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
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
(образован в 1953 году)
__________________________________________________________
Кафедра систем управления
Дистанционное Сист.уп.- 260601.зчн.плн.
обучение Сист.уп.- 260601.зчн.скр.
Сист.уп.-260602.зчн.плн.
Сист.уп.-260602.зчн.скр.
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
www.msta.ru
Москва – 2007
УДК 621.01
© Жужжалов В.Е., Солдатов В.В., Маклаков В.В., Жиров М.В. Системы автоматизированного проектирования. Учебно-практическое пособие. – М.: МГУТУ, 2007.
В учебно-практическом пособии в кратком и систематическом виде изложено содержание курса «Системы автоматизированного проектирования». После каждой темы даны вопросы и тесты, позволяющие контролировать степень усвоения учебного материала.
Пособие предназначено для студентов специальностей 260601, 260602
Авторы: Жужжалов Валерий Евгеньевич, Солдатов Виктор Владимирович,
Маклаков Владимир Васильевич, Жиров Михаил Вениаминович
Рецензенты: д.т.н., профессор, зав. каф. автоматизации биотехнических
систем МГУ ПБ Попов В.И.,
д.т.н., ведущий научн. сотр. ИПУ РАН Цветков А.В.
Редактор: Свешникова Н.И.
© Московский государственный университет технологий и управления, 2007.
109004, Москва, Земляной вал, 73
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
Тема 1. Основные понятия САПР 4
Тест 1 7
Тема 2. Проектирование локальных систем управления 8
Тест 2 11
Тема 3. Проектирование автоматизированных систем управления 12
Тест 3 16
Тема 4. Системы автоматизированного проектирования 17
Тест 4 20
Тема 5. САПР в машиностроении 21
Тест 5 30
Ответы на тесты 31
Итоговый тест 31
Список литературы 33
ВВЕДЕНИЕ
Системы автоматизированного проектирования (САПР) — это новое перспективное направление применения современной вычислительной техники. Эти системы призваны обеспечить автоматический расчет типовых проектных решений и автоматическую (или автоматизированную) подготовку технической документации. Указанные задачи могут быть формализованы, благодаря чему специалист-проектировщик (в дальнейшем пользователь) освобождается от трудоемких работ, не требующих творческого подхода. Наряду с этим в последнее время все большее распространение получают диалоговые системы проектирования. При этом в процессе взаимодействия пользователя и ЭВМ реализуется творческий потенциал проектировщика при выборе принципиальных моментов решения задачи, а на ЭВМ возлагаются функции проверки ограничений и числовая оценка параметров предлагаемого варианта. При подготовке документации с помощью технических средств реализуется автоматическое вычерчивание отдельных инвариантных для данной задачи схем и их типовых элементов. Дальнейшим развитием САПР является применение элементов искусственного интеллекта с помощью базы знаний, заложенной в память ЭВМ, которая создается на основе обобщения опыта работы квалифицированных проектировщиков.
В настоящие время основное внимание уделено повышению эффективности производства на основе всесторонней интенсификации за счет технического перевооружения и всемерного внедрения комплексной механизации и автоматизации во всех отраслях производства с переходом к цехам и предприятиям — автоматам, системам автоматического управления. Поэтому при проектировании таких систем должны использоваться наиболее рациональные, решения, отвечающие современному уровню науки и техники и обеспечивающие высокие технико-экономические показатели.
Проектированию сложных автоматизированных комплексов с использованием микропроцессоров и других средств вычислительной техники, а также автоматизации объектов, с новой неосвоенной или особо сложной технологией производства должны предшествовать научно- технические работы, результаты которых используются при выполнении проекта.
Строительство и организация производства, испытания, эксплуатация и ремонт связаны с использованием разных видов технической документации. При создании новой техники используют прежде всего проектную и конструкторскую документацию.
Проектная документация — это вид технической документации (графической и текстовой), содержащей технико-экономические обоснования (ТЭО), расчеты, чертежи, макеты, сметы, пояснительные записки и другие материалы, необходимые для строительства, монтажа, наладки и последующей эксплуатации сооружений, в том числе
промышленных объектов.
Проектная документация промышленного объекта включает строительную (архитектурно-строительные решения, строительные конструкции, санитарно-технические устройства) и не строительную (генеральный план и транспорт, технология, энергетика, автоматизация, связь и др.) части. Разработка, оформление, утверждение и обращение этой документации регламентируются стандартами системы проектной документации в строительстве СПДС и строительными нормами и правилами (СНиП). Проектирование систем автоматизации ведется при использовании указанных нормативных материалов, а также стандартов ЕСС АСУ (Единой системы стандартов АСУ), нормативно-технических документов (НТД) и информационных материалов ведущих проектных организаций; отраслевых стандартов (ОСТ), ведомственных строительных. норм (ВСН), руководящих материалов (РМ), типовых установочных чертежей (ТК, ТМ, ЭК) и др.
Конструкторская документация — это вид графической и текстовой технической документации, содержащей чертежи, ведомости комплектующих деталей, схемы, расчеты, пояснительные записки, техническиё условия (ТУ) и другие материалы, необходимые для разработки или изготовления промышленного изделия, его контроля, приемки, эксплуатации и ремонта. Взаимосвязанные правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения конструкторской документации входят в комплект государственных стандартов — единую систему конструкторской документации (ЕСКД). Разработка технических заданий и документации, их согласование и утверждение, порядок испытаний образцов, приемки результатов разработки, подготовки и освоения производства регламентированы ГОСТ 15.001— 88.
Проект определенного производственного объекта представляет собой комплект технической документации, которая позволяет воспроизвести в натуре проектируемый объект, полностью отвечающий требованиям технологического, организационного, эксплуатационного и экономического порядка. Проект должен не только выявить характер, форму и техническую сущность проектируемого объекта, но и содержать убедительное доказательство того, что излагаемые в проекте решения наиболее рациональные с точки зрения народнохозяйственных интересов и экономики данной отрасли производства, отвечают современному уровню науки и техники и обеспечивают высокие технико-экономические показатели. Поскольку каждый проектируемый объект, особенно такой, как современное производство или его отдельный участок, является довольно сложным техническим комплексом, требующим разработки технологии, энергетики, строительной части и других разнообразных элементов, весьма важным является вопрос о комплектности проекта и увязке всех его частей и элементов в единое целое.
Выбор уровня автоматизации проектируемого объекта осуществляется на основании предварительного технико-экономического анализа. В экономическом обосновании к проекту на заключительном этапе проектирования после всестороннего анализа всех факторов должны быть подтверждены техническая целесообразность и экономическая эффективность принятого уровня и объема автоматизации. В перерабатывающих отраслях агропромышленного, комплекса наиболее распространены локальные системы автоматизации и развернуты работы по внедрению АСУ.
К основным задачам проектирования локальных систем автоматизации относятся следующие: определение рациональной структуры системы автоматического контроля; регулирования и управления, отвечающей принятым принципам организации производства, машинно-аппаратурной схеме и особенностям технологического процесса; выбор рациональных методов контроля, регулирования и управления данным технологическим процессом, обеспечивающих достижение высоких количественных и качественных показателей производства; выбор приборов и средств автоматизации с учетом экономической и эксплуатационной эффективности системы автоматизации; целесообразное размещение средств автоматизации на производственных объектах, рациональная компоновка щитов и пультов контроля и управления с учетом эргономических рекомендаций.
Определяющим фактором при автоматизации производства является экономическая эффективность. Лишь в тех случаях, когда автоматизация вызвана необходимостью обеспечения безопасности труда, экономическая эффективность не имеет решающего значения.
Экономический эффект от внедрения систем автоматизации процессов достигается за счет уменьшения дисперсии выходных параметров и приближения их средних значений к соответствующим технологическому регламенту. Автоматизация периодических процессов повышает производительность оборудования, снижает потери и улучшает качество продукции. Автоматизированное управление поточно-транспортными процессами перемещения сыпучи твердых и жидких продуктов, а также штучных изделий повышает ритмичность производства, снижает простои оборудования, сокращает трудовые затраты. В целом для пищевой промышленности с экономической точки зрения наиболее эффективны системы автоматизации, приводящие к экономии сырья и основных материалов, так как удельный вес затрат на эти составляющие преобладает в общих затратах на производство.
При проектировании сложных систем используют блочно-иерархический подход. Принцип иерархичности означает разделение объектов по степени детальности описаний, а принцип декомпозиции (блочности) — разбиение каждого объекта на ряд составных частей (блоков) для раздельного проектирования в дальнейшем отдельных элементов. Объектами проектирования являются изделия, технологические процессы и организационно-технические системы.
Составные части этапов проектирования называются проектными процедурами, а более мелкие этапы, входящие в процедуры, называются операциями. Можно выделить часть основных этапов процесса проектирования: предпроектные исследования; эскизный проект; стадия технического проекта; рабочий проект; стадия проектирования.
Если сначала решаются задачи высших иерархических уровней, а потом более низких, проектирование называют нисходящим. Ели раньше выполняются этапы, связанные с низким иерархическими уровнями, проектирование называют восходящим.
Необходимо помнить, что по характеру отображенных свойств объекта можно выделить следующие аспекты описания: функциональный, связанный с отображением характера физических и информационных процессов, протекающих в объекте (принципиальные, функционально структурные схемы и их описание); конструкторский — определение геометрических форм объекта; технологический — реализация результатов конструкторского проектирования.
При проектировании рекомендуется использование типовых и унифицированных проектных решений, что приводит к ускорению и упрощению процесса. Типовые проектные процедуры можно разделить на процедуры анализа и синтеза, которые в свою очередь, состоят из одновариантного и многовариантного анализа, параметрического и структурного синтеза.
При одновариантном анализе и при заданных значениях внутренних и внешних параметров значения выходных параметров определяют путем однократного решения уравнений, составляющих математическую модель объекта. Многовариантный анализ заключается в исследовании свойств объекта в некоторой области пространства внутри параметров и требует многократного решения систем уравнений.
Структурный синтез определяет структуру объекта. Определение числовых значений параметров, т.е. оценка результатов анализа относится к параметрическому синтезу.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие документы входят в состав проектной документации?
2. Какие документы входят в состав конструкторской документации?
3. В чем заключаются задачи проектирования систем автоматизации?
4. Как определяется экономическая эффективность систем автоматизации?
5. Укажите этапы процесса проектирования.
ТЕСТ 1
Из предложенных Вам ответов на данный вопрос выберите правильный.
1.1. Выбор уровня автоматизации проектируемого объекта осуществляется на основании предварительного:
а) технического анализа;
б) экономического анализа;
в) технико-экономического анализа Q.
1.2. Определяющим фактором при автоматизации производства является:
а) экономическая эффективность Q;
б) техническая эффективность;
в) экологическая эффективность.
1.3. Многовариантный анализ требует:
а) многократного решения систем уравнений Q;
б) однократного решения систем уравнений;
в) необходимого числа решений систем уравнений.
1.4. Что определяется в результате структурного синтеза систем управления?
а) рациональная структура системы управления;
б) функции системы управления;
в) число необходимых элементов систем управления.
1.5. На какие типовые процедуры можно разделить выполнение проекта?
а) анализа и синтеза;
б) анализа;
в) синтеза.
ТЕМА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
В общем виде системы управления вне зависимости от того, каким объектом или каким технологическим процессом они управляют, состоят из объекта управления и информационно-управляющей части. При проектировании систем управления необходимо учитывать разработки различных систем, их сравнительные оценки с точки зрения удобства эксплуатации и технико-экономической эффективности, требуемых затрат, т.е. решить вопросы выбора структуры управления.
Графическое изображение структуры управления, т.е. разделение на совокупность частей по определенному признаку и определенным путем передачи воздействий между ними, называется структурной схемой.
Следует помнить, что схемы автоматизации, составленные по функциональному признаку, являются основным документом, отражающим решения, принятые в проекте. В настоящее время схемы автоматизации выполняются в соответствии с ГОСТ 21.404-85.
По схеме автоматизации можно определить, какие приборы и средства автоматизации используются в проекте, взаимосвязь между ними, функциональные признаки приборов, место установки средств автоматизации. Однако не все средства, использованные при автоматизации, изображаются на схеме. Элементы питания релейных схем и другие вспомогательные устройства на ней не показываются. На приборах и установках автоматики наносятся номера позиций, по которым в свободной спецификации можно уточнить тип прибора и его характеристики.
Принципиальные электрические схемы составляются на основе задания на проектирование и схем автоматизации. Используя интуитивный, формализованный или комбинированный методы, составляется структурная схема с минимальным числом элементов и контактов в релейно-контактных схемах.
Бесконтактные схемы можно минимизировать только в определенной степени, так как при минимизации их логических функций не всегда удается учесть ряд специфических особенностей схемы (необходимость применения однотипных элементов, имеющих несколько входов и один выход; их детектирующие свойства, необходимость фазировки сигналов, ограниченную нагрузку элементов и т. п.). Преобразуя схемы, можно использовать в качестве дополнительных требований те ограничения, которые вытекают из опыта проектирования и эксплуатации подобных схем, например замена размыкающих контактов некоторых аппаратов замыкающими как более надежными и снижающими аварийность, уменьшение числа контактов, коммутирующих ток, и т. п.
Проектируемые для одного объекта принципиальные электрические схемы управления и сигнализации в зависимости от сложности могут выполняться на одном или нескольких листах. На принципиальных электрических схемах управления и сигнализации в общем случае могут быть показаны цепи управления, сигнализации, измерения и регулирования, силовые цепи; контакты аппаратов данной схемы, занятые в других схемах, и контакты аппаратов из других схем; диаграммы и таблицы включений контактов приемных элементов схемы (переключателей, конечных и путевых выключателей, программных устройств); таблицы применимости; поясняющая технологическая схема, циклограмма работы оборудования; схема блокировочных связей оборудования; необходимые пояснения и примечания; перечень элементов и основная надпись.
Элементы на принципиальных электрических схемах должны быть изображены в соответствии со стандартами ЕСКД совмещенным или разнесенным способом. При совмещенном способе составные части элементов показывают на схеме в непосредственной близости один к другому. Так, магнитный пускатель изображают со всеми его катушками, контактами и другими частями. Совмещенный способ в проектах по автоматизации применяют для изображения сложных регулирующих устройств. Однако наиболее часто элементы на принципиальных электрических схемах управления и сигнализации систем автоматизации изображают разнесенным способом, при котором их составные части располагают в разных местах схемы таким образом, чтобы отдельные цепи были наиболее наглядными. При этом рекомендуется использовать строчный способ изображения цепей, при котором отдельные цепи располагают в горизонтальную или вертикальную (последняя менее желательна) строчку последовательно одна за другой. В схемах с горизонтальным строчным расположением отдельных цепей катушки изображают обычно справа, а контакты — слева.
Все аппараты на схеме показывают в их нормальном положении, т. е. в таком, которое они занимают при отсутствии внешнего воздействия (электрического, механического, теплового и т. п.). Аппараты, не имеющие отключенного положения, изображают в одном из положений, принимаемом за исходное, о чем на схеме дается пояснение.
Все элементы на схеме соответствуют ГОСТ 2.710—81 “Обозначения условные буквенно-цифровые в электрических схемах” и обязательно снабжают позиционным обозначением, остальные типы условных обозначений (функциональная группа, конструктивное расположение и т. д.) применяют по усмотрению проектировщика. Позиционное обозначение в общем случае состоит из трех частей, записываемых подряд без разделительных знаков и пробелов. Оно образуется с применением букв только латинского алфавита и арабских цифр.
Первая часть позиционного обозначения выполняется с помощью одно-
или двухбуквенного кода. Причем если в схеме содержится только один из группы элементов, имеющих общий однобуквенный код, то для первой части его позиционного обозначения используют однобуквенный, в противном случае — двухбуквенный код. Во второй части позиционного обозначения приводится порядковый номер элемента в пределах данного вида. Третья часть позиционного обозначения (иногда может отсутствовать) соответствует функциональному назначению элемента. Примененные для третьей части позиционного обозначения буквенные коды должны быть пояснены на свободном поле схемы.
Маркировка цепей в электрических схемах выполняется в соответствии с ГОСТ 2709— 72 “Система маркировки цепей в электрических схемах” и служит для опознания цепей, а в некоторых случаях отражает их функциональное назначение. Одни и те же цепи на всех электрических схемах (принципиальных, монтажных и внешних соёдинении) должны иметь одинаковую маркировку, которая проставляется слева от вертикально и над горизонтально расположенными цепями.
Участки цепей, сходящиеся в одном узле схемы или проходящие через разъемные контактные соединения, имеют одинаковую маркировку. Участки цепей, разделенные контактами аппаратов, катушками реле, обмотками машин, резисторами, предохранителями и другими элементами, имеют разную маркировку. Цепи маркируют независимо от заводской нумерации зажимов аппаратов и приборов, к которым они присоединяются. В связи с применением табличного способа оформления монтажных схем на принципиальных электрических схемах наряду с маркировкой цепи приводится заводская нумерация зажимов (выводов) аппарата или прибора, а при отсутствии последней — нумерация зажимов, выполненная, например, в соответствии со стандартом НПО “Пищепромавоматика”.
Цепи маркируют арабскими цифрами, перед которыми при необходимости проставляют прописные буквы (одинакового с цифрами размера) А, В, С (для маркировки фаз) и N (для маркировки нуля). Входные и выходные участки цепей постоянного тока маркируют с указанием полярности: “+“ и “—“.
Принципиальные пневматические схемы разрабатывают на основании тех же исходных материалов и в той же последовательности, что и принципиальные электрические схемы. Особенности их разработки связаны прежде всего с тем, что при переходе от структурной схемы к принципиальной отсутствует необходимость в выборе рода тока и напряжения питания схемы, а выбор аппаратурно-элементной базы ограничен двумя системами элементов: мембранных или мембранно-струйных. К тому же пневматические элементы практически являются бесконтактными логическими элементами, поэтому при разработке принципиальных пневматических схем с их использованием в основном применяются формализованные или комбинированные методы.
Щиты и пульты систем автоматизации должны соответствовать ГОСТу 3613-90.
Внутри щитов размещают вспомогательную аппаратуру /реле, трансформаторы, источники питания, предохранители, фильтры и т.д./, а также микропроцессоры и функциональные блоки пневмоавтоматики. На пультах вспомогательную аппаратуру не монтируют.
Заказная спецификация щитов и пультов составляется в комплекте с чертежами общих видов и входит в состав документации, передаваемой заводу-изготовителю щитовой продукции.
Схемы внешних электрических и трубных проводок цеха, участка цеха, технологического агрегата и другие выполняются без соблюдения масштаба, их можно выполнять в виде комбинированных совмещенных схем или допускается на чертеже один вид схемы.
При проектировании трассовых конструкций производится минимизация их протяженности.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое структурная схема?
2. Что изображается на схеме автоматизации?
3. Как можно минимизировать схемы?
4. Какими способами могут быть изображены элементы на принципиальных схемах (по стандартам ЕСКД)?
5. Как осуществляется маркировка цепей?
ТЕСТ 2
Из предложенных Вам ответов на данный вопрос выберите правильный.
2.1. Что является структурной схемой?
а) математическая модель структуры управления;
б) текстовое описание структуры управления;
в) графическое изображение структуры управления.
2.2. Элементы на принципиальных электрических схемах должны быть изображены в соответствии со стандартами ЕСКД:
а) совмещенным или разнесенным способом;
б) только совмещенным способом;
в) только разнесенным способом.
2.3. На пультах вспомогательную аппаратуру:
а) монтируют;
б) не монтируют;
в) регламентируют.
2.4. Какие схемы, составленные по функциональному признаку, являются основным документом, отражающим решения, принятые в проекте
а) автоматизации;
б) электрификации;
в) механизации.
2.5. На основании каких документов составляются принципиальные электрические схемы?
а) задания на проектирование и схем автоматизации;
б) задания на проектирование;
в) схем автоматизации.
ТЕМА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
Работы по созданию автоматизированных систем управления начинаются с предварительного ознакомления с производством, что позволяет определить необходимость автоматизированной системы управления для данного предприятия. Основным научным методом изучения систем является системный анализ, в основе которого лежит количественный анализ.
Структура взаимодействия оперативного персонала автоматизированных систем называется организационной структурой, а совокупность описаний функциональной, технической и организационной структур является организационным обеспечением.
Документация организационного обеспечения должна включать схему организационной структуры, инструкции по эксплуатации.
Под функциональной структурой АСУ ТП принято понимать совокупность функций, выполняемых системой, и связей между ними, определяющих порядок реализации этих функций. В некоторых случаях оказывается удобным использовать в качестве связей между функциями соответствующие информационные потоки.
Структурная схема объекта управления может быть получена при декомпозиции его как сложной системы по трем направлениям. Результат декомпозиции сложной системы в этом случае определяется выражением
где - совокупность элементов i-й функциональной сферы предприятия (страта); — совокупность элементов контура управления, обеспечивающего M-й уровень (слой) сложности принимаемых решений; — совокупность элементов организационной структуры К-го подразделения J-го уровня управления (эшелон); S, L, E (верхние индексы) — соответственно страта, слой, эшелон.
Благодаря процедурам декомпозиции в трехмерном пространстве можно выделить определенные структурные элементы, определить их участие в реализации заданной цели управления, сформулировать функции управления. При этом важную роль играет формулировка целевой функции, так как она определяет масштаб будущей системы управления. Например, если целевая функция системы состоит в максимизации прибыли предприятия, то реализация указанного подхода приводит к синтезу интегрированной АСУ, так как система управления должна охватить все структурные элементы объекта, участвующие в образовании прибыли предприятия.
По этой причине для АСУ ТП характерны следующие целевые функции: минимизация цеховой себестоимости или потерь в производстве, максимизация выпуска определенных видов продукции, минимизация расхода определенных видов энергоносителей и т. д.
Стратификация объекта управления (декомпозиция по функциональным сферам). При желании получить полное детальное описание объекта возникают трудности, которые объясняются природой сложных систем. Эта задача обычно решается путем нахождения компромисса между простотой описания и необходимостью учета многочисленных характеристик поведения сложной системы. Решение этой проблемы можно достичь путем использования иерархических описаний сложной системы. Система в этом случае задается семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения разных уровней абстрагирования. Для каждого уровня описания (страты) существует ряд характерных особенностей и переменных, законов и принципов. Желательным требованием при стратификации системы является необходимость обеспечить максимально возможную независимость отдельных страт друг от друга. При анализе стратифицированной модели понимание системы возрастает при последовательном переходе от одной страты к другой: чем ниже опускаемся по иерархии, тем более детальным становится раскрытие системы; чем выше поднимаемся, тем яснее становится смысл и значение всей системы.
Реализуя условие устойчивой стратификации системы, можно выделить в составе пищевого предприятия следующие основные функциональные сферы (страты): 1) технико-экономическое планирование ; 2) кадры 3) труд и заработная плата 4) финансы 5) материально-техническое снабжение 6) сбыт продукции 7) реконструкция 8) производство
В каждой функциональной сфере реализуется некоторый процесс, который может быть представлен совокупностью операторов определенного типа и ориентированных связей между ними. В случае функциональной сферы производства () этот процесс реализуется технологической системой, представляющей собой совокупность технологических элементов определенного типа и связывающих их технологических и энергетических потоков.
Декомпозиция объекта по уровням сложности принимаемых решений. В процессе принятия решения при управлении сложной системой возникает основная проблема, связанная, с одной стороны, с необходимостью оперативного вмешательства в процесс в реальном времени, а с другой — со значительным временем анализа ситуации ввиду ее сложности и выработки стратегии поведения. Решение этой дилеммы состоит в использовании многослойной иерархии системы принятия решений при управлении сложными системами. При таком подходе сложная проблема принятия решений разбивается на семейство последовательно расположенных более простых подпроблем. Автоматизированное управление реальным технологическим объектом при непрерывном изменении экономических, технологических условий не может быть сведено к раз и навсегда выбранным конкретным дёйствиям.
Схема многослойной иерархии системы принятия решёний на пищевом предприятии включает следующие уровни принятия решений при управлении объектом:
- регулирование, контроль и управление отдельными технологическими агрегатами (нижний уровень в иерархии управления), под которыми понимают сбор, первичную обработку, формирование массивов информации о состоянии объекта управления, преобразование этих массивов информации по определенному алгоритму в совокупность управляющих воздействий на объект для достижения каждой подсистемой некоторой локальной цели управления;
- координация первого уровня , под которой понимают целенаправленное действие вышестоящей подсистемы на согласование локальных целей управления элементарными операторами некоторого процесса в пределах технологической подсистемы (технологической линии, технологического комплекса и т. п.);
- координация второго уровня , под которой понимают целенаправленное действие вышестоящей подсистемы на согласование локальных целей управления некоторыми процессами, выделенными в пределах нескольких (или одного) организационных подразделений и образующих узел (станцию) управления производством;
- координация третьего уровня , под которой понимают целенаправленное действие вышестоящей подсистемы на согласование локальных целей узлов направления при управлении производством в целом.
Каждый уровень управления может функционировать в общем случае по нескольким алгоритмам, обеспечивающим как рациональный, так и оптимальный вариант управления. Выбор или модификация алгоритма функционирования осуществляется по командам подсистем вышерасположенных по иерархии принятия решения.
Рассмотренное число уровней принятия решений при управлении технологическим объектом в пищевой промышленности является максимально возможным. Первые АСУ ТП, созданные в отрасли, имеют два-три уровня принятия решений.
Декомпозиция объекта по организационному признаку. Многоэшелонная организационная иерархия при управлении технологическим объектом представляет собой исходную схему для выявления функции выполняемых АСУ ТП в соответствии с заданной целью управления.
Процесс принятия решений при разработке функциональной структуры плохо поддается формализации. Если исходить из того, что АСУ ТП реализует m функций контроля, управления и координации в соответствии с критерием оптимальности Qт, тогда ТОУ нужно рассматривать как совокупность технологических агрегатов и связей между ними, участвующих в реализации названного критерия.
Получению однозначных решений при выборе функциональной структуры АСУ ТП способствует использование графовых моделей. Так, для автоматизированного технологического комплекса (АТК), состоящего из ТОУ и АСУ ТП, которые имеют внутреннюю структуру, образованную множествами функциональных элементов определенного типа (М, V) и связей между ними (А, В), ориентированный граф (орграф) структуры АТК может быть описан следующим образом:
О(I,Q) =Г(М,А)(V,B),
Г(М,А)G(V,B)=0; М, VI; A, BQ
где I— множество функциональных элементов АТК; Q — множество связей между элементами; Г(М, А) — орграф, описывающий структуру ТОУ; G(V, В) — орграф, описывающий техническую структуру АСУ ТП.
При разработке функциональной структуры выделяют функции, реализуемые на объекте и в АСУ ТП. Выполнение некоторых функций не удается автоматизировать либо из-за отсутствия необходимых технических средств, либо из-за сложности формализации функций в конкретной ситуации. Целесообразность включения функций в систему определяют на основе ранга функции, оценивающего ее важность. Таким образом, формальную процедуру структуры АСУ ТП можно выразить в виде реализации последовательных стадий:
Г(М,А)
где W(F,U) – орграф, описывающий функциональную структуру.
В общем случае задача синтеза структуры АСУ ТП характеризуется большой размерностью, и найти решение задачи в общем виде не удается. К тому же задача поиска оптимальной структуры АСУ ТП обычно решается на начальных стадиях создания системы в условиях неопределенности и не используемых критериев.
Структуру функциональных подсистем АСУ ТП определяют на основе графовых моделей и получаемых матриц смежности и связи. Каждая из функций системы представляется отображением по h маршрутам {mi (х, у)i = 1, ...,h} показателей информации х, входящей в показатели выходящей информации у. В таком случае модель структуры функциональной подсистемы АСУ ТП может быть представлена в виде
Наиболее предпочтительный вариант структуры каждой из подсистем определяется на основе частных критериев: надежности, времени реакции, помехоустойчивости, точности управления. Графовые модели используют при автоматизированном проектировании АСУ ТП с помощью ЭВМ, когда указывают координаты начальной и конечной точек каждого маршрута mi (х, у) и по ним находят возможные реализации рассматриваемого канала.
При определении структуры системы в целом простейшим решением является объединение структур функциональных подсистем:
Эта модель соответствует широко используемым до последнего времени централизованным системам, которым присущи очевидные недостатки: низкая живучесть, высокая стоимость, большой расход кабельной продукции, низкая помехоустойчивость. Пришедшие им на смену распределенные микропроцессорные АСУ ТП, реализуемые на базе микро-ЭВМ, персональных ЭВМ и микроконтроллеров, требуют решения принципиально новых задач, среди которых можно выделить определение оптимального числа станций управления в системе; обеспечение оптимального распределения функций между станциями управления.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что понимается под функциональной структурой АСУ ТП?
2. Как можно получить структурную схему объекта управления?
3. Как осуществляется декомпозиция объекта по функциональным сферам?
4. Как выполняется декомпозиция объекта по уровням сложности принимаемых решений?
5. Как выполняется декомпозиция объекта по организационному признаку?
ТЕСТ 3
Из предложенных Вам ответов на данный вопрос выберите правильный.
3.1. Что является основным научным методом изучения систем?
а) системный анализ;
б) факторный анализ;
в) регрессионный анализ.
3.2. Что является основным научным методом изучения систем?
а) системный анализ;
б) факторный анализ;
в) регрессионный анализ.
3.3. Как называется структура взаимодействия оперативного персонала автоматизированных систем?
а) рабочей;
б) функциональной;
в) организационной.
3.4. Структурная схема объекта управления может быть получена при декомпозиции его как сложной системы по:
а) трем направлениям;
б) двум направлениям;
в) одному направлению.
3.5. Благодаря процедурам декомпозиции в трехмерном пространстве можно выделить определенные структурные элементы, определить их участие в реализации заданной цели управления и сформулировать ... .
а) функции управления;
б) основные определения;
в) базисные понятия.
ТЕМА 4. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Этапы создания САПР. Важнейшим этапом создания САПР является анализ методологических вопросов. Их обоснованно решение обеспечивает эффективность, как процесса разработки, так и эксплуатации САПР. Методологическое обеспечение (или системный анализ) ориентировочно составляет 60 % трудоемкости по созданию САПР, около 30 % приходится программное обеспечение и только 10 % на проектирование комплекса технических средств (выбор и адаптацию в системе).
Создание комплексных САПР, необходимость обмена опытом проектирования, возможность оперативного анализа проектной информации — все это определяет высокие требования к реализации отношений и связей между пользователем и системой автоматизированного проектирования.
Недостатки локальной сети породили модель «клиент-сервер». В современных компьютерных системах клиентом является либо персональный компьютер, либо ПК-блокнот, который потребляет услуги больших компьютеров, серверов. Клиент, как компьютер, расположенный на столе пользователя становиться своеобразными «воротами», ведущими к информации.
Сервер- это система на основе компьютера с большими ресурсами, обеспечивающая сервис и удовлетворяющая запросы для других компьютеров сети.
В типичном случае клиентом являются персональный компьютер, выполняющий прикладную программу, а сервером — мощная одно- или многопроцессорная машина с установленной 32-х разрядной сетевой операционной системой и системой управления базами данных. Система клиент-сервер достигает производительности, близкой к показателям больших компьютеров, но при гораздо меньшей стоимости.
Локальная сеть — это группа компьютеризированных рабочих мест, соединенных между собой внутри одного здания или нескольких зданий и обеспечивающих коллективную обработку данных пользователями и обмен данными между ними, совместное использование программы, принтеров, модемов и других устройств.
В связи с небольшой удаленностью объектов друг от друга скорость передачи данных в локальных сетях выше, чем в сетях данных общего пользования. В локальных вычислительных сетях нет центрального компьютера, а вместо него существует распределенная компьютерная система.
Системы взаимосвязанных локальных сетей, крупных информационных систем объединенных в единую информационную систему с возможностью удаленного доступа из одной локальной сети в другую называются глобальными сетями.
Internet - это общемировая совокупность компьютерных сетей, связывающая между собой миллионы компьютеров.
Internet способен поддержать многочисленные запросы на обладание файлами, запросы на работу с распределенной системой баз данных, обслуживание электронной почты, модемной связи и все это происходит в условиях существования разных операционных сред, разных физических уровней передачи данных.
САПР (ГОСТ 23.501.0-79) — организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимодействующая с подразделениями проектной организации, и выполняющая автоматизированное проектирование.
При рассмотрении структуры САПР следует выделить два основных элемента — подсистема и обеспечение, т.е. САПР можно рассматривать как совокупность проектирующих и обслуживающих подсистем, а совокупностью видов обеспечения является комплекс средств автоматизации проектирования (КСАП).
Моделирование и оптимизация в САПР. Математические модели проектируемых объектов усложняются и видоизменяются от одного этапа проектирования к другому. На этапе структурно-параметрического проектирования, как правило, используются достаточно простые модели невысокой точности в виде конечных уравнений, отражающих связи технико-экономических показателей со структурными параметрами. При составлении таких моделей делается много допущений из-за укрупненного представления объекта проектирования. Такие модели называются микромоделями. Модели на этапах функционально-конструкторского и конструкторско-технологического проектирования в форме систем дифференциальных уравнений довольно полно описывают свойства объекта проектирования и называются макромоделями.
Если входные и выходные величины являются функциями времени, то модель считается динамической, если не зависит от времени — статической.
При зависимости выходных величин в явной аналитической форме от входных модель называется аналитической. Если выходные величины определяются численно путем расчета системы уравнений, образующих функциональный преобразователь, то модель алгоритмическая. В зависимости от характера входных величин и формы уравнений модели делятся на линейные и нелинейные, непрерывные и дискетные. Для получения моделей объектов проектирования пользуются физическим и формальным подходами.
Задачи целенаправленного проектирования делятся на три взаимосвязанные группы: выбор принципиальных решений, выбор конструктивных параметров и выбор управляющих воздействий в процессе функционирования.
Компьютер, благодаря программному принципу функционирования, дает самые широкие возможности, как для описания любых формальных моделей процессов, так и для имитации поведения моделей.
Можно выделить основные этапы проектирования моделей и их реализации:
Для отыскания оптимума известно большое число методов, но универсальных пока нет. Применение тех или иных методов существенно зависит от специфики функции цели, особенностей области поиска, числа и характера параметров. Опыт автоматизированного проектирования систем автоматизации и технических устройств показывает, что возникающие здесь задачи оптимизации параметров довольно сложные и носят, как правило, нелинейный многоэкстремальный характер с большим количеством непрерывных и дискретных параметров и сложной конфигурацией области поиска. Апробируемыми методами в техническом проектировании являются методы перебора нелинейного программирования, геометрического программирования, дискретного программирования.
Программное и информационное обеспечение САПР. Программное обеспечение САПР включает общесистемное, базовое и прикладное (ГОСТ 23 501. 4-79). Общесистемное обеспечение не отражает специфику САПР, т. к. создается для организации функционирования технических средств. Для нужд САПР создается базовое обеспечение, включающее программы для правильного функционирования прикладных программ, и, наконец, в прикладных программах реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Создаются пакеты прикладных программ (ППП), которые обслуживают определенный этап процесса проектирования или группу однотипных задач внутри различных этапов. Программное обеспечение графических систем (графических дисплеев и графопостроителей) представляет трехуровневую иерархическую систему. На первом уровне — программы вычерчивания линий и символов чертежа. Второй уровень включает комплекс программы универсального характера. Третий уровень охватывает программы для осуществления конструкторских расчетов с вычерчиванием на графопостроителе или на экране дисплея результат проектирования.
Следует помнить, что информационный фонд САПР объединяет данные, необходимые для проектирования, т. е. представленные на различных носителях справочные материалы, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений, структур и параметров проектируемых объектов и т. д.
Основной частью информационного фонда является блок данных (БНД) для централизованного накопления и коллективного использования данных в САПР. База данных (БД) — сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах ЭВМ. К базам данных в САПР предъявляются требования: хранение данных в специфических формах для автоматического получения чертежей для печати технических объектов и т. д.; хранение всех проектных данных в стандартной машиночитаемой форме; контроль непротиворечивости данных, позволяющий улучшить качество проектных операций; поддержание данных в форме, пригодной для активного использования в процессе проектирования (ГОСТ 23 501. 9-80).
Совокупность программных средств, обеспечивающих работу банка данных, запись данных в БНД, их выборка, защита данных от искажений и несанкцеанированного доступа, называется системой управления базой данных (СУБД).
Интерфейс пользователя — это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или компьютером.
Стимулом для быстрого развития средств интерфейса пользователя послужило интенсивное развитие в последние годы средств хранения, обработки и передачи информации, основанных на распределенных системах баз данных и глобальных информационных сетях.
В настоящее время выделяется три составляющих части интерфейса: средства диалога, инструментальные средства и оболочки и интерактивные средства ввода-вывода.
Вопросы для самоконтроля:
1. Микромодели проектируемых объектов;
2. Макромодели проектируемых объектов;
3. Динамические и статические, линейные и нелинейные, непрерывные и дискретные, аналитические и алгоритмические модели;
4. Задачи целенаправленного проектирования;
5. Основные этапы проектирования моделей.
ТЕСТ 4
Из предложенных Вам ответов на данный вопрос выберите правильный.
4.1. Если входные и выходные величины являются функциями времени, то модель считается:
а) статической;
б) динамической;
в) временной.
4.2. Задачи целенаправленного проектирования делятся на:
а) две взаимосвязанные группы;
б) три взаимосвязанные группы;
в) четыре взаимосвязанные группы.
4.3. Для получения моделей объектов проектирования пользуются:
а) физическим подходом;
б) формальным подходом;
в) физическим и формальным подходами.
4.4. САПР можно рассматривать как:
а) проектирующие подсистемы;
б) обслуживающие подсистемы;
в) совокупность проектирующих и обслуживающих подсистем.
4.5. Системы взаимосвязанных локальных сетей, крупных информационных систем объединенных в единую информационную систему с возможностью удаленного доступа из одной локальной сети в другую называются:
а) локальными сетями;
б) информационными сетями;
в) глобальными сетями.
ТЕМА 5. САПР В МАШИНОСТРОЕНИИ
В настоящее время на российском рынке представлено большое количество CAD/CAM систем и специализированных приложении для них. Нет проблем и с приобретением таких программ. Но в процессе проектирования, изготовления детали или отработки технологии специалисту необходим универсальный инструмент, с помощью которого он смог бы оперативно решить все возникающие проблемы. Наша задача, познакомить вас с возможностями программного обеспечения и необходимых приложений, которые пригодятся вам для литейного, кузнечно-прессового производства и процессов механообработки, как эффективно использовать это программное обеспечение и быстро получить от него отдачу.
Все программы, о которых мы будем вести разговор, делятся на два вида: программы общего назначения и программы специального назначения. Всем программам для своей работы требуется графическое ядро, роль которого в данном случае выполняет AutoCAD. Почему мы выбрали именно AutoCAD в качестве графического ядра? Потому что AutoCAD добротно сделанная программа, которая длительное время продается во всем мире (в настоящее время продано более миллиона копий этой программы), она имеет более 4000 приложений для различных областей знаний и в настоящее время AutoCAD является стандартом для графических систем, работающих на персональных компьютерах.
Для чего можно использовать AutoCAD? Его можно использовать для выполнения работ по проектированию и конструированию в различных областях машиностроения, строительства, картографии и архитектуры для работы с плоскими чертежами и трехмерными моделями проектов изделий, зданий и даже заводов. Кроме AutoCAD, компания Autodesk предлагает много специализированных программ общего назначения, которые расширяют возможности AutoCAD.
Это программа AutoCAD Designer, которая позволяет вам делать компьютерные модели трехмерных параметрических изделий, включая ассоциативность всех размеров, плоских изображений и трехмерных твердотельных компьютерных моделей.
Программа AutoSurf позволит Вам работать со сложными поверхностями и тонкими оболочками, используя сплайновое моделирование с применением NURBS-математики.
Программа Autodesk Mechanical Desktop поддерживает сквозную параметризацию трехмерных моделей и позволяет Вам проектировать и создавать сложные трехмерные твердотельные и пространственные модели изделий.
Программа Autodesk Work Center предназначена для объединения усилий большого количества людей при работе над большим проектом.
AutoCAD и другие программы компании Autodesk относятся к программам общего назначения. К этому классу программ относятся и программы компании Intermech, Cimlogic и Vibrant Graphics. Программы компании Vibrant Graphics — SoftEngine4 и SoftPoint -- это драйверы, которые предназначены для ускорения работы систем на базе AutoCAD в 25 раз. SoftEngine имеет функции мгновенного зумирования и панорамирования без регенерации изображения, позволяют быстро тонировать, разрезать и вращать в реальном масштабе времени тонированные трехмерные объекты и конструкции, а также имеют много других полезных функций. Программное обеспечение компании Intermech и Cimlogic позволяет очень эффективно и быстро создавать плоские чертежи отдельных деталей, узлов и изделий в целом. В программное обеспечение включены модули для расчета цепных и ременных передач, шкивов и кулачков, пружин, валов, для расчета моментов инерции и других характеристик изделия, включая сложные кинематические расчеты. Программное обеспечение этих фирм имеет модули для работы с пространственными изделиями, выполненными из листовых материалов и программу работы с трехмерными базами стандартных деталей и элементов крепежа. Программа содержит много команд и режимов, которые значительно упрощают процесс черчения и сокращают время изготовления всех видов чертежей.
К программам специального назначения относятся программы компании Flow Science, Rebis, SofDesk, Surfware , GTX и программы, разработанные специалистами "Русская Промышленная Компания" для литейного и кузнечно-прессового производства.
Программное обеспечение компании GTX -- GTXRasterCAD предназначено для быстрого и удобного перевода любой документации, в том числе сложных и насыщенных чертежей с бумажного носителя в электронный вид. Программа работает, как приложение AutoCAD и позволяет загрузить отсканированный чертеж непосредственно в среду AutoCAD. Для редактирования изображения могут использоваться специальные интеллектуальные функции GTXRasterCAD или команды из меню AutoCAD. Программы GTX распознают и векторизуют не только чертеж, но и текст, который содержался в поле чертежа. Программа содержит функции для очистки чертежа от "мусора", который появляется в поле чертежа при сканировании старых и некачественных конструкторских документов.
Программное обеспечение компании Rebis предназначено для проектирования заводов и включает программы по проектированию систем трубопроводов, проектированию и расстановке оборудования, проектированию несущих конструкций, модули для проведения поверочных расчетов отдельных элементов и всего проекта в целом.
С помощью программного обеспечения компании SofDesk вы сможете решить все проблемы с автоматизацией проектирования строительных конструкций, расчету основных элементов данного проекта, получению необходимой нормативной документации.
Программа FLOW-3D компании Flow Science Inc. позволит вам моделировать процессы массо - и теплопереноса в трехмерной постановке. В настоящее время данный пакет программ используется при разработке конструкций летательных и морских аппаратов, в автомобилестроении, для проектирования систем охлаждения и вентиляции, для проектирования нефте- и газопроводов, в ракетостроении, при проектировании технологии литейных и металлургических процессов, для литья пластмасс и в других отраслях промышленности.
Программное обеспечение, разработанное специалистами этой компании, используется для проектирования литейной технологии, проектирования пресс-форм для литья металлов и пластмасс, для получения исходной формы заготовки для холодной листовой штамповки при технологических операциях гибки, вытяжки и формовки, для получения оптимальной карты раскроя штампуемых деталей. Для этого используются программы "Технолог", "Конструктор" и "AutoSheet".
Программное обеспечение компании Pathrace Inc. предназначено для компьютерного моделирования процессов механообработки, проверки качества получаемого изделия и получения управляющей программы для 2...5 координатных станков с ЧПУ. В программе учитываются характеристики используемого пользователем оборудования. Программа EdgeCAM позволяет Вам, используя компьютерную модель Вашего изделия, пройти все стадии его обработки, покажет места возможных дефектов или несоответствий требованиям к изделию, которое Вы хотите получить, и поможет Вам создать наилучшую управляющую программу для получения данного изделия с гарантированным качеством на Вашем оборудовании.
В связи с тем, что EdgeCAM разрабатывалась специалистами, имеющими большой опыт работы в области механообработки, программа имеет дружественный интерфейс и ориентирована на использование инженерами-технологами, занимающимися разработкой технологии получения деталей обработкой резанием на станках с ЧПУ. Программа EdgeCAM выполнена по модульному принципу. В ее состав входят "Геометрический Моделлер" - программа для создания пространственной геометрической модели обрабатываемого изделия; программа для визуализации геометрии обрабатываемого объекта, процесса и результатов обработки изделия; программы для проверки и выявления возможных дефектов в процессе компьютерного моделирования обработки изделия; программа-имитатор процесса обработки изделия и постпроцессор, поддерживающий несколько сот стоек для всех основных типов контроллеров станков с ЧПУ. Также, в состав программы входит база данных с материалами заготовок, инструментальными материалами и сортаментом используемого инструмента. В программе реализованы следующие возможности:
Одновременная многоосная обработка -- EdgeCAM поддерживает одновременную обработку трех, четырех и пяти осей координат.
Обработка множества поверхностей - на одной операции может быть обработано неограниченное количество обрезанных и необрезанных поверхностей, что устраняет потребность в отдельных программах ЧПУ для каждой поверхности. Это позволяет выполнить за один шаг черновую или чистовую обработку NURBS-, обрезанных NURBS- и параметрических поверхностей шаровой или концевой фрезой.
Предупреждение подрезания - это средство множественной обработки поверхностей пакета EdgeCAM проверяет инструмент по всем сторонам, чтобы избежать подрезания и защитить шейку инструмента.
Графическое моделирование инструмента и его путей - визуализация путей инструмента производится в режиме реального времени по мере их генерации. В дополнение к имеющейся обширной библиотеке инструментов можно создать специальные формы инструментов и шпинделей для отображения их на экране с целью проверки их положения относительно детали, и многое другое.
Использование программы EdgeCAM позволит Вам, используя компьютерное моделирование процессов механообработки полностью исключить или значительно уменьшить процент брака при изготовлении сложных фасонных изделий, пресс-форм или их элементов, металлических моделей для литья, штампов и их элементов и т.д.
Выбор CAD/CAM-системы. Цель этого материала состоит в том, чтобы помочь усвоить некоторые важные термины из области CAD/CAM-систем; а также лучше понять то, что вы хотите и то, что вы можете реально получить в результате внедрения на предприятии любой CAD/CAM-системы.
Три вопроса. Сначала остановимся на трех вопросах, которые Вы должны задать себе после ознакомления с любой CAD/CAM-системой:
1. Действительно ли CAD/CAM-система поможет мне в повседневной работе?
2. Допускает ли эта CAD/CAM-система модульное наращивание или изменение своих функций?
3. Соответствует ли стоимость CAD/CAM-системы увеличению производительности и качества, достигаемых в разумные сроки?
Если вы не сможете ответить положительно на эти вопросы, вероятно нужно отказаться от покупки и посмотреть в сторону поставщика другой CAD/CAM-истемы. Концепция модульности программного обеспечения сродни понятию модернизации компьютеров. Как правило, правильно спроектированный программный продукт удовлетворит основные потребности вашего предприятия (вопрос 1). Кроме того, хорошо спроектированная система предполагает наличие механизма выборочного обновления своих функций, вместо одного общего и дорогостоящего обновления всей программы (вопрос 2). Конечно, срок окупаемости программы (вопрос 3) варьируется в зависимости от бизнеса. Вы можете легко составить бизнес план по окупаемости CAD/CAM-системы.
Актуальный момент. Предположим, что ваш завод в настоящее время использует только токарное оборудование с ЧПУ. Тогда на текущий момент вы должны приобрести только ту часть САМ-системы, которая обеспечит вам автоматизацию именно токарной обработки. Но предположим то, что в течение года Вы планируете купить еще и токарный обрабатывающий центр. Тогда возникает вопрос. Сможете ли вы модернизировать закупленную вами САМ-систему до уровня подготовки управляющих программ для этого более сложного оборудования? Будут ли полностью востребованы вами все возможности закупленной САМ-системы или вы переплачиваете за ненужные вам функции? Таким образом, вы должны проанализировать потребности как текущего, так и будущего производства и только потом осуществить покупку той или иной программы.
Многозадачный режим Windows - в наши дни почти все программное обеспечение работает в среде Windows. Большинство САМ-программ уже имеет знакомый вам простой графический интерфейс, используемый другими программами в вашем офисе. Однако, остерегайтесь! Некоторые САМ-программы "полглащают" все ресурсы компьютера, загружая центральный процессор настолько, что препятствуют работе других программ в фоновом режиме. При выборе САМ-системы вы должны удостовериться в том, что она действительно допускает истинный многозадачный режим Windows (т.е. способность запускать множество процессов, каждый из которых будет способен выполняться "на заднем плане", в то время как вы работаете в активном режиме).
Ядро САМ-системы. Какими возможностями должно обладать "ядро" любой из САМ-систем? Импортирование модели детали. Сегодня вам вряд ли принесут кальку из конструкторского бюро. Новая работа появиться не на рабочем столе, а придет по сети в виде электронного файла в ваш компьютер. А это означает, что САМ-система должна иметь функции точного и аккуратного импортирования данных. Для выполнения этого условия, САМ-система должна иметь встроенный транслятор, предназначенный для чтения как нейтрального, так и специфического форматов файлов передачи данных от CAD-систем.
Нейтральные форматы: IGES и STEP. IGES транслятор весьма распространен в Северной Америке. Некоторые САМ-системы блестяще точно интерпретируют IGES-файлы. Это ценная особенность, называемая "flavoring", гарантирует, что Вы безошибочно импортируете файл с описанием детали или изделия, сделанный конструктором.
Следующая версия IGES или следующий шаг в стандартизации обмена данными в CAD/CAM-системах называется STEP (International STandard for the Exchange of Product Model Data). Начиная с 1983 г., Международный Комитет по Стандартизации (ISO) в Женеве вырабатывает новый глобальный стандарт для передачи информации в программных продуктах в течение всего производственного цикла проектирования и изготовления детали. В файле будут накапливаться не только данные о геометрии (например, кривые, поверхности, твердые тела), но и протоколы испытаний или исследований.
Специфические форматы данных. Файлы такого типа содержат полное описание данных о геометрии детали, поскольку используют внутренний формат баз данных CAD/CAM-системы. Однако каждая CAD/CAM-система имеет собственный формат баз, а, следовательно, и оригинальный формат файла обмена. Следовательно, для импорта таких данных из разных систем вам потребуются уже несколько программ-трансляторов. Причем вы должны учитывать еще и то, что новейшие версии импортирующих программ весьма дороги. Поэтому вы можете ожидать значительных затрат при их покупке у радостно встречающего вас продавца.
Поэтому при выборе CAD/CAM-системы будьте бдительны и требуйте включения в состав CAD/CAM-системы условно-бесплатных версий программ для импорта (трансляции) файлов универсальных форматов, применяющихся в автомобильной, авиационной или космической отраслей производства.
Заканчивая разговор о программах прямого импортирования, стоит упомянуть о новой технологии "one-step data transfer", в которой одним кликом мыши вы запросто импортируете CAD-файл в отдельно взятую САМ-систему.
Тесная связь автоматизированного проектирования и изготовления деталей. Хорошо спроектированная CAD/CAM-система обеспечивает пользователя функционалом, необходимым для проектирования изделий, поддерживая все уровни, начиная с концептуального и заканчивая эскизным проектированием. Но для нас более важна именно интеграция CAD и САМ-частей такой системы.
Проектирование. В настоящий момент любая, в том числе даже самая недорогая по стоимости САМ-система, должна иметь сегодня средства 3D-кapкacнoro проектирования , включая поддержку NURBS, а кроме того - аппарат быстрой закраски поверхностей, включая управление источником света; далее - динамическое вращение в пространстве, оконные операции, сечения и еще - быструю перерисовку чертежа при изменения вида. Компьютер, на которой эксплуатируется САМ-система, должен иметь видеокарту с аппаратной поддержкой стандарта OpenGI-для того, что бы обеспечить точное и быстрое, а также не мерцающее отображения вращения детали, состоящей из тысяч сегментов поверхностей, каждый из которых имеет свой цвет. Великолепная визуализация детали может "захватить" все внимание заказчиков и аппарата управления компании. Кроме того, большим плюсом при выборе САМ-системы будет иметь наличие в ней функций автоматического гладкого сопряжения поверхностей, сплайновых операций и т.п.
Твердые тела или поверхности? Твердотельные (solid) модели составлены из простых объектов типа цилиндр, конус, сфера, куб и содержат сведения не только о размерах детали, но и об объеме. Сегодня многие САМ-системы могут импортировать твердотельные модели деталей из CAD-систем, а затем, используя эти данные, сгенерировать соответствующие управляющие программы. Многие эксперты склонны утверждать, что твердотельные модели удобны для описания простых моделей, а модели, описанные на уровне поверхностей, оптимальны для описания сложных моделей. Таким образом, твердотельные модели очень полезны на концептуальной стадии проекта, но когда вы хотите обработать поверхность на станке с ЧПУ, лучше использовать 3D скульптурную модель.
Время на обучение. Станочники и их начальники знают, что время, потраченное на обучение, это потерянное время. И чем оно короче, тем меньше денег вы потеряете. Сегодня хорошая CAD/CAM-система должна быть одинаково эффективна как для эксперта, так и для новичка, снабжая последнего учебными пособиями или подсказками. В любой момент, нажимая на клавишу "Помощь", вы рассчитываете на то, что программное обеспечение должно обеспечить вывод исчерпывающей информации о том, что вы должны еще сделать для успешного завершения текущей операции. Сегодня уже стал стандартом механизм контекстно-чувствительной подсказки с гипертекстовыми переходами и ссылками. Некоторые поставщики предлагают покупателям именно электронный справочник, а не бумажный вариант документации. Другие поставщики предлагают встроенные аудиовизуальные компоненты, в результате пользователи могут рассматривать обучающие ролики, не закрывая основное окно с проектом. Наконец, многие CAD/CAM-приложения допускают доступ к обучающим материалам через Интернет.
"Продвинутое" программирование. Сегодня даже самые недорогие САМ-системы включают пополняемые и модифицируемые пользователем базы инструментов и материалов. "Продвинутая" система автоматизированного программирования для станков с ЧПУ предлагает пользователю автоматическое назначение скоростей подач и оборотов для выбранных им материалов и инструментов, основанное на алгоритмизации некоторого опыта и технологической практики. Конечно, технологи могут отменить или изменить автоматически назначенные параметры обработки, но с другой стороны некоторое время могут использовать их в целях проверки собственных знаний и опыта. Для эффективной работы технолога САМ-система должна иметь продвинутый GUI интерфейс, при помощи которого можно было бы быстро упорядочивать и изменять как путь движения инструмента, так и ассоциированные с ним технологические команды, а также команды постпроцессирования.
Если вы программируете обработку на станках с ЧПУ для группы однотипных деталей, то наверняка хотите иметь возможность копирования методов, параметров и стратегии обработки, а также их адаптации к новой слегка измененной геометрии детали. Эта опция сокращает время для подготовки к изготовлению "похожих" деталей. Когда ваша управляющая программа готова, вы должны получить также и распечатку листинга для наладки станка и циклограммы времени изготовления. Убедитесь, что эти отчеты могут быть легко экспортированы в популярные программы работы с электронными таблицами.
Если вы планируете изготавливать пресс-формы, то убедитесь в том, что выбранная вами САМ-система поддерживает такие операции.
Важные опции металлообработки. Существует масса весьма важных параметров, по которым можно составить мнение о САМ-системе, но их обзор выходит за рамки этой статьи. Однако, коротко вспомним о самых важных.
Предотвращение зареза (Gouge Avoidance). Завод вряд ли будет работать эффективно, если предварительная или чистовая обработка детали приведет к зарезам, т.е. съему излишней части контура детали. Поэтому для того, чтобы избежать подобных неприятностей, САМ-система должна включать как средства для верификации пути движения инструмента, так и базы данных с параметрами инструмента, приспособлений для крепления деталей и параметров станка. Проверьте безошибочность расчета траектории пути инструмента на сложных деталях, прежде чем поверить заявлению о том, что САМ-система правильно генерирует сколь угодно сложный путь движения инструмента, свободный от зарезов или перерезов.
Поддержка оригинального инструмента (Supported Tools). Сегодня САМ-системы не должны ограничивать технолога выбором только стандартизованного инструмента. Поскольку каждый инструмент имеет преимущества в обработке различных частей детали, САМ-системы должны поддерживать описание параметров произвольного инструмента и правильно рассчитать и исследовать полученную траекторию его движения.
Защита от плохо проработанных моделей (Edge Protection of Less-Than-Perfect Models). Некоторые САМ-системы автоматически генерируют код для обработки промежутков между двумя поверхностями. Это делает возможным проектирование поверхностей произвольной формы. Однако, такой метод нередко приводит к зарезам. Мне представляется, что необходимо применять более надежный метод, называемый "защита граней(ес1де protection)", который увязывает величину смещения инструмента и параметры каждой поверхности.
Подача для ускоренных перемещений (Feed-Between Moves). Большинство САМ-систем автоматически рассчитывает значительное число перемещений инструмента. После того как инструмент пришел в конец строки обхода поверхности, программное обеспечение должно решить, как переместится в начало следующей строчки. Некоторые САМ-системы действуют по "тупому" методу - подняться вверх и на быстром ходу переместиться в нужную точку. Но часто это приводит либо лишним подъемам по Z, либо столкновению с препятствиями(нео6ра6отанными частями заготовки) на быстром ходу.
Управление безопасным движением по Z (Scallop-Height Control). Для уменьшения рабочего времени обработки детали, САМ система должна оптимально подбирать безопасное перемещение по Z, принимая во внимание как высоту перемещения, заданную пользователем, так и рассчитывая возможность соударения с деталью на данной высоте.
Проверка похода и отхода инструмента (Gouge Checking of Lead-in and Lead-out Moves). Технолог нуждается в большом разнообразии схем подвода и отвода инструмента - по спирали, дуге, по трем координатам и т.п. для того, что бы плавно врезаться в металл, не вызвать поломки фрезы, "затяга" ее в деталь, отжима от детали и т.п. Убедитесь в том, что САМ-система обеспечивает вам множество средств программирования похода и отхода инструмента.
Обработка остатков (REST Machining). Это целиком связано с уровнем "интеллекта", заложенного в реализацию алгоритмов фрезерования САМ-системы. Умение САМ-системы точно "знать" сколько материала было снято в предыдущих циклах точения или фрезерования, может привести к ускорению обработки за счет более оптимизированной траектории получистового или чистового прохода.
Обработка вертикальных/плоских областей (Steep/Shallow Machining). Некоторые системы дают пользователю возможность программировать 3-х осевую обработку почти вертикальных или практически горизонтальных поверхностей детали. В этом случае, перемещения инструмента могут быть оптимизированы так, что бы сократить излишние холостые или ускоренные перемещения инструмента,
Интегрированная верификация УП (Integrated Toolpath Verification). Используя встроенное верификационное программное обеспечение, программист может вращать деталь на экране дисплея для того, что бы рассмотреть траекторию движения инструмента с каждой из интересующих его сторон. Это фактически устраняет потребность в отнимающих много времени пробных прогонах УП на станке (dry runs on the NC machine), а также ускоряет операции по запуску детали в производство. САМ-системы должны включать как минимум "легкую" 2/3-осевую верификацию пути движения инструмента. Большинство поставщиков САМ-систем допускают апгрейт своих систем, в том числе предоставляя модули 4/5-осевой верификации УП, но стоит это весьма не дешево.
Модули САМ-системы. Продавцы САМ-систем предлагают современные решения для поддержки 2, 3, 4 или 5-осевых станков с ЧПУ по весьма значительным ценам. Обычно, все решения, предлагаемые в САМ-системе нижнего ценового уровня, включаются в стоимость САМ-систем более высокого уровня. Но все же существующие САМ-системы весьма отличаются друг от друга, как по быстродействию, так и по "качеству" сгенерированного пути движения инструмента.
Поддержка токарного оборудования. Наименьшей по стоимости является поддержка двухкоординатного точения, как правило, поддерживающее грубое и чистовое точение плюс функции автоматизации нарезания резьбы. Обязательно поддерживается полностью настраиваемые пользователем функции точения, задание вылетов каждого инструмента, параметров холостого(ускороеного) хода, определение контура заготовки, а также верификация траектории по множеству параметров - соударение резца с деталью передней или задней частью, попытки зарезов на неограниченной траектории и т.п.
2/2.5 координатное фрезерование. Некоторые продавцы САМ-систем предлагают мощный пакет для 2.5-координатного фрезерования по цене, аналогичной пакету, автоматизирующему точение. Вы получаете: функции проектирования поверхностей, обработку карманов с препятствиями разной высоты по схемам спираль или зигзаг. Для достижения максимально эффективности (КПД) и минимального рабочего времени САМ-система должна автоматически подбирать минимально возможный безопасный подъем инструмента на обходе каждого препятствия при движении вдоль сложной поверхности всей детали.
3-х координатная обработка. Ваши технологи хотят иметь возможность выбора любого из методов обработки на любом доступном участке твердотельной или каркасной моделей детали. Здесь вам не обойтись без 3-х координатной обработки: автоматическая черновая и чистовая обработка с учетом Z-уровня, плоское (2.5D) фрезерование, фрезерование вдоль одной поверхности, фрезерование вдоль комбинации нескольких поверхностей, точное фрезерование тонкой фрезой(карандашное фрезерование), а также автоматическое 3D фрезерование карманов.
4/5-координатное фрезерование. Только небольшое число САМ-систем предоставляют средства для программирования действительно одновременной обработки по 4 или 5-координатам. Исследуйте реализацию 5-ти координатного фрезерования, где должны быть решены вопросы контурного фрезерования, поддержания нормали к поверхности, дробления и удаления стружки и полного контроля за углом наклона инструмента.
Фрезерование/Точение. Применение станков, допускающих одновременное фрезерование и точение, может привести к значительному росту производительности. Для многих случаев достаточно двухмерного точения и фрезерования, но если речь идет об обработки зубчатых колес, вы будете нуждаться в 3-4 координатном фрезеровании.
Вопросы для самоконтроля:
1. Для чего можно использовать программу AutoCAD?
2. К какому классу программ относится программа AutoCAD?
3. Какие программы, используемые в системах САПР, относятся к программам специального назначения?
4. Для чего предназначено программное обеспечение компании Rebis?
5. Какие проблемы можно решить с помощью программного обеспечения компании SofDesk?
ТЕСТ 5
Из предложенных Вам ответов на данный вопрос выберите правильный.
5.1. Что обеспечивает дружественный интерфейс программы?
а) эффективность работы пользователя;
б) удобство работы пользователя;
в) простоту работы пользователя.
г) С его помощью можно создавать рельефные формы путем вращения, протягивания и поворота контуров, а также комбинирования объемных рельефов.
5.2. Какой программный пакет в настоящее время является стандартом для графических систем, работающих на персональных компьютерах?
а) AutoCAD Designer.
б) AutoCAD.
в) AutoSurf.
г) Autodesk Mechanical Desktop.
5.3. Какими возможностями должно обладать "ядро" любой из САМ-систем?
а) создание модели детали;
б) импортирование модели детали;
в) разработка эскизного проекта детали.
5.4. Из чего составлены твердотельные (solid) модели?
а) из геометрических фигур;
б) из простых объектов типа куба, цилиндра, конуса и др.;
в) из сложных комбинированных объектов.
5.5. Что предлагает пользователям "продвинутая" система автоматизированного программирования для станков с ЧПУ?
а) ручное назначение скоростей подач и оборотов для выбранных материалов и инструментов;
б) автоматическое назначение скоростей подач для выбранных инструментов;
в) автоматическое назначение скоростей подач и оборотов для выбранных материалов и инструментов.
ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ
ТЕСТ 1.
1.1. в.
1.2. а.
1.3. а.
1.4. а.
1.5. а.
ТЕСТ 2.
2.1. в.
2.2. а.
2.3. а.
2.4. а.
2.5. а.
ТЕСТ 3.
3.1. а.
3.2. а.
3.3. в.
3.4. а.
3.5. а.
ТЕСТ 4.
4.1. а.
4.2. б.
4.3. а.
4.4. в.
4.5. в.
ТЕСТ 5.
5.1. б.
5.2. б.
5.3. б.
5.4. б.
5.5. в.
ИТОГОВЫЙ ТЕСТ
Из предложенных Вам ответов на данный вопрос выберите правильный.
1. Что предшествует проектированию сложных автоматизированных комплексов с использованием микропроцессоров и других средств вычислительной техники?
а) научно- технические работы, результаты которых используются при выполнении проекта;
б) организационная работа с исполнителями проекта;
в) моделирование проектируемой установки.
2. Что представляет собой проект производственного объекта?
а) комплект технической документации;
б) набор чертежей;
в) пояснительную записку.
3. Благодаря чему достигается экономический эффект от внедрения систем автоматизации технологических процессов?
а) благодаря уменьшению доли ручного труда;
б) за счет уменьшения дисперсии выходных параметров и приближения их средних значений к соответствующим технологическому регламенту;
в) за счет создания комфортных условий работы.
4. Какой подход используется при проектировании сложных систем?
а) блочно-иерархический;
б) модульный;
в) системный.
5. Как называются составные части этапов проектирования?
а) проектными решениями;
б) проектными операциями;
в) проектными процедурами.
6. Как называют проектирование, если сначала решаются задачи высших иерархических уровней, а потом более низких?
а) нисходящим;
б) восходящим;
в) последовательным.
7. Что являются основным документом, отражающим решения, принятые в проекте?
а) схемы автоматизации, составленные по функциональному признаку;
б) схемы электрификации, составленные по функциональному признаку;
в) схемы механизации, составленные по функциональному признаку.
8. На основании каких документов составляются принципиальные электрические схемы?
а) на основе задания на проектирование и схем автоматизации;
б) на основе задания на проектирование;
в) на основе схем автоматизации.
9. Что можно определить с помощью формулировки целевой функции проекта?
а) экономические затраты на проектирование;
б) масштаб будущей системы управления;
в) элементы будущей системы управления.
10. Решение какой проблемы можно получить путем использования иерархических описаний сложной системы?
а) нахождения компромисса между простотой описания и необходимостью учета многочисленных характеристик поведения сложной системы;
б) нахождения оптимального соотношения между простотой описания и необходимостью учета многочисленных характеристик поведения сложной системы;
в) нахождения простого описания поведения сложной системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трегуб В. Г., Ладонюк А. П., Плужников Л. Н. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматизации пищевых производств.- М.: Агропромиздат, 2001. – 352 с.
2. Мамиконов А. Г. Основы построения АСУ: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2000. – 248 с.
3. Норенков И. П. Введение в автоматизированное проектирование технологических устройств и систем: Учебное пособие. – Высшая школа, 1999. – 311 с.
4. Сосонкин В. Л. Программное управление технологическим оборудованием: Учебник для вузов по спец. 2102, - М.: Машиностроение, 2003. – 512 с.
Жужжалов Валерий Евгеньевич, Солдатов Виктор Владимирович, Маклаков Владимир Васильевич, Жиров Михаил Вениаминович
Системы автоматизированного проектирования
Учебно-практическое пособие
Подписано к печати:
Тираж:
Заказ №