Автоматизация технологической подготовки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Автоматизация расчетов режимов резания

2. САПР ТП в условиях единичного производства

3. Таблицы соответствий

4. Типовые решения, условия применимости

5. Информационное обеспечение САПР ТП

Введение

В условиях рынка спрос на продукцию, диктует потребитель. Рынок - это конкуренция. На рынке спросом пользуется только конкурентоспособная продукция, удовлетворяющая потребности конкретного потребителя или пользователя данной продукции. В следствие этого, производители продукции вынуждены постоянно ее обновлять, т.е. количество модификаций изделий, изготовляемых производителем, постоянно увеличивается.

Указанные выше причины указывают на то, что, на современных предприятиях, в том числе и машиностроительных, значительное количество времени и средств тратится на проектирование в целом и на разработку (проектирование) технологических процессов в частности.

Первыми двумя целями и задачами автоматизации технологической подготовки производства являются следующие:

- сокращение трудоемкости технологической подготовки производства и, как следствие, сокращение числа технологов.

- сокращение сроков технологической подготовки производства.

Необходимы еще следующие замечания относительно двух первых целей и задач. Сокращение числа технологов приводит к уменьшению себестоимости изделия. А необходимость сокращения сроков технологической подготовки производства обуславливается тем, что в конкурентной борьбе выстоит та фирма, которая не только выпускает конкурентоспособную продукцию, но и укладывается в минимальные сроки по подготовке этой продукции к выпуску. Если представить, что две конкурирующие фирмы одновременно решили выпускать одинаковое изделие, но первая из них затратила полгода на проектирование и производство первого образца, а у второй фирмы на это ушел год, то конечно же первая фирма будет находиться в более выгодном положении на рынке. Современная станкостроительная фирма считается конкурентоспособной, если время от идеи создания нового современного станка до выхода первого образца этого станка за ее ворота составляет не более 1,5 лет.

Третьей целью и задачей автоматизации технологической подготовки производства является повышение качества разрабатываемых технологических процессов.

1. Автоматизация расчетов режимов резания

система автоматизированный проектирование технологический

Расчет режимов резания является важной задачей на уровне проектирования перехода. Этот расчет заключается в определении частоты вращения шпинделя (V), подачи (S) и глубины резания (t) на каждом рабочем ходу для заданного перехода. Режимы должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить требуемую точность размеров и качество поверхности при наименьшей стоимости обработки.

Входными параметрами для этой задачи являются:

· вид операции и перехода;

· форма, размеры (и их точность) обрабатываемой и обработанной поверхностей;

· характеристики используемого на переходе режущего и вспомогательного инструмента;

· характеристики модели оборудования и приспособления, применяемых на проектируемой операции.

Расчет режимов резания выполняется не всегда. В первую очередь режимы резания нужны в том случае, когда проектируется операция для станка с программным управлением и для него будет разрабатываться управляющая программа. Если будет рассчитываться стоимость перехода, то время обработки на переходе определяется исходя из режимов резания. Это дает возможность определить технически обоснованные нормы времени на операцию. Таблицы, необходимые для расчета режимов резания, вводятся в базу данных. Расчет режимов резания выполняется либо в автономном режиме, что характерно для первого уровня автоматизации, либо в автоматическом режиме (второй и третий уровень автоматизации). В автономном режиме используется либо специально разработанная система расчета режимов резания, либо табличный процессор.

Результаты расчета либо сразу заносятся в бланк технологической карты, выведенный на дисплей (первый уровень автоматизации проектирования), либо в параметрическую модель перехода (второй и третий уровень автоматизации).

На первых этапах развития САПР ТП был разработан ряд систем для расчета оптимальных режимов резания. Возникает вопрос: можно ли вместо нормативных использовать оптимальные режимы резания?

Оптимизация режимов резания позволяет использовать более производительные режимы по сравнению с нормативными. Применение оптимальных режимов резания позволяет на 5-7%, а в некоторых случаях и больше, повысить производительность труда. В условиях единичного и мелкосерийного производства, как раз характерного для приборостроения, работы по оптимизации режимов резания обычно не проводятся. Экономический эффект, полученный от оптимизации режимов резания при обработке малых партий деталей невелик и чаще всего не может компенсировать затраты на оптимизацию. Поэтому опытный рабочий обычно сам эмпирически подбирает режимы резания, позволяющие добиться максимальной производительности труда, при заданном качестве продукции. В тоже время оптимизация режимов резания, выполненная в САПР ТП, позволяет рабочему уменьшить период настройки станка на оптимальную производительность, что особенно важно при обработке малых партий деталей на дорогостоящем металлорежущем оборудовании с ЧПУ.

Рассмотрим кратко принципы оптимизации режимов резания. Для определения режимов резания необходимо иметь математическую модель процесса обработки, т.е. иметь систему уравнений, в которой связываются V, S и t с параметрами системы СПИД. Впервые такая модель была предложена проф. Г.К. Горанским. Модель представляет собой систему неравенств. Каждое неравенство выражает некоторое ограничение области допустимых режимов резания. Например, ограничения по допустимой скорости резания, по допустимой шероховатости поверхности и так далее.

2. САПР ТП в условиях единичного производства

Единичное производство имеет в качестве материальной базы в основном универсальное обрабатывающее оборудование, на котором работают рабочие достаточно высокой квалификации. Уровень квалификации позволяет рабочему, как правило, самостоятельно, без дополнительных указаний технолога решить все вопросы, связанные с выполнением технологической операции изготовления детали.

В условиях единичного производства, когда объем партий изготовляемых деталей составляет в основном 10--50 шт. и не превышает 200 шт., номенклатура выпускаемых изделий чрезвычайно велика. Вследствие этого предприятие непрерывно находится в стадии технологической подготовки производства к выпуску очередного изделия. Объем работ по технологическому проектированию на предприятиях с численностью работающих 1--2 тыс. составляет от нескольких десятков до сотен тысяч технологических процессов в год. Технологические службы заводов не в состоянии полностью проработать такое количество технологических процессов. Проектирование зачастую ограничивается маршрутным технологическим процессом, иногда и без технического нормирования. Такие вопросы технологии, как схема базирования заготовки на операции, число переходов, режимы резания и другие решает рабочий, высокая квалификация которого позволяет получить удовлетворительные результаты, в приемлемые сроки. Эффективность этих решений и, следовательно, производительность сильно зависит от квалификации рабочего, причем квалификации не только чисто рабочей, но и технологической.

Помимо проектирования технологических процессов изготовления деталей, сборки узлов и изделий при технологической подготовке производства решают много других проектных задач: определение необходимого количества металла, формирование заявок на режущий и измерительный инструмент, укрупненное нормирование трудозатрат на изготовление деталей, узлов, изделий подготовка необходимой технологической документации маршрутных технологических карт, нормировочных карт, ведомостей, заявок и т. д.). Значимость этих задач в условиях единичного производства возрастает, так как вследствие краткости производственного цикла нет возможности своевременно внести коррективы, и предприятие работает по решениям, принятым на стадии проектирования. Главным требованием к решениям этих задач является не только их обоснованность и правильность, но и быстрота. Чем быстрее приняты все проектные решения, тем больше времени остается на собственно подготовку производства.

Основная цель применения систем автоматизированного проектирования в условиях единичного производства - резкое сокращение сроков решения задач технологического проектирования. Высокая квалификация рабочих и достаточность технологических решений на уровне маршрутного технологического процесса приводят к тому, что на современном уровне развития методов автоматизированного технологического проектирования целесообразно для условий производства разрабатывать САПР ТП на уровне маршрутной технологии. Быстродействие ЭВМ позволяет в несколько раз сократить время проектирования и подготовки технологической документации, высвобождая технологов для отладки и совершенствования технологических процессов.

Помимо типа производства при выборе метода проектирования и тем самым идеологии САПР ТП для единичного производства важен уровень унификации выпускаемой продукции. Высокий уровень унификации деталей позволяет принять в качестве базовых типовых элементов технологические процессы и строить САПР на базе более простых алгоритмов анализа. Преобладание в номенклатуре выпускаемой продукции оригинальных деталей, плохо поддающихся унификации, приводит к необходимости разработки более сложных алгоритмов индивидуальных процессов.

3. Таблицы соответствий

Для моделирования задач в системах автоматизированного проектирования используют таблицы соответствий. Проанализированы возможные варианты поиска решений по таким таблицам. При разработке САПР различного назначения для моделирования рассматриваемых объектов используют таблицы соответствий, в которых показывают существующие связи между рассматриваемыми объектами. Эти данные необходимы для построения алгоритмов решения задач выбора, являющихся наиболее распространенным типом проектных задач.

Сущность формы таблицы соответствий (ТС), предложенной Г.К. Горанским [1], можно пояснить на примере табличной модели (табл.1).

Таблица 1

Типичный вид и структура таблицы соответствий

В таблице соответствий имеется три области различного вида и функций. В строках левого столбца, называемого областью прибытия (терминология теории множеств), размещают варианты решений, из которых производится выбор. В двух верхних строках таблицы (области отправления) записывают условия или факторы, влияющие на выбор, и их значения. В клетках основной части таблицы - матрицы соответствий единицами указывают наличие связей между возможными решениями и значениями входных параметров.

Алгоритм решения задачи по ТС заключается в поиске строки матрицы, в которой указаны соответствия для всех элементов заданного кортежа данных. Если такая строка имеется, то делают левое сечение и в той же строке области прибытия находят искомое решение.

Форма ТС, как никакая другая, обеспечивает сжатие первичной информации. Во многих случаях одна ТС способна концентрировать в себе информацию о сотнях и тысячах вариантов решения однотипных по постановке задач. Принципиальный алгоритм поиска решений универсален и не зависит от содержания задач, все атрибуты модели формализованы с помощью кодирования, что облегчает использование компьютерных технологий.

Вместе с тем опыт моделирования задач выбора на основе традиционных ТС показал, что их применение не эффективно для сложных многопараметрических задач. Часто некоторым наборам значений входных параметров (т.е. конкретным условиям задач) соответствуют не одно, а несколько возможных решений. Понятно, что неоднозначность получаемых рекомендаций не может устроить пользователя.

Проблема оказалась настолько серьезной, что потребовало проведения специальных исследований. В результате были разработаны методы и приемы преодоления неоднозначности решений, генерируемых табличными моделями. В частности, автором предложен новый тип моделей - таблицы соответствий со степенями принадлежности (м_А), введенными в теории нечетких множеств. Это означает отказ от указания соответствий бинарными значениями нулевой функции (1-соответствие имеется, 0-соответствия нет) и переход к использованию любых значений м_А в интервале от нуля до единицы.

В табл.2 показано, какой вид приняла предыдущая табличная модель после указания в ней соответствий степенями принадлежности. Значения м_А были определены по построенным графикам функций принадлежности для факторов X₂ и X₃ и по результатам бинарных сравнений по столбцам таблицы.

В случае использования ТС предложенного вида необходимо определиться с методикой поиска по ним оптимального решения. Непосредственный визуальный анализ таблиц исключается из-за множественности вариантов и отсутствия правила предпочтения. Также неприемлем анализ вариантов решений путем построения минимизированных граф-схем алгоритмов, поскольку такие схемы удается построить только для небольших по размерам моделей.

Таблица 2

Таблица соответствий со степенями принадлежности

Представляется единственно возможным упростить поиск, делая выборки из исходной ТС применительно к конкретным условиям задач, и тем самым уменьшить размеры анализируемых таблиц.

Проиллюстрируем данный подход на следующем примере. Пусть с помощью модели табл.2 предлагается найти оптимальное решение задачи выбора для условий, заданных кортежем данных

Сначала в исходной таблице оставим только столбцы, соответствующие элементам заданного условия, остальные исключим как ненужные. Затем исключим все строки, содержащие нулевые решения. Результаты этих преобразований показаны на рис.1. Таким образом, оптимальное решение задачи предстоит находить по данным нормализованной частичной таблицы (рис.1б), размеры которой многократно меньше, чем исходной ТС (матрица 4x3 против 16x4).

а) б)

Рис. 1 Частичные таблицы: а - после исключения ненужных столбцов; б - после исключения строки с нулевым решением

Обзор литературы показал существование двух подходов к поиску оптимальных решений по ТС со степенями принадлежности. Согласно принципу обобщения Л.Заде множество выходных параметров Y можно рассматривать как некоторое нечеткое множество В, функция принадлежности которого м_В(Y) связана с функцией принадлежности м_А(X) множества A(X) входных параметров через максимальный критерий

(1)

Применительно к ТС это означает, что оптимальное решение следует искать по минимальным значениям м_А(X), имеющимся во всех строках матрицы ТС. Максимальное из этих значений будет указывать на оптимальное решение из области прибытия ТС. Такой подход соответствует крайне осторожной, пессимистической позиции в принятии решения, исходящей из соображений получения гарантированного результата.

Другой подход к поиску оптимального решения предложил автор теории таблиц соответствий Г.К. Горанский, который ввел понятие о баллах эффективности, близких к понятию степени принадлежности. Средний балл эффективности q_уj^ср подсчитывается по сторонам для каждого j-го решения в ТС по формуле:

(2)

Здесь в числителе сумма всех степеней принадлежности м_А(X)>0 в j-ой строке, n - количество указанных степеней.

Оптимальному решению будет соответствовать максимальное значение q_у^ср.

Результаты расчета вышеуказанных критериев оптимальности по формулам 1 и 2 применительно к данным таблицы рис.1б показаны в столбцах 6 и 7 табл.3. Дополнительно в столбце 8 приведены подсчитанные нами значения произведений степеней принадлежности, также по строкам:

(3)

которые могут использоваться в тех же целях. Оптимальные значения рассмотренных критериев выделены рамками.

Как видно из таблицы, расчеты по методикам Л. Заде и Г.К. Горанского привели к разным результатам - оптимальными признаны соответственно решения Y₃ и Y₁. По нашему мнению методика Л.Заде, ориентированная только на минимальные значения м_А(X) по строкам, не учитывает остальные значения и с этой точки зрения методика Г.К. Горанского представляется более предпочтительной.

Таблица 3

Указатели оптимальных решений по трем методикам расчетов

Подсчет произведений степеней принадлежности по строкам (формула 3) приводит к качественно аналогичным результатам, но позволяет более четко оценивать варианты решений, что видно из сравнения данных столбцов 7 и 8.

4. Типовые решения, условия применимости

Технологическое проектирование есть последовательный процесс принятий решений по отдельным частным технологическим задачам. Причем по каждой задаче, за исключением задач расчетного характера, решение принимают в результате выбора из известных типовых решений с учетом комплекса условий. Такое представление процесса технологического проектирования указывает путь для формализации самого процесса принятия решений. Для этого достаточно описать каким-либо образом весь набор типовых решений, а также условий, при которых может быть применено каждое из них. Тогда процесс выбора сведется к проверке соответствия исходных данных условиям применимости типовых решений; при выполнении всех условий комплекса принимают соответствующее типовое решение.

Рассмотрим задачу назначения станка на операцию зубо-шевингования. В соответствии со сформулированным выше принципом решения нерасчетных задач в первую очередь необходимо выявить множество типовых решений (МТР). Допустим, на предприятии имеются зубошевинговальные станки трех моделей, они и составят это множество: МТР = {5А702Г; 5703В; 5717С}.

Сформируем комплекс условий применимости выявленных типовых решений. Естественными условиями применимости в данном случае являются размещаемость детали в рабочей зоне станка и возможность обработки ее на станке данной модели. Первая группа условий регламентирует габаритные размеры детали (диаметр шестерни D и длину L), которые должны находиться в пределах допустимых рабочей зоной станка. Вторая группа условий определяет диапазоны допустимого изменения таких параметров, как модуль и угол наклона зуба. Математически все перечисленные условия выбора модели зубошевинговального Станка можно описать в виде двойных неравенств. Следовательно, комплекс условий применимости (КУП) в рассматриваемой задаче может быть представлен в виде системы из известных типовых решений с учетом комплекса условий.

Такое представление процесса технологического проектирования указывает путь для формализации самого процесса принятия решений. Для этого достаточно описать каким-либо образом весь набор типовых решений, а также условий, при которых может быть применено каждое из них. Тогда процесс выбора сведется к проверке соответствия исходных данных условиям применимости типовых решений; при выполнении всех условий комплекса принимают соответствующее типовое решение.

Совокупность параметров, регламентированных комплексом условий применимости, будем называть комплексом параметров применимости; в данном случае КПП = {D, L, m, ?}.

Комплекс параметров применимости является главным определяющим объектом при алгоритмизации задачи нерасчетного характера. Именно он определяет полноту учета всех влияющих факторов, в соответствии с ним формируются исходные данные задачи, характеристики типовых решений.

Далее для решения задачи нужно выявить допустимые для каждого типового решения диапазоны параметров применимости. Соответствующие характеристики зубошевинговальных станков приведены в таблице.

В соответствии с комплексом условий применимости для заданного набора исходных данных (параметров детали) из трех имеющихся принимается то решение, которое удовлетворяет неравенствам КУП.

Процедуру проверки этих условий можно описать с помощью алгоритма. На основе этого алгоритма может быть составлена программа, позволяющая для любого набора исходных данных выбрать соответствующее типовое решение (модель станка для зубошевинговальной операции). В этом алгоритме заложен принцип предпочтительности применения станков малых размеров. Например, набору исходных данных {300; 80; 1,75; 35} соответствует решение 1 (станок 5А702Г); набору исходных данных {320; 150; 3; 10} решение 3 (станок 5717С).

Рассмотренный комплекс условий применимости имеет простейшую структуру -- совокупность независимых неравенств. Условия применимости могут быть описаны любыми соотношениями параметров (не только неравенствами), а сами параметры применимости могут оказаться взаимозависимыми. В этом случае условия применимости будут иметь более сложный вид.

5. Информационное обеспечение САПР ТП

В комплекс средств автоматизированного проектирования входит информационное обеспечение, которое представляет собой совокупность документов, описывающих стандартные проектные процедуры, типовые проектные решения, типовые элементы и комплектующие изделия, материалы и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов.

Главной целью создания информационного обеспечения САПР является разработка информационной системы, позволяющей правильно и быстро решать проектные задачи. Это может быть достигнуто своевременной выдачей источнику запроса полной и достоверной информации для выполнения определенной части проектно-конструкторского процесса.

Основные требования к информационному обеспечению САПР следующие:

1. Наличие необходимой информации для обеспечения как автоматизированных, так и ручных процессов проектирования.

2. Возможность хранения и поиска информации, представляющей результат ручных и автоматизированных процессов проектирования.

3. Достаточный объем хранилищ информации. Структура системы должна допускать возможность наращивания емкости памяти вместе с ростом объема информации, подлежащей хранению. Одновременно необходимо обеспечить компактность хранимой информации и минимальное изнашивание носителей информации.

4. Достаточное быстродействие системы информационного обеспечения.

5. Возможность быстрого внесения изменений и корректировки информации, доведения этих изменений до потребителя, а также получение твердой копии документа.

При создании информационного обеспечения САПР основная проблема заключается в преобразовании информации, необходимой для выполнения проектно-конструкторских работ над определенным классом объектов, в форму, приемлемую и наиболее рациональную для машинной обработки, и выводе информации на ЭВМ в виде, удобном для восприятия человеком.

Множество данных, которые потенциально могут использоваться при функционировании САПР или служить запоминаемым результатом ее работы, образуют информационную базу данных (БД) системы. Типовыми группами данных информационного обеспечения автоматизированного проектирования являются классификаторы и таблицы соответствия для них, научно-техническая и расчетно-проектная (оперативная) информация.

Литература

1. Аверченков В. И. Автоматизация проектирования технологических процессов: учеб. пособие для вузов / В. И. Аверченков, Ю. М. Казаков. Брянск: БГТУ, 2004. 186 с.

2. Аверченков В.И. и др. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов: Учебн. пособие для вузов/ В.И.Аверченков, И.А.Каштальян, А.П.Пархутик. Мн.: Выш. шк., 1993.

3. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов /Под ред. И.П.Норенкова. М.: Высш. шк., 1986. Т1-9.

Размещено на Allbest.ru