Изготовления машин

Системы автоматизированного проектирования технологичес­ких процессов изготовления изделий машиностроения долж­ны обеспечивать:

· проектирование ТП изготовления деталей;

· подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ;

· проектирование ТП сборки изделий.

Основная идея, положенная в основу автоматизации проекти­рования ТП, может быть сформулирована следующим образом:

при заданной и введенной в автоматизированную систему ин­формации о конструктивно-технологических параметрах предмета производства (детали, сборочной единицы, изделия), данных о производственных условиях и ресурсах, объеме выпуска изделий и т.д., система должна обеспечить проектирование и выдачу в за­данных форматах технологический процесс, пригодный для реализации в заданных про­изводственных условиях, при минимальном приложении интел­лекта специалиста.

Качество полученного проектного решения долж­но быть не ниже, чем при его формировании специалистом соот­ветствующей квалификации.

Изготовление конкретного изделия всегда осуществляют по еди­ничному ТП. Поэтому, спроектированный с помощью рассматри­ваемой системы процесс чаще всего должен быть единичным.

Исторически усилия большинства исследователей и разработ­чиков направлялись на создание САПР ТП изготовления деталей. Теория и практика автоматизации проектирования ТП изготовле­ния деталей наиболее разработаны. Вместе с тем в настоящее вре­мя практически отсутствуют полноценные системы, позволяющие осуществлять автоматизированный синтез единичных ТП. Это объясняется слож­ностью, наличием трудно формализуемых этапов проектирования ТП, недостаточной разработанностью теории синтеза структур сложных систем.

Особенно актуально создание синтезирующих САПР единич­ных ТП изготовления деталей для производственных систем многономенклатурного (единичного и среднесерийного) производства. В мировом машиностроении около 85%всех предприятий являют­ся предприятиями именно с единичным и среднесерийным произ­водством, причем доля этих предприятий постоянно увеличивается.

Машиностроение становится все более многономенклатурным — это одна из основных тенденций его современного развития. На долю индивидуального проектирования единичных ТП приходится до 60% объема всех за­дач проектирования ТП. Около 40% приходится на долю задач про­ектирования, решаемых с использованием ТП-аналогов.

В основу создания САПР ТП изначально были положены идеи формализации процедур проектирования и копирова­ния действий человека — технолога — проектировщика ТП. Трудно и неформализуемые этапы проектирования предполагалось выпол­нять в режиме диалога проектировщика с системой. При разработ­ке САПР зачастую игнорировалось принципиальное различие про­цессов формирования решений в результате алгоритмического (про­цедурного) выполнения некоторой задачи (например, расчета припусков на механическую обработку, определения штучного времени и т.п.) и решений, принятие которых невозможно без участия специалиста.

При создании САПР единичных ТП принцип копирования действий человека-проектировщика несостоятелен в силу ряда причин:

• особенности мыслительной деятельности человека (зритель­ное распознавание и восприятие геометрических образов, ассоциативное мышление, умение мыслить по аналогии и т.д.) в настоящее время исследованы недостаточно. Формализуется, как пра­вило, лишь малая часть внешних (результативных) проявлений этой деятельности. Оставшаяся часть находится вне возможностей современной формализации, что, естественно, резко обедняет возможности создаваемых систем;

• современные информационные технологии дают ряд возможностей и преимуществ, которыми не обладает человек: возможность практически мгновенного перебора и селекции огромного числа ва­риантов решений, методы обработки нечисловой информации (ассоциативный выбор в базах данных, обработка списков и т.д.). Это позволяет организовать процедуры, не выполняющиеся человеком при неавтоматизированном проектировании ТП, но способствую­щие при автоматизации проектирования достижению его целей.

Отказ от копирования действий человека при работе САПР ТП снимает многие ограничения, накладываемые на систему и на дей­ствия ее разработчика, например, необходимость технологичес­кой понятности каждого из выполняющихся этапов создания си­стемы. Вместе с тем апробированная общая последовательность выполнения отдельных этапов проектирования ТП должна быть сохранена при работе САПР ТП.

Дальнейшее совершенствование автоматизированного технологического проектирования прямо зависит от решения проблемы автоматизированного синтеза структур технологических объектов, в частности, ТП. Создание полноценных автоматизированных сис­тем позволит оснастить производственные системы мощными средствами поддержки технологических реше­ний, функционирующими в режиме реального времени производ­ственной системы.

Приближенные оценки соотношений долей трудоемкости про­ектных работ, выполняющихся в автоматизированном режиме при проектировании единичных ТП, приведены в табл. 1. Эти оценки отражают современный уровень автоматизации проектирования указанных ТП и свиде­тельствуют о недостаточной разработанности САПР ТП.

Таблица 1.

Соотношение трудоемкостей основных этапов индивидуального проектирования единичных ТП изготовления деталей

Методология создания САПР ТП на основе аналогов разрабо­тана значительно глубже, чем САПР ТП, осуществляющих автоматизированный синтез единичных процессов. Известен ряд примеров реализации САПР ТП данного класса, различающихся пол­нотой удовлетворения потребностей пользователя и построенных по единому принципу. Однако при создании подобных систем су­ществует ряд нерешенных научно-технических задач, например:

• классификации — выделение необходимого и достаточного множества конструктивно-технологических признаков, на базе которых конкретная деталь с достаточной достоверностью может быть отнесена к определенному классу;

• выбора (коррекции) схем установки заготовок при выполнении технологических операций.

Подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ в на­стоящее время можно считать полностью автоматизированной под­функцией ТПП. Разработано значительное число систем автомати­зированного программирования, позволяющих получать управля­ющие программы высокого качества независимо от используемого постпроцессора системы ЧПУ. Подготовку программ выполняют, как правило, в следующей последовательности:

• указывают модель постпроцессора системы ЧПУ;

• на специализированном языке описывают геометрию обрабатываемых на станке с ЧПУ зон заготовки и технологические пара­метры, соответствующие выполняемой операции;

• по окончании работы системы автоматизированного программирования контролируют полученную управляющую программу.

Системами автоматизированного программирования часто ос­нащают современные станки с ЧПУ. В этом случае система управ­ления станком работает в мультипрограммном режиме, обеспечи­вая одновременно и управление станком по уже введенной про­грамме, и подготовку новой управляющей программы.

К нерешенным научно-техническим задачам, связанным с автоматизацией подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, можно отнести обеспечение качества обработки. Преж­де всего, это автоматизация коррекции траектории относительного движения инструмента или режимов обработки с целью обеспече­ния заданного качества, в особенности при изготовлении сложных и ответственных деталей.

Автоматизация проектирования ТП сборки изделий в настоя­щее время является одной из наиболее актуальных, сложных и наименее разработанных проблем современного машиностроения. Число САПР ТП, поддерживающих проектирование процессов сборки, незначительно. Уровень автоматизации проектирования процессов сборки низок. Это объясняется следующими основны­ми причинами:

• технологические методы сборки по своей сути сложны. Их практическая реализация отличается большим разнообразием действий, выполнение которых лежит за пределами возможностей современных средств автоматизации;

• процессы сборки имеют ветвящуюся (древовидную) структуру, их отличает исключительная много вариантность и возможность неожиданных для разработчика продолжений;

• сборка является завершающим этапом изготовления маши­ны, поэтому требования к обеспечению ею заданного качества (точ­ности) приобретают особую остроту;

• методы обеспечения заданной точности сборки весьма разнообразны и слабо формализованы, строгие правила их эффективно­го применения отсутствуют;

• базовые методологические принципы и правила проектирования ТП сборки разработаны недостаточно, процесс проектирования зачастую носит творческий характер и не может быть выполнен без участия специалиста.