Автоматизация технологического проектирования. Основные задачи и модели автоматизации технологического проектирования

В технологическом проектировании решаются задачи по всем технологическим процессам – от получения заготовки до приемки собранных изделий, но особое внимание уделяется этапам механической обработки заготовок и сборки изделий, поскольку эти процессы наиболее трудоемких (на них приходится 60…80% всей трудоемкости изготовления изделий) и являются определяющими во всем цикле производства машин.

При автоматизации проектирования технологических процессов учитывают характер и взаимосвязи факторов, влияющих на построение технологического процесса и определяющих заданное качество изготовляемых изделий и экономическую эффективность.

Проектирование технологического процесса включает в себя ряд иерархических уровней: 1) разработку принципиальной схемы технологического процесса, представляющей последовательность этапов (укрупненных операций); 2) проектирование технологического маршрута обработки детали ( или сборки изделия); 3) проектирование технологических операций; 4) разработку управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Иерархический уровень определяет степень детализации получаемых описаний технологического процесса.

В зависимости от особенностей изготовляемого объекта и условий проектирования технологические процессы подразделяются на единичные, типовые, групповые. Единичные технологические процессы устанавливают на изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства; типовые – на группу изделий с общими конструктивными признаками; групповые – на конструктивно и технологически сходные изделия.

При проектировании технологических процессов обработки исходными данными являются: рабочий чертеж детали; технические условия на ее изготовление; годовая программа выпуска изделия, в состав которого входит деталь.

Принципиальная схема технологического процесса выражает состав и последовательность этапов (укрупненных операций) обработки и сборки изделия. Проектирование операций включает: 1) определение состава технологических переходов, планов или маршрутов обработки поверхностей; 2) последовательности выполнения переходов обработки разных поверхностей; 3) расчет технологических параметров (припусков, режимов резания, норм времени, погрешностей обработки и т.д.). В проектирование технологического процесса входит также выбор заготовки, баз, оборудования, технологической оснастки (приспособлений, инструмента и др.).

На каждом уровне процесс технологического проектирования представляется как решение совокупности задач. Начинают проектирование с синтеза структуры по ТЗ. Исходный вариант структуры генерируется, а затем оценивается с позиций условий работоспособности, например, обеспечение заданных параметров качества изделия. Для каждого варианта структуры предусматривается оптимизация параметров. Если для некоторого варианта структуры технологического процесса, операции или перехода достигнуто обеспечение заданных параметров качества изделия, то синтез считается законченным. Результаты проектирования выдаются в виде необходимой технологической документации. Для каждого варианта структуры разрабатывается модель технологического процесса или его элементов. Анализом модели проверяется выполнение условий работоспособности, например, получение требуемой производительности при обеспечении параметров качества изделий. Если условия работоспособности не выполняются, то изменяют управляемые параметры, например, режимы резания (глубину резания, подачу или скорость резания), и модель анализируется при новых значениях параметров. Если при этом условия работоспособности не выполняются, переходят к генерации нового варианта структуры или пересмотру ТЗ.

При автоматизации технологического проектирования находят применение как структурно-логические, так и функциональные математические модели. Структурно-логические модели при технологическом проектировании согласно ГОСТ 14.416 – 83 подразделяют на табличные, сетевые и перестановочные, определяемые строками булевой матрицы. Табличная модель описывает одну конкретную структуру технологического процесса. Сетевая модель описывает множество структур технологического процесса, отличающихся количеством и составом элементов структуры при неизменном отношении порядка. Перестановочная модель описывает множество структур технологического процесса, отличающихся количеством и составом элементов структуры при изменении отношения порядка.

Эти модели представляются в виде графа, который определяет состав и последовательность (маршрут) выполнения этапов, операций, переходов и рабочих ходов при обработке или сборке изделия. Вершины графа соответствуют элементам технологического процесса (этапам, операциям, переходам, рабочим ходом), а ребра или дуги графа характеризуют последовательность выполнения элементов технологического процесса А_к.

Рассмотрим матрицу (рис. 18), в которой S_i – класс моделей, характеризуемый набором условий F_i. Здесь F_g – условие, определяющее маршрут операций (переходов) технологического процесса А_к (F_g = 1 – маршрут, представленный в виде графа (простая цепь), F_g = 0 – в противном случае); F_n – условие, определяющее маршрут операций и переходов процесса по количеству элементов а_t, а_t Î А_к (F_n = 1 – количество элементов а_t в маршруте постоянно, F_n = 0 – в противном случае); F_λ – условие, учитывающие отношение порядка элементов а_t (операций, переходов) в технологическом процессе, a_t Î A_k (F_λ = 1 – отношение порядка не меняется, F_λ = 0 – в противном случае); F_a – условие, учитывающее состав (характер) элементов a_t (операций, переходов) в технологическом процессе, a_tÎA_k (F_a = 1 – состав одинаков, F_a = 0 – в противном случае). Например, F_a = 0 – если строгальная операция заменена на фрезерную или при сборке вместо операции запрессовки производится операция склеивания.

На основании вышеизложенного можно отметить, что в матрице (см. рис. 18) модели класса S₁ называют табличными. В табличной модели каждому набору условий соответствует единственный вариант проектируемого объекта А_к – технологического процесса или его элементов. Поэтому табличные модели используют для поиска стандартных, типовых или готовых проектных решений. Сетевые и перестановочные модели применяют для получения типовых, унифицированных и индивидуальных проектных решений. Наличие принимаемых проектных решений позволяет их оптимизировать. Модели классов S₂, S₅, S₇, S₈, S₁₁ называют сетевыми. Структура элементов сетевой модели описывается ориентированными графами, не имеющими ориентированных циклов. Модели классов S₃, S₄, S₆, S₉, S₁₀, S₁₂ называют перестановочными.

Функциональные модели отражают физические процессы, протекающие в технологических системах (например, в функционирующем оборудовании, инструменте, приспособлении и обрабатываемой заготовке). При технологическом проектировании наиболее распространены дискретные модели, переменные которых дискретны, а множество решений счетно. В большинстве случаев при проектировании технологических процессов используют статистические модели, уравнения которых не учитывают инерционность процессов в объекте.

По форме связей между выходными, внутренними и внешними параметрами при обработке или сборке изделий различают модели в виде систем уравнений (алгоритмические модели) и модели в виде явных зависимостей (например, параметров точности от режимов резания) выходных параметров от внутренних и внешних (аналитические модели).

Математические модели применяются в проектных процедурах анализа и оптимизации. В качестве критериев оптимальности при технологическом проектировании используют приведенные затраты, технологическую себестоимость, штучную, цикловую и технологическую производительность, штучное время, оперативное и основное время, вспомогательное время и др.

Наиболее типичными технологическими задачами при использовании функциональных моделей являются: 1) нахождение наилучшей последовательности выполнения технологических переходов или рабочих ходов; 2) объединение переходов для одновременного выполнения и распределения их по позициям оборудования и нахождение определенной очередности выполнения переходов; 3) определение оптимального маршрута обработки поверхности с оптимизацией параметров обработки; 4) оптимизация параметров обработки или сборки при выполнении технологического перехода или рабочего хода.

Список литературы

1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 336 с.

2. Норенков И.П. Разработка САПР. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. – 208 с.

3. Разработка САПР. В 10 кн. Учебн. пособие для втузов/ Под ред. А.В. Петрова. – М.: Высш. шк., 1990.

4. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. Учебн. для втузов. – М.: Высш. шк., 1990. – 335 с.

5. Справочник по САПР/ Под ред. В.И. Скурихина. – К.: Техника, 1988. – 375 с.

6. Корячко В.П., Курейчик В.М., Норенков И.П. Теоретические основы САПР. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 398 с.

7. Прохоров А.Ф. Конструктор и ЭВМ. – М.: Машиностроение, 1987. – 272 с.

8. Разработка САПР. В 9 кн. Учебн. пособие для втузов/ Под ред.И.П. Норенкова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1986.