Методы и средства построения принципиальной схемы технологического процесса изготовления РЭС

9.1. Общая постановка задачи

Цель проектирования технологических процессов — дать подробное описание операций изготовления изделия с необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. Эта основная проблема проектировщика дополняется последующей задачей внедрения спроектированного технологического процесса на предприятии. В результате составления технологической документации инженерно-технический персонал и рабочие-исполнители получают необходимые данные и инструкции для осуществления спроектированного технологического процесса в конкретных производственных условиях.

Проектирование технологических процессов начинается с анализа технического задания (ТЗ) на проектирование, включающего следующие элементы: рабочий чертеж изделия с техническими условиями или сборочный чертеж узла с условиями приемки, программу выпуска и другие требования.

Процесс проектирования начинается с синтеза структуры по ТЗ. Исходный вариант структуры генерируется, а затем оценивается с позиций условий работоспособности (например, обеспечение заданных параметров, качества изделия). Для каждого варианта структуры предусматривается оптимизация параметров, так как оценка должна выполняться при оптимальных или близких к оптимальным значениям параметрах [88-90]. Если для некоторого варианта структуры технологического процесса, операции или перехода достигнуто обеспечение заданных параметров качества изделия, то процесс синтеза считается законченным. Результаты проектирования оформляются в виде необходимой технологической документации с формированием ТЗ на следующий уровень проектирования. Для каждого варианта структуры составляется модель технологического процесса или его элементов. При автоматизированном проектировании эта модель является математической, она должна быть адекватна объекту в отношении его основных свойств. Анализом модели проверяется выполнение условий работоспособности (например, получение максимальной производительности при обеспечении параметров качества изделия) и принятие решения. По результатам проверки производится параметрическая оптимизация.

Если условия работоспособности не выполняются, то управляемые параметры снова изменяют, и математическая модель анализируется при новых их значениях. В случае повторного невыполнения условий работоспособности переходят к генерации нового варианта структуры или к пересмотру ТЗ.

В целом функциональная структура принципиальной схемы процесса характеризуется последовательностью преобразований изготовляемого изделия из начального состояния на заготовительном этапе в состояния на промежуточных и заготовительных этапах. Это преобразование осуществляется по уровням. Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. На основе одного проектного варианта уровня формируется множество более детальных вариантов -го уровня.

В результате проектирования на всех уровнях образуется дерево допустимых вариантов технологического процесса [91-93], отвечающих заданным техническим ограничениям (рис. 10.1). Вершинам дерева соответствуют операции синтеза проектных решений, а дугам — полученные варианты этих решений. Дуги дерева последнего уровня характеризуют проектные варианты заданной степени детализации. Для решения задач многоуровневой оптимизации на 1-м уровне проектирования получают, следовательно, не единственный оптимальный вариант, а группу вариантов, близких к оптимальному. Среди этих параметров выбирают решение на -м уровне проектирования.

Анализ выполненных работ по САПР ТП [48] показывает, что при генерации структуры технологического процесса используются различные методы: проектирование на основе типизации и групповой технологии; преобразование процессов-аналогов; многоуровневый итерационный метод; аксиоматический метод и др. (рис. 9.1).

Проектирование конкретных технологических процессов путем параметрической настройки типового процесса включает в себя две группы проектных операций: поиск в технологическом банке данных требуемого типового процесса и расчет параметров каждой операции (определение припусков и операционных размеров, норм времени, материальных и трудовых нормативов).

Рис. 9.1. Модель многоуровневого процесса проектирования с выбором наиболее рационального решения на последнем уровне: ТЗ — техническое задание; C_{ij} — операции синтеза проектных решений; Rqk — проектные варианты

Этот метод применяется для изделий типовых форм, отличающихся только размерами [88].

Алгоритмы преобразования процесса-аналога не содержат в готовом виде логические условия выбора операций и переходов (рис. 9.2). Эти условия определяются в результате анализа изделия и ТП-аналога. После того как в технологическом банке данных найдены изделия и ТП-аналоги , проектирование заключается в том, чтобы на основе информационной модели СK конкретного изделия определить рациональную структуру и параметры процесса его изготовления:

( 9.1)

где — операции преобразования процесса-аналога.

Преобразование осуществляется методами исключения и дополнения структурных элементов в процессы-аналоги на основе выявления различий между конкретными изделиями и изделиями-аналогами. Метод исключения структурных элементов основан на том, что из графа , описывающего структуру процесса-аналога, исключаются некоторые пути или дуги , которые соответствуют операциям или переходам обработки отсутствующих у конкретного изделия поверхностей или поверхностей более высокой точности.

Рис. 9.2. Классификация методов автоматизированного проектирования технологических процессов

Структура конкретного процесса образуется в результате применения разности графов

( 9.2)

где — множество промежуточных состояний, необходимых для изготовления конкретного изделия;

— множество технологических операций, необходимых для изготовления конкретного изделия.

В результате применения такой операции структура конкретного процесса получается более простой, чем аналога. Преобразование процесса-аналога методом исключения структурных элементов осуществляется установлением технологического подобия состояний изделия-аналога со структурой и параметрами конкретного изделия. Для этого в графе функциональной структуры технологического процесса-аналога выделяются висячие вершины, соответствующие конечным состояниям групп обрабатываемых поверхностей. Если , то операция включается в маршрут обработки конкретного изделия; в противном случае она исключается из маршрута-аналога.

Метод дополнения структурных элементов базируется на присоединении к графу структуры процесса-аналога множества дуг , соответствующих вновь вводимым операциям и переходам по обработке поверхностей конкретного изделия, которые отсутствуют в изделиях-аналогах или имеют более низкую точность. Структура конкретного процесса получается более сложной и образуется в результате операции объединения графов

( 9.3)

где .

В ряде случаев возникают задачи проектирования, когда преобразование процессов-аналогов производится теми и другими методами

( 9.4)

Преобразование процесса-аналога методом дополнения структурных элементов (операций, переходов) заключается в определении вида и количества этих элементов и рациональном их расположении среди операций процесса-аналога.

9.2. Принцип многоуровневой декомпозиции

Одним из наиболее общих способов преодоления начальной неопределенности задачи технологического проектирования является разработанный многоуровневый итерационный метод [57]. Сущность его раскрывается совокупностью принципов и утверждений, определяющих характер и структуру процессов проектирования.

Проектирование дискретных ТП и сложных объектов расчленяется на несколько взаимосвязанных уровней, характеризующихся последовательно возрастающей от уровня к уровню степенью детализации проектных решений.

В [15] приведены утверждения, составляющие основу принципа многоуровневой декомпозиции. В общем виде они содержат:

Утверждение 1. Проектирование ТП изготовления изделий можно разделить на 4 уровня:

• принципиальная схема процесса, (ПС);
• маршрут обработки деталей (МО);
• операционная технология (ОТ);
• управляющие программы (УВД для вычислительной техники).

Первому уровню свойственны наибольшая степень абстракции и определение только принципиальных особенностей структуры и функции ТП. От уровня к уровню степень детализации проектных решений возрастает. На последнем уровне она доводится до инструкций и команд управления оборудованием.

Утверждение 2. Многоуровневый процесс проектирования развивается сверху вниз, т. е. от синтеза общих принципиальных моделей на первом уровне — к проектным решениям требуемой степени детализации на следующих уровнях. При этом решения, полученные на предыдущем -м уровне, используются в качестве дополнительных исходных данных для проектирования на -м уровне. Так, сведения о принципиальной схеме ТП, полученные на первом уровне, служат для синтеза маршрута обработки на втором уровне. Разработка операционных технологий на третьем уровне производится на основе сведений о технологическом маршруте, а для синтеза управляющих программ применяются сведения об операционной технологии.

Утверждение 3. На всех уровнях, кроме последнего, ввиду недостаточной детализации проектных решений, критерии отбора вариантов носят обобщенный, эвристический характер. Они постепенно уточняются при переходе от уровня к уровню, достигая необходимой точности на последнем уровне проектирования

( 9.5)

Так, на первом уровне невозможно формировать критерий, позволяющий выбрать один оптимальный вариант принципиальной схемы ТП. Причина в том, что представление о проектируемом процессе носит сугубо принципиальный характер и на следующих уровнях, как правило, уточняется.

Утверждение 4. На начальном и промежуточных уровнях проектирования, в связи с эвристическим характером критериев, из множества синтезированных вариантов отбирается не одно, а несколько (два-три) наиболее рациональных решений. Окончательный вариант ТП, соответствующий экстремальным значениям точного критерия, определяется только на последнем уровне.

Утверждение 5. Проектирование на каждом уровне расчленяется на совокупность проектных операций, итерационно взаимосвязанных между собой и осуществляющих поиск решений-аналогов П, Н-преобразование процессов-аналогов, синтез различных вариантов технологии, имитационное моделирование процесса обработки, анализ и оценку результатов моделирования , оптимизацию и отбор наиболее рациональных вариантов.

Схема взаимодействия проектных операций описывается итерационным алгоритмом