Разработка автоматизированнойсистемы поддержки технологического проектирования в CAD/CAM Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

9. Zadeh L. From Computing with Numbers to Computing with Words - From Manipulation of Measurements to Manipulation of Perceptions. IEEE Trans. // Circuits and Systems - Fundamental Theory and Applications, vol. 45, №1, 1999, pp. 105-119.

10. Бутенков C.A., Кривша В.В., Бутенков Д.С. Гранулированные вычисления в системах

// .

конференции ”ИАИ-2005”, Киев, 17-20 мая 2005. - С. 79-85.

11. Walker E. Perspectives on Fuzzy Systems in Computer Vision // Proc. of the Annual Conference of the North American Fuzzy Information Processing Society [NAFIPS '98], August, 1998, pp. 296-300.

12. . . -

// , - -нальной академии наук Украины, №4, 2005. - С. 106-115.

13. F. Klein. Elementarmathematik vom Hoheren Standpunkte Aus Erster Band. Verlag von Julius Springer, Berlin, 1924.

14. . . -

// ”, - -циональной академии наук Украины, №6, 2006. - С. 124-131.

15. Erwig M., Schneider M. Vague Regions. 5th Int. Symp. on Advances in Spatial Databases (SSD), LNCS 1262, 298-320, 1997.

16. Ullah S. F-granular design information based Information axiom. In Proc. of ICAD 2002, Cambridge MA, June 2002, pp. 1202-1209.

17. . ., . ., . ., . . -

ванных вычислений в задачах САПР машиностроения // Известия ТРТУ. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, №3, 2004. - С. 66-73.

18. Rosenfeld A. Fuzzy plane geometry: Triangles. Pattern Recognition Letters, 15(12): 12611264, 1994.

19. . ., - . . . -

// .

” ” -2006, , 20-22 -тября 2006. - C. 216-230.

УДК 658.5

Л.А. Кашуба, АД. Жаргалова

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В CAD/CAM

.

обработки можно представить последовательностью задач, выстроенных вдоль потока развития информации от исходных данных для проектирования к результату - информации, необходимой и достаточной для подготовки к исполнению про.

Процесс проектирования многовариантен и имеет итерационный характер с обратными связями разной глубины. Современные CAD-системы поддерживают этапы технического предложения, эскизного и рабочего проектов с полным комплектом конструкторской документации, содержащей информацию о номинальной (абстрактной) геометрии проектируемых изделий. CAM-системы связаны с разработкой программного обеспечения для станков с ЧПУ, рабочих технологий обработки деталей и сборки сборочных единиц, что позволяют создать полный комплект рабочих технологических документов.

Основной функцией САМ-систем в настоящее время является формирование команд для выполнения траекторий движения расчетных точек инструментов, режимов работы оборудования при выполнении переходов технологического про, - -ние времени обработки на каждом переходе и их совокупности, выполняемой по. САМ-

положения расчетной точки инструментов в каждом переходе на середину поля допуска параметра формируемой поверхности.

В связи с тем, что модули технологического проектирования САБ/САМ-систем основаны на существующих алгоритмах технологического про, ,

, , продукции, вероятность исправления брака и т.д.

Существенным недостатком существующих САБ/САМ-систем является невозможность доопытной оценки влияния точности средств производства на вероятность выхода годной продукции, полностью соответствующей требованиям технической документации [1, 2].

При проектировании технологии обработки в САБ/САМ-системах желательно еще на этапе подготовки производства на основании заданных допусков на геометрические параметры детали учесть как точность формирования параметров

, -ния параметров поверхностей детали, так и точность средств контроля, используемых при контроле параметров при приемке продукции по каждому контролируе-, .

Проблема состоит в том, что при настройке положения расчетной точки инструмента необходимо учесть как погрешность формирования параметра объекта производства выбранным средством производства, так и погрешность средства , .

Исследование вероятности оценки принадлежности объектов производства полю допуска при однократном его контроле средством измерения с известной погрешностью. Исследование закономерности погрешности формирования параметра x в технологическом процессе показало, что в соответствии с одной из теорем К.Шеннона она подчиняется нормальному закону:

_ (*-*„ )2

р1(х,хи) = e 2а’г /а^4тП,

где xll - положение настройки расчетной точки инструмента при формировании параметра; <7Х,- параметр распределения формирования параметра в технологиче-.

При однократном измерении действительного значения параметра x по показанию аналогового прибора хи вероятность положения x относительно показания хи также подчиняется нормальному закону распределения:

(*_*, )2

Р2(х _ X ) = e 272"2 /72uJП,

где хи - показание измерительного прибора; 72и.- параметр распределения вероятности значения параметра x относительно измеренного значения.

Вблизи границы поля допуска x1 вероятность и1 [х, (^-х1)] того, что принадлежность действительного значения измеряемого параметра при однократном показании СИ окажется до границы х1 в области А будет определяться соотношением:

и1[х, (хи-Х1)] = |Р2[х, (хи-Х1)] -ёх .

Вероятность и2 [х, (хи-Х1)] того, что принадлежность действительного значения измеряемого параметра при однократном показании СИ окажется за пределами границы х1 в области В будет определяться соотношением:

и2 [х, (хи-хО] = | 1- Р2[х, (ха-х1)\ёх .

—

х = х1 ( х)

областям А и В при погрешности измерения, подчиняющейся нормальному закону распределения имеет вид, представленный на рис. 1.

Большинство полей допусков на параметры объектов производства (ОП) имеет две границы хтЫ= х1, хтах= х2. Эти границы делят всю область значений парамет-х , . , -

ют области В, не принадлежащим ему - областям А и С соответственно исправимому и неисправимому браку. Если стандартный интервал рассеяния параметра ОП, равный 6а, намного меньше интервала поля допуска (хт1И, хтах), то при настройке процесса формирования параметра хн на середину поля допуска вся продукция будет соответствовать области В и будет принята как годная.

Рис. 1. Вероятность принадлежности параметра объекта измерения областям А и В при погрешности измерения, определяемой нормальным законом

распределения

, , 6а,

больше поля допуска (хтп, хтах), то при настройке процесса формирования парах , -

ствующей неисправимому браку, часть - в области значений параметра, соответствующей годной продукции и часть - в области значений параметра, соответствующей исправимому браку. При разделении продукции на принадлежность к каждой из областей средства контроля с их погрешностями окажут влияние на ре, ( , ). этих позиций все технологические переходы (ТП) целесообразно разделить на точные и неточные, стабильные и нестабильные. Для неточных ТП при формировании параметра на некотором множестве ОП возникает проблема отделения , , -ка, в котором формируемый параметр не соответствует полю допуска. Использо-

вание неточных и нестабильных ТП приводит к необходимости применения сплошного технического контроля формируемых параметров. Неотъемлемой составляющей обеспечения точности процесса формирования параметров ОП в процессе производства является технический контроль. Технический контроль при однократных измерениях будет искажать характер распределения погрешности

, -сти измеряемого параметра х областям ОП, принадлежащим полю допуска (облас-) (

).

Для удовлетворения ограничениям, налагаемым на технологический процесс, необходимо с одной стороны уменьшить потери от неисправимого брака (вероятность неисправимого брака Рш) до приемлемого допустимого уровня [РНБ], с - , принятой продукции допустимую вероятность риска заказчика [РРЗ] [3].

Как показали исследования, первую задачу можно решить, сместив настройку хн в сторону области В, одновременно уменьшая вероятность оценки принадлежности объектов к ней и вероятности риска заказчика при однократных измерениях .

, х 2,

смещая ее также в сторону области В и уменьшая, тем самым, вероятность риска заказчика в составе объектов, принятых по контролируемому параметру.

При контроле значений параметра ОП аналоговым средством измерения исходный характер распределения будет искажаться погрешностью измерения в соответствии с вероятностью оценки принадлежности к каждой соседней области слева и справа от границы поля допуска. Каждое значение параметра распределения объекта производства р1(х) следует умножить на вероятность определения Р(х) принадлежности к соответствующей области А или В.

где р^хн, ах)-- центр группирования и параметр распределения погрешности формирования параметра в технологическом процессе; хн - положение центра группирования формируемого параметра в технологическом процессе; ах - параметр распределения нормального закона распределения формируемого параметра; р1 {х) и р2{х) - соответственно искаженные средствами контроля распределения объектов, принадлежащих по результатам приемочного контроля областям А и В.

Результаты сортировки при контроле по конструкторскому и приемочному х1 х 2 . 2.

В соответствии с рис. 3 вероятность неисправимого брака на границе между областями А и В слева на рис. 3 равна площади (£3+£4). Величину смещения настройки в новую точку х{ можно определить из условия (^з+^4)=^Б], решив которое относительно х { определим его положение.

Вероятность первой части принятых ОП с левой стороны рис. 3 равна сумме площадей 5'1 и Б2. Вероятность второй части принятых ОП с правой стороны равна сумме площадей £5+£6. Вероятность общего количества объектов, принятых с первого предъявления по однократно измеряемому параметру объектов, принадлежащих по результатам однократных измерений области В, будет равна

Р1 7 (х) = р1(хн, ах)- и1(х1);

Р2 '(х) = Р:(хн, ах)- ^(хО,

(1)

(2)

Р(х)

1,0

Рис. 2. Искажение средством измерения результатов оценки принадлежности объектов производства к областям А, В и С по измеряемому параметру при смещении настройки хн со стороны неисправимого брака и введении новой приемочной границы поля допуска в сторону области В от середины поля допуска

Ввод

параметров

настройки

Рис. 3. Структурная схема автоматизированной системы поддержки

проектирования

В составе принятых объектов будут объекты Б2 и 56, фактически принадлежащие областям А и С. Объекты, равные площади (52+56) представляют собой вероятность риска заказчика т. Важно обеспечить заданный риск заказчика [т] =52+56, где 56 зависит от положения границы приемочного допуска хт 2. Если вводится ограничение по риску заказчика [т], то 56=[т]-52. Решая последнее урав-

т

нение относительно х 2, получим значение положения границы приемочного ПОЛЯ допуска со стороны исправимого брака.

Объекты, отнесенные по контролируемому параметру к области А, характеризующие вероятность неисправимого брака, равны площади 5А= 53+54. Среди них будут объекты равные площади 54, принадлежащие фактически области В, являющиеся частью вероятности риска производства п. Объекты, отнесенные по контролируемому параметру к области С (исправимому браку), равны площади 5С= 57+58. Среди них будут объекты пропорциональные площади 57, принадлежащие фактически области В. Объекты, равные сумме площадей Б4+Б7 представляют собой вероятность риска производства п.

Численные значения вероятностей 51-58 могут быть определены интегрирова-(1) (2) .

Программная реализация исследований. Для обеспечения желаемой вероятности выхода принятой (годной) продукции при наложенных ограничениях на вероятность риска заказчика и неисправимого брака разработана автоматизированная система поддержки технологического проектирования.

Она связывает настройку начального положения расчетной точки инструментов в каждом переходе с допустимой вероятностью неисправимого брака при известной точности средств производства; определяет вероятности исправимого брака и приемки «с первого предъявления» при известной точности средств технологического контроля параметров, а также границы приемочных допусков с заданной вероятностью риска заказчика.

При разработке системы (см. рис. 3) следовало учесть следующие пользователь, -

:

♦ принимать от пользователя вводимые исходные данные для расчета (номинальный размер параметра объекта производства, параметр распре де-

а, , -

ности измерения ё, интервал значений параметра объекта производства хтп хтах, границы конструкторского допуска хк тп, хк тах, границы технологического допуска х1 тп х1 тах, допустимая вероятность неисправимого брака Рб и т.д.);

♦ определять настройку рабочих точек инструмента; вероятности исправ-

, ;

♦

трудоемкости различных технологических схем обеспечения точности

;

♦ представлять отчетность о результатах моделирования сортировки и приемки для последующего обоснованного планирования контрольных ме-

.

( ):

♦ « ».

♦ Модуль расчета результатов приемки.

♦

технологических переходов (КТП).

♦

.

Выбор алгоритма расчета в зависимости от характера расположения допусков.

На рис. 4-9 представлены интерфейсы созданной системы поддержки проек-.

Рис. 4. Ввод исходных данных

Выбор характера распределения погрешности иімсрения

і Рлемоеероятный мкам раслределег«ія ' Н*т4Ль»імі М».0и распреде ••

Рис. 5. Диалоговое окно «Выбор характера распределения погрешности

измерения»

Параметры объекта п роизводсгва Параметры технологического процесса изготовления

Наименование параметра Обознач. Размерн. Номинал Допуск Хтіп Хтах Наименование параметра Обознач. Размерн. Значені

100 0 200 Закон распределения погрешности РАУ

Риск заказчика гтг % Параметр распределения погрешности Д 100

Схема расположения границ НБ-Г (неисправимый брак - годные)

Конструкторский допуск Приемочный допуск Параметры технологического процесса измерения

Я1 (В; к р 1(16) Для цифровых измерительных устройств

А | I Наименование параметра Обознач. Размерн. Значени

Л д: Закон распределения погрешности МУ

Хк ' Г-Н*; Параметр распределения погрешности д 10

V Наименование параметра Обознач. Размерн. Значени

I Закон распределения погрешности N0!^

■ах ® Параметр распределения погрешности о

Параметры настройки

Наименование параметра Обознач. Размерн Значение

Настройка расчетной точки инструмента Хн 77,5 Обознач.ІРазмерн. Значение

Нижняя граница приемочного допуска Хттіп 0 Нижняя граница конструкторского допуска Хктіп 0

Верхняя граница приемочного допуска Хттах 155 Верхняя граница конструкторского допуска Хктах 150

Рис. 6. Пример формирования и параметров контроля объектов производства

Таблицы результатов сортировки по параметру объекта производства

Конструкторским допуск | Приемочным допуск

N п/п 1 Наименование параметра Обознач Разме Значение Обознач Размер Значение

Вероятность приемго объектов производства как годны« Рг 0.8 Рг 0.785

2 Вероятность исправимого брака Риб Риб

3 Вероятность неисправимого брака Рнб 0.2 Риб 0.215

4 Вероятность годных в составе исправимого брака Рги Рги

5 Вероятность годных в составе неисправимого брага Ргм 0 Рги 0.0525

6 Вероятность исправимого брака в составе годны* Риг Риг

7 Вероятность исправимого брака в составе неисправимого Рин Рин

3 Вероятность неисправимого брака в составе годных Рнг 0.0475 Риг 0.0375

9 Вероятность неисправимого брака в составе исправимого Рим Рим

10 Действительная вероятность годных в принятых объектах производства Ргд 0.7525 Ргд 0.7475

11 Действительная вероятность неисправимого брака в непринятых объектах Рнбд 0.0525 Рнбд 0.0625

12 Действительная вероятность исправимого брака в исправимом браке Рнбд Рнбд

13 Вероятность брака в принятых ОП т 0.0475 т' 0.0375

14 Вероятность годных в непринятых ОП п 0 п’ 0.0525

Рис. 7. Таблица результатов сортировки по параметру’ ОП

В текстовый отчет записываются основные данные о моделировании, такие как значение параметров настройки расчетной точки инструмента, рассчитанный риск заказчика и предприятия, схема расположения допусков и характер распределения погрешностей измерения и изготовления (рис. 8).

_____________Табшца р^яьтатов прин»н в с-ни- гомпяекое те«нологичеспь пере-одсв_

'■«« гемплеков те-жтсогчеош пере-одов. обесоечиаюиц' Рез»гьтзти приемго оо доп<с»7

С>«ш 1 Наименование параметра мнстр/исрсюи Обознач Значене прмемочна) Обознач Значение

П '*■ Вероятность яриеот Рп 0.8 Р'п 0.785

Вероятность брага Рб 0.2 Р'б 0.215

Вероятность исправления брака Ри Рм

Вероятность риска загазчига т 0.0475 т' 0.0375

Ко>ффиф*ит уииожмм иа в ■ оде в КТП Квх 1.25 Г|л 1.273»

4) П N » л Относительное количество брага в КТП Кб 0.25 Гб 0.27389

Стн:-:ительнм1 :о*ем кктр-злч 0П Кем 1.25 Кгоп 1.27389

Относительна) объем ммерети НЕ Кжб Гжо -

Относительна! объем измере»« ИВ Кмб * Ктб *

Относительна) объем испрашмим Ки * Ги *

Относительна) объем контроля И Б Кмб - Г|иб -

Рис. 8. Таблица результатов приемки (схема КТП1)

распределение погрешности"средства'измерения: равновероятное

Рис. 9. Отчет о результатах моделирования

Заключение. Разработанная автоматизированная система поддержки проектирования технологии механической обработки позволяет решать следующие задачи, связанные с повышением точности в многономенклатурном машиностроительном производстве:

♦ уменьшает затраты на сбор и обр аботку статистической информации;

♦ позволяет определять трудоемкость изделия еще на стадии конструкторско-технологической подготовки производства, позволяя судить о достаточности выбранных средствах производства и контроля для обеспечения требуемого выхода годной продукции, увеличивает оперативность и точность оценки трудоемкости;

♦

принятии решения о его постановке в производство.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кашуба Л А., Жаргалова АД. Особенности проектирования технологии механической обработки деталей конкурентоспособных изделий // Сборник материалов 1-ой международной научной конференции / Под ред. В.И. Якунина. - М.:МГИУ, 2008. - С. 192-197.

2. Тарасов В.А., Кашуба Л.А. Теоретические основы технологии ракетостроения: учеб. пособие / Под ред. В.А. Тарасова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 352 с.

3. Марков КН., Кайнер ГБ., Сацердотов ПА. Погрешность и выбор средств при линейных измерениях. - М.: Машиностроение, 1967. - 392 с.