ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Тема 3.
Автоматизация технологической подготовки производства

3.1. Автоматизация разработки технологических процессов

3.2. Автоматизация поиска технологической информации

3.3. Автоматизация проектирования технологической оснастки

Контрольные вопросы

Основной целью автоматизации ТПП является повышение качества и сокращение сроков решения задач технологической подготовки, снижение стоимости и цикла действующей технологической подготовки производства.

Передача решения многих задач ЭВМ, постепенное объединение их в комплексы задач и системы проектирования привели к разработке и созданию автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП).

Под автоматизированными системами технологической подготовки производства в машиностроении понимают совокупность методов, алгоритмов, программ математического обеспечения, технических средств и организационных мероприятий, объединенных с целью автоматизированного проектирования технологической подготовки производства.

Автоматизация ТПП включает, прежде всего, автоматизацию таких функций, как разработка технологических процессов, проектирование средств технологического оснащения и поиск информации.

Функция отработки конструкции на технологичность в значительной степени является творческим процессом, поэтому трудно поддается формализации и, как следствие, автоматизации.

Автоматизации перечисленных функции характерна высокая сложность правил их автоматизированного решения, что приводит к большим затратам на создание алгоритмов и программ решения. Область применения алгоритмов и программ часто остается весьма узкой, что можно видеть на примере некоторых внедренных систем автоматизированного проектирования технологических процессов. Большинство таких систем носят локальный характер, между ними отсутствует преемственность в системах кодирования, алгоритмах и программах, что не позволяет стыковать их между собой, в то же время затраты на их создание велики, причем много усилий тратится на дублирование уже готовых решений.

В связи с этим, разрабатывая АСТПП, следует стремиться к большей универсализации системы, чтобы в той или иной мере ее можно было использовать на различных по характеру и номенклатуре выпускаемой продукции предприятиях.

Автоматизированную систему технологической подготовки, как и любую другую, можно рассматривать с четырех взаимосвязанных сторон: структурной, информационной, функциональной и организационной, при этом каждой из них соответствует своя модель.

Задачи, решаемые при автоматизации ТПП, можно разделить на две группы: технические и предметные. Первые связаны с обеспечением функционирования САПР как технической системы, вторые – с формализацией методов описания, с построением классификаций и разработкой задач каждой функции ТПП. Если решением задач первой группы должен заниматься разработчик САПР при участии технолога, то решением задач второй группы – технолог при участии разработчика САПР.

Технологическая подготовка представляет собой разветвленный и сложный процесс переработки информации самого разнообразного вида, формы и содержания. Информация, используемая при технологической подготовке производства, называется технологической информацией.

Технологическая информация, перерабатываемая АСТПП, делится на условно-постоянную и переменную. Условно-постоянной называется информация, остающаяся неизменной при решении множества задач одного класса в одних условиях производства и меняющаяся при переходе к задачам другого класса или изменении производственных условий. К условно-постоянной информации относятся сведения о содержании ГОСТов, нормалей, стандартные программы, таблицы коэффициентов, сведения об установленном оборудовании, наличии на складах материалов, нормалей и т.п., необходимые при проектировании технологии кого-либо одного вида обработки, например, обработки на автоматах; при переходе к проектированию других видов обработки необходима полная или частичная замена этих сведений.

Условно-постоянная информация обычно хранится информационно-поисковой системе (ИПС) и выбирается оттуда по мере необходимости с помощью стандартных команд и программ.

Переменной называется информация, меняющаяся при решение каждой задачи (например, данные о детали, которые после проектирования технологий ее обработки изымаются из АСТПП и заменяются данными о другой детали ).

3.1. Автоматизация разработки технологических процессов

Проблема автоматизации разработки технологических процессов заключается в наличии неопределенности связей между качественными показателями изделия, параметрами режимов изготовления, состоянием технологических систем, а также несовершенством методики разработки процессов, низким уровнем ее формализации, многовариантностью технологических решении одной и той же задачи и др. Например, при одних и тех же режимах обработки заготовки на станках одной и той же модели точность обработки будет разной, так как станки находятся в разном состоянии, которое нигде не фиксировано. Другими примерами является выбор технологических баз при разработке технологических процессов, которые осуществляются не в соответствии со строго формализованной методикой, а по ряду рекомендации. Все это не позволяет полностью исключить участие человека из разработки технологических процессов.

При автоматизированном проектировании проектировщик должен решать творческие задачи, а компьютер – задачи, функции которых связаны в основном с выполнением нетворческих или умственно – формальных процессов при проектировании.

Дальнейшее развитие теории проектирования и вычислительной техники позволяет постепенно использовать вычислительную технику для решения творческих задач.

Однако это возможно при устранении неопределенности постановки задачи , совершенствования методики разработки технологических процессов и повышения уровня формализации. Поэтому решение автоматизации разработки технологических процессов должно начинаться с формализации методики их разработки.

При существующем состоянии методологии разработки технологических процессов в зависимости от конкретных условий различают несколько уровней проектирования: разработку принципиальной схемы технологического процесса, проектирование технологического маршрута обработки детали , проектирование технологических операций, разработку управляющих программ для оборудования с числовым программным управлением.

При автоматизированном решении задачи взаимодействия технолога-проектировщика с ЭВМ представляют процесс обмена информации в определенном режиме. Различают два основных режима: пакетный (автоматический) и диалоговый (оперативный).

При пакетном режиме технолог-пользователь и программист, как правило, не имеют прямой связи с ЭВМ. Тексты программ, результаты их проверки и решения технологической задачи передаются через оператора ЭВМ. Пакет прикладных программ представляет комплекс программ и предназначен для решения определенного класса близких друг другу технологических задач, например, проектирование технологического маршрута обработки деталей определенного класса, сборки узлов и сборочных операций заданного типа.

Диалоговый режим эффективен при решении творческих задач, когда требуется эвристический подход (распознавание геометрических образов деталей, размерных и технологических связей между элементарными геометрическими образами с целью оптимального выбора схем базирования, проектирование маршрута обработки, сборки и др.).

Вместе с тем при диалоговом режиме значительно увеличиваются затраты на создание программного обеспечения, возрастают затраты на проектирование. Можно создавать пакеты программ, позволяющих накапливать опыт проектирования и формировать алгоритмы классификации, генерирование понятий, поведение. Поэтому возникла и решается задача создания автоматизированных систем проектирования технологических процессов (САПР ТП) в режиме диалога с последующим переходом к пакетному (автоматическому) режиму более высокого путем использования программ обучения.

Система автоматического проектирования ТП имеет следующее обеспечение автоматизированного проектирования.

Методическое обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения проектирования, необходимые для выполнения автоматизированного проектирования.

Информационное обеспечение – совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования, представленных в заданной форме.

Математическое обеспечение – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, необходимых для проектирования, представленных в заданной форме.

Лингвистическое обеспечение - совокупность языков проектирования, включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для проектирования, представленных в заданной форме.

Программное обеспечение – совокупность машинных программ, необходимых для проектирования, представленных в заданной форме. Программное обеспечение делят на две части:

1) общее программное обеспечение (операционная система), которое необходимо для функционирования ЭВМ;

2) специальное программное обеспечение, которое включает все программы решения проектных задач.

Техническое обеспечение – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для проектирования.

Организационное обеспечение – совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функции, а также форму представления результата проектирования и порядок рассмотрения проектных документов, необходимых для выполнения проектирования.

Многие из перечисленных видов обеспечения требуют разработки баз данных и, как следствие, разработку баз знаний.

Анализ различных САПРТП показывает следующее. Задачи, решаемые при разработке единичных технологических процессов изготовления деталей на основе процессов-аналогов, являются формализуемыми, что нашло отражение в создании значительного числа систем автоматизированного проектирования технологических процессов, использующих принцип типовых решений. Эти системы можно рассматривать как отдельные программные модули, которые могут входить в состав АСТПП.

Наиболее трудноформализуемой задачей, решаемой при разработке единичных технологических процессов изготовления деталей, является выбор технологических баз и создание маршрутной технологии, при разработке которой необходим синтез структуры маршрутного технологического процесса (определение состава и последовательности технологических операций). В математической постановке эта задача сводится к поиску вариантов структур в счетных множествах с весьма значительным, хотя и ограниченным числом элементов. Задачи, решаемые при разработке операционной технологии, легче поддаются формализации.

3.2.Автоматизация поиска технологической информации

Практически все задачи, решаемые в процессе ТПП, требуют наличия информации и ее поиска, поэтому автоматизация работ по поиску необходимой информации оказывает существенное влияние на трудоемкость и эффективности ТПП.

Информационно-поисковая система (ИПС) является одной из важнейших систем общего назначения, входящих в состав АСТПП; представляет собой совокупность методов и средств, обеспечивающих накопление, хранение и поиск информации, необходимой для решения задач технологической подготовки производства.

Первичную (предметную) информацию составляют различные технологические нормали (справочники, заводские и отраслевые стандарты, ГОСТы и т.д.), а также технические документы, поступающие из других систем или выходящие из АСТПП (например, чертежи деталей, технологические карты и т.д.). Первичную информацию последовательно обрабатывают и подготавливают к виду, удобному для ввода в ЭВМ или в другие технические средства. Для этого при помощи формализованных языков составляют описание объектов (чертежей деталей, технологических процессов, оснастки, инструментов) и заносят их в память. Первичная информация регулярно пополняется и подвергается корректировке.

Количество массивов данных при большом числе задач, решаемых на ЭВМ, также достаточно велико, при этом многие из них, используемые для решения разных задач, содержат сходную информацию и обрабатываются аналогичным образом. Выделение однородных массивов данных и задач позволяет сократить сроки разработки и внедрения машинного решения новых задач в АСТПП.

Поэтому и возникла необходимость в информационно-поисковой системе, позволяющей единообразным для всех задач образом вводить, хранить, оперативно искать и корректировать информацию.

Отсюда ИПС выполняет следующие функции:

· ввод постоянной информации в архив данных и преобразование ее на внутренний язык;

· образование из записей на внутреннем языке массивов заданной структуры и запись массивов в определенные места архива по их функциональному назначению;

· оперативный поиск необходимых сведений в архиве данных и выдача их отдельным подсистемам АСТПП.

В соответствии с указанными функциями в ИПС можно выделить три подсистемы:

· обслуживание архива;

· поиск и выборка информации;

· обработка массивов.

Первая из них осуществляет ввод, преобразование и запись информации в архив, а также проведение различных изменений содержания массивов, касающихся удаления и замены устаревших характеристик объектов. Корректирование массивов данных является важной функцией этой подсистемы, так как объем проводимых изменений технической документации современного машиностроительного предприятия очень велик, особенно в части описания чертежей деталей и технологических процессов. Подсистема поиска и выборки предназначена для нахождения характеристик заданного объекта по известным характеристикам и для определения адреса документа, содержащего описание объекта или сам документ.

Информационно-поисковую систему можно использовать не только в качестве подсистемы АСТПП, но и как локальную систему. Тогда ИПС является средством для быстрого поиска информации при ручном решении задач технической подготовки.

Круг задач технологической подготовки производства, решаемых при помощи ИПС, весьма широк. В системе отработки объектов производства на технологичность ИПС позволяет найти по конструктивным признакам детали-аналоги для последующего заимствования или унификации либо самих найденных деталей, либо их элементов.

В системе технологического проектирования роль ИПС более сложна, так как здесь весьма высок уровень автоматизации решения задач. Для алгоритмов автоматизированного проектирования технологических процессов характерно наличие большого числа операции выборки данных из различных массивов постоянной информации.

В данном случае информационно-поисковую систему используют, например, для поиска характеристик материала, оборудования, оснастки, инструмента, различных коэффициентов из нормативных таблиц режимов резания.

Таким образом, применение ИПС существенно влияет на качество принимаемых решений, снижает трудоемкость ТПП и повышает ее эффективность.

3.3. Автоматизация проектирования технологической оснастки

Рассмотрим вопросы автоматизированного проектирования специальной оснастки, имеющие общий характер, связанные с необходимостью формализации процесса проектирования, представления процессов мышления и действий проектировщика в виде алгоритмов и программ для ЭВМ, с необходимостью организации автоматизированного проектирования.

На стадии проектирования ТПП оснащение технологических процессов необходимой оснасткой сводится к выбору ее из числа имеющейся универсальной или нормализованной оснастки или к ее проектированию.

При автоматизированном проектировании специальной технологической оснастки возможны два основных варианта:

1) проектирование оснастки ведется автономно и решается как полированная задача;

2) проектирование оснастки является частью общего автоматизированного процесса и решается во взаимосвязи с решением других задач АСТПП.

В первом случае исходные данные для проектирования оснастки подготавливаются технологом и вводятся в ЭВМ для каждого случая проектирования.

Во втором случае исходные данные постепенно накапливаются и формируются автоматически в процессе проектирования технологии, главным образом при проектировании единичных технологических процессов (второй случай характерен для более высокой степени развития АСТПП).

Исходными данными для выбора или проектирования различной оснастки могут быть не только окончательные результаты проектирования типовых, групповых или единичных технологических процессов, но и ряд промежуточных данных, получаемых на разных этапах проектирования и не входящих в конечную технологическую документацию.

В ИПС автоматизированной системы проектирования основное содержание составляет условно-постоянная информация, которая подготавливается заранее с учетом специфических особенностей опыта и традиций конкретного производства и вводится в ЭВМ одновременно с программой проектирования.

При автоматизированном проектировании наиболее удобной является классификация приспособлений и их элементов по функциональным признакам и степени нормализации и унификации. При этом выбор классов, подклассов, групп и типоразмеров производят в зависимости от номенклатуры применяемых на одном производстве приспособлений, обрабатываемых деталей и их характеристик, а также от ряда других признаков, которые могут значительно отличаться в разных производственных условиях, поэтому не представляется возможным привести какую- либо единую классификацию.

При проектировании специальной технологической оснастки значительную часть условно- постоянной информации, хранимой в ИПС, составляют сведения об основных характеристиках стандартных, нормализованных, унифицированных и повторяющихся конструктивных элементов оснастки, описывающие их с достаточной степенью полноты. Эту часть условно- постоянной информации принято называть библиотекой конструктивных элементов.

Разработка библиотеки конструктивных элементов является одним из наиболее ответственных и трудоемких этапов подготовки к автоматизированному проектированию оснастки.

В заключение следует отметить, что большинство проблем автоматизации ТПП определяется, в первую очередь, несовершенством методик решения технологических задач, выражающимся в отсутствии строгих правил, их неоднозначности и низком уровне формализации. В результате в решении присутствует большая доля творчества, а следовательно, субъективность и многовариантность решений. Все это приводит к тому, что для решения этих задач требуется непосредственное участие человека; автоматизации успешно достигают там, где возможно применение типовых решений.

Разрешение перечисленных проблем должно начиняться с однозначного описания предмета производства: детали, сборочной единицы. Существующие методы описания геометрии предмета производства приводят к неполноте и неоднозначности их описания.

Все это ведет к неоднозначному пониманию и постановке задачи, что препятствует выработке единых правел изготовления деталей. Если воспользоваться модульным представлением изделия, то значительная часть проблем может быть разрешена.

Другой проблемой, которая препятствует автоматизация ТПП, является отсутствие во многих случаях достоверной информации о фактическом состоянии средств технологического оснащения, например, точности, жесткости и других качественных показателей. Это не позволяет оптимизировать решение при разработке технологических процессов, гарантировать заданное качество изготовления изделий. Решение проблемы лежит в аттестации СТО по качественным показателям с соответствующей периодичностью и в повышении качества расчетных методов.

Контрольные вопросы