САПР технологических процессов

П. С. Белов, О. Г. Драгина 

САПР  
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

Курс лекций 

по дисциплине САПР технологических процессов 
для студентов, обучающихся по направлениям: 
15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств 
15.03.04 Автоматизация технологических процессов и 
производств 

Москва 
Берлин 
2019 

УДК 658.5(075) 
ББК 34.4я73 
Б43 

Белов, П. С.

Б43
САПР технологических процессов : курс лекций / П. С. Белов, 

О. Г. Драгина. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. — 150 с.

ISBN 978-5-4499-0074-6 

В курсе лекций рассмотрены теоретические основы САПР технологических процессов 
(ТП), состав, структура и классификация САПР ТП. Подробно изложены особенности обеспечивающих и функциональных подсистем САПР ТП, вопросы практической реализации автоматизированного проектирования ТП в современных САПР.  
Приведены наиболее широко применяемые методы разработки технологических процессов.  
Курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по и направлениям подготовки 
бакалавров 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных 
производств» и 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств». 
Текст печатается в авторской редакции. 

УДК 658.5(075) 
ББК 34.4я73 

ISBN  978-5-4499-0074-6 
© Белов П. С., Драгина О. Г., текст, 2019
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................... 5 

Глава 1. САПР КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ............................................................... 7 
1. Принципы разработки САПР ..................................................................................... 7
2. Состав и структура САПР .......................................................................................... 12
3. Классификация САПР ............................................................................................... 18

Глава 2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ .............................................................. 20 
1. Иерархия проектирования ...................................................................................... 20
2. Типы проектирования САПР .................................................................................... 22
3. Методы моделирования ......................................................................................... 24
4. Виды обеспечения САПР .......................................................................................... 26
5. САПР в компьютерно-интегрированном производстве ....................................... 46

Глава 3. МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ .................................................................................... 60 
1. Метод прямого проектирования ............................................................................ 61
2. Метод анализа .......................................................................................................... 61
3. Метод синтеза в САПР технологических процессов .............................................. 65

Глава 4. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕХНОПРО ................................................................. 75 
1. Общие сведения ....................................................................................................... 75
2. Диалоговое проектирование технологических процессов .................................. 75
3. Автоматическое проектирование технологических процессов ........................... 76
4. Полуавтоматическое проектирование технологических процессов ................... 78
5. База условий и расчетов .......................................................................................... 79

Глава 5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ «КОМПАС-АВТОПРОЕКТ» ........................................ 81 
1. Общие сведения ....................................................................................................... 81
2. Интерфейс системы .................................................................................................. 85
3. Принцип работы системы ........................................................................................ 89
4. Проектирование ТП на основе техпроцесса-аналога ............................................ 90
5. Проектирование ТП на основе дублирующей технологии ................................... 91
6. Трудовое нормирование ......................................................................................... 92
7. Расчет режимов резания ......................................................................................... 94

Глава 6. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ T-FLEX ТЕХНОЛОГИЯ ................................................. 99 
1. Общие сведения ....................................................................................................... 99
2. Главное окно программы ...................................................................................... 101

3. Создание техпроцесса из прототипа .................................................................... 108
4. Простановка подписей в карты ............................................................................. 110
5. Создание расчетов ................................................................................................. 113
6. Формирование технологических карт .................................................................. 126

Глава 7. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЕРТИКАЛЬ-ТЕХНОЛОГИЯ ..................................... 129 
1. Состав системы ....................................................................................................... 129
2. Универсальный технологический справочник .................................................... 130
3. Система трудового нормирования ....................................................................... 132
4. Расчет режимов резания ....................................................................................... 136
5. Справочник Материалы и сортаменты ................................................................ 137

Глава 8. САПР ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ................................................................................ 139 
1. Методы автоматизации проектирования приспособлений .............................. 139
2. Автоматизированное проектирование приспособлений ................................... 142
3. Основные функции систем автоматизированного проектирования и
изготовления технологической оснастки ................................................................. 143 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................... 149 

ВВЕДЕНИЕ 

В связи с ростом потребности общества в новых высококачественных 
промышленных изделиях необходимо увеличение производительности труда разработчиков, повышение качества разработки проектов, сокращение 
сроков проектирования. Добиться этого простым увеличением численности 
проектировщиков невозможно. Решить проблему можно путем автоматизации проектных работ на основе широкого использования вычислительной 
техники. 
Цель автоматизации проектирования — повышение качества, сокращение материальных затрат и сроков проектирования, ликвидация тенденции 
к увеличению численности проектировщиков, повышение производительности их труда. 
Автоматизация проектирования характеризуется систематическим использованием ЭВМ при рациональном распределении функций между последней и человеком. С помощью ЭВМ решаются задачи, которые поддаются формализации, при условии, что их машинное решение более 
эффективно, чем ручное. 
Проектирование организуется оптимально при использовании систем автоматизированного проектирования (САПР) — комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной 
организации и выполняющего автоматизированное проектирование. 
Развитие САПР основывается на современной научно-технической базе. 
В нее входят средства вычислительной техники — микроЭВМ и мини-ЭВМ, 
персональные компьютеры, мощные вычислительные системы, распределительные вычислительные сети, новые методы представления и обработки информации, построенные на принципах искусственного интеллекта, а также новые численные методы решения сложных технических задач и оптимизации. 
САПР позволяют на основе последних достижений фундаментальных 
наук совершенствовать методологию проектирования, развивать математическую теорию проектирования сложных технических систем. 
Создание САПР — весьма сложная комплексная проблема, требующая 
обеспечения методологического единства всех этапов проектирования, учета взаимосвязи обширных функциональных, информационных и лингвистических потребностей проектировщиков, тщательной проработки технологических аспектов организации аппаратно-программных средств системы. При 
разработке САПР необходим обоснованный выбор методов машинного решения широкого круга задач, который подразумевает правильную оценку 
возможностей вычислительной техники для обеспечения согласованности 
между требованиями — высокими точностью и степенью универсальности, 
минимальными затратами машинного времени, памяти и труда проектировщиков на сбор исходной информации. 

САПР конкретных отраслей имеет свою специфику. Однако для многих 
областей техники ряд фундаментальных положений теории и практики САПР 
имеет достаточно общий характер. К ним можно отнести, например, принципы построения общего и специального программного обеспечения, формирование типовых последовательностей задач и программ, подходы к разработке моделей объектов проектирования, организацию диалогового 
взаимодействия «человек — ЭВМ» и т. д. 
Развитие автоматизации проектирования связано с совершенствованием 
математических методов исследования. Поэтому оно стимулирует создание 
общей теории инженерного проектирования. Автоматизация проектирования выделилась в самостоятельное научное направление. Предмет автоматизации проектирования — формализация проектных процедур, структурирование и типизация процессов проектирования, постановка проектных 
задач, а также модели, методы и алгоритмы их решения, построение технических средств, способы создания языков, описание программ, блоки данных, а также вопросы их объединения в единую высокоэффективную проектирующую систему. 
Среди САПР значительное распространение имеют САПР технологических 
процессов (ТП). В сфере производства САПР ТП стали составной частью ГПС, и 
информация о ТП из САПР, расположенной в непосредственной близости от 
цеха или в нем, по кабельному каналу связи поступает в систему управления 
технологическими системами, которые реализуют ТП. 
Большое внимание в настоящее время уделяется созданию диалоговых 
САПР ТП. Диалоговый режим имеет существенное значение для автоматизации проектирования. 

Глава 1. САПР КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 

1. Принципы разработки САПР

Проектирование — процесс составления описания, необходимого для 
создания в заданных условиях еще не существующего объекта, на основе 
первичного описания данного объекта и (или) алгоритма его функционирования… (ГОСТ 22487). 
Проектирование является сложным творческим процессом целенаправленной деятельности человека, основанным на глубоких научных знаниях, 
использовании практического опыта и навыков в определенной сфере. 
Автоматизированное проектирование — проектирование, при котором 
отдельные преобразования описаний объекта и (или) алгоритма его функционирования.., осуществляются взаимодействием человека и ЭВМ (ГОСТ 22487). 
Функции между человеком и ЭВМ должны быть рационально распределены. Человек должен решать задачи творческого характера, а ЭВМ — задачи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма рутинного 
характера. 
Преимуществом автоматизированного проектирования является возможность проводить на ЭВМ эксперименты на математических моделях. Это 
значительно сокращает дорогостоящее физическое моделирование. Математические модели при этом должны удовлетворять требованиям универсальности, точности, адекватности и экономичности. 
Система автоматизированного проектирования (САПР) — комплекс 
средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми 
подразделениями проектной организации или коллективом специалистов 
(пользователей системы), выполняющий автоматизированное проектирование (ГОСТ 22487). 
Объектами проектирования в САПР могут быть здания, сооружения, металлорежущие станки и т. д., в САПР ТП — технологические процессы. 
Проектирование по содержанию — это процесс переработки определенного объема различной информации. Входами такого процесса (рис. 1) 
являются: 
1. Замысел (цель) проектирования, выраженный в виде определенной
совокупности условий и требований, которым должен удовлетворять искомый объект. 
2. Средства, т. е. факторы, которыми можно варьировать при проектировании. 
Выход процесса — такое описание искомого объекта, которое необходимо и достаточно для материально-вещественного воплощения идеи проектирования в конкретный физический объект (т. е. его информационная 
модель в виде схем, чертежей, спецификаций, технологических карт и другой документации). 

Рис. 1. Процесс проектирования с информационной точки зрения 

Таким образом, смысл процесса проектирования в любой САПР независимо от объекта проектирования один и тот же: получить в соответствие 
с замыслом такую информационную систему — модель, которая позволяет 
создать систему — оригинал, полностью соответствующую замыслу. 
В процессе проектирования с помощью САПР в качестве промежуточных 
и окончательных решений используют математические модели: 
•
формы и геометрических параметров;
•
структуры;
•
временных и пространственно-временных отношений;
•
функционирования;
•
состояний и значений свойств объекта;
•
имитационные.
Модели формы и геометрических параметров — это плоские и объемные 
изображения объектов проектирования, выполненные в соответствии с правилами ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП (чертежи, схемы, карты эскизов и т. д.). 
Модели структуры — это кинематические, гидравлические, электронные 
и др. схемы. Для технологического процесса — это его структура, представленная, например, в виде маршрутной, операционной карты, а в процессе 
проектирования — в виде графа. 
Модели временных и пространственно-временных отношений — это 
циклограммы, сетевые графики и т. д. 
Модели функционирования — это, например, динамические и кинематические схемы, выполненные в режиме анимации. 
Модели состояний и значений свойств объекта — это формальное (упрощенное) описание объекта (процесса) в виде отдельных формул, систем 
уравнений и т. д. Они предназначены для расчетов параметров объекта, 
проведения численных экспериментов (для технологического проектирования — это математические модели для расчета припусков и межпереходных 
размеров, режимов резания и т. д.). 
Имитационные (статистические) модели позволяют, учитывая большую 
совокупность случайных факторов, проигрывать (имитировать) на ЭВМ мно
Процесс 

проектирования

Цель проектирования (условия, 
требования к будущему объекту)

Варьируемые факторы

или средства проектирования

Описание

искомого объекта

Информационная 
модель объекта

гочисленные и разнообразные реальные ситуации, в которых может оказаться будущий объект проектирования. 
При создании и приобретении САПР и их составных частей необходимо 
руководствоваться следующими принципами: 
• системного единства; 
• совместимости; 
• типизации; 
• развития. 
Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и 
иерархичность проектирования отдельных частей и объекта в целом.  
Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование 
составных частей САПР и сохраняет открытой систему в целом.  
Принцип типизации предусматривает разработку и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизируют элементы, имеющие 
перспективу многократного использования. 
Принцип развития дает возможность пополнения, совершенствования и 
обновления составных частей САПР. 
Современные САПР, в том числе и САПР ТП, базируются на новых информационных технологиях. Вследствие этого для них характерен ряд признаков: 
1. Объектно-ориентированное взаимодействие человека и ЭВМ. Пользователь работает в режиме манипулирования изображениями заготовок, 
деталей, сборочных единиц, со схемами, текстом и т. д. в реальном масштабе времени. В основу манипулирования заложено программирование соответствующих процедур, выполняемые ЭВМ. Человек видит информационные объекты, получаемые посредством средств вывода информации, и 
воздействует на них за счет средств ввода информации. 
2. Сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки информации на основе интегрированной базы данных. База данных предусматривает единую унифицированную форму представления, хранения, поиска, отображения, восстановления и защиты информации. 
3. Безбумажный процесс обработки информации. Все промежуточные 
варианты и необходимые численные данные записываются на машинных 
носителях и доводятся до пользователя через экран монитора. На бумаге 
фиксируется только окончательный вариант документа: технологическая 
карта, карта эскизов и т. д. 
4. Интерактивный режим решения задач, выполняемый в режиме диалога пользователя и ЭВМ. Новые информационные технологии требуют высокого интеллектуального уровня, профессиональной и психологической 
подготовки пользователя. Пользователь должен досконально знать принципы и все нюансы работы САПР, ее возможности, уметь свободно пользоваться средствами общения с компьютером, квалифицированно ставить задачи и 
осмысливать результаты их решения. 

САПР объединяет технические средства, математическое и программное 
обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач проектирования и конструирования. Основной функцией САПР является выполнение автоматизированного проектирования на всех или отдельных этапах проектирования объектов и их 
составных элементов. 
Объектами проектирования могут быть: продукция производственнотехнического назначения (средства производства — технологическое оборудование и оснастка); технологические процессы (ТП), в результате реализации 
которых проекты объектов воплощаются в материально-вещественную форму; 
здания, инженерные сооружения; транспортные средства, средства связи, вычислительной техники; организационно-управленческие системы и т. д. 
В процессе проектирования разрабатывают проектные решения. Под 
проектным решением понимают результат, который может носить форму 
промежуточного или окончательного описания объекта проектирования. 
Содержание и форма должны удовлетворять требованиям. Требования к содержанию определяются замыслом проектировщика. Представление проектного решения в заданной форме является проектным документом. 
Проектом называют совокупность проектных документов, соответствующих заданному перечню. 
Проектирование может быть описано схемой «процесс — процедура — 
операция». 
Операция заключается в отыскании промежуточного решения (например, 
нахождение элементарного технологического маршрута механической обработки). 
Процедура — это нахождение части общего решения, например, формирование технологического маршрута обработки на основе элементарных 
технологических маршрутов. 
Операции и процедуры представляют собой формализованные совокупности действий. Формализация заключается в том, что используются либо 
арифметические, либо логические операции, либо их сочетание. Арифметические операции — сложение, вычитание, умножение, деление, возведение 
в степень. Логические операции — отрицание (НЕ), логическое умножение 
(И), логическое сложение (неисключающее ИЛИ, записываемое как И/ИЛИ), 
эквивалентность (ТОГДА И ТОЛЬКО ТОГДА,... КОГДА), следование (ЕСЛИ,... 
ТОГДА). 
Совокупность программ выполнения операций, составляющих процедуру, образует пакет программ. 
Проектирование ТП заключается в разработке принципиальной схемы, технологических маршрутов, операции, переходов изготовления и сборки изделий и их элементов, включая выбор режимов обработки или сборки, приспособлений, инструмента и т. д. САПР, используемые, например, в ГПС, 
позволяют оперативно решать задачу — как наилучшим образом в условиях 

конкретной ГПС (т. е. в условиях заданной технической базы) изготовить данное изделие в требуемом количестве и с требуемыми показателями качества. 
Для создания САПР необходимы: совершенствование проектирования на 
основе применения математических методов и средств, средств новейшей 
вычислительной техники; автоматизация поиска, обработки и выдачи информации; использование методов оптимизации и многовариантности проектирования; применение эффективных математических моделей проектируемых 
объектов; 
создание 
банков 
данных, 
содержащих 
систематизированные справочные сведения, обеспечивающие автоматизацию проектирования; повышение качества оформления проектной документации; унификация и стандартизация методов проектирования; наличие 
специалистов в области САПР; взаимодействие проектных подразделений 
с автоматизированными системами различного уровня и назначения. 
Создание САПР — сложная научно-техническая проблема. Внедрение 
САПР требует значительных капитальных затрат. 
Рассмотрим основные особенности построения САПР. САПР является человеко-машинной системой. Важная роль в ней принадлежит инженеру, 
разрабатывающему проект создания технического объекта. Человек решает 
в САПР задачи, формализация которых еще не достигнута, а также задачи, 
решение которых на основе его эвристических способностей более эффективно, чем на базе современной ЭВМ. Одним из принципов построения и 
эксплуатации САПР является тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования. 
САПР представляет собой иерархическую систему. Она реализует комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия 
уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения (ПО) САПР в виде иерархии подсистемы. Иерархически строятся и технические средства САПР, которые разделяются на центральный вычислительный комплекс (ЦВК) и автоматизированные рабочие места (АРМ) 
проектировщиков. 
САПР является совокупностью информационно-согласованных подсистем. Это означает, что все или большинство последовательностей задач 
проектирования обслуживаются информационно-согласованными программами. Две программы будут информационно согласованы, если все данные, 
представляющие собой объект переработки в программе, входят в числовые 
массивы, не требующие изменений при переходе от программы к программе. Информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи могут быть использованы в качестве исходных данных для 
другой задачи. Программы, требующие для их согласования значительной 
переработки общего массива данных с участием человека путем добавления 
недостающих параметров, ручной перекомпоновки массива или изменения 
значений отдельных параметров, являются информационно плохо согласованными. Это превращает САПР в набор автономных программ. При этом  

из-за неучтенных в ряде подсистем некоторых факторов, оцениваемых 
в других подсистемах, ухудшается качество проектных решений. 
Элементами оптимальности связей между человеком и ЭВМ являются автоматическая связь программ, не требующая перекомпоновки массивов, а 
также техническое обеспечение оперативной связи человека с ЭВМ благодаря дисплею. 
Важным является связь между САПР и внешней средой. Если при проектировании каждого последующего объекта в систему вводятся заново не 
только специфические новые исходные данные, но и данные справочного 
характера, то связи САПР с внешней средой организованы нерационально. 
Весь многократно используемый при проектировании массив данных должен храниться системой в банке данных. 
САПР должна быть открытой системой, способной к развитию, т. е. обладать способностью включения в нее новых методов и средств. 
В САПР должны быть максимально использованы унифицированные модули. Требования универсальности и эффективности противоречивы. Эффективность САПР прежде всего определяется временными и материальными 
затратами при решении проектных задач. Уменьшение указанных затрат 
обеспечивается путем специализации САПР. Однако в этом случае увеличивается число различных САПР. Для снижения расходов специализированных 
САПР последние следует строить на основе максимального использования 
унифицированных составных частей. Неотъемлемое условие унификации — 
нахождение общих положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов. 

2. Состав и структура САПР 

Составными структурными частями САПР являются подсистемы. Последние жестко связаны с организационной структурой проектной организации. 
В подсистемах посредством специализированных комплексов средств решается функционально законченная последовательность задач САПР. 
Независимо от назначения каждая САПР состоит из проектирующих и обслуживающих подсистем. Эти подсистемы имеют различное назначение. 
Проектирующие подсистемы выполняют процедуры и операции получения новых данных. Они имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап проектирования или группу взаимосвязанных проектных задач. Проектирующими подсистемами, например, являются эскизное 
проектирование изделий, проектирование деталей (корпусных, валов, зубчатых колес и др.), проектирование ТП сборки, механической и других видов 
обработки. 
Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и служат для обеспечения функционирования подсистем собственного проектирования, а также оформления, передачи и вывода полученных в них результатов.