Лабораторна робота 9 інформаційна та структурна моделі сапр виробництва екз

Мета лабораторної роботи – загальне ознайомлення зі структурою системи автоматизованого проектування технологічних процесів (ТП) з застосуванням ЕОМ.

Теоретичні відомості

При розробці системи автоматизованого проектування (САПР) ТП розв'язується великий комплекс задач по організації структури, інформаційного, математичного, програмного, технічного забезпечення системи. Ці роботи виконуються на основі аналізу об'єктів проектування –відповідних технологічних процесів та відомих алгоритмів проведення процесів проектування.

Проектування ТП – важкий процес, у результаті якого на основі початкової інформації відповідно до алгоритмів проектування формуються масиви вихідної інформації, сформовані у вигляді текстових та графічних технологічних документів.

Етапи проектування ТП

Об'єкти проектування багато в чому визначають процес технологічного проектування. Розглянемо етапи проектування ТП на прикладі ТП складання та монтажу вузлів на друкованих платах. Схема ТП відображена на рис.1 (за ОСТ 4ГО.054.091 "Узлы и блоки РЭА. Сборка блоков. Типовые технологические процессы (ТТП)").

ТТП складання та монтажу ЕКЗ являє собою впорядковану за часом сукупність технологічних операцій (ТО) і технологічних переходів (ТПр) з різною фізико-хімічною, технічною та організаційною основою. Функція ТП складання та монтажу – з'єднання електрорадіоелементів (ЕРЕ), інтегральних схем (ІС), конструктивних деталей у вузли та забезпечення їх функціонування. Велика різноманітність конструктивних елементів, що підлягають збиранню, використаних методів з'єднання та обробки, основних і допоміжних матеріалів визначають значну номенклатуру ТО і ТПр, засобів технологічного оснащення (ЗТО), викликають певні труднощі при проектуванні і організації ТП.

Процес проектування ТП складання та монтажу вузлів ЕКЗ можна поділити на ряд етапів.

Аналіз технічного завдання (ТЗ)

На цьому етапі виявляється можливість розробки та організації ТП складання і монтажу з урахуванням вимог ТЗ і комплекту конструкторської документації (КД). ТЗ аналізують з точки зору можливості організації і проведення процесів технологічного проектування, підготовки виробництва і зокрема – підприємства.

Рис. 1. Схема ТТП збирання вузлів електронних апаратів.

Аналіз відомостей про конструкцію вузла

З урахуванням того, що конструкція ЕКЗ має значний вплив на процеси проектування технологічних процесів, підготовки виробництва і організації складання ЕКЗ, інформація про конструкцію, подану в КД, повинна давати повне уявлення про виріб, враховуючи специфічні особливості конструкції та вимоги, що ставляться до неї. Результатом цього етапу є інформація про достатність відомостей конструкторського характеру для здійснення процесу проектування та принципової можливості складання.

Аналіз відомостей щодо підприємства – виробника

Метою даного етапу є виявлення можливостей підприємства щодо організації та проведення процесів складання. ТП повинен проектуватися з урахуванням можливостей і специфіки підприємства, динаміки його розвитку в технічних і кадрових аспектах. Результати аналізу повинні ураховуватись при проектуванні та можуть бути використані при формуванні масивів початкової змінної інформації і доповнень або коректуванні постійної інформації. В результаті виконання етапу повинен бути зроблений висновок щодо можливості реалізації процесу складання на даному підприємстві в заданий термін.

Формування структури ТП складання

Етап проектування дозволяє визначити сукупність ТО, ТПр і здійснити їх часткове часове впорядкування. Особливістю даного етапу є підвищення вимог до точності прийнятих рішень і труднощів у формалізації та алгоритмізації процесу синтезу структури. Результатом формування структури ТП складання є частково впорядковані множини ТО і ТПр.

Вибір ЗТО

Метою етапу є формування комплектів технологічного устаткування, оснастки, інструменту та контрольно-вимірювальної апаратури. Оптимальність вибору ЗТО забезпечує максимальну продуктивність, високий рівень організації ТП складання та економічних показників ТП під час упровадження.

Розрахунок параметрів і оптимізація конвеєрних ліній

Даний етап є одним із важливіших етапів процесу проектування. На цьому етапі розраховують параметри конвеєрних ліній, остаточно формуються ТО и ТПр, здійснюється їх синхронізація, що дозволяє мінімізувати втрати робочого часу і підвищити продуктивність ТП. Результатом етапу є суворо впорядкована множина ТО і ТПр, значення відповідних їм трудомісткостей, параметри конвеєрних ліній, відомості про розподілення технічних засобів (ЗТО) на робочих місцях (РМ).

Планування дільниць (цехів) складання і РМ

Даний етап виконується при новому будівництві, модернізації існуючого підприємства, а також у тих випадках, коли об'єкти складання дуже відрізняються за конструкцією від попередніх. На цьому етапі виконується розташування ЗТО, РМ, допоміжних служб цеху (дільниці), визначається розміщення ЗТО, деталей і напівфабрикатів на РМ. Результат етапу –планування дільниць і РМ.

Формування комплекту технологічної документації (ТД)

Етап забезпечує можливість визначення складу комплектів ТД; формуються масиви вихідної інформації і оформляються текстові і графічні документи ТД. Етап відрізняється великою трудомісткістю та творчим характером роботи. Результатом етапу є комплект ТД (текстової і графічної).

Найдоцільнішим і ефективним є спосіб організації процесу технологічного проектування, котрий являє собою ітераційний багаторівневий процес послідовної деталізації і оптимізації проектних рішень. Схема цього процесу наведена на рис. 2. Проектування на кожному рівні виконується за схемою, поданою на рис. 3.

Структурна модель САПР ТП

При формуванні структури САПР ТП враховувались такі основні вимоги:

1. Незалежно від якості задач, реалізованих у САПР ТП, початкові дані для технологічного проектування повинні готуватися і бути введені один раз.

2. ТД повинна відповідати вимогам ЄСТД і за змістом і за призначенням, повинна бути поєднана з документацією, отриманою при неавтоматизованому проектуванні.

3. Повинне бути передбачене поєднання з іншими автоматизованими системами.

4. Рівень автоматизації процесу проектування повинен бути оптималь- ним.

5. Повинна бути передбачена і врахована можливість розвитку системи.

6. Структура системи повинна бути відносно простою.

7. Система в процесі проектування повинна бути ефективною.

Основним структурним елементом САПР ТП є підсистема. За функціональним призначенням підсистеми можна поділити на два типи:

– загального призначення – виконуються специфічні функції машинного розв'язання задач;

– спеціального призначення – виконуються функції технологічного проектування.

При розв'язанні задач на ЕОМ необхідно вводити початкову інформацію, зберігати її в пам'яті машини, керувати обчислювальним процесом і видавати текстову та графічну інформацію у зручному для сприйняття людиною вигляді. Склад підсистем загального призначення, що реалізують перераховані фунції, такий: п/с "ввід"; п/с "диспетчер"; п/с "архів"; п/с "вивід тексту"; п/с "вивід графіки".

ТЗ на проектування Операційна технологія

Рис. 2. Загальна схема багаторівневого процесу проектування ТП:

С₁ – синтез допустимих варіантів принципових схем ТП;

ОЦ₁ – оцінка і відбір раціональних варіантів схеми;

С₂ – синтез варіантів технологічного маршруту;

ОЦ₂ – оцінка і відбір раціональних варіантів технологічного маршруту;

С₃ – синтез варіантів операційної технології;

ОЦ₃ – оцінка і відбір найбільш раціонального варіанта операційної технології.

Рис. 3. Схема розвитку процесу проектування ТП на кожному рівні:

А₁ – аналіз ТЗ на проектування;

С₁ – синтез допустимих варіантів проектних рішень;

О₁ – оцінка і відбір раціональних варіантів;

А₂ – аналіз проміжних варіантів;

П₂ – покращення та оптимізація проміжних варіантів;

ПВ – проміжні варіанти;

О₂ – оцінка і вибір раціонального проектного варіанта;

КВ – кінцевий варіант проектного рішення.

Сукупність підсистем спеціального призначення визначається функціями та кількістю задач, що вимагають розв'язання в процесі проектування, специфікою проектування. У САПР ТП сформований такий склад підсистем спеціального призначення: п/с "контроль даних"; п/с "технологічність"; п/с "критерій"; п/с "синтез ТПр"; п/с "синтез ТО"; п/с "вибір ЗТО"; п/с "нормування"; п/с "конвейєр"; п/с "розміщення РМ"; п/с "формування вихідних масивів".

Функції підсистем САПР ТП

Підсистеми САПР ТП складання ЕКЗ призначені для виконання таких функцій:

п/с "ввід" – перетворення початкової інформації, зафіксованої на зовнішніх носіях, у внутрішні масиви, зручні для коректування, обробки. Підсистема повинна забезпечувати ввід постійної та змінної інформації, поданої за допомогою різних методів опису;

п/с "архів" – зберігання і накопичення постійної інформації, передача ії іншим підсистемам;

п/с "диспетчер" – управління процесом проектування та роботою інших (крім п/с "ввід") підсистем;

п/с "вивід тексту" – формування текстових технологічних документів відповідно до ГОСТ 3.1110 – 75 та ГОСТ 3.1407-74, повідомлень оператору про хід проектування;

п/с "вивід графіки" – формування графічних технологічних документів (карт ескізів, планувань). При відповідній організації підсистема може виконувати функції керування маніпуляторами або автоматами установлення виробів електронної техніки (ВЕТ), а також викреслювати конструкторські документи;

п/с "контроль даних" – виявлення синтаксичних та в деяких випадках семантичних помилок початкових даних і їх виправлення;

п/с "технологічність" – аналіз та розрахунок технологічності конструкцій. Вона повинна забезпечити відпрацювання виробу на технологічність;

п/с "критерій" – формування критеріїв для роботи інших підсистем з урахуванням початкових алгоритмів розв'язання задач технологічного проектування;

п/с "синтез ТО" – формування сукупності ТО відповідно до ТП та їх упорядкування;

п/с "синтез ТПр" – формування сукупності ТПр відповідно до ТО та їх упорядкування;

п/с "вибір ЗТО" – здійснення оптимального вибору устаткування, оснастки, інструменту, контрольно-вимірювальних приладів і, в разі необхідності, видача на вихід САПР ТП вказівок про необхідність розробки спеціальної оснастки і обладнання;

п/с "нормування" - нормування ТО и ТПр ТП;

п/с "конвеєр" – розрахунок параметрів конвеєрних ліній, розподілення ТО і ТПр за РМ, синхронізація та остаточне упорядкування ТО і ТПр за часом;

п/с "розміщення РМ" – розміщення ЗТО і РМ на дільниці складання і монтажу, а також планування РМ;

п/с "формування вихідних масивів" – формування масивів вихідної інформації, необхідної для формування як текстових, так і графічних технологічних документів.

Структурні зв’язки підсистем САПР ТП

Структурна модель САПР ТП подана на рис. 4. Основні структурні відношення САПР ТП складання такі:

п/с "ввід" взаємодіє з п/с "контроль даних" і з п/с "диспетчер". П/с "контроль даних" з п/с "ввід" видається вказівка про необхідність почати перевірку і коректування початкової інформації. Після закінчення вводу початкових даних п/с "ввід" видає вказівку п/с "диспетчер" про необхідність почати керування процесом проектування;

п/с "контроль даних" після виконання коректування видає повідомлення в п/с "архів", п/с "технологічність" і п/с "критерій" про готовність початкових даних до оброблення в САПР ТП;

п/с "диспетчер" взаємодіє з усіма підсистемами САПР ТП (крім п/с "ввід"), керує їх роботою і процесом технологічного проектування в цілому;

п/с "критерій" передає в п/с "синтез ТПр", а через неї в інші підсистеми вказівки про необхідність використання відповідних критеріїв;

п/с "синтез ТПр", "синтез ТО", "вибір ЗТО" взаємодіють між собою, багато разів перевіряючи та уточнюючи прийняті рішення. Після закінчення їх роботи видаються вказівки почати роботу п/с "нормування" і п/с "конвеєр". П/с "конвеєр" видає вказівку п/с "формування вихідних масивів" про необхідність формування масивів вихідної інформації.

Інформаційна модель САПР ТП

Інформаційна модель САПР ТП являє собою графічне зображення системи, її інформаційного забезпечення та описує рух інформації в САПР ТП.

Враховуючи складність інформаційного забезпечення САПР ТП, інформаційна модель подана на рис. 5 збільшено без деталізації. Потрібно врахувати, що для деталізації найбільш наочною і зручною є графова форма подання інформаційної моделі.

На рис. 5. прямокутники показують підсистеми, в яких виконується обробка інформації відповідно до їх функцій, а стрілками зображені інформаційні потоки між підсистемами. Вся інформація вводиться в систему за допомогою п/с "ввід", і надходить звідти в п/с "контроль даних", де виявляються порушення семантики і синтаксису. Більшість з них виправляється автоматично, а про інші інформація через п/с "диспетчер" надходить до оператора.

Відкоректована змінна інформація надходить у підсистеми технологічного проектування, а умовно-постійна – у п/с "архів", де накопичується і зберігається.

Рис. 4. Структурна модель САПР ТП складання.

Постійна інформація з п/с "архів" добувається в міру потреби усіма підсистемами САПР ТП.

Після закінчення роботи підсистем, що розв'язують задачі технологічного проектування, інформація спрямовується в підсистему "формування вихідних масивів", де перетворюється у вигляд, зручний для виводу. На виході цієї підсистеми існують два інформаційні потоки, які поступають в п/с "вивід тексту" і "вивід графіки", де інформація фіксується на текстових та графічних технологічних документах.

Таким чином, інформація, яку введено централізовано, в подальшому розділяється на множину внутрішніх потоків. Потім вона знову збирається на входах однієї підсистеми (п/с "формування вихідних масивів"). Побудована таким чином інформаційна модель (модель паралельного типу) допускає паралельне розв'язання відповідних технологічних задач деякими підсистемами одночасно, паралельно. Це дозволяє значно скоротити затрати часу центрального процесора, але збільшує кількість інформації, яка обертається в оперативні й пам'яті, що визвано необхідністю виклику з проміжних накопичувачів (на моделі не показані, бо не мають принципового значення) різних інформаційних масивів, необхідних для паралельної роботи внаслідок того, що частка підсистем використовує як початкові дані чисельність перекриваючих інформаційних масивів; паралельна організація інформаційного забезпечення дає можливість колективного використання в деяких підсистемах тих самих масивів і дозволяє скоротити витрати обчислювальних ресурсів при спільному використанні САПР ТП в інтегрованій системі з АСУТП, АСУВ тощо.

Рис. 5. Інформаційна модель САПР ТП складання.

Інформація та вхід системи керування повинні підбиратися п/с "формування вихідних масивів".

На рис. 6. подана спрощена схема САПР ТП складання вузлів ЕКЗ на друкованих платах.

Рис. 6. Спрощена структурна схема САПР ТП складання.

Домашнє завдання Вивчити:

1. Лабораторне завдання і методику проведення роботи.

2. Зміст етапів проектування ТП виробництва (складання) ЕКЗ.

3. Структурну та інформаційну моделі САПР ТП, функції, структурні та

інформаційні зв'язки підсистем.

Зміст роботи

1. Синтезувати маршрут технологічного процесу (визначити номенклатуру технологічних операцій і технологічних переходів) складання і монтажу конкретного вузла електронної апаратури.

2. Провести поетапний аналіз процесу технологічного проектування для складання і монтажу вузла , що розглядається.

3. Визначити перелік підсистем, їх основні структурні та інформаційні зв'язки і функції при проектуванні ТП виробництва конкретного вузла ЕКЗ, розробити функціональну схему САПР ТП.

Порядок виконання роботи

1. Проаналізувати конструктивно-технологічні особливості заданого вузла електронної апаратури.

2. Синтезувати технологічний маршрут виробництва (складання) вузла.

3. Проаналізувати особливості поетапного процесу технологічного проектування.

4. Розробити функціональну схему САПР ТП для проектування вузла ЕКЗ, що розглядається.

Зміст звіту

У звіті повинні бути наведені:

1. Схематичне креслення розташування компонентів на друкованій платі і скорочений опис конструктивно-технологічних особливостей, які характеризують вузол ЕКЗ, що розглядається.

2. Синтезований маршрутний технологічний процес виробництва (складання) заданого вузла.

3. Скорочена характеристика кожного з етапів технологічного проектування.

4. Функціональна схема САПР ТП при проектуванні у пакетному і (або) інтерактивному режимі.

5. Висновки.

Контрольні запитання

1. Характеристика ТП складання та монтажу і особливостей, які визначають проектування ТП.

2. Етапи технологічного проектування, їх зміст і послідовність.

3. Характеристика багаторівневого процесу технологічного проектування у САПР ТП.

4. Основні технічні вимоги до структури САПР ТП.

5. Спільне і відмінне в підсистемах загального та спеціального призначення САПР ТП.

6. Структурні і функціональні зв'язки підсистем САПР ТП.

7. Характеристика інформаційної моделі та інформаційних зв'язків підсистем САПР ТП.

8 . Підсистеми, що забезпечують ввід, контроль і зберігання інформації в САПР ТП.

Список літератури

1. Корячко В.П., Курейчик В.М., Норенков И.П. Теоретические основы САПР: Учеб. для вузов.- М.:3нергоатомиздат, 1987.- 400 с.

2. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике: Справочник / Е.В. Авдеев, А.Т Еремин, И.П. Норенков, М.И. Песков; Под ред. И.П. Норенкова. - М.: Радио и связь, 1986. - 368 с.

3. Фролов В.Н., Львович Я.Е., Меткин Н.П. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЗС: Учеб. пособие для вузов по специальности "Конструирование и технология радиоэлектронных средств". - М.: Высш. шк., 1991.- 463 с.

4. Разработка и исследование алгоритмов формирования структуру технологических процессов сборки микросборок для САПР ТПП // Научно - технический отчет по теме 718-26 № 81050179.- Одесса: ОПИ, 1983.

5. Шубарев В.А., Спокойный Ю.Е. Задачи и принципы структурной организации САПР ТП изготовления РЭА// Вопросы радиоэлектроники, 1983.- Вып. 2.-С.8.

ЗМІСТ

1. Класифікація задач проектування технологічних процесів складання електронних апаратів З

1. Технологічне проектування цеху складання та монтажу електронних апаратів 14

2. Формування технологічних обмежень на послідовність технологічних операцій і технологічних переходів при проектуванні технологічних процесів складання і монтажу електронних апаратів 29

3. Синтез послідовності процесів складання електронної апаратури з урахуванням обмежень просторового характеру 40

4. Облік тимчасових відношень між технологічними операціями при автоматизованому проектуванні технологічних процесів складання електронних апаратів 53

5. Розподіл технологічних операцій та переходів за робочими місцями дільниці складання та монтажу електронних апаратів 61

6. Методи розв'язання задачі синтезу складу технологічних операцій при проектуванні робочих технологічних процесів 71

7. Упорядкування технологічних операцій, формування послідовності технологічних процесів складання електронних апаратів об'єднанням обмежень, зумовлених факторами конструкторського і технологічного характеру 85

8. Структурна та інформаційна моделі, функції та зв'язки підсистем системи автоматизованого проектування технологічних процесів виробництва електронних апаратів 97

112

Навчальне видання

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ