Алгоритмы проектирования технологических маршрутов

Показать существующие в настоящее время методы автоматизированного проектирования технологических маршрутов.

8.1. Исходные данные для проектирования технологических маршрутов

Для обеспечения возможности проектирования технологических маршрутов с помощью ЭВМ необходимы исходные данные, основные из которых приводятся обычно в рабочем чертеже изделия (системы). Кроме того, исходными данными для проектирования на втором уровне детализации служат полученные на первом уровне несколько наиболее рациональных вариантов принципиальных схем ТП. Эти данные вводят в ЭВМ после кодирования информации. Кодирование информации включает коды операций и логических условий. Совокупность логических условий определяет индивидуальный технологический маршрут изготовления изделия.

В качестве технических ограничений используется набор применяемого на заводе оборудования, оснастки, основных материалов и их техническая характеристика. Задача заключается в том, чтобы спроектировать и выбрать оптимальный вариант технологического маршрута, включающего определение состава и последовательности операции, выбор технологических баз оборудования и приспособлений на каждой операции.

На формирование операций и их последовательности в различных этапах оказывает влияние большое число факторов, таких как технологические возможности применяемого оборудования и оснастки, количество партий и пластин, характер и особенности изготовляемого изделия. В связи с этим синтез технологического маршрута разделяется на ряд взаимосвязанных задач, дифференцированно учитывающих указанные факторы.

Рассмотрим методику и последовательность таких задач.

8.2. Исследование множества переходов этапов технологического маршрута

Исследуется множество переходов каждого $$i$$ -гo этапа технологического маршрута

$$Э_{i }= \{\mu _{i}(П_{к})\},$$

где $$Э_{i}$$ - наименование этапа; $$П_{к}$$ - метод изготовления изделия $$Пi$$ на соответствующем этапе.

Это множество переходов разделяется на непересекающиеся подмножества (укрупненные операции А) в соответствии с технологическими возможностями оборудования и прогрессивными традициями на конкретном предприятии.

$$W: \{\mu _{1} (П_{1}), \mu _{2} (П_{2}),...\to М(Аi)\},$$

где $$W$$ - алгоритм расчленения по указанным признакам или логическим условиям ; $$М(А_{i})$$ - множество вариантов укрупненных операций, полученных после расчленения.

В результате решения этой задачи могут возникнуть несколько вариантов укрупненных операций. Последние характеризуются максимально возможной для конкретного изделия концентрацией переходов. Разделение укрупненных операций на наиболее рациональное количество простых производится позднее.

Следовательно, в результате решения первой задачи состав операций маршрута увязывается с технологическими возможностями имеющегося на предприятии оборудования или более прогрессивного оборудования, которое намечено приобрести в планируемый период.

8.3. Автоматизированное проектирование технологических маршрутов изготовления РЭС на основе методов типизации

На проектные решения в технологическом проектировании оказывает влияние ряд факторов. В зависимости от них для конкретного изделия разрабатывается один из трех типов технологического процесса: .Например, в мелкосерийном и серийном производствах наиболее прогрессивным является метод групповых процессов. При этом методе проектируется один ТП для группы изделий, объединенных по конструктивно-технологическим признакам и обрабатываемых на одном оборудовании с помощью общей оснастки и инструмента. Поэтому внедрению САПР ТП должна предшествовать работа на предприятии по унификации технологических решений, классификации изделий (приборов, оборудования и оснастки). Эта работа проводится по результатам предпроектных обследований.

Уровень типизации технологических процессов с унификацией конструкций приборов во многом определяет трудоемкость технологической подготовки производства на предприятии. Типовые процессы разрабатывают на основе анализа, систематизации и обобщения технологических решений, учитывают научные достижения технологии изготовления РЭА и передовой производственный опыт, предусматривают применение высокопроизводительного оборудования, средств автоматизации и механизации методов технологии.

Типовой процесс должен быть рациональным в конкретных производственных условиях, должен характеризоваться единством содержания и последовательности большинства технологических операций для группы изделий, обладающих общими конструктивными признаками. Использование типового ТП в качестве рабочего процесса оправдывается при его детализации и наличии в нем всей необходимой информации. Эта задача решается обычно с помощью ЭВМ.

При разработке технологического маршрута должны быть определены последовательность и содержание операций. Типизация технологии, синтезирующая передовой опыт завода, отрасли и научные достижения, позволяет перейти к формализованному представлению маршрута, разработке алгоритма и программ для ЭВМ. Работа по типизации технологических процессов является базой для построения алгоритмов.

В условиях предприятий с мелко- и среднесерийным характером производства, когда имеют место специфические изделия, разработку маршрута ведут более сложным методом - моделированием процесса проектирования технологии путем поиска закономерностей при построении операций. Однако и здесь по мере накопления опыта проектирования можно использовать идеи типизации. Поэтому нужен такой метод, который бы легко адаптировал алгоритмы к изменяющимся производственным условиям. Следовательно, здесь в качестве основы нужны не типовые ТП, а типовые решения в сочетании с индивидуальными. Такое сочетание позволяет учесть особенности предприятий и отрасли, перспективу дальнейшего развития технологии, т. е. предусмотреть разработку не только рабочих, но и перспективных ТП.

8.4. Обобщённый маршрут

Для определённого класса (групп, подгрупп или вида) изделий устанавливается так называемый обобщённый маршрут. Он включает перечень операций, характерный для этого класса, подкласса или группы изделий. Этот перечень является упорядоченным и представляет собой множество операций существующих индивидуальных маршрутов. Эти маршруты имеют типовую последовательность и содержание.

Пусть, имеется множество индивидуальных маршрутов $$М_{1}, М_{2}, .... M_{i}, ..., М_{n }$$ (где $$1, 2, .... i, .... n$$ - номера индивидуальных маршрутов) для какого-то класса или группы изделий.

При объединении этих маршрутов (рис. 8.1) в обобщённый $$М^{*}_{y} \supset М_{i}$$. , т.е. обобщённый маршрут $$M^{*}_{y}$$ включает в себя индивидуальные $$М_{i}$$. При этом число объединённых маршрутов должно стремиться к максимальному, т. е. обобщённый маршрут

$$M^{*}_{y }= \bigcup\limits_{i=1}^{n}{M_{i}},\text{ где } n \to max.$$

Объединение маршрутов характеризует область пересечения множеств при вхождении в обобщённый маршрут.

Необходимым условием включения индивидуального маршрута в обобщённый является наличие области пересечения операций, например $$М_{i}$$ и $$M_{j}$$, как не пустого множества $$М_{i} \cap M_{j }\ne 0$$ (рис. 8.1). Важной характеристикой (критерием эффективности) формирования обобщённого маршрута является мощность пересечения множеств операций индивидуальных маршрутов $$|M_{пер}|$$, т. е. количество одинаковых операций, входящих в это пересечение, без учёта отношения порядка элементов (операций) множества

$$|M_{пер}| = \bigcap\limits_{i=1}^{n}{М_{i}}(i = 1,2,.......,n) \to \max$$ (рис 8.1) Схема объединения технологических маршрутов М подкласса (группы) изделий в обобщённый маршрут M*y

Мощность пересечения в обобщённом маршруте должна стремиться к $$max $$ (рис. 8.2). Это будет основным условием объединения нескольких индивидуальных маршрутов в обобщённый. Тогда мощность обобщённого маршрута

$$|M_{y }*| = \bigcup\limits_{i=1}^{n}{M_{i}} (i=1,2,.....,n) \to \min$$

должна стремиться к $$min $$ (рис. 8.2).

(рис 8.2) Схема пересечения технологических маршрутов Mi и Мj с образованием области пересечения операций с мощностью (М_перi)

Следовательно, обобщённый маршрут представляет множество пересекающихся индивидуальных маршрутов. В пересечение при объединении двух или нескольких маршрутов входят эквивалентные (одинаковые) операции, которые должны иметь один и тот же код и одинаковые условия назначения. $$|M_{пер}|$$ и $$|M^{*}_{y}|$$ могут служить критериями для анализа и совершенствования работ по типизации ТП, т.е. количество эквивалентных операций для различных изделий одной группы (подкласса) позволяет оценить возможность объединения изделий в группу и уровень проведённых работ по типизации на предприятии.

При построении технологического маршрута изготовления прибора необходимо выбрать из составленных справочников типовых формулировок операций нужные операции для обеспечения требований качества изделия, а затем определить их место в технологическом маршруте. Для каждой операции выявляются условия, которые будут определяющими при её включении в технологический маршрут.

В условиях практического использования автоматизированного проектирования технологических маршрутов необходимо выявить применяемость сочетаний конструктивно-технологических условий для определённого класса (группы) изделий. С повышением уровня типизации ТП и унификации изделий количество сочетаний будет уменьшаться, а это, в свою очередь, будет упрощать проектирование с помощью ЭВМ.

В результате выявления условия назначения операций решается задача о включении её в технологический маршрут ; при этом необходимо определить очерёдность следования операций. Разработки в области автоматизации проектирования решают эту задачу путем формирования индивидуальных маршрутов с фиксированным порядком следования операций.

Производственная деятельность накладывает дополнительные ограничения на процесс проектирования, например, такие как отсутствие или большая загрузка некоторых видов оборудования, недостаток отдельных инструментов и приспособлений. Если эти ограничения постоянны, то учитывающая их технология характерна для условий предприятия. Такой ТП в конкретных заводских условиях реален и оптимален, т.е. имеет место условный экстремум при достижении той или иной цели, получаемый за счет действия ограничений.

Поэтому задачу автоматизированного проектирования маршрутов необходимо решать на основе, учитывающей возможность адаптации алгоритмов к конкретным условиям.

Следовательно, обобщенный маршрут представляет собой пересекающееся множество индивидуальных маршрутов. Это множество должно быть упорядоченным. Обобщённый маршрут включает все операции обработки, характерные для каждого класса (подкласса) изделий, располагает операции в определённом порядке и даёт возможность строить для них индивидуальные технологические маршруты в зависимости от конструктивных и технологических признаков конкретных изделий.

8.5. Выбор индивидуального маршрута

Элементарную логическую функцию, обуславливающую назначение к-й операции, определяют по формуле

$$f_к= \nabla\limits_{j=1}^{n2}{\left ( \bigwedge\limits_{i=1}^{n1}{A_i}\right )_j}$$

где $$А_{i}$$ - условие из справочника логических условий для класса (группы) изделий; $$n_{1}$$ - количество условий, связанных конъюнкцией; $$j =1, 2, .... n_{2}$$ - количество сочетаний, связанных дизъюнкцией.

Таким образом, логическая функция (8.3) (её называют элементарной) представляет собой совокупность наборов, соединённых между собой логической суммой. Один или несколько таких наборов могут быть включены в элементарную логическую функцию

$$\left ( \bigwedge\limits_{i=1}^{n1}{A_i}\right )\le f$$

Однако только один из множества наборов однозначно позволяет выбрать операцию для индивидуального маршрута и указать в нём соответствующее ей место. Поэтому каждой формулировке операции ставят в соответствие логические условия необходимого сочетания. Операция может входить во все индивидуальные технологические маршруты для изделий класса (группы), если f_{к} = 0. К таким операциям относят контроль, клеймение, консервацию.

Величины $$n_{1}, n_{2}, n_{3}$$ строго определены на каждом шаге решения задачи, но могут изменяться по мере изменения множеств условий или операторов на этапе построения обобщённого маршрута. Каждое условие элементарной логической функции является элементом множества условий $$А$$, т.е. $$А_{к.}$$

Тогда логическая функция, определяющая обобщённый маршрут, будет

$$Ф = \bigvee\limits_{к=1}^{n3}{\left (\nabla\limits_{j=1}^{n2}{\left ( \bigwedge\limits_{i=1}^{n1}{A_i}\right )_j} \right )_к}.$$

Знак $$\bigvee\limits_{к=1}^{n3}$$ в логической функции обобщённого маршрута показывает, что в индивидуальные технологические маршруты могут входить или не входить отдельные операции.

Формирование обобщённого маршрута начинают с какого-либо маршрута М (можно с любого), принимаемого за . В него последовательно вставляют недостающие операции всех присоединяемых маршрутов. Для этого проводят поиск в базовом маршруте для каждой операции присоединяемого маршрута эквивалентных операций. Вставляемые недостающие операции занимают определённые места в базовом маршруте. Полученный обобщённый маршрут принимается как очередной базовый. На рис. 8.3 показана схема построения обобщённого маршрута. К базовому маршруту $$М_{y}$$ присоединяется $$М_{j}$$. В результате получают следующий маршрут и т. д. для целого класса приборов. Полученный маршрут представляет собой перечень операций, каждая из которых имеет свою логическую функцию, определяющую условия включения этой операции в индивидуальный маршрут изготовления прибора.

Получается обобщённый маршрут $$М^{*}_{yi}$$. Заштрихованные области показывают эквивалентные операции, которые определяют мощность пересечения двух маршрутов. Коды операций $$С_{imi} С_{imj}$$ двух маршрутов $$М_{i}$$ и $$М_{j}$$ будут определять эквивалентность этих операций при условии

$$С_{imi} = С_{imj}$$

т.е. должны быть эквивалентны коды операций.

Для любых эквивалентных операций выполняется условие: в обобщённый маршрут включается первая операция

$$\bigvee {С_{imi} С_{imj}}\in (С_{imi} \equiv С_{imj}) [M^*_{yi}\ni (С_{imi} \nabla С_{imj})]\to С_{imi}$$

В сформированном обобщённом маршруте сохраняется строгая последовательность индивидуальных маршрутов при их выделении. Для обеспечения этого выполняют условия

$$\forall {С_{p} С_{q}}\in (M_{i} \cap M_{j}) [(С_{p} < С_{q}; С_{p}, С_{q}\in M_i)\to ((С_{p} < С_{q}); С_{p}, С_{q}\in M_j]$$

Построение индивидуальных технологических маршрутов осуществляется путем их выделения из обобщённого маршрута. Исходными данными для такого построения являются условия, характерные для конкретного изделия.

(рис 8.3) Схема построения обобщённого маршрута

Для отдельных операций, которые являются общими для обрабатываемых поверхностей класса (группы), логическая функция отсутствует, т.е. $$f_{к}=0$$. Каждый набор условий $$\left ( \bigwedge\limits_{i=1}^{n1}{A_i} \right )$$ сравнивается с условиями конкретного изделия. Для каждого кода операций $$С_{к}$$, входящего в индивидуальный маршрут $$М_{i}$$, выполняется требование: существует хотя бы один набор условий $$Л_i = \left ( \bigwedge\limits_{i=1}^{n1}{A_i} \right ),$$ соединённых логическими произведениями, которые являются подмножеством всех наборов $$f_{к}$$ для данного кода, т.е.

$$VC_к \in M_i [_{\exists}Л_j(Л_j\le f_к)]$$

Тогда условием вхождения к-й операции обобщённого маршрута в индивидуальный технологический маршрут будет $$Л_{jк} = Л^{D}_{j},$$ где $$Л^{D}_{j}$$ - набор условий, характерных для конкретного изделия. Схема алгоритма решения этой задачи представлена на рис. 8.4.

Блок 3 алгоритма вызывает сначала первую, а затем, после соответствующих команд, и последующие операции обобщённого маршрута со своими элементарными логическими функциями $$f$$. Далее проверяют наличие этой логической функции и вызываемой операции (блок 4).

Если $$f_{к}\ne 0$$, то определяют соответствие первого и последующих наборов логических условий $$\left ( \bigwedge\limits_{i=1}^{n1}{A_i} \right )$$ операции логическим условиям изделия, для изготовления которого проектируют индивидуальный технологический маршрут (блок 5). В случае выполнения требований, оговорённых в блоках 4 и 5, происходит запоминание кода операции (блок 6).

Блок 6 формирует индивидуальный маршрут изготовления конкретного изделия.

Если эквивалентность $$Л_{i}$$ и $$Л_{j}$$ отсутствует, проверяют наличие следующего набора логических условий в операции (блок 7).

При $$Л_j=0$$ операция не имеет больше наборов логических условий и происходит вызов следующей операции обобщённого маршрута.

После проверки всех операций обобщённого маршрута на печать выдают коды операций индивидуального маршрута для конкретного изделия с текстом формулировок операций.

Полученный индивидуальный маршрут используется в качестве исходного для проектирования операционной технологии, где определяются допуски на значения параметров, состав технологических переходов, планов или маршрутов последовательности операций, тип оборудования, инструмента, нормы времени, технологическая себестоимость.

(рис 8.4) Блок-схема алгоритма проектирования индивидуального маршрута

Контрольные вопросы

Опишите процедуру синтеза технологического маршрута.

Что используется в качестве технических ограничений?

Что включает оптимальный вариант технологического маршрута?

Как характеризуется индивидуальный ТП?

Как образуется типовой ТП?

Что характерно для группового ТП?

В чем суть типизации технологии?

Что включает в себя обобщенный маршрут обработки?

Что является необходимым условием включения индивидуального маршрута в обобщенный?

Что является основным условием объединения нескольких индивидуальных маршрутов в обобщенный?

Как определяется мощность обобщенного маршрута?

Запишите логическую функцию.

Напишите математическую модель формирования обобщенного маршрута.

Как используются эквивалентные операции?