Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Автоматизация проектирования. Проектирование технического объекта и сложных объектов.
САПР-система автоматизированного проектирования.
САПР-это система, занимающая особое место среди информационных технологий; во-первых, ее составными частями является многие информационные технологии; во-вторых, знание основ автоматизации и умение работать со средствами САПР необходимо любому пользователю, инженеру и т.д..
Понятие инженерного проектирования
Понятие технического объекта с дальнейшим его проектированием – это создание, преобразование и представление в принятой форме образа еще не сущ-его объекта.
Инженерное проектирование включает в себя разработку технического задания с последующей ее реализацией в виде технической документаций.
Проектирование, в котором проектное решение получаются в результате взаимодействия человека и ЭВМ называют автоматизированным. Если решение получило вид ЭВМ, тогда называется ручным проектированием. Автоматическим называется проектирование без участия человека на промежуточных этапах.
Автоматическое проектирование возможно в частных случаях проектирования и сложных объектов. Система реализуется автоматизированное проектирование называется CAD-системами.
Проектирование сложных объектов основано на применение идей и принципов изложенных в ряде теории и методов. Наиболее часто применяется системный подход.
2.Системный подход к проектированию
Структурный подход выявляет структуру системы, её внутренние и внешние связи. Связи оптимизируют при помощи различных систем. Основой является рассмотрение частей с учётом их взаимодействия.
САПР как сложная система имеет свою структуру и подразделяется на подсистемы: 1. Проектирующая подсистема (выполняет проектирующие процедуры и могут быть подсистемами геометрического моделирования механических объектов, подсистемами графического уровня, подсистемами схемотехники и тд). 2. обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем. Чаще всего их называют системной средой (оболочкой САПР). Разновидностями могут быть БД системы управления.
.
3. Системы автоматизированного проектирования и их место среди других автоматизированных систем
Структура САПР. Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем»: Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.
Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.
Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными (PDM — Product Data Management), управления процессом проектирования (DesPM — Design Process Management), пользовательского интерфейса для связи разработчиков с ЭВМ, CASE (Computer Aided Software Engineering) для разработки и сопровождения программного обеспечения САПР, обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.
4. Виды обеспечения САПР
1.Техническая-включает различные аппараты ЭВМ, периферийное оборудование, сетевое оборудование, сетевое оборудование, принтеры. Сканеры и т.д.
2. Математическое – объединяет математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования.
3. Программное обеспечение – представляется в виде компьютерных программ для удобства хранения и работы с данными.
4. Информационное обеспечение – состоит из БДЮ систем управления БД и др данных используемых при проектировании.
5. Лингвистическое обеспечение – выражается использованием языков программирования и обмене данными между носителями.
6. Методическое обеспечение – включает использование различных методик, указаний и рекомендация при проектировании.
7. Организационное обеспечение – представляется в виде штатного расписания, должностных инструкций и др документов, регламентирующих работу проектного предприятия.
5(6.7.8.9.) Разновидности классификаций САПР
Чаще всего САПР классифицируют по приложению, по целевому направлению, по масштабам решаемых задач, по характеру базовой системы.
По приложению:
- на группы:
1.САПР для применения в области общего машиностроения (MCAD).
2. САПР в области архитектуры и строительства (SCAD).
3. САПР для электроники (ECAD).
Существуют специализированные САПР, является отдельной веткой классификации (например, САПР летательных аппаратов и т. д.
ПО целевому назначению различают аспекты проектирования, например в механической CAD-системе происходит: на САЕ и CAD-системы:
1.САПР функционального проектирования, иначе САЕ – система.
2.Коонструкторский САПР общего машиностроения (CAD-система).
3. Технологический САПР, иначе система автоматизированного проектирования тех подготовки производства (АСТПП) или САМ-системы.
По масштабу подразделяют на отдельные программно-методические комплексы (коплексы анализа механической прочности и тд), или на уникальные архитектуры, содержащие не только технологическую часть, но и программное обеспечение.
По характеру базовой подсистемы классифицируют:
1.САПР на базе машинной графики и математического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложение, где основной процедурой проектирования является конструирование, т е определение пространственных форм их взаимного расположения. Данным системам чаще всего относят графические ядра САПР в области машиностроения.
2.САПР по базе СУБД, ориентированы на приложение, в которых при несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР встречаются в технико-экономических приложениях. Например, при построении бизнес-плана.
3.САПР на базе конкретного прикладного пакета. Практически это автономное использование программно-методических комплексов. Например, имитационное моделирование производственных процессов. Часто такие программы относятся к системам САЕ.
4.Комплексные САПР (интегрирование) состоит из совокупности подсистем предыдущих видов. Например, САD/CAM/CAE. Примерами могут быть и большие интегрированные системы. Для управления используют дополнительные, специализированные системные среды.
10.(11.12.13.) САПР в компьютерно - интегрированном производстве.
САПР подразделяют на САПР изделия и САПР ТП. САПР изделия занимается проектированием моделей изделия при помощи средств плоского и объёмного проектирования.
САПР ТП занимается процессом изготовления. Кроме основных выделяют: автоматизированные системы ТПП, автом-ые системы научных исследований, позволяющие принимать нестандартные решения на уровне проектирования.
САПР ТП разрабатывает ТП, оформляя их в виде МК, ОК, КЭ, КК и тд. И разрабатывает программы для работы на станках с ЧПУ. Более конкретное описание процесса обработки на станках с ЧПУ вводится в автоматизированную систему управления производственным оборудованием. Техническими средствами, реализующими данную систему могут быть комп-ы, управляющие станочными системами. Также различают системы производственного планирования и управления (АСУП), позволяющие контролировать качество и ритмичность распределяемых работ по объектам. Для контроля качества используют системы АСУК. самостоятельное использование CAD, САМ, САЕ систем даёт экономический эффект на предприятии. Для повышения эффективности используют технические БД как общего назначения так и специального.
(11)Рассмотрим систему интегрированного вида на примере единой БД. В ней хранится информация о структуре и геометрии изделия (как результат проектирования в системе САО), о технологии изготовления (как результат работы системы САРР) и управляющие программы для оборудования с ЧПУ (как исходная информация для обработки в системе САМ на оборудовании с ЧПУ)
(12) Основные системы компьютерно - интегрированного производства (КИП) показаны на рис ниже
Этапы создания изделий могут перекрываться во времени, т.е. частично или полностью выполняться параллельно. Связи между жизненным циклом изделия (по этапам) с САПР являются важным компонентом при автоматизации. Поэтому стремятся переходить от частичных или одиночных САПР к полностью интегрированному производству (КИП).
Взаимосвязь жизненного цикла изделия со службами автоматизации.
(12)
Информационная структура компьютерно - интегрированного производства
В структуре компьютерно - интегрированного производства выделяются три основных иерархических уровня:
1- Верхний уровень (уровень планирования), включающий в себя подсистемы, выполняющие задачи планирования производства.
2. Средний уровень (уровень проектирования), включающий в себя подсистемы проектирования изделий, технологических процессов, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.
3. Нижний уровень (уровень управления) включает в себя подсистемы управления производственным оборудованием.
Построение компьютерно - интегрированного производства включает в себя решение следующих проблем:
• информационного обеспечения (отход от принципа централизации и переход к координированной децентрализации на каждом из рассмотренных уровней как путем сбора и накопления информации внутри отдельных подсистем, так и в центральной базе данных);
• обработки информации (стыковка и адаптация программного обеспечения различных подсистем);
• физической связи подсистем (создание интерфейсов, т.е. стыковка аппаратных средств ЭВМ, включая использование вычислительных систем).
Внедрение компьютерно - интегрированного производства значительно сокращает общее время прохождения заказов за счёт:
• перехода от последовательной к параллельной обработке;
• устранения или существенного ограничения повторяемых ручных операций подготовки и передачи даных (например, машинное изображение геометрических данных можно использовать во всех отделах, связанных с конструированием изделий).
14.Системное проектирование ТП. Принципы.
Системное проектирование включает использование 2-х основных принципов:
1.Применение в ходе проектирования системного подхода, заключающаяся в следующем:
а)ТП нужно рассматривать с одной стороны как перечень его элементов (переходов), а с другой стороны, как совокупность взаимосвязанных элементов, т.е. с точки зрения его структуры.
Структура ТП- это множество взаимосвязанных между собой элементов.
Структуру можно представить в виде:
Пусть V={V1, V2…Vn}- множество элементов ТП, а S={S1,S2…Sn]-множество связей между элементами, то структуру можно записать в виде: Str={V,S}
б)ТП необходимо рассматривать, с одной стороны, как перечень этапов (выбо заготовки, определение маршрута обработки и т д), а с другой стороны как совокупность взаимосвязанных этапов.
В качестве этапов можно рассматривать выбор заготовки, определение маршрута.
в)Рациональное разбиение сложного процесса на части, т.е. этапы рассматриваются по отдельности.
г)Выбор оптимального решения
2 основывается на использовании традиционных методов, методов проектирования, теории множеств, теории графов и тд.
Использование 2-х принципов позволяет систематизировать знание (а и б соответственно)
На рис. а показано представление данных без использования принципов. На рис. Б с использованием.
15.(16.17.18.19.20)Стратегии проектирования ТП.
При «ручном» проектировании технологических процессов, а особенно при создании (использовании) САПР технологических процессов важно иметь четкое представление, с использованием какой (каких) стратегий они проектируются. Стратегия проектирования технологического процесса определяет методику его проектирования. Правильный выбор стратегии проектирования чрезвычайно важен (особенно в САПР). Это определяет эффективность САПР.
Линейная, Циклическая стратегия, Разветвленная, Адаптивная, Случайного поиска, Комбинирования
При проектировании необходимы знания при помощи, какой стратегии, наиболее упрощенный процесс проектирования. В идеале необходимо стремиться к линейной стратегии, которой имеет min трудоемкость и max надежность
16. Циклическая стратегия.
В идеале необходимо стремиться к „выбору или разработке линейной стратегии проектирования. Она является идеальной особенно при проектировании с использованием ЭВМ. Эта стратегия имеет минимальную трудоемкость, максимальную надежность.
Циклическая стратегия (схема с петлями) характерна для многих программ ЭВМ и носит название итерационного процесса. Другими словами это процесс последовательного приближения к цели путем улучшения разрабатываемых вариантов.
17. Разветвленная стратегия
Разветвленная стратегия характерна наличием параллельных этапов.
Наличие параллельных этапов в разветвленной стратегии очень выгодно. Это позволяет сократить сроки проектирования.
18. Адаптивные стратегии проектирования
В адаптивных стратегиях проектирования с самого начала определяется только первое действие. В дальнейшем выбор каждого последующего действия зависит от результатов предыдущего. В принципе это самая разумная стратегия, т.к. схема поиска определяется на основе наиболее полной информации. Эта стратегия используется при создании систем искусственного интеллекта.
19. Стратегия случайного поиска
Стратегия случайного поиска: отличается полным отсутствием плана, применяется в новаторском проектировании, т е при разработки абсолютно новых ТП.
Стратегия комбинирования.
Стратегия комбинирования: может состоять из различных вариантов перечисленных стратегий.
Обычно стратегии могут детализироваться от 1 уровня проектирования к другому. На определенных этапах приходится вводить методы, позволяющие управлять стратегией.
20. Управление стратегией проектирования.
Стратегии проектирования: при проектировании необходимы знания при помощи, какой стратегии, наиболее упрощенный процесс проектирования. В идеале необходимо стремиться к линейной стратегии, которой имеет min трудоемкость и max надежность.
При применении стратегии можно детализировать проектирование от одного уровня к другому, поэтому на определённых этапах проектирования вводят методы управления стратегией. Наиболее целесообразно разбивать процесс проектирования на частные задачи. Результатом выполнения которых будет ТЗ для следующего этапа или задачи.
Структура управления
21,22, 23,24,25 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ АВТОМАТ-М ПРОЕКТИРОВАНИИ ТП
Выполнение проектных процедур при автоматизированном проектировании основано на оперировании с математическими моделями.
Математическая модель технологического процесса – это система математических объектов (чисел, переменных, множеств, графов, матриц и т.д.) и отношений между ними, отражающая некоторые свойства технологического процесса.
В САПР технологических процессов находят применение
22. СТРУКТУРНО – ЛОГИЧЕСКИЕ и ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ математические модели.
Структурно – логические математические модели подразделяются на табличные, сетевые и перестановочные.
23. Табличные модели
Табличная модель описывает одну конкретную структуру технологического процесса. В табличной модели каждому набору условий соответствует единственный вариант проектируемого технологического процесса. Поэтому табличные модели используют для поиска типовых проектных решений.
Пример. При обработке группы деталей d1, d2, d3на прутковом токарном автомате последовательность обработки их поверхностей устанавливается с помощью табличных моделей. Каждая деталь (рис.6.1) имеет поверхности с определенными свойствами F1, F2, …F8:
F(d1)={ F1, F2, …F8}=F1’
F(d2)={F1, F2, F3, F4, F5, F8}=F2’
F(d3)={F1, F2, F5, F8}=F3’
На рис.6.2. представлены табличные модели в виде графов взаимосвязей переходов при обработке деталей d1, d2, d3на данной операции.
На рис.6.2. приняты следующие обозначения: t1, t2, …t8- операторы (технологические переходы):t1- подрезка торца; t2, t3, t4- точение наружной цилиндрической поверхности; t5- сверление; t6 - зенкерование; t7 - зенкование; t8 - отрезка.
Для представления данных об обработке деталей на данной операции на языке, понятном компьютеру, удобном для программирования, представленная выше информация может быть удобно описана в виде двух таблиц(6.1 и 6.2), которые легко превращаются в массивы.
Таблица 6.1
Связи между свойствами поверхностей деталей и операторами(технологическими переходами)
В этой, а также последующих таблицах данной лекции логическая единица обозначает наличие связи, а нуль – отсутствие таковой.
Таблица 6.2
Связи между совокупностями свойств деталей и операторами (технологическими переходами)
24. Сетевые модели
Сетевая модель описывает множество структур технологического процесса, отличающихся количеством и (или) составом элементов структуры при неизменном отношении порядка.
Структура элементов сетевой модели описывается ориентированным графом, не имеющим ориентированных циклов. В модели может содержаться несколько вариантов проектируемого технологического процесса, однако во всех вариантах порядок элементов одинаков.
Пример. Сетевая модель технологического проектирования маршрута обработки детали «Зубчатое колесо», эскиз которой представлен на рис.6.3.
На рис.6.4. показан граф взаимосвязи операторов (технологических операций) по возможной последовательности их выполнения.
Рис.6.4. Граф взаимосвязи операторов (технологических операций) по возможной последовательности их выполнения
Приведенный на рис.6.4 граф легко представляется в виде матрицы этого графа (здесь не приводится), которая в свою очередь может быть без труда описана в виде массива информации. А массивы являются неизменными атрибутами любого языка программирования.
Кроме данного графа сетевая модель включает в себя таблицу связей свойств поверхностей детали и операторов технологического процесса (в этом примере – технологических операций) – табл.6.3.
Таблица 6.3
Связи между свойствами поверхностей детали и операторами технологического процесса
25. Перестановочные модели
Перестановочная модель описывает множество структур технологического процесса, отличающихся количеством и (или) составом элементов структуры при изменении отношения порядка.
Отношения порядка в этих моделях задаются с помощью графа, содержащего ориентированные циклы.
Пример. Расцеховка при изготовлении изделия (рис.6.5).
На рис.6.5 через P1, P2,…, P8 обозначены цеха: P1 – литейный; P2 – кузнечный; P3 – механический; P4 – термический; P5 – механосборочный; P6 - общей сборки; P7 – испытательный; P8 – упаковочный.
Сетевые и перестановочные модели используют для получения типовых, групповых и индивидуальных технологических процессов. Наличие в них вариантов позволяет производить оптимизацию технологических процессов.
Характерным примерами функциональных моделей являются математические модели, используемые при расчете и оптимизации режимов резания.
26-31 ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ В САПР ТП
Главные особенности проектирования технологических процессов:
- Многовариантность проектных решений.
- Слабая формализация многих проектных задач.
При проектировании ТП круг задач формального расчетного характера, которые легко реализуются на ЭВМ, крайне ограничен. Среди них можно выделить следующие задачи:
- расчет припусков и межпереходных размеров;
- расчет режимов резания;
- нормирование технологического процесса.
По причине слабой формализации процесса технологического проектирования при решении задач нерасчетного характера (выбор заготовки, разработка маршрута обработки детали, выбор станков, инструментов и т.д.) решения принимают в результате выбора из известных типовых решений. Т.е. ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ – это основа формализации для решения задач неформального характера при проектировании технологических процессов с помощью ЭВМ.
Процесс выбора решений при этом заключается в следующем: каким – либо образом описывается весь набор типовых решений, а также условий, при которых может быть применено каждое из них. Эти данные описываются заранее в виде базы данных и заранее же вводятся в ЭВМ. При разработке технологического процесса в ЭВМ вводятся некоторые исходные данные по детали. После этого проверяется соответствие исходных данных условиям применимости типовых решений. При выполнении всех условий комплекса условий применимости принимается соответствующее типовое решение.
Пример. Назначить станок на операцию зубошевингования. Пусть на предприятии имеются зубошевинговальные станки трех моделей. Они составляют множество типовых решений (МТР):.
Сформулируем комплекс условий применимости выявленных типовых решений:
1 условие. Размещаемость детали в рабочей зоне станка. Здесь регламентируются габаритные размеры детали (диаметр зубчатого колеса и его ширина ), которые должны находиться в пределах, допустимых рабочей зоной станка.
2 условие. Диапазоны допустимого изменения модуля детали и угла наклона зуба детали .
Комплекс условий применимости (КУП) в данной задаче может быть представлен в виде следующей системы:
На основе паспортных данных станков сформированы условия их применимости, которые представлены в таблице 7.1.
Таблица 7.1
Условия применимости зубошевинговальных станков
Важно определиться, входят или нет границы интервалов, указанные в таблице в соответствующий интервал. В данном примере предполагается, что входят, т.е., например, для можно применить станок модели 5А702Г, или для - станок модели 5717С и т.д. Блок – схема алгоритма выбора модели зубошевинговального станка показана на рис. 7.1.
В данном алгоритме заложен принцип предпочтительности применения станков малых размеров. Например, при выбирается станок модели 5А702Г, хотя подходит и станок модели 5717С.
27. ВИДЫ ТИПОВЫХ РЕШЕНИЙ
Типовые решения являются основой технологического проектирования при использовании ЭВМ. По уровню решаемых задач типовые решения подразделяют на две группы: локальные типовые решения (ЛТР) и полные типовые решения (ПТР).
28. Локальные типовые решения относятся к частным технологическим задачам, определяющим лишь некоторую часть (элемент) проектируемого технологического процесса. Например, назначение станка на выполнение операции зубошевингования (см. выше). Типовые решения в данном случае (модели станков) являются локальными типовыми решениями.
29. Приведем еще примеры МНОЖЕСТВ ЛОКАЛЬНЫХ ТИПОВЫХ РЕШЕНИЙ (МЛТР).
Здесь - множество технологических переходов; - множество режущих инструментов.
30. Полные типовые решения охватывают весь (полный, логически завершенный) круг решаемых задач. Примером полного типового решения является типовой технологический процесс. Множеством типовых решений этой группы может являться множество типовых технологических процессов, где каждое типовое решение есть технологический процесс изготовления деталей определенного типа. Пример множества полных типовых решений (МПТР):
Здесь - типовой технологический процесс изготовления шестерни; - типовой технологический процесс изготовления втулки.
31. Множества полных типовых решений
Типовые решения различают по своей структуре. - это МНОЖЕСТВА ТИПОВЫХ РЕШЕНИЙ с простейшей структурой (одноэлементных). Каждое типовое решение здесь является единицей проектирования, единым неизменным элементом, который может быть принят или не принят целиком. Никакие преобразования таких типовых решений не предусматриваются.
Более сложную структуру имеют полные типовые решения. Это решения многоэлементные, т.е. каждое состоит из совокупности элементов, которые в процессе проектирования могут быть рассмотрены отдельно. Элементы этих типовых решений (маршрутных технологических процессов) – технологические операции. Для каждой операции необходимо назначит станок, произвести нормирование, т.е. рассмотреть в дальнейшем элементы этого типового решения – локальные типовые решения.
32. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТИПОВЫХ И ГРУППОВЫХ ТП ПРИ АВТО ПРОЕКТИРОВАНИИ
При автоматизированном проектировании технологических процессов применяют типовые и групповые технологические процессы.
Типовые технологические процессы
Типизация на уровне обработки детали в целом имеет целью изготавливать сходные по тем или иным конструктивно – технологическим признакам детали по унифицированным технологическим процессам, разработанным предварительно с учетом совершенных технологических методов.
Идея типизации впервые была высказана профессором А.А.Соколовским. Она заключается в классификации деталей по конструктивно – технологическим признакам: форме, размерам, точности и т.д. Конечная цель классификации – установление принадлежности детали к определенному типу, т.е. к совокупности деталей, имеющих в данных производственных условиях общую структуру операций и переходов. Детали одного типа в определенной степени могут отличаться набором поверхностей и некоторыми параметрами. Поэтому технологический процесс обработки конкретной детали получается из типового путем исключения лишних операций и переходов обработки отсутствующих поверхностей. Доработка типового технологического процесса включает в себя также:
уточнение технологического оснащения (оборудования, приспособлений, инструментов);
перерасчет межпереходных размеров;
выбор (расчет) режимов резания;
выбор и расчет норм времени.
Групповые технологические процессы
Групповой метод обработки был впервые предложен профессором С.П.Митрофановым. Он представляет собой такой способ унификации технологии, при котором для обработки группы деталей устанавливается одинаковое оборудование и оснащение при выполнении всех или отдельных операций. В основе метода лежит классификация, заканчивающаяся формированием группы, т.е. совокупности деталей, характеризующихся общностью оборудования и оснащения, необходимых для обработки детали в целом или отдельных ее поверхностей.
Технологический процесс обработки конкретной детали формируется путем уточнения общих поверхностей с комплексной деталью группы и выбора из группового технологического процесса только тех операций и переходов, которые необходимы для обработки поверхностей заданной детали.
Доработка индивидуального технологического процесса аналогична приведенной выше доработке при использовании при проектировании типовых технологических процессов.
33. Методики автоматизированного проектирования ТП
ТП как объект проектирования можно представить в виде иерархической структуры состоящей из взаимосвязанных уровней.
В результате процесс проектирования сводится к решению задач различной степени детализации, такой подход называется от сложного к простому. При проектировании процесс формирования ТП-это совокупность процедур структурного и параметрического синтеза с последующим анализом проектных решений. Общий принцип формирования ТП можно представить в виде схемы:
Структурный синтез реализуется на уровне формирования операции и переходов: а) параметрический; б) на уровне выбора базы; в) определения размеров; г) расчетов режимов резания.
В зависимости от степени полноты реализации синтеза (особенно структурного) и анализа можно выделить 3 основные методики автоматизации проектирования:
1) Прямого проектирования (документированного)
2) Метод анализа
3) Метод синтеза
34. Метод прямого проектирования
Данный метод предполагает, что подготовка тех-й карты возлагается на пользование выбирающего различные типовые решения на каждом уровне из базы данных или при помощи диалога. Заранее созданная база данных включающая информацию о видах заготовок, станках, инструментах, приспособлений, имеющая структуру, т.е. по деленная на разделы и подразделы вводится в среду проектирования. Пользователь из представленного в его меню выбирает на разных этапах необходимую информацию. Выбранная информация автоматически заноситься в графы и строки шаблоном тех-й карты, после этого информация редактируется (если необходимо) и распечатывается в форме предусмотренной ГОСТ.
35. Метод анализа
В его основе лежит применение полных типовых решений (ПТР). Данный метод исходит из того, что структура нового ТП не создается заново, а определяется согласно составу и структуре по унифицированному ТП. Это осуществляется путем анализа необходимости каждой операции, а в дальнейшем и перехода с последующим уточнением всех элементов решения на уровне сверху вниз. Основы проектирования заключаются в след-щем:
1) Ввод, описание чертежа детали
2) Определение конструкторско-технологического кода
3) Поиск кода осуществляется в базе данных, наиболее приемленные ТП (унифицированного, группового, типового, из любого)
4) Анализ найденного ТП с точки структуры
5) Доработка ТП в соответствии с описанием чертежа
6) оформление
Принцип использования: из множества деталей формируют группы имеющие общие признаки и принципы обработки. Далее возможны два метода:
1) В каждой группе выбирается деталь представитель и для нее разрабатывается ТП, далее разрабатывается для остальных групп ТП на детали представители и заносятся в базу данных. При разработке индивидуального ТП исключают операции из подробного подобного ТП из базы данных. Чаще всего не достающие операции вводят в ручном режиме редактирования.
2) Из всех деталей каждой группы формируют обобщенную модель, т.е. комплексную деталь, включающую поверхности всех деталей. Для комплексной детали разрабатывают унифицированный ТП, который заведомо является избыточным. Создание индивидуального ТП заключается в анализе и исключении наружных операций с последующей корректировкой.
При автоматизированном проектировании на основе метода анализа важной частью является база данных. В процессе проектирования когда сформированы операции, переходы, при помощи баз данных производится корректировка параметров, т.е. выбор оборудования, инструмента и т.д.
36. Метод синтеза
В основе метода лежат локально-типовые решения. Алгоритм построения САПР на основе данного метода отличается друг от друга, по след причинам:
1) Процедуры, разработки ТП (синтеза) относятся к разряду трудноформализованных
2) Ряд САПР ориентированы на изготовление ТП только для определенного вида (только для тел вращения и т.д.)
3) С целью исключения циклов при разработке линейных стратегии разработчики САПР отходят от традиционной системы САПР (маршрут-операция-переход).
37. Пример реализации методов синтеза В САПР ТП
(упрощенный алгоритм этого метода):
38. Реализация линейной стратегии проектирования в САПР ТП
Упрощенная схема этого метода:
Ввод описания чертежа детали и оформление документации являются общими этапами для всех методик проектирования ТП в САПР. Они включены для полноты картины проектирования ТП. В данной лекции первый этап не рассматривается, а седьмой – в укороченной интерпретации.
39. Синтез маршрутов обработки поверхностей
Маршрут обработки поверхности (МОП) – это последовательность методов (видов, переходов одного метода) обработки, необходимых для достижения требуемых чертежом детали параметров поверхности. Такими параметрами являются:
Между методами обработки и параметрами поверхности существует связь, описываемая функцией
Т.е. поверхность с параметрами более низкого качества Pi преобразуется в поверхность с параметрами более высокого качества Pi+1 посредством метода Mi.
Любая последовательность дуг графа, приводящая из вершины (вершин) , характеризующей (характеризующих) поверхность заготовки, в вершину , соответствующую поверхности детали, представляет вариант МОП.
Количество возможных методов обработки и МОП очень велико. На конкретном предприятии оно ограничивается возможностями существующего оборудования. Это сокращает количество альтернативных МОП, но проблема (задача) выбора конкретного МОП для конкретной поверхности остается.
Большинство алгоритмов назначения возможных МОП в САПР ТП строится на основе таблиц соответствий. Их структура и принципы (алгоритмы) работы с ними будут рассматриваться и далее.
Пример. Выбор возможных вариантов маршрута обработки торцовой поверхности детали типа «Тело вращения». Возможные маршруты обработки поверхности и таблица соответствий для их выбора показаны соответственно в таблицах 9.1 и 9.2.
Таблица 9.1 Маршруты обработки поверхностей деталей типа «тел вращения» (фрагмент базы данных)
40. Таблица соответствий для выбора МОП (фрагмент)
Примечание: границы диапазонов (13 . . . 11; 11 . . . 8; 12,5 . . . 6,3) входят в соответствующий диапазон.
Левая часть таблицы соответствий, обозначающая строки, представляет собой множество типовых решений (здесь множество МОП).
Верхняя часть таблицы соответствий, обозначающая столбцы, - условия выбора или применимости типовых решений (здесь МОП) и их числовые значения.
Центральная часть таблицы соответствий – булева матрица, обозначающая связи между условиями выбора типовых решений (здесь МОП) и самими типовыми решениями (1 – наличие связи, 0 – отсутствие связи).
По имеющемуся комплексу исходных данных из таблицы соответствий принимаются те решения, в строках которых булева матрица имеет единицы для всех значений факторов, входящих в условия применимости. Из таблицы соответствий может быть выбрано одно или несколько решений.
Например, требуется выбрать маршрут обработки поверхности детали со следующими параметрами:
а) торцовая поверхность, 14 квалитет, Ra 12,5 – МОП с кодом «12»;
б) торцовая поверхность, 11 квалитет, Ra 3,2 – МОП с кодами «13» и «15».
Если выбрано одно решение, то оно окончательное. Если выбрано несколько решений, то окончательное из них выбирается с привлечением методов оптимизации или пользователем (технологом).
Рассмотрим еще пример. Покажем результаты синтеза маршрутов обработки трех торцовых поверхностей детали «втулка» в виде трех линейных графов (на базе предыдущих таблиц) – рис.9.2.
На рисунке 9.2 приняты следующие обозначения: 10, 11, 12, 20, . . ., 31, 32, 33 – промежуточные состояния поверхностей детали «втулка». Например, 31 – первое промежуточное состояние третьей поверхности (по направлению «от детали»).
41. Синтез принципиальной схемы ТП
Дальнейшая задача заключается в том, чтобы из отдельных МОП построить допустимые варианты ТП обработки детали. Один из подходов заключается в следующем. В базе данных хранится принципиальная схема, разбивающая будущий ТП на последовательность отдельных этапов обработки. Наличие принципиальной схемы позволяет вести проектирование ТП в порядке, обратном изготовлению детали, т.е. от заключительных этапов с известных из чертежа параметров детали, к черновым этапам, заканчивая выбором размеров и формы заготовки.
Принципиальная схема ТП построена на основе анализа обработки деталей различных классов с учетом возможных комбинаций термической и последующей механической обработки. Универсальная принципиальная схема, разработанная Цветковым В.Д. состоит из 13 этапов (таблица 9.3).
Таблица 9.3
Универсальная принципиальная схема ТП (по Цветкову В.Д.)
Этап – часть ТП обработки детали, включающая однородные по достигаемым параметрам методы обработки различных поверхностей и детали в целом.
К одному этапу относятся, например, тонкое фрезерование и тонкое (торцовое) точение, т.к. оба этих метода обеспечивают одинаковые параметры точности и шероховатости поверхности.
С помощью условий принципиальной схемы анализируется необходимость при обработке детали каждого из 13 этапов, и выявляются те переходы из выбранных ранее в каждом МОП, которые должны быть выполнены на данном этапе. Отнесение переходов МОП и самих промежуточных поверхностей к этапам принципиальной схемы ТП производится путем сравнения параметров поверхности заготовки и детали, обеспечиваемых переходом МОП, с параметрами, характеризующими один из 13 этапов схемы (выбирается самый близкий этап).
В результате распределения переходов по этапам каждый этап будет содержать переходы одного или разных методов обработки с одинаковыми (или близкими) параметрами точности, шероховатости и т.д.
Распределим МОП по этапам принципиальной схемы для примера со «втулкой» с учетом закалки и последующего шлифования торца 3 (рис. 9.3).
42. Синтез маршрута обработки детали
Исходные данные для проектирования на уровне маршрута обработки детали:
Каждый переход записан в памяти компьютера в промежуточные массивы в виде многоразрядного кода. Этот код состоит из номера получаемой поверхности и кода метода обработки. Например, код 31101 означает:
3 – третья поверхность детали;
1 – первое промежуточное состояние этой (третьей поверхности) ;
101 – метод обработки (получистовое точение), в результате которого данное промежуточное состояние достигнуто.
Код метода обработки определяет код применяемого оборудования.
Переходы одного метода обработки, коды которых имеют одинаковый код оборудования (или метода обработки), образуют укрупненную операцию этапа. Сформируем массив кодов переходов для обработки детали «втулка» - см. рис.9.4.
Для укрупненных операций этапов характерна максимальная концентрация переходов, что равносильно одновременной обработке всех поверхностей. В производственных условиях такая операция не всегда может быть выполнена. Она требует разукрупнения (дифференциации) на несколько простых операций. Основой формирования простых операций является упорядочение обработки поверхностей путем выбора обоснованной последовательности установов.
Наличие нескольких укрупненных операций разных методов обработки помимо дифференциации ставит задачу определения последовательности их выполнения.
Таким образом, при формировании маршрута обработки детали решаются следующие задачи:
Данные задачи решаются следующим образом:
- наложения, когда одна поверхность расположена на другой и поэтому не может быть обработана раньше;
- точности взаимного расположения, когда в первую очередь должна быть обработана базовая поверхность, и только затем поверхности, точности взаимного расположения которых заданы относительно данной базовой поверхности и т.д.
3. Формирование последовательности операций выполняется путем выявления признаков технологической совместимости и предшествования. Две операции попарно совместимы, если состояние детали на выходе одной операции может быть исходной для другой. Так фрезерованию шпоночной канавки должна предшествовать токарная обработка цилиндрической поверхности, сверлению центрового отверстия – фрезерование торца и т.д. Источником информации для выбора оборудования являются технологические признаки кода перехода. Конкретная модель станка определяется по таблицам соответствий или обращением к базе данных с учетом габаритных размеров детали (сопоставляется с размерами рабочей зоны станка), требований точности, величины партии и других факторов.
44. Синтез состава и структуры операций
Задача данного уровня декомпозиции проектирования состоит в том, чтобы определить оптимальную последовательность переходов, рациональную форму, окончательные и промежуточные размеры заготовки.
Для технологической операции, не говоря уже о технологическом процессе в целом, характерна многовариантность, которая предполагает существование оптимального решения. Поиск (синтез) оптимальной операции включает в себя две задачи:
Об оптимизации ТП будем говорить далее. Здесь коротко. В основе решения задач структурной оптимизации заложен перебор конечного множества вариантов, состоящий из трех этапов:
Для оценки уровня создаваемых вариантов вводится целевая функция, выражающая качество варианта. Она формируется на основе критерия оптимальности, в качестве которого могут выступать:
В связи с тем, что рассчитать значение целевой функции можно только после того, как будет полностью синтезирована структура операции и выполнена ее параметрическая оптимизация, поиск оптимального варианта структуры методом перебора требует значительных затрат машинного времени. Поэтому на каждом шаге вводятся косвенные или эвристические (основанные на предыдущем опыте проектирования) критерии. Руководствуясь ими, отбрасываются малоэффективные варианты. В итоге, на заключительном этапе (шаге) проектирования анализируются лишь несколько наиболее рациональных вариантов, среди которых и выбирается оптимальный вариант.
Содержание отдельных шагов, на которые расчленяется синтез операции, реализуется независимыми программными модулями. Взаимодействие модулей организуется в рамках итерационного алгоритма, многократно обращающегося к одним и тем же шагам в ходе улучшения первоначальной структуры. Количество вариантов структуры при использовании такого алгоритма существенно меньше, чем при полном переборе, но нет гарантии получения наилучшего решения.
Примеры шагов такого алгоритма:
45. Оптимизация ТП в САПР ТП
При постановке задачи проектирования необходимо учитывать многовариатность процесса. Наличие варианта приводит к выбору наилучшего процесса, обеспечивающего наиболее выгодное производство в заданных условиях, такой ТП называется оптимальным. Постановка задач проектирования оптимального ТП является основой в начале проектирования. ТП является оптимальным, если он обеспечивает:
1) Выполнение системы огранияений наложенных условием протекания ТП в зависимости от требований предъявляемых к нему и к чертежу детали.
2) Экстремум целевой функции. ТП оптимальный по одному критерию, может не является не оптимальным по другому. Например, max производительность может не соответствовать min значениям себестоимости.
Основные задачи решаются с учетом критериев. В качестве критериев можно выбрать следующие параметры:
1) Штучное время, целевая функция
2) Производительность. Целевая функция
3) Себестоимость. Целевая функция
В целевом для постановки задац необходимую стремиться к формированию модели обработки и ТП для последующей оптимизации. Математическая модель должна включать критерии оптимальности, целевую функцию, систему ограничений, четко выявленные внутренние входные и выходные параметры. Входные варьированные влияют на выходные с учетом внутренних.
При оптимизации необходимо определить методы решения задач. Различают 3 вида оптимизации:
1) Структурная оптимизация – это определение параметров оптимальной структуры (выбор заготовки, вид технологического процесса, модель обор-я, типоразмер инструмента и т.д.)
2) Параметрическая оптимизация заключается в расчете оптимальных припусков и межпереходных размеров режимов резания.
3) Структурно-параметрическая, представляет собой комбинацию 2-х методов.
46,47. Структурная и параметрическая оптимизация ТП
Принципиальное отличие структурной оптимизации от параметрической оптимизации состоит в сущности оптимизируемых параметров. При структурной оптимизации они по своей природе являются неупорядоченными переменными. В параметрической оптимизации параметры представляют собой переменные, для которых существует понятие больше или меньше и которые естественным образом могут быть размещены в координатной системе. В структурной же оптимизации эти параметры не являются по существу числовыми. Параметрами структурной оптимизации являются, например, модели станков, типы инструментов, схемы базирования, т.е. варианты типовых решений.
Структурная оптимизация рассматривает последовательно каждую задачу технологического проектирования. Таким образом, весь процесс проектирования расчленяется на несколько взаимосвязанных уровней. Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. В результате проектирования на всех уровнях образуется граф допустимых вариантов ТП, отвечающих заданным ограничениям – рис.10.1.
Задача структурной оптимизации состоит в поиске ветви графа, обеспечивающей экстремум целевой функции. В силу неупорядоченности параметров основной метод структурной оптимизации состоит в последовательном переборе возможных вариантов. Чтобы выбрать один оптимальный вариант, необходимо до конца спроектировать очень большое количество допустимых техническими и технологическими ограничениями вариантов ТП.
Для реального ТП изготовления деталей даже средней сложности таких вариантов может быть огромное множество. Перебор всех вариантов даже при помощи современных быстродействующих компьютеров занимает очень большое время. Для уменьшения времени проектирования используются следующие приемы.
Прием 1. Эффективность процесса проектирования можно резко повысить, если организовать отбор рациональных вариантов проектных решений на каждом уровне проектирования. Однако при этом возникает проблема формирования критериев промежуточного отбора наиболее рациональных вариантов на различных уровнях. Например, на уровне (этапе) выбора заготовки анализ вариантов можно производить по критерию «себестоимость заготовки». Данный критерий можно достоверно рассчитать на этом этапе. Но указанный критерий не является до конца объективным. «Дешевая» заготовка (например, круглый прокат для изготовления ступенчатого вала) даст «дорогую» механическую обработку. А «дорогая» заготовка (например, штамповка для изготовления такого же вала) обеспечит более «дешевую» механическую обработку. Целесообразно, поэтому, использовать в качестве критерия суммарную стоимость заготовки и механической обработки. Однако стоимость механической обработки можно рассчитать только после разработки всего ТП. Следовательно, пропадает смысл «поэтапной оптимизации».
Но, все – таки, если удачно назначить критерии на каждом уровне проектирования, такой подход имеет смысл. При его применении может оказаться несколько равнозначных вариантов ТП, но среди них уже гораздо легче выбрать оптимальный вариант. Общая модель процесса технологического проектирования с поэтапным отсечением решений на каждом уровне может быть представлена следующим образом – см. рис.10.2.
Прием 2. «Предпроектная оптимизация». Рассмотрим этот прием на примере выбора модели круглошлифовального станка. Множество возможных вариантов моделей круглошлифовальных станков определяется с помощью таблиц соответствий. Фрагмент такой таблицы приведен ниже в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Левая часть таблицы, обозначающая ее строки, представляет собой множество типовых решений. Верхняя часть таблицы, обозначающая ее столбцы, - условия применимости и их числовые значения. Центральная часть таблицы – булева матрица соответствий, в которой зафиксированы связи между решениями и определяющими их применимость значениями условий. Наличие связи обозначают единицей, отсутствие – нулем. Иногда вместо единицы применяют штриховку соответствующей клетки, вместо нуля клетку оставляют незаштрихованной.
По имеющемуся комплексу исходных данных из таблицы соответствий принимаются те решения, в строках которых булева матрица имеет единицы для всех значений факторов, входящих в условия применимости.
На базе таблиц соответствий строятся алгоритмы, позволяющие выбирать множество допустимых решений, из которых путем последовательного перебора выбираются наилучшие решения согласно тому или иному критерию оптимальности.
Но и при локализованной структурной оптимизации перебор и анализ всех допустимых решений, выбираемых из таблиц соответствий, занимает большое время. Для сокращения времени счета при структурной оптимизации с использованием таблиц соответствий производят так называемую предпроектную оптимизацию на стадии разработки информационного обеспечения. Для этого используют графики соответствий.
Построим график соответствий для одного из условий применимости, например, для первого – см. табл. 10.1. Критерий оптимизации – себестоимость , соответственно, целевая функция . Примем - типовые решения (здесь – модели станков), - диапазоны условий применимости. Пусть количество типовых решений (моделей станков) равняется не трем, а семи, количество диапазонов в первом условии применимости – пять.
График соответствий показан на рис. 10.3.
Соединяя линией решения, имеющие минимальную себестоимость, получаем линию минимальной себестоимости. Решения, лежащие на этой линии, называют предпочтительными.
Построим теперь таблицу соответствий, в которой единицы заменены штриховкой и предпочтительные решения выделены звездочками – см. табл. 10.2.
Таблица 10.2
Другими словами в таблице штриховкой показаны технически возможные решения, звездочками – экономически эффективные решения.
Поиск решений в таблице соответствий сначала осуществляется по предпочтительным решениям. В случае отсутствия подходящего предпочтительного решения поиск производится по оставшимся допустимым.
Такой подход эффективен для случаев наличия экстремума целевой функции. Но в ряде случаев решение получается неопределенным. Так, например, в нашем случае для диапазона условия применимости имеется несколько эффективных решений.
Прием 3. Следующим шагом в развитии предпроектной оптимизации является переход от булевых матриц соответствий к оценочным матрицам. В этом случае в соответствующих клетках матрицы соответствий проставляются значения себестоимости с графика соответствий – см. табл.10.3.
Таблица 10.3
Подобные матрицы заполняются для всех условий применимости.
Алгоритм поиска оптимального решения по оценочной матрице состоит в поиске одноименной строки в оценочных матрицах для всех диапазонов условий применимости, обеспечивающей наименьшую сумму затрат для данного условия задачи.
Рассмотренная процедура повторяется для каждого уровня проектирования, приводя в конечном итоге к варианту с оптимальной структурой.
47. Параметрическая оптимизация.
Для постановки задачи оптимизации ТП (как и любой другой задачи оптимизации) необходимо сформировать математическую модель процесса обработки детали (сборки изделия.
После формирования математической модели необходимо определить метод решения задачи оптимизации.
Различают три вида оптимизации ТП:
- Структурную.
- Параметрическую.
- Структурно – параметрическую.
Параметрическая оптимизация ТП заключается в расчете оптимальных припусков и межпереходных размеров, режимов резания и т.д.
В параметрической оптимизации параметры представляют собой переменные, для которых существует понятие больше или меньше и которые естественным образом могут быть размещены в координатной системе.
Проектирование конкретных технологических процессов путем параметрической оптимизации типового процесса включает в себя две группы проектных операций: поиск в технологическом банке данных требуемого типового процесса и расчет параметров каждой операции (определение припусков и операционных размеров, норм времени, материальных и трудовых нормативов).
Рис. Модель многоуровневого процесса проектирования с выбором наиболее рационального решения на последнем уровне: ТЗ — техническое задание; C_{ij} — операции синтеза проектных решений; Rqk — проектные варианты
Этот метод применяется для изделий типовых форм, отличающихся только размерами.
48. Структурно-параметрическая оптимизация.
Для постановки задачи оптимизации ТП (как и любой другой задачи оптимизации) необходимо сформировать математическую модель процесса обработки детали (сборки изделия).
После формирования математической модели необходимо определить метод решения задачи оптимизации.
Различают три вида оптимизации ТП:
- Структурную.
- Параметрическую.
- Структурно – параметрическую.
Структурно – параметрическая оптимизация представляет собой комбинацию структурной и параметрической оптимизации.
Структурная оптимизация – это определение параметров оптимальной структуры ТП (вида заготовки, технологического маршрута, модели оборудования, типоразмера инструмента и т.д.).
Параметрическая оптимизация ТП заключается в расчете оптимальных припусков и межпереходных размеров, режимов резания и т.д.
В параметрической оптимизации параметры представляют собой переменные, для которых существует понятие больше или меньше и которые естественным образом могут быть размещены в координатной системе.
Проектирование конкретных технологических процессов путем параметрической оптимизации типового процесса включает в себя две группы проектных операций: поиск в технологическом банке данных требуемого типового процесса и расчет параметров каждой операции (определение припусков и операционных размеров, норм времени, материальных и трудовых нормативов).
49. Задача структурной оптимизации. Приемы, используемые для уменьшения времени проектирования.
Структурная оптимизация рассматривает последовательно каждую задачу технологического проектирования. Таким образом, весь процесс проектирования расчленяется на несколько взаимосвязанных уровней. Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. В результате проектирования на всех уровнях образуется граф допустимых вариантов ТП, отвечающих заданным ограничениям – рис.10.1.
Задача структурной оптимизации состоит в поиске ветви графа, обеспечивающей экстремум целевой функции. В силу неупорядоченности параметров основной метод структурной оптимизации состоит в последовательном переборе возможных вариантов. Чтобы выбрать один оптимальный вариант, необходимо до конца спроектировать очень большое количество допустимых техническими и технологическими ограничениями вариантов ТП.
Для реального ТП изготовления деталей даже средней сложности таких вариантов может быть огромное множество. Перебор всех вариантов даже при помощи современных быстродействующих компьютеров занимает очень большое время. Для уменьшения времени проектирования используются следующие приемы.
Прием 1. Эффективность процесса проектирования можно резко повысить, если организовать отбор рациональных вариантов проектных решений на каждом уровне проектирования. Однако при этом возникает проблема формирования критериев промежуточного отбора наиболее рациональных вариантов на различных уровнях. Например, на уровне (этапе) выбора заготовки анализ вариантов можно производить по критерию «себестоимость заготовки». Данный критерий можно достоверно рассчитать на этом этапе. Но указанный критерий не является до конца объективным. «Дешевая» заготовка (например, круглый прокат для изготовления ступенчатого вала) даст «дорогую» механическую обработку. А «дорогая» заготовка (например, штамповка для изготовления такого же вала) обеспечит более «дешевую» механическую обработку. Целесообразно, поэтому, использовать в качестве критерия суммарную стоимость заготовки и механической обработки. Однако стоимость механической обработки можно рассчитать только после разработки всего ТП. Следовательно, пропадает смысл «поэтапной оптимизации».
Но, все – таки, если удачно назначить критерии на каждом уровне проектирования, такой подход имеет смысл. При его применении может оказаться несколько равнозначных вариантов ТП, но среди них уже гораздо легче выбрать оптимальный вариант. Общая модель процесса технологического проектирования с поэтапным отсечением решений на каждом уровне может быть представлена следующим образом – см. рис.10.2.
Прием 2. «Предпроектная оптимизация». Рассмотрим этот прием на примере выбора модели круглошлифовального станка. Множество возможных вариантов моделей круглошлифовальных станков определяется с помощью таблиц соответствий. Фрагмент такой таблицы приведен ниже в табл.
Левая часть таблицы, обозначающая ее строки, представляет собой множество типовых решений. Верхняя часть таблицы, обозначающая ее столбцы, - условия применимости и их числовые значения. Центральная часть таблицы – булева матрица соответствий, в которой зафиксированы связи между решениями и определяющими их применимость значениями условий. Наличие связи обозначают единицей, отсутствие – нулем. Иногда вместо единицы применяют штриховку соответствующей клетки, вместо нуля клетку оставляют незаштрихованной.
По имеющемуся комплексу исходных данных из таблицы соответствий принимаются те решения, в строках которых булева матрица имеет единицы для всех значений факторов, входящих в условия применимости.
На базе таблиц соответствий строятся алгоритмы, позволяющие выбирать множество допустимых решений, из которых путем последовательного перебора выбираются наилучшие решения согласно тому или иному критерию оптимальности.
Но и при локализованной структурной оптимизации перебор и анализ всех допустимых решений, выбираемых из таблиц соответствий, занимает большое время. Для сокращения времени счета при структурной оптимизации с использованием таблиц соответствий производят так называемую предпроектную оптимизацию на стадии разработки информационного обеспечения. Для этого используют графики соответствий.
Построим график соответствий для одного из условий применимости, например, для первого – см. табл. 10.1. Критерий оптимизации – себестоимость , соответственно, целевая функция . Примем - типовые решения (здесь – модели станков), - диапазоны условий применимости. Пусть количество типовых решений (моделей станков) равняется не трем, а семи, количество диапазонов в первом условии применимости – пять.
График соответствий показан на рис. 10.3.
Соединяя линией решения, имеющие минимальную себестоимость, получаем линию минимальной себестоимости. Решения, лежащие на этой линии, называют предпочтительными.
Построим теперь таблицу соответствий, в которой единицы заменены штриховкой и предпочтительные решения выделены звездочками – см. табл. 10.2.
Таблица 10.2
Другими словами в таблице штриховкой показаны технически возможные решения, звездочками – экономически эффективные решения.
Поиск решений в таблице соответствий сначала осуществляется по предпочтительным решениям. В случае отсутствия подходящего предпочтительного решения поиск производится по оставшимся допустимым.
Такой подход эффективен для случаев наличия экстремума целевой функции. Но в ряде случаев решение получается неопределенным. Так, например, в нашем случае для диапазона условия применимости имеется несколько эффективных решений.
Прием 3. Следующим шагом в развитии предпроектной оптимизации является переход от булевых матриц соответствий к оценочным матрицам. В этом случае в соответствующих клетках матрицы соответствий проставляются значения себестоимости с графика соответствий – см. табл.
Подобные матрицы заполняются для всех условий применимости.
Алгоритм поиска оптимального решения по оценочной матрице состоит в поиске одноименной строки в оценочных матрицах для всех диапазонов условий применимости, обеспечивающей наименьшую сумму затрат для данного условия задачи.
Рассмотренная процедура повторяется для каждого уровня проектирования, приводя в конечном итоге к варианту с оптимальной структурой.
50. Предпроектная оптимизация.
Рассмотрим этот прием на примере выбора модели круглошлифовального станка. Множество возможных вариантов моделей круглошлифовальных станков определяется с помощью таблиц соответствий. Фрагмент такой таблицы приведен ниже в табл.
Левая часть таблицы, обозначающая ее строки, представляет собой множество типовых решений. Верхняя часть таблицы, обозначающая ее столбцы, - условия применимости и их числовые значения. Центральная часть таблицы – булева матрица соответствий, в которой зафиксированы связи между решениями и определяющими их применимость значениями условий. Наличие связи обозначают единицей, отсутствие – нулем. Иногда вместо единицы применяют штриховку соответствующей клетки, вместо нуля клетку оставляют незаштрихованной.
По имеющемуся комплексу исходных данных из таблицы соответствий принимаются те решения, в строках которых булева матрица имеет единицы для всех значений факторов, входящих в условия применимости.
На базе таблиц соответствий строятся алгоритмы, позволяющие выбирать множество допустимых решений, из которых путем последовательного перебора выбираются наилучшие решения согласно тому или иному критерию оптимальности.
Но и при локализованной структурной оптимизации перебор и анализ всех допустимых решений, выбираемых из таблиц соответствий, занимает большое время. Для сокращения времени счета при структурной оптимизации с использованием таблиц соответствий производят так называемую предпроектную оптимизацию на стадии разработки информационного обеспечения. Для этого используют графики соответствий.
Построим график соответствий для одного из условий применимости, например, для первого – см. табл. 10.1. Критерий оптимизации – себестоимость , соответственно, целевая функция . Примем - типовые решения (здесь – модели станков), - диапазоны условий применимости. Пусть количество типовых решений (моделей станков) равняется не трем, а семи, количество диапазонов в первом условии применимости – пять.
График соответствий показан на рис. 10.3.
Соединяя линией решения, имеющие минимальную себестоимость, получаем линию минимальной себестоимости. Решения, лежащие на этой линии, называют предпочтительными.
Построим теперь таблицу соответствий, в которой единицы заменены штриховкой и предпочтительные решения выделены звездочками – см. табл.
Таблица 10.2
Другими словами в таблице штриховкой показаны технически возможные решения, звездочками – экономически эффективные решения.
Поиск решений в таблице соответствий сначала осуществляется по предпочтительным решениям. В случае отсутствия подходящего предпочтительного решения поиск производится по оставшимся допустимым.
Такой подход эффективен для случаев наличия экстремума целевой функции. Но в ряде случаев решение получается неопределенным. Так, например, в нашем случае для диапазона условия применимости имеется несколько эффективных решений.
51. Информационный фонд и его организация на ЭВМ.
Информационный фонд (ИФ) - совокупность данных, используемых всеми компонентами САПР.
Назначение информационного обеспечения (ИО) САПР - реализация информационных потребностей всех составных компонентов САПР. Основная функция ИО САПР - ведение информационного фонда, т.е. обеспечение создания, поддержки и организации доступа к данным. Таким ИО САПР есть совокупность информационного фонда и средств его ведения.
Состав информационного фонда САПР
Программные модули хранятся в виде символических и объектных текстов их потребителями являются мониторы различных подсистем САПР.
Исходные и результирующие данные необходимы при выполнении программных модулей в процессе преобразования.
Нормативно- справочная проектная документация, как правило
представляет собой хорошо структурированный фактографический материал.
Содержание экранов дисплеев - представляет собой связанную совокупноность данных, задающих форму кадра и, следовательно, позволяющих отобразить на экран дисплея информацию с целью организации диалового взаимодействия в ходе проектирования. Обычно эти данные имеют фиксированный размер, и занимаю промежуточное место между программными модулями и исходными данными; используются диалоговыми системами САПР.
Текущая проектная документация отражает состояние и ход выполнения проекта.
Способы ведения информационного фонда САПР
Различают следующие способы ведения информационного фонда САПР:
использование файловой системы;
построение библиотек;
использование банков данных (БнД);
создание информационных программных адаптеров.
Способы 1 и 2 широко распространены в организации информационного фонда вычислительных систем, поскольку поддерживаются средствами операционных систем (ОС). Однако для обеспечения быстрого доступа к справочным данным, хранения меняющихся данных, организации взаимодействия между разноязыковыми модулями эти способы малопригодны.
Способ 3 - использование БнД позволяет:
-централизовать информационный фонд САПР;
-произвести структурирование данных в форме удобной для проектировщика;
-обеспечить поиск информационно- справочной и проектной документации;
-упростить организацию межмодульного интерфейса путем унификации промежуточных данных.
Способ 4 - предполагает использование специальных систем и программных технологий для организации межмодульного интерфейса и построения крупных программных комплексов из готовых модулей.
52. Односторонние таблицы (матрицы) решений.
Рассмотрим суть этого метода к организации и поиску данных на примере выбора модели зубошевинговального станка. Данный пример рассматривался ранее в лекции 7. Но там задача решалась с использованием первого подхода к организации информационного фонда с размещением данных в теле программы. Недостатки такого подхода указаны выше. Здесь данная задача будет решена с разработкой в конце универсального алгоритма выбора решений, при котором данные будут отделены от будущей программы и организованы в виде массивов (файлов). Исходные данные для решения задачи приведены в лекции 7, здесь напомним лишь условия применимости зубошевинговальных станков – табл.
В таблице дополнительно приняты следующие обозначения: Р1 – первое решение, Р2 – второе решение, Р3 – третье решение.
Таблицы (матрицы решений) строятся в следующей последовательности. Сначала разрабатываются графические схемы выбора решений – рис.
Каждая графическая схема представляет собой ряд интервалов, границами которых являются характеристические значения параметров применимости. Следует обратить внимание, что для левых границ параметров применимости берутся не сами значения, представленные в таблице, а близкие, но меньшие числа. Если брать числа равные значениям левых границ, то при работе алгоритма часть решений будет потеряна. Каждый интервал графических схем допускает свой набор решений.
С использованием графических схем заполняется следующая таблица – см. табл.
В таблице «ТР» обозначает «техническое решение», цифры «1,2,3» - номера решений, т.е. «первый, второй, третий (в порядке следования в исходной таблице)» станок. В случаях, когда для сочетания интервалов параметров применимости может быть выбрано более одного решения, исходя из технических (технологических) соображений принимают одно решение. В данном случае в исходной таблице станки расположены по мере возрастания их габаритных размеров и, следовательно, жесткости. Чем больше модуль зуба обрабатываемого зубчатого колеса, тем более жесткий должен применяться станок.
Для уменьшения размеров таблицу 11.2 можно минимизировать, объединяя несколько столбцов в один столбец – см. табл.
Преобразуем таблицу в матрицу решений, удобную для обработки ее на ЭВМ – см. табл.
|
59 |
124 |
124 |
299 |
299 |
299 |
299 |
. . . |
|
|
8 |
1,4 |
6 |
1,4 |
1,9 |
6 |
6 |
. . . |
|
|
200 |
200 |
110 |
200 |
110 |
80 |
110 |
. . . |
|
|
35 |
35 |
35 |
35 |
35 |
17 |
35 |
. . . |
Для поиска решений разработан универсальный алгоритм, блок – схема которого показана на рис. 11.5.
Возможная структура массивов информации, построенных на основе односторонней таблицы решений и заполненных данными рассматриваемого примера, приведена на рис. 11.6. Пусть , , ,
, т.е. . В соответствии с алгоритмом поиск решения в этом случае будет осуществляться:
Т.е. решением в данном случае будет станок модели 5А702Г.
Рис. Структура массивов информации, построенных на основе односторонней таблицы решений (фрагмент)
53. Двухсторонние таблицы (матрицы) решений.
Преобразуем одностороннюю таблицу решений для выбора зубошевинговального станка в двухстороннюю таблицу – см. табл.
После упрощения таблицы путем исключения «лишних» строк, содержащих только «прочерки», и преобразования ее в форму, удобную для обработки на ЭВМ, получим таблицу
Примечание: при упрощении таблицы не исключена последняя ее строка, т.к. в полной таблице (не во фрагменте) она содержит «ненулевые» клетки.
На рис. показана возможная структура массивов информации, построенных на основе двухсторонней таблицы решений и заполненных данными рассматриваемого примера.
Рис. Структура массивов информации, построенных на основе двухсторонней таблицы решений (фрагмент)
Для поиска решений представленный в виде блок - схемы на рис. алгоритм здесь используется дважды: первый раз для нахождения нужной строки, второй раз – нужного столбца (или наоборот) в массиве «С». Как и при использовании односторонней таблицы искомым решением для рассматриваемого примера будет станок модели 5А702Г.
54. Алгоритмические таблицы решений.
При технологическом проектировании встречаются задачи, число решений которых невелико, а логические зависимости их выбора сложны. В этом случае могут быть использованы алгоритмические таблицы решений, принципы построения и использования которых рассмотрим на следующем примере.
Пример. Выбор модели токарного автомата.
Таблица 12.1
Комплекс условий применимости (КУП) для выбора станка:
В КУП приняты следующие обозначения: М – материал обрабатываемой заготовки (детали); ФП – форма прутка, применяемого в качество заготовки.
Для решения поставленной задачи можно использовать таблицу решений. Но она будет громоздкой, т.к. условия применимости здесь взаимосвязаны, и объем таблицы решений будет в данном примере в 6 раз больше, чем таблица исходных характеристик станков. Уменьшение объемов и повторов информации при сложной логике достигают при использовании алгоритмических таблиц решений. Для рассматриваемого примера алгоритмическая таблица решений представлена ниже.
Таблица 12.2
В таблице приняты следующие обозначения по ФП: 0 – круглый, 4 – четырехгранный, 6 – шестигранный; по М: 0 – сталь, 1 – другие материалы. Цифрой «10» условно обозначен номер следующей подпрограммы, к которой осуществляется переход после решении задачи по выбору модели станка.
Каждый элемент таблицы записывается следующим образом: , где - тип условия ; - характеристическое значение параметра применимости; - адрес (метка) перехода. Имеется три вида переходов:
Стандартный – к следующей строке таблицы данного столбца (обозначается точкой).
Переход к строке и столбцу данной таблицы, где - номер строки ( целая часть ); - номер столбца ( дробная часть ).
Переход к другой подпрограмме, при этом - целое число (номер подпрограммы).
Пусть - одно из исходных данных. Если условие выполняется, то осуществляется переход к следующему столбцу данной строки , т.е. к условию
. Если условие не выполняется, то осуществляется переход по метке . Процедура заканчивается принятием решения или выходом из таблицы на какую – либо подпрограмму по метке .
Пример поиска. Выбрать токарный автомат на операцию обработки детали из шестигранного стального прутка с размером под ключ 14 мм, у детали имеется резьба М10, длина детали равна 40 мм.
Множество исходных данных запишется следующим образом: U = {ФП, DZ, M, DR, LZ} = {6, 14, 0, 10, 40}. Обозначим через элемент таблицы. Тогда схема поиска:
55. Таблицы (матрицы) соответствий.
Таблицы решений используют, когда необходимо найти одно решение. Если же нужно найти все допустимые решения, то применяют таблицы соответствий.
Пример. Выбор возможных моделей зубошевинговальных станков (см. ранее). Таблица соответствий представлена в табл. 12.3.
Таблица 12.3
В левой части таблицы соответствий – множество решений . В верхней части таблицы – комплекс параметров применимости и их характеристические значения. Центральная часть таблицы – матрица соответствий, в которой зафиксированы связи между решениями и значениями параметров, определяющими их применимость: 1 – наличие связи; 0 – отсутствие связи.
Пусть . Задача решается нахождением соответствующих столбцов (для примера они выделены) и логическим умножением их содержимого. Если результатом логического умножения является «единица», то решение принимается, если «нуль», то не принимается. Для нашего примера возможными (допустимыми) решениями являются: и .
56. Логические таблицы (матрицы) соответствий.
Таблицы решений применяют тогда, когда параметры применимости взаимно независимы. Но условия выбора решений могут быть сложнее.
Пример. Выбор абразивного материала шлифовального круга.
Блок – схема алгоритма выбора абразивного материала шлифовального круга представлена на рис.12.1.
Пусть Ra > 1,25 мкм, V <= 35 м/с. При HRC <= 50 ед. решением будет абразивный материал марки 14А, при HRC > 50 ед. решением будет абразивные материалы марок 33А, 43А, 91А. Пусть теперь Ra > 1,25 мкм, V > 35 м/с. При HRC <= 50 ед. решением будет абразивный материал марки 23А, при HRC >50 ед. решением будет абразивные материалы марок 24А, 33А, 91А.
Если здесь применить таблицу соответствий, то часть решений либо « пропадет», либо будет неверной. При выборе возможных (допустимых) моделей зубошевинговальных станков с помощью таблиц соответствий параметры применимости были независимыми. Здесь же параметры (условия) Ra, V, HRC являются зависимыми, и выбор решений зависит не только от их значений, но и от их сочетаний.
Построим логическую таблицу соответствий для рассматриваемого примера – см. табл. 12.4.
Таблица 12.4
В логическую таблицу соответствий заложены две матрицы:
Матрица условий – верхняя правая часть.
Матрица решений – нижняя правая часть.
Элементами этих матриц являются булевые переменные, принимающие два значения: 1 – да, 0 – нет.
По матрице условий определяют нужный столбец, для которого в матрице решений выбирают все допустимые решения. Например, HRC <=50 ед.; 0,63 < Ra <= 1,25; V > 35 м/с. Этим исходным данным соответствует 4 столбец, решения – 23А, 24А.