Бунаков П.Ю., Рудин Ю.И., Стариков А.В. Основы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов

Подождите немного. Документ загружается.

181

1. Функциональный подход. Это один из наиболее важных и отличи-

тельных признаков ФСА. Он состоит в том, что любой объект рассматрива-

ется не как набор взаимосвязанных конструктивных и технологических эле-

ментов, а как исполнитель набора функциональных возможностей. В класси-

ческом методе ФСА объект характеризуется тремя классами функций: функ-

ции применения (из-за чего потребителю нужен подобный объект), эстетиче-

ские функции (из-за чего потребитель выберет именно этот объект) и второ-

степенные функции. Концепция ФСА разрешает изменять любые второсте-

пенные функции без ущерба для функций применения и эстетических функ-

ций. Дополнительным преимуществом функционального подхода является

раскрепощение мышления специалистов при проектировании новых объек-

тов, поскольку они не связаны никакими физическими, конструктивными,

энергетическими и другими ограничениями.

2. Системный подход, подробно рассмотренный в главе 2.

3. Стоимостный подход, который заключается в том, что все работы

по анализу объекта, разработке концепций реализации, проектированию, раз-

работке технологий ведутся в тесной увязке с экономическими факторами

производства и эксплуатации.

4. Коллективное творчество. Выполнение ФСА связано с обработкой

значительного количества разнообразной информации, большая часть кото-

рой не документирована. Ее носителями являются специалисты предприятия.

По этой причине при проведении ФСА организуются временные творческие

коллективы, общее руководство которыми производится высшим руково-

дством предприятия. Основные методы работы таких коллективов основаны

на творческих технологиях (ТРИЗ, мозговой штурм).

5. Ориентация на потребителей. Методология ФСА оперирует по-

нятием потребительной стоимости продукции в качестве главного критерия

степени ее соответствия запросам потребителей.

6. Непрерывность. ФСА представляется непрерывным процессом со-

вершенствования продукции, применяемых технологий и организационных

структур. Выполнение работ по ФСА является не единичным актом на пред-

приятии, а постоянным видом организационно-технической деятельности.

Для этого разрабатывается и внедряется соответствующая нормативно-

техническая база.

7. Современность. При выполнении ФСА необходимо опираться на

самые современные методы и средства сбора и анализа информации, органи-

зации творческих коллективов, поиска и принятия решений.

11.2. САПР технологии лесопиления

В настоящее время одной из актуальнейших задач технологии лесопи-

ления является разработка эффективных программных систем, автоматизи-

рующих процессы подготовки производства (АСТПП). Особое место в ряду

этих систем занимают САПР технологии лесопиления, базирующиеся на ис-

пользовании достаточно совершенных математических моделей объектов и

182

процессов проектирования, а также современных средств вычислительной

техники (СВТ).

До сих пор проектирование производственных процессов лесопильных

предприятий, как правило, ведется на основе типовых решений, использую-

щих устаревшие нормативные документы и методики, предусматривающие

так называемые «ручные» расчеты. Практическое использование математи-

ческого моделирования, позволяющего проверить рациональность выбранно-

го варианта производственного процесса в динамике, с учетом случайных

факторов, пока еще не получило широкого распространения [26].

Ключевыми вопросами в создании САПР технологии лесопильного

производства является функциональная полнота и уровень качества про-

блемно-ориентированного программного обеспечения. Хотя имеется ряд

удачных отечественных программных разработок, автоматизирующих раз-

личные этапы технологического процесса лесопиления (раскряжевку хлы-

стов, сортировку бревен, распиловку бревен на пиломатериалы с использова-

нием различного технологического оборудования и т.д.), практическая реа-

лизация комплексного подхода к автоматизации лесопильных предприятий

пока еще далека от завершения.

11.2.1. Структура и функции перспективной САПР технологии

лесопиления

Укрупненная структура перспективной САПР технологии лесопиления

может быть представлена следующими четырьмя блоками [26]:

• блок синтеза проектных решений;

• блок технико-экономической оценки выбранных вариантов;

• блок имитационного моделирования производственного процесса;

• блок оформления проектной документации.

Информационная взаимосвязь перечисленных укрупненных структур-

ных блоков САПР технологии лесопиления показана на рис. 11.1.

Блок синтеза проектных решений предназначается для решения сле-

дующих задач:

• анализ спецификаций и определение расчетных характеристик сы-

рья и пиломатериалов;

• выбор типа бревнопильного оборудования;

• проектирование (составление) системы (систем) оптимальных по-

ставов;

• составление планов раскроя сырья на пиломатериалы при различ-

ных методах сортировки бревен;

• выбор и расчет производственной мощности основного технологи-

ческого оборудования по всем участкам лесопильного производства;

• расчет баланса древесины;

• расчет необходимой вместимости складов сырья, рассортированных

бревен, сырых и сухих пиломатериалов, готовой продукции;

183

• расчет систем транспорта, складирования и отгрузки технологиче-

ской щепы и отходов.

Результатом синтеза проектных решений является определение струк-

туры производственного процесса лесопильного предприятия, т.е. типов и

количества оборудования (линий), связей между ними с учетом основных

принципов управления процессами.

БСПР БТЭО

БИМПП

БОПД

БСПР

−

блок синтеза проектных решений;

БТЭО

−

блок технико-экономической

оценки выбранного варианта;

БИМПП

−

блок имитационного моделирования

производственного процесса;

БОПД

−

блок оформления проектной

документации

Рис. 11.1. Общая структурная схема САПР технологии лесопиления

Блок технико-экономической оценки проектных решений предназна-

чается для формирования значений следующих технико-экономических по-

казателей (ТЭП):

• стоимость основных фондов;

• численность работающих;

• производительность труда;

• себестоимость товарной продукции;

• экономический эффект;

• срок окупаемости капитальных вложений и другие.

При формировании оценочных значений ТЭП используются результа-

ты работы блока синтеза проектных решений, укрупненные нормативы по

строительному обустройству и результаты расчетов из смежных частей про-

екта, обеспечиваемые пользователем.

Блок имитационного моделирования производственного процесса

представляется системой проблемно-ориентированных технологических про-

грамм, позволяющих моделировать производственный процесс как на от-

184

дельных участках в локальном режиме, так и ход производственного процес-

са предприятия в целом.

Используемая модель должна позволять проверку работоспособности

проектируемого производственного процесса в течение длительного времени

с учетом влияния случайных факторов. Она должна обеспечивать отработку

технологических требований к системам верхнего и нижнего уровней: авто-

матизированной системе управления производством пиломатериалов на

предприятии (АСУП) и технологическим программам, включаемым в контур

систем управления технологическим оборудованием (АСУТП).

Необходимость введения блока имитационного моделирования в со-

став перспективной САПР технологии лесопиления обусловлена также тем,

что в блоке синтеза проектных решений используется большое число усред-

ненных показателей, не учитывающих динамику процессов и влияние слу-

чайных факторов и не обеспечивающих по этой причине принятия достовер-

ных решений − особенно на первых этапах проектирования. Поскольку реа-

лизация имитационного моделирования для всех возможных вариантов про-

изводственного процесса предприятия может потребовать значительного

объема вычислительных работ, начинать его рекомендуется с варианта, кото-

рый был признан пользователем эффективным по результатам работы блока

технико-экономической оценки проектных решений.

Блок оформления проектной документации предназначается для

формирования результатов автоматизированного проектирования в виде тек-

ста, таблиц и чертежей в форме, определенной нормативными документами.

11.2.2. Функционирование САПР технологии лесопиления

В общем виде процесс функционирования САПР технологии лесопиления может

быть представлен следующим образом [26].

Вначале проектировщик подготавливает исходные данные для программной сис-

темы, представляющей блок синтеза проектных решений. При этом он задает проекти-

руемый технологический участок, реализующий производственный процесс, и выбирает

из представленного перечня наименование используемой проектной процедуры. Автома-

тизированное проектирование участка осуществляется выполнением требуемых проект-

ных процедур в интерактивном (диалоговом) режиме, путем ввода возможных ответов на

отображаемые программой запросы. Полученное решение по данному участку является

окончательным на данной стадии проектирования. При необходимости имеется возмож-

ность ручной корректировки полученного проектного решения.

Блок технико-экономической оценки, основываясь на параметрах, полученных

блоком синтеза проектных решений, а также используя нормативную информацию и дан-

ные пользователя, получаемые по запросу, вычисляет значения ТЭП по проектируемому

участку. Полученные расчетные значения ТЭП сопоставляются с нормативными. Если

они выходят за пределы, определенные для последних, потребуется снова повторить син-

тез проектных решений, проведя корректировку ряда исходных данных. При этом про-

граммные средства блока технико-экономической оценки должны выступать в роли «со-

ветующей» системы, подсказывая проектировщику направление изменения параметров

процесса для улучшения того или иного ТЭП по проектируемому участку и оптимизации

по технико-экономическим критериям процесса в целом.

185

Блок имитационного моделирования позволяет моделировать работу производст-

венного участка или цеха и заранее исключать неработоспособные варианты проектных

решений, полученные на предыдущей стадии проектирования. Причинами их появления

могут быть невозможность выполнения заданной спецификации пиломатериалов в кон-

трольные сроки на выбранном технологическом оборудовании, несогласованность (асин-

хронность) работы участков и цехов, недостаточность выбранных складских площадей и

т.п. Для устранения указанных причин проектировщику необходимо снова вернуться к

блоку синтеза проектных решений, выполнив корректировку исходных данных. Далее

выполняется технико-экономическая оценка вновь сформированных проектных решений

и повторное имитационное моделирование. Подобный итерационный процесс продолжа-

ется до тех пор, пока не будет получено проектное решение, удовлетворяющее пользова-

теля по технико-экономическим параметрам и выдержавшее проверку на работоспособ-

ность.

В заключение требуется подготовить проектную документацию. Блок оформления

проектной документации формирует ее в соответствии с действующими нормативными

требованиями.

Необходимо отметить, что структурная и параметрическая оптимизация проекти-

руемых производственных процессов, выполняемая в рамках САПР технологии лесопи-

ления, должна осуществляться с учетом алгоритмов управления, реализуемых в АСУТП и

в подсистемах оперативно-диспетчерского и оперативного управления АСУП.

Эффективность построения и функционирования САПР технологии лесопиления

во многом зависит от наличия общей базы данных (БД), выступающей в роли «ядра» сис-

темы, обеспечивающего информационное взаимодействие ее структурных блоков. В на-

стоящее время разработка многоаспектной БД должна выполняться в соответствии с

принципами и требованиями CALS-технологий, ориентированных на обеспечение инфор-

мационной поддержки различных видов производственной деятельности [10].

Вопросы для контроля

1. Что такое функционально-стоимостный анализ и каковы его отличитель-

ные признаки?

2. Приведите примеры применения элементов функционально-стоимостного

анализа в проектировании.

3. Назовите основные направления функционально-стоимостного анализа.

4. Что такое потребительская стоимость товара и какими способами можно

добиться ее повышения?

5. Назовите и дайте краткую характеристику основных принципов функцио-

нально-стоимостного анализа.

6. Какие основные блоки образуют структуру САПР лесопиления? Кратко

опишите функциональное назначение каждого блока.

7. Составьте общую схему функционирования САПР лесопиления. Что явля-

ется информационным ядром данной схемы? На какой методологической

основе должна разрабатываться САПР лесопиления?

186

Приложение

Выдержки из Государственного образовательного стандарта высшего

профессионального образования и Примерной программы

дисциплины «Основы автоматизированного проектирования

изделий и технологических процессов»

Из Государственного образовательного стандарта

высшего профессионального образования

Направление подготовки дипломированного специалиста 656300 (Тех-

нология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств) ут-

верждено приказом Министерства образования Российской Федерации от

02.03.2000 г., № 686.

В рамках данного направления подготовки реализуется перечень обра-

зовательных программ (специальностей):

260100 − Лесоинженерное дело;

260200 − Технология деревообработки.

Государственный образовательный стандарт высшего профессиональ-

ного образования для направления 656300 утвержден Зам. министра образо-

вания РФ 27.03.2000 г. (Рег. № 250 тех/дс).

Дисциплина «Основы автоматизированного проектирования изделий и

технологических процессов» входит в цикл специальных дисциплин (СД.00)

ГОС ВПО для специальности 260200. Перечень разделов данной дисциплины

приведен ниже.

ДС.00 Специальные дисциплины 1882

СП.02 260200 Технология деревообработки 1070

СД.07

Основы автоматизированного проектирования изделий

и технологических процессов

Системный подход в проектировании; общие сведения о

функционально-стоимостном анализе; классификация

САПР; математические модели объектов проектирования;

автоматизированное проектирование мебельных изделий;

автоматизация прочностных расчетов параметров корпус-

ной мебели; автоматизированное проектирование техноло-

гических операций и процессов изготовления мебели; зада-

ча оптимальной загрузки деревообрабатывающего обору-

дования; автоматизированное проектирование технологиче-

ских процессов производства пиломатериалов; оптималь-

ный выбор технологического оборудования для производ-

ства цельных клееных заготовок

100

187

Из Примерной программы дисциплины «Основы

автоматизированного проектирования изделий и

технологических процессов»

Примерная программа составлена ведущими преподавателями Москов-

ского государственного университета леса д.т.н., проф. А.А. Пижуриным,

к.т.н., проф. Д.Д. Муращенко, к.т.н., доц. Ю.И. Рудиным и утверждена Руко-

водителем Департамента образовательных программ и стандартов профес-

сионального образования (2001 г.).

Программа рекомендована Министерством образования РФ для на-

правления подготовки дипломированных специалистов 656300 − Технология

лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств по специально-

сти 260200 − Технология деревообработки.

Цели и задачи дисциплины

Цель изучения дисциплины – усвоение студентами методологии авто-

матизированного проектирования изделий и технологических процессов де-

ревообработки.

Задача преподавания дисциплины – привить студентам практические

навыки использования средств и методов автоматизированного проектирова-

ния изделий и технологических процессов в деревообрабатывающей про-

мышленности.

Требования к уровню освоения дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать − про системный подход в проектировании, классификацию

САПР, структуру и основные принципы построения систем автоматизиро-

ванного проектирования (САПР), математические модели объектов проекти-

рования, автоматизированное проектирование мебельных изделий, автомати-

зацию прочностных расчетов параметров корпусной мебели, автоматизиро-

ванное проектирование технологических операций и процессов изготовления

мебели, задачу оптимальной загрузки деревообрабатывающего оборудова-

ния, автоматизированное проектирование технологических процессов произ-

водства пиломатериалов, оптимальный выбор технологического оборудова-

ния для производства цельных клееных заготовок;

иметь представление – о функционально-стоимостном анализе; о

возможностях современных программно-аппаратных средств САПР, необхо-

димых для решения практических задач проектирования объектов деревооб-

рабатывающей промышленности; о перспективных направлениях развития

систем автоматизированного проектирования с использованием современных

средств вычислительной техники, достижений вычислительной математики и

современного базового программного обеспечения;

188

уметь – спроектировать средствами САПР мебельное изделие, а также

с использованием средств машинной графики – цех или участок деревообра-

батывающего или мебельного производства; обосновать необходимыми тех-

нико-экономическими расчетами на ЭВМ предлагаемый вариант проектного

решения;

владеть – навыками использования программно-аппаратных средств

САПР для решения задач проектирования изделий и технологических про-

цессов деревообработки.

Объем дисциплины и виды учебной работы

Семестры

Вид учебной работы Всего часов

Общая трудоемкость дисци

плины 100 100

Аудиторные занятия 60 60

Лекции 30 30

Практические занятия (ПЗ) 15 15

Лабораторные работы (ЛР) 15 15

Самостоятельная работа (СР) 40 40

Курсовой проект (КП) КП КП

Вид итогового контроля Экзамен Экзамен

Содержание дисциплины

№

п/п

Раздел дисциплины Лекции

ПЗ ЛР

1. Введение в проблему автоматизированного проектиро-

вания изделий и технологических процессов в деревооб-

рабатывающей промышленности. Типичные задачи про-

ектирования изделий и технологических процессов дере-

вообработки

2. Методология построения САПР *

3. Виды обеспечения САПР. Типовая структура САПР на

уровне программных, информационных и лингвистиче-

ских средств

4. Технические и программные средства для реализации

САПР конструкторской и технологической документа-

ции

5. Автоматизированное проектирование (АП) сложных

технических объектов. Основные этапы АП

6. Математические модели технических объектов при АП *

7. Методы поисковой и параметрической оптимизации

при АП

8. Прикладные задачи автоматизации проектирования тех-

нологии лесопиления и деревообработки

189

Примерный перечень практических занятий

1. Расчет оптимальных планов раскроя ДСтП на мебельные заготовки с при-

менением прикладных программ для ПЭВМ.

2. Расчет поставов для различных видов раскроя пиловочного сырья на пи-

ломатериалы с использованием прикладных программ для ПЭВМ.

3. Расчет оптимальных планов раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы

с применением прикладных программ для ПЭВМ.

4. Расчет оптимальных планов раскроя пиломатериалов на заготовки с при-

менением прикладных программ для ПЭВМ.

5. Примеры применения поисковой и параметрической оптимизации при

автоматизации конструкторского и технологического проектирования.

6. Составление управляющих технологических программ для станков с чи-

словым программным управлением.

Примерное содержание курсового проекта

В основу курсового проекта должна быть заложена методика проектиро-

вания средствами САПР конкретных цехов и участков лесопильно-деревооб-

рабатывающих и мебельных производств, а также столярно-строительных и

мебельных изделий. Все проектные решения должны быть подкреплены ав-

томатизированными расчетами с использованием прикладных программ для

ПЭВМ. Кроме того, в проекте должно быть экономическое обоснование

предложенных проектных решений на основе расчетов по прикладным про-

граммам для ПЭВМ.

Проектная документация, выводимая из памяти ПЭВМ на печать, долж-

на содержать:

• графические изображения проектируемых изделий (мебельных или

столярно-строительных);

• деталировки мебельных или столярно-строительных изделий;

• планировки цехов и участков;

• пояснительную записку с результатами расчетов (тексты описа-

ний, планы и схемы раскроя, таблицы и графики).

Самостоятельная работа студентов

Изучение дисциплины самостоятельно рекомендуется проводить сле-

дующим образом:

1. Изучение современных методов автоматизированного проектирова-

ния, математических методов.

2. Освоение новых программных систем САПР.

3. Выполнение индивидуальных заданий по проектированию изделий

и технологических процессов для конкретных предприятий отрасли.

190

4. Изучение публикаций по результатам исследовательской работы

НИИ и проектных институтов отрасли по разработке и применению

САПР изделий и технологических процессов деревообработки.

Примерная программа одобрена на заседании Учебно-методического

объединения по образованию в области лестного дела (Протокол №20 от

5.10.2001 г.) под председательством проф. А.Н. Обливина.

Библиографический список

1. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. – М.: Радио и

связь, 1988. – 280 с.: ил.

2. Волкова Г.Д. Методология автоматизации проектно-конструкторской дея-

тельности в машиностроении: Учеб. пособие / Г.Д. Волкова. – М.: МГТУ

«Станкин», 2000. – 81 с.: ил.

3. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов.

В 9-ти кн. / Кн. 1. Принципы построения и структура / И.П. Норенков. –

М.: Высш. шк., 1986. – 127 с.: ил.

4. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов.

В 9-ти кн. / Кн. 6. Автоматизация конструкторского и технологического

проектирования / Н.М. Капустин, Г.Н. Васильев; Под ред. И.П. Норен-

кова. – М.: Высш. шк., 1986. – 191 с.: ил.

5. Корячко В.П. Теоретические основы САПР: Учебник для вузов / В.П. Ко-

рячко, В.М. Курейчик, И.П. Норенков. – М.: Энергоатомиздат, 1987. –

400 с.: ил.

6. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для

вузов / И.П. Норенков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им.

Н.Э. Баумана, 2002. – 336 с.: ил.

7. Аллик Р.А. Система автоматизированного проектирования изделий и тех-

нологических процессов в машиностроении / Р.А. Аллик, В.И. Бородян-

ский, А.Г. Бурин и др.; Под общ. ред. Р.А. Аллика. – Л.: Машинострое-

ние, 1986. –

8. Дитрих Я. Проектирование и конструирование. Системный подход: Пер. с

польск. / Я. Дитрих. – М.: Мир, 1981. – 456 с.: ил.

9. Схиртладзе А.Г. Проектирование нестандартного оборудования: учебник /

А.Г. Схиртладзе, С.Г. Ярушин. – М.: Новое знание, 2006. – 424 с.: ил.

10. Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-

технологии / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. − М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2002. − 320 с.: ил.

11. Сарайкин В.Г. Системы автоматизированного проектирования мебели и

интерьера помещений: сопоставительный анализ и критерии опти-

мальности / В.Г. Сарайкин, А.В. Стариков // Деревообрабатывающая про-

мышленность. − 2003. − №2. − C. 8-11.