Формализация и автоматизация задач обеспечения технологичности конструкций изделий

При автоматизированном решении задач обеспечения ТКИ применяется математическое моделирование.

Объектами моделирования, как правило, являются:

  • • конструкции изделия;
  • • процессы конструирования, ТПП производства, эксплуатации и ремонта изделия;
  • • системы конструкторско-технологической подготовки производства, эксплуатации и ремонта изделия.

При этом решаются следующие основные задачи :

  • • анализ возможностей производственной системы, систем эксплуатации и ремонта;
  • • расчет показателей технологичности изделия;
  • • разработка требований к конструкции изделия в целях улучшения его технологичности;
  • • разработка рекомендаций по содержанию и порядку совершенствования производственной системы, систем эксплуатации и ремонта.

В настоящее время наиболее формализованной и автоматизированной задачей в области исследования технологичности конструкций является количественная оценка ТКИ. Расчет некоторых показателей технологичности конструкций настолько трудоемок, что определение их численных значений без ЭВМ практически невыполнимо или экономически неоправданно. Применение ЭВМ значительно сокращает трудоемкость работ по определению фактических значений некоторых показателей ТКИ, по

87 сбору и обработке статистического материала по величине критериев технологичности конструкций.

Для количественной оценки ТКИ используется опытностатистическая обработка данных методом корреляционнорегрессионного анализа и построение математических моделей, отражающих взаимосвязь основных показателей технологичности (трудоемкости и себестоимости) с конструктивными и технологическими факторами. Регрессионные модели применяются при достаточно большом числе объектов изучения, интерполяционные эмпирические формулы - при малом числе реализаций. Использование таких легкоформализуемых моделей на стадии проектирования позволяет с определенной степенью точности оценивать трудоемкость (себестоимость) изделий и, следовательно, оценивать уровень технологичности изделий по этому показателю. Неизбежно то, что на ранних стадиях проектирования оценка достигнутых показателей технологичности в большинстве случаев носит лишь характер прогнозирования.

Для автоматизации решения задач отработки изделий на технологичность разработано большое число автоматизированных систем, в которых решаются такие задачи, как контроль свойств поверхностей, выявление несоответствия точности и шероховатости поверхностей, контроль размерных связей, выявление отсутствия размеров и наличия замкнутых участков, выявление противоречивых требований по точности во взаимосвязанных размерных цепях.

Как уже отмечалось, конструкцию изделия, детали следует отрабатывать на технологичность комплексно, учитывая общие требования, предъявляемые к изделию. Любое, даже самое незначительное изменение конструктивных форм и элементов детали может повлечь за собой изменения в технологическом процессе обработки детали и сборки целого узла, что приводит к изменению технологической себестоимости.

Так, в разработанной концепции построения 3-уровневой автоматизированной системы по обеспечению технологичности изделий рассматриваются этапы работ, относящихся к ранним стадиям технологического проектирования и обеспечивающих принятие решений, которые дают наиболее рациональные значения следующих показателей: конструктивной преемственности; технологической преемственности; материалоемкости; трудоемкости;

88 расходов на содержание и эксплуатацию оборудования; технологической себестоимости.

Система состоит из блоков, связанных в виде иерархического строения между собой, имеющих прямые и обратные связи с соответствующими базами данных в автоматизированном банке данных материалов и технологий. Каждый блок имеет связи с САПР ТП заготовительного производства и САПР ТП механообработки. Использование обратных связей позволяет совместно с САПР изделий или с соответствующим подразделением главного конструктора отработать детали и узлы машин с получением наиболее рациональных показателей технологичности.

Для автоматизации отработки деталей на технологичность конструктивной формы (ТКФ) разработан новый подход, основанный на последовательном решении задач:

  • • автоматизированное или автоматическое кодирования детали в целях получения ее информационной модели (ИМ) по синтезированному графическому образу (ГО);
  • • автоматический анализ структуры ИМ детали и

идентификация в ней нетехнологичного сочетания конструктивных форм в соответствии с требованиями рассматриваемой технологической рекомендации;

  • • автоматическое указание найденного нстсхнологичного сочетания путем его выделения в ГО детали в целях наглядного представления конструктору для анализа и принятия решений;
  • • автоматическое или автоматизированное изменение ИМ детали в соответствии с требованиями технологической рекомендации;
  • • автоматическое перестроение ГО детали по измененной ИМ.

Автоматизированная подсистема обеспечения ТКФД является по сути обратной связью от технологических модулей к конструкторским, т.е. дает возможность проектировщику обнаруживать нетехнологичные сочетания конструктивных форм в детали и изменять сс конструкцию в соответствии с технологическими рекомендациями в диалоговом режиме, а технологу - представлять рекомендации, направленные на обеспечение ТКФД, в формализованном виде.

Для формализованного представления и реализации процесса обеспечения ТКИ были разработаны типовые и рабочие информационные и математические модели.

Типовая модель отражает взаимосвязь типовых задач и процедур обеспечения ТКИ и разрабатывается для множества однотипных изделий. Она содержит набор типовых проектных решений обеспечения ТКИ, алгоритмов и программ для автоматизированного решения задач и рекомендаций по их применению при разработке рабочих моделей.

Рабочая модель отражает взаимосвязь всей совокупности задач и процедур, реализуемых при обеспечении технологичности конструкции конкретного изделия. Она предназначена для организации процесса обеспечения ТКИ в реальных производственных условиях функционирования организации -разработчика изделия во взаимодействии с заказчиком, изготовителем и потребителем и ориентирована на оптимальный для этих условий уровень автоматизации решения задач обеспечения ТКИ.

Информационная модель содержит (отражает) состав задач, решаемых в процессе обеспечения ТКИ, информационные связи и последовательность выполнения процедур, входную и выходную информацию, технические характеристики информации, состав исполнителей и технических средств, используемых при решении задач.

На основе типовой модели автоматизированной подсистемы могут быть построены рабочие модели, учитывающие конкретные производственные условия.

Особенностью информационной модели подсистемы обеспечения ТКФД является то, что при отработке конструкций деталей на технологичность информационные связи между задачами осуществляются через информацию о конструкциях этих деталей. Эта особенность вытекает из самого понятия технологичности как совокупности свойств конструкции изделия. Таким образом, информационная модель изделия (детали) выступает как основной информационный поток.

Для обоснования принятия тех или иных конструктивных решений, обусловливающих технологичность детали, необходимо использовать информацию о требованиях к конструкции, выдвигаемых прогрессивными для данных условий технологическими процессами изготовления, ремонта и эксплуатации. Эти требования являются вторым важным информационным потоком в автоматизированной подсистеме обеспечения ТКФД.

Основу автоматизированной подсистемы составляет база знаний (БЗ) рекомендаций, направленных на обеспечение ТКФД. В ней содержатся пять основных групп данных по каждой из рекомендаций (рис. 15). В качестве дополнительных сведений могут содержаться данные о принадлежности рекомендации к одной или нескольким классификационным группам.

Текстовое описание рекомендации содержит описание мероприятия по повышению уровня ТКФД, заданные технологические цели и эффективность мероприятия.

Рисунки с примерами нетехнологичных и технологичных сочетаний конструктивных форм предназначены для иллюстрации требований рекомендации в целях повышения наглядности.

Формализованный запрос для определения соответствия конструкции детали требованиям рекомендации представляет собой кодированные сведения о возможном нетехнологичном сочетании конструктивных форм и предназначен для автоматического обнаружения этого сочетания в проектируемой детали.

Алгоритм изменения нетехнологичного сочетания описывает формализованное представление различий между нетехнологичным и технологичным сочетаниями конструктивных форм и хранится в БЗ в закодированном виде.

Для разработки многоуровневой классификации рекомендаций, направленных на обеспечение ТКФД, была предложена система классификационных признаков, основными из которых являются:

  • • тип детали;
  • • материал детали;
  • • технологический метод получения детали;
  • • сформулированные в общем виде заданные технологические цели;
  • • вид КТЭ или их сочетаний, к которым предъявляются технологические требования;
  • • предполагаемое технологическое оборудование и оснащение.

Такая классификация рекомендаций позволяет пользователю целенаправленно просматривать технологические требования к деталям определенного типа, направленные на решение конкретной технологической задачи при использовании определенной группы технологического оборудования.

При формировании формализованных запросов для определения соответствия детали требованиям рекомендации используются универсальные процедуры. При вызове такой процедуры из БЗ каждая рекомендация должна задавать свои исходные параметры, которые описываются как формализованный запрос для определения наличия в конструкции детали нетехнологичного сочетания конструктивных форм.

Одной из наиболее важных задач является классификация деталей по группам со сходными конструктивно - технологическими характеристиками. Для ее решения можно эффективно использовать классификатор ЕСКД и технологический классификатор деталей (ТКД) машиностроения и приборостроения. Применение указанных классификаторов позволяет создать удобный интерфейс для стыковки различных систем конструкторско-технологического назначения на единой информационной базе. Этот подход реализован в модулях 1 и 2 (рис. 15).

Модуль 1 кодирования деталей по классификатору ЕСКД предполагает два режима работы: 1) автоматическое определение классификационных признаков и кода ЕСКД на основе анализа ИМ детали; 2) заполнение конструктором вручную диалогового окна, содержащего список классификационных признаков, и дальнейшее автоматическое определение программой кода ЕСКД детали.

92

Рис. 15. Структура автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм деталей

Применение первого режима работы возможно при настройке подсистемы на определенный язык описания деталей, используемый в САПР машиностроительных объектов, где проектируются детали. В этом случае задача кодирования детали будет представлять собой получение на основе классификационных признаков производной ИМ из исходной ИМ детали, сформированной в результате проектирования.

Время анализа конструктивной формы детали на соответствие рекомендации, направленной на обеспечение ТКФД, достаточно велико по сравнению с другими информационными задачами подсистемы. Поэтому предложен модуль 3, который позволяет на основе использования конструкторско-технологического кода детали сформировать из БЗ рекомендаций выборку, т.с. отбросить часть рекомендаций, определенно не соответствующих конструктивной форме детали, и тем самым сузить область возможных решений.

Подсистема может быть использована для отработки на ТКФ детали, спроектированной вручную. В этом случае конструктор, используя модули 1 и 2, кодирует деталь в диалоговом режиме. По конструкторско-технологическому коду модуль 3 формирует выборку рекомендаций, а проверку на соответствие конструкции детали требованиям каждой рекомендации осуществляет в диалоговом режиме конструктор.

Для автоматического обнаружения нетехнологичного сочетания конструктивных форм в разрабатываемой детали служит модуль 4. В этом модуле для каждой рекомендации из множества, сформированного модулем 3, считывается формализованный запрос и в соответствии с ним анализируется ИМ детали.

Если в конструкции детали обнаружено нетехнологичное сочетание конструктивных форм, соответствующее формализованному запросу, то модуль 5 выделяет это сочетание на графическом образе детали.

С помощью модуля 6 на экран дисплея выводится текстовое описание рекомендации с графическими примерами нетехнологичного и технологичного сочетаний конструктивных форм. Конструктор просматривает рекомендацию и принимает решение об ее актуальности для разрабатываемой детали.

Модуль 7 позволяет рассчитать количественные показатели технологичности в диалоговом режиме. Показатели выбираются конструктором. Так, для количественной оценки технологичности деталей, обрабатываемых резанием, могут применяться показатели: коэффициент унификации конструктивных элементов, определяющий степень использования унифицированных типоразмеров конструктивных элементов в общем их числе; коэффициент обработки поверхностей детали, характеризующий удельный вес поверхностей, подвергаемых механической обработке; коэффициент точности обработки; коэффициент шероховатости поверхности детали; масса детали, являющаяся важной технической характеристикой, обосновывающей необходимость применения грузоподъемных средств и другие условия процесса производства, и ряд других показателей.

При интеграции подсистемы с САПР ТП (САМ-системой) возможно обеспечение укрупненных расчетов таких характеризующих производственные условия показателей технологичности, как трудоемкость изготовления изделия, технологическая себестоимость изделия, коэффициент использования материала, коэффициент применения типовых технологических процессов и др.

Система позволяет сохранить рассчитанные показатели для детали в БД и использовать в дальнейшем:

  • • для сравнительной оценки вариантов конструкции в процессе проектирования;
  • • определения уровня технологичности конструкции изделия;
  • • накопления статистических данных по изделиям-представителям в целях последующего использования при определении базовых показателей изделий в разработке;
  • • построения математических моделей в целях прогнозирования технического развития конструкций изделий.

Если технологическая рекомендация принимается конструктором, то в модуле 8 на основании формализованного алгоритма для этой рекомендации формируется процедура изменения конструкции реальной детали, позволяющая автоматически внести эти изменения в графический образ (ГО) детали. Если обеспечить автоматическое изменение ГО детали невозможно, то конструктор редактирует конструктивную форму детали вручную с использованием средств графического редактора САПР.

После любого изменения ГО детали дальнейший анализ ее технологичности необходимо вести по обновленной информационной модели.

Модуль 9 позволяет представлять рекомендации в формализованном виде и оперативно редактировать их с учетом изменения условий производства (появление новых прогрессивных технологических решений, высокопроизводительного оборудования и т.д.). Ранжирование рекомендаций необходимо в тех случаях, когда для одного нетехнологичного сочетания конструктивных форм существует несколько альтернативных способов изменения конструкции детали (несколько рекомендаций).

Подсистема построена по модульному принципу. Каждый модуль может вводиться в действие независимо от других модулей. При этом подсистема позволяет проверять наличие нетехнологичных сочетаний конструктивных форм в разрабатываемых деталях на стадиях проектирования, представлять в формализованном виде технологические рекомендации, направленные на обеспечение ТКФД.

Разработанная концепция автоматизированного обеспечения ТКФ может быть применена к деталям любой сложности и позволяет строить

96 высокоэффективные автоматизированные подсистемы, расширяющие возможности современных САВ/САМ/САЕ-систсм при конструкторско-технологической подготовке производства.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >