CC BY
25
УДК 67.05: 65.011.56
А.Н. Иноземцев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-18-87, zem@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Н.И. Пасько, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-87 (Россия, Тула, ТулГУ), А.В. Анцев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-87, antsev@tula. net (Россия, Тула, ТулГУ)
ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСОМ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
В данной статье представлены информационная модель ситуационного управления ресурсом режущего инструмента в формате стандарта ISO 10303 «Представление данных об изделии и обмен этими данными» и описание на языке Express данных, необходимых для ее интеграции в единое информационное пространство предприятия.
Ключевые слова: режущий инструмент, ресурс, ситуационное управление, информационное пространство, CALS, STEP.
Важным фактором в обеспечении качества машиностроительных изделий является уровень качества производственных процессов, в том числе и процессов обработки резанием, сформированный на этапе подготовки и освоения производства. На уровень качества производственных процессов большое влияние оказывает применяемая технологическая оснастка.
Основной составляющей технологической оснастки, используемой в машиностроительном производстве, является режущий инструмент. С ростом уровня автоматизации машиностроения, роль инструмента значительно возрастает. Инструмент должен соответствовать требованиям к заданной точности обработки, производительности и условиям его эксплуатации в автоматическом цикле, таким как автоматическая смена инструмента, диагностика, оперативная информация о состоянии режущей части, размерная подналадка, регулирование и др.
Для механической обработки также характерны случаи, когда крайне важно обеспечить безотказную работу инструмента от начала до завершения процесса резания. Остановка оборудования в результате отказа инструмента и его замена до окончания процесса резания, как правило, вызывают брак и потерю заготовки и обусловливают повышение технологических рисков, связанных с такими неблагоприятными событиями как ущерб в связи с экстренной покупкой и доставкой инструмента; нерациональное использование профессиональных навыков персонала; работа в условиях дефицита времени, которая, как правило, сопровождается массовыми отступлениями от установленных технологических процессов, сдачей деталей и узлов с отклонениями от чертежей и технических условий; нарушение ритмичности работы, что, прежде всего, снижает производительность труда. В конечном итоге страдает качество продукции.
Для ведения успешной экономической деятельности и предотвращения неблагоприятных исходов обработки целесообразно использовать оперативное управление процессом резания в зависимости от сложившихся обстоятельств и ситуационное управление ресурсом режущего инструмента [1]. При этом необходимо оперировать большим объемом разнородных данных, описывающих различные аспекты производственного процесса. Это в первую очередь данные об объеме обрабатываемой партии заготовок, марке материала заготовки, трудоемкости изготовления детали или всей партии, геометрии детали, параметрах переходов и параметрах, характеризующих надежность инструмента.
К параметрам, характеризующим надежность инструмента, относятся:
1) период стойкости - время работы инструмента между переточками, т. е. время от начала работы вновь заточенного инструмента до момента, когда его износ достигает критического значения;
2) коэффициент вариации стойкости - характеризует разброс периода стойкости и отражает как качество изготовления инструмента, так и условия его эксплуатации;
3) приведенная интенсивность отказов - отношение числа отказавших инструментов в единицу времени к среднему числу инструментов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие инструменты не восстанавливаются и не заменяются исправными;
4) приведенная наработка инструмента - продолжительность работы инструмента;
5) среднее число восстановлений инструмента за время обработки партии.
Перечисленные выше данные, необходимые для оперативного управления процессом резания в зависимости от сложившихся обстоятельств, целесообразно добавить в единый иерархически структурированный информационный объект - технологический проект, который динамически развивается в соответствии с изменениями производственной ситуации и детально описывает технологические аспекты производственного процесса изготовления изделия [2].
Интеграция необходимых для ситуационного управления ресурсом режущего инструмента данных в технологический проект изготовления машины позволит осуществлять разработку и производственную реализацию ситуационного управления ресурсом режущего инструмента в едином электронном пространстве, ядром которого является информационная модель изделия.
Информационная интеграция данных предусматривает их однократное создание и многоразовое использование, переход к безбумажной электронной технологии с использованием электронно-цифровой подписи. Это значительно упрощает доступ к информации, ее хранение, преобразо-
вание и передачу, устраняет трудоемкие операции по дублированию данных, сокращает объемы используемой бумаги и приводит к уменьшению временных и общих материальных затрат.
Среди возможных видов информационной интеграции в автоматизированных производствах в последнее время широко используются те, которые построены на единой информационной модели изделия в рамках его жизненного цикла: от компьютерного проектирования (CAD) и компьютерного планирования (CAPP) к автоматизированной подготовке управляющих программ (CAM) и изготовлению на станках с ЧПУ (NC). Основой формы представления информации и обмена данными об изделии в таких системах является международный стандарт ISO 10303 «Product data representation and exchange» (представление данных об изделии и обмен ими) [3]. Неофициальное название стандарта - STEP (Standard for the Exchange).
Основным методом описания стандарта STEP является язык EXPRESS, представляющий собой специализированный язык информационного моделирования, достаточно полный для описания любой системы понятий, связанных с производственной деятельностью, достаточно простой для освоения пользователем-непрограммистом и, наконец, достаточно технологичный для работы приложений с языковыми конструкциями. Это язык унифицированного представления данных и обмена данными в компьютерных средах [4].
Описание некоторого приложения на языке EXPRESS в рамках стандарта STEP называют моделью. В модели декларируются множества понятий и объектов, входящих в приложение, свойства и взаимосвязи объектов.
Информационная модель, разработанная на языке EXPRESS, состоит из одной или нескольких частей, называемых схемами. Схема - раздел описания, являющийся областью определения данных. В ней вводятся необходимые типы данных. При описании свойств типов данных могут применяться средства процедурного описания - процедуры, функции, правила, константы.
Описание схемы начинается с заголовка, состоящего из служебного слова «схема» и идентификатора - имени схемы. Далее следует содержательная часть - тело схемы. Описание заканчивается служебным словом конец_схемы, в скобках < и > записываются нетерминальные символы:
схема <имя схемы>;
<тело схемы>;
конец_схемы;
В стандарте STEP на языке EXPRESS описываются данные об изделии, при этом предметная область не имеет значения. Независимость
языка EXPRESS от предметной области достигается за счет того, что для представления объекта применяется не специфическое, а обобщенное понятие «сущность» (ENTITY) - основной элемент модели, соответствующей стандарту STEP. Сущность — тип данных, представляющий набор концептуальных или реальных физических объектов с некоторыми общими свойствами. Сущности используют для описания объектов приложений, каждая сущность обладает атрибутами, выражающими характерные свойства моделируемого объекта.
Используя сущности можно описать любую необходимую для ситуационного управления ресурсом режущего инструмента информацию. Например, данные о партии заготовок представляются посредством следующей сущности:
схема Партия заготовок;
Объем партии: ЧИСЛОВОЕ_ЗНАЧЕНИЕ;
Машинное время изготовления детали: ЧИСЛОВОЕ_ЗНАЧЕНИЕ;
Сущность «Деталь»;
конец_схемы;
Детали, производимые на предприятии, могут быть описаны следующим образом:
схема Деталь;
Марка материала: СТРОКА_СИМВОЛОВ;
Сущность «Геометрия детали»;
Сущность «Параметры переходов»;
Сущность «Параметры надежности инструмента»;
конец_схемы;
Данные, относящиеся к визуальному представлению геометрии детали или управлению ее конфигурацией, представлены в прикладном протоколе STEP АР203 «Configuration controlled design», предназначенном для проектирования изделий с управлением его конфигурацией. В нем унифицированы геометрические модели, атрибуты и спецификации сборок, трехмерных поверхностей, разделенных на несколько классов, параметры управления версиями и внесением изменений в документацию и т. д. Протокол АР203 предназначен для обмена данными о проектах изделий, в том числе об их вариантной комплектации и трехмерных геометрических моделях.
Параметры отдельных переходов могут быть описаны с помощью прикладного протокола STEP AP213 «Numerical Control Process Plans for Machined Parts» (Описание процессов обработки на станках с ЧПУ). В данном протоколе в форме технологического маршрута для станков с ЧПУ
указываются операции, оборудование, инструмент, материалы, форма и допуски изделий.
Параметры надежности инструмента могут быть описаны с помощью следующей сущности:
схема Параметры надежности инструмента;
Период стойкости: ЧИСЛОВОЕ_ЗНАЧЕНИЕ;
Коэффициент вариации стойкости: ЧИСЛОВОЕ_ЗНАЧЕНИЕ;
Приведенная интенсивность отказов: ЧИСЛОВОЕ_ЗНАЧЕНИЕ;
Приведенная наработка: ЧИСЛОВОЕ_ЗНАЧЕНИЕ;
Среднее число восстановлений: ЧИСЛОВОЕ_ЗНАЧЕНИЕ;
конец_схемы;
Графически предложенные сущности, необходимые для ситуационного управления ресурсом режущего инструмента, и связи между ними можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 1.
Разработанная в формате STEP информационная модель ситуационного управления ресурсом режущего инструмента легко интегрируется с различными прикладными системами, совместимыми с ISO 10303. Полученная информационная модель не только является детальным описанием выполняемых процессов, но также позволяет решать целый ряд задач, связанных с оптимизацией, оценкой и управлением процессом обработки резанием.
Схематичное представление сущностей для ситуационного управления ресурсом режущего инструмента
63
Использование международного стандарта STEP позволяет осуществить внедрение системы ситуационного управления ресурсом режущего инструмента в единое информационное пространство предприятия в соответствии с концепцией CALS-технологий, что обеспечивает легкий поиск, редактирование и передачу хранимой информации, возможность оперативной передачи функций одного подрядчика другому, который, в свою очередь, может воспользоваться результатами уже проделанной работы. Это особенно важно для изделий с длительным жизненным циклом, когда необходимо обеспечить преемственность информационной поддержки продукта, независимо от складывающейся рыночной или политической ситуации.
Список литературы
1. Иноземецев А.Н., Пасько Н.И., Анцев А.В. Ситуационное управление ресурсом режущего инструмента // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С. 21 - 30.
2. Анцев А.В. Квалиметрическая оценка технологического проекта изготовления машины // Известия Тульского государственного университета. Серия Экономика. Управление. Стандартизация. Качество. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 89 - 98.
3. Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.
4. ГОСТ Р ИСО 10303-11-2009 Системы автоматизации производства и их интеграция. Представления данных об изделии и обмен этими данными. Часть 11. Методы описания. Справочное руководство по языку EXPRESS. Введ. 2009-09-14. М.: Стандартинформ, 2010. 202 с.
A.N. Inozemtsev, N.I. Pasko, A. V. Antsev
INFORMATION MODEL OF SITUATION MANAGEMENT OF CUTTING TOOLS' LIFE TIME
In this article the information model of situation management of cutting tool's life time in the format of ISO 10303 Product data representation and exchange standard and definition of essential data for integration into enterprise's unified information space on Express language are represented.
Key words: cutting tools, life time, situation management, information space, CALS,
STEP.
Получено 19.06.12
