Обгрунтування вибору САПР для креслярсько-конструктор-ських робіт

Розвиток технічних засобів комплексної механізації та автоматизації процесів буріння супроводжується ускладненням їх конструкцій, появою нових технічних рішень і, як наслідок, підвищенням трудомісткості проектування і виготовлення. Це впливає на етап проектування, так як тривалі терміни і недостатня ефективність рішень при розробці можуть призвести до морального старіння виробу до введення його в експлуатацію і низької ефективності його подальшого використання. Зростання номенклатури створюваних машин і підвищення їх складності також вимагають від конструкторських організацій прискорення темпів проектування.

Рішення цієї проблеми можливе при розробці та впровадженні систем автоматизованого проектування бурових машин (САПР БМ), які передбачають широке використання системного підходу при постановці завдань, математичних методів та ЕОМ при їх вирішенні.

Згідно ГОСТ 22487-77, САПР визначена як проектування, при якому окремі перетворення об'єкту та (або) алгоритми його функціонування або алгоритми процесу, а також подання описів на різних мовах здійснюються взаємодією людини і ЕОМ. Автоматизуються процедури й операції введення (виведення) різних даних, пошуку, розроблення, прийняття, оцінки, контролю та зберігання проектних рішень, компонування, редагування та виводу (виготовлення) проектної документації, а також інформаційно-довідкового обслуговування.

Отже, у процесі проектування вихідний опис перетворюють у кінцевий, формуючи при цьому необхідну кількість проміжних описів. Проміжний або кінцевий опис об'єкту проектування називають проектним рішенням.

Специфічною ознакою САПР складних об'єктів є використання ряду принципів, основні з яких - декомпозиція та ієрархічність описів об'єктів; багатоетапність і ітераційність проектування; типізація і уніфікація проектних рішень, методології і засобів проектування [6].

Принцип декомпозиції - структуризація (розподіл) понять відповідного рівня опису об'єкта на складові частини для роздільного проектування з урахуванням узгодження прийнятих рішень.

Принцип ієрархічності - структуризація понять про об'єкти та їх основних частинах за ступенем конкретизації та деталізації опису для послідовного нарощування складності опису об'єкта в поєднанні з декомпозицією.

Багатоетапність проектування - поділ процесу проектування в часі (у відповідності зі ступенем конкретизації описів і готовності проектних рішень) на стадії, етапи, проектні процедури й операції.

Розрізняють стадії передпроектних досліджень, технічного завдання, технічної пропозиції, ескізного, технічного і робочого проектів, випробування та впровадження машин.

Етап проектування включає в себе формування всіх потрібних описів об'єкта, що відносяться до одного або декількох ієрархічним рівнів або аспектів проектування (функціонального, конструкторського або технологічного). Прикладом етапу проектування може бути етап розробки принципових схем технологічного процесу, операційної технології та отримання керуючої інформації (програм) для програмно-керованого технологічного обладнання.

Проектна процедура - складова частина етапу - формалізована сукупність дій, в результаті виконання якої отримують проектне рішення, наприклад розрахунок параметрів режиму буріння, моделювання об'єкта, оформлення його креслення, прогнозування, оптимізація, коректування і т. п.

Проектна операція - складова частина проектної процедури – це дії або формалізована сукупність дій, алгоритм яких залишається незмінним для ряду проектних процедур, наприклад обчислення параметра відповідним методом, оформлення та складання таблиці, креслення типового графічного зображення, введення і виведення даних.

Виділяють дві форми організації спрямованості процесу проектування - спадну і висхідну. При спадному проектуванні процес пошуку і прийняття рішень йде від вищих до нижчих рівнів ієрархії (від загального до конкретного) з збільшенням ступеня конкретизації і деталізації. При висхідному проектуванні процес йде від нижчих до вищих рівнів ієрархії (від окремого до загального) з виконанням синтезу рішень при переході до кожного наступного рівня.

Принцип ітераційності проектування. Розробка складних об'єктів в умовах багатоетапного ієрархічного проектування шляхом однократного проходження необхідних етапів і рівнів не завжди дозволяє виробити раціональні проектні рішення. Найчастіше проектування ведуть як ітераційний процес з поверненням до попередніх етапах і рівнів.

Типізація проектних рішень доцільна при їх багаторазовому використанні; для розробки унікальних об'єктів типові рішення (ТР) використовують в обмеженому обсязі при наявності відповідних можливостей.

Уніфікація методології проектування передбачає вибір і розробку методів, що забезпечують досить ефективне проектування об'єктів відповідного класу (групи).

Уніфікація засобів проектування передбачає розробку проектних процедур і операцій, які виконуються безпосередньо проектувальником з використанням технічних і програмних засобів для ведення проектування об'єктів відповідного класу (групи).

Практика показує, що розробка та широкомасштабне використання САПР дозволяють в 2...3 рази скоротити терміни розробки і реалізації інженерно-технічних проектів, в 1,5...2 рази - терміни технологічної підготовки виробництва при одночасному підвищенні якості проектів і зниження приблизно в 1,5 рази затрат на проектування і виготовлення виробів [6]. САПР створюють у проектних, конструкторських, технологічних організаціях, а також на виробничих підприємствах.

Основні терміни та визначення в області автоматизованого проектування, які обов'язкові для застосування у всіх видах документації, науково-технічної, навчальної, довідкової літератури, встановлює ГОСТ 22487-77. При проектуванні розрізняють наступні об'єкти: матеріали, предмети, процеси, системи (механічні, електричні, організаційні та ін.). Під створенням об'єкта розуміють його виготовлення і надання заданих властивостей і характеристик, якщо об'єктом є матеріал або предмет; його виконання відповідно за даним алгоритмом процесу, якщо об'єктом є процес; розміщення в часі і просторі, надання заданих властивостей і характеристик, якщо об'єктом є організаційна система.

Схема процесу проектування об'єкта показана на рис. 2.2.

У початковий період створення САПР розробляють єдиний метод і ознаки класифікації, основні класифікаційні групи і правила позначення, які для різних галузей промисловості встановлює ГОСТ 23501.108-85. За кожною ознакою встановлені класифікаційні групи, їх характеристики і коди (рис. 2.3). Основні класифікаційні групи САПР наведені в табл. 2.1... 2.7 [6].

Основна функція САПР - виконання автоматизованого проектування на всіх або відомих його стадіях об'єктів і їх складових частин на основі застосування математичних та інших моделей, автоматизованих проектних процедур і засобів обчислювальної техніки. Окремі перетворення описів об'єкта проектування та подання їх на різних мовах здійснюється шляхом взаємодії людини та ЕОМ; можуть здійснюватись також процедури автоматичного проектування, при використанні яких перетворення та представлення описів об’єкта проектування виконуються без участі людини. Сучасні графопобудувачі в системі ЕОМ дозволяють автоматизувати процес виконання графічних робіт.

Таблиця 2.1 – Класифікаційні групи САПР за типом об’єктів проектування

Код	Назва
	САПР виробів машинобудування та приладобудування
	САПР технологічних процесів в машинобудуванні та приладобудуванні
	САПР об’єктів будівництва
	САПР організаційних систем
5…9	Резерв

Примітка. Класифікаційні групи САПР при різних об’єктах проектування встановлюються за діючими позначеннями документації на об’єкти, які проектуються системою.

Рисунок 2.2 – Схема процесу проектування об’єкта

Рисунок 2.3 – Класифікація групи САПР

Таблиця 2.2 – Класифікаційні групи САПР за складністю об’єктів проектування

Код	Назва	Кількість складових частин проектованого об’єкта
	САПР простих об’єктів	<10^2
	САПР об’єктів середньої складності	10^2…10^3
	САПР складних об’єктів	10^3…10^4
	САПР дуже складних об’єктів	10^4…10^6
	САПР об’єктів дуже високої складності	>10^6

Таблиця 2.3 – Класифікаційні групи САПР за рівнем автоматизації проектування

Код	Назва	Об'єм автоматизованих робіт від загальної кількості проектних процедур, %
	Система низькоавтоматизованого проектування	<25
	Система середньоавтоматизованого проектування	25…50
	Система високоавтоматизованого проектування	>50 (застосовуються методи багатоваріантного оптимального проектування)

Таблиця 2.4 – Класифікаційні групи САПР за комплексністю автоматизації проектування

Код	Назва
	Одноетапна САПР
	Багатоетапна САПР
	Комплексна САПР (виконує всі етапи проектування об’єкта)

Таблиця 2.5 – Класифікаційні групи САПР за характером проектних документів, що випускаються автоматизації проектування

Код	Назва	Носій даних проектного документа
	САПР текстових документів	Паперовий лист
	САПР текстових і графічних документів	Паперовий лист
	САПР документів на електронних носіях	Компакт-диски CD-R чи CD-RW (стандарт ISO9660), компакт-диски DVD чи DVD-RW (стандарт ISO9660), пристрої, що підтримують USB
	На фотоносіях	Мікрофільми, мікрофіші,, фотошаблони, і т.п.
	На двох типах носіїв даних	На двох будь-яких типах носіїв даних
	На всіх типах носіїв даних	Всі типи носіїв даних
7-9	Резерв

Розробка САПР, їх впровадження і експлуатація - дуже складний комплекс завдань, при вирішенні яких доводиться враховувати велику кількість деколи суперечливих, але взаємопов'язаних фактів, умов і вихідних даних, багато з яких визначаються з невеликою достовірністю.

Тому перехід до САПР БМ передбачає системний підхід, який базується на розробці масивів систем, що проектуються, та операцій функціональних процесів, наявності критеріїв для оцінки ефективності системного вирішення, чітких логічних положень в частині постановки завдань і формалізації рішень; встановленні зв'язків між системою і середовищем її функціонування.

Системою називають сукупність (нескінченість) елементів, виділених будь-яким способом, реальних чи уявних об'єктів. Система відповідає вимогам, що ставляться до неї, якщо:

- задані зв'язки, що існують між цими об'єктами, кожен з елементів усередині системи вважається неподільним;

- з навколишнім середовищем, сукупність об'єктів взаємодіє як ціле;

- між її об'єктами в різні моменти часу можна провести однозначна відповідність.

Системи поділяють на фізичні та абстрактні. Фізичні системи складаються з штучних або природних об'єктів. Абстрактні системи складаються з об'єктів, які в дійсності не існують і можуть бути представлені тільки символами. Мета системного дослідження - створення моделі досліджуваної системи незалежно від того, є вона фізичною або абстрактною. Системи можуть бути централізованими або децентралізованими.

Передбачається поділ системи на підсистеми (ГОСТ 23501.101-87). Об'єкти, що належать до однієї підсистеми, можна розглядати як зовнішні складові іншої підсистеми.

За призначенням підсистеми САПР поділяють на два види: проектувальні і обслуговуючі.

Проектувальні підсистеми виконують проектні процедури та операції, наприклад, підсистема проектування частин будівель і споруд; підсистема технологічного проектування; підсистема проектування деталей і складальних одиниць.

Обслуговуючі підсистеми призначені для підтримання працездатності проектувальних підсистем, наприклад: підсистема інформаційного пошуку; підсистема кодування; підсистема графічного відображення об'єктів.

По відношенню до об'єкту проектування підсистеми САПР поділяють на об'єктивно-орієнтовані (об'єктивні) і об'єктивно-незалежні (інваріантні). Об'єктивні підсистеми виконують одну або кілька проектних процедур чи операцій, безпосередньо залежних від конкретного об'єкта проектування. Інваріантні підсистеми виконують уніфіковані проектні процедури та операції.

Підсистема складається з компонентів САПР, об'єднаних загальною для даної підсистеми цільовою функцією, що забезпечує її функціонування. Компонент є елементом забезпечення, що виконує певну функцію в підсистемі:

1) методичне забезпечення - документи, в яких відображені склад, правила відбору та експлуатації засобів автоматизації проектування;

2) лінгвістичне забезпечення - мови проектування, термінологія;

3) математичне забезпечення - методи, математичні моделі, алгоритми;

4) програмне забезпечення - документи з текстами програм, програми на машинних носіях і експлуатаційні документи;

5) технічне забезпечення - пристрої обчислювальної і організаційної техніки, засоби передачі даних, вимірювальні та інші пристрої або їх поєднання;

6) інформаційне забезпечення - документи, що містять описи стандартних проектних процедур, типових рішень, типових елементів, комплектуючих виробів, матеріалів та інші дані, а також файли і блоки даних на машинних носіях із записом зазначених документів;

7) організаційне забезпечення - положення, інструкції, накази, штатні розписи, кваліфікаційні вимоги та інші документи, що регламентують організаційну структуру підрозділів та їх взаємодія з комплексом засобів автоматизації - проектування.

Таким чином, структурна єдність підсистеми забезпечується зв'язками між компонентами різних засобів забезпечення САПР, що утворюють підсистему, а структурне об'єднання підсистем у систему - зв'язками між компонентами САПР, що входять до підсистеми.

При розробці САПР БМ слід враховувати наступні вимоги [7]:

1. Математична модель, що описує стан проектованої системи та її відношення з зовнішнім середовищем, повинна бути адекватною фізичній моделі. Алгоритмізація моделі повинна виконуватися з таким розрахунком, щоб забезпечувалася її адаптація до максимально можливого, числа досліджуваних структур і операцій без суттєвої перебудови програмного забезпечення ЕОМ.

2. Система повинна забезпечувати:

- достатню точність і достовірність результатів аналізу;

- виконання різних етапів у вирішенні того чи іншого рівня завдань має супроводжуватися аналізом із зовнішнім виводом інформації;

- простоту стикування з системами, що відносяться до іншого класу задач;

- мінімум завантаження персоналу в логічній підстановці завдання при підготовці і введення вихідних даних.

Розрізняють такі стадії створення САПР:

- передпроектне обстеження, розробка, узгодження та затвердження технічного завдання на САПР,

- розробка та затвердження технічної пропозиції на САПР;

- ескізний проект;

- технічний проект;

- робочий проект;

- виготовлення, налагодження та випробування; введення в дію.

Відомості щодо складу робіт і виду документації, що розробляється, по стадіях створення САПР наведені в табл. 2.9.

Таблиця2.9 – Етапи створення САПР

Стадія створення	Склад робіт	Вид доку-ментації, що розробляється
Передпроектне обстеження	Аналіз існуючої САПР. Визначення готовності підприємства до створення САПР. Розробка пропозиції про доцільність створення САПР (адаптації або розробки)	Технічний звіт
Технічне завдання	Розробка ТЗ, включаючого основні вимоги до САПР	ТЗ
Технічна пропозиція (необов'язкова)	Вибір раціонального варіанту САПР, задовольняючої вимоги ТЗ. Ухвалення рішення про адаптацію типової САПР або про розробку САПР.	Технічна пропозиція

Продовження таблиці 2.9

Ескізний проект	Ухвалення принципових рішень по структурі САПР, її підсистем і всіх видах забезпечень. Попередній розрахунок економічної ефективності і технічних показників САПР	Ескізний проект
Технічний проект	Розробка процесу автоматизованого проектування. Ухвалення остаточних рішень по всіх підсистемах і забезпеченнях САПР. Розробка компонентів САПР, уточнення техніко-економічних показників САПР. Розробка заходів щодо підготовки підприємства до введення в дію САПР	Технічний проект відповідно до ГОСТ 23501/ 106-85
Робочий проект	Формування САПР в цілому. Реалізація заходів щодо підготовки підприємства до введення в дію САПР	Робочий проект
Виготовлення, наладка і випробування	Підготовка підприємства до введення в дію САПР. Виготовлення (придбання) і наладка компонентів САПР. Монтаж, наладка і випробування комплексу засобів САПР в цілому і її підсистем	Акти здачі, компонентів САПР і комплексу засобів САПР
Введення в дію	Дослідне функціонування САПР з метою перевірки працездатності, і взаємодії підрозділів, визначення реальних техніко-економічних показників, коректування документації	Протокол дослідного функціонування САПР і акт приймання САПР в промислове функціонування

САПР бурових машин будують з урахуванням єдиної системи конструкторської документації (ЕСКД), єдиної системи технологічної підготовки виробництва (ЕСТПВ), а також автоматизованої системи управління виробництвом (АСУВ).

Дата добавления: 2013-12-14