Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Цель исследования заключается в разработке функциональной модели автоматизированной системы выбора метода обработки и режущего инструмента. Данная система необходима для повышения качества и скорости разработки технологических процессов механической обработки деталей и снижения себестоимости производства при сохранении высокого качества продукции. Задача исследования состоит в проведении функционального моделирования, выполняемого на начальном этапе разработки автоматизированной системы, для определения иерархической структуры разрабатываемой автоматизированной системы и выявления внутренних взаимосвязей. При исследовании была использована методология структурного анализа, позволяющая рассматривать систему на разных уровнях абстрагирования. В рамках структурного анализа была применена технология функционального моделирования IDEF0. Новизна работы заключается в том, что в основе функциональной модели была использована классификации припуска, которая позволяет установить взаимосвязь между параметрами припуска, методами обработки и режущим инструментом. При разработке модели определены основные модули автоматизированной системы, точки интеграции с другими автоматизированными системами управления предприятия, входные и выходные данные. Результаты исследования могут быть использованы при разработке автоматизированных систем технологической подготовки производства. Дальнейшее развитие работы связано с разработкой алгоритмов реализации основных функций и создания баз данных припусков, методов обработки и режущего инструмента. Выводы. Построенная функциональная модель процессов в нотациях IDEF0 позволила выявить управляющие воздействия и механизмы реализации процесса автоматизированного выбора методов обработки и режущего инструмента. Отображены взаимосвязи между процессами одного уровня. Определены потоки данных и логика выполнения процессов системы.
автоматизированная система, методы механической обработки, технологическая подготовка производства, функциональное моделирование
Введение
В данной работе представлена функциональная модель процесса выбора в автоматизированном режиме методов обработки (МО) и режущего инструмента (РИ) в соответствии с параметрами удаляемого припуска. Функциональное моделирование является начальным этапом разработки автоматизированных систем (АС), т.к. оно позволяет определить иерархическую структуру, выявить взаимосвязи этапов подбора МО и РИ и определить управляющие воздействия и механизмы реализации автоматизируемого процесса.
Алгоритм подбора МО и РИ основывается на формализации припуска и его классификации, которая предоставляет возможность автоматизации разработки технологического процесса (ТП), а также унификации ТП, РИ, оборудования и технологического оснащения, применяемого при производстве
Материалы, модели, эксперименты и методы
В данной работе использована методология структурного анализа. Методология основывается на применении отношения «целое-часть», что позволяет рассматривать систему на разных уровнях абстрагирования. На данном этапе анализируется не проблема, т.е. не причины ее возникновения или способы ее решения, а сама проблеморешающая система. Декомпозиция системы позволяет подробно рассмотреть, как она устроена, из чего состоит, как работает.
Методология структурного анализа использует функциональную декомпозицию. Система и ее подсистемы при этом рассматриваются как процессы, осуществляющие некоторые преобразования. Формируемое дерево процессов представляет собой модель функционального состава системы, т.к. выделение той или иной подсистемы осуществляется в соответствии с тем, какую функцию она должна выполнять, что она должна делать. То, как, каким образом, с помощью каких ресурсов подсистема выполняет свою функцию представляется в виде структурированного описания
В рамках структурного анализа широкое применение получила методология моделирования из семейства ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing).
IDEF – это технология функционального моделирования, разработанная в 1981 году американским департаментом военно-воздушных сил. Она используется для описания и анализа бизнес-процессов и систем. Основными аспектами и особенностями IDEF0 являются:
- иерархическое моделирование. IDEF0 позволяет создавать иерархические модели, где каждый уровень детализации представляет собой более детальное описание процессов;
- графическое представление. Модели IDEF0 представляют собой графические диаграммы, которые показывают структуру и взаимосвязь бизнес-процессов одного уровня абстракции. Эти диаграммы состоят из блоков, представляющих функции, и стрелок, обозначающих входы, выходы, механизмы и управления;
- функциональные блоки. Каждый блок на диаграмме IDEF0 представляет собой отдельную функцию или процесс. Блоки связаны между собой стрелками, которые показывают, как информация или материалы перемещаются между функциями.
В методологии IDEF0 используются четыре группы элементов, составляющих интерфейс функциональных блоков – вход, выход, механизм и управление
В модели IDEF0 между функциональными блоками показывают необходимые для его деятельности взаимосвязи. Степень детальности их описаний возрастает при переходе от верхних уровней к нижним. Таким образом происходит декомпозиция не только подсистем, но и связей.
Основным преимуществом методологий структурного анализа является наглядность представления структуры существующей, либо проектируемой системы. Основным недостатком – отсутствие средств отражения причинно-следственных связей между проблемой и средствами ее разрешения
Результаты
Построение модели начинается с диаграммы верхнего уровня называемой контекстной диаграммой. Данная диаграмма состоит из единственного блока, отображающего систему в целом и дуги, связывающих систему с внешним окружением, а также содержит описание цели моделирования и точки зрения, с которой разрабатывается модель. Контекстная диаграмма системы выбора МО и РИ представлена на рис. 1.
Рис. 1. Контекстная диаграмма процесса разработки ТП
Fig. 1. Context diagram of the technology development process
Схема показывает, что управляющее воздействие на этап выбора метода обработки и режущего инструмента оказывают не только параметры изготавливаемых изделий, но и данные поступаемые из систем материального обеспечения и управления производством.
Проведена декомпозиция контекстной диаграммы для визуализации последовательности действий при выборе МО и РИ. Декомпозиция позволяет визуализировать принцип работы системы, опишет входы и выходы каждой функции и определит управляющие воздействия. Функциональная модель АС МО и РИ представлена на рис. 2.
Рис. 2. Функциональная модель АС МО и РИ
Fig. 2. Functional model of the automated system
Анализ функциональной модели АС МО и РИ показывает:
- существуют три основные функции АС, требующие алгоритмизации;
- точки интеграции АС с другими автоматизированными системами управления предприятия;
- входных и выходных данных для АС;
- необходимость разработки базы данных припусков, МО и РИ.
На рис. 3 – 5 представлена декомпозиция основных функций АС МО и РИ. Они представляют собой диаграммы нижнего уровня проектируемой АС
Рис. 3. Модель функции параметризации припуска
Fig. 3. Model of the allowance parameterisation function
 |
На этапе 1 на основе 3D моделей детали и заготовки определяется общий припуск на деталь. Далее, на этапе 2, общий припуск декомпозируется на множество элементов, в соответствии с разработанной классификацией припуска. На этапе 3 каждому из элементов присваивается набор параметров однозначно его определяющих.
Рис. 4. Модель функции выбора множества МО и РИ
Fig. 4. Model of the selection function
Функция выбора множества МО и РИ выполняется за 3 этапа. На первом этапе, в соответствии с присвоенным каждому элементу множеству параметров выбирается множество подходящих МО и РИ. Результатом данного этапа могут быть следующие случаи: элементу припуска подобран один МО и РИ, больше одного или нет подходящих вариантов. На втором этапе происходит отбор элементов припуска, для которых не существует подходящих МО и РИ, с последующей передачей их на третий этап. На данном этапе происходит разработка но
вых подходящих МО и РИ, ранее не включенных в заводскую базу данных
Рис. 5. Модель функции оптимизации выбора МО и РИ
Fig. 5. The model of the selection optimisation function
Функция оптимизации решает задачу по выбору МО и РИ из доступного множества вариантов, с целью формирования оптимального ТП. Под оптимальным ТП понимается процесс, при котором выбранная целевая функция принимает экстремальное значение. В качестве критерия оптимальности предполагается снижение себестоимости изготовления изделий. Для реализации данной функции на первом этапе происходит расчет стоимости каждого МО. На втором этапе происходит комплексная оценка влияния выбора конкретных МО и РИ на общую себестоимость производства. На третьем этапе на основе критериев оптимальности происходит выбор оптимального варианта.
Заключение
Полученная функциональная модель будут использована при разработке автоматизированной системы выбора методов обработки и режущего инструмента. В основе построения модели была использована взаимосвязь между параметрами припуска, методами обработки и режущим инструментом.
В модели показаны три основные функции АС: параметризация припуска, выбор допустимых МО и РИ, оптимизация выбора. Указанные функции необходимо математически формализовать для реализации алгоритма функционирования системы. В работе выполнена декомпозиция функций АС и описаны этапы их реализации. Определены точки интеграции с другими автоматизированными системами управления предприятия, входные и выходные данные необходимые для функционирования системы.
1. Д.В. Юдин, А.Н. Феофанов Формализация припуска, удаляемого при обработке резанием, для решения задачи автоматизации разработки технологического процесса // Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. – 2024. – №3 (25).
2. Силич В.А., Силич М.П. Теория систем и системный анализ: учебное пособие. – Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 276 с.
3. Методология IDEF0. Стандарт. Русская версия. – М.: Метатехнология, 1993. – 107 с.
4. Волкова В.Н., Денисов А.А. Теория систем и системный анализ: учебник для вузов. – 3-е изд. – М.: Изд-во Юрайт, 2025. – 562с.
