Володимир Войтенко
Системи автоматизованого проектування технологічних процесів (САПР ТП) машинобудування ще не знайшли достатнього застосування. Перші варіанти систем повністю алгоритмічного типу, виконували проектування в «пакетному» режимі відступили при зміні технічного забезпечення і перехід на застосування ПК. Більшість сучасних САПР ТП є інтерактивними. У порівнянні з алгоритмічними вони дозволяють повніше використовувати широку багатоваріантність технології. Вибір варіанту реалізації відповідного фрагмента ТП проводиться при цьому в процесі діалогу. Часто вибором із запропонованого меню. Можлива багатоваріантність забезпечує високу «гнучкість» системи і значно збільшує час проектування. Тому інтерактивні системи значно поступаються алгоритмічним по продуктивності проектування.
Досвід викладання дисципліни «Системи автоматизованого проектування технологічних процесів машинобудування» підказує, що застосування в навчальному процесі «промислових систем» не задовольняє основним призначенням процесу освіти: розвитку інтелектуальних можливостей учнів. До того ж застосування таких систем мало сприяють вивченню основної дисципліни майбутніх технологів - «Технології машинобудування». У результаті для навчального процесу була прийнята концепція вивчення дисципліни САПР ТП за схемою: «Навчаючись - навчи ПЕОМ вирішувати фрагменти технологічних завдань». Цій меті сприяє програмний комплекс «Sapr_100_W» (ПК), який є також реальним засобом проектування процесів механічної обробки так і навчальним полігоном.
ПК може використовуватися як в умовах виробництва, так і в умовах навчальних закладів машинобудівного профілю. ПК включає: інтерактивно-алгоритмічну систему автоматизованого проектування технологічних процесів механічної обробки (САПР ТП «Sapr_2003»), а також програмні засоби розвитку САПР: «P_Eskiz_4» для прискореного програмування засобів графічного інтерфейсу і програмний засіб «P_Plan_5x5_13» для синтезу формул з таблиць.
Диалогово-алгоритмічна САПР ТП «Sapr_2003»
САПР ТП дозволяє проектувати в діалоговому режимі технологічні процеси обробки деталей довільної форми. Sapr_2003 також оснащена модулями, призначеними для алгоритмічного призначення маршрутів обробки типових поверхонь деталей машин. Одночасно також виконується технічне нормування спроектованих операцій.
Основні відмінності Sapr_2003 від існуючих систем:
використання графічного інтерфейсу при формуванні інформаційних моделей технологічних переходів;
наявність алгоритмічних модулів призначення маршруту (плану) обробки найбільш поширених типів поверхонь.
Наявність алгоритмічних модулів надає проектувальнику можливість отримання рекомендацій про доцільний варіанті плану (маршруту) обробки в залежності від кінцевих вимог до розмірним і якісними параметрами необхідної поверхні. План обробки деталізується до міжопераційних розмірів з призначенням також вимог точності до них, а також до шорсткості поверхні.
При призначенні режимів обробки застосовуються багатофакторні математичні моделі, орієнтовані на призначення елементів режимів різання (включаючи і подачі) в залежності від значень безлічі параметрів реальних умов обробки.
При проектуванні технологічного процесу (ТП) розподіл функцій між технологом і ЕОМ (технічне та програмне забезпечення) передбачає призначення структури ТП (набору і послідовності технологічних операцій) безпосередньо самим технологом. Засоби автоматизації проектування при цьому забезпечують проектувальника необхідною довідковою інформацією та ініціюють діалогові процедури формування інформаційних моделей елементів технологічних систем і самого технологічного процесу. У процесі діалогу, при використанні стилізованих макетів екрану, задаються реквізити деталі, заготівлі та виробництва.
Процеси діалогу призначення технологічних операцій, моделей верстатів до них, конструкцій і параметрів інструментів і т.п. забезпечуються альтернативними меню і відповідними базами даних. При завданні інформаційних характеристик технологічних переходів забезпечується можливість оперативного редагування при виникненні випадкових помилок.
Типові розрахунки: маси заготовки з прокату, режимів обробки і норм часу на виконання операцій і переходів, виконуються алгоритмічно.
Програмне забезпечення системи складається з базового програмного забезпечення (монітора - ядра системи), алгоритмічних модулів призначення маршрутів обробки типових поверхонь деталей машин, а також взаємозамінних програмних модулів інтерактивного проектування основних технологічних переходів.
Модульна структура системи дозволяє експлуатувати систему на IBM-сумісних ПК з об'ємом оперативної пам'яті від 900кб.
Ядро програмного забезпечення системи становлять: монітор головних команд системи, СУБД матеріалів і заготовок із прокату, монітор операцій і СУБД відповідних їм верстатів, монітор технологічних переходів, СУБД основного інструменту, текстовий редактор для редагування робочого варіанту технологічного процесу і програмний модуль формування технологічної документації в стандартних формах.
Алгоритмічні модулі призначення маршруту (плану) обробки типових поверхонь (МОП) виконують призначення методів обробки з призначенням припусків і розрахунками міжопераційних розмірів з вимогами до їх точності і до шорсткості відповідної спеціалізації модуля поверхні.
Методичне забезпечення системи враховує використання її у навчальному процесі машинобудівних спеціальностей при освоєнні студентами автоматизованого проектування.
З цією метою використовуються оригінальні програмні засоби прискореного програмування, орієнтовані на розробку взаємозамінних програмних модулів формування інформаційних моделей типових поверхонь і технологічних переходів: програмні засоби «Eskiz», «Eskiz2», «Eskiz3» і «P_Eskiz_4»; модулі «SaprTp2000» і «M_Rizba »процедур для декомпозиції креслярських розмірів гладких і різьбових поверхонь, визначення допустимих відхилень, допусків і номінальних і допускаються розмірів. Така методика навчання сприяє вдосконаленню знань з дисциплін машинобудівного циклу, а також розвитку формалізованого мислення при поглибленні навичок використання ЕОМ.
Головне меню системи Sapr_2003 включає режими інтерактивного проектування: «Нова деталь», «Матеріал», «Операція»; «Calc»; «Edit», і «Форма_3». Також пропонуються режими алгоритмічного призначення МОП типових поверхонь: площин, зовнішніх і внутрішніх циліндричних поверхонь, метричних різьб, інструментальних конусів, а також прямозубих зубчастих поверхонь. Вибір режиму забезпечується розміщеними на екрані спеціалізованими «клавішами», що відкривають відповідні альтернативні меню. Типові поверхні вибираються з меню.
Режим «Нова Деталь»
Режим забезпечує:
1. Уведення загальних відомостей про деталь в процесі діалогу на екрані стилізованому під головну напис креслення. У процесі діалогу можливий довільний перехід по зонах написи, що дозволяє оперативно редагувати реквізити при випадкових помилках введення. Наведені реквізити зберігаються в текстовому робочому файлі з назвою «Detal.txt» на диску в робочому розділі користувача.
2. Вибір марки матеріалу деталі з альтернативних меню, що включають 8 груп матеріалів: 26 марок «Сталі», 23 марки «Сталь легована», 27 марок «Сталі нержавіючі», 7 марок «Стале спеціальних», 14 марок «Чугунов», 38 марок « кольорових сплавів »(10 алюмінієвих, 28 мідних), 4 марки« титанових сплавів », 11 марок« неметалічних матеріалів ». Також призначаються реквізити заготовки. При цьому позначення стандарту на матеріал і необхідні для подальших розрахунків характеристики матеріалу призначаються автоматично з використанням спеціалізованої базою даних.
Прийнята система кодування груп матеріалів та інші відомості про матеріал, що становлять базу даних, забезпечують всі необхідні технологічні розрахунки. Код групи представляється тризначним числом. Діалогове призначення реквізитів заготовки забезпечує кортеж альтернативних меню. Для заготовок з прокату пропонується: меню типів прокату («Коло», «Шестигранник», «Квадрат», «Пруток», «Лист», «Смуга», «Стрічка», «Дріт»); меню виду обробки прокату (наприклад: «Лист гарячекатаний», «Лист холоднокатаний»). Розміри прокату і позначення його підгрупи (наприклад: «ГПРХХ») призначаються проектувальником. Розрахунок маси заготовки з прокату виконується програмно, і результат узгоджується з проектувальником. При визначенні реквізитів литої заготовки (деталі з чавуну) є можливість використання режиму «Calc» - спеціалізованого калькулятора розрахунків маси типових зовнішніх і внутрішніх поверхонь: циліндрів, конусів, паралелепіпедів, куль і півкуль. Маси зовнішніх поверхонь додаються до загальної суми маси заготовки, внутрішніх відповідно - віднімаються з неї.
Режим «Матеріал»
Застосовується автоматично при проектуванні нового ТП, але може призначатися і інтерактивно, що дозволяє змінити призначені раніше, в режимі «Нова Деталь», марку матеріалу деталі або реквізити заготовки.
Режим «Операція»
Призначений для формування структури технологічного процесу в інтерактивному режимі. Діалог призначення типу і назви чергової операції забезпечується меню, що включає 9 груп операцій різання, а також назви спільних операцій, операцій термообробки, контролю і випробувань (всього 60 назв). При призначенні операцій різання забезпечується діалог вибору моделі верстата з меню моделей, відповідних кодом проектованої операції.
Режим «Edit» Дозволяє виконувати перегляд і, при необхідності, редагування сформованих файлів. Така можливість дозволяє при проектуванні аналізувати робочий варіант ТП - вміст файлу «Text.txt». Так, наприклад, якщо спроектовано кілька варіантів деякої операції, то можна видалити «зайві» рядки, що описують гірші варіанти операцій, або перенести фрагменти опису деяких операцій, або переходів в інші місця, керуючись технологічної доцільністю.
Режим «Forma3» використовується для оформлення та випуску опису спроектованого технологічного процесу, виконаного в стандартних картах технологічного процесу з ГОСТ 3.1118-82. Форма 3 САПР і Форма 3a САПР.
Програмний засіб «P_Eskiz_4»
Програмний засіб «P_Eskiz_4», при послідовній взаємодії з готівковим графічним редактором, наприклад AutoCAD, забезпечує автоматизований синтез графічних Delphi-програм, призначених для формування інформаційних моделей технічних систем.
Використання ПС «P_Eskiz_4» дозволяє:
автоматизувати розробку графічних Delphi-програм, призначених для формування інформаційних моделей технічних систем;
переглянути результат синтезу Delphi-програми;
редагувати синтезовану Delphi-програму;
прискорити доопрацювання програми за рахунок застосування в синтезованому тексті програми спеціалізованих процедур побудови графічних примітивів і редагування їх властивостей.
На першому етапі розробки програми використовується інтерактивний графічний редактор для розробки необхідного ескізу, відповідного, наприклад, заданим технологічним переходу, або заданої типової поверхні. Крім графічних примітивів на зображенні виконуються спеціальні написи в місцях подальшого (при необхідності) введення необхідної інформації (наприклад, розмірів). При завершенні синтезу ескізу формується також і відповідний йому «файл обміну».
На другому етапі розробки програми використовується ПС «P_Eskiz_4». Назва необхідного «файлу обміну» вибирається з меню. У синтезовану програму включаються модернізовані процедури алгоритмічної мови, що забезпечує розміщення на екрані заданого графічного зображення (ліній, дуг, кіл, розмірних ліній за правилами машинобудівного креслення). Також формуються необхідні написи. У програму автоматизовано включаються також процедури заповнення замкнутих контурів, наприклад для «штрихования» і т.п. Крім елементів базового алгоритмічного мови в програму включаються також процедури для забезпечення прискореного редагування положення всього зображення на екрані ЕОМ і габаритів форми проекту. Також забезпечується автоматизована корекція розміщення на формі проекту компонентів типу Edit в місцях введення значень відповідних реквізитів типового об'єкта.
Програмний засіб «P_Plan_5x5_13»
Програмний засіб «P_Plan_5x5_13» призначено для прискореної розробки формул апроксимації табличних моделей.
Переважна частина залежностей, наприклад, для призначення режимів різання, подається в довідковій літературі як табличні моделі. Однак при розробці фрагментів САПР ТП бажано б використовувати залежності, у вигляді формул. Досвід роботи з опублікованими в деяких довідниках формул у вигляді степеневих функцій переконливо засвідчив їхню значну неадекватність таблиць, на основі яких вони були розроблені. Тому, при підготовці методичного забезпечення, для засобів автоматизованого призначення режимів різання (фрагментів САПР ТП) перевагу було віддано формулами у вигляді многочленів, коефіцієнти яких синтезуються на основі методик теорії планування експериментів. Безпосередньо використовувалася методика [2] планування двохфакторну експериментів на матриці аргументів 5 на 5 по 13-ти точках.
Програмний засіб «P_Plan_5 × 5_13», що реалізує зазначену методику виконує синтез многочлена у дві фази. При першій фазі, після введення базової таблиці, виконується конвертація її до вигляду матриці 5 × 5 з рівномірними інтервалами між значеннями аргументів. Практично таких таблиць в довідниках не існує. Конвертація базової таблиці виконується послідовно в два етапи - по рядках і по стовпцях. Програмування виконувалося в середовищі Delphi з використанням графічного методу PolyBezier і властивості Pixels. Метод PolyBezier при цьому забезпечує побудова, за методом найменших квадратів, апроксимуючої кривої (заданим кольором) на екрані ЕОМ за заданими координатами базових точок. Властивість Pixels використовується для визначення ординати точки на апроксимуючої кривої, при завданні абсциси цієї точки. Абсциси задаються після рівномірного розподілу на 5 точок базового (табличного) діапазону змін чергового аргументу. Далі, в циклічному процесі, перевіряються кольору точок екрана на прямій, умовно проведеної з позиції чергового значення абсциси. При досягненні точки, на апроксимуючої кривої (точки із заданим кольором), фіксується її ордината. Після такої обробки базової таблиці (як правило, з нерівномірними інтервалами між значеннями аргументів) по рядках і по стовпцях таблиці, формується матриця, що має 5 рядків і 5 стовпців з рівномірними інтервалами між значеннями аргументів.
Значення функції у відповідних 13-ти точках цієї матриці використовуються на другому етапі для розрахунків значень коефіцієнтів многочлена другого порядку.
Програмний засіб P_Plan_5 × 5_13 використовує дві форми (два екрани). Перший (основний) екран використовується для введення значень аргументів і функції базової таблиці, для управління процесом синтезу і для перевірки його результатів.
Результат синтезу формується як фрагмент Delphi - програми для розміщення його в блоці розрахунку значень функції з синтезованою формулою при значеннях аргументів в обумовлених межах.
Список літератури
Загальномашинобудівні нормативи часу і режимів різання для нормування робіт, що виконуються на універсальних та багатоцільових верстатах з числовим програмним управлінням. ЧастьII. Нормативи режимів різання. - М.: Економіка, 1990.
Рафалес-Ламарка Е.Е., Ніколаєв В. Г. Деякі методи планування та математичного аналізу біологічних експериментів. »Наукова думка», К., 1971.
Войтенко В. І. Програмний продукт «Програмний комплекс Sapr_100_W» Свідоцтво автора № 7456 від 18.04.03.