Проектування технологічних процесів

ТЕМА 6. КОМП’ЮТЕРНЕ ПРОЕКТУВАННЯ В АСТПВ

6.1. Проектування технологічних процесів.

6.2. Проектування засобів технологічного оснащення.

6.3. Розробка керуючих програм для обладнання з ЧПК.

Питання для самоконтролю.

Проектування технологічних процесів

У попередніх розділах ми згадували різні види технологічних процесів (ТП). У стандартах ЄСТД (ГОСТ 3.1201-85) встановлюється класифікація видів ТП за методом виконання - обробка різанням (механообробка), обробка тиском, лиття металів і сплавів, зварювання, складання та ін. Проектування всіх технологічних процесів має у своїй основі загальну методологію, однак, в цілях більшої конкретності викладу, розглянемо нижче проектування технологічних процесів механічної обробки.

Нагадаємо, що ТП механообробки складається з маршруту і операцій. Маршрут складається з послідовності операцій по обробці даної деталі, наприклад: «Заготівельна» «Токарна» «Фрезерна» «Термообробка». Операція може включати в себе послідовність переходів, наприклад: «Встановити заготовку» «Точити поверхню» «Точити канавку» «Нарізати різьбу» «Відрізати деталь». Для кожної операції в ТП вказуються необхідне обладнання. інструмент і оснащення. В переходах задаються технологічні режими обробки, наприклад, величина подачі та частота обертання шпинделя. Таким чином, структура ТП носить ієрархічний характер і може бути представлена у вигляді дерева.

Комплект технологічних документів на ТП механообробки включає в себе маршрутну карту (опис маршруту), операційні карти (опис операцій), відомість оснастки (перелік використовуваних засобів технологічного оснащення) та ряд інших документів, відповідно до ЕСТД (ГОСТ 3.1201-85). У стандартах ЄСТД встановлюються також форми бланків та правила оформлення технологічної документації.

Проектування ТП механообробки деталей було одним з перших завдань, спроби вирішення яких робилися в АСТПВ. При цьому багато запропонованих раніше ідеї та методи автоматизації проектування збереглися до сьогоднішнього дня. Однак, деякі підходи, з урахуванням сьогоднішніх вимог, потребують докорінних змін.

Існує три основні методи автоматизованого проектування ТП:

• Індивідуальне проектування;

• Проектування на основі групового ТП;

• Проектування ТП методом синтезу.

Метод індивідуального проектування полягає в "ручному" компонуванні необхідної послідовності операцій і переходів з використанням наявної в системі автоматизації проектування (САПР ТП) бази даних. Ця база містить списки найменувань операцій і переходів, переліки застосовуваного устаткування, пристосувань, ріжучого, допоміжного та вимірювального інструменту.

Індивідуальне проектування припускає також можливість використання розроблених раніше ТП (в якості ТП-аналогів). При цьому проектування, по суті, зводиться до редагування вже наявного ТП.

Сам вибір ТП-аналога являє собою окрему задачу, яка вирішується за схемою: "Дана деталь" "Деталь-аналог" "ТП-аналог". Інакше кажучи, для пошуку ТП-аналога необхідно вирішити завдання пошуку деталі-аналога. При цьому можуть використовуватися спеціальні класифікатори деталей і алгоритми пошуку.

Проектування на основі групового ТП базується на попередньо виконаному групуванні деталей і розроблених групових ТП. При цьому груповий ТП використовується в якості "шаблону", який налаштовується на параметри конкретної деталі.

Основною проблемою тут є групування деталей. Існує три методики групування: на основі використання класифікатора деталей; шляхом відбору деталей з бази даних на підставі складеного технологом запиту; алгоритмічне формування груп деталей в n-мірному просторі ознак. Реалізація будь-якого з цих методів вимагає виконання значного обсягу попередніх робіт: у першому випадку це класифікація та кодування деталей, у двох інших - придбання та освоєння відповідного програмного забезпечення. його настройка і формування бази даних деталей.

Метод синтезу ТП складається в алгоритмічній формуванні ТП на підставі наявного геометричного опису деталі. Так як не існує строгих математичних методів формування структури ТП на підставі опису деталі, то алгоритми синтезу носять в основному евристичний характер і є дійсними тільки в межах деяких (обраних і застерігаються заздалегідь) груп або класів деталей.

Евристичні алгоритми проектування ТП можуть бути реалізовані у вигляді спеціальних таблиць, правил або фреймів. Методи їх побудови спираються на теорію представлення знань, яка є областю теорії штучного інтелекту.

Розроблені раніше, а також використовувані сьогодні САПР ТП реалізують ті чи інші із зазначених методів. При цьому, у всіх випадках, опис ТП формується у вигляді деякої інформаційної моделі, а технологічна документація є відображенням цієї моделі в зовнішню сферу.

Велика частина використовуваних на практиці САПР ТП базується на використанні методу індивідуального проектування. Це обумовлено тим, що такі системи найбільш прості і є універсальними.

Основне обмеження цих використовуваних сьогодні систем полягає в тому. що вони не інтегровані в єдиний інформаційний простір ТПВ підприємства. Внаслідок цього, їх використання при комплексній автоматизації або вкрай утруднено, або неможливо.

Формовані цими системами ТП являють собою локальні файли, що вимагає наявності спеціальних інтерфейсних програм для "перекачки" ТП в єдину базу-даних ТПВ. При цьому склад параметрів, що описують ТП у файлі ТП і в єдиній базі даних може не збігатися, що породжує нові, іноді непереборні труднощі.

Крім того, як ми вже відзначали, САПР ТП використовує в своїй роботі власну базу даних. Однак, єдина база даних ТПВ також містить інформацію про обладнання, оснащення та інструменту. Виникає непотрібне дублювання інформації і необхідність обслуговування декількох баз замість однієї. Можлива ж інтеграція САПР ТП з єдиною базою даних може виявитися скрутною через те, що опис даних в САПР ТП не співпадає з описом в єдиній базі даних.

Вирішення цих проблем полягає в тому. що САПР ТП повинна розроблятися в середовищі PDM-системи, що забезпечить інтеграцію результатів проектування в єдиний інформаційний простір (ЄІП).

Відповідно до принципів побудови ЄІП приймемо наступні рішення:

1. Створимо клас «Технологічні процеси» в групі доповнюючих класів системи класифікації. У цьому класі будуть розміщуватися індивідуальні та типові ТП, а також списки найменувань технологічних операцій і переходів.

2. Створимо клас «Технологічна документація» в групі доповнюючих класів системи класифікації. У цьому класі будуть розміщуватися комплекти технологічних документів (маршрутна карта, операційні карти, відомість оснастки та ін) для тих ТП, які пройшли стадію затвердження.

3. Створимо клас «Засоби технологічного оснащення» в групі основних класів системи класифікації. Тут буде міститися інформація про наявний на підприємстві технологічному обладнанні, пристроях, ріжучому, допоміжному та вимірювального інструменту.

Заповнення бази даних (відомостями по устаткуванню, оснастці, інструменту. Найменуванням операції і переходів) може здійснюватися двома способами:

• безпосереднім занесенням інформації користувачем (в інтерактивному режимі) у відповідні розділи бази даних:

• автоматичним занесенням інформації в базу даних, в процесі розробки індивідуальних ТП.

Другий метод застосовується тоді, коли технолог при проектуванні ТП не знайшов у базі даних необхідною інформацією, і змушений ввести її в ТП вручну. У цьому випадку він може дати команду на запис введеної інформації в базу даних. Таке занесення позбавляє користувачів від необхідності повторного введення даних в інтерактивному режимі і сприяє поступовому автоматичному формуванню бази даних.

Проектування ТП (як проектування "з нуля", так і проектування на основі ТП-аналога) виконується як стандартний процес побудови дерева проекту (рис. 6.1.). Можна додавати, видаляти або замінювати вузли дерева, описувати їх конкретні характеристики. При цьому визначається послідовність операцій в маршрутному ТП, послідовності переходів в операційних ТП. Вибирається необхідне обладнання, пристосування та інструмент, вказуються режими обробки.

Всі ці дії здійснюються з використанням відповідних розділів бази даних. Наприклад, при додаванні в дерево ТП нової операції, технолог вибирає найменування операції з пропонованого системою списку. При виборі, наприклад, ріжучого інструменту для переходу "Точити поверхню", технолог переглядає списки наявних різців і т. д.

Засоби налаштування системи дозволяють реалізувати так званий спрямований пошук інформації. Цей пошук використовується при автоматичному формуванні списків даних які пропонуються технологу при вирішенні задач вибору обладнання, оснащення, технологічних переходів та інших елементів ТП. Спрямований пошук дозволяє отримувати такі списки, які "не містять нічого зайвого" Так, при виборі обладнання в токарній операції пропонується тільки список токарних верстатів (але не фрезерних або електроерозійних). При виборі чергового переходу в токарній операції пропонуються тільки можливі для даної операції переходи і т. д. Користувач може сам легко пов'язувати ті чи інші групи об'єктів для забезпечення спрямованого пошуку.

Рис. 6.1. Проектування ТП в PDM StarTeam.

 

Вище зазначалося, що проектований ТП формується у вигляді деякої інформаційної моделі. Завдяки реалізованому в PDM SmarTeam об'єктно-орієнтованого підходу, інформаційна модель ТП не містить в собі безпосередньо тих даних, які були «взяті» з бази при проектуванні ТП (наприклад, найменування операцій і переходів, відомості про ріжучий інструменті, нормативно довідкова інформація тощо). Вона містить у собі тільки посилання - спеціальні покажчики на місце розташування цих даних. Це дозволяє не тільки виключити непотрібне дублювання інформації. Будь-яка зміна елемента бази даних (наприклад, найменування пристосування або інструкції з техніки безпеки) призводить до того, що ця інформація автоматично "замінюється" у всіх розроблених ТП. Тим самим автоматично забезпечується відповідність інформації, що міститься в ТП. та інформації різних розділів бази даних.

Після того, як проектування ТП завершено, виконується його нормування та ТП надходить на затвердження. Для затвердженого ТП генерується комплект технологічних документів, який розміщується в класі "Технологічна документація". За запитом користувача, комплект або окремі документи можуть бути виведені на друк.

Деякі технологічні документи за своїм-змістом є не текстовими, а текстово-графічними (графічними). До таких документів належать карта ескізів, карта наладки та карта замовлення оснастки.

Формування графічних документів ТП здійснюється в два етапи:

1. Проектування графічного зображення (ескізу) в CAD-системі або його сканування з готового креслення.

2. Формування текстової частини документа на відповідному макеті бланка та включення графічного зображення в документ у PDM-системою.

Розробка операційного ескізу в CAD-системі може бути виконана шляхом безпосереднього проектування (тобто "з нуля") або на основі наявної моделі (креслення) вироби. Якщо ТП містить декілька операційних ескізів (для послідовних операцій), то можна будувати поточний ескіз, використовуючи як "заготовки" попередній. При цьому використовується модель поточного стану заготовки, яка послідовно трансформується від свого початкового стану до стану готової деталі

Керуючі програми для обладнання з ЧПК, розроблені в CAD / CAM-системі, також є "частиною" ТП механообробки. А саме, кожна керуюча програма (УП) є "частиною" відповідного операційного ТП для верстата з ЧПУ. Тому УП присутні в загальній моделі ТП і зберігаються в класі "Технологічні процеси". Крім того, оформлені на бланках тексти УП зберігаються в класі "Технологічна документація".

Таким чином, реалізація методу індивідуального проектування ТП засобами PDM-системи забезпечує рішення поставленої вище задачі - результати проектування розміщуються в ЄІП і стають доступними широкому колу фахівців. Однак, сам рівень автоматизації проектування ТП, при використанні методу індивідуального проектування, залишається невисоким. Тому проблема синтезу ТП із застосуванням методів штучного інтелекту є актуальною.

Особливість колишніх систем синтезу ТП полягала в тому. що вони вимагали опису деталі на вході системи. Це опис було трудомістким і могло містити погано діагностуються помилки.

Написання маршрутного ТП за кресленнями вручну займало у досвідченого технолога менше часу, ніж опис деталі для САПР ТП. Тому практична цінність систем синтезу була обмежена.

Сьогодні, з урахуванням використання CAD-систем для автоматизації конструювання, геометрія необхідної деталі може бути отримана з CAD-системи "безкоштовно". Однак, опис одержуваної CAD-моделі не містить набору технологічних ознак, необхідних для проектування ТП. Тому потрібна спеціальна програма (" Геометричний аналізатор "), яка на підставі CAD-моделі формувала б технологічне опис деталі. Геометричний аналізатор повинен будуватися на основі методів штучного інтелекту, розпізнавання образів і використання баз знань (рис. 6.2.).

Після програми "Геометричного аналізатора" повинна працювати програма "Технологічний вирішувач", яка, на підставі сформованого технологічного опису деталі, здійснює безпосереднє проектування ТП методом синтезу. Вирішення цього завдання також вимагає застосування методів штучного інтелекту і використання баз знань.

Сьогодні розробка методів синтезу ТП носить в основному характер наукових досліджень. Практична реалізація цих методів дозволить забезпечити якісно новий рівень інтеграції при вирішенні завдань конструкторського і технологічного проектування

 

Рис. 6.2. Загальна схема проектування ТП на основі CAD-моделі методом синтеза