Автоматизация решения задач технологического проектирования

Постоянный технический прогресс, возрастающая конкуренция среди производителей, увеличение номенклатуры выпускаемой продукции во всех типах производств и высокая скорость ее обновления заставляют искать резервы сокращения времени на подготовку производства новых изделий, что обеспечивается конструкторскими, организационными и технологическими мероприятиями. В настоящее время одним из перспективных направлений обеспечения конкурентоспособности предприятия является повышение эффективности ТПП выпускаемых изделий. Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса изделий.

Необходимость повышения эффективности ТПП объясняется еще и тем, что проектирование технологической документации в большинстве случаев значительно более трудоемко, чем разработка конструкторской.

Ощутимое повышение эффективности ТПП по сравнению с существующим уровнем возможно только при выполнении следующих условий:

• • наличия единого информационного пространства для специалистов конструкторской и технологической служб предприятия;
• • повышения скорости разработки и обоснованности планов ТПП;
• • непрерывного контроля их выполнения.

Перечисленные условия реализуются в АСТПП.

Уже в 60-е гг. XX в. предпринимались первые попытки автоматизации ТПП. Однако существовавшая тогда вычислительная техника имела очень ограниченные возможности по быстродействию, объемам оперативной и внешней памяти, не давала возможности работы в интерактивном графическом режиме и т. д. Тогда так же была неразвита и программная составляющая АСТПП.

С появлением широкодоступных персональных компьютеров и рабочих станций стали возможными: обеспечение каждого пользователя индивидуальным автоматизированным рабочим местом; организация вычислительных сетей; работа в интерактивном графическом режиме; электронный обмен данными; организация единых централизованных и распределенных баз данных; решение задач, требующих больших вычислительных ресурсов. Благодаря этому появилась возможность автоматизировать проектирование любых ТП (программы класса САМ (Computer Aided Manufacturing)). Открывшиеся инструментальные и программные возможности активизировали работы по созданию АСТПП (программы класса класса PDM (Product Data Management)).

Более чем за 40 лет были сформулированы и проверены на практике следующие основополагающие принципы построения АСТПП.

• • Системного единства. Элементы АСТПП должны разрабатываться как части единого целого, их функционирование подчинено общей цели. Кроме того, должна обеспечиваться интеграция АСТПП с автоматизированной системой управления производством (АСУП).
• • Декомпозиции. Разделение АСТПП на составляющие (подсистемы) должно быть выполнено по наиболее слабым организационным и информационным связям. Правильная декомпозиция уменьшает сложность системы и облегчает условия ее эксплуатации.
• • Модульности. Все компоненты АСТПП должны представлять собой логически независимые модули, которые могут использоваться как в автономном, так и в комплексном режиме.
• • Совместимости. Все компоненты АСТПП должны обеспечивать возможность их совместного функционирования. Это требует их организационной, информационной и программной совместимости.
• • Открытости. На этапе создания АСТПП невозможно предусмотреть все нюансы и перспективы дальнейшего развития производства, поэтому она должна быть открыта для модернизации и включения в нее новых решений.
• • Стандартизации. В АСТПП должно быть использовано максимальное число унифицированных, типовых и стандартных решений. Это уменьшает затраты на ее создание, повышает надежность функционирования.
• • Эргономичности. Поскольку АСТПП является человеко-машинной системой, следует предусматривать удобство работы се пользователей (правильное разделение функций, удобство и простоту интерфейсов, учет психологических факторов и др.).
• • Ориентации на новые достижения. При создании АСТПП должны использоваться последние научно-технические достижения в области методов ее построения, методов и средств ТПП, организации производства.

Из изложенного, однако, не должен следовать вывод, что весь процесс подготовки производства можно полностью автоматизировать. Действительно, современные возможности рабочих станций и их информационно-программного обеспечения позволяют многократно ускорить и оптимизировать технологические разработки, снизить себестоимость их выполнения, высвободить работников, занятых в технологических службах заводов и проектных организациях. Однако компьютер даже с самым современным программным обеспечением нс может полностью заменить человека: за ним остаются такие творческие действия, как анализ исходных данных, пополнение банка данных, выбор принципиальных решений и метода решения задачи, внесение изменений по ходу проектирования.

Одной из важнейших составных частей ТПП, как уже отмечалось ранее, является проектирование собственно ТП. По возможности необходимо не заниматься разработкой собственных алгоритмов и программ, а стремиться к поиску уже готовых, которые, с одной стороны, отвечают необходимым функциональным требованиям, с другой — уже доказали свою надежность и качество при использовании для других аналогичных изделий или на других предприятиях.

В любом случае — имеется или нет возможность использования напрямую или через адаптацию готовых программ к новому изделию — следует иметь в виду, что проектированию технологии с использованием компьютеризированного рабочего места должна предшествовать четкая постановка задачи, а именно необходимость иметь или создать математическую модель проектируемого процесса в виде аналитических или экспериментальных зависимостей, таблиц. Нужно оговорить возможные ограничения условий поставленной задачи (оборудование, вид заготовки, диапазон имеющихся на станке подач и скоростей резания, возможные методы обработки и пр.). Следует предусмотреть и выделить математические и логические связи этапов решаемой задачи. Во многих случаях сложные явления могут быть представлены аппроксимирующими выражениями. При наличии неявных связей используют зависимости, полученные на основе корреляционного анализа.

Наиболее сложными являются предварительная разработка алгоритма технологического проектирования и составление программы работы компьютера. Алгоритм и программа могут разрабатываться для специального и типового вариантов проектирования. В последнем случае по единой программе решаются задачи, сходные по структуре и последовательности выполнения этапов (проектирование технологии изготовления типовых деталей разных размеров). В компьютер каждый раз вводятся исходные данные и ограничивающие условия. Основные этапы автоматизированного проектирования технологии на компьютере приведены на рис. 23.11.

Рис. 23.11. Основные этапы разработки технологического процесса с помощью компьютера.

Разработка алгоритмов наиболее проста при выполнении расчетов по формулам, дающим вполне определенный конечный результат.

Более сложным является алгоритм расчета траектории движения инструмента или припусков и промежуточных размеров при обработке. В качестве исходной информации используют следующие данные: чертеж детали с техническими требованиями; метод получения, точность и качество поверхности заготовок; установочные базы; тип приспособления; технологические маршруты обработки элементарных поверхностей; вид и место термической обработки в структуре ТП обработки элементарной поверхности. Укрупненная блок-схема алгоритма расчета припусков и промежуточных размеров наружной поверхности детали типа тела вращения приведена на рис. 23.12.

Рис. 23.12. Блок-схема алгоритма расчета припусков на обработку и промежуточных размеров.

Опыт использования ЭВМ для проектирования ТП обработки резанием показал, что трудоемкость снижается в 10−15 раз, себестоимость в 2−4 раза по сравнению с обычными методами проектирования; оптимизация станочных операций повышает производительность обработки на 20−30% и снижает ее себестоимость на 10−15%.

В заключение отметим, что автоматизация разработки ТП не может быть оторвана от других мероприятий. Если предприятие использует устаревшие технологии и оборудование, не обладает или не стремится к созданию АСУП, трудно ожидать большого эффекта от процессов компьютеризации. Руководство предприятия должно быть готово к затратам на создание АСУП и приобретение современного оборудования.