Системологические модели технологических процессов.

Методическое обеспечение автоматизированного проектирования строится на базе теории технических систем. Поэтому представляется необходимым использовать аппарат этой теории для формализации основных понятий и принципов автоматизации проектирования технологических процессов.

Системой называется совокупность конечного множества взаимосвязанных элементов, выделенная из среды и взаимодействующая с ней как единое целое. Между элементами Е системы существуют определенные отношения R, связывающие их в систему. Отношением называется взаимосвязь или взаимодействие двух и более элементов. Структура системы — это совокупность ее элементов и отношений между ними: Str = <Е, R>.

Элемент и система представляют собой относительные понятия: элемент может одновременно являться системой меньших размеров, а система — быть элементом большей системы.

Модель производственной системы представляет собой следующую тройку подсистем:

(4)

 

где I — изделие, т.е. объект труда;

R — ресурсы, т.е. материалы и средства труда;

О — технология, т.е. последовательность операций, преобразующих исходные материалы в изделие.

Производственные ресурсы представляют следующую четверку:

 

(5)

 

где S — исходные материалы (заготовки);

К — комплектующие, т.е. полуфабрикаты;

М — технологическое оборудование, т.е. станки, аппараты, транспортные средства, склады и т.п.;

Т — технологическая оснастка, т.е. приспособления и инструменты.

Подсистемы M и T в совокупности носят название средств технологического оснащения (СТО): МТ= <М, Т>.

При имитационном моделировании производственных процессов операции О, использующие соответствующие ресурсы R, развертываются во времени, формируя действия D.

Для проектирования технологических процессов необходимо установить соответствие между конструкторскими и технологическими элементами.

По виду элементов системы делятся на два класса: типа «объект», элементами которых являются предметы; типа «процесс», элементами которых являются действия (операции).

В таблице 3 приведена иерархическая классификация конструкторских и тех­нологических элементов. Здесь под элементом формы понимается ограничен­ная поверхность или совокупность смежных поверхностей, выполняющих оп­ределенную конструктивную или конструкторско-технологическую функцию.

 

Таблица 3 - Иерархическая классификация конструкторских и технологических элементов

 

Уровень Конструкторский элемент Технологический элемент
Элемент формы Переход
Комплексный элемент Позиция
Конструктивная часть Установ
Деталь Операция, технологический процесс обработки
Сборочная единица Технологический процесс сборки

 

К числу основных элементов формы относятся такие распространенные компо­ненты, как цилиндрические и конические ступени наружных поверхностей вра­щения и отверстий. Они образуются смежными торцовыми и цилиндрически­ми (коническими) поверхностями и служат в качестве привалочных и посадоч­ных поверхностей в конструкциях механизмов. Конструкторско-технологическое назначение имеют такие дополнительные элементы формы, как фаски, зарезьбовые проточки, канавки для выхода шлифовального круга и т.п. Для обработки этих элементов формы используются переходы точения, сверления, растачивания и т.п.

Элементы формы, для обработки которых используются однотипные пере­ходы, например токарные или сверлильно-расточные, объединяются в комп­лексные элементы (многоступенчатые наружные поверхности вращения, от­верстия и т. п.). На станках с ЧПУ циклы перемещений инструмента, реали­зующие переходы обработки комплексных (конструкторско-технологических) элементов, как правило, начинаются и завершаются в определенной позиции.

Под конструктивной частью в большинстве случаев понимается совокупность комплексных элементов, расположенных на одной из сторон детали и обраба­тываемых с одного установа ее на станке.

Понятия детали и сборочной единицы, а также операции и технологическо­го процесса имеют общепринятое стандартное смысловое значение. При обра­зовании детали как системы элементов используется отношение смежности (пе­ресечения или касания) поверхностей, формирующих эти элементы. Сбороч­ная единица как система, состоящая из деталей, формируется с помощью свя­зей, представляющих собой разъемные и неразъемные соединения (таблица 4).

Отношения, связывающие в системы элементы типа «процесс», носят вре­менной характер. Различают последовательный, параллельный и параллельно-последовательный типы отношений.

Таблица 4 -Классификация отношений в конструкторских и технологических системах

 

Конструкторская система Технологическая система
элемент отношения элемент тип отношения
Деталь Сборочная единица Смежность Соединение разъемное Соединение неразъемное Переход Операция Последовательный Параллельный Параллельно-последовательный

 

Как было отмечено выше, структура, характеризующая внутреннюю организацию технической системы, представляет собой совокупность элементов и отношений между ними. В таблице 5 приведены типы простейших бинарных отношений, связывающих два элемента. В общем случае отношение может связывать более двух элементов. Отношение, связывающее n элементов, называют n-арным и обозначают Rn. Математическая модель структуры технической системы называется реляционной системой, или просто моделъю. Носителем модели В= <Е, R1sn,..., Rnsn > называется множество Е, на котором определены отношения Risi, i = 1, 2, ..., п; множество Ris1, ..., Rnsn называется сигнатурой модели. Например, при si — 2 имеем бинарные отношения (ат, аn) е R2 , при si = 3 — тернарные (al, ат, ап) е R3 и т.д.

Во множестве моделей устанавливается отношение эквивалентности, называемое изоморфизмом. Изоморфизм двух моделей Вс= <Ec, R1s1, ..., Rnsn > и Bd= <Ed, T1s1, ..., Tksk> есть взаимнооднозначное соответствие между носителями систем f: Еc ** Ed, при котором любому отношению Risi взаимно однозначно соответствует отношение Tjsj такое, что si = rj и (ek1 , еk12, ..., еksi) 6 Е ЛRis тогда и только тогда, когда кортеж (f(ek1),f(ek2), ...,f( еksi)) е Tjrj. Так, модель B1 = <{(е1), (е2)}, {(е1, е2), (е3, е3)}> изоморфна модели В2 = <{(b1), (с1)}, {(с1,b1), (b1, b2)}>, так как существует отношение f= {(е1, с1), (е1, b1), (е3 , b2)}.

 

Таблица 5 - Классификация методов проектирования

 

Унификация Тип проектирова­ния Структура Знание Рабочий проект
Типоразмерная Типовое Типовая Str=<E,R> Str'= <E',R'>
        Множество типовых структур S=Str Str'= S
Модификационная Групповое Групповая Str=<E,R> Str'=<E',R'> E' = E,R' = R
        Множество групповых структур S=Str Str'=S Str'= <E',R'>E' = E, R' = R
Межтиповая Ориги-нальное Множество типовых элементов E=ei Str'= <E',R'>E' = E

 

Различают три вида унификации: типоразмерную, модификационную и меж­типовую. Типоразмерная унификация применительно к техническим системам класса «объект» реализуется через типоразмерные ряды изделий, а применительно к системам класса «процесс» — через типовые технологические процессы. Изделия, входящие в один типоразмерный ряд, имеют изоморф­ные модели своих структур. Отличаются они параметрами своих элементов и связей между элементами. При этом проектирование, которое целесообразно называть типовым, сводится к выбору из нормативно-справочной базы САПР структуры нужного типоразмерного ряда и расчету параметров с помощью соот­ветствующей базы знаний.

Применительно к технологическим процессам под типовыми часто понима­ют процессы, имеющие различную структуру, составленную из элементов од­ного множества. С точки зрения предлагаемой строгой математической форма­лизации, типовыми следует называть процессы, имеющие эквивалентную струк­туру и отличающиеся только своими параметрами, например параметрами и режимами обработки, нормами времени и т.п. Такой подход не противоречит стандартному определению типового технологического процесса как процесса изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологически­ми признаками. Часто при конструировании или технологическом проектировании имеется возможность выбора типового решения из некоторого множества.

Модификационная унификация реализуется при конструировании через агрегатированные и конструктивно унифицированные ряды, а при технологическом проектировании — с помощью унифицированных (групповых) технологических процессов. Используемый при этом метод проектирования целесообразно назвать групповым. При групповом проектировании структура проектируемого объекта или процесса ищется как подструктура в некотором пространстве допустимых структур. В простейшем случае такое пространство соответствует комплексной детали, сборочной единице или комплексному технологическому процессу и содержит все возможные элементы. В более общем случае это пространство может не соответствовать ни одному реальному объекту или процессу. Для поиска проектного решения возможен выбор одного из подпространств.

С математической точки зрения, структура спроектированного таким образом объекта или процесса является подграфом графа пространства структур, использованного при проектировании.

Оригинальное проектирование ведется на основе межтиповой унификации, т.е. с использованием унифицированного набора элементов. Посредством установления связей между выбранными элементами синтезируется структура оригинального изделия или единичного технологического процесса. Параметры элементов и связей устанавливаются, как и ранее, автоматически или автоматизированно. Оригинальное проектирование ведется в нисходящем направлении от общего к частному. На каждом уровне проектирования предпринимаются попытки использовать унифицированные элементы. В отсутствие такой возможности прибегают к оригинальному проектированию.

Возможно использование комбинированных методов проектирования, когда модель структуры объекта или процесса формируется с помощью типового или группового методов. Доработка полученной основы проводится с применением оригинального проектирования. Аналогичный подход используется при модифицировании существующего проекта для применения его в новых условиях.

Назад

Модуль принятия решений проектирования операционного ТП Этот модуль предназначен для назначения переходов обработки отверстий цилиндрических гладких сквозных и глухих с произвольным дном с квалитетами диаметров не точнее 7 и шероховатостью поверхности Ra не ниже 0,6 мкм при условии отсутствия отверстия в заготовке и использования стержневого инструмента (сверл, зенкеров, разверток). Выбор последовательности переходов зависит от размера диаметра, а также от его квалитета и шероховатости. Переходы обозначены своими номерами из технологической базы. Кроме этого вычисляется обрабатываемый размер с учетом необходимых припусков на последующую обработку.

Например, отверстия диаметром не менее 3...6 мм 13-го квалитета обрабатываются сверлением, а диаметром 30...50 мм 7-го квалитета сверлятся сверлами диаметром 25 мм, а затем рассверливаются, выполняется получистовые и чистовые зенкерование и развертывание. Модуль инженерных знаний для формирования всей последовательности переходов применяется циклически до тех пор, пока признак окончания не примет значение 1.

На основании полученных данных формируется запрос к базе данных режущего инструмента. Технологу на экран выводится информация об инструменте, который может быть использован для выполнения перехода. При наличии инструмента он выбирает один из допустимых, а при отсутствии формирует запрос на его проектирование. Данные инструмента присоединяются к полученным ранее и используются для расчета режимов обработки. Этот расчет проводится с помощью баз знаний, построенных также на модулях инженерных знаний.

На этом заканчивается проектирование технологии обработки одного элемента формы. После завершения подобных проектных процедур для всех элементов формы проводится упорядочение последовательности переходов по приоритетам. Технолог может управлять этим процессом, редактируя приоритеты по своему усмотрению. В итоге формируется законченный операционный технологический процесс.