CC BY
52
УДК 621.757 Фокин Игорь Владимирович,
аспирант кафедры самолетостроения и эксплуатации авиационной техники, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 89501113020, e-mail: nikofrogi777@mail.ru Божеева Татьяна Владимировна, ст. преподаватель кафедры самолетостроения и эксплуатации авиационной техники, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 89643516637, e-mail: btv1974@mail.ru
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУРЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
I. V. Fokin, T. V. Bozheeva
AUTOMATION OF THE DECISION-MAKING PROCEDURE IN THE DEVELOPMENT
OF TECHNOLOGICAL PROCESSES
Аннотация. Рассмотрен типовой метод решения технологических нерасчетных задач путем составления математического множества, согласно теории типовых решений. Метод основан на формулировании совокупности необходимых критериев применимости и последующем составлении математического неравенства. Такое изображение процесса технологического проектирования показывает путь для формализации самого процесса принятия решений, ведь для этого достаточно описать каким-либо образом весь набор типовых решений, а также условий, при которых может быть применено каждое из них. Рассмотренная совокупность критериев применимости имеет простейшую структуру - совокупность независимых неравенств. Условия применимости могут быть описаны любыми соотношениями параметров (не только неравенствами), а сами параметры применимости могут оказаться взаимозависимыми. В этом случае условия применимости будут иметь более сложный вид. Полученные данные позволят свести процесс выбора к проверке соответствия исходных данных критериям применимости представленных решений, при полном соответствии всех условий совокупности принимают соответствующее типовое решение.
Ключевые слова: автоматизация, технологический процесс, технологическое проектирование, формообразование, производство, формализация.
Abstract. A typical method for solving technological off-design problems by compiling mathematical sets, according to the theory of standard solutions, is considered. The method is based on the formulation of aggregate required eligibility criteria and the subsequent drawing up of mathematical inequalities. Such an image of the process of technological design shows the way for the formalization of the decision-making process, because it is enough to describe in any way the whole set of standard solutions, as well as the conditions under which each of them can be applied. The considered set of eligibility criteria has the simplest structure - a set of independent in equalities. The conditions of applicability can be described in any ratio of the parameters (not just inequality), and the applicability parameters can be interdependent. In this case, the conditions of applicability will have a more sophisticated look. The data obtained will allow to reduce the selection process to verifying compliance of the original data with the criteria of applicability of the presented solutions, while meeting all the conditions together the appropriate standard solution.
Keywords: automation, technological process, process design, shaping, production, formalization.
Технический и технологический прогрессы в значительной степени определяют развитие страны. Повышения эффективности производства можно достичь при использовании автоматизации. Автоматизация развивается одновременно с автоматизацией производства и автоматизацией управления. Автоматизация производства получается путем создания автоматизированных и автоматических комплексов машин, а автоматизация управления - путем получения автоматизированных и автоматических комплексов управления на различных этапах производства [1-5].
При автоматизации производства необходимо использовать не только существующие, но и новые высокоэффективные технологии, в основе которых лежат последние достижения науки и техники. Передовые разработки помогут обеспечить высокопроизводительное производство, что будет способствовать большему экономическому эффекту. При развитии автоматизации производ-
ства, как правило, и происходит внедрение новой техники [6].
Основой автоматизации производства являются технологические процессы (ТП), которые должны обеспечивать высокую производительность, надежность, качество и эффективность изготовления изделий. Технологическое проектирование по своей сути есть последовательное принятие решений в процессе решения задач при создании того или иного объекта, его основной особенностью является многовариантность проектных решений. Вся суть его заключается в индивидуальном решении каждой задачи, кроме решения задачи расчетного характера, а в остальных случаях решения принимаются на основе уже имеющихся типовых решений с учетом известных условий. Такое представление технологического проектирования дает возможность формализации принятия решений. Для осуществления этого достаточно описать весь набор решений и при каких
условиях выбирается то или иное решение. Тем самым весь процесс выбора условия сводится к проверке соответствию исходных данных критериям применимости уже имеющихся представленных решений. Более широкая группа технологических задач представлена именно нерасчетными задачами (выбор заготовки, состав баз, технологическая оснастка, последовательность выполнения технологических операций в ТП и отдельных переходов, тип и модель используемого оборудования, режимы обработки и обрабатывающий инструмент) [7-10].
Для представления вышеописанного принципа решения нерасчетных задач сначала необходимо составить набор представленных решений (НПР). Представим, что на предприятии имеются три пресса для штамповки листовых деталей трех видов, они и представят нам данное множество [8, 11-12]:
НПР = (ХУ2 3030; ХУ2 0609; ХУ2 0404}. (1) При традиционных методах разработки технологического процесса разработка осуществляется путем ввода информации с чертежа или другой информации в диалоговом режиме, что выполняется технологом и является весьма трудоемким процессом [1, 4-6, 13]. Эта задача значительно усложняется при разработке технологического процесса новых изделий, особенно таких сложных изделий, как узлы и агрегаты планера самолета.
При неавтоматизированной подготовке производства технологические процессы разрабатываются непосредственно в виде комплектов технологической документации. При использовании автоматизированных систем технологической под-
г---
I Деталь
готовки производства (ТПП) создаваемые описания технологических процессов размещаются в компьютерной базе данных, а соответствующая документация становится лишь отображением внутреннего представления ТП во внешнюю сферу. Хранящиеся в базе данных ТП являются основным источником информации для решения задач автоматизированного управления технологической подготовкой производства [14-17].
Основной принцип разработки технологического процесса - назначение технологических операций (ТО), оборудования, материалов, инструмента, исполнителей на основе опыта технолога или выбором необходимых данных из соответствующих справочников.
Выбор оптимальных операций является многовариантной задачей. Для выбора ТО необходимо знать маршрут изготовления изделия, схему его базирования, какие конструктивные элементы и с какой точностью изготовлены в предшествующих операциях. На построение маршрута оказывает влияние ряд факторов: конструкция изделия (размер, масса и др.); технические условия на его изготовление (допуски на размеры и взаимное расположение конструктивных элементов); тип изделия; программа выпуска; модели применяемого оборудования; конструкция оснастки и др.
Исходными данными для разработки ТП изделия является компьютерная модель изделия (КЭМ, например, созданный в системе NX), в данной работе рассматривается не КЭМ детали, а образ (рис. 1) [2, 10, 18-20].
Процесс проектирования с позиций теории познания можно отнести к распознаванию объекта
1 2 3 4 п
КЭ1 011) ч/ Э12 .© Э14 Э1п
КЭ2 \ аг\ 322 Э23 @
\
КЭт Эт1 Эт2' .^тЗ! ЭпЛ) Этп,-
I
Г
Логические предпосылки
Л1
Г
_Л2_ ]
Лр
ТО 01 I 02 I Ор Ор+1
"Ч
Рис. 1. Образ детали
Машиностроение и машиноведение
Рис. 2. Принципиальная модель разработки ТП изделия
в пространстве всего имеющегося множества объектов. В этом случае распознается не то, что существует, а то, что должно существовать для удовлетворения определенных целей. Процесс распознавания развертывается среди факторов будущего непосредственного и косвенного окружения ТП. В такой постановке основными компонентами проектирования выступают [9, 16, 21-24]:
С = {с }, г = 1, п, - множество целей разработки ТП;
Р = {р,}, г = 1, т , - множество параметров
ТП;
X = {х;}, г = 1, к , - множество вариантов технологического решения;
V = {у,}, г = 1,1, - множество технологических решений ТП.
Компоненты разработки взаимосвязаны. Между множеством целей и множеством параметров, а также между множеством параметров и множеством вариантов технологического решения существует соответствие. Если выбрано некоторое подмножество Сс множества С, то на основе композиции соответствий в множестве X определяется некоторое подмножество Хс, составляющее образ множества С с . Отображение Хс на множество оценок дает возможность отыскать ра-
циональный вариант технологического решения, наилучшим образом отвечающий выбранным целям проектирования.
Процедурно процесс разработки ТП можно представить в виде модели, изображенной на рис. 2.
Сплошными стрелками обозначены прямые переходы к последующим процедурам, пунктирными - обратные, возникающие в случае неудачи при выполнении процедуры.
Технологический модуль представляет собой набор из следующих элементов:
- баз данных (БД) - совокупность фактов, рассортированных по принадлежности к разным типам объектов технологического проектирования (типовые изделия, оборудование, инструмент, технологическая оснастка и др.);
- баз знаний (БЗ) - совокупность правил, составленных на основе опытов экспертов (технологов) в рассматриваемой области решаемых задач и использующих параметры из БД;
- модуля принятия решения - технологический модуль, использующий БД, БЗ и предлагающий решения по заданной функции для целевого изделия (образа объекта) [3, 25].
Выбор функций связан с определением некоторого подмножества С множества функций
С исходя из требований к будущему объекту, диктуемых потребностью в ТП и факторами его
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
А =
а,
Л
а
21
а
22
а
2п
\ат1 ат2
а
тп у
тип изделия;
- точность изготовления;
- методы изготовления КЭ в детали и др.
Сформулируем необходимую совокупность
критериев для применимости теории типовых решений, показанной выше. Наиболее рациональными критериями применимости того или иного пресса в данном случае будут возможность размещения заготовки в рабочей зоне пресса и возможность создания необходимого усилия и мощности пресса для выполнения необходимых операций. Первая группа условий относится к габаритным размерам начальной заготовки и конечного изделия (длина Д, ширина Ш, высота В), габаритные размеры стола и ползуна пресса должны
окружения. Примерами функций могут быть: «методы изготовления», «последовательность изготовления»; «точность» и др.
Поиск вариантов технологического решения проводится с учетом требуемых параметров ТП, а принятие решения означает оценку вариантов и выбор из них того, который в наилучшей степени отвечает потребительским функциям. Анализ принятого решения проводится для более углубленного изучения выбранного варианта.
На концептуальном уровне изделие представляет собой матрицу вида [12, 15, 26]:
где ати - п -й значащий параметр m-й КЭ.
Логические предпосылки представляют собой линейный массив вида
Л = {Л,; Л 2;...Л р },
где Лр - предпосылка для принятия решения при
выборе операции ТП.
Следовательно, операции в технологическом процессе можно представить в виде О = А о Л, а весь технологический процесс - в виде линейного массива Т = {О1;О2;...О }, который можно ранжировать с учетом иерархии операций технологического процесса.
Таким образом, формирование технологического процесса изготовления осуществляется постепенно, в зависимости от состава действительно определенных параметров у рассматриваемых элементов деталей в момент распознавания образа.
При формировании образа изделия в нем может быть учтено:
давать возможность установки и закрепления штампов и подачи заготовки. Вторая группа определяет возможность выполнения прессом данного типа необходимой нам операции по формообразованию детали, а именно - в случае перегрузки пресса по допускаемому усилию и мощности возможна деформация вала, затормаживание и резкое падение частоты вращения маховика, вызывающее недопустимое скольжение электродвигателя, перегрев обмотки и нарушение изоляции. В результате этих пагубных воздействий пресс выйдет из строя
[5, 27].
Математически условия выбора станка будут иметь двойное неравенство. Следовательно, совокупность критериев применимости (СКП) в рассматриваемой задаче может быть представлена в виде системы из известных типовых решений с учетом совокупности условий.
Такое изображение процесса технологического проектирования показывает путь для формализации самого процесса принятия решений. Для этого достаточно описать каким-либо образом весь набор типовых решений, а также условий, при которых может быть применено каждое из них. Теперь процесс выбора сведется к проверке соответствия исходных данных критериям применимости представленных решений; при выполнении всех условий совокупности принимают соответствующее типовое решение.
{Дтт<Д<Дтах > Штт<Ш<Штах Втт<В<Втах }. (2)
Утт<У<Утах
е ^
Набор параметров, регламентированных совокупностью критериев применимости, является сочетанием параметров применимости; в данном случае СПП = {Д, Ш, В, У}.
Сочетание параметров применимости является главным определяющим объектом при алгоритмизации задачи нерасчетного характера. Именно он определяет полноту учета всех влияющих факторов, в соответствии с ним формируются исходные данные задачи, характеристики типовых решений.
В соответствии с СКП для нашего набора исходных данных (параметров изделия) из трех рассматриваемых принимается то решение, которое удовлетворяет неравенствам совокупности критериев применимости [12, 17, 18, 21]:
^ = {Дд, Шд, Вд, Уд}, (3)
Решение этой задачи осуществляется на основе сведений о типе операции, методах сборки, выбранной схеме базирования и габаритных
размерах собираемого изделия. При этом в первую очередь анализируется возможность применения наиболее производительных типов оборудования.
Заключение
В данной работе предложена принципиальная модель разработки ТП изделия авиационной техники на основе образа изделия, ассоциативно связанного с моделью в системе ЫХ. При формировании маршрута изготовления решают задачи выбора ТО, определения последовательности изготовления КЭ, а также выбора технологического оборудования. Для решения этих задач анализируется структура трехмерной модели детали, взаимосвязи между всеми КЭ с учетом всех технологических особенностей конструкции (данные из РБМ-системы) и строится информационный образ изделия. Данный образ позволяет разрабатывать эскизный ТП (маршрут изготовления) на этапе моделирования и увязки CAD-модели в системе ЫХ.
Стремление автоматизировать начальные стадии проектирования приводит к разработке систем поддержки принятия решений, способных формировать технологические решения на уровне квалифицированного конструктора/технолога, работающего в рассматриваемой предметной области.
Рассмотренная совокупность критериев применимости имеет простейшую структуру - совокупность независимых неравенств. Условия применимости могут быть описаны любыми соотношениями параметров (не только неравенствами), а сами параметры применимости могут оказаться взаимозависимыми. В этом случае условия применимости будут иметь более сложный вид.
К преимуществам автоматизации в заготовительном штамповочном производстве можно отнести следующие: более высокая производительность и экономное использование материала, при полной автоматизации коэффициент использования числа ходов практически приближается к 100 %, самое большое преимущество заключается в полной безопасности работы, так как отпадают ручные операции в зоне штампа. Несмотря на совершенность и известность применяемой технологии автоматизации, существуют определенные риски. В первую очередь, это усложнение производственной системы. Внедрение новых элементов может негативно сказаться на надежности оборудования. Также потребуются достаточно крупные капиталовложения и встает вопрос о целесообразности этого шага. К тому же необходимо производить переобучение персонала. Но, несмот-
ря на это, указанные недостатки не оказывают видимого влияния на производство в целом. Их воздействие можно минимизировать, создав эффективную систему контроля над производством.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Govorkov A.S. Technique of designing of the product of aviation technics with maintenance of the set criteria of adaptability to manufacture // Journal of International Scientific Publications: Materials, Methods & Technologies. 2011. Т. 5. № 3. С. 156-161.
2. Govorkov A.S., Zhilyaev A.S. The estimation technique of the airframe design for manufactura-bility // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Т. 124. № 1. С. 012014.
3. Говорков А.С. Обеспечение технологичности конструкций изделий машиностроения по информационным моделям : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Иркут. гос. техн. ун-т. Иркутск, 2012.
4. Пат. 96098 Рос. Федерация Интерфейс графический пользователя для системы анализа технологичности конструкции изделия / Р.Х. Ахатов, А.С. Говорков, А.С. Жиляев ; заявл. 08.12.2014.
5. Гибкое автоматическое производство / под. ред. С.А. Майорова. М. : Машиностроение, 1985.
6. Основы автоматизации машиностроительного производства: / Е.Р. Ковальчук и др. М. : Высш. шк.,1999. 312 с.
7. Ирзаев Г.Х. Модель выбора конструкции по количественным критериям в системе обеспечения технологичности изделий // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 2 (22). С.108-113.
8. Ирзаев Г.Х. Модель управления технологичностью изделий на промышленном предприятии // Экономика и менеджмент систем управления. 2015. Т. 1. № 15. С. 50-57.
9. Лаврентьева М.В., Ерофеев М.С. Корреляция параметров электронного макета и технологических параметров изделия // Авиамашиностроение и транспорт Сибири : сб. ст. VII Все-рос. науч.-практ. конф. 2016. С. 70-72.
10. Лаврентьева М.В., Чьен Х.В. Автоматизированное проектирование электронных макетов элементов сборочной оснастки посредствам программного модуля NX/Open API // Изв. Са-
мар. науч. центра Рос. акад. наук. 2013. Т. 15. № 6-2. С. 395-399.
11. Лаврентьева М.В., Чимитов П.Е. Выборка параметров электронной модели изделия для автоматизированного проектирования технологической оснастки // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2016. № 3 (51). С. 55-60.
12. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. М.-Л. : Машиностроение, 1965.
13. Definition of the main coordinates of the car with two-level spring suspension / V.E. Gozbenko et al. // International Journal of Applied Engineering Research (IJAER). 2016. Vol. 11. № 20. pp. 1036710373.
14. Simulation of the vibration of the carriage asymmetric parameters in MATHCAD / V.E. Gozbenko et al. // International Journal of Applied Engineering Research (IJAER). 2016Vol. 11. № 23. pp. 11132-11136.
15. Vertical dynamics of the vehicle taking into account roughness gauge / V.E. Gozbenko et al.// Proceedings of the XV International Academic Congress "Fundamental and Applied Studies in the Modern World" (United Kingdom, Oxford, 06-08 September 2016). Vol. XV. "Oxford University Press", 2016. pp. 373-383.
16. Гозбенко В.Е., Каргапольцев С.К., Карлина А.И. Главные координаты в решении задач вертикальной динамики транспортного средства // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 3. (31). С.58-62.
17. Каргапольцев С.К. Остаточные деформации при фрезеровании маложестких деталей с подкреплением. Иркутск, 1999.
18. Лившиц А.В., Филиппенко Н.Г., Каргапольцев С.К. Высокочастотная обработка полимерных материалов. Организация систем управления. Иркутск, 2013.
19.Пат. № 2141390 Рос. Федерация. Способ правки тонкостенных оболочек / С.К. Каргапольцев,
М.В. Некрытый ; патентообладатель ВосточноСибирский институт МВД РФ. № 9811229/02 ; заявл. 26.05.1998 ; опубл. 20.11.1999.
20.Пат. 56858 Рос. Федерация. Устройство для управления состоянием объекта защиты Хо-менко А.П. и др. ; патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщ. ; опубл. 27.09.2006.
21. Филиппенко Н.Г., Каргапольцев С.К., Лившиц А.В. Повышение эффективности высокочастотной обработки полимерных материалов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. № 4. С. 50-54.
22. Елисеев С.В. Математические модели и анализ динамических свойств механических систем / Елисеев С.В. и др. Деп. ВИНИТИ 08.12.2009, № 782-В2009.
23. Говорков А.С. Управление параметрами объектов производственной среды при разработке технологического процесса сборки изделия // Электронный журнал Труды МАИ. 2011. № 48. С. 6. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php7ID =26972 (Дата обращения 22.03.2017).
24. Массель Л.В., Жиляев А.С., Говорков А.С. Методика перехода от трехмерной модели к онтологическому представлению изделий авиационной техники // Мехатроника, Автоматизация, Управление. 2016. Т. 17. № 2. С. 133-137.
25. Говорков А.С., Ахатов Р.Х. Анализ технологичности изделия авиационной техники на основе информационного образа изделия // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. 2011. Т. 13. № 6-1. С. 285-292.
26. Говорков А.С. Обеспечение технологичности конструкций изделий машиностроения по информационным моделям : дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2012.
27. Говорков А.С., Жиляев А.С. Информационная модель проектируемой конструкции изделия планера самолета // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. 2013. Т. 15. № 6-2. С. 335-338.
