Автоматизация проектирования и составления технологической карты термообработки заготовок

27.02.2010

Предварительная разработка проекта системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок с использованием UML: диаграммы прецедентов использования, диаграммы классов и последовательности. Выбор средства разработки и СУБД.

Технический проект

20.03.2010

Реализация рабочей версии системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок с основной функциональностью; модульные тесты.

Рабочий проект

30.04.2010

Корректировка и доработка программного обеспечения;

разработка документации.

Внедрение

1.06.2010

Подготовка и внедрение системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок на рабочем месте; внесение корректировок в программное обеспечение и документацию.

Порядок контроля и приемки

Виды испытаний: тестирование работоспособности программного продукта в целом, проверка реализации всех необходимых функций.

Порядок контроля:

- тестирующий запуск программного продукта и сравнение ожидаемых результатов с полученными;

- проверка реакции программы на различные действия пользователя;

- проверка корректности завершения программы.

1.5 Разработка методов моделирования системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

1.5.1 Разработка логической модели системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Разработка диаграммы прецедентов использования для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

В процессе составления технического задания для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок были выделены основные требования и перечень функциональных возможностей.

Основным исполнителем в системе является технолог. Технолог получается доступ к системе с использованием уникальной учетной записи, сохраненной в БД пользователей, путем аутентификации пользователя. Новому технологу необходимо пройти регистрацию нового пользователя.

Основным функциональным требованием к системе является создание и автоматизация заполнения технологической карты для термического процесса. Система интегрирована с CAD-системой AutoCAD. Технолог загружает чертеж с AutoCAD. Система считывает с чертежа данные о детали и заносит данные в технологическую карту. Недостающие данные технолог вводит самостоятельно либо выбирает из списка предложенных системой. В зависимости от указанной марки стали, система автоматически заполняет химические и механические свойства стали в технологической карте. В зависимости от максимального диаметра заготовки, вида сечения заготовки и режима термообработки происходит расчет норм времени для термического режима. На основании расчетных данных, критических точек нагрева, выбранной технологом марки стали и термического режима строится график термического процесса. Запись с данными технологической карты можно сохранить в архив и в любой момент времени составить технологическую карту. Готовую технологическую карту можно отправить на печать. При отсутствии в справочниках необходимых данных, технолог может добавить справочные данные в БД.

На основании текстового описания составлена диаграмма прецедентов программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок, представленная на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Диаграмма прецедентов для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Таблица 1.17 - Описание прецедента «Аутентифицировать пользователя»

Описание прецедента «Аутентифицировать пользователя»
Основной исполнитель - Технолог
Предусловия: технолог зарегистрирован в системе
Входные данные: логин, пароль
Основной успешный сценарий (основной процесс): логин и пароль верны
Частота выполнения: для каждого входа в систему
Постусловия (результаты): пользователь прошел аутентификацию в системе
Выходные данные: получен доступ входа в систему

Таблица 1.18 - Описание прецедента «Зарегистрировать нового пользователя»

Описание прецедента «Зарегистрировать нового пользователя»
Основной исполнитель - Технолог
Предусловия: технолог не зарегистрирован в системе
Входные данные: логин и пароль технолога
Основной успешный сценарий (основной процесс): технолог зарегистриван в системе
Частота выполнения: по требования технолога
Постусловия (результаты): технолог зарегистрирован и может пройти аутентификацию
Выходные данные: получен доступ входа в систему

Таблица 1.19 - Описание прецедента «Ввести данные о детали»

Описание прецедента «Ввести данные о детали»
Основной исполнитель - Технолог
Предусловия: - технолог зарегистрирован в системе; - технолог владеет всеми необходимыми данными для составления технологической карты.
Входные данные: - марка стали; - диаметр (толщина) заготовки; - вид сечения; - режим термообработки.
Основной успешный сценарий (основной процесс): данные введены
Частота выполнения: для каждого технологического процесса на деталь
Постусловия (результаты): данные могут быть использованы для составления технологической карты
Выходные данные: введенные данные корректны

Таблица 1.20 - Описание прецедента «Добавить справочные данные в БД»

Описание прецедента «Добавить справочные данные в БД»
Основной исполнитель - Технолог
Предусловия: - технолог прошел аутентификацию; - технолог владеет всеми необходимыми данными.
Входные данные: справочные данные для технологического процесса
Основной успешный сценарий (основной процесс): данные добавлены в БД
Частота выполнения: по требованию технолога
Постусловия (результаты): данные могут быть использованы для составления технологической карты
Выходные данные: данные добавлены в БД

Таблица 1.21 - Описание прецедента «Выполнить расчет»

Основной исполнитель - технолог
Предусловия: данные о детали внесены технологом, справочные данные выбраны из БД
Входные данные: - марка стали; - диаметр (толщина) заготовки; - вид сечения; - режим термообработки; - Sb - предел кратковременной прочности, [МПа]; - ST - предел текучести для остаточной деформации , [МПа]; - d5 - относительное удлинение при разрыве, [%]; - у - относительное сужение, [%]; - KCU - ударная вязкость, [кДж/м2]; - НВ - твердость по Бринеллю, [МПа]; - температура критических точек термообработки стали.
Основной успешный сценарий (основной процесс): выполнен расчет термического процесса для детали
Частота выполнения: для каждого технологического процесса на деталь
Постусловия (результаты): выполнен расчет, данные могут быть использованы для построения графика термического режима
Выходные данные: нормы времени

Таблица 1.22 - Описание прецедента «Расчет размера сечения детали»

Описание прецедента «Расчет размера сечения детали»
Основной исполнитель - технолог
Предусловия: исходные данные внесены технологом, справочные данные выбраны из БД
Входные данные: вид сечения заготовки, - диаметр (толщина) заготовки.
Основной успешный сценарий (основной процесс): выбраны все необходимые параметры, определен расчетный размер заготовки
Частота выполнения: для каждой детали
Постусловия (результаты): расчетный размер детали используется при расчете норм времени
Выходные данные: расчетный размер детали

Таблица 1.23 - Описание прецедента «Расчет норм времени»

Описание прецедента «Расчет норм времени»
Основной исполнитель - технолог
Предусловия: рассчитано сечение детали
Входные данные: расчетный размер сечения детали, термический режим
Основной успешный сценарий (основной процесс): расчет норм времени для определенного термического режима
Частота выполнения: для каждого технологического процесса на деталь
Постусловия (результаты): рассчитаны нормы времени для построения графика термического режима
Выходные данные: нормы времени для термического режима

Таблица 1.24 - Описание прецедента «Построить график термического процесса»

Описание прецедента «Построить график термического процесса»
Основной исполнитель - технолог
Предусловия: - рассчитан размер сечения детали; - рассчитаны нормы времени термического режима.
Входные данные: - режим термообработки; - температура критических точек термообработки стали; - расчетный размер сечения детали; - рассчитанные нормы времени для термического режима.
Основной успешный сценарий (основной процесс): построен график термического режима для детали
Частота выполнения: для каждого технологического процесса на деталь
Постусловия (результаты): термический процесс представлен в технологической карте
Выходные данные: график термического режима на обрабатываемую деталь

Таблица 1.25 - Описание прецедента «Заполнить технологическую карту»

Описание прецедента «Заполнить технологическую карту»
Основной исполнитель - технолог
Предусловия: - введены исходные данные о детали; - выбрана сталь, из которой изготовлена деталь; - выбран термический режим; - рассчитан размер сечения детали.
Входные данные: - № заказа; - № чертежа; - наименование заготовки; - марка стали; - диаметр (толщина) заготовки; - вид сечения; - режим термообработки; - ST - предел текучести для остаточной деформации , [МПа]; - d5 - относительное удлинение при разрыве, [%]; - у - относительное сужение, [%]; - KCU - ударная вязкость, [кДж/м2]; - НВ - твердость по Бринеллю, [МПа].
Основной успешный сценарий (основной процесс): данные внесены в технологическую карту
Частота выполнения: для каждого технологического процесса на деталь
Постусловия (результаты): данные об обрабатываемой детали представлены в технологической карте
Выходные данные: технологическая карта с данными об обрабатываемой детали

Таблица 1.26 - Описание прецедента «Сформировать технологическую карту»

Описание прецедента «Сформировать технологическую карту»
Основной исполнитель - технолог
Предусловия: - технологическая карта заполнена данными об обрабатываемой детали; - построен термический режим на обрабатываемую деталь.
Входные данные: - № заказа; - № чертежа; - наименование заготовки; - марка стали; - диаметр (толщина) заготовки;
- вид сечения; - режим термообработки; - ST - предел текучести для остаточной деформации , [МПа]; - d5 - относительное удлинение при разрыве, [%]; - у - относительное сужение, [%]; - KCU - ударная вязкость, [кДж/м2]; - НВ - твердость по Бринеллю, [МПа]; - расчетный размер сечения детали; - рассчитанные нормы времени; - график термического режима.
Основной успешный сценарий (основной процесс): технологическая карта сформирована
Частота выполнения: для каждого технологического процесса на деталь
Постусловия (результаты): технологическая карта составлена, может быть выведена на печать либо сохранена в архиве
Выходные данные: заполненная технологическая карта с данными об обрабатываемой детали и графиком термического режима

Таблица 1.28 - Описание прецедента «Сохранить в архив»

Основной исполнитель - технолог
Предусловия: технологическая карта сформирована
Входные данные: технологическая карта
Основной успешный сценарий (основной процесс): технологическая карта сохранена в БД
Частота выполнения: по требованию технолога
Постусловия (результаты): поиск однотипных технологических процессов в БД
Выходные данные: запись в БД

Таблица 1.29 - Описание прецедента «Отправить на печать»

Основной исполнитель - технолог
Предусловия: технологическая карта сформирована
Входные данные: технологическая карта
Основной успешный сценарий (основной процесс): технологическая карта отправлена на печать
Частота выполнения: по требованию технолога
Постусловия (результаты): технологическая карта в бумажном варианте передается в цех
Выходные данные: технологическая карта в бумажном варианте

Разработка диаграммы классов для ПМК технологического процесса термообработки заготовок

Диаграмма классов служит для представления статической модели системы. Диаграмма классов может отражать, в частности, различные взаимосвязи между отдельными сущностями предметной области, такими как объекты и подсистемы, а так же описывать их внутреннюю структуру и типы отношений. Диаграмма классов состоит из множества элементов, которые в совокупности отображают знания о предметной области [14].

Для составления диаграммы классов предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок» ниже представлено описание процесса проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Технологу поступает документация в виде технологического процесса на изготовление детали и чертеж на деталь. Проанализировав ее, технологу необходимо составить технологическую карту.

На технологической карте отображены данные из справочника химических свойств сталей, справочника механические свойства сталей, справочника сталей, справочника норм времени ТО. На технологической карте отображен график термического процесса.

График термического процесса состоит из таких этапов ТО как нагрев, выдержка и охлаждение.

Для этапов ТО производится расчет сечения заготовки и расчет норм времени в зависимости от выбранного режима термообработки (расчет норм времени на закалку, расчет норм времени на нормализацию, расчет норм времени на отжиг, расчет норм времени на отпуск).

Расчет норм времени производится с учетом указанного оборудования (печь, электрованна) в технологической карте.

На основе данного описания составим диаграмму классов предметной области, представленную на рисунке 1.6

Подробное описание классов представлено в таблице 1.30.

Рисунок 1.6 - Диаграмма классов для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Таблица 1.30 - Описание классов для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Класс	Сфера ответственности (обязанности класса)	Базовый класс
Система проектирования	является распорядителем и уведомляет остальные классы о том, что необходимо выполнить очередные действия	-
Технологическая документация на деталь	Содержит в себе данные о детали, подлежащей термической обработке	-
Технолог	Отвечает за обработку входных данных с о заготовке с чертежа, данные вводимые технологом	Система проектирования
Техкарта	Заполнение технологической карты. Хранение данных в БД о составленных ранее технологических картах	Система проектирования
Расчет	Обработка результатов расчетов	Технолог
Расчет норм времени	Расчет норм времени термического режима	Расчет
Расчет сечения	Определение расчетного размера сечения заготовки	Расчет
Оборудование	Отвечает за выбор оборудования для процесса	Техкарта
Этап ТО	Отвечает за этапы термической обработки детали	Техкарта
График	Обрисовка графика термического процесса в отчете технологической карты	Этап ТО
Справочник	Отвечает за добавление/удаление справочных данных для технологического процесса	Система проектирования

Разработка диаграммы последовательностей для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Диаграмма последовательностей действий позволяет показать динамический аспект программы. Диаграммы последовательностей можно строить как для отдельных объектов, так и для программы (системы) в целом. На диаграмме последовательности изображаются исключительно те объекты, которые непосредственно участвуют во взаимодействии и не показываются возможные статические ассоциации с другими объектами. Для диаграммы последовательности ключевым моментом является именно динамика взаимодействия объектов во времени. При этом диаграмма последовательности имеет как бы два измерения. Одно -- слева направо в виде вертикальных линий, каждая из которых изображает линию жизни отдельного объекта, участвующего во взаимодействии. Другое - сверху вниз отображающая изменения состояние объекта во времени [15].

Технолог обращается к классу Система проектирования. Класс Система проектирования обращается к классу Технологическая документация на деталь, который содержит информацию о детали, подлежащей термической обработке.

Рисунок 1.7 - Диаграмма последовательностей для прецедента «Сформировать технологическую карту»

Класс Система проектирования создает класс Техкарта. Класс Система проектирования передает данные о детали классу Техкарта. Класс Техкарта создает класс Этап ТО и передает ему данные о детали. Класс Этап ТО создает класс Расчет сечения. Класс Расчет сечения производит расчет сечения детали и возвращает результат классу Этап ТО. Класс Этап ТО создает класс Расчет норм времени. Класс Расчет норм времени производит расчет времени для термического режима и возвращает результат классу Этап ТО. Класс Этап ТО создает класс График и передает ему рассчитанные данные для детали. Класс График возвращает график термического процесса классу Этап ТО. Класс Этап ТО возвращает все полученные данные классу Техкарта. Класс Техкарта формирует отчет технологической карты на термообработку и возвращает его классу Система проектирования. Система проектирования передает технологическую карту технологу.

Диаграмма последовательностей для прецедента «Сформировать технологическую карту» представлена на рисунке 1.7.

1.6 Разработка физической модели системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

1.6.1 Разработка диаграммы классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Для отображения статической модели разработанного ПМК построим диаграмму классов. При разработке диаграммы классов был применен шаблон проектирования «Абстрактная фабрика».

Шаблон проектирования - это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения [15].

Данный шаблон позволяет изменять поведение системы, варьируя создаваемыми объектами, при этом сохраняя интерфейсы. Он позволяет создавать целые группы взаимосвязанных объектов, которые, будучи созданными одной фабрикой, реализуют общее поведение.

Данный шаблон применяется при условии, что система не должна зависеть от того, как создаются, компонуются и представляются входящие в нее объекты.

Критерии, повлиявшие на выбор шаблона:

- изолирует конкретные классы;

- упрощает замену семейств продуктов.

Шаблон «Абстрактная фабрика» применяется в следующих случаях:

- система не должна зависеть от того, как создаются, компонуются и представляются входящие в нее объекты.

- входящие в семейство взаимосвязанные объекты должны использоваться вместе и необходимо обеспечить выполнение этого ограничения;

- система должна конфигурироваться одним из семейств составляющих ее объектов.

Диаграмма классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок с применением шаблона «Абстрактная фабрика» представлена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Диаграмма классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Описание классов разрабатываемого ПМК представлено в таблице 1.31.

Таблица 1.31 - Описание классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Класс	Сфера ответственности (обязанности класса)
Система	Распределяет обязанности между остальными классами
Техкарта	Формирует технологическую карту
Технолог	Обработка данных о заготовке
Расчет	Обработка результатов расчета для термического режима
Расчет норм времени	Расчет норм времени термического режима
Расчет сечение	Определение рассчетного размера сечения заготовки
График	Отвечает за хранение графиков-заготовок термических процессов
Справочники	Отвечает за добавление/удаление справочных данных для технологического процесса

1.6.2 Модульная структура ПМК

Диаграмма компонентов программно-методического комплекса автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлена на рисунке 1.9.

Диаграмма компонентов разрабатываемого ПМК состоит из следующих компонентов: главного модуля, модуля обработки данных, модуля формирования документации, модуля справочной системы, модуля построения графиков.



Рисунок 1.9 - Диаграмма компонентов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

1.6.3 Разработка диаграммы развертывания ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Диаграмма развертывания используется для моделирования физических аспектов системы. Диаграмма развертывания позволяет визуализировать элементы и компоненты программы, существующие лишь на этапе ее исполнения. На рисунке 1.10 представлена диаграмма развертывания системы автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Описание диаграммы развертывания: к компьютеру подключены:

- устройства ввода информации (Клавиатура и Мышь);

- устройство вывода информации (Монитор и Принтер).



Рисунок 1.10 - Диаграмма развертывания ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

1.6.4 Разработка модели «сущность-связь» (ER-диаграммы) для ПМК автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

ER-диаграмма удобна при проектировании баз данных. С её помощью можно выделить ключевые сущности, присутствующие в модели, и обозначить отношения, которые могут устанавливаться между этими сущностями

ER-диаграммы позволяют производить моделирование физической структуры систем хранения данных.

ER-диаграмма ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлена на рисунке 1.11.



Рисунок 1.11 - ER-диаграмма ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Структура таблиц ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлен в таблицах 1.32-1.38.

Таблица 1.32 - Характеристика полей таблицы «Вид ТО»

Поле	Тип	Размер	Ключ	Значение по умолчанию	Назначение
Marka	string	20	*	NOT NULL	Марка стали
Oborudov	string				Оборудование
Vid_TO	string				Вид термообработки
Type_stal	string				Тип стали
Time_to	int				Темп. режим

Таблица 1.33 - Характеристика полей таблицы «Сталь»

Поле	Тип	Размер	Ключ	Значение по умолчанию	Назначение
Marka	string	20	*	NOT NULL	Марка стали
GOST	string	20			ГОСТ стали
Type	string	25			Тип стали
Temp_nach	float				Температура начальная
Temp_kon	float				Температура конечная

Таблица 1.34 - Характеристика полей таблицы «Оборудование»

Поле	Тип	Размер	Ключ	Значение по умолчанию	Назначение
Oborudov	string	20	*	NOT NULL	Оборудование
Naimenovanie	string				Наименование
Max_temp	Int				Максимальная температура в оборудовании
Moshnost	Int				Мощность оборудования

Таблица 1.35 - Характеристика полей таблицы «Вид ТО»

Поле	Тип	Размер	Ключ	Значение по умолчанию	Назначение
Marka	string	20	*	NOT NULL	Марка стали
Oborudov	string				Оборудование
Vid_TO	string				Вид термообработки
Type_stal	string				Тип стали
Time_to	int				Температурный режим

Таблица 1.36 - Характеристика полей таблицы «Нормы времени»

Поле	Тип	Размер	Ключ	Значение по умолчанию	Назначение
Type_to	string	20	*	NOT NULL	Режим ТО
Type_stal	int				Тип стали
Time_to	int				время

Таблица 1.37 - Характеристика полей таблицы «Механические свойства»

Поле	Тип	Размер	Ключ	Значение по умолчанию	Назначение
Marka	string	20	*	NOT NULL	Марка стали
Udlinenie	int				Удлинение
Sgatie	int				Сжатие
T_otp	int				Температура отпуска
Razruv	int				Разрыв
Tekuchest	int				Текучесть
Sugenie	int				Сужение
Ud_vyaz	int				Ударная вязкость
Tverdost	int				Твердость

Таблица 1.38 - Характеристика полей таблицы «Технологическая карта»

Поле	Тип	Размер	Ключ	Значение по умолчанию	Назначение
Marka	string	20	*	NOT NULL	Марка стали
№_zakaz	int				Оборудование
№_cherteg	int				Температура выдержки
Ves	int				Температура отпуска
Diametr	int				Диаметр
Naimenovanie	string	20			Наименование
Tehnolog	string	20			Технолог
Nach_buro	string	20			Начальник бюро
koeff	int				Коэффициент
Oborudovanie	string	20			Оборудование
Vid_sec	string	20			Вид сечения
T_otp	int				Температура

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В ОГМЕТ ЗАО НКМЗ

2.1 Структура и функциональное назначение отдельных модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ

Программно-методический комплекс (ПМК) предназначен для определенного класса задач (предметная область) и в пределах этого класса обладает универсальностью, имеет средства управления, позволяющие выбрать конкретные возможности из числа предусмотренных.

ПМК - это объединение управляющих, обслуживающих и обрабатывающих модулей.

Функция обрабатывающих модулей состоит в реализации шагов алгоритма преобразования значений входных данных в результаты-значения выходных данных.

Управляющие модули преобразуют задание пользователя в последовательность вызовов обрабатывающих модулей.

Обслуживающие модули обеспечивают внешний и внутренний интерфейсы ПМК, то есть обеспечивают взаимодействие пакета с пользователем и управляющих модулей с информационной базой, в данном случае с базой данных, и обрабатывающими модулями. В общем случае разделение на управляющие и обслуживающие модули носит условный характер.

База Данных (БД) - структурированный организованный набор данных.

Рассмотрим алгоритм работы ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.



Рисунок 2.1 - Блок-схема алгоритма работы ПМК

Работа ПМК начинается с запуска файла TexProc. Перед пользователем появляется форма аутентификации пользователя. При успешном прохождении аутентификации, пользователь получает доступ к системе. В противном случае пользователю выдается сообщение об ошибке. Программа проверяет связь с базой данных и загружает данные в таблицы. После введения данных для нового технологического процесса, данные сохраняются. В таблице с данными технологических картах появляется новая запись. Выбрав необходимую запись и нажав на кнопку «Создание технологической карты» программа формирует отчет и выводит на экран пользователю. Блок-схема работы ПМК представлена на рисунке 2.1

Модульная структура ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлена на рисунке 15. Функциональное назначение обслуживающих модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлено в таблице 2.2

Рисунок 2.2 - Модульная структура ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Таблица 2.1 - Функциональное назначение обслуживающих модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ

Модуль	Описание
Авторизация пользователя	Форма для авторизации пользователя на входе в систему
Выбор данных	Выбор справочных данных на форме ПМК
Расчеты для термического процесса	Производятся расчет, необходимые для дальнейшего построения графика термопроцесса
Работа со справочниками	Добавление, удаление данных со справочников
Формирование технологической карты	Формирование готового отчета технологической карты

Функциональное назначение обрабатывающих модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Функциональное назначение обрабатывающих модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Модуль	Описание
Регистрация пользователя	Форма для регистрации пользователей в системе
Выбор марки стали	В зависимости от выбранной на форме марки стали, организован поиск в БД ее механических и химических свойств, критических температурных точек
Выбор оборудования	Организация выбора наиболее экономичное оборудование для данного технологического процесса, в зависимости от температурного режима
Определение расчетного размера заготовки	Организация определения расчетного размера заготовки
Расчет норм времени	Организация расчета норм времени для заданного режима термообработки
Добавление данных	Организация добавления данных в справочники
Построение графика термического процесса	Организация отрисовки графика термического процесса
Данные о заготовке, химические и механически свойства стали	Организация внесения данных в технологическую карту

Для организации интерфейса ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок используется управляющий модуль «Управление модулями».

2.2 Результаты углубленной разработки отдельных модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Основным управляющим модулем является модуль TexPro.pas. Модуль techkart.pas отвечает за вывод формы для ввода и выбора необходимых данных для заполнения технологической карты. Модуль steel.pas отвечает за хранение и отображение данных о стали. Модуль avtor.pas отвечает за вывод справочной информации об авторе.

При загрузке ПМК происходит запрос авторизации пользователя, если авторизация прошла успешно - вход в программу, иначе - выдача сообщения об ошибке или выход из ПМК. При запуске приложения программа автоматически проверяет наличие баз данных и правильность пути к ним. Если базы данных не обнаружены, то выводиться сообщение об отсутствии баз данных и программа не загружается.

Когда программа подключена к БД, все сведения из базы выводятся на экран в таблицу. Для удобства редактирования данных программа выводит их на форму для работы с таблицами. По окончанию работы в таблицах все сведения сохраняются. После сохранения данных можно составить технологическую картудля термообработки заготовок.

Покажем с помощью блок-схем и программного кода реализацию модулей ПМК расчета автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

На рисунке 2.3 приведена блок-схема работы аутентификации пользователя.



Рисунок 2.3 - Блок-схема аутентификации пользователя

Реализация аутентификации пользователя представлена на рисунке 2.4

if login.Text='' then ShowMessage('Введите логин');

if pass.Text='' then ShowMessage('Введите пароль');

if (login.Text<>'') and (pass.Text<>'') then begin

Try

ADOQuery1.SQL.Clear;

ADOQuery1.SQL.Add('select count(surname) as count');

ADOQuery1.SQL.Add('from workers');

ADOQuery1.SQL.Add('where login='+QuotedStr(login.Text));

ADOQuery1.SQL.Add('and password='+Quotedstr(pass.text));

ADOQuery1.ExecSQL;

DataSource1.DataSet:=ADOQuery1;

result:=DataSource1.DataSet.FieldList.Fields[0].Value;

if result=0 then

showmessage('неверный логин/пароль')

else frm_main.Show;

except

ShowMessage('error');

end;

Рисунок 2.4 - Аутентификация пользователя

Алгоритм расчета данных для графика представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Алгоритм расчета данных для графика

Запрос для извлечения данных из БД, в зависимости от выбранного режима термообработки представлен на рисунке 2.6.

select a.temp_nach, a.temp_kon from norm_time a

where a.type_to= QuotedStr(CB_to);

Рисунок 2.6 - Пример запроса данных из БД

2.3 Элементы интерфейса ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

На рисунке 2.7 представлен интерфейс системы для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок. На главной форме пользователю предоставляется выбор операции для автоматизации разработки технологического процесса.

Рисунок 2.7 - Элементы интерфейса главной страницы ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

На рисунке 2.8 показана форма авторизации в ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Рисунок 2.8 - Форма авторизации в ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Форма выбора справочников представлен на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 - Наименование справочников ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

2.4 Инструкция по установке ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Для запуска программы необходимо скопировать файл tehpro.exe с лазерного диска в созданный каталог и запустить программу стандартными средствами (Windows Explorer, FAR Manager). При запуске приложения автоматически проверяется наличие баз данных и правильность пути к ним. Если базы данных не обнаружены, то выводиться сообщение об отсутствии баз данных и программа не загружается.

2.5 Инструкция пользователя ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Программно-методический комплекс для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок предназначена для автоматизации процесса создания технологической карты для термообработки заготовок. Главная форма представлена на рисунке 2.10. Пользователь выбирает процесс для автоматизации, либо переходит на вкладку для работы со справочниками, рисунок 2.11.



Рисунок 2.10 - Главная форма программы для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

На вкладке «Операции» при нажатии на кнопку «Термический процесс», появляется главная форма для отображения данных технологических карт на термообработку, рисунок 2.12.

Рисунок 2.12 - Форма для отображения данных для технологических карт на термообработку

На этой форме отображаются данные о заготовке, подлежащей процессу термообработки. На форме находятся несколько кнопок. При нажатии на кнопку «Выход» происходит закрытие формы. При нажатии на кнопку «Обновить» происходит обновление данных из БД. Кнопка «Ввести данные» вызывает форму «Ввод данных для термообработки», представленная на рисунке 2.13. Пользователь может просматривать данные, а также редактировать или добавлять новые. Для того, чтобы закрыть эту форму, необходимо нажать на кнопку «Выход».



Рисунок 2.13 - Форма ввода данных для термообработки

При нажатии кнопки «Создание технологической карты» происходит формирование и заполнение технологической карты. Полученная технологическая карта представлена на рисунке 2.14. На вкладке «Справочники» пользователь выбирает необходимый справочник. На рисунке 2.15 приведена форма «Справочник режимов термообработки». На форме находится ряд кнопок для добавления, удаления, сохранения и обновления данных. Для выхода из справочника нужно нажать на кнопку «Выход».

Рисунок 2.14 - Технологическая карта на термообработку заготовки



Рисунок 2.15 - Справочник режимов термообработки

3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Использование программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок значительно сокращает время, затрачиваемое на составление технологической карты.

Эффект от создания и внедрения проектируемого программного продукта определяется на основе сравнения с базовым вариантом. В качестве базового варианта принимаем выполнение работ по составлению технологического процесса традиционным неавтоматизированным способом.

Главным при разработке программного продукта является обеспечение максимальной экономической эффективности, т.е. производство программных продуктов с минимальными затратами труда и денежных средств.

Источники экономии при этом определяются по следующим направлениям:

снижение трудоемкости;

сокращение сроков обработки информации и составления технологической карты.

3.1 Расчет капитальных затрат на создание ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Капиталовложения в создание ПМК носят единовременный характер [21]:

К=К₁+К₂+К_{3 ,} (3.1)

где К₁ - затраты на оборудование, грн.;

К₂ - затраты на лицензионные программные продукты, грн;

К₃ - затраты на создание ПО, грн.

Затраты на оборудование рассчитываются по формуле (3.2):

(3.2)

где N_i - количество единиц i-го оборудования, необходимого для реализации ПО (ЭВМ, принтеров, плоттеров и др.), шт.;

C_i - цена единицы i-го оборудования, грн.;

n - общее количество различных видов оборудования;

k₁ - коэффициент транспортно-заготовительных расходов, доли;

k₂ - коэффициент увеличения затрат на производственно-хозяйственный инвентарь, доли.

Принимаем k₁ = 1.01 и k₂ = 1.015.

Для приобретения одного компьютера, на котором будет использоваться разрабатываемый программный продукт, требуется затратить 3000 грн. Спецификация на оборудование представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Спецификация на закупаемое оборудование

Наименование	Цена, грн
Жесткий диск 80GB Seagate ST380815AS	420
Клавиатура Sven 304 Standard, USB, Манипулятор "mouse" Genius NetScroll 120 PS/2 Beige Hanger	120
Корпус Middle Tower ATX Logic Concept 630B-B-B	210
Материнская плата Socket775 MSI G41M4-F	500
Модуль памяти DDR2-800 2GB Goodram	460
Монитор Philips 15.6" 160E1SB	840
Процессор Intel Celeron 430	450

Рассчитаем затраты на оборудование по формуле (3.2):

грн.

Для реализации ПО необходимы следующие лицензионные программные продукты: Delphi 7.0 - 3000 грн.

Получаем К₂ = 3000 грн.

Затраты на создание ПМК находятся по формуле (3.3):

К₃ = З₁ + З₂ + З₃, (3.3)

где З₁ - затраты труда программистов-разработчиков, грн.;

З₂ - затраты компьютерного времени, грн.;

З₃ - косвенные (накладные) расходы, грн.

Затраты труда программистов-разработчиков найдем по формуле (3.4):

, (3.4)

где N_k - количество разработчиков k-й профессии, чел;

r_k - часовая зарплата разработчика k-й профессии, грн;

K_зар - коэффициент начислений на фонд заработной платы, доли;

T_к - общая трудоемкость, ч.

Принимаем N_k=1 человек.

Часовая зарплата разработчика определяется по формуле (3.5).

(3.5)

где М_к - месячная зарплата k-го разработчика, грн.;

F^мес_k- месячный фонд времени его работы, час.

Принимаем: М_k=1800 грн; F^мес_k = 176 часов.

Тогда по формуле (3.5):r_k = 1800/176 =10.23 грн/час.

Принимаем K_зар = 1.475.

Расчет трудоемкости разработки осуществляется по формуле (3.6):

T_k = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ + t₅ , (3.6)

где t_{1 ,} t_2, t_3, t_4, t₅ - время затраченное на каждом этапе разработки, час.

Трудоемкость разработки включает время выполнения работ, представленных в таблице 3.2. [21].

Таблица 3.2 - Длительность этапов работы

Этапы работ	Описание этапов	Трудоемкость, часов
Техническое задание	Анализ процесса термической обработки заготовок и формализация требований к ПМК и создания технологической документации, планирование работ по созданию ПМК	50
Эскизный проект	Предварительная разработка проекта ПП для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок и создания технологической документации с использованием UML: диаграммы прецедентов, диаграммы классов и последовательности	70
Технический проект	Реализация рабочей версии ПП для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок и создания технологической документации	80
Рабочий проект	Корректировка и доработка системы для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок; разработка документации	105
Внедрение	Внедрение программного продукта для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок на предприятии	55
Итого:		360

Общая трудоемкость по формуле (3.6):

T_к =50 + 70 + 80 + 105+ 55 = 360 часов.

Тогда затраты труда разработчиков-программистов равны (формула (3.4)):

З₁ = 1• 10.23 • 360• 1.475 = 5432.13 грн.

Расчет затрат компьютерного времени выполним по формуле (3.7):

З₂ = С_к F₀ , (3.7)

где С_к - стоимость компьютерного часа, грн.;

F₀ - затраты компьютерного времени на разработку программы, час.

Стоимость компьютерного часа вычисляется по формуле (3.8):

С_К= С_А + С_Э + С_ТО , (3.8)

где С_А - амортизационные отчисления, грн.;

С_Э - энергозатраты, грн.;

С_ТО - затраты на техобслуживание, грн.

Амортизационные отчисления найдем по формуле (3.9):

С_А= С_i N_Аi / F_годi, (3.9)

где С_i = 3000 - балансовая стоимость i-го оборудования, которое использовалось для создания ПМК, грн.;

N_А - годовая норма амортизации i-го оборудования, доли;

F_год - годовой фонд времени работы i-го оборудования, час.

Принимаем: N_А= 0.15; F_год = 2112 часов.

Из формулы (3.8) получим: С_А= 3000 •0.15/2112 = 0.21 грн.

Энергозатраты найдем по формуле (3.10): [21].

С_Э = Р_Э С_кВт, (3.10)

где Р_Э = 0.2 - расход электроэнергии, потребляемой компьютером, кВт/ч;

С_кВт = 0.3272 - стоимость 1 кВт/ч электроэнергии, грн.

Тогда получим: С_Э = 0.2 • 0.3272 = 0.065 грн.

Затраты на техобслуживание найдем по формуле (3.11):

С_ТО= r_ТО• , (3.11)

где r_ТО - часовая зарплата работника обслуживающего оборудование, грн; - периодичность обслуживания (формула 3.11).

Принимаем часовую зарплату работника, обслуживающего оборудование:

r_ТО =400/176 = 2.27 грн/час.

= N_то / F^мес, (3.12)

где N_то - количество обслуживаний оборудования в месяц;

F^мес - месячный фонд времени работы оборудования, час.

Принимаем N_то= 1; F^мес= 176 часов.

Тогда (формула (3.12)): =1/176 = 0.0057.

Применяя формулу (3.11), получим:

С_ТО =2.27•0.0057 = 0.0013 грн.

Тогда стоимость компьютерного часа равна по формуле (3.8):

С_К= 0.21 + 0.065 + 0.0013 = 0.2763 грн/час.

Таким образом, затраты компьютерного времени составят по формуле (3.8):

З₂ = 0,2763 • 360 = 99.468 грн.

Косвенные расходы З₃ определяются по формуле (3.13):

(3.13)

где С₁ - расходы на содержание помещений, грн.

С₂ - расходы на освещение, отопление, охрану и уборку помещения, грн.

C₃ - прочие расходы (стоимость различных материалов, используемых при разработке проектауслуги сторонних организаций и т.п.), грн.

Площадь помещения составляет 33 м² Принимаем стоимость 1 м² помещения - 100 грн. Следовательно стоимость помещения составляет 33?100=3300 грн.

Затраты на содержание помещений составляют 2% от стоимости помещения. Следовательно С₁ = 3300?0.02 = 66 грн.

Расходы на освещение, отопление, охрану и уборку помещения составляют 0.4% от стоимости помещения. Следовательно С₂ = 3300?0.004=13.2 грн. Прочие расходы (стоимость различных материалов, используемых при разработке проектауслуги сторонних организаций и т.п.) составляют 100% от стоимости вычислительной техники. Следовательно С₃ = 3000?1=3000 грн. Тогда, используя формулу (3.13), получим:

З₃ = 66+13.2+3000 = 3079.2 грн.

Таким образом, по формуле (3.3) рассчитаем затраты на создание ПМК:

К₃ = 5432.13 + 99.468 + 3079.2 = 8610.8 грн.

Капитальные затраты на выполнение и реализацию ПМК составят по формуле (3.1):

К = 3075.45 + 3000 +8610.8 = 14686.25 грн.

3.2 Расчет годовой экономии от автоматизации работы технолога

Годовая экономия от автоматизации работы технолога определяется по формуле (3.14):

(3.14)

где t_i^p, t_i^a - трудоёмкость выполнения i-й операции соответственно в ручном и автоматизированном варианте, час;

k_i^p, k_i^a - повторяемость выполнения i-й операции в ручном и автоматизированном вариантах в течении года, шт.;

C_p, C_a - часовая себестоимость выполнения операций в ручном и автоматизированном вариантах, грн;

n - количество различных операций, выполнение которых автоматизируется.

Себестоимость выполнения операций технолога в ручном варианте определяется по формуле (3.15):

C_p = C₁^p + C₂^p, (3.15)

где C₁^p - затраты на оплату труда персонала, грн.;

C₂^p - косвенные расходы, грн.

Затраты на оплату труда персонала найдем по формуле (3.16).

(3.16)

где N_k - количество работников k-й профессии, выполнявших работу до автоматизации, чел.;

r_k - часовая зарплата одного работника k-й профессии, грн.;

K_зар - коэффициент начислений на фонд заработной платы, К_зар=1.475;

k - число различных профессий, используемых в ручном варианте.

Часовая зарплата работника рассчитывается по формуле (3.17):

r_k = M_k/F_k^мес , (3.17)

где M_k - месячный оклад работника, грн.;

F_k^мес - месячный фонд времени работ работника, час.

Принимаем F_k^мес = 176 часов.

До автоматизации работу выполнял 1 человек, т.е. N _k= 1чел.

Месячный оклад работника составляет:

M_k=1800 грн.

Часовая зарплата составляет:

r_k = 1800/176 = 10.22 грн/час.

Затраты на оплату труда персонала составляют:

C₁^p = 1 · 10.22 · 1.475 = 15.08 грн.

Косвенные расходы рассчитываются по формуле (3.18):

C₂^p = C₁ + C₂ + C₃ (3.18)

где С₁ - затраты на содержание помещений грн.;

С₂ - расходы на освещениеотопление охрану и уборку помещений грн.;

C₃ - прочие расходы.

Принимаем С₁ = 66 грн.; С₂ = 13.2 грн.

Прочие расходы C₃ составляют 100-120 от фонда заработной платы,

C₃=1800 ·110% /100% = 1980 грн.

Из формулы (3.18) получим косвенные расходы:

C₂^p = 66 + 13.2 + 1980 = 2059.2 грн.

Себестоимость выполнения операций технолога в ручном варианте по формуле (3.15) составит:

С_Р = 15.08 + 2059.2 = 2074.28 грн.

Расчет себестоимости выполнения операций технолога в автоматизированном варианте выполняется по формуле (3.19):

С_а = C₁^a + C₁^a + C₁^a, (3.19)

где C₁^a - затраты на оплату труда персонала, грн.;

C₂^a - стоимость компьютерного времени, грн.;

C₃^a - косвенные расходы, грн.

Затраты на оплату труда персонала найдем по формуле (3.20):

(3.20)

где N_p - количество работников p-й профессии, выполнявших работу после автоматизации, чел.;

r_p - часовая зарплата одного работника p-й профессии, грн.;

K_зар - коэффициент начислений на фонд заработной платы, доли ;

p - число различных профессий, используемых в автоматизированном варианте.

Принимаем: N_p = 1; K_зар = 1.425 [21].

Количество работников и их оклады не изменились, поэтому: С^а₁=С^р₁ = 15.08 грн.

Стоимость компьютерного времени найдем по формуле (3.21).

С₂^А= С_А + С_Э + С_ТО, (3.21)

где С_А= 0.23 - амортизационные отчисления, грн.;

С_Э = 0.065 - энергозатраты, грн.;

С_ТО = 0.0013 - затраты на техобслуживание, грн.

Таким образом, С₂^А = 0.23 + 0.065 + 0.0013 = 0.2963 грн.

Косвенные расходы С₃^А определяются по формуле (3.13):

С₃^А = 66 + 13.2 + 3000 = 3079.2 грн.

Тогда по формуле (3.18):

С_А = 15.08 + 0.2963 + 3079.2 = 3094.57 грн.

В таблице 3.3 приведен перечень операций технолога и их трудоемкость в ручном и автоматизированном вариантах.

Таблица 3.3 - Трудоемкость операций технолога при выполнении вручную и автоматически

№	Наименование операций	Трудоемкость (ч)	Повторяемость (раз/год)
		Р	А	Р	А
1	Внесение данных о заготовке	1	5/60	45	300
2	Выбор режима термической обработки	1	8/60	50	220
3	Расчет норм времени для термического процесса	10/60	6/60	60	250
4	Построение графика термического процесса	1	5/60	60	180
5	Формирование и заполнение технологической карты	10/60	4/60	60	300

Годовую экономию от внедрения программного комплекса получим по формуле (3.13):

3.3 Расчет годового экономического эффекта

Экономический эффект определяется по формуле (3.22):

Э_ф = Э_г - Е_н K, (3.22)

где Э_г = 9289.67 - годовая экономия текущих затрат, грн;

К = 14686.25 - капитальные затраты на создание ПМК, грн.;

Е_н = 0.42 [25] - нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений, доли.

Тогда, Э_ф =9289.67 - 0.42·14686.25 = 3121.45 грн.

3.4 Расчет коэффициента экономической эффективности и срока окупаемости капиталовложений

Коэффициент экономической эффективности капиталовложений найдем по формуле (3.23):

E_p = Э_г/К. (3.23)

Тогда, Е_Р = 9289.67/ 14686.25= 0.63.

Так как, Е_Р = 0.63 > Е_н = 0.42, то внедрение разработанного программного комплекса является экономически эффективным.

Срок окупаемости капиталовложений определим по формуле (3.24):

(3.24)

Тогда подставив значение коэффициента экономической эффективности в формулу (3.22), получим:

года.

Так как Т_Р =1.6 < Т_н = 2.4 года (срок окупаемости капиталовложений меньше нормативного), то можно утверждать, что капиталовложения используются эффективно.

3.5 Выводы по разделу

Данный экономический расчет показывает, что разработка и использование ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок является экономически оправданным и целесообразным. Об этом свидетельствуют следующие данные:

годовая экономия текущих затрат при внедрении программного комплекса составит 9289.67 грн.;

экономический эффект составит 3121.45 грн;

срок окупаемости капиталовложений составит 1.6 года.

Вышеприведенные расчеты и сравнительная оценка эффективности работы технолога показали целесообразность создания автоматизированного рабочего места. Основная экономия достигается за счет автоматизации труда, высвобождения времени технолога от выполнения рутинных операций. Автоматизация рабочего места приведет к уменьшению загруженности технолога «бумажной» работой, что в свою очередь, повысит эффективность работы, и снизит вероятность ошибок.

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 на человека воздействуют опасные и вредные производственные факторы .

При работе с компьютером человек подвергается воздействию следующих опасных и вредных производственных факторов [22]: