Всего на сайте:
210 тыс. 306 статей

Главная | Механика

Методи автоматизованого технологічного проектуваннЯ  Просмотрен 743

3.1 Класифікація проектних задач [1, 2]

Проектні задачі, до послідовного розв'язку яких зводиться робота технолога під час проектування технологічних процесів, за ступенем їх формалізації пожна поділити на дві категорії: розрахункові та нерозрахункові (логічні).

Розв'язок розрахункових задач зводиться до розрахунку за сукупністю формул, які пов'язують між собою параметри процесу. Їх розв'язок достатньо формалізований, бо формалізація закладена уже в самому математичному зв'язку між параметрами. Тому скласти алгоритм їх розв'язку й автоматизувати процес розрахунку не важко. Саме такі задачі почали розв'язуватись на ЕОМ найперше. Приклади: розрахунок швидкості різання, мінімального припуску, координат опорних точок і керуючі програми в цілому, розрахунок технологічних розмірів тощо.

Частка таких задач під час технологічного проектування невелика (зазвичай £15%).

Нерозрахункові (логічні) задачі, як-от: вибір методів і плану обробки, схеми базування, установлення заготовки, структури операції, верстатів, оснащення і т.п., є найпоширенішими. Їх розв'язок принципово відрізняється від розв'язку розрахункових задач: вони не формалізовані, бо математичний зв'язок між параметрами поки що не виявлений. Залежно від ступеня невизначеності прийняття рішення проектні процедури, що містять логічні задачі, поділяються на три типи:

а) повністю детерміновані. Для них відомими є усі потрібні дані й алгоритм прийняття рішень, задані у вигляді жорсткої послідовності проектних операцій. Роль проектувальника тут - прийняти кінцеве рішення шляхом включення цієї процедури в потрібний момент та оцінити результат її роботи. Зазвичай це прості задачі вибору локального типового рішення (типового елемента), як-от: вибору моделі верстата, інструмента, пристрою, методу тощо;

б) алгоритмічно визначені процедури з невизначеними початковими даними. Порівняно з попереднім типом тут немає повного набору початкових даних; для частини з них відомо лише діапазон їх зміни. Це задачі вибору багатоелементних типових рішень.

Вони, як правило, охоплюють розрахункові задачі і задачі типу (а). Під час автоматизованого проектування в діалоговому режимі проектувальник формує різні набори початкових даних для різних проектних операцій з ітерацією доти, поки не буде отримане прийнятне рішення;

в) процедури з невизначеним алгоритмом. Як правило, це задачі синтезу структури технологічного процесу при висхідному проектуванні. Формальних методів прийняття рішень таких задач немає. Є еврістичні прийоми: проектувальник складає кілька альтернативних варіантів рішень, налагоджує ЕОМ на ці варіанти, ЕОМ їх реалізує та кількісно оцінює результати.

Хоча в задачах типів а) і б) немає математичного (формалізованого) зв’язку між параметрами, їх розв’язок можна спростити та формалізувати через використання типових рішень і процедур їх вибору.

3.2 Алгоритм вибору типового рішення
в нерозрахункових задачах [1]

Типове рішення – це відоме апробоване (раніше використовуване) рішення проектної задачі, наприклад, метод або план обробки, структура операції, модель верстата, тип пристрою чи інструмента, схема базування, режим різання і под.

Методика підготовки до автоматизованого розв’язку логічної технологічної задачі і власне вибору типового рішення така:

1) виявляють обмежений набір типових рішень, наприклад, перелік використовуваних схем базування, моделей верстатів тощо, тобто формують множину типових рішень (МТР);

2) виявляють умови, за яких кожне рішення може бути використане, а саме:

а) параметри, що впливають на вибір рішення. Усю сукупність цих параметрів називають комплексом параметрів придатності (КПП);

б) граничні (допустимі) значення для кожного параметру придатності – характеристичні значення. Комплекс параметрів придатності разом з їх характеристичними значеннями складають сукупність умов вибору типового рішення, яку називають комплексом умов придатності (КУП). КУП називають також математичною моделлю типового рішення;

3) перевіряють відповідність початкових даних задачі умовам придатності типового рішення.

Саме такий підхід дозволяє формалізувати прийняте рішення для логічних (нерозрахункових) задач і автоматизувати їх розв’язок. Він є основним для розв’язку логічних задач.

Розглянемо задачу вибору моделі верстата на операцію зубошевінгування. Нехай у цеху є зубошевінгувальні верстати 3-х моделей – 5А702Г, 5703В, 5717С. Вони й сформують масив типових рішень цієї задачі

МТР = {5А702Г; 5703В; 5717С}. (3.1)

На вибір моделі верстата впливають: діаметр шестерні D, довжина L, модуль m та кут a нахилу зуба шестерні. Отже, комплекс параметрів придатності типових рішень

КПП = {D; L; m; a}. (3.2)

В таблиці 3.1 наведені допустимі діапазони параметрів придатності для кожного типового рішення, тобто їх характеристичні значення.

Таблиця 3.1 - Допустимі діапазони параметрів придатності для задачі вибору зубошевінгувального верстата

Модель верстата Діаметр D шестерні, мм Довжина зуба L, мм Модуль m, мм Кут нахилу зуба a, град
5А702 60-320 До 110 1,5 – 6 ±35
5703В 125-500 До 80 1,75 – 8 ±17
5717С 300-800 До 200 2,0 - 8 ±35

 

Цілком очевидно, що математично умови вибору моделі верстата можна подати у вигляді подвійних нерівностей. Як зазначено раніше, ці умови називають комплексом умов придатності (КУП).

. (3.3)

Відповідно до КУП для заданого набору (множини) початкових даних задано параметри оброблюваної деталі, для виготовлення якої потрібно вибрати верстат:

Uд={Dд; Lд;mд; aд} (3.4)

З трьох можливих типових рішень вибирають те, котре задовільняє нерівностям КУП. Перевірку цих умов можна здійснити за допомогою алгоритма вибору зубошевінгувального верстата (рисунок 3.1). За цим алгоритмом можна скласти програму і виконати цю роботу на ЕОМ.

Зауважимо, що КУП разом з алгоритмом – це елемент математичного забезпечення автоматизованого проектування, а сам КУП – математична модель для вибору зубошевінгувальних верстатів.

  
 

Пропонуємо прослідкувати процедуру вибору верстата для набору (множини) початкових даних Uд={31,5; 80; 7; 20}.

Рисунок 3.1 – Блок-схема алгоритма вибору зубошевінгувального верстата

3.3 Класифікація типових рішень [1, 2]

Типові рішення за структурою і процедурою прийняття проектного рішення поділяються на різновиди:

- типовий елемент або локальне багатоелементне типове рішення (ТЕ);

- типове проектне рішення або локальне багатоелементне типове рішення (ТПР);

- типовий проект або повне неінтегральне типове рішення (ТП).

Типовий елемент має найпростішу структуру. Він є неподільною структурною одиницею об’єкта проектування, що може бути прийнята або не прийнята як єдине ціле. Ніякі зміни в такому рішенні не передбачаються. Проектна процедура прийняття такого рішення найпростіша – лише вибір, наприклад за допомогою алгоритму, подібного до ранішу розглянутого. Прийнятий типовий елемент безпосередньо заносять в результуючий документ або у незмінному вигляді використовують в інших задачах.

Наведемо приклади типових елементів які входять у множини типових рішень назви переходів (МТР1) і типів інструментів (МТР2).

МТР1: МТР2:
ТР1 - нарізати різьбу ТР2 - проточити шийку ТР3 - свердлити ТР4 - підрізати торець . . . ТР1 - різець різьбовий ГОСТ... ТР2 - фреза кінцева ГОСТ... ТР3 - свердло спіральне ГОСТ... ТР4 - різець канавковий ГОСТ... . . .

Типове проектне рішення має складнішу будову і процедуру прийняття. Кожне типове проектне рішення є сукупністю типових елементів. Наприклад, операція охоплює набір переходів, інструментів, пристроїв, верстат. Проектна процедура пошуку та вироблення проектного рішення повинна залучати два алгоритми:

- алгоритм вибору типового рішення, аналогічний розглянутому. Але результатом виконання даного алгоритму є не шукане рішення, а його структура, тобто набір потрібних елементів. Це рішення не є остаточним (кінцевим), бо потребує уточнення;

- алгоритм аналізу типового рішення, за яким вивчають необхідність кожного елемента типового рішення для умов конкретної задачі – в прийнятому рішенні залишають лише ті елементи, які потрібні.

Неостаточність прийняття рішення часто посилюється ще й тим, що воно приймається на даному ієрархічному рівні і потребує докладнішого пропрацювання на нижчих рівнях.

Прикладом типових проектних рішень може служити множина типових операцій (МТР3):

МТР3: ТР1 - Фрезерно-центрувальна операція ТР2 - Токарно-автоматна операція ТР3 - Зубофрезерна операція ТР4 - Круглошліфувальна операція . . .

Типовий проект – це новий опис об’єкта-аналога, у якому з метою його прив’язки до заданих умов передбачена зміна структури. Але тут елементами структури можуть бути також і типові проектні рішення. Очевидно, проектна процедура вироблення проектного рішення додатково охоплює алгоритми вибору і аналізу типових проектів. Ось приклади типових проектів, що формують множину типових рішень МТР4 і містять повний перелік операцій.

МТР4: ТР1 – технологічний процес виготовлення вала ТР2 - технологічний процес виготовлення шестерні ТР3 - технологічний процес виготовлення важеля ТР4 - технологічний процес виготовлення корпусної деталі . . .

3.4 Методи проектування технологічних процесів.
Метод адресації [1, 2]

Метод проектування визначає стратегію проектування усього технологічного процесу в даній САПР. Виділяють два принципово різні методи, що поширені в практиці САПР ТП:

- метод адресації або аналізу. В США його називають методом пошуку;

- метод синтезу. В США його називають методом генерування.

Вони відрізняються передовсім методом розв’язку задач структурного синтезу.

Метод аналізу (адресації). Тут синтез структури ОП виконують шляхом вибору та аналізу інтегральних типових рішень (типових проектів). Типовий технологічний процес повинен містити усі елементи, що їх може мати будь-який проектований технологічний процес на кожному ієрархічному рівні: елементи принципової схеми, маршруту, операцій, переходів. Його використовують для низхідного автоматизованого технологічного проектування виготовлення груп однотипних виробів на спеціалізованих дільницях або робочих місцях з частковим переналагодженням на конкретний виріб в умовах серійного виробництва. Налагодження робочих місць на конкретний технологічний процес полягає у вилученні (опущенні) з повного переліку, властивого типовій деталі, окремих елементів (операцій, переходів, ходів) або заміні одного елемента іншим, якщо ці елементи взаємозамінні. Цей же підхід використовується під час проектування на основі типових проектів. Параметри кожного технологічного процесу оригінальні.

Формально на будь-якому ієрархічному рівні кожна складова проектованого технологічного процесу виникає як результат виконання трьох процедур (рисунок 3.2):

 


Рисунок 3.2 – Схема проектування технологічного процесу методом адресації

- однієї типової процедури адресації – віднесення виробу (його елемента) до певного класу, групи, підгрупи і типу з наступним пошуком і вибором за цією адресою типового рішення з типового проекту (ще не остаточного рішення). Цю процедуру називають також процедурою вирішення першої задачі структурного синтезу;

- однієї типової процедури аналізу вибраного технічного рішення на предмет необхідності кожного елемента структури технологічного процесу для конкретного виробу. Якщо елемент не потрібен, то його вилучають з технічного рішення, якщо потрібен – залишають. Таку процедуру називають іще процедурою вирішення другої задачі структурного синтезу;

- процедур синтезу, аналізу й оптимізації параметрів технологічного процесу (вони не відрізняються від таких же при проектуванні методом синтезу).

3.5 Метод синтезу [1, 2]

Проектування технологічного процесу методом синтезу опирається на використання локальних типових рішень, наприклад технологічних переходів, котрі можуть бути і багатоелементними. Він полягає у синтезі нових зв’язків між елементами структури нижчого рівня з утворенням систем вищого рівня. Тобто цей метод поєднується з висхідним видом проектування технології.

В загальному метод синтезу охоплює такі основні типові процедури: виявлення складу елементів; побудова нових зв’язків між елементами, в тому числі зміна послідовності елементів; перевірка достовірності синтезованої структури; визначення параметрів.Спрощена схема проектування технологічного процесу методом синтезу подана на рисунку 3.3.

Метод синтезу складніший, менше формалізований. Тому найчастіше його доцільно використовувати у випадках, коли вироби недостатньо уніфіковані, насамперед в одиничному та дрібносерійному типах виробництва. Тут з невеликого числа локальних типових рішень можна побудувати багато різних технологічних процесів. У використовуваних ефективних САПР, що грунтуються на методі синтезу, наприклад САПР–Т, спрощення формалізації процедури структурного синтезу технологічного процесу з елементів досягають завдяки докладному опису – кодуванню конструкції деталей, у якому непрямо задається структура технологічного процесу або принципи її вибору. Якщо не вдається реалізувати автоматичне формування та оцінку структури, до проектування в діалоговому режимі залучається технолог.

 

 


Рисунок 3.3 – Спрощена схема проектування ТП методом синтезу

Процедури синтезу в цьому методі проектування грунтуються також на використанні методів та моделей динамічного програмування (для вибору оптимального плану обробки) та методів цілочислового програмування (задачах розподілу певної сукупності елементів, наприклад, переходів по позиціях верстата).

Спільною особливістю моделей динамічного програмування є зведення задач прийняття рішення до отримання рекурентних залежностей виду

, (3.5)

де срі – технологічна собівартість виконання технологічного переходу рі; fnі) – технологічна собівартість плану обробки від рі до останнього переходу; fn-1і) – технологічна собівартість плану обробки від рі-1 до останнього переходу.

Такі залежності, по суті, є математичним вираженням стратегії оптимізації за критерієм мінімальної собівартості.

Задачі цілочислового програмування зводяться до знаходження мінімуму цільової функції виду

, (3.6)

де Сij – собівартість і-го переходу на j-й позиції або j-го варіату структури; Хij – булева змінна. Х=1, якщо і-й перехід виконується на j-й позиції (варіанті), Х=0 – в іншому випадку.

Такі задачі супроводжуються набором обмежень. Наприклад,

- кожен перехід має бути виконаний і лише один раз;

- має бути певна послідовність переходів;

- на окремій позиції можуть бути суміщені лише певні переходи.

 

Запитання для самоконтролю

1. Як поділяють проектні задачі за ступенем їх формалізації?

2. Опишіть алгоритм вибору типового рішення в нерозрахункових задачах.

3. Опишіть різновиди типових рішень.

4. Чим характеризується і коли застосовується проектування методом адресації?

5. На чому базується і коли застосовується проектування методом синтезу?


Предыдущая статья:Курс “Системи автоматизованого проектування технологічних процесів”, Зміст і завдання курсу Следующая статья:САПР – це комплекс засобів автоматизації проектування, пов’язаних з підрозділами проектної організації та колективом фахівців, який виконує автоматизоване проектування.
page speed (0.0287 sec, direct)