автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Пути унификации и использование САПР технологии термической обработки деталей для управления производством термического цеха массового производства

РГ5 ОД

- 5 ИЮН 1995

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЖ И СПЛАВОВ (ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ).

На правах рукописи УДК 621.78:668.612.011.56 .

ЯГУВОВ Сергей Анатшлевич

ПУТИ УНИФИКАЦИИ й ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПР ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦЕХА МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.16.01 - "Металловедение и термическая

обработка металлов"

Автореферат диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Рсйота выполнена;на кафе/ре металловедения стали и высокопрочных |сплавов Московского института стали, и сплавов

Научный руководитель -доцент,•кандидат технических наук В.А.ВОЛКОВ

! Официальные оппоненты: доктор технических наук Б.К.Ушаков кандидат технических наук Я.Б.Роэин

Ведущее предприятие -Производственное объединение "Уральский автомобильный завод"

сО-с> час.

■ Защита состоится . . . 1995 г. В Ж.

на заседании специализированного совета К 053.08.03 лри Московском институте стали и сплавов.

Адрес института: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан .. ?... ... 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 0!>3.00.03 кандидат технических наук,

профессор Б. А. САМАРИН

- 3 -

' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНОГО» РАБОТЫ

Люкулльпост тени. Автоматизация труда технолога позволила бы существенно сократить сроки проектирования технологии термической. обработки, уменьшить вероятность ошибок, и следовательно, повысить качество проектирования, в том числе позволив без су-

■ м>.; ; - : л >

щественных затрат времени сравнивать себестоимость обработки деталей по различным маршрутам и выбирать маршрут с:наименьшей себестоимостью. Кроме тоЬэ, внедрение интегрированных систем подготовки и оперативного управления термическим производством позволило бы оптимизировать загрузку оборудования и потребность в оснастке, существенно сниэить ватраты на энергию, материалы и трудоемкость производства. ' , .

Цель рабом.

Создание системы автоматизированного проектирования технологии термической обработки деталей, позволяющей технологу в диалоговом режиме осуществлять на основе исходных данных о детали и об оборудований выбор технологических процессов и их параметров для получения заданных Свойств, технологической оснастки и оборудования для осуществления заданных процессов и получение в автоматическом режиме комплекта документов на процессы термической и химико-термической обработки деталей.

Создание интегрированной системы управления термическим производством, включающей в себя также оперативное управление марш- . .рутами деталей и загрузкой оборудования, а также пакет прикладных программ, позволяющий существенно ускорить расчеты по анализу мощностей, загруженности технологического оборудования, учету поступления и расхода технологической оснастки, расчету площади поверхности садки в рабочем пространстве печи'и ряду других задач.

Кроне того, ¡одной из важнейших задач данной работы является разработка такой <|хемы системы автоматизированного проектирования

I

технологии термичеркой обработки (САПР ПО) деталей, которая позволяла бы технологу при изменений условий производства, в частности при приходе новых марок стали и оборудования, вводить эти данные в систему,; пополняя базу данных и базу знаний данными о

новых мар1!ах сталей,' их свойствах после термической обработки по

1

различным режимам, сведениями о новом оборудовании в рамках су-щеотвующкх в производстве технологических процессов. Необходимость тького расширения САПР диктуется потребностью разработки карты технологического, процесса для деталей ремонтной базы, производство которой, хотя и небольшое по объему, характеризуется существенно большей номенклатурой деталей, чем основное производство.

НаучнаА иолчада.

. 1. Разработаны состав и структур исходных данных для описания детали в САПР ТТО. рлредедены кл;1сснфикациошше признаки раз-Сивки деталей на группы геометрии, учит икающие форму детали, ее симметричность, особенности геометрии и жесткость требований кснструктора по деформации.

2. На основе анализа взаимосвязи между признаками детали: м.ц?кой стали, группой и особенностями геометрии, требуемыми свойствами,' величиной допустимой деформации, и технологическими параметрами определены классификационные группировки : признаков .деталей,' позволяющие осуществить в режиме автоматизированного проектирования выбор схемы технологического маршрута, типа, температуры основного процесса, среды нагрева .и охлаждения.

3. Разработан универсальный геометрический классификатор термически обрабатываемых дьтаж'й применительно к массовому авто-

мобильному производству, который определяет положение деталей при нагреве и охлаждении, позволяет в автоматическом режиме выбрать вид технологической оснастки, возможный тип оборудования для высокотемпературной операции.

4. Разработана модель оперативного планирования и управления загрузкой те'рмического оборудования, позволяющая на основе, данных о плановом месячном задании, состоянии склада, сроках.поступления "сырых" деталей в термический цех, времени и технологии обработки, сведений о технологических маршрутах на основе пр'огнозирова-« ния развития ситуации на несколько суток вперед оптимизировать .по заданной функции цели загрузку основного технологического оборудования. , '

Практическая ценность работ.

1. Разработаны и сформированы структура базы данных, алгоритмы и программы САПР ТТО, позволяющие автоматизировать с помощью ПЭВМ выбор технологических параметров процессов термической и химико-термической обработки, а также выбор основного, вспомогательного, дополнительного и контрольного оборудования, формировать комплект документов ра типовой и единичный технологический , процесс. Разработаны и реализованы алгоритмы задач технологичес- , кого обеспечения термического производства, как то: расчет времени нагрева, выбор оптимального маршрута по одному из критериев: себестоимости термической обработки деталей, загруженности тмарш- ■ рута, энергоемкости, трудоемкости, наличию запаса технологической оснастки или 1га совокупности критериев, расчет поверхности садки при химико-термической обработке, расчет расхода энергоносителей, расчет потребности и учет технологической оснастки, анализ мощностей, и других, позволяющих сократить время•обработки технологической документации и повысить качество термической обработки

• - б -

деталей.-Реализован алгоритм решения задачи оперативного планирования и управления загрузкой термического оборудования, позволяющий оптимизировать загрузку термических агрегатов, уменьшить влияние неравномерности поступления "сырых", деталей на отклонение хода производства от плана.

.2. Универсальность и гибкость разработанных алгоритмов и программ позволили внедрить систему на заводах, представляющих практически весь спектр номенклатуры машиностроительного производства - заводе двигателей ПО КамАЗ, Тутаевском моторном заводе, автомеханическом заводе ПО КамАЗ,' Уральском автомобильном заводе.

Апробация работ.

1. САПР технологии- термической обработки деталей основного производства была внедрена в производство на заводе двигателей ПО КамАЗ 30 августа 1989 года.

2. Гибкая автоматизированная система планирования графиков загрузки оборудования и управления подвесным толкающим конвейером (ПТК) была внедрена в производство на заводе двигателей ПО КамАЗ

•21 декабря 1990 года. •

• 3. САПР технологии термической обработки деталей вспомогательного производства и пакет прикладных программ для термогальванического производства были внедрены в производство на заводе двигателей ПО КамАЗ 21 декабря 1990 года.

• 4'. Основные результаты работы были представлены в докладах и обсуждены на межотраслевой научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы и оборудование для термической обработки" Москва, 1991, Научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства 31 октября - 1 ноября 1991 г.

5. САПР технологии термической обработки деталей термическо-

го цеха была внедрена в производство на Тутаевском моторном заводе 15 декабря 1991 года.

6. САПР технологии термической обработки деталей первого термического цеха УралАЗа была внедрена в производство на Уральском автомобильном заводе ,19 декабря 1992 года.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав., выводов, списка литературы из наименований и приложения. Работа изложена на /26 страницах, содержит таблиц и ¿^рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ

Работа описывает создание и использование САПР технологии термической обработки деталей в широком аспекте - как единой интегрированной системы, автоматизирующей основные виды деятельности технологической, диспетчерской и плановой служб термического цеха машиностроительного предприятия - от составления технологической документации до оперативного управления марпрутами движения деталей., Структурно работа состоит из следующих основных блоков - характеристика задачи, решение проблем описания детали, описание задач и алгоритмов выбора технологического маршрута и основных параметров технологических процессов, выбора оборудования и оснастки, а также описание и решение аадач'и оперативного управления термическим производством с учетом,реальных возмуще-,ний, нарушающих ритмичность производства.

Характеристика задачи

Анализ особенностей производства на различных заводах, приведенный в тексте диссертации, позволил- сделать следующие выводы:

Термическое производство завода двигателей ПО, КамАЗ характеризуется следующими, параметрами: номенклатура обрабатываемых де-

талей - 380-400 единиц, интенсивность обновления номенклатуры -10-20 новых деталей в год, количество используемых марок сталей -10-15, интенсивность обновления - 2-4 в год, состав оборудования - толкательные агрегаты Холкрофт для проведения химико-термической обработки, агрегаты СКЗА, СНЦА для проведения цементации, закалки, отпуска, нормализации и отжига, электропечи СНО, Линдберг, отпускные и закалочные прессы, несколько специализированных агрегатов для обработки поршневых пальцев, цилиндров, клапанов и т.п., то есть небольшой номенклатурой обрабатываемых изделий и специализированным высокопроизводительным оборудованием. Соответственно, используемые технологические процессы отличаются тщательной разработанностью, учитывающей индивидуальные особенности каждой печи и различные факторы, оказывающие влияние на возможные отклонения технологических характеристик процессов от номинальных. Определяется это в основном высокой стоимостью брака из-за обработки больших партий деталей и требуемой высокой ритмичностью производства. Документация на техпроцессы велика по объему.

' Из представленной характеристики производства следует, что система автоматизации может иметь относительно малую базу знаний, интенсивность обновления которой достаточно низка, а трудоемкость обновления может быть достаточно большой. При обработке новых деталей, замене оборудования требуется точный учет и формализация описания действия всех факторов на технологию производства, отработка множественности допустимых вариантов, оптимизация их по заданным критериям, а также проверка ряда ограничений, наличие достаточного количества приспособлений и ресурсов, отсутствие "узких мест" в цепочке оборудования и др.

С свою очередь парк оборудования Тутаевского автомеханического, и Уральского автомобильного заводов, номеклатура которых ши-

ре и чаще обновляемая, обслуживающих также нужды собственного производства, наряду с высокопроизводительным специализированным оборудованием содержит большее количество универсального: камерные (Дегусса), шахтные печи (СШЦ), механизированные электропечи (Линдберг). В условиях такого производства возможно.осуществление значительно ' большего количества взаимозаменяемых маршрутов, так как поточные агрегаты небольшой производительности' вполне могут быть заменены на некоторое время, и заменяются, печами периодического действия.

Система САПР в этом случае должна быть более гибкой и способной к расширению. Она должна обеспечивать возможность создания новых маршрутов, иметь " открытую базу данных свойств различных сталей, допускать возможность проведения обработки на оборудовании различных типов. При этом приходится предоставлять технологам - операторам ЭВМ высокоуровневые средства для дополнения базы данных и осуществлять контроль за корректностью производимых изменений. С другой стороны, многовариантность технологических маршрутов и разнородность парка оборудования делают менее критичными проблемы стратегического планирования требуемых для производства ресурсов и более простой проблему оперативного планирования и управления производством.

Номеклатура производства автомеханического завода ПО КамАЗ имеет одно важное отличие: наличие заметного количества детагсей . ремонтного производства. Эти детали составляют примерно 20 процентов от объема выпускаемой продукции, однако приводят к резкому (до 20-25 тысяч неповторяющихся деталей в год) расширению используемых разновидностей техпроцессов. Участки 'такого производства содержат универсальное оборудование (камерные электропечи типа СНО, механизированные печи типа СНЦА, шахтные печи типа СШО, сад,

• - 10 -

СШЦ), а также поточные печи малой производительности (конвейерные, с пульсирующим подом), которые обладают малым временем переналадки с режима на режим. В связи с огромной номенклатурой продукции технологическая документация из-за нехватки времени обычно не составляется, что приводит к повышенному проценту брака и повышенным требованиям к квалификации рабочих.

Система проектирования в этом случае должна обладать не только способностью к дополнению Сазы знаний, но и некоторыми элементами самообучения. Система должна .поддерживать большую базу готовых технологических решений (макетов техпроцессов) и обладать механизмом поиска в базе по аналогу. База знаний должна позволять модификацию в широких пределах не только состава и характеристик используемых материалов и оборудования, но и алгоритмов поиска решения. С одной стороны, это повышает требования к квалификации инженера-технолога, работающего с системой, но с другой - сохраняет механизм принятия решений'за технологом, а не рабочим, обслуживающих! агрегат, документирует техпроцесс, создает возможности для анализа ошибок проектирования и в результате резко снижает вероятность и стоимость ошибок. Надежность же функционирования системы должна быть•обеспечена интеллектуальным механизмом контроля над изменениями в базе знаний и интуитивно понятным механизмом этих изменений.

бакторц, определяющие структуру информации о детали Марка стали и требования по механическим свойствам определяют вид термообработки, последовательность основных и вспомогательных операций и их параметров, как то температура, среда, время нагрева и охлаждения. Однако выполнение заданных операций не гарантирует достижения требуемого качества обработки. Во-первых, требуется учет термических и фазовых напряжений, которые могут

привести к изменению формы детали оа пределы, ' определенные инженером-конструктором, и даже к ее разрушению либо появлению скрытых дефектов. Расчет же тепловых полей и напряжений для.малых деталей возможен, но не дает удовлетворительных результатов из-за сложности формы машиностроительных деталей. Следовательно, встает вопрос о необходимости оценки формы и степени жесткости детали именно исходя из несимметричности тепловых и фазовйх полей. Имеются три пути решения этой проблемы:

- не учитывать при проектировании особенностей геометрии и других характеристик детали,-оставив решение на этап последующего редактирования получившейся документации технологом;

- производить уточнение особенностей в процессе йроектирова-ния в диалоговом режиме;

- разработать классификатор, формализующий описание детали.

Недостатки первого пути очевидны: геометрия детали и другие

параметры оказывают слишком ' большое влияние на технологический маршрут и параметры техпроцесса, чтобы можно было этим пренебречь. Второй путь позволяет существенно повысить 1сачество проектирования, однако требует•глубокой экспертной проработки всех возможных вариантов маршрутов и разработки сложных для изменений и дополнений схем и алгоритмов. (Необходимо, правда, заметить, что такая схема является оптимальной для использования в случае крупносерийного производства. Властности, тленно эта схема была ■ использована при создании и внедрении САПР ТТО на заводе двигателей ПО КамАЗ.) Третья же схема очень сложна на этапе начального формирования базы данных и определения значимых факторов. Для ее создания потребовалось проанализировать номенклатуру и техпроцессы порядка 20000 деталей на пяти разных заводах, сформировать и провести компьютерную обработку полученных массивов статистичес-

• - 12 -

кими методами. В результате удалось получить описание, позволяющее принимать решения на всех без исключения этапах проектирования: при выборе маршрута, параметров термообработки, оборудования; приспособлений, оснастки, детализации техпроцесса с разбивкой по операциям. Кроме того, подобное описание существенно упрощает как изменение, так и дополнение и усложнение алгоритмов проектирования за счет повышения степени формализации и независимости друг от друга различных блоков алгоритмов. Именно эта схема позволяет создать САПР деталей мелкосерийного и единичного производства, например, инструмента. Практически оправданным вариантом' является, конечно же, комбинация, двух последних схем описания детали, причем удельный вес каждого из методов определяется соотношением объемов крупносерийного и мелкосерийного производств.

Итак, для того чтобы начать проектирование техпроцесса, технолог вводит следующую информацию о детали-, марку стали, вес детали, твердость поверхности и сердцевины, тип основного процесса, глубину слоя, наличие защищаемой от науглероживания поверхности, необходимость проведения локальной обработки ТВЧ. Эти сведения технолог берет из чертежа детали, поэтому мы называем их прямыми. Затем он оценивает эскиз детали и вводит косвенные данные, описывающие геометрию детали: группу геометрии, особенности геометрии, пределы допустимой деформации.

■ Следует отметить, что достаточность приведенного формата описания детали для.проектирования обеспечивается разработанной

9

системой группировок и кодировок исходных данных. Например, влияние состава стали на требуемый вид обработки учитывается группировкой марок сталей по следующим свойствам: скорости охлаждения, среды охлаждения, последовательности операций. В тексте диссертации приведены примеры формирования и использования этих группиро-

вок в алгоритме автоматизированного проектирования технологических процессов.

Решение задачи набора технологического маршрута и параметров техпроцесса

Подробные блок-схемы и описания приведены в тексте диссертации. Остановимся коротко лишь на основных моментах и особенностях алгоритма. Наш опыт показал, что при расчете времени насыщения " при химико-термической обработке на машиностроительных заводах на тлеющейся номенклатуре изделий кривую зависимости глубины слоя от времени достаточно аппроксимировать ломаной линией, состоящей из одного-трех отрезков и рассчитывать время исходя из требуемой глубины слоя и скорости процесса, зависящей от химсостава стали, учитываемого соответствующей группировкой. Назначение операций подстуживания и подогрева перед закалкой также удалось поставить в полную зависимость от группировок марок сталей и геометрических характеристик: группы геометрии, особенностей, ограничений конструктора по деформации. При выборе среды охлаждения степень леги-рованности детали определяется кроме состава стали также учетом глубины слоя науглероживания. При выборе типа термообработки проверяются, во-первых, достижение требуемой твердости, во-вторых, ограничения по прокаливаемости, в-третьих, стоимость обработки; возможность проведения изотермической закалки зависит от наличия глухих отверстий, размеров детали, возможности обработки в соответствующем оборудовании. Назначение операций правки и дробеот-руйной обработки также удалось формализовать, используя описание детали с помощью геометрического классификатора. Алгоритм назначения в автоматическом режиме контрольных операций основывается на сформированном списке технологических операций и составе и характеристиках оборудования.

Пример выбора среды охлаждения после цементации

Марка стали Глубина слоя Группа геометрии Требования по деформации Среда эачалки

10,20 БЗ-Б4 холодное масло теплое масло

18ХНВАД2ХНЗА, 12Х2Н4А,20Х2Н4А >1 Г1,ГЗ,Г4 Б1-БЗ горячее масло . теплое масло

20Х,18ХГТ,18ХГН, 25ХГТ.20ХН, 20ХГАД5ХФ <=0.8 >0.8 Г1,Г4 Б1-Б2 Б4 горячее масло холодное масло холодное масло теплое масло

15ХГН2ТА ■ Б1-Б2 горячее масло

теплое масло

Выбор оборудования производится в несколько этапов. Сначала автоматически выбирается положение детали при нагреЕе и охлаждении, подходящий тип оснастки и оборудования, затем происходит ранжирование .оборудования по себестоимости и степени загрузки, проводится проверка ограничений по размеру окна загрузки, наличию и возможности использования необходимой оснастки, после чего технологом выбирается конкретная единица оборудования.

Пример выбора положения детали, типа оборудования и типа приспособлений для деталей первой геометрической группы

Соотношения Особен- Требования Положе- Тип Тип

размеров ности по дефор- ние приспо- обору-

геометрш мации детали соблений дования

Ь<=120,1УС>т>=6 Ь<=120

Ь/С!т>=б а/Ь<=3.5,с>0.15 и0т>=3,01д)2>2

1/Бо<5,0о/1-О<2

П1 П2 ПЗ П4

Б1.Б2

Б1,Б2,БЗ Б1,Б2,БЗ Б1,Б2,БЗ Б1,Б2,БЗ

П

В В В В Г

Г,В

5 Т,КМ,Ш

1,2,7,8 Т,КМ,Ш,ПП,К

5 5 5 5

3,7,8,9 3,7,8,9

Т.КМ.Ш Т,КМ,Ш Т,Ш,Ш Т,КМ,111 Т.КМ.Ш Т.КМ.Ш

Кодировка: Положение детали: В - вертикальное, Г - горизонтальное, П - произвольное; Тип приспособлений: 1 - без приспособлений, 2 - навалом, 3 - сетки, 5 - с отверстием, 7 - короба, 8 -корзины, 9 - корзины с сетками; Тип оборудования: Т - толкатель-ное, КМ - камерное механизированное, Ш - шахтное, ПП - с пульсирующим подом, К - конвейерное.

Алгоритм формирования документации (то есть текстов операций и переходов) очень сильно зависит от выбранного конкретного оборудования, параметров и особенностей проводимой обработки, однако, тем не менее, и его удалось формализовать в степени, необходимой для работы в автоматическом режиме.

!.'.зтод!1»а 1}ормфозагаш класси'|;шагсра

Как показано в предыдущей главе, принятая схема описания геометрии детали позволяет успешно решать поставленные задачи. Необходимость ее разработки объяснялась тем, что известные классификаторы имеют множественные недостатки. Во-первых, в них отсутствует информация о возможных типах, оборудования для обработки, во-вторых, ни в одном из классификаторов не учтено положение детали при нагреве и охлаждении, в-третьих, в имеющихся классификаторах нет оценки жесткости требований по величине допустимой деформации и склонности деталей к деформации и короблению.

Как было показано выше, задача создания геометрического классификатора методами математического моделирования (т.е. "в лоб") на сегодняшний день практически неразрешима. Поэтому бил использован метод "движения от обратного" - анализ готовых решений. Был принят постулат: применяющиеся на заводах схемы обработки.приводят к верным результатам (не допускают брака). Исходя из этого, были проанализированы чертежи обрабатываемых на заводах деталей, по ним определялись разнообразные геометрические факторы, характеризующие деталь, их значения и соотношения, которые сводились в большие таблицы (анализировалось порядка 20-50 геометрических соотношений для каждой детали). Затем определялись факторы, являющиеся значимыми, кореллирующие с «известным результатом: положением детали при нагреве, охлаждении, типом оборудования, оснастки. При этом были использованы комбинации методов

экспертных оценок и статистической обработки с использованием ЭВМ/, причем для упрощения вычислений вначале производился первичный отсев незначимых геометрических факторов, а также определялась корреляция между разными факторами. Необходимо, однако, отметить, что полученная после анализа схема не является строгой из-за сложности тепловых полей и разнообразия конфигураций деталей. Скорее, это очень грубое упрощение, в достаточной мере условное, которое, тем не менее, позволило решить поставленную задачу. Достоверность полученных результатов была обеспечена с точностью, удовлетворительной для практического применения (порядка 90-95 X для крупносерийного производства и 80-85 X для деталей ремонтного производства и инструмента).

Основные параметры классификатора

t

Геометрические группа деталей

Г1 - сплошные цилиндрические тела

Г2 - штампованные из листа и ленты

ГЗ - цилиндрические тела с отверстием

Г4 - цилиндрические тела с отверстием и зубьями

Г5 - плоские тела простой формы, исключая штамповки

Гб - плоские тела сложной формы, исключая штамповки

Г7 - объемные тела простой Формы, исключая цилиндрические

Г8 - объемные тела сложной формы, исключая цилиндрические

Склонность деталей к деформации определяется введением параметров основного и дополнительного факторов жесткости детали. Основной фактор определяет устойчивость тела данной конфигурации при распределении тепловых потоков 'относительно главных осей. Так, для длинномерных цилиндрических деталей это отношение длины к диаметру. Дополнительный фактор жесткости дает качественную оценку влияния некоторых особенностей геометрии на неравномерность распределения температур по сечению и длине детали, на отклонения тепловых полей по главным осям детали от симметричности.

Наличие особенностей деталей, оказывающих влияние на несимметричность тепловых полей, учитывалось введением групп особенностей геометрии деталей, причем определялись "весовые категории", или приоритеты особенностей. Состав их различался для каждой группы геометрии.

Особенности .геометрии деталей группы 1

Особенности геометрии деталей Код группы Приоритет

Наличие шпоночных пазов или П1 2

осевых отверстий

Изменение диаметра сечения П2 3

по длине детали

Наличие зубьев на поверхности, ПЗ 5

если ось зуба не параллельна оси вала Наличие нескольких радиальных П4 4

отвестий

Остальные случаи П5 1

Поскольку несимметричность тепловых напряжений, а следовательно, деформации всегда имеют место быть, конструктором определяется величина допустимой деформации детали. Чем меньше величина допустимой деформации и жесткость детали, тем менее она технологична. Оценка этих требований осуществляется соответствующей группировкой.

Достоинство описанного классификатора заключается не только в том, что он позволяет автоматизировать процесс выбора положения детали при нагррве и охлаждении. Геометрические параметры, описы-вакщие деталь, используются также для выбора типа оборудования и типа необходимой иенлетки, среды охлаждения, формирования списка технологических, дополнительных и вспомогательных операций, определения необходимости и вида межоперационной транспортировки, приспособлений, параметров и периодичности контроля, то есть буквально на всех этапах проектирования.

- 18 -

Реализация алгоритма проектирования

Для обеспечения гибкости системы определяющим фактором является возможность внесения технологом изменений и дополнений в базу знаний программы. Поэтому при создании САПР деталей ремонтного производства была разработана таблично-управляемая логика работы программы, позволяющая осуществлять модификацию алгоритма формирования -технологического маршрута и параметров техпроцесса без изменения программы, т.е. без участия программиста.

Основной идеей построения системы, позволившей снизить время на разработку, уменьшить вероятность ошибок и сложность отладки, а следовательно, позволившей создать более сложную и "интеллектуальную" систему, является разбивка всей системы на множество самостоятельно "живущих" объектов, обладающих некоторыми "свойствами", находящихся в, едином информационном пространстве и содержа/

щих в себе другие объекты. Основными объектами являются: документ, состоящий из информации о детали, макета техпроцесса, списка переходов и оснастки; база знаний и база данных, представляю-'щие из себя таблицы разных, видов и назначений: управляющие, информационные и др.; программные блоки расчетных операций, блоки обеспечения диалога с пользователем и выдачи результатов. Управление всем процессом проектирования осуществляется с помощью специально разработанного языка базы знаний, возможности которого позволяют описать с помощью таблиц алгоритм любой степени сложности, включающий в.себя в'етвления, определение переменных, пользование банком данных, диалог с пользователем, коррекция результатов. (Примеры описания на языке описания таблиц алгоритмов некоторых этапов проектирования приводятся в тексте диссертации.) В

результате удалось полностью отделить технологическую часть прог-

>

раммы, допускающую корректировку технологом, от программной, не

требующей никакой корректировки при настройке на новое производство, и сделать таким образом большой шаг к решению задачи создания универсального пакета САПР ТТО.

Управление производством

Оптимизация управления термическим производством включает в себя фактически две задачи - планирование производства (например, потребности в ресурсах) и оперативное регулирование (например, временное изменение маршрута обработки). Эффективность применения ЭВМ для решения этих задач определяется в основном тремя факторами: мощностью и единством базы данных, охватывающей различные аспекты производства; быстродействием ЭВМ, позволяющем проводить математическое и имитационное моделирование процессов; возможностью непосредственного управления оборудованием й удобством выдачи документации.

Оперативное управление производством

Достаточно показательным примером эффективного решения проблемы оперативного управления служит гибкая автоматизированная система планирования и управления подвесным толкающим конвейером, внедренная на заводе двигателей ПО КамАЗ. Необходимость ее создания определяется неритмичностью поступления деталей в термический це^ массового производства. В методике планирования используется модель дискретной оптимизации, заключающаяся в переборе вариантов решений с минимизацией функции цели и с соблюдением правила максимальной загрузки оборудования. В качестве критерия оптимальности принято суммарное время обработки задолженных деталей при прогнозировании состояния производства на несколько суток вперед после принятия решения.

В основе методики лежит учет и анализ хода производства по

I

каждой детали, информация о количестве и сроках поступления дета-

лей в цех, а также о загруженности оборудования. По величине отклонений от хода производства и времени на их ликвидацию деталям присваивают приоритеты, согласно величине которых формируется очередность запуска на обработку.. Запуск в производство.неприоритетных деталей планируется также с учетом информации о приходе в цех задолженных деталей.

Анализ загруженности оборудования позволяет выявить "узкие" места и запланировать их ликвидацию догрузкой недогруженного оборудования, применением-технологических маршрутов без переналадки и с переналадкой. Принятый критерий минимизации отклонений от плана при прогнозировании хода производства на 2-5 суток вперед и принцип максимальной загрузки оборудования позволяют оптимизировать загрузку оборудования в условиях неритмичной поставки "сырых" деталей из механических цехов.

Описанная методика планирования реализована в виде интегрированного программно-аппаратного комплекса, включающего в себя наряду с программой планирования также программу управления подвесным толкающим конвейером (ПТК), транспортирущим подвески с деталями из механического цеха к оборудованию и затем на сборочное производство. Получаемые в автоматическом режиме данные о наличии деталей, а также информация технолога о состоянии оборудования, плановых заданиях и возмущениях (например, изменения плана, срочная просьба сборочного производства об изготовлении деталей, информация о планируемых ' 'остановках оборудования и необходимости создания заделов) поступают в подсистему планирования, где производится ежесуточное планирование производства, просчитываются варианты ликвидации возмущений и принимаются решения об изменении маршрутов. Результатом работы подсистемы являются ежесуточные графики загрузки оборудования, рассчитанные на основе анализа хо-

да производства и учета возмущений, проверенные прогнозом соотоя-ния производства на оптимальность решения. Эти данные поступают затем в управляющую программу, позволяющую конструировать технологические маршруты с учетом реально изменяющейся ситуации, автоматически отслеживать ход производства и оперативно управлять контроллером ПТК, что -позволяет существенно повысить эффективность использования оборудования.

В диссертации приводятся технические описания модулей системы, структура и состав исходных данных, функциональные схемы и алгоритмы описанной системы, графики хода производства, иллюстрирующие эффективность решений.

Планирование производства

Технологам термического производства приходится решать ряд важных задач, оказывающих влияние на качество и себестоимость обработки. К таким задачам относятся, в частности: анализ мощностей термического и вспомогательного оборудования, позволяющий оплани-(хзвать загрузку оборудования на следующий год, исходя из программы производства и графиков ремонта, заблаговременно выявить и ликвидировать узкие места; расчет потребности в технологически): материалах; расчет потребности в оснастке, оборотного фонда, отслеживание дефицита, учет изготовления и списания; расчет массы загруаки деталей на поддон и площади поверхности садки при химико-термической обработке и ряд других расчетов. В работе описываются алгоритмы программ, реализующих эти фушсции, существенно сокквдаощие аатрлты времени технолога на выполнение необходимых задач и ликвидирующие ошибки в расчетах.

- 22 -выводы

< I - 1. Проведен анализ технологических процессов термической обработки на вайоде двигателей'и автомеханическом заводе''АО КамАЗ, Ижевском машиностроительном; Тутаевском'моторнЬм'й Уральском автомобильном заводах и определены' состав и структура исходных данных для описания детали в САПР ТТО. Определены классификационные признаки разбивки деталей на гр(/ппы геометрйи,' учитывающие форму Летали, ее симметричность, особенности геометрии й жесткость требований конструктора по-деформации.

......2. На 'основе анализа взаимосвязи между признаками детали:

маркой стали, группой и особенностями геометрии, требуемыми свойствами, величиной допустимой деформации и технологическими параметрами определены классификационные группировки признаков деталей, позволяющие осуществить в режиме автоматизированного проектирования выбор схемы технологического маршрута, типа, температуры основного процесса, среды нагрева и охлаждения.

3. Анализ взаимосвязи геометрических характеристик деталей и их положения при :термообработке позволил выявить совокупность признаков'формы, размеров и их характерных соотношений, ответственных за коробление деталей при нагреве и охлаждении. Разработан универсальный геометрический классификатор деталей, позволяющий в автоматизированном режиме осуществлять выбор типа основного оборудования и технологической оснастки.

4. Разработаны, сформированы и внедрены база данных, алгоритмы и программы САПР ТТО, позволяющие осуществить на ПЭВМ выбор технологических параметров процессов термической и химико-термической обработки, а также выбор основного, вспомогательного, до- г полнительного и контрольного оборудования, формировать комплект документов на типовой и единичный технологический процесс.

5. Разработаны и внедрены алгоритмы и программы задач расчета времени нагрева, выбора оптимального маршрута по себестоимости обработки деталей, расчета поверхности садки при химико-термической обработке, расчета расхода энергоносителей,, расчета потребности и учета технологической оснастки, анализа мощностей, контроля за списанием брака, - хранения и систематизации каталогов , и документов, позволяющие сократить время обработки технологической ' документации и повысить качество термической обработки деталей;

6. Разработана модель отеративного планирования и управления затруэкой термического оборудования, позволяющая на основе данных о плановом месячном задании, состоянии склада, сроках поступления "сырых" деталей в термический цех, временив технологии обработки, сведений о технологических маршрутах на основе прогнозирования развития ситуации на несколько суток вперед оптимизировать по заданной функции цели загрузку основного технологического оборудования.

7. Разработаны и внедрены алгоритмы и программы оперативного плгшировании и управления загрузкой, термического оборудования, позволяющий оптимизировать загрузку термических агрегатов, уменьшит!, миякие неравномерности поступления "сырых" деталей на , отклонение хода производства от плана.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Полков В.А., Посталюк Е.И., Ягубов.С.А. Опыт, разработки и эксплуатации САПР,технологии термической обработки производства большегрузных автомобилей//СбОрник тезисов межотраслевой научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы и оОорудов;шие для термической обрг*ботки" Москва, 1991, Научно иеслидоь.чт<-льокий институт ави.-щиот'ой технологии и органива-

- 24 -

ции производства 31 октября - 1 ноября 1991 г. - с.56-58.

' 2. Волков В.А., Трифонова A.A., Рубаковская A.A., Ягубоа С.А. Классификатор деталей для САПР технологии' термической обра ботки//Изв.вув. Черная металлургия. 1989. N1. - с.119-121.

3. Волков В.А., Душина A.A., Ягубов С.А. Методика оперативного планирования эагруаки оборудования термического цеха массового производства//Деп. ВИНИТИ 18 сентября 89 г. - Б924-В89.

4. Волков В.А., Душина A.A., Ягубов С.А. Оптимизация планирования затрат на ремонты термического оборудования//Деп. ВИНИТИ 18 сентября 89 Г. - 5923-В89.

б. Волков В.А., Душина A.A., Ягубов С.А. Автоматизированная система управления ремонтами термического оборудования//Сборнйк тезисов межотраслевой н&учно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы и оборудование для термической обработки" Москва, 1991, Научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства 31 октября - 1 ноября 1991 г. - с.58-59.

6. Ю.Г.Андреев, В.Н.Толстяков, С.А.Ягубов. Математическое прогнозирование неравномерности свойств по сечению крупногабаритных изделий из мартенситно-стареющей стали//Изв. вуз. Черная металлургия. - 1986. - N 6. - с.101-108.

. С/^Ф Г"-

( У

Московский институт стали и сплавов, Ленинский проспект, 4 Заказ Объем - 1 п. л. Тираж 100 экз

Типография МИСиС, ул. Орджоникидзе, 8/9.