Реферат: Организация конструкторской подготовки производства

Система автоматизированного проектирования в конструкторской подготовке производства

Системы автоматизированного проектирования (САПР) в настоящее время полностью себя оправдывают и являются во многих случаях единственно возможными методами при кон­струировании новых видов изделий (например, интегральных микросхем).

Под автоматизацией проектирования понимается автома­тизированный конструкторский синтез устройства с выпуском необходимой конструкторской документации (КД).

В отличие от проектирования вручную, результаты которо­го во многом определяются инженерной подготовкой конст­рукторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и т. п., автоматизированное проектирование позволяет исключить субъективизм при принятии решений, значи­тельно повысить точность расчетов, выбрать варианты для реализации на основе строгого математического анализа, зна­чительно повысить качество конструкторской документации, повысить производительность труда проектировщиков, сни­зить трудоемкость, существенно сократить сроки конструктор­ской и технологической подготовки производства в цикле СОНТ, эффективнее использовать технологическое оборудо­вание с ЧПУ.

Важным результатом внедрения САПР являются и социо­логические факторы: повышение престижности и культуры труда при замене неавтоматизированных методов автомати­зированными; повышение квалификации исполнителей; со­кращение численности работников, занятых рутинными опе­рациями.

Наибольшую эффективность от внедрения САПР можно получить при автоматизации всего процесса проектирования - от постановки задачи, выбора предпочтительных вариантов построения изделия до технологической подготовки его про­изводства и выпуска.

САПР представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации про­ектирования, взаимосвязанного с проектировщиками и под­разделениями проектной организации. Проектировщик (кон­структор, технолог) входит в состав любой САПР и является ее пользователем, так как без человека автоматизированная си­стема не может функционировать. Объектом автоматизации в САПР являются действия проектировщиков, разрабатывающих изделия или технологические процессы. САПР нельзя создать вне конкретного производства, на котором она будет исполь­зована.

Комплекс средств автоматизации включает математиче­ское, лингвистическое, программное, информационное, методическое, организационное, аппаратное и техническое обеспечение.

Математическое обеспечение составляют математические методы, модели и алгоритмы, необходимые для осуществле­ния автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение - совокупность специаль­ных языковых средств проектирования, предназначенных для общения человека с техническими и программными компонен­тами САПР. Практика использования ЭВМ в проектировании привела к созданию наряду с универсальными алгоритмичес­кими языками программирования (АЛГОЛ, ФОРТРАН и др.) проблемно-ориентированных алгоритмических языков, специ­ализированных для проектных задач. Например, для автома­тизации вычерчивания изображений служат графические язы­ки ГП-ЕС, ГРАФОР, РЕДГРАФ, ФАП-КФ и др.

Программное обеспечение является непосредственным производным компонентом от математического обеспечения и представляет собой комплекс всех программ и эксплуата­ционной документации к ним.

Информационное обеспечение - это информация о про­тотипах проектируемых изделий или процессов, комплектую­щих изделиях и материалах, об используемом режущем инст­рументе, о правилах и нормах проектирования, а также любая другая справочная информация, используемая проектировщи­ками для выработки проектных решений. Основная часть ин­формационного обеспечения содержится в банках данных, состоящих из баз данных и систем управления базами данных.

Организационное обеспечение устанавливает взаимодей­ствие проектирующих и обслуживающих подразделений, от­ветственность специалистов за определение вида работ, при­оритеты пользования средствами САПР и другие регламенты организационного характера. Соответствующий комплект до­кументов составляют необходимые инструкции, приказы и штатные расписания.

Техническое обеспечение - комплекс всех технических средств, используемых при автоматизированном проектировании и для поддержания средств автоматизации в работоспо­собном состоянии.

Решающими условиями возможности и целесообразнос­ти создания САПР являются:

а) единство принципов построе­ния объектов проектирования;

б) высокий уровень типизации и стандартизации элементов, из которых компонуют объекты проектирования;

в) высокий уровень унификации процессов проектирования;

г) большой объем проектных работ при ин­дивидуальных требованиях к объектам проектирования.

В общем случае процесс проектирования включает три эта­па: составление эскизного, технического и рабочего проектов.

Наиболее творческой является стадия эскизного проекти­рования, требующего применения интерактивных средств гра­фики. С их помощью конструктор может строить трехмерное изображение детали и моделировать траекторию движения инструмента для ее обработки (без чертежей).

Техническое проектирование предусматривает исполнение конкретного замысла в заданном масштабе, а также осуще­ствление необходимых расчетов. Здесь используется значи­тельный объем информации о стандартных деталях, покупных изделиях и т. д.

На стадии рабочего проектирования создаются рабочие чертежи и техническая документация. Деталировка, опреде­ление и нанесение размеров, составление спецификаций пол­ностью формализуются и могут выполняться на ЭВМ с исполь­зованием средств машинной графики.

При автоматизации проектирования наиболее важной явля­ется формализация как самого процесса, так и его объекта. Она позволяет представить процесс проектирования в виде цепоч­ки (набора) последовательно (параллельно-последовательно) выполняемых процедур, при которых информация преобразу­ется, а исходные варианты приближаются к заданным проект­ным задачам. При этом если проекты могут быть сформу­лированы в виде информационных массивов для ЭВМ, а опе­раторы проектирования (определенные процедуры, форму­лы, комплексы программ, стандарты, методики, модели и т. п.) представлены в виде пакета машинных программ, то та­кой процесс называют автоматической разработкой (генера­цией) проекта. Если разработке на ЭВМ подлежат лишь неко­торые подкомплексы на отдельных стадиях, то такой процесс проектирования называется автоматизированным. В том слу­чае, когда оператор проектирования применим для ряда сис­тем или подкомплексов, выполняется типовое проектирование. Нахождение (разработка) таких операторов является одной из важнейших задач построения любой системы проектирования.

Укрупненный алгоритм автоматизированного проектирования изделия

При автоматизированном проектировании сложных систем и объектов применяется системно-иерархический подход, ког­да сам процесс и объект расчленяются на уровни. На верхнем уровне отражаются только самые общие черты и особенности проектируемого объекта. На каждом последующем уровне разработки степень детализации возрастает.

В соответствии с этапностью создания новой техники в комплексной (интегрированной) САПР выделяются следующие автоматизированные системы: управления процессами про­ектирования (АСУПП), проектирования (ДСП), конструирова­ния (АСК), технологической подготовки производства (АСТПП), управления технологическими процессами изготовления опытных образцов (АСУТП), комплексных испытаний и обра­ботки изделий (АСКИО).

Каждая из функциональных составляющих базируется на едином комплексе средств автоматизации проектирования, включающих обеспечивающие системы типа автоматизиро­ванных банков данных (АБД), а также вычислительную систе­му, систему информационного обмена, графическую систему и систему разработки машинных программ.

Исходя из особенностей графических работ из состава комплексной САПР выделяют в виде самостоятельной графи­ческую подсистему, или подсистему автоматизированного черчения (ПАЧ), обслуживающую все функциональные систе­мы. Оперативные средства выполнения графических работ входят в состав комплекса технических средств каждой функ­циональной системы, имеющей терминал.

Основу автоматизации стадии конструкторской подго­товки производства составляют две функциональные части комплексной САПР: автоматизированная система проекти­рования (АСП) и автоматизированная система конструиро­вания (АСК).

Автоматизированная система проектирования использует­ся как инструментальная подсистема САПР. Она создает про­граммы автоматизированного проектирования, и от ее эффек­тивности в значительной мере зависит эффективность дей­ствия комплексной САПР. Эта система выполняет несколько видов проектных процедур на стадиях разработки техничес­кого задания, технических предложений, эскизного и техни­ческого проектирования: анализ исходных данных, формиро вание технических характеристик, определение эффективно­сти изделия на стадии проработки изделия, когда перед про­ектировщиком стоит проблема выбора прототипа будущей новинки на основе упрощенной математической модели. Ре­зультатом функционирования АСП является структурная схе­ма изделия с данными расчета проектных параметров.

Автоматизированная система конструирования использу­ется на этапах технического и рабочего проектирования для проведения уточненных расчетов по всему изделию и отдель­ным его элементам, а также изготовления конструкторской до­кументации.

Для САПР любого уровня сложности основным структурным элементом является функциональная подсистема. Подсистемы обладают значительной функциональной автономностью и реа­лизуют определенный этап (фрагмент) процесса проектирова­ния. Однако САПР и их подсистемы взаимоувязаны с различны­ми компонентами интегрированных систем управления предпри­ятием или объединением (рис. 17.3).

1 - управляющие программы для станков с ЧПУ; 2 - информация для планирования и анализа производства; 3 - нормативно-справочная информация; 4 - информация обмена данными внутри САПР ТПП; 5 - техническая документация

Организационно САПР различного назначения создаются в отделах главных конструкторов, главных технологов и т. п. и взаимодействуют с различными подразделениями и служба­ми предприятия.

Технико-экономическое обоснование на стадии проектирования новой техники

Каждый вновь создаваемый вид техники или мероприятие по улучшению освоенной техники должен быть лучше ранее освоенных: он должен давать большую экономию живого и овеществленного труда, быть лучше по качеству и в большей мере удовлетворять потребности в новых или усовершенство­ванных видах продукции. Показатели качества вновь создава­емой техники должны быть на уровне высших мировых дости­жений в данной отрасли.

Новая или усовершенствованная техника должна быть луч­ше и эффективнее той, взамен которой она создается и будет производиться, с производственной, эксплуатационной или обеих точек зрения.В первом случае к новой (усовершенствованной) конструк­ции предъявляются требования как к объекту производства на заводе-изготовителе. Главным здесь является экономичность производства и минимальные сроки его подготовки и освое­ния. Экономичность изготовления каждой новой конструкции зависит от ее технологичности, оттого, насколько прогрессив­ными и производительными будут применяемые технологичес­кие процессы. Конструкция является технологичной, если она экономична для производства.

При наличии нескольких вариантов конструкции техники, полностью удовлетворяющих эксплуатационным требовани­ям, предпочтение отдается более технологичной.

Для выбора наилучшего варианта конструкции имеется ряд показателей технологичности:

• трудоемкость изготовления - абсолютная (на одно изде­лие) и относительная (на единицу установленной мощности, производительности, другого показателя);

• материалоемкость или масса конструкции - абсолютная или относительная;

• трудоемкость подготовки изделия к функционированию;

• степень конструктивной стандартизации и унификации;

• капиталовложения в производство новой продукции;

• себестоимость и отпускная цена новой продукции;

• прибыль и рентабельность производства.

Трудоемкость изготовления продукции определяется в процессе ее проектирования и является весьма важным пока­зателем. Более технологичной считается та конструкция, ко­торая при прочих равных условиях менее трудоемка. Сниже­ние трудоемкости изделия на стадии его производства - одна из важнейших задач, которая ставится перед разработчика­ми. Большие возможности снижения трудоемкости заложены в правильном выборе современных прогрессивных методов получения заготовок, рациональном выборе квалитетов и клас­сов шероховатости. На смену обработки деталей резанием (механообработки) постепенно приходят точные методы фор­мообразования деталей - штамповки, прессования, литья под давлением и др.

Материалоемкость характеризует общий расход материа­ла на изготовление данной конструкции изделия или удель­ную материалоемкость на эксплуатационный параметр. Во многих случаях у конструктора есть возможность при проек­тировании детали выбрать материал из двух или даже многих, обеспечивающих одинаковые эксплуатационные свойства де­тали, но различные по стоимости, трудоемкости обработки, а иногда способствующие снижению массы изделия.

Повышение определяющего эксплуатационного показате­ля изделия, как правило, дает снижение материалоемкости и трудоемкости в расчете на единицу основного параметра. При этом снижение удельной материалоемкости на единицу мощ­ности или другого параметра происходит значительно быст­рее, чем уменьшение общего расхода материала на единицу изделия.

Трудоемкость подготовки изделия к функционированию определяется в процессе проектирования и зависит от слож­ности регулировочно-настроечных процессов, проводимых с целью получения необходимых технико-экономических пара­метров. Возможности снижения трудоемкости здесь заложе ны в качестве используемой контрольно-измерительной ап­паратуры и специальных стендов для испытаний.

Степень конструктивной стандартизации и унификации - это показатель, характеризующий конструкцию изделия с точ­ки зрения реализации в ней стандартизированных и унифици­рованных деталей, что приводит к повышению объема выпус­ка однотипных деталей, сборочных единиц, изделий в целом, а также к применению более прогрессивной технологии, а это как следствие позволяет не только существенно снизить тру­доемкость изготовления, но и несколько уменьшить материа-лоемкость.

Капиталовложения в производство новой конструкции ха­рактеризуют общие затраты на приобретение дополнительно­го и изготовление нестандартного оборудования и перепла­нировку в производственных цехах, создание производствен­ных запасов. Чем меньше потребности предприятия в капита­ловложениях, тем технологичнее новая конструкция изделия.

Себестоимость, прибыль и рентабельность новой конструк­ции изделия являются обобщающими показателями ее техно­логичности.

С производственной точки зрения новая конструкция бу­дет считаться технологичной, а следовательно, и эффектив­ной в том случае, если дополнительная прибыль (АП), полу­ченная в результате освоения, выпуска и реализации новой продукции, обеспечит рентабельность не ниже средней сло­жившейся рентабельности на предприятии-изготовителе. Это­му условию должно удовлетворять неравенство:

С эксплуатационной точки зрения потребителя новая кон­струкция должна обладать следующими показателями:

1) бо­лее надежной (долговечной, безотказной, ремонтопригодной и сохраняемой) в эксплуатации;

2) удобной в обслуживании и ремонте эстетичной и безопасной в эксплуатации;

3) эргоно­мичной (с точки зрения психологии, физиологии и гигиены труда работников обслуживания);

4) более производительной в единицу времени;

5) более экономичной в потреблении элек­троэнергии и капиталовложений эксплуатационников новой продукции;

6) обеспечивать минимальную себестоимость еди­ницы работы, выполняемой изделием.

Если эксплуатационные свойства новой техники повыша­ются по сравнению с ранее освоенной (заменяемой), то эко­номическая эффективность ее определяется путем соизмере­ния капитальных вложений потребителя со снижением себе­стоимости работы, выполняемой новой техникой. Лучшим при­знается вариант с наименьшей суммой приведенных затрат:

После расчета суммы приведенных затрат по вариантам техники можно определить годовой экономический эффект использования новой или усовершенствованной техники.

Эксплуатационная технологичность новой техники может быть определена с помощью нескольких показателей. При этом следует различать показатели технологичности базово­го изделия и проектируемого, а также определять уровень тех­нологичности как соотношение показателей технологичности проектируемого и базового изделия.