Введение. 
Методы и средства построения принципиальной схемы технологического процесса

Формулируются задачи, стадии и исходные данные для проектирования принципиальной схемы технологического процесса (ТП). Приводятся классификация методов автоматизированного проектирования ТП и модель многоуровневого процесса проектирования с выбором рациональных решений. Рассматриваются итерационный алгоритм процесса проектирования на каждом уровне и алгоритм формирования принципиальной схемы ТП.

Общая постановка задачи

Цель проектирования технологических процессов — дать подробное описание операций изготовления изделия с необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. Эта основная проблема проектировщика дополняется последующей задачей внедрения спроектированного технологического процесса на предприятии. В результате составления технологической документации инженерно-технический персонал и рабочие-исполнители получают необходимые данные и инструкции для осуществления спроектированного технологического процесса в конкретных производственных условиях.

Проектирование технологических процессов начинается с анализа технического задания (ТЗ) на проектирование, включающего следующие элементы: рабочий чертеж изделия с техническими условиями или сборочный чертеж узла с условиями приемки, программу выпуска и другие требования.

Процесс проектирования начинается 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, так как оценка должна выполняться при оптимальных или близких к оптимальным значениям параметрах. Если для некоторого варианта структуры технологического процесса, операции или перехода достигнуто обеспечение заданных параметров качества изделия, то процесс синтеза считается законченным. Результаты проектирования оформляются в виде необходимой технологической документации с формированием ТЗ на следующий уровень проектирования. Для каждого варианта структуры составляется модель технологического процесса или его элементов. При автоматизированном проектировании эта модель является математической, она должна быть адекватна объекту в отношении его основных свойств. Анализом модели проверяется выполнение условий работоспособности (например, получение максимальной производительности при обеспечении параметров качества изделия) и принятие решения. По результатам проверки производится параметрическая оптимизация.

Если условия работоспособности не выполняются, то управляемые параметры снова изменяют, и математическая модель анализируется при новых их значениях. В случае повторного невыполнения условий работоспособности переходят к генерации нового варианта структуры или к пересмотру ТЗ.

В целом функциональная структура принципиальной схемы процесса характеризуется последовательностью преобразований изготовляемого изделия из начального состояния на заготовительном этапе в состояния на промежуточных и заготовительных этапах. Это преобразование осуществляется по уровням. Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. На основе одного проектного варианта уровня формируется множество более детальных вариантовго уровня.

В результате проектирования на всех уровнях образуется дерево допустимых вариантов технологического процесса, отвечающих заданным техническим ограничениям (рис. 1). Вершинам дерева соответствуют операции синтеза проектных решений, а дугам — полученные варианты этих решений. Дуги дерева последнего уровня характеризуют проектные варианты заданной степени детализации. Для решения задач многоуровневой оптимизации на iм уровне проектирования получают, следовательно, не единственный оптимальный вариант, а группу вариантов, близких к оптимальному. Среди этих параметров выбирают решение нам уровне проектирования.

При генерации структуры технологического процесса используются различные методы: проектирование на основе типизации и групповой технологии; преобразование процессов-аналогов; многоуровневый итерационный метод; аксиоматический метод и др. (рис. 2).

Рис. 2. Классификация методов автоматизированного проектирования технологических процессов

Проектирование конкретных технологических процессов путем параметрической настройки типового процесса включает в себя две группы проектных операций: поиск в технологическом банке данных требуемого типового процесса и расчет параметров каждой операции (определение норм времени, материальных и трудовых нормативов). Этот метод применяется для типовых изделий. Алгоритмы преобразования процесса-аналога не содержат в готовом виде логические условия выбора операций и переходов (рис. 7.2). Эти условия определяются в результате анализа изделия и ТП-аналога. После того как в технологическом банке данных найдены изделия и ТП-аналоги, проектирование заключается в том, чтобы на основе информационной модели конкретного изделия определить рациональную структуру и параметры процесса его изготовления:

(1).

где — операции преобразования процесса-аналога.

Преобразование осуществляется методами исключения и дополнения структурных элементов в процессы-аналоги на основе выявления различий между конкретными изделиями и изделиями-аналогами.

Метод исключения структурных элементов основан на том, что из графа, описывающего структуру процесса-аналога, исключаются некоторые пути или дуги, соответствующие операциям или переходам обработки отсутствующих у конкретного изделия поверхностей или поверхностей более высокой точности.

Структура конкретного процесса образуется в результате применения разности графов.

(2).

где — множество промежуточных состояний, необходимых для изготовления конкретного изделия;

— множество технологических операций, необходимых для изготовления конкретного изделия.

В результате применения такой операции структура конкретного процесса получается более простой, чем аналога. Преобразование процесса-аналога методом исключения структурных элементов осуществляется установлением технологического подобия состояний изделия-аналога со структурой и параметрами конкретного изделия. Для этого в графе функциональной структуры технологического процесса-аналога выделяются висячие вершины, соответствующие конечным состояниям групп обрабатываемых поверхностей. Если, то операция включается в маршрут обработки конкретного изделия; в противном случае она исключается из маршрута-аналога.

Метод дополнения структурных элементов базируется на присоединении к графу структуры процесса-аналога множества дуг, соответствующих вновь вводимым операциям и переходам по обработке поверхностей конкретного изделия, которые отсутствуют в изделиях-аналогах или имеют более низкую точность. Структура конкретного процесса получается более сложной и образуется в результате операции объединения графов.

(3).

где ;.

В ряде случаев возникают задачи проектирования, когда преобразование процессов-аналогов производится теми и другими методами.

(4)

автоматизированный алгоритм декомпозиция Преобразование процесса-аналога методом дополнения структурных элементов (операций, переходов) заключается в определении вида и количества этих элементов и рациональном их расположение при операций процесса-аналога.