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 всистеме 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.

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);

Обработкиинформации (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:

· уменьшения времени передачи заказов с одного участка на другой и уменьшения времени простоя при ожидании заказов;

Перехода от последовательной к параллельной обработке;

Устранения или существенного ограничения повторяемых ручных операций подготовки и передачиданых (например, машинное изображение геометрических данных можно использовать во всех отделах, связанных с конструированием изделий).

Компьютерные технологии в машиностроении

Машиностроение одна из старейших и главнейших отраслей промышленности. Но, как и любая другая область, машиностроение не могло обойтись без модернизации и внедрения новых технологий. Компьютерные технологии в производстве начали применяться сравнительно недавно, но уже смогли заметно облегчить труд работников и улучшить качество производства.

Однако, не смотря на общепринятое мнение, применение компьютерных технологий направлено не столько на автоматизацию производства, сколько на изменение самой технологии проектирования и производства, что само по себе существенно сокращает сроки создания продукции, позволяет снизить затраты на весь жизненный цикл изделия, а также повысить его качество.

Компьютерные технологии применяются не только для автоматизации станков и оборудования, но и для проектирования макета изделия. Это прежде всего применимо для сложных машиностроительных деталей. От компьютерных технологий требуется создание точного и подробного макета изготовляемой детали, в первую очередь это дает огромные возможности для создания более качественной продукции в более сжатые сроки.

В процессе проектирования за частую участвует несколько человек, и для более точной и быстрой работы они должны смотреть за работой друг друга, и одновременно создавать на компьютерах модели детали, узлов, агрегатов и т.п.

В процессе так же должен решаться ряд косвенных вопросов, таких как, виды инженерного анализа, моделирование всевозможных ситуаций, компоновка изделий и т.д.

Одновременно с созданием проекта вся возможная информация передается на производство для налаживания его процесса еще до создания готового макета.

Компьютерные программы на производстве

Для компьютерного проектирования на производстве применяются системы автоматизированного проектирования инженерного анализа, а также технологии подготовки производства (CAD/CAE/CAM).

Подобные технологии получили широкое применение на Западе, в различных отраслях машиностроения. В России же подобные технологии применяются в крупных компаниях.

Многие российские компании внедрили в свое производство такие программы проектирования как: AUTOCAD, CATIAV6, Компас-3D и многие другие.

Наиболее значимые компьютерные технологии применены в компаниях с массовым и крупносерийным производством. В России так же широко применяются для автоматизации производства отечественные разработки (1C Предприятие).

Опыт внедрения компьютерных технологий оказал существенное влияние на производительность. В плане экономики отрасли, применяющие компьютерные технологии, развиваются на 1,5 раза быстрее.

Однако не многие предприятия готовы к переходу на компьютерное производство полностью - зачастую на них заменяется 30-40% оборудования, учитывая это не многие из них могут достичь хотя бы 50% ожидаемого роста.

Замечание 1

Большинство компьютерных программ сделаны на основе западных стандартов, что значительно тормозит процесс их внедрения, так как управленческие и производственные процессы не соответствуют зарубежным стандартам.

На мелкосерийном производстве компьютерные технологии практически не применяются, в частности это относится к судостроению. Так как все судно собирается поэтапно, а подгонка и проверка проводится на месте, что делает каждое судно уникальным. А это значит, что для каждого судна изготавливается свой проект и своя документация.

Зачастую в судостроении отсутствует выпуск одинаковых деталей. При этом важным моментом считается при внедрении то, что довольно сложно наладить работу с документацией, а любая компьютерная система не способна работать исправно при недостатке информации.

Так же компьютеры широко применяются непосредственно на производстве. Каждый диспетчер на заводе в своем распоряжении имеет автоматизированную систему, которая отвечает за работу нескольких станков, программ, технологий. Так же компьютеры применяются при контроле давления и температур, подавая сигнал об их чрезмерном снижении или повышении.

Роботы в машиностроении

Так же не стоит забывать о применении роботов на производстве. Первым полноценным роботом стал Unimate, который представляет собой механическую руку, произведенный в 1961 году для General Motors. Он выполнял последовательность действий, которые были записаны на барабан.

Начиная с 1970-х годов производство и использование роботов начало активно развиваться. в начале они применялись для использования опасных и не сложных, однообразных работ. Наиболее востребованы роботы были на автомобильном производстве, где они осуществляли:

• сварку,
• штамповку,
• покраску,
• сборку.

Внедрение подобных технологий значительно сократило рабочий труд на заводах.

Замечание 2

Существует ряд полностью автоматизированных фабрик, например, фабрика в Техасе по производству клавиатур – IBM, такие фабрики называют «без освещения».

На подобных фабриках все производство автоматизировано, людей полностью заменили компьютеры, и фабрика может работать без выходных.

К тому же компьютеры не нуждаются в перерывах на обед, а, следовательно, значительно увеличивают количество производимой продукции. Так же стоит заметить, что компьютерная система не способна сбиться или что-то пропустить.

Так же компьютеры и автоматизированные системы могут выполнять работу, которая является для людей сложной, а зачастую и опасной.

В настоящее время компьютеры стали неотъемлемой частью технологического процесса на производстве. Круг предметов и явлений попадающих под влияние компьютерных технологий постоянно расширяется. В любой инженерной деятельности используются компьютерные технологии. Он сопровождают деталь на всем ее жизненном цикле, от планирования до выпуска. На многих заводах стали применять технологии пространственного проектирования, а для некоторых она стала главным инструментом конструкторской документации и технологического процесса. Так же компьютерные технологии помогают решить проблемы связывания нескольких технологий, с применением общей базы данных.

Компьютеризированное Интегрированное Производство - применение гибких производственных систем, управляемых интегрированной системой управления производством.

CIM (Computer-Integrated Manufacturing) – модель архитектуры информационных систем, в соответствии с которой все производственные процессы контролируются посредством CAD- и CAM-систем.

В соответствии с моделью CIM все информационные системы предприятия делятся на уровни по двум критериям: дискретность оси времени, в единицах которой функционируют информационные системы, и объемы данных, обрабатываемых на каждом уровне модели. В рамках концепции CIM информационные системы образуют пирамиду. Системы верхнего уровня оперируют данными на относительно больших временных промежутках, а нижнего - имеют дело с большим потоком данных реального времени. Каждое сечение пирамиды имеет площадь, пропорциональную объему обрабатываемых данных. На вершине этот объем минимален, в основании - максимален. Для связи дискретной оси времени наверху пирамиды с событиями реального времени в ее основании используются промежуточные системы цехового уровня, (Production Control, или Manufacturing Execution Systems - MES).

Один из вариантов модели CIM.

Нижний уровень модели представляют элементы сбора данных (датчики), средний - устройства с программным управлением (например, контроллеры станков с ЧПУ), затем идут автоматизированные системы диспетчерского управления SCADA, взаимодействующие с оборудованием. Над ними находятся MES-системы, собирающие данные о технологических процессах и предоставляющие информацию для ERP-систем.

Одной из основных концепций CIM было понятие интерфейса, т. е. способа взаимодействия информационных систем. При этом разработчиков модели не интересовало, какая именно информация передается с помощью интерфейсов (с какой частотой и точностью, как она преобразуется в процессе обмена данными) - в фокусе их внимания находились способы связывания систем различного уровня. CIM предлагала лишь модель развития различных видов интерфейсов интеграции приложений.

Особенностью модели CIM является практически полное отсутствие информационных потоков из внешней рыночной среды. Авторы CIM полагали, что в условиях постоянного рыночного спроса, избытка клиентов и недостатка товаров ключевыми бизнес-целями должны быть стабилизация производственных процессов и обеспечение надлежащего качества продукции. Таким образом, с биологической точки зрения предприятие уподоблялось простейшему организму, живущему по своим собственным законам, не взаимодействующему со своими “сородичами” и находящемуся в относительном равновесии с внешней средой. При этом основным назначением его информационной системы является сбор информации о собственном состоянии с целью поддержания внутреннего равновесия.

Задачи модели CIM

· Улучшение способа применения информационных технологий для сбора, обработки и использования информации на предприятиях с дискретным типом производства.

· Устранение островков автоматизации, т. е. информационных систем, обслуживающих определенную группу пользователей, решающих локальную задачу и не взаимодействующих с иными информационными системами (например, геометрические модели, создаваемые в САПР).

· Повышение производительности и конкурентоспособности предприятия.

Недостатки модели CIM

· Не учитывался человеческий фактор.

· Не было четкой методологии внедрения модели.

· Не удавалось правильно оценить трудозатраты на создание интеграционных решений.

Одной из основных функций инженера является проектирова­ние изделий или технологических процессов их изготовления. Традиционно эти функции разделены как при подготовке специ­алистов, так и в сфере их деятельности на производстве. Отра­жая сложившуюся практику последовательной реализации про­цессов конструирования и разработки технологии, САПР приня­то делить по крайней мере на два основных вида:

САПР конструирования изделий (САПР И);

САПР технологии их изготовления.

САПР конструирования изделий, которые на Западе на­зывают САD, выполняют объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерный анализ, оценку проектных решений, получение чертежей. Заметим, что исследовательский этап САПР изделий иногда выделяется в са­мостоятельную автоматизированную систему научных исследо­ваний (АСНИ) или, используя западную терминологию, инжи­ниринга - САE.

САПР технологии изготовления, которые в России при­нято называть автоматизированной системой технологической подготовки производства (АСТПП), а на Западе - САРР, выполняют разработку технологических процессов, технологической оснастки, управля­ющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ. Задачей САПР технологических процессов (САПР ТП) является разработка технологической документации (маршрутной, операционной), доводимой до рабочих мест и с разной степенью подробности регламентирующей будущий процесс изготовления детали.

Более конкретное описание обработки на оборудовании с ЧПУ - в виде кадров УП - вводится в систему автоматизированного управления производственным оборудованием (АСУПР), кото­рую на Западе принято называть САМ.

Помимо этих видов САПР различают систему производствен­ного планирования и управления РРS, что соответствует отечественному термину АСУП, и систему управления качеством САQ.

Самостоятельное, не связанное между собой, функционирова­ние систем САD и САМ дает экономический эффект, размер которого может быть существенно увеличен интеграцией этих систем (рис. 1) посредством САРР. Такая интегрированная сис­тема CAD/САМ на информационном уровне поддерживается единой БД, в которой хранится информация о структуре и гео­метрии изделия (как результат проектирования в системе САD), о технологии изготовления (как результат системы САРР) и УП для оборудования с ЧПУ (как исходная информация для обра­ботки в системе САМ на оборудовании с ЧПУ).

Рис. 1. Элементы интегрированной системы.

На схеме (см. рис. 1) функционирование АСТПП, или по-английски САРР, представляет процесс преобразования конструкторской инфор­мации, хранимой в БД, в технологические решения, касающиеся маршрутов обработки деталей, режимов обработки на определен­ных операциях, выбора инструмента и т.п.

Другим примером частичной интеграции САПР является объ­единение САПР конструирования изделий с организационно-технической системой АСУП в единый комплекс, называемый также САD/РРS.

В настоящее время основной тенденцией в достижении высо­кой конкурентной способности западных предприятий является переход от отдельных замкнутых САПР и их частичного объеди­нения к полной интеграции технической и организационной сфер производства. Такая интеграция связывается с внедрением модели компьютерно-интегрированного производства (КИП), или по-английски СIМ. На рис. 2 представлены основные этапы построения и организаци­онно-технические САПР, реализующие СIМ.

Рис. 2. Основные системы CIM.

Практический опыт создания и эксплуатации CIM показыва­ет, что стратегическая концепция создания CIM должна охваты­вать процессы проектирования, изготовления и сбыта продукции. Проектирование должно начинаться с изучения конъюнкту­ры рынка и кончаться вопросами доставки продукции потребите­лю. Рассматривая структуру СIМ (рис. 3) можно выделить три основных, иерархически связанных между собой уровня. К под­системам СIM верхнего уровня относятся подсистемы, выполня­ющие задачи планирования производства. Средний уровень за­нимают подсистемы проектирования производства. На нижнем уровне находятся подсистемы управления производственным оборудованием.

Рис. 1.3. Элементы интегрированной системы

Построение СIM включает решение 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 БД); обработки информации (стыковка и адаптация программного обеспечения различных подсистем) и физической связи подсистем (интер­фейсы, т.е. стыковка, аппаратных средств ЭВМ, включая исполь­зование вычислительных сетей).

В заключение отметим, что внедрение CIM значительно со­кращает общее время прохождения заказа за счет снижения времени передачи с одного участка на другой и снижения време­ни простоя при выполнении заказа, а также вследствие перехода от последовательной к одновременной обработке; повышает про­изводительность путем устранения или существенного ограниче­ния повторяемых ручных операций подготовки и передачи дан­ных (например, машинное отображение геометрических данных можно использовать во всех отделах, связанных с конструирова­нием изделий).

Раздел 1. Методологические основы технологии машиностроения

Введение

Опорный конспект

Машиностроение определяет технический прогресс страны и оказывает решающее влияние на создание материальной базы всех отраслей экономики. В связи с этим его развитию всегда придавалось и придается первостепенное значение.

Потребности развивающегося машиностроительного производства вызвали появление новой технической науки, получившей название «Технология машиностроения».

Технология машиностроения – это наука об изготовлении машин требуемого качества в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при наименьшей себестоимости.

Технология машиностроения имеет ряд особенностей, отличающих её от других специальных наук.

1. Технология машиностроения является прикладной наукой, вызванной к жизни потребностями развивающейся промышленности.

2. Являясь прикладной наукой, технология машиностроения вместе с тем имеет значительную теоретическую основу, включающую в себя: учение о типизации технологических процессов и групповой обработке, о жесткости технологической системы, о точности процессов обработки, теорию базирования заготовок, теорию рассеяния размеров обрабатываемых заготовок, погрешностях технологической оснастки и оборудования, о влияниях механической обработки на состояние металла поверхностных слоев заготовок, эксплуатационные свойства деталей машин, о припусках на обработку и другие теоретические разработки.

3. Технология машиностроения является комплексной инженерной и научной дисциплиной, тесно связанной и широко использующей разработки многих дисциплин, изучаемых в университете.

4. Технология машиностроения является одной из самых молодых наук, быстро развивающейся вместе с возникновением новой техники и совершенствованием промышленного производства.

5. Технология машиностроения в значительной мере определяет уровень профессиональной подготовки инженера-машиностроителя и его способности к практическому использованию достижений общетеоретических и общеинженерных наук.

Предметом изучения в дисциплине «Технология машиностроения» являются процессы изготовления деталей и сборки машин, проектирование этих процессов и управление ими.

Технология машиностроения как наука в своем развитии в нашей стране прошла несколько этапов.

Первый этап (до 1929 / 30 гг.) совпал с завершением периода восстановления и началом реконструкции промышленности страны. Он характеризуется накоплением отечественного и зарубежного опыта изготовления машин.

Второй этап (1930 – 1941 гг.) определяется продолжением накопления производственного опыта и проведением его обобщения и систематизации. В этот момент началась разработка общих научных принципов проектирования технологических процессов. На этом этапе разрабатываются:

Принципы типизации технологических процессов;

Теория базирования заготовок при их обработке, измерении и сборке;

Методы расчета припусков на обработку;

Расчетно–аналитический метод определения погрешностей обработки заготовок.

Третий этап (1941 – 1970 гг.) отличается исключительно интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки. В этот период подверглись глубокому изучению и научному анализу, а также теоретической проработке результаты практического применения дифференциации и концентрации обработки, методы поточного производства в условиях серийного и крупносерийного изготовления военной техники, применение переналаживаемой оснастки, методы скоростной обработки металлов.

В эти годы формируется и разрабатывается:

Теория точности обработки заготовок;

Учение о жесткости технологической системы и её влияние на точность и производительность обработки;

Учение о технологической наследственности;

Групповой метод обработки заготовок в серийном производстве.

Проводятся:

Теоретические и экспериментальные исследования качества обрабатываемой поверхности;

Исследования влияния динамики технологической системы на точность механической обработки, шероховатость и волнистость обрабатываемых поверхностей;

На базе типизации технологических процессов и групповой обработки с использованием переналаживаемого оборудования и технологической оснастки создаются поточные линии серийного производства.

Продолжается накопление производственного опыта изготовления машин, совершенствуются различные методы обработки заготовок.

Четвертый этап (1970 г. по настоящее время). Отличительной особенностью современного этапа развития технологии машиностроения является широкое использование достижений фундаментальных наук (математика, теоретическая механика, физика, материаловедение и др.) для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения. Распространяется применение вычислительной техники при проектировании технологических процессов и математическое моделирование механической обработки, применяется теория графов для моделирования технологических процессов. Создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

В настоящее время продолжаются разработки проблем технологической наследственности и упрочняющей технологии. Разрабатываются методы оптимизации технологических процессов по достигаемой точности, производительности и экономичности. Создаются системы автоматизированного управления ходом технологического процесса с его оптимизацией по всем основным параметрам изготовления и требуемым эксплуатационным качествам. Развертываются работы по созданию гибких производственных систем на основе использования ЭВМ, станков с ЧПУ, автоматизации межоперационного транспорта и контроля и робототехники.