Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

или

Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

Островский Ю. А., к.т.н.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, РФ

ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ УСЛОВИЙ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В современном производстве можно выделить такую разновидность, как многономенклатурное производство. В таком производстве изготавливаются вариативные семейства изделий, которые могут изменяться в очень широких пределах, что приводит к необходимости постоянного изменения технологических процессов, в соответствие с изменившейся конструкцией ([1]).

Многономенклатурное производство предполагает следующие особенности: масштабируемость; совместимость; модульность; мобильность; универсальность, регулируемость.

Данные особенности вызывают необходимость расширенного информационного сопровождения производственных систем. Кроме того, такой вид построения производства предъявляет повышенные требования к срокам технологической подготовки производства; методам управления производством (на уровне оперативного); проведению мероприятий по размещению нового производства (реконструкция).

Средством решения задач информационного сопровождения являются системы автоматизации, такие как системы проектирования технологических процессов и системы оперативного управления производством. Работа систем основана на электронных моделях производства в различных его аспектах. Наибольший интерес вызывают модели объекта производства, получаемые из систем автоматизированного конструирования, т.е. электронная конструкторская документация.

Современный подход к моделированию объектов позволяет передавать значительные объемы негеометрической информации в моделях, например, в системах класса NX, CATIA, CREO. Методы передачи данных на основе STEP позволяют решить эту задачу для неинтегрированных систем.

Важно отметить, что практически любая система моделирования представляет объект производства, как трехмерный объект, представляющий собой совокупность поверхностей. Такое представлении в качестве исходных данных для технологического проектирования достаточно неудачно, что было доказано неоднократно. В производстве важно иметь представление о наборах поверхностей, участвующих в законченном процессе – переход, операция. Для такого набора проще сформировать технологическое решение, особенно в автоматизированном режиме.

Называть такую совокупность в самом общем виде можно конструктивно-технологическим элементом (КТЭ). К формированию таких элементов существует достаточные количество подходов, которые можно разделить на несколько групп.

Следует провести классификацию КТЭ по способам выделения, что даст нам инструмент к выбору средств адекватных поставленным задачам.

Самый распространенный вариант, активно продвигаемый в различных системах программирования ЧПУ, как раз использует именно конструктивно-технологические элементы для описания близко расположенных геометрических элементов, формируемых посредством одного технологического метода или их комбинации. Наиболее примитивные представители - отверстия, группы отверстий, пазы, карманы. Формально список КТЭ такого типа ничем не ограничен, так как имеются разнообразные средства по расширению наборов, включению собственных параметров и пр.

В основном, такие КТЭ используются для интенсификации процесса разработки программ для оборудования с ЧПУ, не влияя на общую процедуру ТПП.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана развивается подход к моделированию объектов производства на основе ограниченного списка элементов, [2]. Выделение происходит на основании общности технологических маршрутов изготовления сочетаний поверхностей, предусмотрены ограничения по применению КТЭ в различных типах производства.

Так как ограниченный набор элементов, имеющий правила комбинации и правила использования, позволяет получать значительное число сочетаний, то КТЭ, построенные по такому принципу могут быть использованы на стадиях подготовки производства, моделирования, а также управления.

Рассмотрим методику описания объектов производства на базе модулей, разрабатываемую в Институте Машиноведения РАН. Элемент, называемый «модулем поверхностей», не является КТЭ в узком смысле, так как на выделенный типовой модуль поверхностей необходимо выбирать необходимые элементы технологического обеспечения – оборудование, инструменты, технологический процесс изготовления и прочее. Разработка технологических процессов в подобных условиях с одной стороны, позволяет зафиксировать оптимальные технологические решения для конкретных производственных условий, с другой налагает существенные ограничения на построение производственной системы, так как сочетание модульного подхода с обычными методами построения производства не так эффективно.

Подходы, включающие в состав КТЭ в большей степени технологические решения, основанные на выделении разноуровневых конструктивных элементов, связанных процессом изготовления, встречаются чаще [3], [4]. В основе этих подходов – интеграция автоматизированной системы конструирования и системы подготовки производства, причем проектирование объектов производства уже ведется в идеологии использования КТЭ.

Подобные решения обычно соответствуют готовым производствам, с большой серийностью, с использованием вариативного принципа автоматизированной разработки технологических процессов. Следует указать, что наличие типовых элементов низкого уровня, например, отверстий позволяет расширять КТЭ по необходимости. Для условий изменяющейся номенклатуры изделий и производственной ситуации предпочтительным способом проектирования технологических процессов является генеративный подход [5], при котором процесс синтезируется на основе конкретных сведений о конструкторско технологической модели детали и текущих производственных ресурсах.

Рассмотренные подходы разобьем на три группы:

· КТЭ низкого уровня, в которых геометрическому описанию простого комплекса поверхностей соответствует типовой набор технологических методов. При выделении данных элементов целью является выявить повторяющиеся конструктивные элементы, с одновременным получением методов их формирования, например, резьбовые отверстия.

· КТЭ среднего уровня, связывающие относительно простой набор поверхностей и ограниченное множество технологических методов, позволяющее сформировать маршруты изготовления для изменяющихся условий, при наличии технологических решений. Например, обработка шеек валов.

· КТЭ высокого уровня, объединяющие сложный комплекс поверхностей и конструктивных элементов, которому соответствует технологическое обеспечение в составе технологического процесса изготовления, средств технологического оснащения. В качестве примера можно привести параметризованный технологический процесс изготовлении деталей типа «фланец».

Роль объектов первого типа в повышении эффективности технологической подготовки минимальна, так как предназначены они для решения ограниченных задач. Элементы второго типа наиболее эффективны при разработке новых технологических процессов, что важно, например, при оценке готовности производственной системы к изготовлению нового изделия, ранее не встречавшегося. Третий тип, как уже указывалось, наиболее эффективен в устоявшейся производственной системе, для быстрого решения постановки на производство очередного изделия из вариативного семейства.

Таким образом, для условий многономенклатурного производства наиболее подходящим является способ формирования конструкторско-геометрической модели изделия, основанной на использовании КТЭ среднего уровня, как обеспечивающих большую гибкость при формировании технологических решений.

Литература:

1. Changeable and Reconfigurable Manufacturing Systems, Hoda A. ElMaraghy, Editor // Springer-Verlag, London Limited, 2009

2. Кондаков А.И. Формирование информационной основы проектирования технологических процессов изготовления деталей //Справочник. Инженерный журнал. 2001 №3. – С. 15–20.

3. Гонсалес-Сабатер А. Интеграция CAD/CAM в CALS-технологии. // Машиностроитель. 2003. № 11. – С. 36–40.

4. Боткин Ю.А., Голдовский П.С. Интегрированная САПР и модульное проектирование // САПР и графика. - 2005. - № 6. - 45 - 50

5. Островский Ю.А. Генеративные системы синтеза маршрутных технологических процессов обработки заготовок // Машиностроитель. – 1999. – № 4. – С. 33–36.