Лекции по "Машинам и технологиям высокоэффективных процессов обработки"

 

Суть проблемы гибкой производственной системы:

1. создание автоматов с различными производственными функциями;
2. создание системы управления производством в целом и автоматическими линиями и их элементами на общей методологической основе;
3. автоматизация технологии проектирования.

Решение этих задач требует  автоматизации всех работ подготовительного  и производственного цикла.

При построении гибких производственных систем (ГПС) должны быть выдержаны  следующие принципы:

сокращение времени  подготовки производства;

универсальность системы  автоматизированного проектирования и процесса управления процессами изготовления, т.е. способность автоматизированных систем (АС) получить результаты решения независимо от производственных ситуаций;

использование многоцелевых средств изготовления, обеспечивающих высокую скорость изготовления при  заданном качестве;

минимизация времени  перемещения изготавливаемо продукции между рабочими местами при транспортировании  и складировании;

обеспечение высокой  точности перемещения и установки.

При разработке системы  проектирования технологии машиностроения должны быть учтены следующие условия их функционирования:

• конструкция изделия часто не имеет аналогов и характеризуется  сложной формой и высокими требованиями к качеству;
• этапность  технологической подготовки производства : анализ конструкции с точки зрения ее изготовления и оптимизации технологии, получение проекта технологии , моделирование изготовления;
• изменение номенклатуры изделий;
• изменение структуры ГПС;
• изменение режима выпуска изделий.

Система автоматического  проектирования (САПР) должна обеспечивать:

• получение проекта для различных (включая новые) конструкторских решений, которые можно осуществить средствами ГПС;
• функционирование на различных этапах ПП (анализ чертежей конструкции, моделирование изготовления, отработка технологических звеньев предприятия, определение правил изготовления для каждого конкретного задания на каждом рабочем месте);
• решение задач проектирования с учетом факторов, связанных с системами автоматизации решения задач организации производства и управления, такими, как : адаптация технологи и изменение производственных условий (гибкая технология); обеспечение сокращения времени наладок и переналадок  средств изготовления в ГПС; оптимальная загрузка оборудования; надежность технологических решений для повышения общей надежности ГПС; совместимость с другими системами проектирования и конструирования изделий.

Т.о., САПР ТМ должны обладать такими свойствами, как универсальность, многофункциональность, комплексность,  и для них должна быть характерна общность свойств любых сложных компьютерных систем (открытость для дополнения их новыми программами, надежность работы, доступность информации, адаптивность к внешней среде, тиражируемость).

В целом автоматизация  труда инженера охватывает следующие  вопросы: планирование задания, технологическая подготовка производства (ПП), управление производственной системой.

Автоматизация проектирования технологии машиностроения (ТМ) – часть комплексной проблемы автоматизации производства. В связи с этим систему автоматизации процессов проектирования необходимо рассматривать в комплексе с системой управления производством и, в частности, с автоматизацией управления технологической ПП. Задачами технологической ПП являются: проектирование технологических процессов и средств его оснащения, решение которых обеспечивает САПР технологии;  проектирование и организация производственных структур, решение которых обеспечивает САПР организации.

САПР технологии обеспечивает получение программными средствами технологической документации  и состоит из систем:

• анализа чертежей на технологичность и соответствие их возможностям производства;
• проектирование технологических процессов изготовления изделия;
• проектирование средств оснащения ТП изготовления;
• проектирование ТП изготовления средств оснащения.

При осуществлении ТП ставят задачу получения изделия  высокого качества при минимальных затратах на его изготовление. Несмотря на многие известные законы и закономерности, влияющие на ТП обработки известно далеко не все.

Например, рассмотрим один из разделов технологии – размерная  электроэрозионная обработка (размерная лазерная обработка).

Вопрос образования  лунки заданного размера с  требуемой погрешностью δ и качеством R_Z и Δ  (R_Z – шероховатость поверхности, Δ – точность исполнения) требует решения задач электрофизики, гидродинамики, термодинамики, теории пластичности и других задач ФТТ. Каждую из этих задач вне внутренней связи с другой, т.е. величины δ, R_Z , Δ определяют из законов электрофизики или гидродинамики и т.п. Практически решение в полной мере не определено из-за отсутствия внутренних связей различных теорий. Все это устанавливается в этом случае опытным путем.

Проектирование технологии включает в себя основные требования: требования основного служебного назначения, технологические требования,  технико-экономические требования и эргономические (эрго –работа, номика – закон; эргономика – изучает человека или группу людей и его(их) деятельность в условиях современного производства с целью оптимизации орудий, условий и процесса труда, т.е. основной объект исследования эргономики – это система «человек – машин», выработка системного подхода к этой проблеме). Каждый класс требований выражается через соответствующие параметры, действия над которыми определяют процесс проектирования.

Для обеспечения полноты  информации о проектируемом объекте  следует рассматривать иерархию его свойств с позиций следующих требований (табл. 1.1):

• основного служебного назначения;
• технических, обеспечивающих  вспомогательные функции и основные связи со средой;
• экономических, определяющих рациональное решения;
• эргономических.

Основу проектирования конструкций составляют законы  преобразования параметров требований в связи и параметры поверхностей конструкций.

Основу проектирования технологии изготовления составляют законы превращения заготовки в готовое изделие. Результаты проектирования технологии выражаются в технологических картах и чертежах средств оснащения ТП. Технологическая карта содержит описание этапов изготовления: описание состояния элементов изготавливаемого объекта и описаний условий выполнения действий, ведущих к получению требуемого изделия.

 

Для создания систем автоматизированного  проектирования технологических процессов (САПР ТП) необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать формализованный технологический язык, с помощью которого всю исходную и справочно-нормативную информацию можно было записать в виде, удобном для введения в компьютер.
2. Разработать достаточно универсальный технологический метод, пригодный для моделирования и алгоритмизации процессов проектирования технологии обработки различных деталей.
3. На основе принятого методов и формализованного языка создать алгоритмы и программы проектирования технологических процессов.
4. Создать комплекс технических средств, сопрягаемых с компьютером и предназначенных для механизации кодирования и подготовки  исходной информации к вводу в систему, отображения хода проектирования на дисплее и оперативной связи технолога с компьютером, а также устройства для выдачи результатов проектирования на естественном языке.

Методология  решения задач проектирования технологии машиностроения (ТМ) является определяющей в автоматизации проектирования – на ее основе строится общая теория решения задач автоматизации проектирования  ТМ. В ней рассматривается взаимосвязь содержания процесса проектирования технологии с абстрактным  описанием его, пригодным для программирования, т.е. используется метод абстрагирования.

На первом уровне абстракции строится модель зависимостей выхода от входа системы.

На втором уровне – математическая модель процесса проектирования технологии, рассматривающая машинные (компьютерные) свойства процесса проектирования.

На третьем  уровне – логико-математическая модель, составляющая основу математического описания процесса проектирования.

Процедуры формирования проекта технологии, подчиненная  закону изменения качественного состояния изготовления деталей, обеспечивают поэтапное построение элементов проекта и возможность оценки их с точки зрения различных критериев (качественных, стоимостных и др.).

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 3

Тема 1.3. Основные задачи создания системы автоматического  проектирования технологических процессов (САПР ТП) и свойства САПР ТП

 

1. Основные задачи создания САПР ТП.

Обработка концентрированными потоками энергии (КПЭ) материалов и  заготовок является одной из основных в ряде отраслей промышленности (автомобилестроение, авиация и ракетостроение и некоторые другие). Технология обработки КПЭ является быстро развивающейся направлением. Причинами бурного развития технологии обработки КПЭ являются широкие возможности автоматизации процессов обработки, широкий спектр видов технологий (термообработка, легирование, сварка, наплавка, резка, размерная обработка и ряд других), возможность обрабатывать любые материалы и ряд других.    Технологическая  подготовка производства для обработки широкого спектра деталей, узлов требует значительного меньшего времени и затрат по сравнению с механическими видами обработки. 

Известно, что на каждую деталь разрабатывается технологический  процесс ее обработки, на каждую сборочную единицу разрабатывается технологический процесс ее сборки. Кроме этого в ходе технологической подготовки производства разрабатываются технологические процессы изготовления заготовок, термической обработки деталей, покраски изделий и т.д.

В условиях рынка спросом пользуется только конкурентоспособная продукция. Производители продукции должны постоянно ее обновлять. Т.е. количество модификаций изделий, изготовляемых производителем, постоянно увеличивается.

Указанные выше причины  указывают на то, что на современных  предприятиях, в том числе и  машиностроительных, значительное количество времени и средств тратится на проектирование в целом и на разработку ( проектирование ) технологических процессов в частности.

Целями и задачами автоматизации технологической  подготовки производства (ТПП) являются следующие:

1. Сокращение трудоемкости технологической подготовки производства.
2. Сокращение сроков технологической подготовки производства.
3. Автоматизации технологической подготовки производства

Сокращение ТПП приводит к сокращению числа инженер -технологов и соответственно к уменьшению себестоимости изделия. Сокращения сроков ТПП приводит к сокращению сроков выпуска продукции от момента ее разработки, что дает фирме больше вероятности выжить в конкурентной борьбе при прочих равных условиях, т.к. она окажется в более выгодном положении на рынке. Например, станкостроительная фирма считается конкурентоспособной, если время от идеи создания нового современного станка до выхода первого образца этого станка  не превышает 1,5 лет.

Автоматизация ТПП приводит к повышение качества разрабатываемых технологических процессов, что требует к постоянного технического перевооружения производства.

Техническое перевооружение современного машиностроительного  производства может осуществляться по двум направлениям:

1. Замена универсального оборудования с ручным управлением, обслуживаемого рабочим высокой квалификации, оборудованием с автоматическим циклом обработки. В связи с увеличением дефицита квалифицированных рабочих это направление достаточно перспективно, особенно в условиях средне – и крупносерийного и массового производства.
2. Внедрение станков с ЧПУ, обладающих гораздо большей степенью универсальности. Их переналадка занимает меньшее время, чем в первом случае. Но и здесь необходимо тщательно прорабатывать технологические процессы и затем составлять управляющие программы.

Необходимость тщательной проработки технологических решений в приведенных  выше случаях объясняется тем, что  указанное оборудование является дорогостоящим  и использовать его нужно рационально.

Принцип накопления технологических  знаний, реализованный во многих современных системах автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) обработки КПЭ, позволяет разрабатывать качественные технологические процессы. Знания опытных технологов, накапливаемые в САПР ТП, сами технологические процессы, разработанные ими, которые могут быть взяты за основу при разработке новых технологических процессов, позволяют повысить общий уровень технологической подготовки производства.

При ручном проектировании технолог сравнивает в уме ряд  вариантов разрабатываемого технологического процесса (состав и содержание операций, варианты станков, инструментов и т.д.) и интуитивно выбирает лучшие на его взгляд решения. Подробного экономического обоснования не производится за неимением времени. Применение ЭВМ на базе соответствующих математических моделей позволяет находить оптимальные технологические решения и практически исключить субъективные  ошибки технолога.