Объект проектирования и предметная область

Введение

В общем конструкторское проектирование – процесс творческий и поэтому формализуется плохо. Однако существует немало типовых, однообразных процедур и операций, выполнение которых программируется вполне. Можно даже выделить целые классы устройств, проектирование которых автоматизируется на уровне синтеза конструкторских решений. При этом необходимо решить такие задачи, как определение состава и взаимного расположения элементов, подбор значений параметров этих элементов, синтез несущей системы и т.п. Для этого, в свою очередь необходимо структурировать объекты проектирования – выделить характерные функциональные элементы, взаимосвязи между ними, провести унификацию конструктивных элементов и разработать единообразный интерфейс. Подходы к решению отмеченных задач рассматриваются в данном пособии и являются объектом практического изучения.

Цели и задачи

Цель работы – освоение подходов к формализации конструкторских задач, методов и средств разработки конструкторских приложений. Для достижения этой цели предлагается разработать программно-методические средства генерирования конструкторских решений для объектов некоторого класса.

Проектирование объекта – это формирование его описания. Программные средства – процедуры и функции, автоматически формирующие это описание или его фрагменты. Средства методические – инструкции по формированию описания при помощи разработанных программных средств, а также в интерактивном режиме.

Наиболее наглядная форма описания конструкции – геометрическая модель. Изначально модели эти были двумерными (плоскими) и представлялись в виде чертежей. Более наглядны и информативны модели трехмерные (объемные). Существуют компьютерные средства, позволяющие работать с такими моделями – системы геометрического моделирования. Современные представители этой категории программного обеспечения позволяют моделировать детали, практически неограниченной сложности и объединять их в сборки посредством ассоциативных связей. Таким образом, системы геометрического моделирования покрывают практически все потребности, связанные с описанием конструкций. Благодаря этому они прочно обосновались в конструкторских подразделениях и представляют собой основной инструмент автоматизации проектирования.

Последнее обстоятельство очень важно, поскольку позволяет установить приоритеты между интерактивным и проектированием и автоматизированным. Когда уровень средств человеко-машинного взаимодействия был низким, компьютерное конструирование было автоматизированным и даже автоматическим. Первые интерактивные графические системы (AutoCAD, например) использовались для визуализации, корректировки и документирования решений, полученных автоматически. В настоящее время приоритетными, как отмечено выше, являются интерактивные системы.

Интерактивные системы предоставляют интерфейс программирования приложений (Application Programming Interface, API). Он позволяет запрограммировать типовые процедуры и построения, создавать нечто вроде макрокоманд на базе штатных средств пакета. То есть существует объективная возможность разрабатывать конструкторские программы непосредственно в той среде, в которой работает конструктор.

С учетом сделанных замечаний задача может быть уточнена. Разработке подлежат методики синтеза геометрических моделей объектов некоторого класса в среде системы геометрического моделирования, а также программные средства поддержки этой методики.

Объект проектирования и предметная область

В качестве объекта, на базе которого предлагается осваивать методы и средства автоматизированного конструирования, выбраны технологические приспособления для установки и закрепления деталей при выполнении над ними различных технологических операций. Это очень распространенный вид устройств. Количество выпускаемых деталей велико. Техпроцессы включают по несколько операций. Таким образом, приспособлений необходимо много. Значительная их часть – это всевозможные универсальные, сборно-разборные и т.п. «непроектируемые» разновидности. Однако количество специальных приспособлений, все равно, велико.

Проектированием приспособлений занимаются специализированные конструкторские подразделения, в которых работают конструкторы высокой квалификации. Эти специалисты способны решать сложные нестандартные задачи, которые постоянно возникают в процессе подготовки производства. Однако наряду с таковыми, имеется много типовых заданий. Тратить время классных специалистов на подобные вещи – непозволительная роскошь. Программные средства проектирования позволили бы сократить эти трудозатраты либо поручить проектирование персоналу более низкой квалификации. Возможно даже, технолог, который разрабатывает техпроцесс и является заказчиком приспособления, вооруженный подобным приложением, самостоятельно справился бы с задачей. Таким образом, автоматизация проектирования приспособлений представляется задачей достаточно важной и актуальной.

Следует отметить также разнообразие конструкций приспособлений, обусловленное разнообразием деталей – объектов оснащения. В тоже время существуют вполне определенные принципы их проектирования, позволяющие формализовать решение ряда проектных задач.

Пусть имеется деталь Д (Рисунок 2.1, а), в которой необходимо прорезать уступ шириной B и глубиной h. Уступ можно вырезать инструментом И (Рисунок 2.1, б).

Очевидно, что инструмент надо закрепить в станке (Рисунок 2.2, а). Деталь тоже надо закрепить на станке. Причем сделать это надо так, чтобы пересечение инструмента и детали имело размеры паза. Для этого н а столе станка крепится опора О так, чтобы ее верхняя грань находилась на расстоянии H-h от нижнего торца инструмента (Рисунок 2.2,б). Там же на столе устанавливается упор У на расстоянии В от внешнего края инструмента. Любая деталь, аналогичная детали Д, устанавливается поверхностью Б1 на опору О и упирается поверхностью Б2 в упор У. Инструмент И при этом вырежет в детали именно такой паз, который нужен.

B

Д

Б1

Б2

И

 

а) б)

Рисунок 2.1

И

Д

B

О

И

У

УП1

УП2

а) б)

Рисунок 2.2

В приведенном примере приспособление представлено всего двумя элементами – опорой, О, и упором, У. В действительности опора О и упор У – только части приспособления, так называемые установочные элементы. Кроме них необходимы еще элементы закрепляющие, прижимающие деталь к установочным элементам. Необходим также какой-то корпус. В приведенном примере опора и упор установлены непосредственно на столе станка. На самом деле у приспособления должна быть собственная несущая система, объединяющая все его элементы и обеспечивающая установку на оборудовании.