Куликов Д.Д. САПР ТП. Конспект лекций

Подождите немного. Документ загружается.

Проведение изменений достаточно простое и сводится к вставке или

удалению строк.

С помощью линейной формы нельзя выразить структуру сборочного

процесса. Для ликвидации этого ограничения введем тип объекта "ссылка на

операцию". В технологических картах для сборочных процессов после каждой

операции обычно делается запись, на какую операцию нужно перейти после

выполнения заданной операции, поэтому введение указанного типа объекта

является достаточно естественным. См. пример.

При проектировании маршрутно-операционной технологии необходимо

фиксировать структуру процесса, как на уровне маршрута, так и на уровне

операций. Чтобы разрабатываемые структуры не смешивались, их обычно

хранят в отдельных файлах. Заголовок файла обычно содержит 200-500 байт.

Хранение структуры технологического процесса из 10 операций и пятью

переходами в каждой операции может потребовать от 3 до 10 Кбайт на жестком

диске.

Использование линейной формы позволяет выразить комплекс графов,

характеризующий структуру процесса, в виде единой таблицы и хранить в

одном файле. Для этого в таблице за строкой с типом 1 (операция)

записываются строки фиксирующие структуру этой операции (строки с типами

2-5). Далее идут строки с типами 1 или 6 для следующей операции и т. д.

Вывод

Запись структуры технологического процесса в

линейной форме является предпочтительной, так как:

 позволяет фиксировать любой тип структуры

технологического процесса;

 дает возможность выразить комплекс графов,

характеризующий структуру процесса, в виде единой

таблицы и хранить в одном файле;

 требует минимального объема памяти для своего

хранения, как в оперативной памяти, так и на

магнитном носителе.

Процесс принятия решений в САПР ТП

1.9. Процесс принятия решений в САПР ТП

Процесс принятия решения в САПР ТП обычно не является

функциональным , так как при решении отдельных задач для заданных

исходных данных на выходе может получиться несколько решений. В этих

случаях принятие решений вместо функций можно выразить с помощью

аппарата соответствий. Обобщенно, каждое соответствие Г можно выразить

следующим образом:

Г = < G, V, R >;

где G - график соответствия ;

V - множество входных элементов;

R - множество выходных элементов;

V={ v

}; i=1,nv; nv- количество входных элементов;

R={ r

}: j=1,nr ; nr-колличество выходных элементов ;

G={< v

, r

>}; G принадлежит V X R .

Пример графика соответствия показан ниже

G={<v

, r

>, <v

, r

>, <v

, r

>, <v

, r

>, <v

, r

График соответствия может быть представлен 2 способами:

Процедурным - при котором алгоритм, отражающий график соответствия

G, выражен с помощью операторов какого- либо языка программирования.

Полученный программный модуль позволяет принимать решения в

соответствии с заданным графиком. В САПР ТП различного рода соответствий

может быть достаточно много и процедурное их представление приводит к

большому объему программного обеспечения.

Достоинство процедурного представления

графика соответствия: быстрая работа модуля,

принимающего решение.

Недостаток процедурного представления

графика соответствия: большой объем

программного обеспечения.

Декларативным - при котором алгоритм, отражающий график

соответствия G, выражен с помощь какого-либо непроцедурного языка. График

соответствия может быть представлен в виде таблицы решений, предикатной

таблицы, информационной таблицы и так далее. Такая таблица и записывается

в базу данных или знаний. Для работы с такого рода таблицами используется

универсальный модуль, интерпретирующего типа. Этот модуль вызывает

заданную таблицу из базы, проводит анализ таблицы, на основании которого

выполняет определенные действия по нахождению решения.

Достоинства декларативного представления

графика соответствия:

 небольшой объем программного

обеспечения;

 простота введения изменений в алгоритмы

путем корректировки данных, хранимых в

базе данных (знаний);

 повышение адаптивных свойств САПР ТП.

Недостаток декларативного представления

графика соответствия: пониженное

быстродействие из-за необходимости работы с

базой данных (знаний) и интерпретирующего

характера универсального модуля,

обрабатывающего графики соответствия.

Сам процесс принятия решения можно записать следующим образом:

MR=Г({v

}) ;

MR-массив решений

Массив решений - это образ множества задаваемых входных элементов

} относительно соответствия Г.

Применительно к нашему случаю:

MR=Г({v

}) или MR={r

};

MR=Г({v

, v

}) или MR={r

, r

Аппарат соответствий является одним из основных математических

аппаратов применяемых в САПР. Более подробно со свойствами соответствий

можно познакомится по литературе [10].

Оптимизация технологических процессов

1.10.Оптимизация технологических процессов.

Ранее было показано, что с помощью САПР ТП необходимо проектировать

оптимальные по какому либо критерию технологические процессы. Рассмотрим

общую постановку задачи разработки оптимальных ТП.

В качестве критерия оптимизации при технологическом проектировании

обычно используется себестоимость C(T) изготовления детали по

технологическому процессу T. Оптимальным Т

опт

называется вариант

технологического процесса, имеющий минимальную величину С:

С(Т

опт

)=minС(Т);

Т принадлежит МТ;

где МТ - множество допустимых вариантов технологических процессов.

Множество МТ допустимых вариантов является очень большим (сотни и

тысячи возможных вариантов), поэтому задача оптимизации ТП является

весьма трудоемкой и сложной. Технолог физически не может спроектировать

такое количество вариантов. Поэтому разработка технологических процессов

носит субъективный характер и качество спроектированных технологических

процессов зависит от опыта и квалификации технолога, который их разработал.

Так как от качества технологических процессов во многом зависит прибыль

предприятия, то задача разработки оптимальных ТП является весьма

актуальной.

Система проектирования ТП имеет многоуровневый характер, поэтому

различают три уровня оптимизации:

 уровень маршрута;

 уровень операции;

 уровень перехода.

Оптимизация ТП выполняется по уровням: оптимизация операций

осуществляется на основе использования оптимизированных переходов, а

оптимизация процесса в целом (уровень маршрута) выполняется на основе

оптимизированных операций. При такой иерархической оптимизации

оптимизация на заданном уровне имеет глобальный характер по отношению к

более низкому уровню и локальный характер по отношению к более высокому

уровню.

Будем различать два вида оптимизации:

 структурная оптимизация;

 параметрическая оптимизация.

Оптимизация на уровне маршрута и операции является структурной, так

как связана в основном с выбором структуры процесса или операции, в тоже

время оптимизация на уровне перехода является параметрической, так как

достигается путем варьирования параметрами перехода. Например,

оптимальные режимы резания достигаются путем варьирования подачей,

скоростью резания и припусками.

Множество МТ допустимых вариантов является очень большим и может

быть задано не аналитически, а алгоритмически, т. е. в виде правил, имеющих

как формальный так и не формальный характер, поэтому возникают сложности

с применением различных методов оптимизации. При структурной

оптимизации наиболее общими методами оптимизации являются поисковые

методы оптимизации. При параметрической оптимизации могут быть

применены известные методы линейного и нелинейного программирования.

Поисковые методы оптимизации используются, так как не накладывают

особых ограничений на критерий оптимизации и область существования

решений. Суть поисковых методов оптимизации заключается в нахождении

последовательности вариантов технологических процессов:

,:,Т

;

где каждый последующий вариант предпочтительнее предыдущего, т. е.

С(Т

) > С(Т

i+1

). В пределе указанная последовательность должна сходится к

достаточно малой окрестности решения, т. е. варианту близкому к

оптимальному. Наиболее часто применяют следующие поисковые методы

оптимизации:

 метод случайного поиска;

 метод регулярного поиска;

 метод направленного поиска.

Как видно из рисунка выбор оптимального варианта ТП методом

случайного поиска предполагает проектирование случайной

последовательности вариантов технологического процесса с отбором

вариантов, имеющих минимальную себестоимость по сравнению с

предшествующими. Если провести усредненную кривую через точки для

отобранных вариантов, то кривая себестоимости постепенно приближается к

оптимальному в заданных условиях значению себестоимости процесса.

Сложность применения алгоритмов случайного поиска заключается в

большой вариантности технологических процессов, что в сочетании в

сочетании с высокой сложностью машинного времени и сложностью

алгоритмов проектирования не дает возможность просчитать большое

количество вариантов и, следовательно, окончательный вариант будет далеко

не оптимальным. Неформальный во многих случаях характер принятия,

особенно при проектировании структуры процесса, не позволяет автоматически

проектировать каждый вариант технологического процесса, поэтому требуется

вмешательство технолога для оперативного принятия решений.

В настоящее время используются следующие направления сокращения

вариантности проектируемых процессов:

 типизация технологических решений;

 изменение стратегии поиска;

 усиление режима диалога.

Типизация технологических решений применительно к условиям

предприятия позволяет резко сократить количество генерируемых вариантов за

счет использования лишь вариантов наиболее вероятных и прогрессивных для

данного предприятия. Чем выше типизация решений, тем легче генерацию

решений заменять на выбор решений и, следовательно, повышать

быстродействие системы проектирования.

При использовании метода случайного поиска обычно применяется

стратегия поиска, которую можно назвать "сначала вглубь, а затем вширь".

Для этой стратегии характерно то, что каждый вариант рассчитывается до

конца (движение вглубь) независимо от того, будет он использоваться в

будущем. Лишь после этого осуществляется переход к варианту (движение

вширь). Ниже показано дерево решений.

При использовании метода случайного поиска принятие решения на каком

либо уровне ( выбор вершины на j-ом уровне дерева решений) выполняется

случайным образом. Следовательно и вариант Т

получается случайным

образом.

Другой стратегией является стратегия "сначала вширь, а затем вглубь".

При этой стратегии на каждом уровне дерева решения выполняется оценка

полученных решений, выбор лучшего решения и переход на следующий

нижний уровень.. Сложность применения этой методики заключается в том, что

обычно невозможна точная оценка полученных на j-ом уровне решений.

Используя приближенные и укрупненные оценки можно выбрать не одно

решение, а несколько. На следующем уровне происходит уточнение

отобранных решений с последующей уже более точной оценкой. Варианты

решения не отвечающие. оценочным критериям отбрасываются. Таким

образом, осуществляется направленный поиск варианта и первый найденный

вариант должен быть близок к оптимальному. Однако из-за приближенных

оценок, область оптимизации расплывается, и в нее попадают несколько

вариантов технологических процессов, имеющих наилучшие оценки.

Если система оценок на каком-либо уровне слабо формализована, то

необходимо вмешательство технолога в процесс автоматизированного

проектирования, что дает возможность осуществления направленного поиска

оптимального варианта, учитывающего, кроме того оперативную обстановку на

предприятии. При этом, однако, в процесс проектирования вносится

субъективный фактор.

Использование указанных направлений позволяет сократить количество

проектируемых вариантов при экономически оправданных затратах на

проведение расчетов с помощью ЭВМ.

Необходимо обратить внимание на то, что главным в проблеме

оптимизации технологических процессов является структурная оптимизация

как наиболее сильно влияющая на критерий оптимизации С(Т). Варьирование

структурой процесса может в несколько раз изменить себестоимость ТП.

Параметрическая оптимизация носит подчиненный характер и ее влияние на

себестоимость ТП не превышает 10 - 20 %.

Уровни автоматизации

1.11. Уровни автоматизации

Современные САПР являются сложными системами, принципиальными

особенностями которых является необходимость их адаптации к условиям

предприятий, на которых они внедряются. Адаптация к условиям предприятий

заключается в следующем:

 Формирование базы данных для технологического оснащения;

 Формирование базы данных для заготовок, припусков и режимов

резания;

 Формирование базы данных для типовых и групповых технологических

процессов;

 Формирование базы знаний для фиксации особенностей

технологических процессов данного предприятия;

 Настройка САПР на те программные модули, которые будут

использоваться на данном предприятии.

 Настройка САПР на те технологические документы, которые

применяются на данном предприятии.

Объем информации о технологическом оснащении, заготовках, припусках

весьма велик. Формирование баз данных и знаний является весьма трудоемким

процессом, который может затянуться на многие месяцы и отодвинуть

внедрение САПР на предприятии. Поэтому при внедрении САПР

целесообразно ориентироваться на концепцию последовательной

автоматизации.

Концепция последовательной автоматизации заключается в

следующем:

 Внедрение на первых этапах САПР с низким уровнем автоматизации;

 Формирование баз данных параллельно с эксплуатацией САПР;

 Настройка на технологические особенности предприятия так же вести

параллельно с эксплуатацией САПР.

Будем различать три уровня автоматизации, как показано в

нижеприведенной таблице:

Уро

вень

Назначение

Пер

вый

Автоматизация оформления технологической

документации ( маршрутные, операционные карты

и другие документы).

Вто

рой

Автоматизация поиска и расчетных задач.

Тре

тий

Автоматизация принятия сложных логических

решений

Первый уровень автоматизации - автоматизация низкого уровня, при

которой автоматизировано только оформление технологической документации

( маршрутные, операционные карты и другие документы). Бланк документа

выводится на экран монитора и технолог в режиме диалога заполняет этот

документ. На первых этапах внедрения параллельно с эксплуатацией САПР с

низким уровнем проектирования формируется база данных с технологическим

оснащением.

Второй уровень автоматизации - автоматизация среднего уровня, который

достигается, когда базы данных частично сформированы и начинают работать

поисковые и расчетные модули. Чем больше заполнена база данных, тем

эффективнее начинает работать САПР. Работа поисковых модулей основана на

использовании информационно-поисковой системы (ИПС), при этом условие

поиска технолог вводит в режиме диалога. Условия поиска, которые являются

стабильными, хранятся в базе знаний.

Расчетные модули, например модули расчета припусков, расчета режимов

резания и норм времени, начинают работать, когда сформированы базы данных

с нормативно-справочной информацией.

Третий уровень автоматизации - автоматизация высокого уровня, который

достигается, при заполнении базы знаний. В этом случае становится

возможным автоматизированное принятие сложных логических решений,

связанных, например, с выбором структуры процесса и операций, назначением

технологических баз и другие подобные задачи. Процесс принятия таких

решений полностью автоматизировать не удается, поэтому режим диалога

остается и на третьем уровне автоматизации.

Процесс проектирования в САПР ТП представляет собой сложный процесс

переработки конструкторской информации, заданной в чертеже детали, в

технологическую информацию, которая затем фиксируется в технологической

документации.

Чертеж детали не обязательно хранится на твердой копии (бумаге). Если

на предприятии функционирует конструкторский САПР, то чертеж детали

может храниться в электронном архиве.

Соотношение вводимой технологической и конструкторской информации

зависит от уровня автоматизации.

При низком уровне автоматизации, когда технолог заполняет бланк

технологической карты на экране монитора, он сам проектирует

технологический процесс, т. е. сам выполняет переработку конструкторской

информации в технологическую и заносит технологическую информацию в

технологическую карту. Объем вводимой конструкторской информации

незначителен.

На среднем уровне автоматизации проектирования объем .вводимой

конструкторской информации резко увеличивается. Например, для поиска

технологического оснащения необходимо иметь информацию о

конструктивных элементах детали. Поэтому на этом уровне автоматизации

проектирования ТП осуществляется кодирование чертежа детали и

формирование параметрической модели детали (ПМД)

. Расчетные задачи так

же требуют информацию и детали и операционных заготовках. Объем

вводимой технологической информации на этом уровне уменьшается, так как

часть конструкторской информации перерабатывается в технологическую.

На высоком уровне автоматизации для проектирования ТП требуется еще

более подробная информация о детали, т. е. нужно вводить параметрическую

модель детали с наибольшей степенью детализации, в тоже время объем

вводимой технологической информации на этом уровне еще больше

уменьшается.

Кодирование чертежа детали и создание параметрической модели с

высоким уровнем детализации описания детали является достаточно

трудоемким процессом, снижающим эффективность САПР ТП. Коренное

решение задачи получения параметрической модели детали заключается в

интеграции конструкторской и технологической САПР. Интеграция

заключается в создании конвертора, преобразующего графическую модель

(ГМ) детали в параметрическую, как показано ниже:

Если автоматизированное конструирование изделия на предприятии не

ведется, то графическая модель детали ( в формате CAD - системы или в виде

нейтрального формата передачи данных IGES или STEP ) выбирается из

электронного архива данных.

ВЫВОД

Использование концепции последовательной автоматизации

позволяет:

 осуществить быстрое внедрение САПР ТП в

технологическую подготовку производства на

предприятии;

 выполнять параллельно адаптацию САПР ТП к условиям

предприятия путем формирования баз данных и знаний;

 последовательно повышать уровень автоматизации

проектирования технологических процессов;

 по мере повышения уровня автоматизации уменьшать

трудоемкость создания параметрической модели путем

интеграции с САПР конструирования изделий.

. Хранение результатов проектирования

1.12. Хранение результатов проектирования

Результирующие данные . В качестве основной выходной

(результирующей) информации могут выступать:

o Маршрутная карта (МК);

o Маршрутно-операционная карта (МОК);

o Карты с операционными эскизами.