Автоматизация деятельности конструктора технологической оснастки

Анатолий Рыбаков, Сергей Евдокимов, Андрей Краснов, Николай Никонов, Денис Сабанин

Исходные данные для построения САПИР по проектированию технологической оснастки с использованием стандартов предприятия

Назначение САПИР/СтП

Создание САПИР/СтП

Использование САПИР/СтП

Использование САПИР/СтП экспертом

Эффект от применения САПИР/СтП

Что нужно сделать для переноса знаний из традиционных стандартов предприятия (СтП) в компьютерную форму и как при этом изменится работа конструктора? Ответам на эти вопросы, собственно, и посвящена настоящая статья. В качестве примера переноса знаний в компьютерную среду мы используем СтП по проектированию пресс-форм для литья пластмасс под давлением. Компьютерную среду для проектирования технологической оснастки на основе стандартов предприятия определим как систему автоматизированной поддержки информационных решений (САПИР/СтП).

Исходные данные для построения САПИР по проектированию технологической оснастки с использованием стандартов предприятия

Варианты возможных типизированных решений по всей номенклатуре изделия на практике оформляются в виде альбома параметризированного ряда компонентов, из которого может быть набрано конкретное исполнение изделия. Этот альбом обычно оформляется как стандарт предприятия, включающий набор типовых деталей (список объектов) для решения часто повторяемой конструкторской разработки на уровне блочно-модульного проектирования. Список всех деталей, включенных в СтП, перечислен в оглавлении и образует обзорный каталог по СтП. В нем каждая деталь имеет уникальный шифр, наименование, слайд и ссылку на страницу, где находится детальная информация о ней.

Кроме сведений, присутствующих в оглавлении, описание каждой детали в СтП содержит следующую информацию (рис. 1):

1.  Параметрический прототип чертежа детали. Отличие параметрического прототипа от конкретного чертежа детали состоит в следующем:
   • в качестве размеров на нем обычно указываются символьные обозначения, используемые как имена параметров;
   • графический прототип обычно не соответствует физическим размерам конкретной детали, в нем закреплены только наиболее существенные (обычно размерные) взаимосвязи между основными составляющими детали;
   • область действия имен параметров ограничена чертежом детали.
2. Таблица допустимых значений параметров, имена которых обычно представлены на прототипе чертежа. Отдельная строка таблицы содержит допустимые значения параметров и соответствует конкретному исполнению детали, полученному из параметрического прототипа.
3.  Текст, содержащий дополнительные условия на изготовление (при необходимости выводится на итоговый чертеж). Иногда этот текст присутствует явно на прототипе чертежа, иногда располагается в разделе, относящемся к детали из СтП.
4.  Условия применения детали в сборочной единице.

Совокупности приведенной информации обычно достаточно для выполнения сборки в целом и для получения отдельных чертежей.

Обобщенный алгоритм деятельности конструктора с использованием СтП можно представить следующим образом:

1.  Работа с оглавлением СтП (обзорным каталогом).
2. Выбор детали из обзорного каталога одним из следующих способов:
   • последовательным перебором всех возможных вариантов;
   • по шифру;
   • по контексту (наименованию детали);
   • по правилам выбора (конструкторско-технологическим требованиям или условиям);
   • по слайду.
3.  Работа с каталогом деталей.
4.  Описание отдельных деталей:
   • параметрический прототип чертежа;
   • таблица значений с исполнением детали;
   • текст условий на изготовление;
   • рекомендации по применению детали.
5.  Доведение детали из каталога до готового чертежа.
6.  Формирование чертежа детали:
   • параметризация прототипа чертежа в соответствии с выбранным исполнением;
   • простановка конкретных размеров;
   • редактирование размерных надписей;
   • формирование на чертеже текста с условиями на изготовление;
   • заполнение основной надписи на форматках чертежей;
   • масштабирование чертежа.
7.  Формирование строки спецификаций:
   • «шифр» и «исполнение»;
   • «наименование детали»;
   • количество единиц.
8.  Формирование сборочных единиц из деталей каталога.
9.  Формирование сборочной единицы из оригинальных и типовых деталей:
   • сценарий проектирования изделия;
   • увязка размеров между отдельными деталями в сборочной единице;
   • формирование дополнительных сечений (при необходимости);
   • формирование видов деталей из каталога для сборки;
   • формирование сборки;
   • проектирование оригинальных деталей.
10. Формирование спецификаций на сборочную единицу:
    • позиции «шифр» и «исполнение»;
    • позиция «наименование детали»;
    • количество единиц в сборке.

Из приведенного описания видно, что все построение СтП и работа с ним ориентированы на человека, то есть знания, накопленные в СтП, носят пассивный характер. Такие СтП накапливались в течение многих лет, согласованы со всеми службами и обычно охватывают многие основные виды деятельности машиностроительного предприятия.

Назначение САПИР/СтП

САПИР/СтП предназначена для использования при работе с нормативно-справочными сведениями в условиях программно-технической среды Wintel. Нормативно-справочные сведения могут быть представлены в одной из следующих форм: табличные зависимости и примечания к ним, блоки принятия решений, иллюстративный материал, параметризованные чертежи и т.д. Заметим, что зависимости в виде графиков и номограмм достаточно просто могут быть сведены к табличным зависимостям.

САПИР/СтП предназначена для следующих целей:

• сконцентрировать накопленный опыт предшествующих разработок с целью его повсеместного использования и тиражирования в компьютерной форме;
• способствовать большей систематичности и целенаправленности процесса конструирования;
• существенно сократить время проектирования за счет использования рациональных решений при блочно-модульном проектировании;
• дать возможность инженеру, используя накопленные знания, просматривать на компьютере все возможные варианты технических решений;
• отбирать принимаемые варианты при введении критериев отбора и оптимизировать их;
• фиксировать в принятой форме отобранные решения.

САПИР/СтП поддерживает на ЭВМ модель понятийных знаний, сложившуюся в машиностроении, набор таблиц с нормативно-справочными данными, применяемыми на предприятии, набор блоков принятия решений, содержащих типовые и проверочные расчеты, и набор графических образов как в двухмерной, так и в трехмерной форме.

Работы с САПИР/СтП условно можно разделить на два этапа: создание САПИР/СтП и использование САПИР/СтП.

Создание САПИР/СтП

На этом этапе основная работа направлена на создание понятийной модели, формирование структуры и наполнение базы данных и знаний нормативно-справочной информацией в машиночитаемом и обрабатываемом виде на ПЭВМ, с разработкой графических прототипов и слайдов.

САПИР/СтП обеспечивает совместно с компонентами ИКС, ИнИС и T-FLEX CAD создание, изменение и поддержку в актуальном состоянии нормативно-справочной и графической информации по машиностроению.

При разработке базы знаний применяются CASE-средства, взаимосвязь которых в ходе жизненного цикла создания и эксплуатации САПИР/СтП приведена на рис. 2.

САПИР/СтП работает под управлением системной оболочки ИнИС и рассматривается как ее функциональное наполнение. При создании САПИР/СтП нужно:

• создать словарь понятий, в котором описываются атрибуты (параметры, результаты), используемые конструктором при проектировании (рис. 3);
• создать описание (список) таблиц (рис. 4);
• создать вычислительные модели, реализующие основные типы инженерных расчетов;
• определить процедуру отбора из таблицы;
• описать конфигурацию подключаемого изделия;
• указать пути настройки на проектируемое изделие в файловой системе;
• составить графические прототипы деталей.

Собственно вычислительные мощности ПЭВМ используются при поддержке действий пользователя по формированию исходных данных в диалоге, по выбору допустимых значений из таблиц, по проведению тех или иных инженерных расчетов, параметризации деталировочных и сборочных чертежей, выдаче конструкторской документации и сохранению промежуточных и конечных результатов для дальнейшего использования. Сценарий проектирования пресс-форм для литья пластмасс под давлением в среде САПИР показан на рис. 5. В скобках указаны буквенные аббревиатуры, кодирующие соответствующие действия конструктора в ходе процесса проектирования.

На рис. 6 представлена взаимосвязь всех этих понятий в рамках САПИР/СтП.

Использование САПИР/СтП

Использование САПИР/СтП конструктором

Использование САПИР/СтП подразумевает:

• наличие у конструктора хотя бы минимальных навыков по работе с Windows (на уровне умения осуществить выбор из меню, запустить программы, работать с текстовым редактором и т.п.);
• умение конструктора выбирать параметризованный графический образ и проводить необходимые действия с графической информацией в среде T-FLEX CAD;
• умение конструктора выбирать значения из нормативно-справочных данных, представленных в табличной форме;
• сохранение по требованию конструктора выбранных значений на магнитном носителе с возможностью последующего обращения к ним.

Особенностью работы конструктора с нормативно-справочными таблицами САПИР/СтП является то, что конструктор может выбирать только допустимые значения, представленные отдельными атрибутами или строкой таблицы. Править и вносить изменения в нормативно-справочные таблицы САПИР/СтП разрешено только специально выделенным конструкторам КБ, которым присвоен статус эксперта (администратора) базы знаний.

Круг решаемых конструктором задач в среде САПИР/СтП (рис. 7):

1.  Ознакомление с понятийной моделью, включающей словарь понятий, каталог функциональных зависимостей и описание их структуры.
2. Выбор готового сценария проектирования или формирование нового сценария по требованию пользователя.
3.  Заполнение и редактирование полей в диалоге.
4.  Работа с таблицами в диалоге из программ:
   • найти строку, содержимое которой удовлетворяет указанным критериям отбора (ключам отбора);
   • найти множество строк, содержимое которых удовлетворяет указанным ключам;
   • сортировать содержимое таблицы по набору ключей.
5.  Работа с графическими образами.
6.  Инженерные расчеты.
7.  Анализ полученных результатов.
8.  Сохранение промежуточных и/или конечных результатов.
9.  Получение твердых копий.

САПИР/СтП является в первую очередь посредником конструктора при работе на ПЭВМ с нормативно-справочной информацией. Результатом работы с таблицами может быть:

• для законченного объекта: наименование выбранного объекта; массив данных, содержащих основные технические характеристики; условное обозначение объекта; при необходимости графический образ и т.д.;
• для фрагмента объекта: наименование выбранного фрагмента; массив данных, содержащих основные технические характеристики; при необходимости графический образ и т.д.

Поскольку число имеющихся у конструктора каталогов всегда ограниченно, а их содержание может и не подойти для конкретного случая, то будем различать процесс конструирования с использованием САПИР/СтП по следующим признакам:

• существует каталог решений для нашей задачи (выбор из архива готовых решений);
• существует каталог решений для другой задачи, однако сводящейся к тем же эффектам (работа по типовому сценарию операций (по модели, аналогу));
• существует каталог объектов с некоторым множеством решений (работа с библиотекой заготовок и не полностью определенным сценарием операций);
• существуют необходимые каталоги операций (требуется ручная доработка графических объектов);
• существуют необходимые каталоги операций (требуется формирование новых сценариев проектирования из существующих каталогов объектов).

Использование САПИР/СтП экспертом

Круг задач, решаемых экспертом в САПИР/СтП, расширен по сравнению с тем, который входит в сферу деятельности конструктора, и включает:

• расширение и модификацию понятийной модели ПрО;
• занесение и редактирование значений в таблицах с нормативно-справочной информацией;
• формирование новых прототипов параметрических графических образов и их «погружение» в библиотеку объектов;
• разработка, отладка и подключение оригинальных видов инженерных расчетов.

Эффект от применения САПИР/СтП

Целевое назначение САПИР/СтП заключается в создании базы данных, знаний и графических слайдов с нормативно-справочной информацией в машиночитаемом и обрабатываемом виде на ПЭВМ. Эффект от применения САПИР/СтП в КБ связан с сокращением:

1.  Трудоемкости конструирования деталей за счет:
   • автоматизации назначения технических требований посредством использования информации, содержащейся в базе знаний;
   • информационной поддержки проектирования с использованием информации, хранящейся в базе данных;
   • автоматизации оформления графической конструкторской документации;
   • автоматизации формирования исходных данных для проектирования технологических процессов и управляющих программ.
2. Длительности цикла проектирования-изготовления за счет внедрения методов сквозного конструкторско-технологического проектирования с автоматической или автоматизированной передачей данных из конструкторской САПР в технологическую (в нашем случае формируется набор управляющих программ для оборудования с ЧПУ, реализующих изготовление пресс-формы).
3.  Трудоемкости разработки автоматизированных систем за счет использования CASE-средств.
4.  Трудоемкости адаптации системы применительно к условиям эксплуатации на конкретном предприятии за счет использования баз данных и знаний, ориентированных на конечного пользователя-конструктора.
5.  Трудоемкости сопровождения системы за счет:
   • модульности на уровне проектных процедур и операций;
   • открытости в части дополнения проектных процедур, данных и графических прототипов;
   • простоты модернизации проектных операций и процедур, данных и знаний.

Применение САПИР/СтП на этапе эксплуатации обеспечивает повышение производительности труда конструктора и технолога и сокращает длительность цикла конструкторско-технологической подготовки производства до четырех раз.

Трудоемкость разработки программного обеспечения, адаптации и сопровождения системы за счет использования новой информационной технологии может быть сокращена практически в два раза.

«САПР и графика» 8'2002