Компьютеризация инженерной деятельности

Оглавление:

Введение

Проектирование оборудования включает в себя создание любых деталей машин, инструментов, механизмов, агрегатов. Это различные станки, машины и оборудование промышленных предприятий. Продукция современного машиностроения характеризуется повышенными требованиями к качеству и точности изготовления.

Любой продукт, который необходимо изготовить (произвести), называется предметом производства. В компании обычно различают основное и вспомогательное производство. В первичном производстве изготавливаются изделия, которые составляют продукцию завода, например, станки. Вспомогательное производство выпускает продукцию, которая необходима для производства основной продукции предприятия (оснастка, инструменты, пресс-формы и т.д.). Вся продукция, как основная, так и вспомогательная, является объектом производства.

Продукция промышленного машиностроения и этапы ее формирования

Процесс создания каждого нового продукта основного производства включает ряд последовательных стадий.

Перспективный дизайн. На этом этапе проводится анализ рыночного спроса на данный продукт, изучаются конкурирующие аналоги, оцениваются временные и финансовые затраты на начало производства продукта, планируется серийное количество (годовой объем производства) продукта и определяются его основные технические характеристики, оценивается возможная прибыль предприятия.

Результаты обоснования необходимости производства нового продукта оформляются в виде технического задания на разработку дизайна продукта. Техническое задание регламентирует состав, структуру и технические характеристики продукта. Отдельный раздел «Технико-экономическое обоснование» посвящен экономическим вопросам.

В разработке поиска принимают участие ведущие специалисты компании — сотрудники отдела маркетинга, технологи, экономисты. Также могут быть привлечены отдельные специалисты или группы специалистов из других компаний.

Дизайн. На этом этапе осуществляется детальное построение дизайна изделия. Структура, состав и геометрические параметры изделия должны соответствовать техническим требованиям и обеспечивать необходимые эксплуатационные характеристики изделия. Важно спроектировать продукт таким образом, чтобы его можно было изготовить самым простым способом и с минимальными затратами (конечно, не в ущерб качеству). Если это требование соблюдено, то говорят, что продукт изготовлен технологически.

Результаты процесса проектирования представляются в виде проектной документации. Сюда входят деталировочные и сборочные чертежи, спецификации и другие документы. Чертежи выполняются в соответствии с существующими стандартами (в России используется стандарт USCD, на Западе обычно применяются стандарты ISO и ANSI).

В настоящее время конструкторская документация может включать компьютерные модели деталей и узлов изделия.

Технологическая подготовка к производству. На этом этапе целью является обеспечение технологической готовности компании к производству данного продукта, при этом соблюдая требования к качеству, срокам и объему производства, а также учитывая планируемые затраты.

Технологическая подготовка производства (ТПП) включает:

Обеспечение технологичности продукции (включая технологичность конструкции изделия и технологичность результатов работы при его изготовлении, эксплуатации и ремонте);
разработка и внедрение технологических процессов (механическая обработка, сборка, штамповка, литье, термообработка и т.д.) для изготовления деталей и компонентов изделий;
Проектирование и конструирование необходимого нестандартного оборудования и средств технологической оснастки (приспособлений, пресс-форм, штампов, специального режущего и измерительного инструмента);
Управление процессами ТЭС.

Создание прототипа. На этом этапе качество принятых конструкторских и технологических решений проверяется путем испытания прототипа изделия. По результатам испытаний могут быть внесены изменения как в конструкторскую документацию (т.е. в конструкцию изделия), так и в разработанные технологические процессы.

Производственный мастеринг. На этом этапе компания должна достичь запланированных объемов выпуска продукции, стабилизировать качество продукции и достичь заданной трудоемкости на всех этапах производства. Здесь может потребоваться освоение дополнительных производственных мощностей, совершенствование технологических процессов, повышение численности и квалификации персонала.

Этапы разработки нового продукта являются элементами жизненного цикла продукта (ЖЦП), который включает все этапы жизни продукта — от исследования рынка до проектирования до утилизации продукта после использования.

Функции и проблемы технологической подготовки производства

Обеспечение технологичности конструкции изделия. Эту задачу должны решать специалисты служб ТЭС в тесном контакте с дизайнерами продукции. В результате необходимо максимально упростить процессы изготовления деталей изделия и процессы его сборки. При доработке конструкции необходимо представить, какие инструменты нужны для изготовления той или иной детали, и постараться упростить оснастку, внеся допустимые изменения в конструкцию.

Разумеется, упрощение конструкции не должно приводить к ухудшению качества продукции или ее эксплуатационных характеристик. Поэтому во многих случаях обеспечение технологичности является сложной творческой задачей, требующей оптимального учета многих технических и экономических факторов.

Унификация и стандартизация также способствуют технологичности продукции. Они позволяют заимствовать или покупать готовые детали и узлы продукта.

Проектирование технологических процессов. Современное производство использует широкий спектр технологий для изготовления деталей изделий. Это как традиционные технологии (обработка материалов резанием, штамповкой, ковкой, прокаткой и т.д.), так и ряд новых технологий (лазерная и плазменная резка, высокоскоростное фрезерование, электроэрозионная обработка и т.д.).

Применение той или иной технологии в каждом конкретном случае должно быть представлено в виде технологического процесса (ТП). Стандарт ГОСТ 3.1201-85 устанавливает классификацию ТП по виду исполнения — механическая обработка (резание), обработка давлением, литье металлов и сплавов, сварка, сборка и др. Технологический процесс определяет последовательность операций, выполняемых при обработке или сборке, вид выбранной заготовки или материала, применяемое оборудование и инструмент, технологические режимы (для обработки резанием это скорость подачи, частота вращения шпинделя и величина снимаемого припуска; для литья — температурный режим, время выдержки и т.д.). Сборочные TP описывают последовательность операций при сборке двух механических узлов изделия.

В случае неавтоматизированной подготовки производства, технологические процессы разрабатываются непосредственно в виде комплектов технологической документации. При использовании автоматизированных систем ТЭС созданные описания технологических процессов хранятся в компьютерной базе данных, а соответствующая документация является лишь отображением внутреннего представления ТП на внешнюю сферу. ТП, хранящиеся в базе данных, являются основным источником информации для решения задач автоматизированного управления технологической подготовкой производства. В этом случае разработка ТП осуществляется с помощью специальных систем автоматизированного проектирования ТП (САПР ТП).

Проектирование и производство технологического оборудования (ТИ). При отсутствии автоматизации одним из основных факторов, ограничивающих производительность ТП, являются длительные сроки проектирования и изготовления технологического оборудования. Это особенно актуально для сложных формообразующих инструментов и приспособлений.

Еще одной важной задачей ТЭС является управление процессами ТЭС. Автоматизация управления процессами ТЭС обеспечивает эффективное комплексное решение всех задач по подготовке производства.

Принципы разработки АСТПП

В нашей стране АСТПП была запущена еще в 60-х годах двадцатого века. Большая роль в разработке теоретических основ построения АСТПП и в достижении практических результатов принадлежит нашим ученым: С.П. Митрофанову, В.И. Аверченкову, Г.К. Горанскому, Н.М. Капустину, Д.Д. Куликову, В.В. Павлову, Б.С. Падуну, В.Д. Цветкову и многим другим. Однако компьютерная база, на которой была построена ASTP до начала 1990-х годов, сильно отличалась от персональных компьютеров и рабочих станций, которыми мы привыкли пользоваться сегодня. Это были большие (по размерам) электронные компьютеры, занимавшие целые залы, с очень низкой по сегодняшним меркам мощностью, небольшими объемами оперативной памяти и внешнего хранилища, практически без возможности работы в интерактивном графическом режиме и т.д.

С появлением широко распространенных персональных компьютеров и рабочих станций стало возможным: предоставлять каждому пользователю индивидуальное автоматизированное рабочее место; организовывать компьютерные сети, работать в интерактивном графическом режиме, обмениваться электронными данными, организовывать единые централизованные и распределенные базы данных; решать задачи, требующие больших вычислительных ресурсов. Все эти возможности существенно повлияли на методы создания АСТП, но, тем не менее, многие основные принципы построения АСТП не потеряли своей значимости. К ним относятся следующие принципы:

Принцип единства системы. Элементы АСТПП должны быть разработаны как части единого целого, при этом функции элементов подчинены общей цели. Кроме того, АСТПП должна быть интегрирована с автоматизированной системой управления производством (APMS).

Принцип разложения. АСТПП должна быть разложена на компоненты (подсистемы) в соответствии с наиболее слабыми организационными и информационными связями. Правильная декомпозиция снижает сложность системы и облегчает условия ее функционирования.

Принцип модульности. Все компоненты АСТПП должны быть логически независимыми модулями, которые могут использоваться как в автономном, так и в интегрированном режиме.

Совместимость. Все компоненты АСТПП должны обеспечивать их совместное функционирование. Для этого необходима их организационная, информационная и программная совместимость.

Принцип открытости. На этапе создания АТСПП невозможно учесть все нюансы и перспективы дальнейшего развития производства. Поэтому АСТПП должна быть открыта для модернизации и включения новых решений.

Принцип стандартизации. АСТПП должна использовать максимальное количество стандартизированных, типовых и стандартных решений. Это снижает стоимость строительства АСТПП и повышает надежность ее работы.

Принцип эргономики. Поскольку АСТПП является человеко-машинной системой, она должна облегчать работу пользователей (правильное разделение функций, удобство и простота интерфейсов, учет психологических факторов и т.д.).

Функции АСТПП. При эксплуатации АСТПП используются последние достижения науки и техники в области методов и средств технологической подготовки производства, а также в области организации производства. Необходимо различать целевые и внутренние функции АСТПП. Целевые функции соответствуют задачам, для которых создается АСТПП , а собственные функции — это задачи, которые должны быть решены в АСТПП для обеспечения целевых функций.

В своей работе АСТПП хранит и обрабатывает информацию о продукте на протяжении всего его жизненного цикла, а также управляет этой информацией. Типы информации, используемые в АСТПП , включают:

информация о деталях и узлах изделия;
информация о технологических процессах, используемых для производства продукта;
информация об используемом технологическом оборудовании;
справочная и нормативная информация;
проектная и бухгалтерская информация.

Все эти типы информации организованы в единую структурированную информационную модель, которая доступна всем специалистам CCИ для работы. Другими словами, организуется единое информационное пространство CCИ, которое позволяет:

получать и хранить дизайн продукта в электронном виде;
для эффективного отслеживания текущего состояния ТЭС продукта;
организовать быстрое авторизованное рассмотрение всех моделей и документов;
для обеспечения быстрого обмена информацией между пользователями АСТПП;
для обеспечения согласованности информации во всех подсистемах АСТПП;
Сохранение открытости АСТПП, легкая адаптация к изменяющимся условиям производства;
позволяют обмениваться информацией с автоматической системой управления производством (АСУП).

В этом случае проектная информация автоматически попадает в информационное пространство и доступна всем пользователям АСТПП в соответствии с их правами доступа.

Основные системы для автоматизации проектирования включают системы классов CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) и CAE (Computer Aided Engineering), а основные системы для автоматизации TPM включают системы класса PDM (Product Data Management).

Основные системы автоматизации проектирования и управления в ТПП

В буквальном переводе термин CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) означает автоматизированное проектирование и производство. Так что же именно скрывается за терминами «проектирование» и «производство»?

Под автоматизированным проектированием обычно понимается разработка дизайна изделия на основе трехмерного геометрического моделирования деталей и узлов с последующей автоматической генерацией комплекта чертежей. Система, выполняющая автоматизированное проектирование, называется системой CAD.

Если система САПР решает только задачу автоматизации получения комплекта чертежей и проектной документации в процессе проектирования, то она относится к классу 2D (т.е. «плоских») систем. Система САПР, выполняющая проектирование на основе трехмерных моделей, относится к классу трехмерных (объемных) систем. Когда мы говорим о системах CAD в дальнейшем, мы имеем в виду 3D-системы.

Автоматизированное производство — это автоматизированное создание управляющих программ для изготовления деталей изделия на оборудовании с ЧПУ на основе существующей геометрической модели изделия. Система, которая решает эту проблему, называется CAM-системой. Некоторые CAM-системы имеют ограниченные возможности моделирования, но обычно модели деталей, на основе которых строится процесс обработки, «получают» из CAD-системы через согласованные интерфейсы.

Система CAD/CAM — это система, которая обеспечивает комплексное решение проблем разработки дизайна изделия и формирования управляющих программ для обработки деталей на станках с ЧПУ. Объединение этих достаточно разных классов задач в границах одной системы обусловлено тем, что их решение основано на использовании единой трехмерной геометрической модели изделия. Общность модели позволяет избежать всех проблем, связанных с переносом данных из одной системы в другую, и обеспечивает комплексное решение проблем проектирования.

Построение пространственно-геометрической модели проектируемого изделия является центральной задачей автоматизированного проектирования. Эта модель используется в CAD/CAM системе для дальнейшего решения задач формирования чертежно-конструкторской документации, проектирования технологической оснастки, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. Более того, эта модель переносится в CAE-системы и используется там для инженерных исследований. С компьютера

Модель, физический образец продукта может быть создан с помощью методов и инструментов быстрого прототипирования.

Мышление дизайнера, использующего 3D-моделирование, отличается от мышления дизайнера, который работает только с чертежами. Эти различия заключаются в следующем.

мысленные «образы чертежей» заменяются «образами моделей», что освобождает пространственное мышление и позволяет быстрее принимать решения.
свобода создавать сложные геометрические формы и понимать, что эти формы можно легко «сделать в металле» с помощью интегрированных технологий, стимулирует творчество и повышает интерес к работе.
при проектировании ранее созданной модели аналогичного продукта (аналогии продуктов) дизайнер иногда может сократить общее время на проект в десятки раз. Этот фактор облегчает упорядочивание информации о готовых проектах и приводит к большей систематизации мышления.

Важно также отметить, что при 3D-проекции количество ошибок в проекте резко уменьшается. Это происходит по следующим причинам:

Дизайнер может визуально увидеть результат своей работы в процессе проектирования;
Виды чертежей автоматически создаются на основе модели. Таким образом, исключаются ситуации, когда информация в одном представлении не соответствует другому;
При проектировании сборок можно проверить собираемость и обнаружить ошибки на уровне модели.

Созданная дизайнером геометрическая модель хранится в виде математического описания в памяти компьютера и отображается на экране в виде пространственного объекта. Объект может быть отображен в различных представлениях: Wireframe, с удалением невидимых линий, полупрозрачный и растровый.

Различают поверхностное (каркасно-поверхностное), твердотельное и гибридное моделирование.

При моделировании поверхности сначала строится каркас — пространственная структура, состоящая из отрезков линий, дуг и сплайнов. Каркас имеет вспомогательную функцию и служит основой для последующего построения поверхностей, которые «натягиваются» на элементы каркаса.

В зависимости от метода построения различают следующие типы поверхностей: линейчатые, вращательные, кинематические, гантелеобразные, через продольные и поперечные сечения; поверхности для «затягивания окон» между тремя и более смежными поверхностями; NURBS поверхности, определяемые заданием контрольных точек продольных и поперечных сечений; плоскостные поверхности.

Хотя поверхности определяют границы твердого тела, термин «твердое тело» не существует в режиме поверхностного моделирования, даже если поверхности ограничивают замкнутый объем. Это самое важное различие между поверхностным и твердотельным моделированием.

Еще одно отличие заключается в том, что элементы модели «рамка-поверхность» никак не связаны друг с другом. Если вы измените один из элементов, остальные не будут автоматически изменены. Это дает большую свободу в моделировании, но в то же время значительно усложняет работу с моделью.

Твердотельное моделирование имеет в своей основе идеологию, которая сильно отличается от идеологии моделирования поверхности лесов. Твердотельная модель — это целостный объект, занимающий замкнутую часть пространства. Всегда можно точно сказать, находится ли точка внутри твердого тела, на его поверхности или вне его. При изменении любого элемента в модели изменяются все остальные элементы, связанные с ним. Это изменяет форму массива, но сохраняет его целостность.

Элементами, из которых строится массив, могут быть: растягивающие элементы (получаемые при растяжении плоского контура перпендикулярно его плоскости); вращающие элементы (получаемые при вращении плоского контура вокруг заданной оси); фаски; кривые; оболочки; ребра жесткости и т.д. Твердый объект строится путем последовательного «сложения» или «вычитания» элементов. Например, если элемент расширения «добавляется» к существующей твердотельной модели, этот элемент образует выступ на модели; если элемент «вычитается», на модели образуется углубление. Когда несколько твердых объектов доступны одновременно в проектах, булевы операции объединения, вычитания и пересечения могут быть выполнены для любых двух твердых объектов, которые пересекаются в пространстве.

Твердотельное моделирование включает возможность задания параметрических связей между элементами твердого тела или нескольких твердых тел. В этом случае изменение одного из параметров (например, длины элемента) приводит к соответствующей перестановке всех параметрически связанных элементов. Такое моделирование, называемое параметрическим моделированием, обеспечивает дополнительные удобства для проектировщика. Например, можно установить параметрические связи между элементами твердотельной сборки и таким образом автоматизировать управление сборкой изделия.

Гибридное моделирование позволяет одновременно работать с твердыми объектами и поверхностями. Используйте поверхности, чтобы «отрезать» часть твердого тела, превратить объем, заключенный в поверхность, в твердое тело и так далее. Гибридное моделирование позволяет объединить все преимущества твердотельного моделирования с возможностью построения объектов любой сложной геометрической формы.

Наличие общей базы данных о продукции позволяет организовать процесс параллельного проектирования, когда каждый специалист использует данные о продукции для решения собственных задач. Даже в тех случаях, когда последующий конструктор использует результаты работы предыдущего, использование параллельного проектирования позволяет значительно сократить общее время ТЭС.

Заключение

Важной задачей, решаемой SmarTeam, является организация электронных архивов. Электронный архив — это не просто набор отсканированных документов или CAD-файлов, созданных дизайнерами. Для каждого документа проекта в электронном архиве хранится соответствующая информация, описывающая все действия, производимые с документом на протяжении всего его жизненного цикла (изменение, дублирование, выдача по требованию и т.д.).

SmarTeam позволяет руководителям отделов работать вместе со своими специалистами в единой информационной среде. Для этого существуют специальные функции, такие как RedLining («красный карандаш» можно использовать для внесения комментариев при просмотре результатов работы своих подчиненных); инструменты WorkFlow — с их помощью менеджеры могут контролировать и управлять потоком производственных задач. Кроме того, менеджеры имеют все возможности для поиска и просмотра информации по проекту. Быстрые ответы на вопросы «Какие документы должны быть завершены к указанной дате?», «Какие документы должны быть завершены к указанной дате, но не были завершены?», «Где находится этот документ?» и т.д. позволяют своевременно и правильно планировать работу и принимать решения по управлению отделом.

Общая база данных и инструменты, которые создает SmarTeam, позволяют организовать работу технологов, дизайнеров и других специалистов компании в едином информационном пространстве. Это позволяет, в частности, конструкторам, машиностроителям, тарифным калькуляторам и другим специалистам перенимать и использовать информацию об операциях, необходимых инструментах, приспособлениях и т.д., которую раньше вводили технологи (при проектировании технологических процессов).

Результатом работы с PDM-системой является скоординированное взаимодействие конструкторских бюро, технологических отделов, службы технической документации (TDS) и других подразделений компании.

Список литературы

Аверченков В.И., Кашталин И.А., Пархутин А.П. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. Минск: Высшая школа, 1993 — 288 с.
Зильбербург Л.И., Марджановский СМ., Молочник В.И., Яблочников Е.И. Cimatron it — компьютерное проектирование и производство. / Под общ. ред. Марджановского. Санкт-Петербург: ЦСК «Мир», 1998 — 166 с.
Марка Д., Макгоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования: Перевод с английского — М.: Метатехнология, 1993 — 240 с.
Митрофанов С.П., Куликов Д.Д., Миляев О.Н., Падун Б.С. Технологическая подготовка гибких производственных систем / Под ред. С.П. Митрофанова. Митрофанов. Л.: Машиностроение, 1987 — 352 с.
Молочник В.И. Cimatron E — обработка с ЧПУ в комплексе задач предприятия. // САПР и графический дизайн, № 10, 2001, с. 52-55.
Пелипенко А.Б., Яблочников Е.И. Современные тенденции в развитии CAD/CAM технологий: ориентация на процесс // САПР и графика, №9, 2001, с. 82-85.
Солдаткин А.Н. Программа MSCSuperForge как один из элементов виртуального производства и системы управления качеством. // САПР и графический дизайн, № 7, 2000, с. 49-53.
Энгельке В.Д. Как интегрировать САПР и ASTPP: Управление и технология /Перевод с английского; Под редакцией Д.А. Корягина.- М.: Машиностроение, 1990 — 320 с.
Яблочников Е.И. Организация единого информационного пространства для технической подготовки производства с PDM SmarTeam // Информационные технологии в проектировании и производстве, № 3, 2001, с. 22-29.

На странице рефераты по философии вы найдете много готовых тем для рефератов по предмету «Философия».

Здесь темы курсовых работ по философии

Читайте дополнительные лекции: