автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Повышение эффективности физико-химических методов обработки при автоматизированном проектировании маршрутно-операционных технологических процессов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "СТАНКИН"

РГ б од

На правах рукописи

- 8 МАП 1995

ПОЖИДАЕВ Михаил. Васильевич

УДК 658.512: 681.3.068: 621.9.04(043.3)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ МАРШРУТНО-ОПЕРАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.13.07 — автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете "СТАНКИН" на кафедре "Технологическое проектирование".

Научный руководитель: доктор технических наук,профессор,академик МАИ ПАВЛОВ В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор СУЛТАН—ЗАДЕ Н.М. кандидат технических наук,доцент НОВИКОВ В.Ю.

Ведущая организация — НИАТ

Защита состоится "_"_1995 г. в _час.

на заседании специализированного совета К 063.42.04 в МГТУ "СТАНКИН" по адресу: 101472, ГСП, Москва, К—55, Вадковский переулок д. 3 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета "СТАНКИН" за месяц до защиты.

Автореферат разослан "_"_1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 063.42.04

к.т.н. доцент Горшков А.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Экономическая эффективность современного машиностроительного производства в условиях перехода к рыночной экономике во многом определяется конкурентноспособностью выпускаемой продукции. Основными путями ее повышения являются улучшение качества изделий,снижение затрат на их изготовление и сокращение сроков производства.

Решению этих вопросов в определенной степени способствует назначение оптимальных технологических процессов на всех стадиях производства изделий н особенно на стадии размерной обработки деталей. Усложнение конструкции деталей и применение для их изготовления труднообрабатываемых материалов привело к созданию физико-химических методов (ФХО) удаления припуска,существенно расширивших технологические возможности размерной обработки. В отдельных случаях физико-химическая обработка является единственно возможной для изготовления деталей или их отдельных конструктивных элементов.

Разработка оптимального технологического процесса физико-химической обработки представляет собой весьма трудоемкую вычислительную процедуру,связанную с перебором большого числа видов и разновидностей ФХО и постоянно расширяющейся номенклатуры средств технологического оснащения для их реализации.

Большой объем перерабатывемой информации,многовариантность проектных решений наряду с требованием сокращения сроков технологической подготовки производства обуславливают применение в качестве инструмента проектирования специализированных подсистем автоматизированного проектирования технологических процессов физико-химической обработки.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является повышение эффективности и качества физико-химической обработки в условиях многономенклатурного производства путем формализации ее описания и разработки на этой основе методов автоматизированного проектирования оптимальных технологических процессов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы заключается: - в разработке системного описания физико-химической обработки с помощью формализованного многоуровневого представления объектов обработки и элементов производственной системы;

— в выявлении и формализации характера в закономерностей наиболее существенных взаимосвязей между элементами технологической системы ФХО на основе анализа отношений контуров и элементов объектов обработки с элементами и контурами производственной системы;

— в разработке структурной математической модели ФХО,с учетом многоуровневого представления контуров и элементов производственной системы методами теории полихроматических графов;

— в разработке количественной модели расчета трудоемкости выполнения операций с учетом специфики физико-химических методов обработки в части разнообразия кинематических схем и способов удаления припуска;

— в разработке на базе структурной модели методики формирования проектных решений в части генерирования вариантов технологического процесса ФХО по составу средств технологического оснащения;

— в разработке на базе количественной модели алгоритмов расчета трудоемкости выполнения операций по спроектированным вариантам и определения оптимального технологического процесса.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Научные положения,

сформулированные в диссертационной работе получены с использованием основных принципов системного анализа,а также методов математического моделирования дискретных систем и оптимизации проектных решений. При разработке математических моделей и алгоритмов проектирования применены аппараты теории множеств,теории графов,основные положения технологии машиностроения и методик создания САПР.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

1. Предложено формализованное многоуровневое иерархическое представление контуров и элементов производственной системы физико-химической обработки. На основе этого представления разработана ее многоуровневая структурная модель,позволяющая решать разнообразные задачи технологического , организационно—технического,научно-исследовательского и учебного характера.

2. Определена система ограничений на возможность реализации заданного состава контуров детали в производственной системе ФХО.

3. На базе многоуровневого представления объекта обработки и многоуровневой структурной модели разработана методика проектирования технологических процессов физико-химической обработки. Разработанные модели и алгоритмы позволяют осуществлять проектирование для любых уровней обобщения контуров объекта обработки и элементов производственной системы ФХО.

4. Разработана количественная модель,позволяющая ранжировать технологические процессы по значению трудоемкости выполнения операций и назначать оптимальные процессы по этому критерию.

' 5. Созданное информационное обеспечение подсистемы дает возможность получать информацию справочного характера об объектах обработки и средствах технологического оснащения на любом иерархическом уровне.

б. Структура подсистемы позволяет встраивать в нее данные о средствах, технологического оснащения обработки резанием,что позволяет за один сеанс проектирования сравнить эффективность этих видов размерной обработки.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы использованы при создании программно — методической) комплекса моделирования и прогнозирования физико-химических и новых технологических процессов для НИАТа.в научно —исследовательских работах кафедры "Технологическое проектирование" МГТУ "СТАНКИН" и в учебном процессе кафедры.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. ' Результаты работы докладывались на кафедре "Технологическое проектирование" МГТУ "СТАНКИН",а также использовались при чтении лекций,проведении лабораторных работ и дипломном проектировании студентов специализации кафедры и выпускников спецфака МГТУ "СТАНКИН".

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы изложено в статьях и отчете по хоздоговорной работе (6 публикаций).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста,содержит 6 рисунков и- список использованной литературы из 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. Во введении обоснован выбор темы исследования и показана ее актуальность.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА,ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Автоматизация проектирования технологических процессов размерной обработки и их оптимизация является одним из основных путей снижения затрат на изготовление продукции и сокращения сроков производства. Эта задача решается в автоматизированной системе технологической подготовки производства (АСТПП), одной из подсистем которой является САПР ТП — система автоматизированного проектирования технологических процессов.

Задачи технологического проектирования в САПР ТП успешно решаются с использованием математических методов как универсального средства формализации объектов любой сферы человеческой деятельности. Научные основы математического моделирования машиностроительного производства заложены в работах Г.К.Горанского, С.П.Митрофанова, В.Д.Челищева, Н.М.Капустина, В.В.Павлова,И.П.Норенкова и других отечественных ученых.

Известны системно —структурные модели,модели на базе методов тшшзации,на базе обобщенной структуры маршрутов

операций,информационные модели с использованием элементов искусственного интеллекта и другие виды моделей. На их основе разработаны программно—методические комплексы и системы • автоматизированного проектирования технологческих процессов размерной обработки,в т.ч. АПТП МАИ—370Л.АИС ГНОМ,ИСТРА ТПМ—86,ТЕМП и другие.

Для автоматизации проектирования физико-химической обработки предложены познавательные и структурные модели ЭЭО и ЭХО,разработанные Б.А.Артамоновым и Ю.С.Волковым, САПР технологии элекгроэрозионной обработки,созданная И.В.Вобровой и А.С.Отолбуновым под руководством Б.Е.Челищева,системы для проектирования обработки электродом—проволокой Ю.В.Шленова и А.Н.Зайцева и др. Однако в этих разработках отсутствует системное представление физико-химической обработки в целом, не везде проектируется состав средств технологического оснащения,а большинство работ охватывает лишь отдельные виды ФХО.

Анализ" работ,посвященных разработке методов математического моделирования производственных систем,пригодных для ФХО, показал,что одним из наиболее универсальных является метод математического моделирования производства на различных уровнях абстрагирования (система ИСТРА).

Системное единство всех компонентов и подсистем автоматизированного проектирования в этой системе обеспечивается за счет использования типовых математических моделей,а содержание алгоритмов проектирования зависит только от математического содержания задачи и свойств модели порождающей среды.

Анализ состояния вопроса показывает актуальность поставленной в диссертационной работе цели — ■ формализации описания физико-химической обработки в целом и разработки на этой основе математических моделей и алгоритмов автоматизированного проектирования оптимальных технологических процессов для этих методов обработки.

ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ. КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рассматриваются особенности физико-химической обработки с целью выявления связей между составляющими технологического процесса ФХО и установления общих закономерностей,присущих различным видам обработки и определяющих структуру разрабатываемой математической модели.

Рассмотрению подлежали геометрическая форма рабочей части инструментов и кинематические схемы обработки,определяющие возможные виды относительных движений инструмента и заготовки и другие параметры технологического процесса ФХО.

Установлены следующие виды кинематических схем, охватывающие все операции физико-химических методов обработки:

- с использованием подачи параллельно оси шпинделя станка,инструмента или заготовки;

- с использованием подачи перпендикулярно оси шпинделя станка, инструмента пли заготовки;

- с использованием подачи по методу обхода поверхности;

- с использованием подачи по методу обкатки;

- без использования подачи с расчетной продолжительностью обработки;

- без использования подачи с экспериментально устанавливаемой продолжительностью обработки.

Совокупность геометрических форм рабочей часта используемых при ФХО инструментов в сочетании с видами кинематических схем обработки определяют ее технологические возможности в части получаемых поверхностей и обуславливают формирование множества операций и множества преобразуемых контуров объекта обработки.

Установлена необходимость введения в состав элементов производственной системы еще одной подгруппы — рабочей среды, которая влияет на производительность,себестоимость и экологические харатеристики процесса обработки.

Анализ используемых приспособлений показал целесообразность формирования двух отдельных подгрупп приспособлений — инструментальных и крепежно — базирующих. Это обуловлено различием связен этих подгрупп с другими подгруппами средств технологического оснащения.

Использование тепловой энергии в механизмах удаления материала припуска обуславливает необходимость учета термических изменений в поверхностных слоях обработанной поверхности. Сформированы следующие возможные состояния поверхностных слоев:

- наличие оплавленного слоя с возможными микротрещинами;

- наличие зоны термических превращений;

- наличие зоны внутренних напряжений;

- наличие зоны растравливания границ зерен.

Существенное значение при разработке математической модели имеет учет характера связей между элементами отдельных подгрупп средств технологического оснащения. Анализ разновидностей ФХО показал наличие существенных связей между элементами следующих подгрупп:

- между операциями и инструментами;

- между операциями и оборудованием;

- между инструментом и оборудованием;

- между оборудованием и рабочей средой;

- между оборудованием и крепежно — базирующими приспособлениями;

- между инструментальными приспособлениями и сочетаниями "инструмент — оборудование";

- между кинематическими схемами обработки и сочетаниями"операция — инструмент".

Анализировались и классифицировались также особенности конструкции используемых инструментов и геометрическая форма их рабочей частигтехнологические возможности каждого вида обработки по геометрии

получаемых поверхностей и по материалу заготовки; виды используемого оборудования,приспособлений, составов рабочих сред и другие факторы.

ГЛАВА 3. СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

В настоящей главе обосновывается выбор системы математического моделирования, отражающей особенности, закономерности и связи между свойствами изделия и производственной системы физико-химической обработки.Оценка свойств различных систем моделирования,рассмотренных при изучении состояния вопроса, показал, что этим требованиям наиболее полно удовлетворяет ИСТРА — иерархическая система математического моделирования объектов на различных уровнях абстрагирования,так как она обеспечивает системное единство,системную связность и интеграцию моделей разнородных объектов.

Основными составными частями математических моделей в системе ИСТРА являются структурные модели объекта обработки,производственной системы и количественные модели расчета технико — экономических показателен.

СТРУКТУРНАЯ ПОРОЖДАЮЩАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА ОБРАБОТКИ. К объектам обработки А в производственной системе ФХО условимся относить глобальное множество деталей (исходные и промежуточные заготовки,детали на стадии технологической подготовки производства,вновь проектируемые • детали),при размерной обработке которых намечается использовать физико-химические методы.

Для класса рассматриваемых объектов характерными являются три уровня их представления:

А = (А',А",а),

где А.1 — , А-? >• • • > Ав~) ~ объект обработки в целом,

т.е.глобальное множество заготовок,планируемых к обработке в производственной системе физико-химической обработки. Подмножеством А; этого глобального множества будет являться совокупность заготовок, планируемых к обработке в конечный календарный период в данной производственной системед.е.производственная программа предприятия на данный календарный период;

А — отдельные реальные заготовки,детали на стадии

технологической подготовки производства и проектируемые детали,входящие в подмножество Д1 ;

а — элементы объекта проектирования,состав которых выражается множеством

Л] = (¿1,,ав).

В качестве элементов выступают геометрические поверхности заготовок и деталей.

Объекты обработки характеризуются набором

свойств,отождествляемых с качественно различными сторонами их строения и поведения в ходе технологического процесса. При разработке структурной модели формализовано описание свойств объекта обработки, используемых при решении задач оперативно — производственного планирования, а также свойств элементов и их бинарных отношений.

Для описания теоретико —множественных отношений между объектами А1/к подмножества А у , отражающих задачи организации производства и оперативно—производственного планирования .использован шперграф О = (А, Н) , ребру которого соответствует

подмножество вершин А*' „объединенных в соответствии с этими задачами.

Матрица инциденций вершин и ребер гипеграфа имеет вид:

||Ь1(Я]Нх'А! = [НхА!] =

А1 А 2 • • • А п И 1(1) 111(2) • • • Ь.1(п)

1.1 2(1) 112(2) • • • 112(п)

11,(1) 1Ъ(2) •••11

7(о)

н,

Н5

н,

Ребра гиперграфа отражают свойство объекта обработки быть

исходной заготовкой,промежуточной заготовкой,готовой деталью до

воздействия и после воздействия производственной системы,а также

принадлежность к подмножествам заготовок,обрабатываемых вопределенном

производственном подразделении,в определенный календарный период или с ; о й

имеющих свойство быть 1 типовои деталью.

Все множество контуров,описывающих свойства объекта обработки,представилось целесообразным разделить на подмножество контуров Р (Ак) .описывающих свойства АI как неструктурированного

объекта и подмножество контуров Р(й*) .характеризующих свойства его элементов.

Контуры первого подмножества разделены на три группы:

- Р'(Ац) —свободные контуры,не влияющие на процесс воздействия производственной системы на объект обработки.К ним относятся номер чертежа детали и ее наименование,наименование заготовки и ее условное обозначение;

- (Ац) —количественные контуры.ограничивающие воздействие элементов производственной системы на объект обработки (длина,ширина,высота и масса заготовки);

- (А/с) —качественные ограничивающие контуры (материал, детали, конфигурация заготовки и ее жесткость при механическом контакте с инструментом).

Контуры первых двух групп задаются непосредственно числовыми или лингвистическим« переменными,а контуры третьей группы необходимо задавать совокупностью логических переменных из глобального их множества,с помощью которого описывается весь набор свойств этих контуров. Для возможности отображения качественно различных свойств объекта обработки и его представления на различных уровнях обобщения состав контуров третьей группы структурирован по иерархическим уровням,причем глубина структурирования для каждого контура будет зависеть от характера свойств, присущих этому контуру.

Множество контуров третьей группы представлено как булево векторное пространство р111 (^) ,в котором описание свойств конкретного объекта обработки представляется как булев вектор в этом пространстве.

Для отображения свойств поверхностей и их бинарных отношений использован полихроматический ПС —граф с раскрашенными вершинами и ребрами. Вершины этого графа интерпретируются как множество поверхностей объекта обработки,имеющихся и возникающих в процессе преобразования исходной заготовки в готовую деталь. Раскраска вершин характеризует различные свойства и признаки поверхностсй:принадлежность к типу поверхности и типу за готовки,наличие размеров и отклонений формы,подлежащих контролю и др.

Раскраска ребер характеризует бинарные отношения между поверхностями, а именно, порядок преобразования поверхностей, их смежность,соединение размерами и принадлежность к технологическим базам.

СТРУКТУРНАЯ ПОРОЖДАЮЩАЯ МОДЕЛЬ

ПРОИЗВОДСТВЕНННОЙ СИСТЕМЫ ФХО . Состав ее элементов включает систему материальных объектов 71 и систему технологических ■ операторов • •, характеризующих технологические процессы физико-химической обработки. Полный состав элементов описывается при этом

множеством • Структура и состав компонентов порождающей

модели производственной системы физико-химической обработки обусловлены характером формального представления контуров и элементов и составом решаемых с ее помощью задач технологического проектирования. С помощью структурной модели решаются следующие задачи:

- определение возможных составов операций и средств технологического оснащения технологических процессов физико-химической обработки;

- расчет трудоемкости выполнения операций физико-химической обработки;

- выбор оптимальных технологических процессов;

- проверка возможности реализации преобразуемых контуров с помощью состава элементов производственной системы;

Для установления вида графа порождающей модели S(P) определен состав операторов и элементов,отражающих содержание технологического процесса физико-химической обработки и достаточных для решения поставленных в работе задач,а также установлены взаимосвязи между ними.

В этой связи в структуру технологического процесса физико-химической обработки включены следующие составляющие:

1. Технологический оператор.

2. Инструмент.

3. Материал инструмента.

4. Размер рабочей части инструмента по оси X.

5. Размер рабочей части инструмента по оси Y.

6. Размер рабочей части инструмента по оси Z.

7. Оборудование.

8. Рабочая среда.

9. Инструментальное приспособление,

10. Крепежно — базирующее приспособление.

Анализ структуры технологических процессов показал целесообразность введения двух групп технологических операторов: Т i, характеризующих преобразующее воздействие производственной системы на обрабатываемые контуры и X 2 .отражающих характер кинематики относительного движения инструмента и заготовки в процессе удаления

припуска. Список операторов первой подгруппы представляет собой множество наименований операций в соответствии с классификатором технологических операций машиностроения н приборостроения. Введение операторов второй группы оказалось необходимым для сокращения процедуры поиска формул расчета трудоемкости. Поиск формул с помощью логических матриц связи составов средств технологического оснащения с составом формул оказывается весьма трудоемким,что связано с большим разнообразием видов физико-химической обработай и большим количеством вариантов технологических процессов по составу средств технологического оснащения. Анализ сущности операций показал,что все их многообразие можно свести к следующим видам,для каждого из которых будет характерна одинаковая формула расчета трудоемкости:

1. С использованием подачи параллельно оси шпинделя станка,инструмента или заготовки.

2. С использованием подачи перпендикулярно оси шпинделя станка,инструмента или заготовки.

3. С использованием подачи по методу обхода поверхности.

4. С использованием подачи по методу обкатки.

5. Без использования подачи с расчетной продолжительностью обработки.

6. Без использования подачи с экспериментально устанавливаемой продолжительностью обработки.

Состав материальных объектов соответственно разбит на группы инструментов,оборудования, рабочих сред, инструментальных приспособлений и крепежно — базирующих приспособлений.Состав элементов структурирован в соответствии с характером свойств, присущих элементам каждой группы. Разнообразные свойства элементов описываются множествами контуров,конкретный состав которых определяется видом элементов группы.

Анализ взаимосвязей между составляющими технологического процесса рассматривался с позиции истинности их сочетаемости в структуре процесса.

Установлены достаточно сильные связи между операциями и оборудованием, операциями и инструментом, инструментом и инструментальными приспособлениями, оборудованием и крепежно — базирующими приспособлениями, оборудованием и рабочей средой,оборудованием и инструментальными приспособлениями. Что касается технологических операторов X 2 . выражающих кинематику относительного движения инструмента и заготовки, более полно отражает сущность технологического процесса связь этих операторов с сочетанием "операция — инструмент".

Более сложными являются связи составляющих технологического процесса,отражающих параметры инструмента. Логичным было бы связать их непосредственно с инструментом. Однако,изучение реальных технологических процессов ФХО показало.что при одинаковой геометрической форме инструмента для разных сочетаний инструмента и оборудования используются различные наборы инструментальных материалов и различные совокупности размеров их рабочей части.

Для отображения такого характера взаимосвязей в разрабатываемой модели производственной системы использован полихроматический граф с раскрашенными ребрами. Вершинам этого графа будут соответствовать операции,инструменты.оборудование,рабочая среда и крепежно — базирующие приспособления. Операторы, выражаюжие кинематику обработки

.интерпретируются в графе как варианты раскрасок дуг С\{п,) .т.е.сочетаний "операция — инструмент". Составляющие,выражающие параметры инструмента интерпретируются как варианты расхраски дуг С*,(л,).

Выбор типовой структурной модели в системе ИСТРА и набор ее компонентов определяют структурные свойства порождающей модели и проектного решения,а также характер унификации проектного решения.

Структурно проектное решение есть подграф Gi = (Pi,Ci) полихроматического F1G — графа G = (Р,С), вершины и раскрашенные ребра которого соответствуют элементам производственной системы и их контурам,реализующим заданный состав контуров об-ъекта обработки. Путь |-1 i в этом графе,представляющий собой упорядоченное множество технологических операторов, средств технологического оснащения и их параметров,есть конкретный вариант i г технологического процесса.

Учитывая признаки унификации проектного решения, а именно, постоянство количества элементов и дуг,различие их состава,постоянство отношения порядка между элементами и дугами, а также сложность структуры графа проектного решения, для моделирования производственной системы физико-химической обработки выбрана типовая структурная модель системы ИСТРА — упорядочивающая сетевая модель подкласса СЕМ6.

Так как в структуру модели входят разнородные элементы производственной системы, совместно участвующие в реализации контуров объекта обработки, она будет иметь конъюнктивную матрицу контуров (КФС). Исходные данные включают в дополнение к F(A) подмножества контуров, описывающих дополнительные свойства объекта обработки, а все контуры F(A) могут подвергаться воздействию ' обрабатывающей системы независимо друг от друга любым образом.В соответствии с классификацией

системы ИСТРА полное кодовое обозначение структурной модели будет СЕМК06Б01.

Основными компонентами этой структурной модели, с учетом представления элементов производственной системы в виде

полихроматического графа,являются:

МЦР — матрица контуров [Р х Р(Р)1 элементов производственной системы физико-химической обработки;

МОЗР — матрица смежности вершин [Р х Р] графа С = (Р,С) взаимосвязи элементов Р;

М1Х5С — матрица контуров [С х Р(С)],определяющих раскраску ребер графа С .= (Р,С);

МиС — матрица контуров (Я(С) х И(Р)] раскрасок ребер графа С = (Р.С),

Для обеспечения системного единства всех компонентов модели при описании отношений и связей между свойствами объекта обработки и ' производственной системы использовано единое пространство контуров

Б = (^^...^^(АШРШС) (РСАШРШС)СБ,

На логическом уровне Р представляется как> булево векторное пространство,в котором составы контуров объекта обработки и обрабатывающей системы являются булевыми векторами.

Ранги элементов матриц М1РР и М1ЛЗР расположены в следующей последовательности:

Т1— операции;

7Г1 — инструменты; оборудование;

Яз

— рабочая среда;

714 — крепежио—базирующие приспособления.

Такое расположение обеспечивает при построении путей в графе С=(Р,С) получение логически правильных сочетаний составляющих технологического процесса т.е.операций,инстр ум ста,оборудования,рабочей среды и крепежно — базирующих приспособлений.Расположение групп в другой последовательности может приводить к формированию логически неверных сочетаний.

Матрица MLGC определяет состав операторов Т2 ,

инструментальных приспособлений • и параметров инструментов

(тс2) Г Б^ТСз), Fi(7C4), которые интерпретируются как раскраска дуг графа G =(Р,С).

Модель дополнена следующими компонентами:

- матрицей MNFPC технологических возможностей операторов,средств технологического оснащения и параметров инструмента. Строки матрицы содержат перечень операторов, средств технологического оснащения и параметров инструмента, включенных в производственную систему физико-химической обработки,а столбцы — перечень ограничивающих параметров преобразуемых контуров.Элементы этой матрицы сответствуют численному значению ограничивающих параметров.

- числовыми матрицами справочного характера,содержащими значения свойств материалов объектов обработки,параметры технических характеристик оборудования и значения свойств рабочих сред.

А^я связи информационных массивов структурной модели с материальными объектами технологического процесса физико-химической обработки,а также для обеспечения ввода —вывода информации на языке технолога,в модель введены лингвистические векторы.Эти структурные составляющие модели представляют собой словари наименований объектов обработки и элементов производственной системы,их контуров и других технологических составляющихЛингвистические компоненты

синхронизированы по порядку следования с составом элементов соответствующих логических и числовых матриц и векторов.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ТРУДОЕМКОСТИ ОПЕРАЦИИ ФХО. В качестве показателя трудоемкости принято оперативное .время ton .равное сумме основного технологического to и вспомогательного tB времени. Основное технологическое время вычисляется в общем случае делением объема удаляемого материала припуска на величину объемной производительности. С другой стороны, основное технологическое время может бьггь-определено делением пути перемещения инструмента на скорость подачи. В количественной модели принят метод расчета основного технологического времени по пути перемещения инструмента и скорости подачи.

Содержание формулы расчета трудоемкости однозначно определяется видом оператора Т2 .поэтому в качестве основного компонента

количественной модели сформирован вектор У\\ПТ текстов формул расчета-

трудоемкости,синхронизированный с подгруппой операторов в матрице МиА и соответствующим ей лингвистическим вектором. Оперативное время расчитывается по известной формуле с учетом влияния на величину вспомогательного времени формы заготовки,вида оборудования и вида крепежно — базирующего приспособления.

Компоненты количественной модели поддерживаются лингвистическими векторами и соответствующими им количественными •наборами данных,содержащими числовые значения табличных членов формул.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ В ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Программно — методический комплекс (ПМК) предназначен для проектирования технологических процессов физико-химической обработки деталей произвольной формы в условиях многономенклатурного производства. ПМК может при соответствующем информационном наполнении проектировать наряду с физико-химическими и технологические процессы механической обработки.

На рис. 1. представлен общий состав задач технологического проектирования,решаемых с помощью ПМК ФХО, и выделены задачи,решаемые методом автоматизированного проектирования.

В состав математического обеспечения ПМК проектирования технологических процессов физико-химической обработки входят следующие модели:

- сетевая математическая модель проектирования операций и средств технологического оснащения физико-химической обработки;

- табличная модель поиска формул расчета трудоемкости выполнения операций ФХО;

- количественная модель расчета трудоемкости выполнения операций ФХО;

- лингвистические модели описания наименований контуров и элементов производственной системы.

Состав задач, решаемых ПМК ФХО.

Решение задач:

I I

Рис.1.

— технологом

— автоматизирование в режиме диалога

• Каждая модель представляется совокупностью информационных массивов, различающихся назначением,характером связи между ними и форматом представления информации. Связь структурных,количественных и лингвистических моделей между собой и с материальными объектами производственной системы осуществляется по порядку следования элементов в лингвистических векторах и синхронных с ними логических и числовых матрицах и векторах.

Методика проектирования технологических процессов физико-химической обработки в ПМК ФХО основана на алгоритмах унифицированных проектных операций,используемых в системе ИСТРА и осуществляется в режиме диалога на всех стадиях проектирования.

СТРУКТУРА И ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ. Состав исходных даных включает информацию об объектах обработки,о производственной системе и об их элементах и контурах. По назначению и характеру использования вся информация разделена на условно — постоянную и переменную.

К условно—постоянной информации относятся данные о конкретной производственной системе,на которую настраивается модель.Информация этого вида включает также данные о составе контуров производственной системы и о составе элементов всех матриц и векторов,составляющих структурную модель. Эта информация подлежит корректировке при изменении состава контуров и элементов производственной системы.

Переменная информация включает данные об объектах обработки,для которых предполагается вести проектирование технологических процессов физико-химической обработки. Эта информация вводится в ЭВМ непосредственно перед процедурой автоматизированного проектирования и используется только для выполнекния этой процедуры. Структурно состав исходных данных об объектах обработки организован в виде ряда логических .числовых и лингвистических матриц,дополненных соответствующими лингвистическими векторами.

АЛГОРИТМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. Проектным решением,получаемым по структурной и количественной моделям,являются . варианты технологического процесса физико-химической обработки конкретной поверхности по составу операторов,средств технологического оснащения и параметров инструмента.

Получение проектного решения с учетом представления модели порождающей среды в виде полихроматического графа осуществляется в последовательности,представленной на рис.2.

Алгоритм получения проектных решений в ПМК ФХО

Рис. 2.

Расчет трудоемкости производится в следующей последовательности:

- определяется номер формулы расчета трудоемкости по номеру оператора

Т2 .входящего в состав данного варианта;

- для найденной формулы из соответствующих числовых векторов по номерам вершин и раскрасок дуг определяются значения всех ее членов;

- рассчитывается значение трудоемкости для рассматриваемого варианта и осуществляется переход к расчету трудоемкости следующего варианта;

существ ля ется ранжирование вариантов по значению трудоемкости выполнения операций;

- формируется сообщение об отимальном варианте технологичекого процесса.за который принимается технологический процесс с минимальным значением трудоемкости.

Если технолог при вводе исходных данных указал последовательность обработки поверхностен,то формируется маршрутная карта технологического процесса физико-химической обработки в соответствии с ГОСТ 3.1118 — 82.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. По результатам теоретического обобщения решения проблемы повышения эффективности физико-химических методов обработки определена цель диссертационной работы — анализ физико-химической обработки как обобщенной производственной системы,ее формализованное описание,выбор метода математического моделирования и разработка методики проектирования оптимальных технологических процессов ФХО.

2. Установлено.что наибольшую актуальность представляют вопросы разработки подсистем автоматизированного проектирования оптимальных технологических процессов физико-химической обработки по составу операторов,средств технологического оснащения и других параметров.

3. Формализованное описание ФХО,как обобщенной системы,построено на базе иерархической системы математического моделирования объектов на различных уровнях абстрагированняя — системы ИСТРА.. С учетом особенностей физико-химических методов обработки наряду с группой технологических операторов,представляющих • состав операций,введена группа операторов.описывающая характер кинематики относительного движения инструмента и заготовки,а к группам средств технологического оснащения добавлена группа,представляющая состав рабочих сред. Для обеспечения расчета трудоемкости введены группы

параметров,определяющих материал инструмента и размеры его рабочей части.

Предложено многоуровневое иерархическое описание элементов и контуров объектов обработки и производственной системы,позволяющее представлять их на различных уровнях обобщения.

4. Определены вид модели порождающей среды,наиболее адекватно описывающие свойства производственной системы ФХО — полихроматический граф с . раскрашенными вершинами и вид типовой структурной модели — сетевая конъюнктивная модель СЕМК6Б01.

5. Разработана количественная модель расчета трудоемкости выполнения операций.

6. Разработанная на базе этих моделей методика технологического проектирования позволяет автоматизированным методом решать следующие задачи:

- синтез возможных составов операций и средств технологического оснащения для единичных маршрутных технологических процессов;

- синтез возможных составов технологических операторов,описывающих кинематику относительного движения инструмента и заготовки и параметров,характеризующих материал инструмента и размеры его рабочей части;

- расчет трудоемкости выполнения технологических операций;

- ранжирование вариантов технологического процесса по значению трудоемкости выполнения операций и выбор оптимального варианта по этому показателю.

- формирование маршрутной карты технологического процесса физико-химической обработки в соответствии с ГОСТ 3.1118 — 82.

7. Разработанная подсистема может быть использована при решении других задач технологического проектирования, например,для анализа технологических возможностей производственного подразделения, а также при решении задач организационно—технического,научно-исследовательского и учебного характера.

8. Структура модели позволяет органически вводить в нее операции и средства технологического оснащения обработки резанием,что позволяет за один сеанс проектирования сравнивать эффективность этих видов размерной обработки.

9. Повышение эффективности физико-химической обработки при внедрении подсистемы обеспечивается за счет сокращения времени на технологическую подготовку производства и на размерную обработку деталей.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Системное моделирование и синтез перспективных производств отраслевого профиля на долгосрочной основе Этап 2."Разработка программно —методического комплекса моделирования и прогнозирования физико-химических и новых технологических процессов изготовления деталей / В.В.Павлов,В.А.Лунев,М.В.Пожидаев:Отчет по хоздоговорной работе N88—09. - М.Мосстанкин, 1989.— 102 с.

2. Пожидаев М.В. О возможностях легирования поверхностных слоев в процессе электроэрозионной обработки// Электронная обработка материалов. 1978. N1. с.32 -34.

3. Пожидаев М.В. Методика выявления "белых слоев" на сталях после электроэрознонной обработки// Заводская лаборатория. 1977. N12. с.28.

4. Козловский А.А..Пожидаев М.В.,Тюрин И.А. Имитационная модель для проектировння на ЭВМ устройств логического управления технологическим оборудованием// Механизация и автоматизация производства. 1988. N12. 1988. с. 12-14.

5. Мамин В.А.,Пожидаев М.В.,Тюрин И.А. Автоматизированное проектирование механизмов перемещения технологических машин// Литейное машиностроение. 1983. N2. с. 18.

6. Пожидаев М.В. Исследование рабочего процесса прессово — встряхивающего механизма / Тезисы доклада на юбилейной научно — техниеской конференции "Современные пути повышения производительности и точности металлообрабатывающего оборудования и автоматизации производственных процессов в машиностроении". — М.Мосстанкин. 1980. — с. 52 - 55.

к

|