авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский ...»

-- [ Страница 2 ] --

1.4.2. Совмещенное проектирование основного объекта и оснастки В рамках производственной модели достаточно естественно реализуется совмещенное проектирование основного объекта и компьютерная подготовка технологической оснастки для организации производства этого объекта (рис. 1.20). В качестве основного объекта в нашем примере выступает производство электродвигателей на Сафоновском электромашиностроительном заводе (г. Сафоново, Смоленской области).

1. Жизненный цикл основного объекта 2. Проектирование и изготовление технологической оснастки для организации производства основного объекта Рис. 1.20. Организация совмещенного проектирования электродвигателя и компьютерной подготовки его производства При получении нового задания на электродвигатель конструктор просматривает электронный архив. Если в архиве отсутствует аналог, то он создает новый проект, включающий формализованное техническое задание (ФТЗ), расчеты, конструирование, технологию. Технология может быть основана как на унифицированных технологических процессах, так и на единичных. В составе технологии предусматривается и использование различных видов оснастки: листовая штамповка, пресс-формы, режущий и мерительный инструмент и т.д. При необходимости предусматривается подготовка управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ.

Для каждого вида технологической оснастки процесс разработки идентичен процедуре проектирования основного объекта: поиск в архиве, ФТЗ, расчет, конструкция, технология. Только в этом случае речь идет о соответствующем виде ТО.

На основе использования согласованной схемы процесса компьютерного проектирования основного объекта и технологической оснастки удается максимально распараллелить работы на предприятии. А это в итоге обеспечивает сокращение времени выхода нового изделия на рынок.

Изменения на любом из этапов реализации проекта влияют на работу, выполняющуюся параллельно. Такие конфликты обычно разрешаются путем проведения серии согласующих обсуждений, обычно поглощающих много времени. Следствием таких обсуждений разработки обычно является то, что многие отдельные части конструкции должны быть переработаны или, как минимум, расположены по-другому. Именно поэтому использование чисто графических систем может облегчить модификацию отдельных частей, но они не помогают в решении более глобальных проблем разработки на предприятии в целом (коммуникации, согласование поставок и т.д.).

1.4.3. Система автоматизированной поддержки информационных решений При организации производственных процессов в условиях ИТ было бы желательно сохранить простоту использования, опыт и навыки конструктора по работе со справочником.

Переход от хранения знаний в пассивном виде (книга) к активному их использованию в компьютерной среде представляет новые возможности для конструктора (рис. 1.21).

В этом случае сведения из справочника доступны конструктору не только в виде фрагментов обычных библиотек с символьными или графическими описаниями, но и могут быть использованы как интеллектуальный помощник, который следит за тем, что и как делает конструктор, дает советы по ходу работы, генерирует параметризованные фрагменты технических решений по исходным данным, при необходимости объясняет принятые решения и т.д. В этом случае конструктор при необходимости оценивает предлагаемое ПЭВМ решение, их редактирует (как символьные значения, так и графические решения) и использует в своей практической деятельности. Принципиально, что вся эта практическая деятельность пользователя протекает в условиях нехватки информации и многокритериальной оценки альтернатив.

Подход к организации деятельности конструктора в компьютерной среде реализован в рамках методологии создания систем автоматизированной поддержки информационных решений, разрабатываемой авторским коллективом. Суть этой новации, представляющей собой принципиальное отличие САПИР от традиционных систем автоматизации проектирования (САПР), состоит в том, что каждый конструктор может самостоятельно определить в привычной для него форме "Правила проектирования", сложившиеся в предметной области, и использовать их в повседневной работе. Созданные отдельные "Правила" можно объединять в типовые методики проектирования.

Для удобства пользователей большая часть правил из нормативно-справочной информации по проектированию ТО в виде расчетов, баз данных и типовых графических решений предварительно введена в САПИР. На основе этих сведений разработаны типовые методики для проектирования различных исполнений ТО. Как показывает практика базовый набор правил достаточен для решения большинства задач расчета и конструирования ТО и компьютерной подготовки их производства.

В эти же "Правила" пользователь может самостоятельно включать и ноу-хау своего предприятия. А это, в свою очередь, обеспечивает накопление знаний и защищает интересы предприятия в случае ухода специалиста. В целом это позволяет повысить качество выполнения работ и избежать серьезных ошибок в процессе проектирования и изготовления.

Источники текстовой информации Источники графической информации 1. ГОСТ;

1. ГОСТ;

2. СтП;

2. СтП;

3. Таблицы;

3. Чертежи;

4. Архивы;

4. Архивы;

5. Справочники;

5. Справочники;

6. Другая нормативно справочная 6. Другая нормативно справочная информация (НСИ) информация (НСИ) Эксперт Деятельность по переносу информации в компьютерную среду Текстовая часть строится средствами Графическая часть строится интеллектуальной компьютерной среды (ИКС) и средствами параметрической предполагает: системы T-FLEX CAD и создание единого словаря понятий, как для предполагает:

текстовой, так и графической части;

создание параметрических 3D организацию работы с таблицами (формирование моделей;

структуры, подготовка и ввод НСИ, создание параметрических 2D редактирование, отбор и т.д.);

чертежей;

создание расчетных подсистем (блоки принятия создание списка переменных решений и планирование вычислений);

параметров графической модели.

подготовку проектных процедур;

создание сценариев деятельности.

Создание Эксплуатация Система автоматизированной поддержки информационных решений, создаваемая на базе интегрированной интеллектуальной системы (ИнИС) Статическая часть Организация механизмов представления и управления компьютерной средой для поддержки решений;

Организация и ведение компьютерной базы знаний и данных;

Управление проектами в ходе выполнения деятельности;

Запуск на выполнение проектных процедур.

Динамическая часть Накопление и сохранение компьютерных результатов решения;

Ведение протокола действий в проекте.

Исполнитель Графическая Параметризация и просмотр ее результатов;

система Моделирование на основе 2D и 3D графики;

T - FLEX CAD Оформление документации и получение твердой копии.

Рис. 1.21. Этапы создания и эксплуатации компьютерной базы знаний в машиностроении 1.4.4. ИнИС - основа объектно-ориентированной технологии Общей целью автоматизации деловых процессов с помощью компьютерных систем является необходимость организации более эффективного их ведения. Чтобы компьютерная система отвечала этой глобальной цели, непосредственные участники создания системы должны усвоить и точно понять потребности протекающих на предприятии деловых процессов и сотрудников их исполняющих. Затем на этой основе проектируется и реализуется информационная система, адекватно отвечающая конечным нуждам предприятия. Для выполнения такого обследования обычно используется объектно ориентированный анализ (рис. 1.22).

Концептуальная модель перехода от традиционного проектирования к компьютерной системе автоматизированной поддержки информационных решений приведена на рис. 1.23.

Данная модель предусматривает предварительный анализ деятельности конструктора при решении задач традиционным способом в форме деловых процессов (левая часть рис. 1.23).

Этапы Переход к Т автоматизи- 1.Объекты применяемые2.Деловые р рованному и их к ним процессы :

а проектиро- свойства -выбор из таблиц;

д ванию: -расчеты;

и - Исследо- -графическое ц вания по редактирование;

и созданию АС -диалог.

о поддерживает/ принимает/ н управляет моделирует н 3.Описание о объекта е проектирования - Разработка Система 4.Схема АС автоматизированной требует/ процесса п поддержки использует проектирования р информационных 5.Компьютерное о решений (САПИР) представление е нормативно к справочной т среды и 6.Программно р использует генерирует/ техническая о использует поддержка в а - Эксплуата- 7.Данные о 8.Информационно н ция АС начальных и применяемые логические модули и конечных к ним (процедуры, функции, е свойствах параметризованные объекта графические прототипы, блоки принятия решений и т.д.) Рис. 1.22. Роль и место объектно-ориентированного анализа при обследовании текущей деятельности предприятия Анализ традиционной деятельности Компоненты, обеспечивающие конструктора в предметной области автоматизацию деятельности конструктора на ПЭВМ Деловой процесс – устанавливает общие требования на выполнение работ:

- кто выдает, принимает и утверждает работу;

- максимальный интервал времени на решение и т.д.;

фиксируется в форме реализуется в рамках Описание делового процесса: Интегрированная - решаемая функциональная задача;

интеллектуальная система - последовательность действий;

ИнИС – программная платформа - учитываемые ограничения и т.д. для реализации деятельности конструктора на ПЭВМ.

используется для разбивает деятельность на подпроцессы создания Проекты – обеспечивают на включает ПЭВМ выполнение общей части Общие принципы построения делового процесса:

базовых действий на основе - последовательности использования словаря понятий: методик для решения в целом;

- условия применения;

- сохранение данных;

- входные данные;

- организация прав доступа и т.д.

- выходные данные.

составляются из могут быть реализованы Типовые методики представлены проектирования, в рамках которых реализуются конкретные действия конструктора.

Ручной способ Автоматизированный способ (выполняются (могут быть переданы ЭВМ используют конструктором): для выполнения):

-принятие решений;

-вычисления;

Запуски приложений и -образно-графическое -работа с типовыми программ на основе:

манипулирование;

графическими решениями;

Задания - вычислительных -выбор методики -отбор из НСИ;

(задачи, решаемые зависимостей;

проектирования;

-сохранение решений;

конструктором вне - 3D-моделирования;

-выбор решения и т.д. -документирование;

системы) - параметризованной -пересылка по электронной графики;

почте и т.д.

- отбора из таблиц;

- выбора из меню;

- заполнения данных в диалоге и др.;

Рис. 1.23. Концептуальная модель перевода традиционной деятельности конструктора в машиностроении к компьютерному варианту в рамках САПИР Как показывает практика при проектировании ТО все многообразие действий конструктора можно определить через следующие базовые типы деловых процессов:

• заполнение и редактирование данных в диалоге;

• выбор данных из таблиц с нормативно-справочной информацией;

• выполнение расчета;

• создание и редактирование графического решения;

• выбор варианта действий из списка допустимых;

• просмотр и утверждение результатов.

Деловые процессы по проектированию ТО реализуются в рамках программной платформы под названием интегрированная интеллектуальная система ИнИС (правая часть рис. 1.23). Использование в названии “интеллектуальная” призвана подчеркнуть способность системы “предвидеть” развитие ситуации. Это достигается на основе использования системы компьютерных моделей, построенных на едином словаре понятий.

Авторский коллектив достаточно давно используется собственный набор инструментальных средств для проектирования на основе моделей (рис. 1.24).

Ручной вариант 1.Традиционное нормативно I. ФОРМАЛИЗАЦИЯ -справочное окружение, ПРИКЛАДНОЙ используемое при ЗАДАЧИ решении прикладных задач:

Разработчик - ГОСТы -справочники Результат II.ПОСТАНОВКА -СТП и т.д. решения ЗАДАЧИ задачи в АВТОМАТИЗАЦИИ проекте 2.Формирование понятийной модели:

- система словарей и справочников - подбор НСИ - графические Пользователь прототипы - входные и выходные документы IVв) понятийной модели V. ЭКСПЛУАТАЦИЯ III. РАЗРАБОТКА IV. МОДИФИКАЦИЯ IVб) функциональных IVа) данных отношений 3. CASE-технология Автоматизированный вариант 3.1.Инструментальная Компьютерная Среда - ИКС 4.Интегрированная - средства представления Интеллектуальная СССД Система - ИнИС - средства разработки:

-табличных зависимостей;

Компьютерные Исходные -диалога;

базы знаний данные -блоков принятия решений;

и данных - планирования вычислений;

Результаты - средства отладки. решения 3.2. T-FLEX CAD подготовка, редактирование Компьютерный и параметризация архив готовых чертежей проектов Рис. 1.24. Роль и место CASE-технологии в ходе создания и эксплуатации программных приложений пользователя Символьные и графические базы знаний создаются соответственно с помощью инструментальных средств ИКС и T-FLEX CAD, и поддерживают создание «строительных кирпичиков» проектирования и «разумных деталей», включая электродвигатели, штампы, пресс-формы, режущие и мерительные инструменты и т.д.

Таким образом, ИКС, ИнИС и T-FLEX CAD реализуют CASE-средства, которые позволяют пользователю:

• самостоятельно создавать прикладные системы, • модернизировать существующие с минимальным привлечением программистов.

Отдельные компоненты САПИР для организации совмещенного проектирования асинхронных электродвигателей и технологической оснастки для их изготовления приведены на рис. 1.25.

0. Интегрированная интеллектуальная система ИнИС 2. Проект 1. Компьютерная база знаний:

1.1. Словарь понятий ПрО;

3.Формализованное 1.2. Методики проектирования;

техническое 1.3. Нормативно-справочная задание: информация по:

- исходные данные;

- архиву разработок;

- общее описание;

- сортаментам материала;

- системе допусков и посадок;

- стандартным элементам;

- крепежу (винты, штифты, шайбы и т.д.);

4.Выбор готовой 1.4. Расчеты:

или формирование электромагнитные:

новой методики - режим холостого хода;

проектирования. - номинальный режим;

- режим максимального момента;

- режим короткого замыкания;

Конструктор - расчет рабочих характеристик.

тепловые;

вентиляционные;

5.Выходные размерные:

результаты:

- геометрия жесткой катушки;

-спецификация;

- геометрия катушечной группы;

-сборочные чертежи;

- всыпной обмотки.

-чертежи деталей;

механические:

-результаты расчетов: - вала на жесткость и прочность;

- электромагнитные;

- подшипников.

- вентиляционные;

1.5. Генерация чертежей:

- для создания штампов статора и ротора;

- тепловые;

1.6. Графические библиотеки:

- механические.

- типовых компоновочных решений;

- типовых узлов;

- стандартных элементов;

6. Протокол - элементов насыщения;

расчетов - слайдов технических решений;

планировщика. 1.7. Примеры технических решений.

7. Система параметрического автоматизированного проектирования и черчения (T – FLEX CAD, Power Solution, NX, Creo) Рис. 1.25. Компоненты САПИР для организации совмещенного проектирования асинхронных электродвигателей и технологической оснастки для их изготовления 1.4.5. Особенности создания и использования систем автоматизированной поддержки информационных решений Для создания и использования САПИР авторский коллектив располагает (рис. 1.26):

1. Технологией создания систем автоматизированной поддержки информационных решений при блочно-модульном проектировании на основе баз знаний с использованием моделей объектов. Данная технология обеспечивает:

• Применение концептуальной модели перевода традиционной деятельности конструктора к компьютерному варианту с минимальным участием программистов;

• Использование формы представления знаний для описания правил проектирования как в символьном, так и в графическом вариантах, максимально приближенной к сложившейся в предметной области;

• Использование объектно-ориентированного проектирования на основе моделей, при этом не исключая возможности по созданию чертежно-конструкторской документации с применением традиционных средств ПЭВМ;

2. Новыми архитектурными принципами построения САПИР, обеспечивающими:

• Использование стиля программирования, ориентированного на управление событиями в мире пользователя, а не разработчика программных систем;

• Использование единой программной платформы, структуры и взаимосвязи между отдельными программными компонентами при учете основных достоинств семейства Windows;

• Единое представление делового процесса;

• Единое построение компьютерной базы знаний;

• Единое представление «Проекта» на создание нового объекта (Архив, ФТЗ, Расчет, Конструкция, Технология);

• Реализацию совмещенного во времени проектирования основного объекта и компьютерной подготовки его изготовления;

• Возможность силами пользователей создавать, адаптировать и наращивать прикладные системы за счет наличия собственных CASE-средств.

Также к особенностям разработки САПИР, помогающих пользователю в профессиональной деятельности, можно отнести следующее:

• Приспособленность к личности исполнителя и интересам предприятия («настройка на пользователя»);

• Учет особенностей и ограничений человеческой системы переработки информации.

Использование САПИР может помочь повысить качество и резко снизить время, требующееся для промышленной разработки нового объекта. При этом предприятие все в большей и большей степени становится клиенто-ориентированным, т.е. отвечающим нуждам потребителей. Использование САПИР также позволяет изменить текущий фокус инженерной деятельности конструктора с использованием ПЭВМ с присутствующих 70% рутинной работы и 30% созидательной работы на прямо противоположное: 70% созидательной и 30% рутинной.

Этапы решения Модель Используемые Результаты Задач по взаимодействия инструменты оформлены Автоматизации в виде:

Деятельности Предприятия 1.Определение Инструкция по Объекты, их Стандарты границ свойства и предприятия предметной работе отношения области с объектами Методика построения СССД на ЭВМ 2. Объектно – Инструкция по CASE – средства Система словарей ориентиро- представления и и справочников ванный анализ и анализу и ведения базы по базам знаний;

проектирование проектированию знаний на ЭВМ: Графические ИКС+ параметризованные T-FLEX CAD прототипы.

Методика использования CASE - средств 3. Программно- Инструкция Программная Таблицы с НСИ;

техническая платформа для Протоколы реализация по реализации решения задач расчетов машиностроения Wintel + ИнИС + КБЗ Методика использования ИнИС 4. Множество Инструкция САПИР/ЭД Спецификации;

систем автома- /ЛШ Сборочные чертежи тизированной по эксплуатации /ПФ Деталировочные поддержки /РИ чертежи;

информационных /КМ 3D – модели;

решений...

Методика Создания АС 5.Корпоративная Инструкция Автоматизиро- Процессно информационная ванное ролевая модель;

система по эксплуатации конструкторское Распределение по решению АКБ бюро (АКБ) ответственности;

задач КТПП по ТО Нормирование.

Рис. 1.26. Этапы создания автоматизированного конструкторского бюро по КТПП средствами ИКС, ИнИС и T FLEX CAD 1.5. Организация процесса проектирования и изготовления технологической оснастки на основе управляемой системы взаимосвязанных компьютерных моделей Предлагается новый подход к проектированию технологической оснастки через информационное моделирование на основе управляемой системы взаимосвязанных компьютерных моделей. Применение данного подхода обеспечит требуемое качество, сокращение длительности и снижение трудоемкости проектирования сложной технологической оснастки на машиностроительных предприятиях.

Успешное решение задач, связанных с обеспечением требуемого качества, сокращением длительности и снижением трудоемкости проектирования сложной технологической оснастки машиностроительными предприятиями может быть достигнуто только при переходе к комплексному использованию достижений информационных технологий, ростом возможностей компьютерного моделирования в смежных областях производственной деятельности: трехмерной графике, инженерном анализе, изготовлении сложных пространственных поверхностей на оборудовании с ЧПУ и организации совместной работы коллектива специалистов.

Подход к проектированию технологической оснастки на основе семейства компьютерных моделей предполагает, прежде всего, сбор и комплексную обработку в процессе проектирования и изготовления технологической оснастки всей конструкторской, технологической, экономической и иной информации в компьютерной базе знаний.

Например, для пресс-формы это все ее взаимосвязи и зависимости – пластмассовое изделие, технология процесса литья, конструкция пресс-формы, термопластавтомат, координатно – измерительная машина и т.д. При этом все, что имеет отношение к проектированию и изготовлению ТО, включается в состав единого информационного объекта.

1.5.1. Традиционный процесс проектирования технологической оснастки В общем случае процесс проектирования и изготовления технологической оснастки носит итерационный характер [1.15]. Для этого процесса характерно наличие большого количества обратных информационных связей. В ходе выполнения этого процесса могут корректироваться как техническое задание, так и собственно конструкция технологической оснастки. Эти изменения могут возникать как по результатам натурных испытаний, так и по результатам эксплуатации всей технической системы в целом. Любое изменение, произошедшее в цепочке проектирования, при отсутствии отслеживаемых связей между объектами разработки и специалистами, отвечающими за их функционирование, приводит к изменению данных и необходимости вновь и вновь согласовывать отдельные решения между собой. Как следствие не согласованности данных – ухудшение показателей функционирования технологической оснастки и последующие затраты времени на внесение изменений.

По нашему мнению, современный подход к проектированию и изготовлению технологической оснастки с помощью автоматизированных систем идет по пути использования цифровых прототипов (Digital Prototyping), построенных на постоянно растущем семействе компьютерных моделей [1.16, 1.17].

1.5.2. Представление деятельности по решению задач машиностроения в компьютерной среде с использованием моделирования С появлением ЭВМ широкое распространение во многих инженерных дисциплинах получило компьютерное моделирование (возможность изучения свойств реального объекта путем экспериментирования с другим – материальным или идеальным объектом).

Использование компьютерного моделирования внесло в традиционное проектирование два новых объекта: модель и визуализацию результатов моделирования. И практически повсеместно стало выполняться согласно следующей цепочки (рис. 1.27).

Рис. 1.27. Изменение возможностей по решению задач машиностроения при переходе в организации деятельности на основе использования чертежа (1) к компьютерному моделированию (2) Компьютерное моделирование, используя принципы иерархической структуры, декомпозиции и абстракции позволяет на разных этапах моделирования средствами компьютерной имитации контролировать свойства будущей ТО на основе виртуального объекта (рис. 1.28). Такая подмена позволяет на компьютерной модели провести спланированный эксперимент, который обеспечивает на ранних стадиях проектирования согласование важнейших функциональных показателей ТО. В результате компьютерного эксперимента разработчику удается подобрать для натурного решения наиболее оптимальный вариант конструкции технологической оснастки. Т.е. компьютерное моделирование позволяет специалистам выйти на оптимальный вариант конструкции за меньшее сроки и с меньшими затратами ресурсов.

Собственно деятельность по автоматизированному проектированию и изготовлению технологической оснастки подразумевает учет противоречивых требований и условий заказчика. На сегодня сложилась такая ситуация, что при проектировании технологической оснастки используется множество отдельных компьютерных моделей, над созданием которых, как правило, трудятся специалисты из различных сфер деятельности. На компьютерных моделях проверяют узкие места в проектных работах и возможные последствия тех или иных технических решений в конечной конструкции. По результатам моделирования проводят соответствующие доработки в конструкции технологической оснастки.

Например, в состав предоставляемого специального программного обеспечения для компьютерного моделирования в ходе проектирования пресс – форм обычно включают:

• средства трехмерного моделирования собственно пластмассовой детали;

• средства моделирования конструкции пресс – формы;

• средства моделирования технологического процесса литья;

• средства моделирования процесса обработки деталей пресс – формы, в первую очередь формообразующих на оборудовании с ЧПУ;

• средства визуализации результатов работы координатно — измерительной машины.

Разработка Постановка цели Анализ ситуации компьютерной модели Выполнение Моделирование виртуальных деятельности на экспериментов с компьютере создаваемым объектом Изделие Рис. 1.28. Место моделирования деятельности при подготовке производства изделий машиностроения в компьютерной среде В случае пресс – формы само проектирование конструкции опирается на совмещенное моделирование пластмассовой детали и пресс – формы для ее изготовления, и носит итерационный характер. При этом сформированная модель пластмассовой детали отрабатывается на технологичность, проверяется достаточность толщины стенки детали для ее изготовления в пресс - форме, строятся уклоны, требуемые при литье для извлечения пластмассовой детали из пресс – формы, выбирается линия разъема, определяются формообразующие поверхности пуансона и матрицы и т.д. Для сформированной модели пластмассового изделия выполняют моделирование процесса литья с учетом выбранного материала, определяют время и достоверность заполнения, скорость потока пластмассы, прогнозируют качество и т.д. При разработке конструкции пресс – формы, как правило, используются библиотеки параметрических моделей производителей стандартных деталей, которые могут быть дополнены или модифицированы пользователем в соответствии со стандартами, нормалями или иными техническими требованиями, которые применяются на конкретном предприятии. При моделировании процесса обработки наиболее трудоемким является получение формообразующих поверхностей пресс – формы для обработки на оборудовании с ЧПУ. В последнее время результаты обработки все чаще и чаще проходят контроль на координатно — измерительной машине.

На практике из-за использования множества разрозненных компьютерных моделей сложилась следующая схема организации деятельности при компьютерном моделировании (рис. 1.29).

Разрозненный набор компьютерных моделей Визуализация С результатов п е моделирования Входные ц Компьютерная значения для и модель моделирования а л Значения с А1, А2, …Аn и выходными с результатами т моделирования Рис.1.29. Существующая схема использования компьютерного моделирования Для данной схемы организации деятельности характерны следующие ограничения:

отсутствует интегрированная информационная модель предметной области, а • следовательно и устойчивые взаимосвязи на понятийном уровне между набором различных компьютерных моделей;

связь по данным между разными моделями осуществляется «через голову» специалиста (на рис. 1.29 эти связи изображены в виде пунктирных линий);

• отсутствует прогнозирование развития ситуации в ходе проектирования и изготовления в случае внесения изменений в процесс;

• отсутствует информационная поддержка деятельности специалиста, как при проектировании, так и при разработке управляющих программ для обработки деталей пресс - форм;

• отсутствует пошаговое накопление лучших решений для их дальнейшего повторного использования;

• программное обеспечение реализовано как жесткая законченная система «под ключ», практически за любым расширением возможностей системы необходимо обращаться к разработчику программного обеспечения и платить дополнительные деньги.

Устранить приведенные ограничения возможно путем внедрения новой информационно - технологической среды на основе PLM/CAD/CAE/CAM систем, поддерживающей весь жизненный цикл совмещенного проектирования основного изделия и технологической оснастки для её изготовления в условиях системы взаимосвязанных компьютерных моделей.

Для обеспечения интеграции все используемые компьютерные модели и порождаемые ими данные должны быть согласованы между собой в единой компьютерной базе знаний. На рис. 1.30 показаны взаимосвязи моделей при проектировании пресс - формы.

Заказчик Организация производства Требования к деталей из пластмасс пресс - форме с использованием ПФ 1.3D – модель 6.Натурные пластмассовой испытания ПФ на детали термопластавтомате 2.Компьютерная 5.Компьютерная модель ТП Компьютерная модель процесса литья база знаний сборки ПФ пластмассовой детали 3.3D модель 4.3D модель изготовления конструкции формообразующих частей пресс-формы ПФ на станке с ЧПУ Информационно – технологическая среда Исполнителя Рис. 1.30. Роль и место системы взаимосвязанных компьютерных моделей при проектировании и изготовлении ПФ в условиях информационно – технологической среды При использовании системы взаимосвязанных компьютерных моделей появляется возможность поиска и разрешения большего числа коллизий с помощью соответствующих программных продуктов. Все это приводит к значительному сокращению сроков проектирования и изготовления технологической оснастки.

Круг задач, решаемых средствами компьютерного моделирования при проектировании и изготовлении технологической оснастки, значительно расширен по сравнению с традиционным подходом.

Основой представления деятельности по решению задач проектирования и изготовления технологической оснастки и ее переводу к компьютерному варианту с использованием системы моделей выступают следующие концепции [1.3]:

1. Большая часть конструкции оснастки для технологической подготовки производства состоит из стандартных, типовых и уникальных объектов, имеющих свойства;

2. Существенные для использования свойства объектов именуются и хранятся на ЭВМ в форме элементов словаря понятий (А1…Аz);

3. Свойства объекта могут получать свое значение только в результате следующих действий: расчет, выбор из таблицы или задание пользователем в диалоге.

4. Взаимосвязи между свойствами могут быть заданы в форме следующих отношений:

формул, таблиц, параметрических графических объектов (чертежей и 3D – моделей).

Компьютерная форма записи отношений в пределах конструкции технологической оснастки реализуется только с использованием элементов словаря понятий.

5. Собственно технологическая оснастка является результат проектной деятельности множества специалистов различного профиля (заказчики, расчетчики, конструктора, технологи, производственники и т.д.);

6. Работу всех специалистов над технологической оснасткой в машиностроении можно представить через ограниченное множество видов деятельности (ввод и редактирование значений данных, работа с таблицами, выполнение инженерных расчетов, графическое редактирование, графическая визуализация решений и т.д.);

7. Управление потоком работ (извещение о свершении события, организация деятельности специалиста по принятию решений (утверждение решения, отказ от решения и т.д.), сохранение и передача результатов) в ходе проектирования в компьютерной среде осуществляется с помощью систем автоматизированной поддержки информационных решений. Список контролируемых этапов в ходе проектирования и изготовления технологической оснастки приведен на рис. 1.31.

Рис. 1.31. Типовая U – схема проектирования и изготовления технологической оснастки 1.5.3. Пример формализации процесса проектирования пресс-форм Предлагаемый метод решения по проектированию и изготовлению пресс-форм для литья деталей из пластмасс под давлением, основан на применении объектно ориентированного подхода при создании системы взаимосвязанных компьютерных моделей.

Этот подход заключается в том, что в предметной области (в данном случае проектирование и изготовление пресс-форм) выделяется множество объектов, взаимосвязанных контекстом жизненного цикла проектирования и изготовления технологической оснастки (в нашем примере – это пресс-форма). Каждый из объектов обладает свойствами модульности, полиморфизма, инкапсуляции и абстрактности. Важно, что свойства таких выделенных объектов для конструирования технологической оснастки описываются в компьютерной базе знаний на языке, понятном специалисту предметной области.

Несмотря на большое количество разнообразных пресс-форм, использующихся в производстве, в каждой из них можно выделить следующие самостоятельные (выполняющие законченную функцию) объекты: формообразующие части пресс – формы для формирования внешнего облика пластмассовой детали, пакеты плит, система крепления пресс-формы к термопластавтомату, система крепления плит в единую конструкцию пресс – формы, система центрирования плит, литниковая система для подвода расплава к формообразующей части пресс-формы, система выталкивания изготавливаемой пластмассовой детали из пресс-формы после ее затвердевания, система охлаждения расплава под давлением, дополнительные системы, например, привода стержней и др. механизмы (в сложных пресс формах) и т.д.

Все перечисленные объекты в той или иной модификации присутствуют в любой пресс-форме для литья деталей из пластмасс под давлением, независимо от того, предназначена ли эта форма для литья простых или сложных деталей (резьбовых или армированных), от количества гнезд и плоскостей разъема, от типа термопластавтомата и т.д.

Любой из этих объектов имеет свой сценарий проектирования, свой словарь понятий, свои графические и символьные зависимости. Таким образом, проектирование пресс-формы может свестись к проектированию отдельных уникальных объектов, составляющих ее, которые затем объединяются в едином проекте с учетом контекста процессов проектирования и изготовления конструкции пресс-формы. Для создания компьютерной базы знаний следует перевести в компьютерную среду всю необходимую информацию о проектировании пресс формы. Для этого требуется создать единую информационную модель предметной области, включающую словарь понятий отдельных свойств объектов, символьные и графические отношения между этими свойствами, сценарий проектирования пресс-формы из типовых узлов. Пример записи типов взаимосвязей при принятии решений в ходе проектирования и изготовления пресс-форм, а также способы согласования отдельных объектов в конструкции пресс-формы приведены на рис. 1.32. Данный подход к представлению способа согласования деталей пресс — формы в конструкцию разработан авторами для управления задачами в САПИР.

1.5.4. Итеративное управление проектированием и изготовлением технологической оснастки на базе набора компьютерных моделей в условиях информационно-технологической среды Итеративные методы организации принятия решений у Исполнителя открывают возможность постепенного превращения требований Заказчика в готовую конструкцию технологической оснастки. Это достигается на основе итерационного трансформирования ранее полученных решений (в начальный момент – это требования Заказчика) через набор согласованных компьютерных моделей.

Рис.1.32. Учитываемые типы взаимосвязей при принятии решений в ходе создания пресс-формы Использование согласованного семейства компьютерных моделей с высокой степенью вероятности обеспечивает всестороннее тестирование вариантов разработки в ходе проектирования и сокращает потребность в натурном эксперименте. При этом каждая компьютерная модель существует как отдельное решение, является завершенной (в меру достигнутого на текущий момент уровня формализации процесса), обеспечивает практическую реализацию технологической оснастки и через словарь понятий компьютерной базы знаний интегрируется с другими моделями.

Компьютерная база знаний реализована как открытая система, которая может пополняться и модернизироваться по мере необходимости у Исполнителя. Таким образом, собственно компьютерные базы знаний и компьютерные модели выступают как средство формализации и накопления знаний о процессах проектирования и производства технологической оснастки в условиях информационно-технологической среды (рис. 1.33).

Главное отличие нового подхода от прежних методов проектирования технологической оснастки заключается в том, что создаваемый на начальных этапах проектирования информационный объект в виде трехмерной модели носит виртуальный характер и предназначен для коллективного проведения экспериментов, призванных обнаружить и подобрать методы устранения собственно дефектов в конструкции будущей оснастки.

Информационная модель технологической оснастки, накапливаемая в рамках текущего проекта, – это хорошо скоординированная, согласованная, взаимосвязанная, поддающаяся расчетам и анализу, имеющая геометрическую провязку числовая информация о проектируемой конструкции технологической оснастки. Эта числовая информация используется для:

• принятия согласованных проектных решений коллективом специалистов;

• создания оперативной проектной документации;

• предсказания эксплуатационных характеристик технологической оснастки;

• составления смет и заказов на приобретение покупных комплектующих;

• изготовления отдельных компонентов на оборудовании с ЧПУ;

• управления эксплуатацией.

Применение набора компьютерных моделей существенно облегчает процесс проектирования и изготовления технологической оснастки и имеет массу преимуществ перед традиционными формами проектирования. Прежде всего, набор компьютерных моделей позволяет в виртуальном режиме:

• собрать воедино и представить в трехмерном виде конструкцию технологической оснастки;

• подобрать по предназначению, рассчитать, состыковать и согласовать создаваемые разными специалистами и организациями сборочные узлы будущей конструкции технологической оснастки;

• заранее проверить их жизнеспособность, функциональную пригодность, эксплуатационные качества;

• избежать внутренних нестыковок (коллизий) внутри конструкции технологической оснастки.

Предлагаемая организация деятельности позволяет на основе компьютерного моделирования с высокой степенью достоверности собственно объекта изготовления (в примере с пресс – формой – это пластмассовая деталь) и протекающих в ходе его изготовления процессов, отладить на семействе компьютерных моделей основные проектные решения при конструировании технологической оснастки. При этом разработчики с самых ранних этапов проектирования могут в виртуально удобной форме «видеть» работу всей системы в целом на ЭВМ [1.3].

Рис. 1.33. Структура имитационной среды для проектирования и изготовления пресс-форм на основе системы компьютерных моделей При этом особо важно подчеркнуть, что информационная модель обеспечивает проведение большей части экспериментов на виртуальной конструкции технологической оснастки.

Проверка может принимать различные формы, включая формальный (математический) анализ (например, для пресс – формы это могут быть тепловой, прочностной, анализ проливаемости полимера в пресс-форме и т.д.). Однако в машиностроении проверка гораздо чаще выливается в запуск трехмерной модели и имитацию ее работы на ЭВМ с целью визуализации текущего состояния разработки.

Процентное распределение заказов при проектировании ТО и их соответствие наполнению специализированной компьютерной базы знаний (на примере холодной листовой штамповки) приведено на рис. 1.34 [1.3].

Расширение базовой Конструкции ТО Конструкции ТО проектируется поставки под проектируется по образцу с использованием вновь требования из архива с добавлением создаваемых объектов для Заказчика новых объектов компоновки. Ориентация на использования новые методы и технологии компьютерной базы Наполненность знаний (КБЗ) 25% 10% 45% 20% Конструкции ТО проектируется на основе Конструкции ТО набора готовых объектов.

проектируется по Происходит быстрое образцу из архива с насыщение КБЗ новыми изменением значений конструкциями, которые в параметров в Базовая дальнейшем переходят в конструкции поставка разряд типовых Разработчика Проектируемые Типовые Оригинальные конструкции ТО Рис. 1.34. Процентное распределение заказов при проектировании ТО с использованием специализированной компьютерной базы знаний (на примере ХЛШ) Содержащуюся в модели технологической оснастки информацию можно получать для внешнего использования в виде:

• чертежной 2D рабочей документации и чертежных 3D – видов моделей;

• плоских 2D-файлов и объемных 3D – моделей для использования в различных САD – программах;

• таблиц, ведомостей и спецификаций;

• файлов для использования в Интернет;

• файлов с инженерными заданиями на изготовление входящих в модель технологической оснастки уникальных конструкций;

• файлов – заказов на поставку комплектующих;

• результатов тех или иных инженерных расчетов;

• видеоматериалов, отражающих моделируемые процессы;

• файлов с данными для расчетов в других программах;

файлов презентационной визуализации и анимации модели;

• объемных разрезов и других полных или неполных фрагментов сборки • технологической оснастки;

• файлов для трехмерной печати;

управляющих программ для изготовления модели или ее частей на станках с ЧПУ.

Новые возможности проектирования технологической оснастки в машиностроении с использованием компьютерного моделирования и САПИР приведены на рис. 1.35.

1.6. Возможность организации совмещенного проектирования основного изделия и технологической оснастки на основе системы автоматизированной поддержки информационных решений Современные тенденции развития машиностроительного производства характеризуются возрастанием ответственности, интеллектуальности и координации действий коллектива исполнителей в ходе реализации всего проекта в целом. Все более и более осознается, что ЭВМ вместе с программным обеспечением служит лишь рабочим инструментом для специалиста (этот факт становится еще более очевидным, если вспомнить, что Лев Толстой при лучине и с гусиным пером смог создать "Войну и мир", а большинство из нас при компьютере и всем могуществе современной оргтехники вряд ли смогут похвастаться чем-то подобным).

Мировой опыт использования информационных технологий при организации производства наукоемкой продукции в машиностроении показывает, что наибольший эффект от их применения могут обеспечить следующие факторы:

• Улучшение качества процессов подготовки производства на основе использования управляемого ассоциативными связями набора типовых моделей, определяющих как базовое исполнение, так и допустимые модификации, и охватывающих весь жизненный цикл изделия.

• Организация информационного взаимодействия и координации всех служб исполнителя и его поставщиков под потребности заказчика для выполнения конкретного проекта в рамках единой информационно-технологической среды.

• Использование совмещенного проектирования основного изделия и технологической оснастки для его производства, – как во времени, так и в пространстве.

• Организация и постоянное совершенствование системы управления повторно используемыми компьютерными знаниями в производственной сфере.

• Минимизация количества натурных образцов и испытаний с их использованием за счет перехода к компьютерному моделированию как собственно изделия, так и технологической оснастки для его изготовления.

По экспертным оценкам, в машиностроении при организации производства каждого килограмма нового изделия требуется подготовить до 10 кг технологической оснастки (штампы, пресс-формы для литья пластмасс и/или металлов, режущие и мерительные инструменты, приспособления и т.д.). По информации EDS в машиностроении на 1Mb конструкторских данных по основному изделию приходится до 200Mb технологических данных.

Основной резерв повышения конкурентоспособности машиностроительного предприятия связан с коренным изменением подхода к организации процесса конструкторско-технологической подготовки производства [1.18, 1.19]. Эти изменения в организации деятельности требуют соответствующего методического обеспечения, набора CASE-инструментов, компьютерных баз знаний по основным технологическим переделам машиностроения, учета в ходе выполнения работ международных стандартов (TQM, CALS и т.д.).

Рис. 1.35. Новые возможности проектирования технологической оснастки в машиностроении с использованием компьютерного моделирования Развитие работ по параметрическому трехмерному моделированию, workflow технологиям, гипертекстовым и экспертным системам позволило выработать новый подход к созданию автоматизированных систем проектирования наукоемких изделий в машиностроении.

Суть нового подхода заключается в том, что в машиностроении с самых первых шагов проектирования основного изделия конструктор может осознанно и самостоятельно моделировать в компьютерной среде процессы последующего изготовления с использованием базовых технологических переделов. В компьютерных моделях этих базовых технологических переделов заложены основные принципы и базы знаний по разработке технологической оснастки, сложившиеся на практике и характерные для конкретного технологического передела. В результате деятельности коллектива специалистов отрабатывается цепочка Изделие Модель технологического процесса изготовления Модель технологической среды для изготовления.

Для удобства изложения, построенные на таком подходе автоматизированные системы в отличие от традиционных CAD/CAE/CAM-систем, будем называть системами автоматизированной поддержки информационных решений. Основы такого подхода можно наблюдать в версии Unigraphics NX при реализации проектов сложных изделий и в PowerSolution (Delcam) при задании, выборе, проектировании технологической оснастки (мастер-процессы, управление знаниями и т.д.). В данной работе представлен отечественный опыт построения такого класса автоматизированных систем в машиностроении.

Важнейшие моменты новой культуры организации работ в машиностроении показаны на рис. 1.36. Они связаны с интеграцией команд разработчиков, технических процессов и разнородных инженерных дисциплин в рамках информационно-технологической среды для реализации следующих идей:

• Гуманизация деятельности специалиста предметной области в ходе всего жизненного цикла изделия;

• Организация гибкого взаимодействия команд разработчиков. Группы разработчиков переменного состава должны фокусировать свою деятельность на повышении качества проектирования как основного изделия, так и технологической оснастки для его изготовления;

• Использование лучших компонентов "старых" решений при создании "новых" проектов.

Это предполагает использование виртуальных команд разработчиков из числа наиболее профессиональных специалистов, обладающих набором необходимых знаний и оснащенных компьютерными базами знаний в требуемых предметных областях.

1. Единые механизмы управления и отображения текущего состояния взаимодействия конструктор–ПК на основе "деловой прозы" в стиле WIMP (окна, пиктограммы, меню, указатели) Что нового 2. Организация поддержки в деятельность 3. Организация коллективного жизненного цикла специалиста и виртуального основного изделия и привнесло сотрудничества над технологической оснастки использование проектом в пространстве, во для его изготовления информационных времени и т.д.

технологий 4. Компьютерные технологии создания и использования твердотельного моделирования и анализа Рис. 1.36. Важнейшие моменты проявления новой культуры организации работ в информационно-технологической среде в машиностроении 1.6.1. Назначение САПИР Основным назначением САПИР является обеспечение информацией лиц, участвующих в разработке, принятии и оформлении конкретных решений в процессе совмещенного создания новых наукоемких изделий и технологической оснастки для их изготовления в машиностроении.

При построении САПИР учитываются следующие факторы:

1. Работы, которые проводятся на базе САПИР, должны выполняться на любом этапе жизненного цикла того или иного проекта, включая формирование требований и структуры построения, разработку, подготовку к производству, изготовление, корректировку и модификацию по полученным результатам. Соответственно САПИР должна поддерживать множество действий, выполняемых пользователем в едином информационно-технологическом пространстве в ходе проектно-конструкторской и производственной деятельности. Набор базовых действий, используемых специалистом в ходе решения задач компьютерной подготовки производства, приведен на рис. 1.37 (хотелось бы обратить внимание на то, что работа с графическими зависимостями организована "в обе стороны", т.е. САПИР изначально ориентирована на решение задач поведенческого моделирования [1.21]).

1. Заполнение Е И П данных в диалоге Д Н Р И Ф О Н О С 2. Выполнение О Р Т расчетов Е М Р А А Ц Н 3. Выбор из 6. Сохранение И С таблиц текущего О Т решения Н В 4. Работа с чертежно Н О конструкторскими О зависимостями Е 5. Утверждение решений (Е И П) Рис. 1.37. Набор базовых операций при работе специалиста с САПИР в машиностроении 2. Непосредственное решение задач по выполнению проектов должно включать такие виды работ как:

разработка формализованного технического задания (ФТЗ);

• уточнение цели создания проекта и ожидаемого эффекта;

• определение и формирование видов работ, необходимых для выполнения конкретного • проекта в целом;

формирование групп исполнителей, действующих в соответствии с ФТЗ;

• непосредственная оценка характеристик рассматриваемых вариантов проекта;

• подготовка целостной информации для принятия решений;

• контроль выполнения проекта на различных уровнях детализации, обеспечивающий • согласованность деятельности всех групп исполнителей по результатам и срокам их получения как при работе с основным изделием, так и технологической оснастки для его изготовления.

3. САПИР должна обеспечивать целостное выполнение всего цикла работ, связанных с подготовкой производства нового изделия. Это означает, что в случае отсутствия информации в автоматизированной системе (или недостаточности её для непосредственного выполнения проекта), пользователь может вручную доработать как символьную, так и графическую часть проекта до конечного решения.

1.6.2. Архитектурная модель построения САПИР Архитектурная модель системы автоматизированной поддержки информационных решений при конструировании в машиностроении приведена на рис. 1.38.

Виды базовых действий, которые обычно использует конструктор при решении задач машиностроения в компьютерной среде, перечислены на рис. 1.39. В таблице 1.1.

перечислено содержание базовых действий. На рис. 1.40 представлена типовая схема деятельности конструктора в ходе выполнения работ на ПЭВМ. В таблице 1.2. представлено распределение действий в ходе решения задач пользователем на ПЭВМ с использованием идеологии САПИР.

САПИР состоит из двух частей: системной и прикладной.

Системная часть представляет собой workflow-систему, инвариантную к предметной области. В качестве системной части применяется интегрированная интеллектуальная система (ИнИС) [1.22–1.24]. Фактически это надстройка над Windows, позволяющая расширять традиционные решатели MS Office для выполнения специфических задач по подготовке производства в машиностроении.

Прикладная часть включает в себя описание накопленного опыта, современных достижений и перспектив развития в области проектирования и изготовления. Она является внешней по отношению к оболочке системы и имеет возможность неограниченного расширения (рис. 1.24). Прикладная часть является достаточно разнородной и содержит данные, полученные как опытным путем, так и взятые из справочной литературы. Эти данные могут быть в форме таблиц, могут рассчитываться по формулам или формализоваться на основе чертежно-конструкторских зависимостей. При этом обеспечивается возможность построения единого информационного пространства, агрегируя объекты его разнородных составляющих в единые блоки принятия решений (БПР), адекватные той или иной конкретной практической задаче. Прикладная часть используется в процессе работы САПИР.

Компьютерная база знаний создается в ходе формализации технических процессов проектирования оснастки. База знаний во многом опирается на традиционные стандарты предприятия (СтП), которые показали свою работоспособность в процессе практической деятельности. В нашем варианте СтП адаптированы к использованию в компьютерной среде [1.19]. Собственно база знаний содержит словарь понятий, факты (данные) о предметной области и правила, использующие эти данные как основу для принятия решений.

Компьютерная база знаний открыта для пополнения. Это поощряет разработчиков к накапливанию и максимальному использованию проектного опыта той или иной организации.

При использовании САПИР потребность в специалистах в области программирования минимизируется, так как создание и модернизация прикладной программной системы в основном осуществляется силами специалистов предметной области.

Подготовка условий для решения Заказчик Ожидание определяет пока не достижима разрешает Цель удовлетворяет Возможность Потребность Конфликт предвосхищает формулируется Объект Условия Процесс как включает Формализованное формируется определяет Техническое Сценарий Конструктор как Задание проектирования создает моделируется в виде представляется как Результат Поток работ деятельности:

реализуется порождает Набор технических по решению комплект процессов задач документации, достаточный для достижения использует основан цели использует включает Модель решения Типовые решения состоит из Словарь Условия Программная Параметрические понятий применения реализация варианты технических технических процессов решений Компьютерная база знаний Рис. 1.38. Архитектурная модель пространства решения задач при конструировании в компьютерной среде 1. Планирование деятельности 2.Заполнение и 3. Выполнение редактирование инженерных информационных расчетов полей в диалоге по формулам Виды базовых 4.Выбор из меню, 5.Манипулирование действий таблиц и списков графическими образами 6.Просмотр 7.Сервисная текущих поддержка и результатов ознакомление с БД и БЗ 8.Запуск на выполнение программ из операционной системы Рис.1. 39. Виды базовых действий, используемых пользователем при решении задач машиностроения в компьютерной среде с использованием информационных операций Выбор базового действия Конструктор Выбор и выполнение Возврат на доработку допустимого действия в САПИР Нет Да Утверждение Ознакомление результатов с результатами Рис.1.40. Типовая схема деятельности конструктора в ходе выполнения работ на ЭВМ Табл. 1.1. Содержание базовых действий пользователя, используемых в ходе решения задач на ЭВМ 1. Процессы планирования: 5. Манипулирование графическими o на уровне проекта: образами:

o создание 2D/3D объектов;

o создание/ копирование/ o фиксирование ассоциативных связей;

сохранение/ удаление/ формирование ФТЗ o создание сборок из элементов;

o на уровне сценария: o графическая визуализация;

o создание/ копирование/ o оформление чертежей;

сохранение/ удаление o расчеты на основе 3D объектов составляющих компонент (площадь, объем, метод конечных объекта проектирования. элементов и т.д.).

o компьютерный дизайн.

2. Заполнение и редактирование 6. Просмотр и принятие решений:

информационных полей в диалоге: o ознакомление и просмотр входных o без контроля вводимых данных;

данных;

o синтаксический контроль: o анализ результатов текущего o целые числа;

состояния в символьной и графической форме;

o действительные числа;

o утверждение текущих результатов;

o алфавитно-цифровая o пошаговый просмотр протокола информация;

выполненных функций на базе o семантический контроль;

вычислительных моделей.

o выбор значений из ассоциативного списка допустимых значений.

3. Выполнение инженерных расчетов 7. Сервисная поддержка и ознакомление с значений на основе: базами данных и знаний:

o блока принятия решений;

o представление сведений на уровне:

o вычислительной модели;

o системы/проекта/процесса;

o программных модулей из o HELP-функция;

библиотеки программ пользователя o единые механизмы представления или системы. данных;

o единые механизмы управление системой.

o на уровне понятийной модели;

o на уровне модели взаимосвязей;

o на уровне БД с нормативно справочной информацией;

o на уровне вычислительных моделей;

o графических прототипов чертежей;

o просмотр классификаторов;

o просмотр библиотек деловых процессов.

4. Выбор из таблицы: 8. Запуск на выполнение стандартных o с нормализацией значений;

программ из ОС o по указанию пользователя;

o по критериям отбора.

Табл. 1.2. Распределения действий в ходе выполнения информационной операции пользователем в САПИР Этап\Участник Конструктор САПИР ЗАПРОС Выбрать информационную Представить основное меню;

операцию;

Выдать справку по текущей ситуации.

Запросить помощь по текущей ситуации.

АНАЛИЗ Просмотреть исходные данные Представить список доступных перед выполнением действия;

действий;

СИТУАЦИИ При необходимости Представить протокол решений.

отредактировать исходные Показать накопленные результаты данные. решения.

ВЫПОЛНЕНИЕ Дать команду на начало Приступить к выполнению;

выполнения. Информировать пользователя о ходе выполнения действия;

Рапортовать об окончании выполнения действия.

ОЦЕНКА Просмотреть результаты Представить результаты выполнения выполнения действия;

действия.

РЕЗУЛЬТАТА Утвердить результаты;

Запросить протокол решений;

Редактировать полученные результаты;

Возвратить на доработку.

СОХРАНЕНИЕ Дать команду на сохранение Сохранить результаты в текущем результатов проекте.

ПРЕРЫВАНИЕ Прервать Работу: Перейти к основному меню САПИР;

- для прекращения выполнения действия;

Сохранить результаты;

- для окончания текущего Перейти в WINDOWS.

сеанса.

С учетом сказанного, можно сформулировать следующие основные принципы построения САПИР и предъявленные к ней требования:

• по своей концепции САПИР является открытой программной системой, позволяющей упорядочить и организовать использование знания как из нормативно-справочной литературы, так и накопленные специалистами (экспертами) конкретного предприятия в ходе практической деятельности;

• наличие двух режимов работы с САПИР: формирование (авторизация) прикладных баз данных и знаний (обычно выполняется однократно в случае недостаточности имеющегося в составе базовой поставки) и использование при решении конкретных задач на основе этой информации в процессе выполнения и утверждения проектов (выполняется многократно);


• накопление прикладной информации в компьютерной базе знаний может быть реализовано поэтапно с использованием инструментальных CASE-средств, которые ориентированы на символьные и графические виды информации, традиционно доминирующие в машиностроении;

• автономное решение задач обеспечивает возможность их непроцедурной постановки (формируется "что надо получить", а не "как это получить") с анализом корректности, разъяснением правил принятия решений в виде протокола расчетов планировщика, если они интересуют пользователя, выдачей рекомендаций и т.п.;

пользователям предоставляется возможность выбора из уже существующих методик • (методов) решения аналогичных задач или формирования своей собственной методики из отдельных базовых действий (необязательно полностью автоматических).

1.6.3. Состав программного обеспечения САПИР Инструментальным программным средством, поддерживающим технологию программирования с максимальным привлечением знаний и умений экспертов и пользователей, выступает инструментальная компьютерная среда (ИКС). ИКС формирует и поддерживает на ЭВМ понятийную модель предметной области, а также функциональные зависимости символьного типа между отдельными свойствами объектов. На базе отдельных правил из сгенерированных программ составляются вычислительные модели (ВМ). Базовым средством представления знаний в ВМ являются блоки принятия решений. В совокупности множество БПР, ВМ, табличных зависимостей, параметрических графических образов и методик проектирования представляют собой описание предметной области, которое детализирует данную проблему в терминах единого словаря понятий.

В зависимости от проектируемого изделия и от требований заказчика в качестве средства для работы с графикой могут использоваться системы T-FLEX CAD российской компании Top Systems, PowerSolution, Unigraphics, Pro/E, которые служат для создания прототипов графических объектов, их редактирования, параметризации, сохранения и документирования. Желательным является использование систем технологического моделирования типа AutoFORM, MoldFlow и т.д.

Представление знаний об объектах машиностроения в компьютерной среде построено в соответствии с рис. 1.41. Как видно из этого рисунка, компьютерная база знаний представляет собой взаимосвязанную совокупность символьной и графической информации.

В символьной форме представлены словари понятий, справочники, таблицы, БПР, методики проектирования (цепочки технических процессов, реализующих модели расчета в задаваемой пользователем последовательности) и т.д. В графической форме поставляются твердотельные модели, эскизы, чертежи, слайды и т.д.

1.6.4. Организация деятельности Иерархическое описание проекта в САПИР, включающего совмещенное проектирование основного изделия и технологической оснастки для его изготовления, строится согласно схемы, приведенной на рис. 1.20.

Вначале, на нулевом уровне, пользователю доступны проекты на основное изделие и архивы ранее выполненных разработок по нему. В состав проекта входит вся необходимая информация об основном изделии (в нашем примере это электродвигатель большой мощности), включающая:

01 – формализованное техническое задание (ФТЗ);

02 – используемые инженерные расчеты;

03 – чертежно-графические материалы, содержащие описание конструкции;

04 – технологии его изготовления.

Технологическая часть проекта основного изделия может ссылаться как на единичные, так и на унифицированные технологические процессы. На следующих уровнях детализации (Х=1,2,...) сохраняются сведения об используемой технологической оснастке, требуемой для изготовления данного основного изделия. В настоящее время поддерживается возможность совмещенного проектирования технологической оснастки, касающейся штампов для листовой штамповки (Х=1), пресс-форм (Х=2), режущего (Х=3) и измерительного (Х=4) инструмента, станочных приспособлений (Х=5) и т.д. К технологической оснастке отнесена и подготовка управляющей программы для оборудования с ЧПУ (Х=9).

Рис. 1.41. Представление знаний об объектах машиностроения в компьютерной среде Соответственно на уровнях Х0, Х1,..., Х9 определяется необходимая информация о технологической оснастке, включающая архивы старых наработок в электронной форме. Эти наработки также включают ФТЗ, расчеты, конструкцию, технологию только эти компоненты уже относятся к соответствующей технологической оснастке.

Принципиально важным для построения САПИР является то, что везде – от основного изделия до технологической оснастки – используется единый словарь понятий. Этим достигается возможность отслеживания двунаправленных изменений тех или иных значений параметров – от основного изделия к технологической оснастке и наоборот. При этом пользователь будет уведомлен САПИР о возможных последствиях изменений.

1.6.5. Проектирование технологической оснастки в САПИР Производственная деятельность специалиста в машиностроении во многом основана на опознании текущей ситуации и выполнении цепочки типовых действий. Чем правильнее и быстрее специалист опознает текущую ситуацию, тем меньше проб и ошибок он совершит в своей деятельности. Именно это свойство отличает интеллектуальную деятельность, связанную с постановкой целей и проверкой их выполнения в ходе проведения локальных инженерных действий.

Каждая из типовых цепочек предполагает выполнение набора действий из множества допустимых базовых операций (рис. 1.39). Специалист, выбрав конкретную типовую цепочку, практически автоматически выполняет базовые операции. САПИР сохраняет и при необходимости согласует промежуточные результаты между этими операциями.

Возможности пользователя при проектировании технологической оснастки приведены на рис. 1.42. На этом рисунке в качестве примера расписаны типовые цепочки (подчеркнуты) и входящие в них базовые операции при проектировании последовательных штампов.

Работа в САПИР организована по следующей схеме (рис. 1.43): по исходным данным и принятым ограничениям, зафиксированным в ФТЗ, выполняется расчет, на основе которого обосновывается конструкция изделия. Пользователь может как использовать стратегию решений по аналогам, так и манипулировать отдельными операциями. В результате решения могут возникнуть три ситуации.

В ситуации "А" формируется твердотельная модель, набор сборочных чертежей и чертежей деталей, спецификация к ним и расчетно-пояснительная записка.

Ситуация "Б" возникает тогда, когда требования в ФТЗ завышены (занижены) по сравнению с накопленной базой знаний.

В ситуации "В" представленное ФТЗ не может быть реализовано из-за отсутствия требуемых свойств понятийной модели или зависимостей между свойствами, – то есть от пользователя требуется модифицировать базу знаний.

Таким образом, предложенный подход дает возможность:

• индивидуально компоновать для заказчиков в САПИР. При этом такая компоновка может быть выполнена как по схеме совмещенного проектирования технологической оснастки с основным изделием (рис. 1.20), так и по отдельным видам технологических переделов (рис. 1.3);

• сократить время подготовки производства основного изделия в два-четыре раза;

• создавать новые проекты технологической оснастки с максимальным использованием знаний и навыков конструктора;

• сократить время проектирования технологической оснастки минимум вдвое, а максимум – до 30 раз (к примеру, при разработке штамповой оснастки);

• наращивать количество прототипов для проектирования технологической оснастки под свои условия собственными силами.

САПИР является инструментом профессионала, поэтому её использование не поможет превращению "неумехи" в гения. Но применение САПИР не позволит слабо подготовленному пользователю разрушить программную систему промышленного назначения. САПИР предоставляет пользователю возможность сделать то, что он считает нужным, а не то, что навязывает ему программная система автоматизации. Качество промежуточных и конечных результатов в ходе всей деятельности контролируется на соответствие установленным критериям (ГОСТам, СТП, указаниям, накопленному опыту разработки и т.д.). За счет этого САПИР высвобождает время пользователя для выполнения творческой части работы.

На базе изложенного подхода реализован набор компьютерных баз знаний для разработки:

• электрических машин [1.27], • проектирования штампов для листовой штамповки [1.25], • пресс-форм [1.20], • калибров и мерителей и т. д.

1. Определение объекта 2. Ввод исходных данных проектирования 2.1. (D) Основные надписи 1.1. (T) Выбор типа штампа: 2.2. (R) Геометрия - с жестким съемником 2.3. (T) Марка и сортамент - с верхним прижимом материала 1.2. (T) Формирование требований по техника безопасности 4. Формирование рабочей зоны штамповки 3. Технологические расчеты О 4.1. (ER) Разноска контуров 3.1.(T) Вид раскроя Б по шагам штамповки 3.2. (E) Перемычки Л 4.2. (R) Редактирование 3.3. (E) Угол, шаг, А рабочей зоны ширина С 4.3. (G) Генерация рабочей Т зоны 5. Расчет рабочих размеров Ь 6. Проектирование пакета 5.1. (T) Виды посадочных 6.1. (E) Габариты и провальных отверстий 6.2. (E) Крепеж 5.2. (E) Расчет С 6.3. (E) Усилия штамповки исполнительных размеров О Х 8. Блок штампа Р 7. Элементы фиксации 8.1. (T) Тип А 7.1. (ET) Фиксаторы 8.2.(ET) Колонка Н 7.2. (ET) Упоры 8.3. (ET) Втулка Е 7.3. (TE) Ножи 8.4. (TE) Транспортный Н 7.4. (ET) Прижим штырь И 8.5. (E) Крепеж Я 8.6. (TE) Хвостовик 10. Оформление документации 9. Подбор оборудования 10.1. (R) Редактирование П 9.1. (T) по цехам расположения размеров Р 9.2. (T) по закрытой 10.2. (R) Расположение О высоте и усилию видов в поле чертежа Е 9.3. (T) по усилию 10.3. (T) Выбор форматки К 9.4. (T) из списка основных надписей чертежа Т оборудования 10.4. (D) Редактирование А спецификации Комплект конструкторско-технологической документации Типы базовых действий конструктора:

T – выбор из таблицы D – ввод данных в диалоге E – расчет по формулам R – графическое редактирование G – генерация графических фрагментов Рис. 1.42. Возможности пользователя при проектировании штампов последовательного действия в САПИР Рис. 1.43. Организация проектирования технологической оснастки в среде САПИР 2. Представление знаний в САПИР при решении задач, связанных с проектированием ТО 2.1. Основы технологии создания программного продукта 2.1.1. Недостаточность "коробочных решений" Все разнообразие применения ПЭВМ в производственных условиях опирается на определенным образом спроектированное базовое и прикладное программное обеспечение.

Массовое распространение персональных компьютеров привлекло на рынок программных продуктов огромное количество прикладных программ различного назначения. На основе этого факта возникло мнение, что обилие существующих прикладных программ позволит решить проблему автоматизации деятельности пользователей на отдельных рабочих местах с помощью так называемых "коробочных решений".

На практике это мнение лишь отчасти получило свое подтверждение. Это связано с тем, что информационная потребность конечного пользователя столь неоднозначна и динамична, что просто применение одного или нескольких интегрированных пакетов прикладных программ не дает гарантии решения всего комплекса задач на конкретном рабочем месте. Пользователю, использующему ПЭВМ в своей повседневной деятельности, должны быть предоставлены такие условия работы, при которых он всегда:

• может оперировать понятиями и правилами, которые ему привычны и составляют суть его профессиональной деятельности;

• знает, что ему можно и нужно делать в текущей ситуации дальше;

• может решить текущую задачу, если не в автоматическом режиме, то в автоматизированном режиме с использованием ПЭВМ.

Все это требует нового взгляда на архитектуру построения прикладных программ, разработки специальных языков спецификаций, формализованного описания собственно процесса профессиональной деятельности, и создания программных средств, которые могут поддерживать деятельность пользователя с минимальным привлечением профессиональных программистов.

2.1.2. Традиционный подход к технологии создания программного продукта Традиционный подход к созданию программного продукта обычно проходит по следующей схеме (рис. 2.1):

1. Конечный пользователь формирует свои требования к будущей программе на языке требований (L1). В них он указывает, для чего нужна программа, ее общие характеристики, свойства, платформу, на которой она будет выполняться и т.д.

2. Один из специалистов предметной области, выступающий в качестве заказчика, на основе требований отдельных пользователей и своих знаний создает спецификацию на языке спецификаций (L2). Здесь он в виде формул и других формализованных зависимостей описывает структуру данных решаемой задачи и формирует сценарий действий пользователя при решении поставленной задачи.

3. Разработчик-аналитик на основе спецификации заказчика составляет алгоритм решения задачи на языке проектирования (L3). Аналитик пытается построить алгоритм решения задачи таким образом, чтобы, с одной стороны, полностью решить задачу, а, с другой стороны, уменьшить время и количество ресурсов ЭВМ, затрачиваемое на решение задачи. Алгоритм чаще всего представляется на каком нибудь формальном языке (частный случай - язык структурных схем).

4. Разработчик-программист реализует алгоритм решения задачи на языке программирования (L4 - чаще всего универсальный язык высокого уровня). После этого обычно средствами стандартной системы программирования производится синтаксическая и семантическая отладка программы. Средствами стандартной системы программирования формируется загрузочный модуль программы (L6). Здесь следует отметить, что программа и документация на нее являются порождением различных процессов.

5. Конечный пользователь общается с полученной программой на языке общения (L5).

L Специалист предметной Конечный пользователь области L2 L L Универсальная L Разработчик - специалист в Программа система области информатики программирования Аналитик Программист Документация L L1 - язык требований L4 -универсальный язык программирования L2 - язык спецификаций L5 -язык общения L3 - язык проектирования L6 -язык машинных кодов Рис. 2.1. Компоненты традиционного процесса создания программного продукта В этой схеме очевидны следующие недостатки:

1. Оторванность специалиста предметной области от процесса реализации программы.

Это связано с тем, что, обладая профессиональными знаниями, специалист предметной области обычно не имеет достаточных знаний в области разработки программ.

2. Наличие большого числа специалистов, участвующих в разработке. Следствием этого обстоятельства является:

• появление эффекта “испорченного телефона”, при котором пользователь после долгого и дорогостоящего процесса разработки обычно получает совсем не то, что ему нужно;

• большое время разработки;

• дороговизна создания программного продукта.

3. Документация на программу и собственно программа являются абсолютно разными объектами.

После построения схемы решения обычно происходит полное отчуждение специалистов предметной области от процесса решения задачи. Если пользователь захочет, чтобы программа решала более широкий круг задач или если он обнаружит в программе какие-либо ошибки, недочеты, неточности, то будет вынужден запустить процесс создания программного продукта вновь.

2.1.3. Создание программного продукта с использованием инструментальных средств Традиционная технология программирования ориентирована на решение в основном формализованных задач. Большая же часть задач при компьютерной подготовке производства в машиностроении относится к классу слабо формализованных задач. Эту ситуацию можно преодолеть только путем привлечения специалистов предметной области к процессу разработки и сопровождения прикладного программного обеспечения.

Рассмотрим схему создания программного обеспечения с использованием инструментальных средств (рис.2.2).

L Специалист предметной Конечный пользователь области L5F L2F L Инструментальная Программа, документация компьютерная система L1 - язык требований L5F -язык взаимодействия пользователя с программой L2F - язык спецификаций L6 -язык машинных кодов Рис. 2.2. Компоненты процесса создания программного продукта с помощью инструментальных средств Для этой схемы характерным является следующее:

1. Конечный пользователь формирует свои требования к будущей программе на языке требований (L1).

2. Специалист предметной области формирует спецификацию на программный продукт, описывая свои знания на специальном формализованном языке спецификаций (L2F).

При этом специалист использует максимально привычные для себя формы представления знаний (формулы, таблицы), сложившиеся в машиностроении.

3. Инструментальная компьютерная система ИКС на основе подготовленной пользователем спецификации автоматически генерирует программу, полностью исключая процесс написания и отладки программ в традиционном смысле. Созданные спецификации являются понятными для конечных пользователей и могут служить частью документации на созданную программу.

4. Конечный пользователь общается с полученной программой на языке взаимодействия (L5F).

Использование такой схемы дает следующие преимущества:

1. Специалист предметной области ориентируется в первую очередь на создание модели объектов реального мира. В машиностроении деление на объекты и действия с ними достаточно хорошо отработаны в нормативно-справочной документации, что дает следующие преимущества:

• деление на объекты обеспечивает модульность системы;

• переменные являются свойствами объектов предметной области;

2. Исключение из процесса разработки программного обеспечения профессиональных программистов позволяет:

• уменьшить время разработки программного продукта в 10-15 раз;

• уменьшить число ошибок и сократить время отладки;

• упростить сопровождение и модификацию программы.

3. Исходная спецификация является одной из основных составляющих документации на программу.

2.1.4. Объектно-ориентированный подход в машиностроении Пока вычислительная техника была относительно несложной, программное обеспечение создавалось с помощью неформальных приемов. В этих условиях программное обеспечение изначально рассматривалось как вспомогательное средство использования аппаратной части вычислительной системы. По мере увеличения вычислительной мощности аппаратуры возрастали и возможности программного обеспечения. Многие прикладные программы выросли в нечто гигантское и монолитное. Они используются не в полную мощь, плохо адаптируются к требованиям пользователя и их сложно сопровождать.

С самого начала вся история развития технологии программирования была направлена на борьбу с этой сложностью. Так структурное программирование появилось, как технология создания больших программных систем. В основе структурного программи рования лежит методология нисходящего (сверху вниз) проектирования программ В настоящее время получила распространение объектно-ориентированная технология.

Объектно-ориентированная технология - это термин, за которым скрывается ряд новых методологий анализа, проектирования и программирования. При использовании объектно ориентированной технологии анализ, проектирование и разработка системы проводятся с помощью отдельных объектов, существующих в рамках некоторой специальной программной среды. Под объектом понимается «разумный», самодостаточный агент, отвечающий за выполнение определенных задач.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.