Алгоритмы проектирования технологических процессов

Трудности автоматизации проектирования технологических

процессов связаны с тем, что задачи ТПП не имеют в настоящее вре- мя формальных методов решения.

Для современных разработок в области технологии машино-

строения характерны:

1 отсутствие строгих аналитических зависимостей;

* сложная логика суждений, сложная взаимосвязь и взаимное

влияние отдельных задач;

3 наличие огромных информационных потоков и большого числа составных элементов технологии (станки, СТО, режимы и др.).

При «ручном» проектировании технолог выбирает оптимальный процесс при сравнении нескольких вариантов процессов по опреде- ленным критериям.

Автоматизация решения задачи проектирования технологиче- ского процесса требует наличия аналитических зависимостей, отра- жающих количественную, а не качественную сторону процесса про- ектирования. С этой целью проводится формализация, т.е. процесс, обеспечивающий возможность создания универсальных алгоритмов и программ относительно начальных и конечных условий.

Под начальными и конечными условиями в данном случае по-

нимаются:

1 форма и размеры детали;

2 характер производства;

3 характеристики оборудования и СТО.

Формализация задачи превращает процесс технологического

проектирования из процесса рассуждений и построения аналогий в процесс строгого расчета. При этом форма образования технологиче- ского процесса может быть выражена с помощью аппарата математи- ческой логики, содержание технологических процессов описано сред- ствами теории множеств, а качественные отношения представлены количественными зависимостями с помощью логических функций.

Задачи, решаемые технологом при проектировании технологи-

ческих процессов можно свести в две группы:

* Группа расчетных задач, которые легко формализуются (рас-

чет режимов резания, припусков, норм времени и т.д.)

2 Группа логических задач, которые сложно или вообще не формализуются (выбор метода обработки, типа оборудования, схемы

базирования и др.)

Задачи второй группы объединяет отсутствие в технологии ма- шиностроения формальных методов решения (не установлены функ- циональные соотношения, позволяющие формально получать реше- ния с учетом исходных данных).

Трудность формализации объясняется тем, что в технологии машиностроения эмпирические зависимости количественных отно- шений выражаются громоздкими таблицами, либо эмпирическими формулами, не охватывающими различных условий производства.

Поэтому необходимо проведение теоретических и эксперименталь- ных исследований, с использованием методов математического ана- лиза и статистики, что повышает точность расчета параметров и уменьшает загрузку на ЭВМ, устанавливающих зависимости, между производительностью, точностью обработки (качеством поверхно- стей) и режимами резания для различных условий обработки.

Формализация процессов технологического проектирования связана с описанием количественных связей информационной струк- туры детали с технологическими особенностями ее обработки. Между конструкцией, геометрической структурой и структурой технологиче- ского процесса существуют объективные связи. (Геометрическая структура деталей предопределяет методы достижения требуемой точности, выбор технологических и измерительных баз, последова- тельность обработки элементарных поверхностей деталей и их изме- рения, межоперационные размеры, припуски и допуски и т.д.) Чтобы получить полное описание геометрии машиностроительной конст- рукции, необходимо описать ее структуру, форму, размеры и взаим- ное расположение отдельных ее элементов.

Для этого нужно представить весь набор типовых решений и ус- ловий, при которых может быть принято каждое из них, в формаль- ном виде. Тогда процесс выбора сводится к проверке соответствия исходных данных и условий применяемости типового решения. При выполнении всех условий соответствующее типовое решение прини- мается.

 

7.8. * Логические операции и построение маршрутов обработки

Деталей

При построении маршрутов обработки деталей на базе типовых

решений необходимо определить группу деталей, наиболее распро- страненных на предприятии. Для этого можно использовать «Класси- фикатор промышленной и сельскохозяйственной продукции». В каче-

стве классификационных признаков приняты:

1 геометрическая форма детали;

2 конструктивная характеристика отдельных элементов детали;

3 взаимное расположение элементов детали;

4 параметрический признак;

5 наименование детали и ее функция.

Геометрическая форма наиболее объективный признак, т.к. ха-

рактеризует деталь независимо от ее функции. Важным показателем

является параметрический признак. В зависимости от отношения L/D

выделяются «длинные» и «короткие» детали.

Все детали можно разделить на 2 класса: класс *0 «Детали - те- ла вращения» и класс 50 «Детали, кроме тел вращения». Класс делит- ся на подклассы, группы, подгруппы и виды и обозначается на ука- занных четырех уровнях цифрами от * до *.

При автоматизации проектирования маршрутов нужно макси- мально укрупнять группы деталей, сохраняющих типовые особенно- сти технологии изготовления. Анализ классификатора продукции по- казывает, что наиболее целесообразным является объединение дета- лей в типовые группы на уровне подклассов.

Некоторые подклассы можно объединять. Для деталей «тела вращения» можно выделить три типовые группы, объединяющие

около 67% всех деталей:

1.            Валы, оси, стержни и вал-шестерни - *6,5%; 2. Диски, колеса, кольца, зубчатые колеса - 26,5%; 3.      Втулки, цилиндры - 24%.

Соотношения типов деталей зависят характера производства. Для различных предприятий они могут существенно отличаться. По- этому при выборе деталей для первоочередной автоматизации проек- тирования маршрутов необходимо анализировать условия производ- ства предприятия.

При построении маршрутов обработки деталей на базе типовых решений необходимо учитывать, что типизация предусматривает соз-

дание   для группы   деталей с общими   конструктивно-

технологическими признаками маршрута, характеризуемого единст- вом содержания и последовательности операций и переходов. Типо- вой технологический процесс учитывает способ получения заготовки, последовательность обработки, выбор оборудования и т.д.

Важной задачей является разработка обобщенного маршрута, включающего многообразие обобщенных операций для изготовления деталей класса. Эти операции характеризуются едиными алгоритмами проектирования и вводятся в качестве возможных готовых вариантов решений при автоматизации проектирования маршрутов. Обобщен- ный маршрут получается при объединении маршрутов обработки де- талей, входящих в класс. При объединении индивидуальных техноло-

гических маршрутов М1, М2,..., Мi,..., Мn (где *=1, 2,..., n - номер ин-

дивидуальных маршрутов) для деталей определенного класса полу-

чим обобщенный маршрут Мо (МiÌМо).

Каждой операции индивидуального технологического маршрута

можно присвоить цифровой или буквенно-цифровой код, например

Оi. Он должен содержать информацию о виде и особенностях обра-

ботки, размерные и точностные характеристики и т.д. Используя коды

операций, каждые индивидуальный маршрут можно формально пред- ставить в виде графа, вершинами которого являются коды операций, а дуги, соединяющие вершины, показывают последовательность вы- полнения операций. Условием включения индивидуального маршрута

в обобщенный является наличие области пересечения (Мi и Mj), как

не пустого множества

*i I M j¹ 0

Количество операций с одинаковыми кодами представляет собой

мощность пересечения множеств операций индивидуальных маршрутов

 

 

Мощность пересечения множества операций в обобщенном маршруте нужно увеличивать, т.к. при этом мощность обобщенного

n

маршрута Mo U Mi уменьшается. ЗначенияМпер иМо служат ори-

i1

ентиром для анализа уровня типизации. Таким образом, обобщенный

(типовой) маршрут - это множество индивидуальных маршрутов, представленных кодами своих операций.

Обобщенный маршрут формируется следующим образом. Рас-

сматривается каждая операция базового маршрута Мi и присоединяе-

мого Mj. При совпадении кодов операций ОMi и ОMj в обобщенный

маршрут включается одна из них со своим кодом. Вставляемые не-

совпадающие операции занимают отдельное место в обобщенном маршруте, т.е. в сформированном обобщенном маршруте не должен нарушаться порядок следования операций любого из объединяемых индивидуальных маршрутов. Полученный обобщенный маршрут яв- ляется базовым, к которому аналогичным образом присоединяется

следующий индивидуальный маршрут Мк. Далее присоединение осу-

ществляется аналогично по всем деталям группы.

Выбор типовых технологических процессов из обобщенного маршрута производится на основе анализа конструктивно- технологических признаков детали и их сравнения с признаками, оп- ределяющими выбор отдельных операций.

Для деталей класса «валы» используются следующие конструк-

тивно-технологические признаки:

1 вид заготовки;

2 точность обработки;

3 шероховатость обработки;

* вид термообработки;

5 точность вспомогательных поверхностей;

6 наличие и вид ступеней;

7 наличие и вид осевых отверстий;

8 наличие и вид дополнительных отверстий;

9 наличие и вид резьбы;

10 наличие и вид шлицев на наружных поверхностях вала;

1* наличие и вид шпоночных пазов;

12 наличие лысок и граней;

13 наличие шлицев, шпоночных пазов и граней в осевых отвер-

стиях;

14 характер зубчатой поверхности;

1* модуль зубчатой поверхности;

16 степень точности зубьев; 17 серийность.

Каждый признак *j может иметь несколько значений

Aj = < aj1, aj*,..., a*i,..., aj*,>,

где aji - идентификатор определенного значения признака Aj.

Для определения значений признаков их необходимо закодиро-

вать цифрами от 0 до 9.

На основе обобщенного маршрута с учетом состава конструк-

тивно-технологических признаков деталей класса «валы» необходимо выбрать типовые операции и найти их место в маршруте.

Наименование операции определяется по содержанию. Для од- нозначности назначения операций они сопровождаются кратким од- нозначным описанием. Формулировки операций используются при нормировании и определении разряда работ.

Все типовые операции кодируются. Система кодирования может быть различной, главное - обеспечить упрощение составления алго- ритмов проектирования маршрутов и операций. В частности может быть принят трехзначный код (первая цифра - код типа оборудования в соответствии с классификацией моделей станков, а две следующие цифры - номер операции в обобщенном маршруте). Такое кодирова- ние позволяет использовать первую часть кода при выборе оборудо- вания, а вторую часть - при контроле последовательности выбирае- мых типовых операций обобщенного маршрута.

Для построения алгоритмов выбора типовых решений по опре- деленному числу признаков выбора этих решений используются таб- лицы соответствия (таблицы выбора решений). Каждая выбираемая операция технологического процесса конкретной детали связана с ее конструктивно-технологическими признаками. Причем одни опера-

ции могут быть связаны с одним значением признака ajl, а другие - с

несколькими.

На основе анализа технологических процессов изготовления различных деталей класса «валы» формируется таблица выбора типо- вого маршрута (табл.7.2), в которой в качестве типовых решений сле- ва указываются ранее сформированные коды операций, в справа - ло- гические условия выбора решений в виде возможных признаков дета-

ли А*, А2,..., А1*.

 

Алгоритм выбора маршрута типового технологического процес- са на детали класса «валы» может быть описан в виде последователь- ности операторов (рис.7.*3). После ввода данных в компьютер произ- водится формирование строки конструктивно-технологических при- знаков детали в виде массива МД (оператор *).

Далее происходит вызов в оперативное запоминающее устрой- ство (ОЗУ) обобщенного маршрута (массив МТ), хранящегося на магнитном диске. Рассматривается первая строка обобщенного мар- шрута I=1 (оператор 5), для которой последовательно сравниваются

одноименные признаки этой строки Аj и признаки массива МД. В

случае, если А* включает соответствующий признак детали ajl (опера-

тор 7), то благодаря операторам 8, 9 производится переход к следую-

щему признаку этой же строки и выполняется аналогичная проверка. Цикл повторяется до тех пор, пока не будут проверены все 17 призна- ков рассматриваемого обобщенного маршрута. Если в строке массива

МТ для отдельного признака Аj не указаны кодовые значения, что оз-

начает отсутствие влияния рассматриваемого признака на выбор ана-

лизируемой i-ой операции, то в этом случае также производят пере- ход к следующему (j+1)-му признаку. При выполнении вышеописан- ного условия соответствия строки признаков детали и строки рас- сматриваемой i-ой операции последняя принимается и запоминается (оператор 10) при формировании кодов операции КОР.

Если условие соответствия Aj=a*l не выполняется для какого-

либо признака, то происходит переход к следующей (i+1)-ой строке

(операции) массива МТ (операторы *1, *2).

Процесс выбора кодов операций КОРj выполняется до тех пор,

пока не будут рассмотрены все К строк массива МТ. Далее по кодам

операций КОРj выбираются их формулировки (оператор *3), которые

могут выводиться на монитор для анализа результатов проектирова-

ния (оператор 14) или для печати технологического маршрута на ПУ (оператор 1*).