Оптимизация системы планирования технологического процесса в условиях многономенклатурного механообрабатывающего производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»

Оптимизация системы планирования технологического процесса в условиях многономенклатурного механообрабатывающего производства

Гебель Е.С., Вахмянинова С.В.

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы оптимизации системы планирования технологических процессов в условиях многономенклатурного механообрабатывающего производства на станках с ЧПУ. Приводятся особенности разработки систем автоматизированного проектирования технологических операций на примере обработки детали типа «Корпус». Доказана эффективность использования встроенных контрольно-измерительных систем станка для выполнения промежуточных операций контроля геометрии детали.

Ключевые слова: технология, механообработка, оптимизация.

Современные тенденции развития машиностроения в России направлены на модернизацию существующих и создание новых производств на основе современных станков с числовым программным управлением и обрабатывающих центров. Обновление парка металлорежущего оборудования и расширение номенклатуры выпускаемых изделий приводят к необходимости обеспечения гибкости машиностроительных предприятий для быстрого реагирования на изменяющиеся условия производства.

Системы автоматизированного проектирования позволяют сократить время разработки технологических процессов, но для конкретного вида изделия или группы деталей, объединенных конструктивными или технологическими признаками. Формализация проектных процедур, параллельного проектирование и другие возможности автоматизированных систем технологической подготовки производства позволяют получить многовариантные решения с учетом заданных показателей качества, например объема выпуска, размер припуска и т.д. [1].

Двухуровневая структура автоматизированной системы планирования многономенклатурных технологических процессов позволяет не только проектировать технологические процессы в конкретной производственной системе, но рассчитывать показатели эффективности. Двунаправленная связь между уровнями реализуется как передача информации о технологии изготовления и об изменении производственных условий. В результате реализации проектной процедуры определяются структура операций, перечень необходимых средств оснащения, а также параметры обработки. При этом состав и последовательность проектных действий в значительной степени зависят от производственной системы предприятия и применяемой технологической оснастки.

Системный подход к задаче проектирования технологических процессов на уровне конкретных операций позволяет выделить ряд проектных процедур для каждой группы оборудования [2]. При проектировании технологического процесса изготовления детали «Корпус» на станке с ЧПУ исходными данными является информация об обрабатываемых деталях, о принятых на предыдущих этапах технологических решениях, о технологических возможностях оборудования и средствах технологического оснащения, а выходными данными - множество вариантов технологических операций. Возмущающим воздействием является информация и текущем состоянии производственной системы. механообрабатывающий производство геометрия деталь

Использование положений теории множеств позволяет систематизировать информацию (табл. 1), удалив нерациональные варианты с помощью различных критериев, например, однородности технологической оснастки и инструмента. Оптимизацию выбора режущего инструмента выполняют с помощью математического аппарата линейной алгебры, алгебры Буля, либо динамического программирования [3]. В последнем случае, вычислительная сложность задачи значительно сокращается, и исключаются варианты, при которых оптимизация отдельных элементов приводит к неработоспособности системы в целом.

Таблица 1. Связи между технологическими операциями и технологические переходы при изготовлении детали «Корпус»

Примечание: F_i - i-ый технологический переход: F1 - получение документации: технологического процесса, сопроводительного ярлыка, чертежа; F2 - получение инструмента: мерительный, режущий; F3 - получение приспособления, заготовок; F4 - ввод управляющей программы; F5 - обработка детали; F6 - внешний осмотр детали, контроль размеров; Р_i - наименование i-ой технологической операции: Р1 - заготовительная операция; Р2 - наладка станка; Р3 - фрезерная операция; Р4 - контроль первой детали после фрезерной обработки; Р5 - слесарная операция; Р6 - наладка; Р7 - фрезерная операция; Р8 - контроль первой детали после фрезерной обработки; Р9 - слесарная; Р10 - наладка; Р11 - фрезерная операция; Р12 - контроль первой детали после второй фрезерной обработки; Р13 - слесарная операция; Р14 - окончательный контроль готовой детали.

В условиях многономенклатурного производства при небольших размерах изготавливаемых партий деталей, потери времени на выполнение операций базирования заготовки, переустановки режущего инструмента во время переналадки на следующую технологическую операцию, выполнение операций контроля значительны и сопоставимы с затратами времени на выполнение основных операций. Таким образом, для оптимизации технологического процесса при работе на станках с ЧПУ необходимо стремиться не только к сокращению суммарного времени выполнения основных и вспомогательных технологических операций, но и к уменьшению количества смен инструмента, приспособлений, а также использованию рациональной технологии выполнения операций контроля [4].

Структура технологических операций зависит от следующих факторов: геометрической конфигурации детали, требуемой точности обработки, качества получаемой поверхности, технологических возможностей оборудования, приспособлений и режущего инструмента и т.д. [5] Таким образом, рациональная структура операции является определяющим моментом для повышения эффективности технологического процесса в целом.

Известно, что операция складывается из последовательности технологических переходов, генерацию которых предлагается также построить, используя теорию графов. Каждой вершине ориентированного графа приписывается код элементарной обрабатываемой поверхности, а дуга соответствует последовательности обработки (рис. 1).

Для определения возможных последовательностей обработки i-го кортежа (группы переходов) выбираются подграфы при условии соблюдения следующих требований:

· каждая вершина включается в маршрут столько раз, сколько в кортеже встречается элементарная поверхность;

· для всех вершин, кроме начальной, не должно быть исходящей дуги в направлении предыдущих вершин, либо между вершинами должны быть противоположно ориентированные дуги.

Рисунок 1. Граф технологические операций изготовления детали «Корпус»

Нерациональные варианты выбраковываются исходя из требований к степени точности обработки и относительному расположению обрабатываемых поверхностей. В качестве критерия оптимизации используется штучно-калькуляционное время операции, которое требуется минимизировать. Расчет параметров обработки и нормирование технологических операций осуществляется по известным аналитическим зависимостям для конкретного варианта технологической операции.

Постановка задачи. Таким образом, актуальной проблемой модернизации и интенсификации многономенклатурного производства является не только использование современного оборудования при выполнении технологических операций, но и сокращение затрат на выполнение вспомогательных операций [2].

Проведем анализ временных затрат на изготовление детали корпус в соответствии с технологическим маршрутом. Длительность технологических операций в соответствии с графом, показанным на рис.1, представлена в табл. 2.

Таблица 2. Технологический маршрут изготовления детали «Корпус»

Суммарное время на изготовление и проверку первой детали с учетом перемещения детали между технологическими операциями: фрезерная и контроль, а также между операциями контроля детали и слесарной составило 9 ч. 04 мин.

Для оптимизации технологического процесса предлагается использовать для выполнения контрольных операций текущей геометрии детали не контрольно-измерительные машины, не смотря на высокую точность измерений, а дополнительные функции станка с ЧПУ, к которым относятся:

? применение встроенных измерительных систем для своевременного обнаружения отклонений размеров;

? автоматическое определение нулевой точки для уменьшения времени на установку детали;

? автоматическое получение параметров инструмента при загрузке в магазин станка для сокращения затрат времени на выполнение основной операции и т. д.

Контрольно-измерительные системы, устанавливаемые на станках с ЧПУ, позволяют уменьшить затраты времени на измерение размеров заготовки в процессе обработки, на коррекцию значений параметров. Точность установки заготовки на станке и величина припуска на обработку определяются автоматически, что особенно актуально для литых заготовок, имеющих отклонения формы, так как невозможно осуществить межоперационный контроль размеров ручным инструментом.

Для встроенной контрольно-измерительной системы составлена программа для промежуточного измерения контролируемых параметров после технологических операций фрезерования согласно графу, показанному на рис.1., и выполнен хронометраж времени. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3. Хронометраж времени управляющей программы контрольно-измерительной системы

С целью сравнительного анализа технологий производства детали «Корпус» в таблицу 4 сведены данные технологического маршрута с учетом временных затрат из таблицы 3.

Таблица 3. Технологический маршрут изготовления детали «Корпус» с использованием встроенной контрольно-измерительной системы станка

Суммарные затраты времени на изготовление и проверку первой детали с учетом перемещения детали между технологическими операциями равны 5 ч. 27 мин.

Заключение

Таким образом, время на изготовление детали с использованием встроенной контрольно-измерительной системы станка сократилось на 55,9% по сравнению с традиционным способом выполнения контрольно-измерительных операций с помощью ручного инструмента и КИМ, т.е. 5 ч. 27 мин. и 9 ч. 04 мин соответственно. Экономия времени обусловлена следующими обстоятельствами:

? выполнение контрольно-измерительных операций в процессе изготовления детали, сопровождаемое автоматическим вводом необходимой коррекции;

? проверка размеров первой обработанной детали при переходе на новую деталь с последующим автоматическим вводом коррекции;

? уменьшение времени простоя станка, связанного с ожиданием результатов проверки размеров первой детали.

Таким образом, при использовании встроенной контрольно-измерительной системы станка с ЧПУ операция технического контроля режущего инструмента и детали выполняется в виде дополнительного технологического перехода без смены рабочего места, что является основным преимуществом с точки зрения экономии времени. В результате модификации технологического процесса производства детали «Корпус» увеличена не только производительность работы оборудования за счет быстрой смены режимов, инструмента, стратегии обработки, но и уменьшена затраты на выполнение вспомогательных операций.

Список литературы

1. Бокова, Л.Г. Структура оценки производственной технологичности деталей в многономенклатурных механообрабатывающих системах [Текст] / Л. Г. Бокова // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - №56. - С. 27-31.

2. Митин, С. Г. Особенности создания автоматизированной системы планирования технологических процессов в условиях многономенклатурного механообрабатывающего производства / С. Г. Митин, П. Ю. Бочкарёв, Л. Г. Бокова (http: http://lab18.ipu.ru/projects/conf2012/3/13.htm. Дата посущения: 24.05.2017 г.)

3. Митин, С.Г. Генерация возможных вариантов структур технологических операций с применением аппарата теории графов [Текст] / С. Г. Митин, П. Ю. Бочкарев // Технология машиностроения.- 2012. №4.- С.69-73.

4. Кольцов, А. Г. Методы автоматизированного обеспечения точности изготовления сложных деталей на станках с ЧПУ / А. Г. Кольцов, А. А. Петухов, И. В. Медведюк // Динамика систем, механизмов и машин, 2012. - № 2. - С. 241-244.

5. Артюх, Р. Л. Разработка метода синтеза оптимальных технологических размерных структур на основе учета множественности критериев оптимизации / Р. Л. Артюх, В.Б. Масягин, А. П. Моргунов // Омский научный вестник, 2012. - № 1(107). - С. 53 - 58.

Размещено на Allbest.ru