Автоматизированное проектирование технологических маршрутов (окончание)

11.1. 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: индивидуальный, типовой или групповой. Например, в мелкосерийном и серийном производствах наиболее прогрессивным является метод групповых процессов [41]. 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 [69, 10].

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. Однако эта задача без ЭВМ решается с трудом [63].

При разработке технологического маршрута должны быть определены последовательность и содержание операций. синтезирующая передовой опыт завода, отрасли и научные достижения, позволяет перейти к формализованному представлению маршрута, разработке алгоритма и программ для ЭВМ. Типизация технологии , 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.

11.2. Обобщенный маршрут обработки

Для определенного класса (групп, подгрупп или вида) изделий устанавливается так называемый обобщенный маршрут обработки. Он включает перечень операций обработки, характерный для этого класса, подкласса или группы изделий. Этот перечень является упорядоченным и представляет собой множество операций существующих индивидуальных маршрутов [63]. 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-либо класса или группы изделий.

При объединении этих маршрутов (рис. 11.1) в обобщенный $$М^*_y \supset М_i$$. , т. е. обобщенный маршрут $$M^*_y$$ включает в себя индивидуальные $$М_i$$. При этом число объединенных маршрутов должно стремиться к максимальному, т. е. обобщенный маршрут

$$\mathop{M}\limits^n_{i=1}^*_y = U M_i , где n \in max$$. Объединение маршрутов

характеризует область пересечения множеств при вхождении в обобщенный маршрут.

Необходимым условием включения индивидуального маршрута в обобщенный является наличие области пересечения операций, например $$М_i$$ и $$M_j$$, как не пустого множества $$М_i \_ M_j \ne 0$$ (рис. 11.1). Важной характеристикой (критерием эффективности) формирования обобщенного маршрута является мощность пересечения множеств операций индивидуальных маршрутов $$|M_{пер}|$$, т. е. количество одинаковых операций, входящих в это пересечение, без учета отношения порядка элементов (операций) множества

$$|\mathop{M}\limits_{i=1}^n_{пер}| = \_ М_i (i = 1, 2, ..., n) - max$$.

Мощность пересечения в обобщенном маршруте должна стремиться к $$max$$ (рис. 11.2). Это будет основным условием объединения нескольких индивидуальных маршрутов в обобщенный. Тогда мощность обобщенного маршрута

$$|\mathop{M}\limits_{i=1}^{n}_y^*| = U M_i (i=1,2,.....,n) \to min$$

должна стремиться к $$min$$ (рис. 11.2). Следовательно, обобщенный 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, а также уровень проведенных 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 ее включении в технологический маршрут.

В условиях практического использования автоматизированного проектирования технологических маршрутов необходимо выявить применяемость сочетаний конструктивно-технологических условий для определенного 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 операции решается задача о включении ее в технологический маршрут; при этом необходимо определить очередность 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. существует 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.

В [43] сформулировано определение обобщенного маршрута. Такой маршрут представляет собой пересекающееся множество индивидуальных маршрутов. Это множество должно быть упорядоченным. Обобщенный маршрут включает все операции обработки, характерные для каждого класса (подкласса) изделий, располагает операции в определенном порядке и дает возможность строить для них индивидуальные технологические маршруты в зависимости от конструктивных и технологических признаков конкретных изделий.

Если под оператором понимать код операции, то математическую модель формирования обобщенного маршрута можно представить в формальном виде. Пусть существует конечное множество условий $$А = \{А\}$$, влияющих на выбор операции и характер построения маршрутов, например требования по точности взаимного расположения поверхностей, минимальная шероховатость поверхности и т. д., где $$i = 1, 2, …, n$$ — количество состояний каждого конкретного условия (например, различная шероховатость поверхности); $$j = 1, 2, .... n_2$$ — количество условий. Кроме того, имеется конечное множество операторов (кодов операций) $$С = \{C_к\}, где к = 1, 2, .... п_3$$. Эти условия, предварительно закодированные, могут сочетаться либо как $$А_1 \nabla А_2 \nabla , ... \nabla А_к,... \nabla А_к \to \nabla\limits_{к=1}^n А_к$$ (например, разную шероховатость поверхности можно получить при назначении одной и той же операции), либо как $$А_1 \Lambda А_2 , ... \Lambda А_к \Lambda ,..., \Lambda А_n \to \Lambda\limits_{к=1}^n 1$$ (например, обязательное выполнение технических требований при осуществлении операции).

11.3. Выбор индивидуального маршрута

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

$$f_к = \nabla\limits_{j=1}^{n2} (\Lambda\limits_{i=1}^{n1} A_i)_j$$,

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 (11.3) (ее называют элементарной) представляет собой совокупность наборов, соединенных между собой логической суммой. Один или несколько таких наборов могут быть включены в элементарную логическую функцию

$$(\Lambda\limits_{i=1}^{n1} A_i) \le f$$.

Однако только один из множества наборов однозначно позволяет выбрать операцию для индивидуального маршрута и указать в нем 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 можно отнести контроль, клеймение, консервацию [43].

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 обобщенного маршрута. Каждое условие элементарной логической функции является элементом множества условий $$А$$, т. е. $$А_к$$.

Тогда логическая функция, определяющая обобщенный маршрут, будет иметь вид

$$Ф=V\limits_{к=1}^{n3}(\nabla (\Lambda\limits_{i=1}^{n1} A_i)_j)_к$$.

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

Формирование обобщенного маршрута начинают с какого-либо маршрута М (можно с любого), принимаемого за базовый . 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 определенные места в базовом маршруте. Полученный обобщенный маршрут принимается как очередной базовый. На рис. 11.3 показана схема построения обобщенного 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.

В результате получается обобщенный маршрут $$М^*_{yi}$$. 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 обобщенный маршрут включается первая операция

$$VC_{imi}C_{imj} \in (C_{imi} \equiv C_{imj})[M^*_{yi} \ni (C_{imi} \nabla C_{imj})] \to C_{im}$$.

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

$$\forall C_{pCp} \in M_i\cap M_j)[(C_p < C_q;C_p,C_q \in M_i) \to (C_p < C_q); C_p, C_q \in M_j]$$

Следовательно, для любых двух операций $$С_p$$, и $$С_q$$, входящих в пересечение маршрутов $$М_i$$ и $$М_j$$, справедливо утверждение: если операция $$С_p$$ предшествует операции $$С_q$$ в маршруте $$М_i$$, т. е. $$С_p < С_q$$, то операция $$С_р$$ предшествует операции $$С_q$$ и в маршруте $$М_j$$.

$$\forall M_i( \forall C_p,C_q \in M_i[(C_p < C_q; C_q \in M_i) \to (C_p < C_q; C_p, C_q \in M^*_{yi}]$$,

т. е. для любого индивидуального маршрута $$M_i$$ и для любых операций $$С_p$$ и $$С_q$$, входящих в него, если $$С_p < С_q$$ в $$M_i$$, то $$С_р < С_q$$ в обобщенном маршруте $$М^*_{yi}$$.

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

Для отдельных операций, которые являются общими для обрабатываемых поверхностей класса (группы), логическая функция (11.1) отсутствует, т. е. $$f_к = 0$$. Каждый набор условий ( $$\Lambda\limits_{i=1}^{n1}A$$ ) 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 $$Л_i=(\Lambda\limits_{i=1}^{n1}A)$$ соединенных 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 обобщенного 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. 11.4.

Блок 3 алгоритма вызывает сначала первую, а затем, после соответствующих команд, и последующие операции обобщенного 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 ( $$\Lambda\limits_{i=1}^{n1}A_i)$$ операции логическим условиям изделия, для обработки которого проектируют индивидуальный технологический маршрут (блок 5). В случае выполнения требований, оговоренных в блоках 4 и 5, происходит запоминание кода операции (блок 6).

Блок 6 формирует индивидуальный маршрут обработки конкретной поверхности 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 обобщенного маршрута.

После проверки всех операций обобщенного 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 форма заготовки, допуски на значения параметров, состав технологических переходов, планов или маршрутов последовательности операций, тип оборудования, инструмента, нормы времени, технологическая себестоимость.

Контрольные вопросы и упражнения