Связи объектов производства

Высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

 

Политехнический институт

Кафедра "Автоматизированные станочные системы"

 

Троицкий Д.И.
доцент, к.т.н.

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРСКОГО И

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

Направление подготовки:

230100 Информатика и вычислительная техника

Профиль подготовки:

Системы автоматизированного проектирования

 

Форма обучения – очная, очно-заочная, заочная, заочная сокращенная

 

 

ТУЛА 2011

Рассмотрено на заседании каф. АСС

30.08.2011, протокол №1.

 

Зав. каф. АСС проф. Иноземцев А.Н.

СОДЕРЖАНИЕ

С.

Список сокращений. 6

1. Понятие о конструкторско-технологической подготовке производства. 7

1.1. Связи объектов производства. 7

1.2. Понятие КТПП. 8

1.3. Информационные потоки в КТПП. 11

1.4. Принципы автоматизации проектных процедур КТПП. 13

2. Конструкторская подготовка производства. 16

2.1. Жизненный цикл изделий. 16

2.2. Классификация задач конструкторского проектирования. 17

2.3. Анализ и верификация конструкций. 23

2.4. Примеры конструкторских САПР и их проектирующих подсиситем. 26

3. Математические модели в задачах конструкторского проектирования. 28

3.1. Иерархическое проектирование 28

3.2. Топологическое проектирование 30

3.3. Структурно-логические и функциональные модели. 31

4. Обеспечение качества конструкторской документации. 31

4.1. Потребители конструкторской документации. 31

4.2. Конструкторская документация как виртуальная модель изделия. 32

4.3. Уровни обеспечения качества конструкторской документации. 34

4.4. Виды контроля конструкторской документации. 35

4.5. Несоответствия в КД. 36

4.6. Влияние 3D моделирования на качество КД. 38

5. Технологии быстрого прототипирования. 39

5.1. Лазерная стереолитография. 41

5.2. Технологии послойного синтеза. 43

5.3. Принтеры твердотельных объектов (3D принтеры) 44

6. Иерархические уровни технологического проектирования. 45

6.1. Унификация описаний технологической информации. 47

6.2. Пример реализации конструкторского банка данных. 49

7. Анализ структуры изделия и нормирование 54

7.1. Анализ структуры изделия. 54

7.2. Материальное нормирование 57

8. Автоматизированная разработка технологических процессов. 66

8.1. Информационное обеспечение АСТПП. 66

8.2. Разработка оптимального технологического маршрута. 69

8.3. Таблицы решений. 70

8.4. Автоматизация технологической маршрутизации. 72

8.5. Формализация задачи базирования. 77

8.6. Примеры систем АСТПП. 78

9. Автоматизация подготовки и выпуска конструкторско-технологической документации 79

9.1. Взаимосвязь систем конструкторского и технологического проектирования 81

9.2. Порядок прохождения документов и проведения изменений. 83

10. Задачи диспетчеризации и их автоматизация. 86

10.1. Оптимизация раскроя. 86

10.2. Генетические алгоритмы.. 93

11. CALS-технологии. 96

11.1. Основные понятия CALS-технологий. 96

11.2. Единое информационное пространство. 98

11.3. Управление данными об изделии. 99

11.4. Концепция PLM.. 102

12. Подготовка управляющих программ для станков. 104

12.1. Применение оборудования с ЧПУ. 107

13. Этапы подготовки производства на станках с ЧПУ. 111

13.1. Дополнительные проектные процедуры для ЧПУ. 111

13.2. Принципы расчета траектории движения инструмента. 113

13.3. Системы автоматизации программирования для ЧПУ. 114

14. Фазовые пространства ТП. Классификация и оптимизация ТП. 118

14.1. Понятие фазового пространства ТП. 119

14.2. Синтез технологических маршрутов обработки и сборки изделий. 120

15. Информационная модель машиностроительной детали. 123

15.1. Синтез форм деталей. 123

15.2. Алгоритмы геометрического и топологического синтеза. 125

15.3. Задание областей обработки. 127

16. Расчет параметров и траектории инструмента. 128

16.1. Расчет параметров цилиндрического инструмента. 128

16.2. Задание траектории поверхностями. 129

16.3. Аппроксимация траекторий движения инструмента. 131

17. Структура и информационные потоки в САП. 132

17.1. Структура и функции САП. 134

17.2. Лингвистическое обеспечение САП. 136

17.3. Язык ISO-7bit 137

18. Основы языка APT (Техтран) 138

18.1. Операторы описания геометрии. 139

18.2. Основные правила программирования на АРТ. 142

18.3. Пример описания чертежа детали на АРТ. 142

18.4. Операторы перемещения инструмента по точкам. 143

19. Язык APT. Программирование перемещения инструмента. 144

19.1. Операторы контурной обработки. 145

19.2. Пример программирования контурной обработки. 145

19.3. Задание технологических параметров обработки. 147

20. Адаптивные системы ЧПУ. 148

20.1. Применение адаптивных систем. 149

20.2. Оптимизационные и ограничивающие АС. 149

20.3. Автоматизация размерного контроля. 152

21. Программирование свелильно-расточной обработки и его автоматизация. 152

21.1. Типизация ТП сверлильно-расточной обработки. 153

21.2. Обработка сложных отверстий. 154

21.3. Последовательность переходов сверлильно-расточной обработки. 155

21.4. Стандартные циклы сверления и растачивания. 156

21.5. Обработка групп отверстий. 157

21.6. Выбор последовательности обхода отверстий. 158

22. Программирование токарной обработки и его автоматизация. 159

22.1. Классификация элементов токарной обработки. 160

22.2. Размерные цепи и припуски при токарной обработке 161

22.3. Классификация зон токарной обработки. 162

22.4. Типовые схемы точения. 163

22.5. Токарный инструмент. 164

22.6. Резьбонарезание 165

23. Программирование фрезерной обработки и его автоматизация. 166

23.1. Силы резания при фрезеровании. 167

23.2. Классы обрабатываемых фрезерованием поверхностей. 168

23.3. Траектории инструмента при фрезеровании. 169

24. Системы обеспечения качества. 172

24.1. Принципы обеспечения качества и управления качеством. 175

24.2. Статистические методы анализа качества. 177

24.3. Внедрение систем управления качеством. 185

25. Список литературы.. 194

26. Приложение Основные операции реляционной алгебры.. 196

27. Предметный указатель. 198

 

 

Список сокращений

АСУП – автоматизированная система управления производством

БД – база данных

БДСИ – база данных состава изделия

ГА – генетический алгоритм

ДСЕ – деталь или сборочная единица

ЕСКД – единая система конструкторской документации

ЕСТД – единая система технологической документации

ЖЦ – жизненный цикл

КД – конструкторская документация

КИМ – коэффициент использования материала

КТПП – конструкторско-технологическая подготовка производства

МКЭ– метод конечных элементов

ОАСУП – отдел автоматизированных систем управления производством

САПР – система автоматизированного проектирования

СУБД – система управления базами данных

ТЗ – техническое задание

ТП – технологический процесс

ЧПУ – числовое программное управление

CAD – computer-aided design, САПР

CAM – computer-aided manufacturing, САПР технологических процессов

FEM – finite elements modeling, метод конечных элементов

ISO – International Organization for Standards, Международная организация стандартов

SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition, диспетчерское управление и сбор данных

1. Понятие о конструкторско-технологической
подготовке производства

 

Производственный процесс представляет собой ряд процедур, между которыми существуют связи. Именно наличие связей свойств материалов и размерных связей обеспечивает качество изготавливаемой продукции. При этом можно выделить два вида связей: внутри технологической системы предприятия и связи "предприятие - внешняя среда" (Рис. 1.1).

 

Рис. 1.1- Материальные и информационные связи в системе

"Предприятие - внешняя среда".

 

Связи объектов производства

 

Объекты производства связаны между собой связями свойств материалов, временными, размерными, экономическими и информационными (

Рис. 1.2). Установление связей происходит на этапе  технологической подготовки производства, которая, согласно ГОСТ Р 50995.3.1-96 представляет собой "...вид производственной деятельности предприятия (группы предприятий), обеспечивающий технологическую готовность производства к изготовлению изделий, отвечающих требованиям заказчика или рынка данного класса изделий".

 

Рис. 1.2 – Связи в производственном процессе по акад И.М. Колесову.

 

Понятие КТПП

 

Поскольку разработка технологии изготовления изделия связывает между собой его конструкцию и производственный процесс, целесообразно говорить о  конструкторско-технологической подготовке производства (КТПП, англ. production planning). КТПП нового изделия как проектная процедура должна решать ряд задач, направленных на обеспечение выпуска изделия установленного качества и в требуемом количестве. К ним относятся:

- разработка конструкторской документации,

- разработка технологических процессов,

- проектирование средств технологического оснащения,

- временное планирование производственного процесса.

Разработка технологических процессов, в свою очередь, включает в себя выбор исходных заготовок, выбор технологических баз, поиск типового техпроцесса, задание последовательности операций и их нормирование и т.д.

 

Табл. 1.1- Виды информации, используемой в ходе КТПП.

Проектная процедура	1	2	3
Разработка конструкторской документации	Справочники свойств материалов; требования ЕСКД; классификаторы продукции	Каталог конструкторских проектных решений	Технические требования к проектируемому изделию
Разработка техпроцессов и проектирование оснастки	Требования ЕСТД; каталоги стандартных оборудования и оснастки; нормы времени	Каталоги типовых техпроцессов; каталоги имеющихся оборудования и оснастки	Рабочие чертежи деталей
Маршрутизация		Каталоги имеющегося оборудования	Техпроцессы изготовления деталей
Календарное планирование	Нормы времени	Каталоги имеющихся складов для хранения заделов	Маршруты прохождения деталей по цехам

Рис. 1.3- Основные информационные потоки в процессе КТПП.

Для выполнения каждой из проектных процедур исполнитель (конструктор, технолог) привлекает значительный объем информации, которую можно подразделить на три вида (

 

Табл. 1.1):

1. нормативная информация, общая для всей отрасли;

2. информация, относящаяся к конкретному предприятию;

3. информация, относящаяся к изделию, для которого выполняется КТПП.

На Рис. 1.3 отображена схема основных информационных потоков в ходе КТПП, наличие которых необходимо для выполнения соответствующих проектных процедур конструкторами и технологами.

Главным фактором получения предприятием прибыли от производства изделия является уровень производственных затрат, в структуре которых затраты на материалы составляют до 70%.

Поэтому исключительно важное значение приобретает процедура материального нормирования, выполняемая всегда при проведении КТПП и от результатов выполнения которой зависит решение о целесообразности дальнейшей подготовки и самого производства изделия в имеющихся экономических условиях и о необходимости внесения изменений в принятые проектные решения.

 

а)                                        б)

Рис. 1.4 – Заимствование проектных решений в автомобилестроении.

а) Fiat 600; б) ЗАЗ 965