Разработка алгоритма деталей машин для автоматизации решения задачи расцеховки при создании фрезерного участка Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

3. Афанасьев, А. Н. Методология разработки распределённых интеллектуальных систем проектной деятельности / А. Н. Афанасьев, Н. Н. Войт // Груды конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «IS&ITM1». В 4 т. - М. : Физматлит, 2011

Т. 1.-С. 132-142.

4. Voit, N. Development of intellegent mobile learning system of CAD // Proceedings of International Conference. Interactive Systems And Technologies: The Problem of Human-Computer Interaction. - Collection of scientific papers. - Ulyanovsk : ULSTU, 2011. - P. 100-104.

5. Афанасьев, А. Н. Интеллектуальная платформа обучения в технике, образовании и экономике для мобильного оборудования / А. Н. Афанасьев, Н. Н. Войт // Сборник научных трудов «Информатика, моделирование, автоматизация проектирования». - Ульяновск : УлГТУ,

2011.-С. 45-53.

А фа нас ье в Александр Николаевы ч доктор технических паук, профессор кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ. Войт Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ.

УДК 621.058.013.8

А. Ф. ШИРЯЛКИН, В. В. ОКОРОКОВ

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РАСЦЕХОВКИ

ПРИ СОЗДАНИИ ФРЕЗЕРНОГО УЧАСТКА

Для автоматизированного решения задачи расцеховки, согласно принципу технологической геометризации, рассмотрены характеристики фрезерного оборудования с ЧПУ и выделены классификационные признаки многоуровневого элементно-технологического классификатора для разработки алгоритма группирования при создании фрезерного участка.

Ключевые слова: стандартизация, классификация, классификатор, техническая подготовка производства, классификационные признаки, группирование, фрезерное оборудование с ЧПУ.

Современный научно-технический прогресс связан с автоматизацией и значительным усложнением различного оборудования, применением широкой номенклатуры взаимосвязанных систем компонентов производства и материалов. При этом возрастают требования к качеству изделий и услуг. Большое значение приобретают вопросы надёжности и конкурентоспособности продукции. В таких условиях возрастает роль стандартизации, как важнейшего звена в системе управления техническим уровнем и качеством продукции на всех стадиях её жизненного цикла.

В условиях активно развивающейся рыночной экономики происходит переосмысление роли и места общетехнических и организационно-технических систем и комплексов государствен-

© Ширялкин А. Ф., Окороков В. В., 2013

ных стандартов, вырабатываются новые стандарты и концепции проведения работ в этой сфере. Меняются и концептуальные подходы применения методов стандартизации, систематизации и классификации для повышения эффективности и качества производства изделий, связанные с применением информационных и к о м г I ь ютер н ы х те х н о л о г и й.

В связи с этим большую помощь могут оказать классификаторы объектов производства, которые значительно облегчают и убыстряют производственные процессы, способствуют их автоматизации, в том числе автоматизации технологической подготовки производства (ТПП). Одной из наиболее важных задач ТПП машиностроительного производства является задача расцеховки - распределения заготовок деталей машин по видам оборудования для их последующей обработки.

Для автоматизированного решения задачи расцеховки согласно принципу технологической геометризации (метод по оборудованию) подробно рассмотрены характеристики фрезерного оборудования и выделены классификационные признаки многоуровневого элементно-технологического классификатора (МЭТК) для разработки алгоритма группирования при создании фрезерного участка [1]. В частности, в работе рассмотрены следующие положения.

^ Методы кодирования и группирования

^ Проведён сравнительный анализ классификаторов с точки зрения выбора наиболее подходящего для решения задачи расцеховки

^ Проведён анализ принципов и методов построения технологического процесса на машиностроительном предприятии, а также анализ фрезерного оборудования

^ Проанализированы типовые технологические процессы на фрезерных станках

^ Проведён анализ классификатора МЭТК на предмет автоматизации ТПП на фрезерном участке

^ Изучена методика кодирования и классификации деталей по МЭТК

^ Проанализирована заданная номенклатура деталей

^ Закодированы и сгруппированы детали

^ Рассмотрены различные виды фрезерных станков, в том числе станки с ЧПУ.

Методика классификации и кодирования информации о детали МЭТК предназначена для получения оптимизированного набора исходных данных в целях проведения качественной технической подготовки и эффективного управления производством на различных этапах (уровнях) развития производственного процесса.

Основным документом, реализующим первичный этап подготовки информации, является «Ведомость информации о детали» (ВИД) (рис. 1), этап является исходным для системы конструкторско-технологической информации при решении задач технической подготовки производства (ТеПП). Форма ВИД предназначена для описания исходных данных при автоматизированном решении задач ТеПП, в том числе следующих задач 1-го уровня:

1 конструкторского поиска деталей-аналогов при проектировании новых изделий;

2 технологической проработки деталей и их унификации;

3 поиска ТП-аналогов для их последующей корректировки при проектировании новых техпроцессов;

4 группирования деталей по конструктивно-технологическим признакам;

Ь проведения расцеховки деталей по подразделениям предприятия;

6 выбора и расчёта количества оборудования, в том числе станков с ЧПУ;

7 выбора деталей для их обработки на станках с ЧПУ;

8 укрупнённого расчёта трудоёмкости обработки деталей;

9 расчёта загрузки цехов и участков;

10 проектирования планировок цехов и участков;

I 1 выбора и расчёта количества заготовок;

12 формирования маршрута обработки групп и единичных деталей.

Отличительной особенностью информационной системы ВИД является возможность использовать её как в неавтоматизированном, «ручном» режиме, так и производить автоматизированное кодирование путём интерактивного диалога пользователя с ЭВМ. В этом случае ВИД используется как удобный промежуточный документ.

Удобству и простоте его использования способствует нахождение большинства классифи-кационно-кодовых таблиц на иоле бланка. Еще одним преимуществом, отличающим данный вид документа, является то, что с его помощью можно осуществить первый этап предварительного группирования, как для ручного, так и для автоматизированного группирования. В целом отметим, что ВИД есть как раз тот документ, использование которого максимально приближает работу технолога-систематика к режиму реального времени, что и определяет максимальную эффективность системной видовой технологии.

Заполнение ВИД начинается с получения обще го п ре дета в л е н и я кон стру кги в 11 о-ге х н о л о г и -ческой форме детали в виде эскиза. Для этого в ручном варианте заполнения на бланке ВИД чертится эскиз детали-представителя. В автоматизированном варианте графическая информация может поступать по сети от конструкторский систем типа «ип^гаПх» или другой подобной, а также частично из текстовых данных (материал, заготовка и т. д.), уже имеющихся в базе.

Следующим этапом классифицируется, кодируется и вводится конструктивно-геометрические данные об общей форме группы деталей, рассматриваемых в таксонах (класс и подкласс), таблица 1.

Далее в зависимости от конкретной номенклатуры и комплекса решаем рассматривать более конкретизированные таксоны (от надсемей-ства до рода).

К)

ВЕДОМОСТЬ ИНФОРМАЦИИ ДЕТАЛИ

ВИД

8-6(111

•О-'-

Код основных элементов (род детали)

Необр

Н

Круглые (К)

Цилиндр

глад

СТУП

С

Коническ

К

Ради усн

Фа сон

Ф

Некр

Призм

Код дополнительных элементов (ДЭ) 3-й знак- количество ДЭ данного типоразмера

Отверстия (О)

Цилиндрические

глад

П

11еобр

Н

Плоско-комбинированные (П)

Плоско-параллел.

глад

Г

ступ

УКЛОН

У

рад

КОМО

К

ступ

зенк

2,3 |

цеко

Ц

КОНИ

К

Резьба (Р) внутренние (р)

произ

П

Вид поперечного сечения объемно-профильн. дет.

утолок

У

тавр

швелл

Т

III

двутавр

Д

Подкласс

Семейство

крест

К

г-

образ

Комо,

Ко

Произв.

П

НО

п

метр

М

трап

'Г

дюйм

м/зах

Д

(М)

прям

П

Канавки наружные (Н)

угл

У

рад

Нсцнлиндрнчсскис

Накатка (II)

прям

сег

II

С

Канавки внутр.(В)

Лыски (Л)

оси

1

3

не оси

Н1

комо

К

прям

Усту пы (У) Пазы (П),

ПО 1 ПЗ

\тл

У

рад

К

Скосы (С)-угловой (с) линейный

30

30

45

45

XX

XX

Диузн. ЛИ) размер

Полсечки (Пс)

Радиусы Я - наружи., г- внутрен.

Род

У

№ п/п № черт е- ЖЙ Наим. Кол на изд. Габариты Вид за гот. Марка мат. Вес (кг) • ОЭ1 ОЭ2 1 Общ. Код ДЭ1 Размеры ДЭ1 Труд ДЭ1 Код ДЭ2 Размеры ДЭ2 Труд ДЭ2 Труд в мни.

Ь в (I» н (<1) Кол Труд Код Труд Труд 11 В1 12 В2

1 47601. 0202.1 71.000 Пояс верхний 884 85 40 Д16 4.1 С2

2 0201.2 60.001 Профиль 944 45 25 Д16 1.1 С2

го о

Рис. 1. Пример группы в форме ВИД. Объёмно-профильные уголки

■

Таблица 1

Периодическая система высших таксонов деталей машин (фрагмент)

Типы элементарные (из одного ОЭ) однородно-комбинированные (из 2-х и более ОЭ одного класса)

КЛАССЫ ДЕТАЛЕЙ и их основных ЭЛЕМЕНТОВ П о д т и II ы •

• • • • « ч • « •

V • 1 с одной или несколькими изогнутыми осями

с совмещёнными осями, при значительном отличии основных размеров ОЭ (соосные ОЭ)

с одной прямой центральной продольной осью с двумя или несколькими параллельными прямыми осями с двумя или несколькими прямыми осями под углом друг другу

Подкласс ы

ВРАЩЕНИЯ круглые (диски, шестерни, кольца, валы, штоки и др.) ВП Круглые (01/02 .> 1,6)-(диски, шестерни, кольца, валы, штоки и др.) ВС эксцентриковые (эксцентрики, кривошипы, коленвалы) ВО разветвлённые вращения (угольники, тройники, крестовины) ВР круглые с изогнутыми осями (пружины, индукторы, змеевики и др.) ВИ

НЕВРАЩЕНИЯ плоско-ком-бинированные (планки, листы, плиты и др.) НП плоско-комбинированные (планки, листы, плиты и др.) НС объёмно-профильные (уголки, тавры, швеллеры и др.) • но разветвлённые невращения (плоскостные профильные) ИР Плоскообразные (аэродинамические, пружины невращения и др.) НИ

При кодировании элементарных деталей вращения в качестве 3-го и 4-го знака берётся код отношения 1ЛЭ.

Заметим, что при автоматизированном кодировании определение кода Ь/О будет производиться автоматически, путём решения соответствующей задачи в подсистеме ввода и подготовки информации на основании уже имеющихся исходных данных (габаритных размеров).

В данном исследовании использовалось 14 деталей невращения, которые были распределены на 4 группы в зависимости от своих характеристик. Пример ВИДа детали для одной из таких групп представлен на рис. 1.

Все эти детали, согласно табл. 1, относятся к объёмно-профильным, код НО.

В процессе исследования можно заметить, что они также относятся к немалкованным (прямой угол к основанию) и обозначаются буквой «Г1» (таблица 2). Это позволяет сделать вывод о том, что данный признак выбранных деталей, наиболее соответствует схеме обработки на

трёхкоординатном фрезерном станке. При дальнейшей классификации определим род детали надсемейства НОП как уголки, закодировав данный признак кодом «У». Этот таксон нам необходим с точки зрения последующей унификации и типизации при проектировании приспособлений. Заметим, что при этом мы сознательно пропускаем подуровень (таксон) семейство, который для решения данной задачи нам не нужен.

Помимо этого нам надо отделить детали, длина и ширина которых, согласно предварительному анализу номенклатуры, не превышает 1000 мм, поэтому необходимо при выборе станка также обратить внимание на размер паллеты станка (для наших деталей подойдёт станок с размером паллеты не менее 1000x1000 мм). Руководствуясь этими соображениями, а также д ру г и м и свой ства м и д стал ей (м а кс и м ал ь н о й массой, точностью обработки, материалом и др.), которые указаны ниже, мы выбираем подходящей для обработки фрезерный станок.

Таблица 2

Наклон обрабатываемых рёбер детали (надсемейство)

Прямые Малкованные

Отсутствие малки (прямой угол к основанию) у "> У0 ш £_Уф_^ Открытая малка (угол с основанием > 90*) Закрытая малка (угол с основанием <90*) Комбинированная (открытая и закрытая Шй /Ж ъяжтжиШ С изменяющимся углом к основанию Произвольные

п О 3 К И ПР

Рис. 2. Алгоритм выбора деталей тел невращения к горизонтально-фрезерному

станку РН фирмы Могак

Всё это позволило перейти к практическому исследованию, в котором был сделай акцент на разработку алгоритма группирования деталей машин (рис. 2) при создании фрезерного участка с помощью классификатора МЭТК и на расчёт общей трудоёмкости групп деталей исходя из фонда времени изделий.

Для этого был взят горизонтально-фрезерный станок японской фирмы Магак РН 10800. Этому станку присущи следующие основные характеристики: число программируемых координат -3, размер паллеты - 1000х 1000 мм, перемещение по осям (ХЛ72) - 1700/1400/1400 мм, быстрая подача - 40000 мм/мин.

Выбор неслучаен, во-первых, корпорация Уатага1а Матяк — это известный во всём мире производитель прецизионного металлообрабатывающего оборудования. Уатагак1 Ма7.ак Согрогайоп входит в тройку ведущих производителей станочного оборудования во всём мире. Основанная в 1919, сегодня компания имеет филиалы по всему миру и производит около 6000 станков в год. В производстве компания Магак акцентирует своё внимание на использовании новейших технологий, а во-вторых, выбор был основан на многочисленных технических и технологических преимуществах горизонтально-фрезерных станков, основными из которых являются:

« Механизированная фиксация инструмента в шпинделе с помощью патронов и оправок. Это даёт возможность предельно точно установить вылет инструмента и гарантирует точность обработки.

• Механизм пропорционального замедления подачи.

® Наличие специального устройства, которое контролирует величину зазора в продольной подаче.

• Встроенная защита привода подач от возможных перегрузок.

® Устройство торможения шпинделя на случай его остановки электромагнитной муфтой.

® Возможность вести обработку заготовок в различных автоматизированных циклах (например, в автоматическом цикле продольного движения и т. д.).

• Обширный диапазон частот вращения шпинделя.

• Различные способы подачи рабочего стола.

• Высокая мощность приводов.

• Массивность, устойчивость, жёсткость и долговечность станины и всех её рабочих узлов.

Горизонтально-фрезерные станки обладают широким диапазоном скоростей и высокими показателями мощности, что гарантирует высокую точность обработки и качество поверхности.

Предварительный анализ мелкосерийного производства и классификации фрезерного станочного оборудования изготавливаемого компанией «Магак», показал, что наиболее соответствующими для обработки данной номенклатуры деталей является 3-координатпые станки серии Ж.

Было выяснено, что при разработке алгоритма выбора деталей на фрезерный станок с ЧПУ основную роль играют такие признаки деталей, как класс, подкласс, размеры. На основе анализа технических характеристик выбираем горизон-тально-фрезерный станок РН 10800, выбор был основан на многочисленных технических и технологических преимуществах станка, а таюке потому, что на нём умещаются взятые для исследования детали.

Далее группируем детали по методике классификации и кодирования информации о детали по МЭТК. Группирование является одним из видов систематизации. А основным документом, реализующим и узаконивающим первичный этап подготовки информации, является «Ведомость информации о детали» (ВИД), куда мы заносим сведения о подлежащих обработке группах деталей. Для решения задачи расцехов-ки на фрезерном участке пользуемся всё той же классификацией деталей МЭТК ввиду его удобства и отличительных особенностей.

Были выделены классификационные признаки классификатора МЭТК для дальнейшей разработки алгоритма группирования при создании фрезерного участка, алгоритма определения деталей тел невращения к горизонтально-фрезерному станку РН 10800 фирмы Могак.

И, наконец, был произведён расчёт общей трудоёмкости групп деталей исходя из фонда времени изделий. Взяв годовой фонд времени и среднюю трудоёмкость деталей групп, рассчитываем общую трудоёмкость групп деталей. Расчёты показали, что горизонтально-фрезерный станок модели РН 10800 справляется с поставленной задачей, что свидетельствует о том, что он был верно выбран для обработки групп деталей.

Од н а ко имеющейся н о м с н кл ату р ы дета л е й было недостаточно для организации участка, проведения более подробного исследования.

Подытоживая вышесказанное, можно отметить, что в ходе проведённой работы были решены следующие задачи:

1. Проанализировано машиностроительное производство, проведён анализ принципов и методов построения технологического процесса на машиностроительном предприятии, фрезерного оборудования и классификатора МЭТК для автоматизации ТПП на фрезерном участке.

2. Произведено ознакомление с классификацией.

История классификации носит многогранный характер и связана с различными отраслями науки. Классификация - один из важнейших методов, применяемых повсеместно.

3. Проведён сравнительный анализ классификаторов с целью выбора наиболее подходящего для решения задачи расцеховки на машиностроительном предприятии.

При выполнении сравнения были выявлены указанные выше преимущества и недостатки различных классификационных методик. Сравнительный анализ показал отличительные особенности каждого классификатора, а также позволил выявить дальнейшие пути исследования.

4. Подробно рассмотрено фрезерное оборудование, различные виды фрезерных станков, в том числе станки с ЧПУ и выделены классификационные признаки классификатора МЭТК для разработки алгоритма группирования при создании фрезерного участка.

5. Выделены группы деталей по методике классификации и кодирования информации о детали по МЭТК.

Группирование по методике классификации и кодирования информации о детали по МЭТК позволило подробно ознакомиться с самой системой, а также с принципами группирования, применяемыми непосредственно на производстве.

6. Разработан алгоритм группирования при создании фрезерного участка с помощью классификатора МЭТК.

В ходе данного исследования были применены такие методы, как:

> Группирование

> Классификация

> Кодирование

> Сравнительный анализ

> Метод технологической геометризации по оборудованию.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ширялкин, А. Ф. Основы формирования многоуровневых классификаций естественного типа для создания эффективных производственных сред в машиностроении / А. Ф. Ширялкин. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - 298 с.

2. Мурашкин, С. Л. Технология машиностроения. В 3 т. / С. Л. Мурашкин. - СПб. : СПбГТУ, 2001.

3. Технология машиностроения: Производство деталей машин: учеб. пособ. для вузов / 3. Л. Жуков, И. И. Козарь и др. - М. : Высшая школа, 2003. - 295 с.

Ширялкин Александр Фёдорович, доцент кафедры «Управление качеством», кандидат технических наук, заведующий лабораторией «Измерения и экспертиза». Имеет труды в области подготовки и управления производством, стандартизации и классификации объектов производства.

Окороков Владимир Валерьевич, студент группы УКд-31 экономико-математического факультета УлГТУ.