CC BY
19
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 658.516
А. Ф. ШИРЯЖИН, А. Н. УГАСИН
ФОРМИРОВАНИЕ ТАКСОНОМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
КЛАССИФИКАЦИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВОМ
Системное решение задач технической подготовки производством может существенно способствовать повышению эффективности. Такое решение моо/сно получить за счёт правильного формирования таксономической структуры классификации деталей машин, которое позволит более осмысленно подходить к построению информационно-поисковой системы САПР ТП} определяя эффективность управления производственным процессом.
Ключевые слова: классификатор ЕСКД, технологический классификатор деталей (ТКД), конструк-торско-технологический элемент (КТЭ), эффективность производственной среды.
В России наиболее совершенной классификационной системой деталей машин, обладающей отработанным составом признаков и сравнительно развитой терминологией, считается классификатор ЕСКД (классы 71, 72, 73, 74, 75) и связанный с ним технологический классификатор деталей (ТКД) [1, 2]. Однако исследования, проведённые на предмет их применения как основы для создания автоматизированных систем управления производством, показали ряд недостатков [3]. Таким образом, в реальном производстве возникает необходимость классификатора, обладающего более объёмной и упорядоченной структурой, чем структура классификатора ЕСКД.
Общая структура формообразования детали обеспечивается количеством, качеством и взаиморасположением всех её конструкторско-технологических элементов (КТЭ). При этом форму детали, в нашем представлении, следует определить как взаимосвязанную совокупность КТЭ с обязательным наличием хотя бы одного основного элемента (ОЭ) и вероятным присутствием дополнительных и вспомогательных элементов. Главным определяющим элементом формы детали является её основной КТЭ. Таксон, наиболее обобщённо определяющий его визуальио-представимую форму КТЭ, - класс [3]. Основная структурно-классификационная таксономическая категория системы элементов деталей машин - это их ВИД, размерно закрепляя форму элементов составляющих, деталь даёт
Ширялкин А. Ф., Угасин А. И., 2010
чёткое визуальное представление. Вместе с тем, она доводит степень дискретности информационного описания детали до уровня различимости, позволяющего достичь чёткого соответствия системы её КТЭ компонентам маршрутной технологии обработки этих элементов. Обобщённый процесс развития поуровневой структуры соответствия системы КТЭ деталей компонентам технологической системы (ТС) их обработки показан в табл. 1.
Полученную на основе информационного отбора исходную периодическую структуру [3] следует рассматривать как фундамент для её дальнейшего информационного наращивания. Однако системное построение остальных таксонов признаков существенно более трудоёмко и требует, наряду с четким определением понятии уровней и таксонов, разработки также и чёткой структуры информации, определённой требованиями простоты и удобства использования.
Для создания такой структуры необходимо провести некоторое обобщение отработанного ранее, экстраполируя полученные закономерности для более низких уровней на основе информационного отбора. В последовательности этого отбора для каждого таксона определено чёткое соответствие между конструктивно-геометри-ческой информацией о детали и технологическими факторами её обработки (см. табл. 1). Заметим, что при этом мы формируем также и решение отдельных задач САПР ТП, реализация которых будет определять некоторый вклад в копилку экономической эффективности. Структура такой системы, получающейся при гюуров-невом развитии информации о детали в рамках их категорий (см. табл. 1), дана в табл. 2.
Таблица 1
Соответствие системы таксономической категорий КТЭ деталей компонентам ТС
Название таксономической категории Определение таксона
Тип наивысшая таксономическая категория, различающая основные элементы по величине их технологической значимости
Подтип одна из высших таксономических категорий, различающая элементы по величине их технологической значимости при отборе оборудования или приспособлений по степени сложности
Класс одна из высших таксономическая категорий системы элементов деталей машин, различающая их по принципу изначального построения их структуры и развития их геометрических форм в соответствии с технологией обработки, определяющей присущий этому элементу вид работы или тип элемента ТС
Подкласс одна из высших таксономическая категорий системы элементов деталей машин, различающая их по некоторым признакам, определяющим достаточно высокую вероятность их обработки на определённых подтипах оборудования данного типа
Надсемейст-во надвидовая таксономическая категория системы элементов деталей машин, включающих в себя совокупность их видов, определяющих общую маршрутную схему и имеющих единый, рациональный вид СТО для их обработки
Семейство надвидовая таксономическая категория системы элементов деталей машин, включающая в себя совокупность их видов, уточняющая общую маршрутную схему и рациональный вид СТО для их обработки
Род надвидовая таксономическая категория, получающаяся путём введения габаритных размеров Ь, В (Ь, В, Н), расчёта отношения ЬЯ). За счёт расчёта этого отношения уточняется схема маршрута обработки ОЭ, типоразмер оборудования и СТО
вид основная структурная и классификационная таксономическая единица системы элементов деталей машин, уровень дискретности информационного описания в которой соответствует маршрутной технологии обработки этих элементов
Подвид таксономическая единица системы элементов деталей машин, формирующая технологическую информацию о виде операции оборудовании, СТО
Разновидность таксономическая единица системы элементов деталей машин, включающая в себя совокупность информации, достаточную для формирования команды СЧПУ
Особь (деталь) низшая таксономическая единица системы элементов деталей, имеющая полное технолого-математическое описание элемента
Таблица 2
Развитие информационной эффективности производственной среды при последовательной автоматизации решения задач САПР ГП в соответствии с таксономическими категориями
информации ю деталях
№ подуровня Названия информационных уровней и категорий Последовательность информационного отбора в ходе развития информации о детал и Проявления иерархии отбора конструктивно-геометрической информации о детали Взаимосвязь элементов производственно-технологического процесса обработки Информационная эффективности среды при последовательной автоматизации решения задач ТеПП
1 2 4 5 6
Архетип (надтип) Идея последовательного построения формы детали на основе информационного отбора Элементно-модульный подход Классификационно-эволюционный подход (КЭП) Понятие системной эффективности автоматизации как проявление КЭП
1 Тип Выделение наиболее общего таксона кате-горизованной информации о детали Обобщённый количественно-качественный состав ОЭ детали Наиболее общее представление о технологической сложности изготовления Начало проявления принципа технологической геометризации
Продолжение табл. 2
1 2 л ^ 4 5 6
2 Подтип Выделение структурной сложности детали Обобщённая структурная сложность (скелет) детали по взаймоположению ОЭ Отбор оборудования или приспособлений по степени сложности Начало постановки задачи выбора оборудования приспособлений и маршрута ТП
3 Класс Начало визуально-различимого формообразования (скелетно-объёмная форма) Выделение объёмной формы на уровне общей схемы формообразования ОЭ Отбор формообразующих движений (вращения, невращения), определяющих типы оборудования Выбор типа оборудования и маршрута. Начало формирования задач унификации и расчёта трудоёмкости обработки
4 Подкласс 0-й уровень (исходный) Первичное общее структурно-объёмное формирование детали Сетка из 24 подклассов деталей, имеющих различную, периодически повторяющуюся, топологию конструкции Отбор способов основной обработки в порядке приоритетности (начало формирования схемы основного маршрута) Наиболее общий выбор деталей для решения задач унификации, выбора основного типа оборудования и приспособлений
5 Надсемей-ство Отбор конкретизированных форм Получение комплекса конкретизированных форм (цилиндр., конич., криволи-нейн.) Разделение технологии по отдельным приёмам обработки Уточнение автоматизированного решения задачи унификации и выбора элементов ТГ1
6 Семейство Дальнейшее отделение конкретных форм Разделение по отдельным ОЭ Уточнение технологической системы путём отбора типов инструмента и приспособления Уточнение решения задачи выбора элементов ТП. Продолжение решения задачи расчёта трудоёмкости
7 Род 1-й уровень (тех-нологиче-ски- бездоку-ментный уровень) Размерное закрепление общих границ поверхности, действие количественного принципа ПБР Согласно принципу ПБР введение габаритных размеров -Ь, О (Ь, В, Н), расчёт отношения ЬЛ) Путём расчёта отношения ЬЯ) уточняется схема маршрута обработки ОЭ, типоразмер оборудования и СТО Решение задач обобщённого группирования деталей и ТП, выбора основного маршрута обработки, типоразмера оборудования и СТО
8 Надпоря-док Первичная материализация, выражающаяся в проявлении тенденции документального отбора. Начало более тонкой структуризации Введение качественного описания * вида ОЭ и размерного ограничение формы даёт возможность решения конкретных технологических задач Путём расчёта отношения габаритных размеров и особенности формы определяется рациональная заготовка % Автоматизация решения задачи выбора заготовки. Оформление ТЗ на проектирование заготовки. Продолжение постановки задачи расчёта трудоёмкости
9 Порядок Упорядочение последовательности отбора конкретизированных форм Отбираются формы по расположению основных элементарных поверхностей (напр., порядок ступенчатости поверхности) Определение вида основной обработки, СТО, уточняется схема маршрута Уточнение основного маршрута за счёт упорядочения форм. Продолжение постановки задачи расчёта тру доем кости
10 Протовид Дальнейший отбор конкретных форм, продолжение более тонкой структуризации Продолжение ввода качественных характеристик для ДЭ Определение вида дополнительной обработки, СТО, уточняется схема маршрута Уточнение решения задачи выбора маршрута за счёт отбора дополнительных элементов
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5 6
11 Надвид Количественный отбор видовых форм КТЭ Ввод количественных характеристик одинаковых' (подобных) КТЭ, (ОЭ и ДЭ Определение количества операций механической обработки Определение маршрутной схемы обработки, окончание решения задачи расчёта трудоёмкости
12 Вид 2-й уровень (маршрутный) Основная таксономическая категория информации о детали. Начало сгущения информационного потока и чёткого проявления формы Введение интервальных размеров ОЭ и определяющих размеров ДЭ Определение всех элементов ТП, достаточных для разработки на уровне операций, выбор модели оборудования и СТО Уточненное группирование деталей и ТП. Синтез маршрутного ТП механической обработки с автоматизацией расчёта трудоёмкости
14 Подвид 3-й (операционный) Дальнейшая конкретизация формы детали Введение всех размеров ДЭ 1-го и 2-го рангов и значений шероховатости Доведение степени дискретизации ТП до уровня перехода Синтез операционного ТП механической обработки
15 Разновидность 4-й (ТП с ЧПУ) Отбор форм с максимально возможной степенью дискретности, приближающейся к непрерывной Введение размерных характеристик взаимного положения ОЭ и ДЭ, а также размеров ДЭ 3-го ранга Доведение степени дискретизации ТП до уровня, достаточного для проектирования программ ЧПУ Синтез операционного ТП механической обработки с ЧПУ. Решение множества оперативных задач ТПП
16 Особь (деталь) Отбор форм с максимально полной информацией о детали, определяющей её функциональное назначение для данной модификации изделия Полная информация о детали, включая информацию о термообработке, покрытии и др. видах (включая, например, эксплуатационную информацию) Разработка полномасштабного ТП для каждого уровня представления информации (включая, эксплуатационные требования) Синтез полномасштабного ТП для каждого уровня представления информации с максимальным экономическим эффектом при реализации САПР
Таблица 2, первоначально структурированная но вертикали пятью системно-информационными уровнями, имеет в их составе 16 таксонов конструктивно-технологической информации. Таким образом, путём развития определённых признаков информации о детали на основе информационного отбора получена некоторая дискретная структура технической сферы производственной среды. В то же время задаётся некая концептуальная среда, в которой осуществляется процесс эволюционного синтеза в форме некой онтологии модели автоматизированной системы. При этом выявляется взаимосвязь между отдельными элементами этих признаков, находящихся на одном и том же уровне, в одной и той же таксономической категории: их конструктивно-геометрической формы, технологии изготов-
ления, эффективности среды при последовательной автоматизации решения задач ТеПП.
Заметим также, что соответствие конструк-тивно-геометрической и технологической информации образует некоторый системный каркас ИПС, вмещающий в себя автономные, но взаимосвязанные компоненты решения отдельных задач ТИП. Такие решения носят автоматизированный характер и уточняются на каждом уровне и подуровне (таксономической категории) в последовательности информационного отбора. В целом указанная система образует идеологию генерирующей САПР ТП, практическое создание которой определит некоторую экономическую эффективность разрабатываемой структуры КС.
Заметим, что видимая эффективность зависит от величины ячейки системной структуры, то
есть, чем мельче, тоньше сиетемная структура информации о детали, тем больший информационный и соответственно экономический эффект получается при автоматизации среды. Именно на реализацию мелкоструктурированной, конкретной информации и настроено большинство современных САПР. При этом часто не принимается во внимание эффективность информации верхних уровней, дающих возможность с наибольшим эффектом решать наиболее общие задачи унификации, выбора оборудования и др. При этом отсекается часть структуры среды и, соответственно, часть эффективности автоматизации ТеПП.
В целом по вопросу формирования эффективной ТеПП в машиностроении можно сделать следующие выводы.
□ Посредством привлечения понятия таксономического ряда категорий построена структура высших таксонов классификации деталей машин, на основе которой разработана их периодическая система [3], представляющая исходный (0-й) уровень многоуровневой КС.
□ Путём последовательной конкретизации (экстраполяции) информации о детали сформирована система таксонов более низких уровней, получивших также более чёткие определения, в частности, определено понятие ВИД ДЕТАЛИ, которое является ключевым в системе уровней и таксономических категорий.
□ Показана и проанализирована структура развития производственной среды при последовательной автоматизации решения задач САПР ТП в соответствии с таксономическими категориями информации о деталях.
Кроме разработки ИПС, для создания САПР указанного типа необходима оазоаботка поо-
•/ • 1 1 1 X
блемно-ориентированного языка (ПОЯ). В качестве исходной структурной основы такого языка могут выступать категоризированные определения понятий таксонов информации о детали. Одним из элементов ПОЯ может выступать системный определитель наименований и видов деталей [3].
В целом указанные пункты вывода образуют логически последовательную систему реперов, связывая их в целостное основание для построения на предприятии КС деталей машин, приближающейся к естественному типу. Поэтому положения генетического подхода, применённые в данном исследовании, могут явиться обоснованием для создания и развития нового направления системной ТеПП машиностроительного предприятия - ВИДОВОГО. При этом созданная структура уровней и таксономической категории становится основным каркасом, образующим структуру эффективной производственной среды предприятия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Классификатор ЕСКД. Классы 71, 72, 73, 74, 75. Алфавитно-предметный указатель. Термины и толкования. Перечень сокращений слов. - М. : Изд-во стандартов, 1986.
2. Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения. - М. : Изд-во стандартов, 1987.
3. Ширялкин, А. Ф. Основы формирования многоуровневых классификаций естественного типа для создания эффективных производственных сред в машиностроении / А. Ф. Ширялкин. -Ульяновск: УлГТУ, 2009.
Ширялкин Александр Фёдорович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление качеством» УлГТУ. Область научных интересов - организация производства, стандартизация, класс иф икация.
Урпгт/ Апригаи/Ъп Ни ко п пра и а пгт/ппит кп-
V ^ »V V Г»» • Ж -*■■» <•» V • • V • • X/ ^ л А чг чг т • «У • «г»« Ч» V •• » у • * • •
федры «Управление качеством» УлГТУ.
