Камышин, Волгоградская область, Россия
Камышинский институт Волгоградского государственного технического университета
Саратов, Саратовская область, Россия
УДК 621.9 Обработка резанием (снятием стружки).Резка (разделительные операции без образования стружки).Дробление и измельчение.Обработка листового материала.Изготовление резьбы и т.д. Способы (технология), инструменты, машины и приспособления
Представлен методический поход к формированию и описанию данных по конструкторско-технологическим характеристикам деталей при технологической подготовке механообрабатывающих производств, отличием, которого от известных является учет дополнительных сведений, не содержащихся в явном виде в конструкторской документации. В качестве дополнительной информационной составляющей предложено использовать: сведения о взаимовлиянии при обработке одной элементарной поверхности на одну или несколько размерных характеристик других поверхностей; данные о размерных характеристиках каждой элементарной поверхности не представленные на чертежах; предельные отклонения от геометрической формы элементарных поверхностей и взаимном расположении между элементарными поверхностям; сведениях о конструкторских базах рассматриваемой детали. Формирование базы данных об обрабатываемых деталях представлено в виде графов, что позволяет использовать широкий спектр математического аппарата при создании формализованных моделей и обеспечивает несложную их адаптацию для использования в существующих системах автоматизированного проектирования. Анализ дополнительных конструкторско-технологических параметров позволяет оценить взаимозависимости размеров и характеристик каждой из поверхностей детали с параметрами других поверхностей, обеспечивая качество принятия решений на этапах технологической подготовки на основе повышения степени достоверности информационных потоков. Полученные результаты расширяют возможности проведения разменного анализа установочных, операционных и межоперационных связей разрабатываемых технологических процессов, повышая уровень автоматизации проектных процедур. Созданные графические модели, направленные на снижение сложности описания проектных действий, расширяют, за счет приближения к традиционному описанию сведений о технологическом оборудовании, возможности учета состояния производственных мощностей механообрабатывающего производства в реальном масштабе времени, и способствуют решению современных вопросов по созданию эффективных машиностроительных комплексов.
механообрабатывающие производства, технологическая подготовка производства, конструкторско-технологические характеристики деталей, технологические процессы механообработки, размерные технологические связи, графы технологических процессов, системы автоматизированного проектирования
Введение
Разработка технологических процессов (ТП) механообработки является наиболее сложной составляющей в организации производств машиностроительного профиля. Принятие комплекса решений на всех ее этапах связано не только с анализом огромного количества нормативно-справочной информации, но и с необходимостью владения данными о возможностях и состоянии оборудования, средств технологического оснащения, принципах и особенностях функционирования конкретной производственной системы, для реализации которой разрабатывается ТП. В связи с этим, в отличие от других областей деятельности, отсутствует возможность создания проектных групп, обеспечивающих проектирование ТП для нескольких предприятий, преимущественно средних размеров. Только обладание информацией о состоянии производственных мощностей механообрабатывающего производства в реальном масштабе времени позволяет обеспечить не только эффективное производство, но и саму возможность изготовления заданной номенклатуры деталей. В настоящее время залогом выполнения технологической подготовки механообработки в таких условиях является квалификация и опыт технологов, обладающих необходимыми знаниями применительно к конкретному производству [1 – 3]. Однако факторы субъективизма при принятии ими проектных решений, объективной невозможности обобщить всю необходимую информацию и сделать выбор оптимальных ТП, а также острая кадровая нехватка таких специалистов, приводит к длительным срокам создания ТП и низким технико-экономическим показателям функционирования предприятий машиностроительного комплекса.
Материалы и методы
Выход из создавшейся ситуации возможен только на основе глубокой формализации и алгоритмизации всего комплекса проектных процедур на этапах технологической подготовки, построенных на принципах не только взаимозависимости между собой, но и с этапами реализации ТП в конкретных производственных условиях [4, 5]. Представлению действий технологов при проектировании ТП в виде моделей и методик, позволяющих создать программное обеспечение, должны предшествовать серьезные исследования по определению и созданию баз используемых данных, включающих обоснование их структур, полноты, точности и правил обновления информационных массивов. В данной статье представлены исследования по развитию информационного сопровождения представления данных об обрабатываемых деталях, предпосылкой которых послужили возникающие сложности при создании системы планирования многономенклатурных технологических процессов.
Парадоксальный вывод можно сделать, проанализировав информационный комплекс, традиционно используемый при формализованном описании или создании цифрового двойника изделия [6 – 8], содержащийся в конструкторском чертеже, и сопоставив их с данными, которыми на основе этого чертежа владеет технолог. Вывод – технолог «видит больше», возможно это является одной из причин сдерживающей активное создание систем автоматизированного проектирования ТП.
В работе последовательно описаны предложения по насыщению дополнительной информационной составляющей при формировании базы данных об обрабатываемой детали, представленной в виде графов, что на основе применения широкого спектра известных математических аппаратов позволяет создать формализованные модели для использования в системах автоматизированного проектирования.
В качестве наглядности предлагаемого подхода генерации дополнительной информации формируются графы на примере детали «Цанга» (рис. 1). Сформированные графы размерных связей между элементарными поверхностями детали «Цанга» с указанием взаимосвязанных: размерными характеристиками поверхностей; размерными характеристиками элементарных поверхностей; предельными отклонениями от геометрической формы элементарных поверхностей; взаимном расположении элементарных поверхностей; конструкторских базах, представлены на рис. 2 – 6, где каждой элементарной поверхности присвоен порядковый номер и указан тип поверхности в соответствии с классификатором [4, 9] в системе планирования многономенклатурных технологических процессов (в кружках).
Первыми в качестве дополнительной информации предлагается рассмотреть сведения о взаимовлиянии при обработке одной элементарной поверхности на одну или несколько размерных характеристик других поверхностей. Отсутствие данной взаимосвязи приводит не только к неопределенности в вопросах, связанных с формированием структуры маршрутных и операционных ТП, схем базирования, но и проведением оценки размерной точности проектируемых ТП [10, 11]. Графическим обозначением такого взаимовлияния является контакт между кружками, представляющими элементарные поверхности (рис. 2).
В качестве следующей дополнительной информации, которой насыщается показанный на рис.1 граф, предлагается использовать данные о размерных характеристиках каждой элементарной поверхности в соответствии с их классификацией (код поверхности), представленные (рис. 3, а) и непредставленные (рис. 3, б) на конструкторском чертеже. Данная информация получается на основе пересчета размеров, представленных на конструкторском чертеже, и используется практически на всех этапах разработки ТП. Для поверхностей, имеющих ось вращения, на граф заносится соответствующая информация. Пересчет размеров и насыщение графа этой дополнительной информацией не представляется сложным и при наличии конструкторского чертежа в электронном виде может быть выполнено в автоматизированном режиме.
Представленный на рис. 3 граф насыщается требованиями, обозначенными на конструкторском чертеже, которые связанны с предельными отклонениями от геометрической формы элементарных поверхностей (рис. 4) и взаимном расположении между элементарными поверхностями (рис. 5), что позволяет сформировать представление о конструктивных особенностях детали, как единой взаимосвязанной требованиями конструктора модели.
Другая важная информация, имеющая определяющее влияние при выборе технологических баз и обеспечения требований к степени относительной точности пространственных расположений элементарных поверхностей, содержится в сведениях о конструкторских базах рассматриваемой детали. Руководствоваться принципами единства и постоянства баз, а также реализации требований размерных взаимосвязей между поверхностями невозможно без наличия этих данных. На создаваемом графе предложено поверхности, являющиеся основными конструкторскими базами выделять «утолщенной» линией кружков, вспомогательными конструкторскими базами – «пунктирной» линией (рис. 6).
Описанное представление информации, содержащееся в конструкторском чертеже детали, сборочном чертеже как в форме значений и условных обозначений, так и в неявном виде, упорядочивает проведение проектного этапа анализа характеристик детали и отличается наглядностью. Это облегчает установление взаимосвязей конструкторско-технологических признаков поверхностей деталей с возможностью выполнения дальнейшей технологической подготовки производства с учетом возможностей конкретной производственной системы.
Результаты и обсуждение
Представленный метод анализа конструкторско-технологических параметров поверхностей изготавливаемых деталей обеспечивает в полном объеме формализованный учет взаимозависимости и взаимообусловленности значений их отдельных конкретных размеров и характеристик между собой. Представление дополнительных данных повышает уровень автоматизации и достоверности информационных потоков, качества технологической подготовки производства и проектирования интеллектуальной производственной системы.
Разработка рационального ТП является залогом повышения эффективности всего производственного процесса механообрабатывающих производств за счет сокращения временных и материальных ресурсов производства. Без поддержания активного курса на создание систем автоматизированного проектирования, способных адаптировать производственную систему к непрерывно изменяющимся производственным условиям и объектам производства, реализация ее невозможна. Представленные в статье результаты позволяют совершенствовать модели размерного анализа установочных, операционных и межоперационных связей, создаваемых ТП, исключая ошибки в их построении и устраняя препятствия к автоматизации проектных процедур такого рода.
Выводы
Методический подход, заключающийся в насыщении дополнительными сведениями по конструктивно-технологическим характеристикам обрабатываемых деталей систем автоматизированного проектирования, позволяет сформировать информационные процессы, обладающие недостающими скрытыми и неявными данными, владение которыми относились исключительно к компетенциям технологов на основе их знаний и опыта. Созданные графические модели пригодны и универсальны для использования их в существующих системах автоматизации механообрабатывающих производств, способствуют трансформации основ и концептуальных принципов технологической подготовки производства в развитии актуальных современных вопросов повышения эффективности машиностроительных комплексов, направленных на их интеллектуализацию.
1. Справочник технолога / под общей ред. А.Г. Суслова. М.: Инновационное машиностроение, 2019. 800 с.
2. Базров Б.М. Базис технологической подготовки машиностроительного производства: монография. М.: КУРС, 2023. 324 с.
3. Васильев А.С., Дальский А.М., Золотаревский Ю.М., Кондаков А.И. Направленное формирование свойств изделий машиностроения /под ред. А.И. Кондакова. - М.: Машиностроение, 2005. 352с.
4. Бочкарёв П. Ю. Системное представление планирования технологических процессов механообработки // Технология машиностроения. 2002. № 1. С. 10-14.
5. Чигиринский Ю.Л., Крайнев Д.В., Фролов Е.М. Цифровизация машиностроительного производства: технологическая подготовка, производство, прослеживание // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 8 (134). С. 39- 48.
6. Ингеманссон А.Р. Основные положения методологии технологической подготовки производства и адаптивного управления в цифровых производственных системах для механической обработки // Известия волгоградского государственного технического университета. 2021. № 1 (248). С. 15-18.
7. He B., Bai K.J. Digital twin-based sustainable intelligent manufacturing: a review // Adv. Manuf. 2021. Vol. 9. P. 1-21.
8. Tao F., Zhang M. Digital twin shop-floor: a new shopfloor paradigm towards smart manufacturing // IEEE Access. 2018. Vol.5. P. 20418-20427.
9. Решетникова Е.П., Бочкарев П.Ю. Концепция группирования деталей механообрабатывающих производств при формировании рационального маршрута технологического процесса их изготовления // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 3 (117). С. 19-25.
10. Chakraborty S., Chowdhury R. Graph-theoretic-approach-assisted Gaussian Process for Nonlinear Stochastic Dynamic Analysis Under Generalized Loading // Journal of Engineering Mechanics. 2019. Vol. 145. № 12. P. 04019105.
11. Решетникова Е.П., Бочкарев П.Ю. Принципы формирования комплекса контрольно-измерительных процедур в системе автоматизированного планирования производства // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 11 (137). С. 25-31.
