CC BY
22
УДК 621.9.02
МЕТОДОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ ПРОИЗВОДСТВА
КОБЧЕНКО С.Н.,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Математика физика и техническая механика» ФГБОУ ВО Курская ГСХА, е-mail: [email protected], 8-960-6789-225.
РЕМНЕВ А.И.,
доктор технических наук, профессор кафедры товароведно-технологических дисциплин,
АНО ВО «Белгородский университет кооперации, экономики и права» Курский институт кооперации (филиал), е-mail: [email protected], 8-961-168-71-88.
Реферат. Управление воздействием на технологические процессы осуществляется с учётом технологии изготовления и сборки новых изделий, а также при ремонте и модернизации технологического оборудования соблюдая интересы производителя и потребителя. Проектируют и разрабатывают новые технологические процессы для перерабатывающих и пищевых производств, с учётом управления и возможности управляющего воздействия на ход выполнения как производственного процесса, так и отдельных технологических операций изготовления деталей машин, аппаратов, механизмов и приспособлений. Оптимальные (рациональные) технологические процессы окончательно формируют за счёт коррекции условий существования выбранной (спроектированной) системы резания, а наиболее общей задачей синтеза технологического процесса является задача структурной и параметрической оптимизации.
Ключевые слова: технология, стратегия управления, технологическая система, закон управления, иерархические уровни.
MANAGEMENT METHODOLOGY AND IMPACT WHEN TECHNOLOGICAL PREPARATION OF PRODUCTION
KOBCHENKO S.N.,
Сandidate of technical Sciences, associate Professor of the Department «Mathematics, physics and technical mechanics» Kursk state agricultural academy, e-mail: [email protected], 8-960-6789-225.
REMNEV A.I.,
Doctor of technical Sciences, Professor of the Department towarowego engineering disciplines, ANO VPO Belgorod University of cooperation, Economics and law Kursk Institute of cooperation (branch), e-mail: [email protected], 8-961-168-71-88.
Essay. Managing the impact of technological processes is carried out taking into account the technology of manufacture and Assembly of new products, as well as the repair and modernization of technological equipment, respecting the interests of producers and consumers. Design and develop new processes for the food industry and public catering enterprises with account management and the possibility of controlling effect on the progress of both the production process and process steps of the manufacture of machine parts, apparatus, machinery and fixtures. The optimal (rational) processes eventually form due to the correction of the conditions of existence of the selected (designed) system of cutting, and the most General problem of synthesis of the process is the problem of structural and parametric optimization.
Keywords: technology, strategy management, technological system, law of control, hierarchical levels.
Введение. Стратегия воздействия на технологические процессы (ТП) осуществляется с учётом технологии изготовления и сборки новых изделий, а также при ремонте и модернизации технологического оборудования соблюдая интересы производителя и потребителя.
Новые ТП для производств перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию, предприятий общественного питания и пищевых производств проектируют с учётом управления и возможности управляющего воздействия на ход выполнения как производственного процесса, так и отдельных технологических операций изготовления деталей машин, аппаратов, механизмов и приспособлений.
Оптимальный (рациональный) ТП окончательно формируют за счёт коррекции условий существования выбранной (спроектированной) системы резания (СИ), а наиболее общей задачей синтеза ТП является задача структурной и параметрической оптимизации. Многовариантность оптимизации ТП заключается в разработ-
ке различных его структур (в каждой из которых устанавливаются параметры, обеспечивающие заданное качество изделия), после чего выбирается ТП, наилучшим образом отвечающий экономическим показателям.
Методология. Основным этапом системного анализа является разработка стратегии наиболее эффективного взаимодействия с исследуемым объектом. Управление СР, в конечном итоге, направлено именно на достижение целей технологической системы. Имея это в виду, можно говорить об оптимальном управлении системой резания, потому что возможность управления системой резания, в принципе, сомнений не вызывает (например, режим резания). Поэтому, учитывая основные принципы построения ТП и критерии его оптимизации, необходимо установить соответствующие параметры управления, способы, возможные ситуации и последовательность управляющих воздействий.
Первая, наиболее простая, ситуация при синтезе технологического процесса, это когда его структура (последовательность и название операций, переходов) заданы, а затем необходимо только оптимизировать условия их осуществления (режим резания и тому подобное) и провести параметрическую оптимизацию. Параметрическая оптимизация, это определение таких значений управляемых параметров, при которых целевая функция приобретает экстремальное значение: С(хь х2,..., хп) <Ь ; х еХ; F(x-i, х2,...хп) — шт(шах).
Вторая, по сложности, ситуация наблюдается, когда оптимальный ТП выбирается из множества ТП, например, типового маршрута обработки для конкретного класса деталей. Исходными предпосылками для такого отбора являются условия, характерные для данной детали. В основе решения такой технологической задачи лежит структурный синтез, который предполагает перебор возможных решений, а при переборе множества имеющихся ТП, наиболее ответственным решением является заключение о предпочтении того или иного из них.
Третья, наиболее сложная, ситуация синтеза предполагает построение ТП из множества рабочих процессов где осуществляется структурная и параметрическая оптимизация по требованиям к готовому изделию. Последовательность включения рабочих процессов, их вклад в обработку, конкретные характеристики (режимы) рабочих процессов устанавливаются с помощью принятого критерия, например, технологическая себестоимость.
Цель проектирования ТП - разработать техническую документацию на основе исходной и получаемой в процессе проектирования информации, процесс проектирования ТП, при любой создавшейся ситуации, является многовариантной задачей.
Последовательность решения может быть следующей: постановка задачи, разработка математической модели, решение и оценка решения. На основании поставленных целей и ограничений постановка задачи включает определение управляемых и неуправляемых переменных и критерия выбора. Под математической моделью ТП следует понимать математические выражения, которые с требуемой точностью устанавливают связь параметров качества изделия с условиями их формирования. Если существует простая зависимость ожидаемой эффективности от управляемых и не управляемых переменных, то для отыскания решения используются известные методы математики, а в противном случае используют итеративные методы. Сущность такого метода заключается в том, что, получив какое-то пробное решение, с помощью специальных алгоритмов улучшают его с требуемой точностью.
При разработке ТП с применением операций резания, используются технологические основы, реализующие два принципа: технический и экономический. Технический принцип требует полного выполнения всех требований рабочего чертежа и технических условий, а экономический принцип обеспечивает минимальную себестоимость изделия. Учет этих принципов ведут по всем элементам разрабатываемого процесса. В современном машиностроении не существует таких материальных конструкций, которые позволяли бы плавно, в соответствии с математическими расчётами, изменять условия функционирования системы резания (СР) для достижения максимальных прибылей в единицу времени и наилучшего качества.
Процесс синтеза ТП, это процесс сборки технологического маршрута из отдельных завершённых элементов (операций), которые имеют своё назначение и предельные возможности. Операции, в свою очередь, формируются из переходов, которые зависят от сочетаний форм и размеров детали и заготовки. Так как все поверхности деталей, это комбинации некоторых простых геометрических поверхностей, то и переходы, это некоторый комплект СР для их образования. Наиболее общепринятая оптимизация ТПП исходит из его многовариантности. Из всех разработанных вариантов, обеспечивающих требуемое качество, оптимальным считается тот, у которого минимальная себестоимость.
Оптимизация операций, при известных переходах, заключается в установлении такой последовательности, при которой обеспечивается минимальная себестоимость, а оптимизацию выполняют на основе оптимизированных переходов, то есть, реализуют многоуровневую систему оптимизации. Однако не всегда решения, оптимизирующие данный уровень, способствуют оптимизации более высокого уровня, например, при совмещении переходов, режим резания некоторых из них может отличаться от оптимальных, а стоимость операции в целом, возможно, будет ниже.
Оптимизация технологического перехода - это выбор режущего и вспомогательного инструментов, приспособления, задание таких условий существования СР (режим резания), которые обеспечивают минимальное потребление энергии и длительное существование СР.
При оптимизации ТП проводится структурная и параметрическая оптимизация, а также возможны задачи многокритериальной оптимизации. Если качество ТП обусловлено конкретными значениями многих параметров, то речь идёт о векторном критерии качества.
Поэтому, оптимальный ТП окончательно формируется за счёт коррекции условий существования выбранной (спроектированной) СР. В связи с таким подходом, реально существующая СР может отличаться от оптимальной с точки зрения энергопотребления и стойкости лезвия. Но она оптимальна для данного ТП в реализации его целей.
Для осуществления управления должно быть определено целевое множество, множество допустимых управлений, определён закон управления, установлено время перехода (время, когда воздействие приводит к минимизации функционала качества управления), установлена оценка состояния системы по значениям выходной величины.
Законом управления ТП является совокупность правил, регламентирующих применение управляющих воздействий для перевода СР в требуемое состояние. Установленное в предыдущих подразделах взаимодействие целевого пространства управления СР с деревом целей технологической системы (ТС), критерии управления показывают, что оптимальное управление СР можно выполнять только в статике.
Очевидно, что функциональная взаимосвязь изменяемых входных величин о состоянии СР имеет вид:
g = к(21,2г,г3,г4,г) ,
где 2\ - количество элементов системы резания; 12 -марка инструментального материала; 2Ъ - состав смазывающей охлаждающей среды; - геометрия лезвия; -параметры движения.
Изменение марки инструментального материала и геометрии в динамике технически не осуществимо. Влиять на структуру СР, состав смазочно-
охлаждающих технологических средств (СОТС) и параметры относительного движения ее элементов нельзя, потому что эти управляющие воздействия подчинены целям более высокого уровня иерархии. В связи со статическим подходом к оптимальному управлению СР понятие времени перехода в требуемое состояние к ней не применяется. При этом, в соответствии с установленными критериями, интегральной оценкой состояния СР служит работа внешних сил.
Система резания функционирует в составе ТС, а поэтому цели управления СР подчинены целям иерархических уровней ТП. Наиболее общей задачей синтеза ТП является задача структурной и параметрической оптимизации. Много вариантность оптимизации ТП заключается в разработке различных его структур (в каждой из которых устанавливаются параметры, обеспечивающие заданное качество изделия), после чего выбирается ТП, наилучшим образом отвечающий экономическим показателям. Отсюда следуют целевое пространство управления СР и допустимые управляющие воздействия. Условия функционирования СР, при которых обеспечивается максимальная стойкость инструмента и минимальное потребление энергии, не оптимизируют ТП по экономическим и качественным критериям.
Допустимые управления СР в составе ТС в процессе резания изменяться не могут, так как это или технически неосуществимо, или создаёт конфликтную ситуацию с оптимизацией ТП. Поэтому, динамическая СР подвержена только статическому управлению - стабилизация ее вектора состояния на время равное периоду стойкости инструмента при проектировании.
Результаты исследований. Особенностью строения технологической системы (ТС) при ТП формообразования деталей машин и аппаратов является то, что она состоит из нескольких уровней иерархии.
Первый верхний уровень, и=1, это уровень всего технологического процесса - технологической системы.
Производитель стремится получить максимальную прибыль в единицу времени: П = (Ц-С)/Р, где Ц - цена изделия; С - себестоимость изделия; Р -производительность обработки.
Потребитель желает иметь минимальные относительные затраты: З = (Ц+Э)/Т ,
где Э - эксплуатационные расходы; Т - период эксплуатации.
Таким образом, при реализации целей перехода, основой которого является СР, критериями управления служат КПД системы резания, и расход ресурса работоспособности лезвия в единицу времени.
Критерии СР не всегда соответствуют критериям оптимизации высших уровней ТС.
Себестоимость изготовления детали равна [1]: З = х (Тп + Тм + Тм Тс/Т) + у Тм/Т,
где х - стоимость одной минуты; Тп - время простоев; Тм - машинное время обработки; Тс - время смены инструмента; Т - стойкость инструмента; у - стоимость инструмента, приходящаяся на одну режущую кромку.
Производительность ТП равна: Р = G/(Тn + Тм + Тс Тм/Т),
где О - величина, принятая для оценки результата работы.
Объединение всей информации, которую несут в себе значения себестоимости и производительности, позволяет рассчитать прибыль за единицу времени [1]: П = (Ц -З)/Р .
Тогда машинное время изготовления изделия: Тм = (л ё /)/(1000 V Б),
где ё - диаметр детали; I - длина детали.
Стойкость лезвийного инструмента аппроксимируют известной [1] эмпирической зависимостью: Т = (^ К,7 V1 Г £уу)1/т .
Используя систему уравнений, составленную из формул, проведено моделирование на ЭВМ влияния параметров режима резания на величину затрат, производительности, прибыли в единицу времени и стойкости инструмента. Установлено, что (рисунок 1) рост скорости резания способствует повышению производительности только до определённого значения скорости. Себестоимость сначала падает (особенно это заметно при малых подачах и глубинах резания), а затем резко возрастает. Имеет максимум и кривая зависимости прибыли в единицу времени от скорости резания. Причём, оптимальные значения скорости резания для графиков себестоимости, производительности и прибыли не совпадают.
Прибыль, в пределах практически используемых подач, с увеличением подачи растёт, но чем больше подачи, тем менее интенсивно. Особенно это заметно при исследовании формулы в области больших скоростей резания.
Глубина резания на себестоимость детали, производительность и прибыль влияет мало. Изменения в сторону ухудшения наблюдаются при исследовании выражений с заданием больших подач и скоростей резания (рисунок 1). Это связано с уменьшением стойкости лезвия в связи с интенсификацией расхода ресурса работоспособности и роста при этом затрат на восстановление СР.
Следовательно, максимальные значения различных экономических показателей не совпадают. Так как стойкость лезвия является фактором, обеспечивающим экономическую эффективность существования СР, то добиваться ее максимального значения (за счёт подбора параметров режима резания) без ухудшения выбранного критерия оптимизации ТП нельзя.
Поэтому стойкость лезвия необходимо обеспечивать выбором инструментального материала и минимизацией нагрузки при проектировании СР ещё до оптимизации режима резания по критериям ТС (см. рисунок 1). Возможны случаи, когда критерии СР все же способствуют достижению некоторых целей более высокого уровня иерархии.
Например, качество обработки поверхности резанием определяется суммой показателей, которые оценивают годность детали в соответствии с ее назначением. Достижение требуемых параметров физико-механических и химических свойств обрабатываемой поверхности, ее геометрии составляют цели операции, У5 и У4 .
Из приведённых соотношений видно, что если цена зависит от соглашения между производителем и потребителем, то себестоимость и производительность обработки, эксплуатационные расходы и период эксплуатации формируются в процессе обработки.
Рисунок 1 - Зависимости затрат (З), производительности (Р), прибыли в единицу времени (П) и стойкости лезвия (Т) от параметров режима резания
Себестоимость изделия зависит от организации ТП резания за счёт обеспечения наибольшей стойкости лезвия, за счёт обеспечения требуемой размерной стойкости лезвия, за счёт снижения потребляемой энергии. Производительность повышается при увеличении устойчивости элементов, участвующих в процессе, при больших силовых и тепловых нагрузках.
Эксплуатационные расходы, связанные с ремонтно-восстановительными работами, с расходом смазки и защитных покрытий обусловлены точностью обработки, сформированными в процессе резания физико-механическими и химическими свойствами обработанной поверхности и ее шероховатостью.
Перечисленные факторы влияют на степень работоспособности изделий, их производительность и на время подготовки их к использованию в рабочем режиме [1 - 7]. Так, например, поверхности, находящиеся в вакуумной камере электронного микроскопа, могут в процессе резания в результате диффузии и адсорбции насыщаться атомами из инструментального материала и окружающей среды. Это способствует изменению химического состава поверхности, что, в свою очередь, препятствует созданию вакуума при выводе электронного микроскопа на рабочий режим. Показатели качества обработанной поверхности влияют и на период эксплуатации деталей. Поэтому цели отображения т в формуле это у1 - максимальная прибыль в единицу времени и у2 - оптимальное качество изделия. Следующий уровень, и=2, - уровень операций.
Второй уровень должен содержать подсистемы, с помощью которых реализуется его целевое пространство. При использовании, в качестве рабочего процесса, процесса резания ТС операции включает: W1 - переходы, W2 - инструментальный блок, W3 - станок, W4 - узел загрузки-выгрузки, W5 - контрольно-измерительные приборы, W6 - блок управления, а следовательно W =
: W = /(у), у е¥ }, I = 1...6 .
Цели операции это у3 - минимальные затраты при обработке одной детали, у4 - достижение геометрической точности детали, у5 - достижение заданных параметров механических и химических свойств поверхности детали, у6 - максимальная производительность обработки.
И самый нижний, и=3, - уровень переходов. Уровень перехода содержит подсистемы, реализующие его цели: F1 - рабочая часть инструмента, Е2 - приспособление, - устройство дробления и отвода стружки, -блок подачи (СОТС), - заготовка, а, следовательно,
уровень перехода в общем случае имеет вид: F = {Fj: F =fiy), y eY }, j = 1...5 .
Целевое множество перехода содержит у7 - удаление слоя металла, у8 - стойкость инструмента, у9 - минимальные энергозатраты. В соответствии с такой подчинённостью, каждый из этих уровней имеет свои цели, достижение которых способствует решению задач на более высоких уровнях. Эта структурная иерархия: технологическая система, операция и технологический переход соответствует множеству целей на каждом уровне декомпозиции технологического процесса: Yi = {yi, У2}, u = 1 ; Y2 = {уз, У4, Уз, Уб}, u = 2 ;
Y3 = {У7, ys, У9}, u = 3 ; Y = {Yi, Y2, Y3}.
Цели перехода достигаются при функционировании СР, что и позволяет удалить слой металла, (цель у7). Стойкость инструмента, ys, соответствует жизненному циклу системы, реализующей процесс резания, а минимальные энергозатраты, у9, требуют минимального потребления энергии СР. Причём, очевидно, что главная цель перехода удаление слоя металла, aim у = у7.
«Дерево» целей сложной системы формируется с учётом целевого пространства ее элементов. Главная цель системы подчиняет себе более мелкие цели, которые ставятся перед отдельными элементами системы. Таким образом, формируется иерархия целей. Главная цель всей системы в целевые множества отдельных элементов не входит. Значит, цели различных уровней иерархии в технологическом процессе не совпадают. Если цель ТП механической обработки - получение заданного качества деталей и наибольшей прибыли в единицу времени, то на завершающих операциях главными целями будут заданные погрешности размеров, формы и расположения поверхностей, качество поверхности. Множество целей операции включает и снижение затрат на обработку, однако особый характер взаимодействий элемента (завершающая операция) в разряд главных целей выдвигает параметры качества обработки.
Цели третьего уровня иерархии ТП ограничены пределами конкретного перехода, где и реализуется СР. Не существует таких универсальных ТС, обеспечивающих функционирование СР, плавное изменение характеристик которых позволило бы реализовать цель ТС на базе единственной СР. Для реализации целей верхнего уровня иерархического дерева ТП выбирается СР из ряда СР с известными характеристиками и соответствующие средства технологического оснащения. Совсем иной подход к целевому пространству СР, находящейся в составе исследовательской системы. В данном случае между элементами множеств не наблюдается подчинённости. Каждый из элементов множества может быть выбран в качестве главной цели в соответствии с планом исследований.
С учётом анализа требований и интересов при производстве деталей и иерархии целей ТП, окончательно можно сделать вывод, что непосредственно процесс резания осуществляется с целью удаления припуска. При этом устанавливается стойкость лезвия и уровень потерь энергии, то есть множество целей управления СР соответствует целям технологического перехода. Анализ ситуаций изготовления и сборки технологиче-
ского оборудования для предприятий общественного питания, возникающих при проектировании ТП, показывает, что управлять ТП на первом уровне иерархии можно только в статике (рис. 2).
Множество допустимых управлений на уровне ТП состоит из р\ - наименование операций, р2 - количество операций и р3 - последовательность операций. На уровне операции возможно, как статическое, так и динамическое управление. Причём, динамическое управление возможно только на уровне выполнения операций. Изменение подачи и скорости резания позволяет, например, достичь требуемых значений параметров качества поверхности детали при отладке ТС, или удерживать их в установленных пределах при коррекции работающей системы. При этом условия функционирования перехода отклоняются от спрогнозированных оптимальных значений. При удачном выборе структуры операции, например, черновые, чистовые переходы и так далее, а это изменение находится в допустимых пределах. В противном случае необходимо изменять наименование и количество переходов, так как процесс структурной оптимизации является итерационным. Допустимые управления (см. рисунок 2) это р4 - наименование переходов, р5 - количество переходов, р6 - последовательность переходов, р7 - станок, р8 -конструкция приспособления, р9 - конструкция режущего инструмента, р10 - конструкция вспомогательного инструмента, рц - скорость резания и р12 - подача.
Переход, исключая ввод СОТС, подлежит параметрической оптимизации (см. рисунок 2), он воспринимает статическое управляющее воздействие. На уровне перехода допустимые управления это р13 - СОТС, р14 -геометрия лезвий, р15 - глубина резания, р16 - инструментальный материал и р17 - параметры движения. Множества допустимых управлений ТС на всех уровнях могут быть представлены в следующем виде Pi = {Pi. P2, p3}, u = 1; P2 = {P4,..., P12}. u = 2; P3 = {P13.....P17}, u = 3; P = {Pi, P2, P3} .
Анализ структуры и целей ТС процесса позволяет утверждать, что в отношении СР нельзя применять динамическое управление. Множество допустимых управлений в период существования СР изменяться не может. Изменение марки инструментального материала и геометрии лезвия технически не осуществимы. Изменение количества элементов СР, состава СОТС и параметров движения с целью минимизации расхода энергии также невозможно, в связи с тем, что эти величины используются при оптимизации более высоких уровней ТС, цели которых хотя и реализуются на базе достижения целей СР, но с ними не совпадают.
Если нет переходов системы из одного состояния в другое под воздействием управления, то можно говорить о статическом управлении, или проектировочном, которое устанавливает поведение системы на период ее существования. Управления СР обладает следующими особенностями: - существует множество принципиально возможных управлений, u е U; - из множества U выделяются допустимые управления, которые не вступают в конфликт с оптимизацией верхних уровней технологического процесса, u1 е U1 , U1 a U; - динамическая система резания в составе ТС подлежит статиче-
скому (проектировочному) управлению. Переход реализуется на конкретной СР, а создать переход - означает выбрать множества Х и Е, при которых достигается наибольшая устойчивость СР и наименьшее потребление энергии.
Одна из задач проектирования СР заключается в том, чтобы объединить в СР элементы (выбранные из систем эксплуатационных свойств и химического состава инструментального материала и свойств заготовки) по критерию минимальной интенсивности расхода ресурса работоспособности лезвия. Рациональный выбор того или иного инструментального материала зависит от чёткого знания условий, в которых он применяется. То есть, необходимо составить перечень возможных производственных ситуаций и проанализировать поведение всех инструментальных материалов при каждой из них. На основании этого анализа можно составить матрицу соответствия, в которой каждая строка представляет множество условий, при которых может использоваться данный инструментальный материал, который объединяет в себе различные группы инструментальных материалов: I = 8 и Н и В и Т и К и С и А = {х: х е 8 или х е Н или х е В или х е Т или х е К или х е С или х е А} , где Б, Н, В, Т, К, С и А - множество инструментальных углеродистых сталей; инструментальных низколегированных сталей; инструментальных высоколегированных сталей; твёрдых сплавов; минералокерамики; сверхтвёрдых материалов и алмазов соответственно.
Рисунок 2 - Управляющие воздействия на иерархические уровни технологической системы
Множество условий, при которых используется тот или иной инструментальный материал:
и = М иР и Ж и О иЫ иЕ = {у: у еМ или у еР, или у е Ж или у е О или у е N или у еЕ}, где М - множество обрабатываемых материалов; Р -множество значений твёрдости обрабатываемого материала; Ж - множество конструкций передней поверхности лезвия; О - множество видов обработки; N - множество типов инструментов; Е - множество значений температур в зоне резания.
Если обозначить возможность работы инструментального материала при наличии условия у - 1, а непригодность - 0, то произведение будет представлять пространство разрядов двоичных чисел:
I х П = {(х,у): х е I и у е П} .
В результате образуется столбик двоичных чисел, каждое из которых отражает соответствие инструментального материала условиям применения. Обозначив, в соответствии с множеством и, наличие конкретных условий обработки как 1, а отсутствие (опять же в сравнении с П) как 0, получим множество решений г, число в двоичной записи. Сравнивая это число с числами множества I х и можно предварительно выбрать инструментальные материалы, работоспособные в данных конкретных условиях.
Окончательный выбор инструментального материала производится с учётом его стойкости и стоимости. Количество элементов и их наименование в множестве г такие же, как и в множестве и.
Процесс выбора инструментального материала возможен для различной реализации процесса обработки, то есть множеств г может быть несколько. В этом случае окончательный выбор инструментального материала происходит в итерационном процессе в пределах каждого варианта ТП.
Проектирование СР с учётом критерия КПД заключается в правильном использовании свойств СОТС для уменьшения потерь в элементах СР и геометрии лезвия, позволяющей влиять на пластические деформации, трение по передней и задней поверхностях, на степень концентрации напряжений по поверхности раздела стружки и заготовки. Критерий КПД позволяет оценить эффективность работы внешних сил уже существующей СР с учётом ее стохастического поведения. Непосредственно измерить работу внешних сил нельзя. Однако, если случайный процесс х(т), моделирующий СР, для непосредственного измерения недоступен, то оценка состояния системы базируется на том, что можно измерять другой процесс у(т), который несёт некоторую информацию о координатах системы х(т).
Наблюдение за процессом происходит на отрезке времени [т0к Т]. В этом случае (если т = Т) возникает необходимость в решении задачи фильтрации, то есть, необходимо определить функцию, при помощи которой процесс х(т) преобразуется в измеряемый процесс у(т) в условиях случайных воздействий.
Оценка состояния СР может определяться по значению измеряемой главной составляющей силы резания (работы), а зависимость, переводящая процесс у(т)
т
в х(т) имеет вид: Ар =|Pz(т)У(т)dт, а оценка инте-
0
грального показателя позволяет случайные факторы и их воздействия на СР разделить на две группы.
Первая группа - это факторы, непосредственно характеризующие лезвие (случайное распределение твёрдости и прочности, теплопроводности, структурных составляющих материала, механических повреждений).
Вторая группа - это случайные факторы, связанные с организацией и реализацией СР. Воздействие факторов второй группы, поддаётся оценке через выполненную работу СР. Независимо от случайных характеристик обрабатываемого материала, динамических показателей и относительного расположения элементов СР всегда имеется возможность в каждый конкретный мо-
мент времени установить величину работы внешних сил.
Каждый аппарат, механизм, деталь обладают определённым ресурсом работоспособности, то наличие сведений о совершаемой над лезвием работы позволяет судить о том, насколько этот ресурс исчерпался. Предельное значение ресурса работоспособности лезвия величина вероятностная и зависит от первой группы факторов. Среднее арифметическое значение этой величины должно быть установлено заранее, как паспортная характеристика лезвия.
Вероятностный характер физико-механических характеристик инструментального материала указывает на то, что полное использование ресурса работоспособности лезвия невозможно. В связи с этим и не существует абсолютно надёжных систем диагностики, подчинённых этой цели [1 - 4]. Однако, отказываясь от неразрешённой задачи точного предсказания момента разрушения лезвия можно значительно приблизиться к пределу его работоспособности, непрерывно сравнивая выполненную работу и допустимую для данного лезвия.
Законом управления является совокупность правил, регламентирующих применение управляющих воздействий для перевода СР в требуемое состояние, а установленное взаимодействие целевого пространства управления СР с деревом целей ТС, критерии управления показывают, что оптимальное управление СР выполняют только в статике.
Функциональная взаимосвязь изменяемых входных величин с состоянием системы имеет вид:
g = к (22 , ^ г5),
где 21 - количество элементов системы резания; 12 -марка инструментального материала; 2Ъ - состав смазывающей охлаждающей среды; - геометрия лезвия; -параметры движения.
Изменение марки инструментального материала и геометрии в динамике технически не осуществимо.
Влиять на структуру СР, состав СОТС и параметры относительного движения ее элементов нельзя, потому что эти управляющие воздействия подчинены целям более высокого уровня иерархии.
В связи со статическим подходом к оптимальному управлению СР понятие времени перехода в требуемое состояние к ней не применяется. При этом, в соответствии с установленными критериями, интегральной оценкой состояния СР служит работа внешних сил.
Функционирует СР в составе ТС, а, следовательно, цели управления СР подчинены целям иерархических уровней ТП. Наиболее общей задачей синтеза ТП является задача структурной и параметрической оптимизации.
Допустимые управления СР в составе ТС в процессе резания изменяться не могут, так как это или технически неосуществимо, или создаёт конфликтную ситуацию с оптимизацией ТП.
Поэтому, динамическая СР подвержена только статическому управлению - стабилизация ее вектора состояния на время равное периоду стойкости инструмента при проектировании.
Выводы. Проектирование новых ТП для производств перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию, предприятий общественного питания и пищевых производств, выполняют с учётом управления и возможности управляющего воздействия на ход выполнения как производственного процесса, так и отдельных технологических операций изготовления деталей машин, аппаратов, механизмов и приспособлений.
Функционирует СР в составе ТС, а управляющее воздействие и управление ТП осуществляют при вы-
полнении технологии изготовления, ремонта, модернизации и сборки новых изделий. Много вариантность оптимизации ТП заключается в разработке различных его структур, после чего выбирается ТП, наилучшим образом отвечающий экономическим показателям. Отсюда следуют целевое пространство управления СР и допустимые управляющие воздействия. Рациональный ТП окончательно формируется за счёт коррекции условий существования выбранной (спроектированной) СР.
Список использованных источников
1. Теория резания: математическое моделирование и системный анализ / С.Г. Емельянов, А.И. Ремнев, С.В. Швец и др. - Старый Оскол: ТНТ, 2010. - 312 с.
2. Стратегия автоматизации технологической подготовки производства изделий / Е.И. Яцун, А.И. Ремнев, В.В. Пономарев, Д.А. Погонин // Компрессорное и энергетическое машиностроение. - Сумы. - 2012. - № 2 (28). - С.49-53.
3. Перспективные технологии изготовления пищевых систем теплообмена / Л.А. Пасечко, А.И. Ремнев, И.Н. Доренская, Т.А. Стужная // Научное обеспечение развития общественного питания и пищевой промышленности: Материалы международной научно-практической и научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов. 2 апреля 2015. - Белгород: Изд-во БУКЭП, 2015. - С.230-238.
4. Ремнев А.И. Ресурсосберегающие технологии изготовления и сборки элементов теплообменных систем. -Курск, 2007. - 459 с.
5. Ресурсосберегающие системы резания с инструментом из композитных материалов / Е.А. Кудряшов, Е.И. Яцун, А.И. Ремнев и др. - СТИН. - 2013. - № 7. - С. 29-35.
6. Influence of buildup in lathe processes on tool life and surface quality / S.G. Emel'yanov, A.I. Remnev, E.I.Yatsun, S.V. Shvets, E.V Pavlov. Russian Engineering Research. 2011. Т. 31. № 12. С. 1276-1278.
7. Remnev A. I. Technology elements of the heat exchange systems / American Journal of Scientific and Educational Research, 2014 - №.1. (4) (January-June). Volume II. «Columbia Press». New York, 2014. - P. 610-614.
List of sources used
1. Theory of cutting: mathematical modeling and system analysis / S. G. Emelyanov, A. I. Remnev, S. V. Shvets. Stary Oskol: TNT, 2010. - 312 s.
2. The Strategy of automation of technological preparation of manufacturing products/ E. I. Yatsun, A. I. Remnev, V. V. Ponomarev, D. A. Paganin // Compressor and power engineering, Sumy. 2012. No. 2 (28). S. 49-53.
3. Аdvanced technologies for food manufacture of heat exchange systems/ L. A. Pashechko, A. I. Remnev, I. N. Dorensky, T. A. Stugna. Scientific provision of development of public catering and food industry: proceedings of the international scientific-practical and scientific-methodical conference of faculty and graduate students. April 2, 2015. - Belgorod: Publishing house of BUCAP, 2015. P. 230-238.
4. Remnev A. I. Resource-Saving manufacturing and Assembly of elements of heat-exchange systems. - Kursk, 2007. -P. 459.
5. Kudryashov E. A. resource-Saving system with cutting tool made of composite materials. /. A. E. Kudryashov, E. I. Yatsun, A. I. Remnev, E. V. Pavlov, S. V. Shvets. STEEN. 2013. № 7. S. 29-35.
6. Emel'yanov S.G. Influence of buildup in lathe processes on tool life and surface quality. / S.G. Emel'yanov, A.I. Remnev, E.I.Yatsun, S.V. Shvets, E.V Pavlov. Russian Engineering Research. - 2011. - Т. 31. - № 12. С. 1276-1278.
7. Remnev A. I. Technology elements of the heat exchange systems / American Journal of Scientific and Educational Research, 2014. - №1. (4) (January-June). Volume II. «Columbia Press». New York, 2014. - P. 610-614.
