Файл: КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИБОРОВ И АППАРАТОВ Учебник В трех частях Часть 2. Инженерное творчество (Оленев).pdf

Конструирование, как и функциональное проектирование, разделяется на уровни. На верхнем уровне определяется общая компоновка всего изделия, с учетом его надежной работы, удобства в эксплуатации, обслуживании, ремонта, транспортировки, хранения и т.д. взаимное расположение его отдельных узлов – это компоновочный уровень.

Применительно к устройству для кормления кур его компоновка, по существу, отражена в кинематической схеме, поэтому на этом уровне можно продумать вопросы, связанные с эксплуатацией (загрузка корма в секции бункера) и транспортировкой.

Далее следует уровень, на котором разрабатываются конструкции отдельных частей изделия. В зависимости от сложности изделия таких уровней может быть несколько. Это уровни узлов (сборочных единиц).

И наконец, последним идет уровень, на котором разрабатываются и выпускаются рабочие чертежи отдельных деталей. Он называется соответственно уровнем деталей.

Сразу за компоновочным уровнем процесс конструирования может разделяться на ветви, соответствующие различным узлам, например, механическим, электронным и т.д. Однако это разделение выражено не так явно, как при функциональном проектировании. Поскольку методы и приемы конструирования этих узлов имеют много общего, то конструирование всего изделия в принципе может выполнить один конструктор или (в случае достаточно сложного изделия) одно подразделение.

Результатом конструкторского проектирования является комплект конструкторской документации (КД), включающий в себя сборочные и ра-

бочие чертежи изделия, полностью и однозначно описывающие конструк-

цию данного изделия и дающие возможность осуществлять технологическое проектирование изделия.

Конструкторская документация, по сути, является законодательной базой для всего производственного процесса изготовления изделия. Поэтому требования, которые проектировщик предъявляет к данному изделию, узлу или детали, должны быть заложены в соответствующие чертежи. Другими словами, будет сделано только то, что заложено в чертеже конструктором (технические требования, требования к шероховатости поверхностей, к их отклонениям от формы, покрытию, термообработке, контролю и т.д.). Это важно знать, поскольку конструкция предопределяет качество,

18

внешний вид, надежность работы, удобство эксплуатации и многие другие важные характеристики изделия.

4.4. Технологическое проектирование

На ветви технологического проектирования производится разработка технологических процессов изготовления изделия.

Особенности технологического проектирования заключаются в создании технологий, которые позволяют выпускать изделие в заданном количестве и качестве. Важно отметить, что качество изготовления изделия существенно зависит как от качества разработки технологических процессов, так и от технического уровня применяемого оборудования. Как правило, технологические процессы разрабатываются с учетом имеющейся на предприятии производственной базы.

На технологической ветви также выделяются уровни. Уровень испытания изделия – верхний. На нем разрабатываются методики испытания изделия на соответствие каждому разделу технического задания.

Далее идет уровень сборки изделия, на котором готовится технологический процесс сборки всего изделия в целом, его наладки, регулировки, смазки и т.д., позволяющий правильно собрать изделие из отдельных деталей и узлов.

Далее процесс разветвляется по отдельным узлам (сборочным единицам). На этих уровнях разрабатываются техпроцессы сборки, наладки, регулировки и т.д. так называемых малых сборочных узлов, из которых состоят более крупные узлы изделия или само изделие в целом.

Наконец, на низших уровнях технологического проектирования разрабатываются технологические процессы изготовления оснастки, необходимой для изготовления отдельных деталей изделия, а также непосредственно самих деталей изделия.

Технологические процессы изготовления оснастки представляют собой процессы изготовления штампов, пресс-форм, приспособлений для сборки и изготовления деталей, специализированного инструмента (фасонных резцов, фрез), контрольно-измерительной аппаратуры, всевозможных калибров и т.д. При этом, как правило, параллельно разрабатываются программы для изготовления деталей оснастки на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

19

Технологические процессы изготовления деталей изделия представляют собой процессы механической обработки, штамповки, литья, шлифовки, полировки и т.д. При этом для автоматов продольного точения разрабатываются чертежи кулачков, необходимых в дальнейшем для подвода и отвода резцов.

Для антикоррозионного и декоративного покрытия деталей изделия разрабатываются технологические процессы покрытий и окраски. Выбор покрытий для конкретного изделия в основном зависит от условий эксплуатации изделия, требований к его наружному виду, а также от его срока службы.

Заключительная стадия разработки технологических процессов изготовления деталей – создание маршрутных карт, предписывающих движение детали (или группы деталей) изделия из одного цеха в другой в процессе изготовления. Так, например, из заготовительного цеха заготовка поступает в механический цех на обработку, затем в термический цех на закалку, потом снова в механический на шлифовку и т.д. Началом технологического маршрута детали является, как правило, заготовительный цех, а концом – сборочный.

4.5.Проектные операции и процедуры

Упроектирования на любой ветви и любом уровне, и даже у проектирования любых изделий, есть много общего. Выполняемые при этом действия, т.е. проектные процедуры, и решаемые задачи в значительной степени типовые. Можно сказать, что алгоритм проектирования в любом узле структуры является универсальным, а особенности конкретных уровней и ветвей отражаются в различном содержании отдельных процедур этого алгоритма.

Обычно конструктор мало задумывается над тем, какие проектные операции и процедуры он выполняет, какие проектные задачи решает. Тем не менее проектировщик должен знать теорию и правила проектирования. Знание ответов на поставленные вопросы становится особенно необходимым в настоящее время, когда в процессе проектирования все шире применяются компьютерные системы и средства автоматизированного проектирования. Для рационального использования компьютеров необходимо четко представлять весь алгоритм проектирования, знать, какие процедуры

20

поддаются алгоритмизации и эффективнее выполняются на компьютере, а какие – человеком-проектировщиком.

Рассмотрим типовой процесс проектирования на любом уровне и любой ветви общей структуры с позиций эффективного применения средств автоматизированного проектирования.

Множество действий, которые выполняются при проектировании, группируют в блоки, называемые по степени их укрупненности проектными операциями, процедурами и задачами.

Проектная операция – блок элементарных действий, объединенных всего лишь одним результатом, используемым в дальнейшем. Примером проектной операции может являться ввод исходных данных в компьютер.

Проектная процедура – это совокупность операций, выполняемых проектировщиком или компьютером непрерывно и последовательно. Примером проектной процедуры может служить расчет электрической схемы.

Процедуры и операции отличаются друг от друга не только содержанием, но и такими свойствами, как детерминированность, эвристичность, трудоемкость, объектно-ориентированность, объектно-инвариант- ность.

Полностью детерминированной называется такая процедура или операция, которая сводится к выполнению определенного алгоритма, т.е. совокупности правил, предписаний, программ. К числу подобных процедур относятся, например, поиск в базе данных объекта с заданными характеристиками, расчет зубчатой передачи и т.д. Детерминированные процедуры и операции характерны тем, что при аккуратном и точном следовании предписанному алгоритму результат их выполнения будет всегда одинаковым независимо от опыта, знаний, способностей и квалификации исполнителя. Последние определяют только скорость выполнения процедуры. Так, например, расчет пружины в устройстве для кормления птицы можно отнести к детерминированной процедуре. Существуют методики для расчета пружин различного вида, поэтому если строго следовать этой методике (алгоритму расчета), то без особого труда можно выполнить расчет. Более того, при наличии соответствующей программы эту процедуру можно доверить компьютеру, который является идеальным исполнителем процедур – он не делает ошибок и строго следует заложенной в него программе.

В противоположность детерминированным для полностью эвристических процедур или операций невозможно или чрезвычайно сложно со-

21

ставить сколько-нибудь однозначный алгоритм управления. Поэтому такие процедуры выполняются только человеком, ибо только он способен действовать в отсутствии четкого алгоритма и полной исходной информации. Результат выполнения эвристических процедур определяется знаниями, опытом, способностями и квалификацией исполнителя. Для этих процедур характерно повышение эффективности их выполнения по мере обучения исполнителя. Примером эвристической процедуры может служить выполнение компоновки изделия.

Попытки алгоритмизировать эвристические процедуры и поручить их выполнение компьютеру из-за недостаточного знания закономерностей работы мозга человека пока к успеху не привели. Продвижение в этом направлении связано с применением компьютерных экспертных систем и средств искусственного интеллекта. В них аккумулируется эвристический опыт квалифицированных проектировщиков в конкретных областях.

Трудоемкость выполнения процедур и операций определяется требуемыми затратами ресурсов. Для компьютера – это количество вычислений и объем памяти.

Объектно-ориентированность какой-либо процедуры или операции определяется степенью зависимости применяемых методов, математического аппарата, алгоритмов от специфики проектируемого объекта. Например, аппарат расчета электрических схем совершенно не подходит для расчетов кинематических схем, но он одинаков для всех электронных систем.

Примером процедуры, объектно-ориентированной в высшей степени для систем охраны объектов, может служить синтез датчиков охранной сигнализации.

Достаточно универсальными являются методы поиска прототипа в базе данных, математический аппарат оптимизации и т.д. Их содержание и алгоритмы не зависят от того, какой объект ищется в архиве или оптимизируется: электронный блок, зубчатое зацепление или кулачок. О таких универсальных процедурах говорят, что они полностью объектноинвариантны.

Определение степени эвристичности и детерминированности, а также трудоемкости, объектно-ориентированности и объектно-инвари- антности отдельных процедур и операций позволяет, казалось бы, в непрерывном и неупорядоченном процессе проектирования изделий безошибоч-

22

но отделить выполняемые действия друг от друга, классифицировать их и наиболее рационально использовать компьютерные программы и средства. В частности, необходимо четко отделить все эвристические процедуры и обеспечить их реализацию человеком-проектировщиком. На компьютер же необходимо возложить выполнение всех детерминированных процедур и в первую очередь наиболее трудоемких. Для выполнения эвристических процедур проектировщику должна быть предоставлена из компьютера вся необходимая информация, причем в наиболее наглядной и доступной форме, как правило, в графической и табличной.

Что касается объектно-ориентированности, то в первую очередь необходимо вычленить максимально объектно-инвариантные процедуры и операции. Как было отмечено выше, такие процедуры и операции используют универсальные алгоритмы и методы, хорошо развитые и тщательно отработанные в настоящее время множеством авторов для самых различных применений. Пакеты компьютерных программ, реализующих универсальные, объектно-инвариантные операции и процедуры проектирования, являются наиболее массовыми, широко известными и, в силу своей массовости, сравнительно недорогими. Большое количество программных продуктов ориентируется на широко распространенные компьютеры типа IBM PC/AT. Многие пакеты работают на компьютерах Macintosh.

Пакеты автоматизированного проектирования применяются практически на всех уровнях и ветвях. Они позволяют решать широкий круг трудоемких задач проектирования. Для таких пакетов часто применяется общая аббревиатура из английских букв CAD. Она происходит от первых букв словосочетания Computer Aided Design, что означает «проектирование с помощью компьютера».

На ветви конструирования наиболее известным является пакет AutoCAD. На ветви технологического проектирования широко используются пакеты так называемой автоматизированной подготовки производства. Они ориентированы в основном на разработку технологических процессов изготовления механических деталей.

Соблюдение стандартов при проектировании обеспечивает качественную и полную обработку всех элементов изделия, унифицированное и понятное всем оформление конструкторской документации. На территории России проектирование ведется в соответствии с Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), которая представляет собой комплекс

23

государственных стандартов и рекомендаций, устанавливающих единый порядок разработки, оформления и обращения конструкторской документации. Следует иметь в виду, что ЕСКД является единой нормативнотехнической, информационной базой при разработке конструкторской документации на изделие.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие ветви проектирования вы знаете?

2.Что является объектом функционального проектирования?

3.Что является результатом функционального проектирования?

4.Какими уровнями может быть представлено функциональное проектирование?

5.Какие виды работ проводятся на каждом уровне функционального проектирования?

6.Что является объектом конструкторского проектирования?

7.Что является результатом конструкторского проектирования?

8.Назовите уровни конструкторского проектирования.

9.Что является объектом технологического проектирования?

10.Назовите уровни технологического проектирования.

11.Что понимается под проектной операцией и процедурой?

12.Какие свойства процедур и операций вы знаете?

13.В соответствии с какими нормативными документами ведется проектирование изделий на территории России?

24