определение понятия «производственный процесс». 3. Дайте определение понятия «технологический процесс». 4. Какие действия людей и орудий производства включает ТП? 43 5. В чем особенность ТП механообработки? 6. Какие разновидности описания ТП вы знаете? 7. Какие методы используются для разработки описания ТП? 8. Назначение ТПП? 9. Какие функции выполняет ТПП? 44