УДК 621.9.06.

Пуховський Є.С., д.т.н.

Національний технічний університет України «КПІ», Україна

Стратегія автоматизованого проектування верстатних систем гнучкого виробництва

При створенні нових машин, впровадженні нових засобів виробництва визначальним чинником є їх висока конкурентоспроможність на світовому ринку. Досягнення цієї мети можливе при системному вирішенні всіх задач, які виникають на різних етапах проектування і виробництва машин. Тому в умовах сучасного виробництва створення нових машин повинно базуватися на галузі науки, яку прийнято називати конструкторсько-технологічною інформатикою.

Рис. 1 Структурна схема комп’ютеризованого інтегрованого виробництва.

На рис. 1 наведено структурну схему комп’ютерного інтегрованого виробництва (КІВ), в якій відображено системний підхід до процесу створення нової машини. Процеси проектування і виготовлення тут розглядаються як єдине ціле з врахуванням інформаційних зворотних зв’язків. В цій схемі особливе місце займає система автоматизованого проектування верстатної системи (САПР ВС). Вона дозволяє в автоматизованому циклі проектувати верстатні системи різного функціонального призначення та рівня автоматизації. При створені САПР ВС використовуються принципи системного підходу в проектуванні [1,2]. В відповідності з теорією ієрархічних систем верстатну систему можна представити багаторівневою моделлю, на кожному рівні (страті) якої можна виділити деякі підсистеми. Ієрархічно модель верстатної системи включає такі страти: технологічну (найнижчу), комп’ютерну, алгоритмічну і інформаційну.

При технологічному проектуванні верстатної системи (ВС) більш уважно розглядається технологічна страта, однак при системному підході беруться до уваги її зв’язки з другими ієрархічними рівнями виробництва. Субстанцією технологічної страти є множина різних верстатів, транспортних і складських пристроїв, інструментів, оснастки і т.п. елементи технологічної страти володіють системно утворюючими атрибутами, які визначають функціональні властивості технологічного обладнання.

Рис. 2. Багаторівнева схема системного технологічного

проектування верстатних систем.

На рис. 2 показана багаторівнева схема технологічного проектування ВС. При такій схемі одночасно враховуються численні технологічні чинники, що безпосередньо впливають на організаційну і функціональну ВС. Характерні вимоги системного підходу враховують вже на етапі синтезу технологічних рішень, коли з можливих варіантів необхідно відібрати множину таких, що задовольняють наступним критеріям: мінімізація машинного часу обробки групи деталей і допоміжного часу, пов’язаного з транспортуванням, закріпленням і контролем деталей; скорочення простоїв обладнання; зменшення кількості різальних інструментів, необхідних для обробки групи деталей; можливість використання універсальної оснастки для обробки групи деталей та мінімізації часу її переналадки; можливість обробки деталей за декількома альтернативними маршрутами, мінімізація площі, що займає ВС; зменшення обслуговуючого персоналу.

Під стратегією проектування розуміють укрупнений план вирішення проектно-конструкторських задач, що визначають структуру САПР ВС і склад проектних підсистем. Розробка стратегії полягає в визначенні послідовності дій проектувальника для перетворення вихідного технічного завдання в готовий проект. Існує декілька типів стратегій проектування: лінійна, циклічна, розгалужена, адаптивна, приросту, випадковий пошук [2].

Рис. 3. Схема проектування ВС багатономенклатурного виробництва за принципом розгалужено-циклічної стратегії.

Лінійна стратегія складається з ланцюга послідовних дій, в якій кожна дія залежить від результатів попередньої. Циклічна стратегія організується в вигляді ітераційного процесу послідовного наближення до мети шляхом поліпшення варіантів що розробляються. Розгалужена стратегія визначається тим, що проектування ведеться паралельно, що дозволяє оцінити альтернативні варіанти і скоротити строки виконання проекту. Адаптивні стратегії лежать в основі створення штучного інтелекту. В них визначається тільки перший крок проектування, а всі наступні кроки формуються на основі оперативної інформації що постійно змінюється. Стратегія приросту базується на адаптивній і дозволяє виконувати автоматичну оптимізацію проектних рішень. При використанні випадкового пошуку план проектування спеціально не призначається, що дозволяє виконувати цю процедуру при новаторському проектуванні.

На рис. 3 представлена процедура проектування ВС багатономенклатурного виробництва за принципом розгалужено-циклічної стратегії. В відповідності до цієї схеми на деяких етапах проектування проводиться послідовно або паралельно, а окремі задачі вимагають циклічної процедури. Прийнята стратегія проектування дозволяє провести функціонально-структурний аналіз, мета якого полягає в ієрархічному поділу ВС на функціональні елементи, описі їх функцій і взаємодій між ними. В табл. 1 представлені результати функціонально-структурного аналізу ВС на першому, другому і третьому рівні розбиття. Будь-який функціональний елемент тут розглядають як окрему технічну систему та такий, що теж може бути розділений на елементи більш низького рівня ієрархії.

Таблиця 1. Функціонально-структурний аналіз ВС на першому, другому і третьому рівні розбиття.

Елемент		Функція елемента
Позна- чення	Зміст	Позна- чення	Зміст
	Перший	рівень
Е	Верстатна система багатономенклатурного виробництва (ВС)	F	Механічна обробка групи деталей, що забезпечує необхідну програму випуску з мінімальною затратою ручного труда при лімітній ціні обладнання.
Г3	Група заготовок (деталей, виробів)	F’	Обробка групи заготовок з заданими показниками якості при мінімальній собівартості
Е0	Верстати (В)	F0	Обробка групи заготовок з заданими показниками якості і продуктивністю
Е1	Транспортні засоби (ТЗ)	F1	Переміщення заготовок між верстатами, автоматичне завантаження заготовок

Продовження таблиці 1.

Е2	Складське обладнання (СО)	F2	Зберігання і автоматичне завантаження-розвантаження заготовок, деталей, інструменту, оснастки
Е3	Технологічна оснастка (ТО)	F3	Базування і закріплення деталей при обробці
Е4	Система інструментального забезпечення (СІЗ)	F4	Забезпечення верстата різальним, допоміжним і контрольно-вимірюваним інструментом
Е5	Система керування верстатом (СК)	F5	Забезпечення роботи органів верстата в автоматичному режимі
Е6	Система забезпечення мастильно-охолоджу- ючим технологічним середовищем (МОТС)	F6	Подача МОТС для забезпечення якісної механічної обробки деталей
	Другий	рівень
Е01	Стіл (С)	F01	Установка і закріплення заготовок
Е02	Привід (П)	F02	Забезпечення робочих рухів органам верстата
Е03	Шпиндель (Ш)	F03	Закріплення інструмента і надання йому рухів
Е04	Інструментальний блок (І)	F04	Зберігання, подача і закріплення інструмента
Е05	Система керування (ЧПК)	F05	Автоматичне керування робочими органами верстата
Е06	Несуча система верстата (НС)	F06	Забезпечення необхідного взаємного положення та напряму руху елементів верстата в просторі
	Третій	рівень
Е04-1	Інструментальний магазин (ІМ)	F04-1	Зберігання різального, допоміжного і контрольно-вимірювального інструменту
Е04-2	Різальний інструмент (РІ)	F04-2	Виконання операції різання
Е04-3	Вимірювальний інструмент (ВІ)	F04-3	Виконання контрольно-діагностичних операцій
Е04-4	Допоміжний інструмент (ДІ)	F04-4	Закріплення інструменту в шпинделі
Е04-5	Маніпулятор заванта-ження інструменту (МЗ)	F04-5	Автоматичне завантаження-розвантаження і закріплення інструменту в шпинделі

Функціональна взаємодія елементів ВС на першому (а), другому (б), і третьому (в) рівнях розбиття показано на рис. 4.

Рис. 4. Схема функціональної взаємодії елементів ВС на різних рівнях розбиття

На основі аналізу функцій елементів кожного рівня синтезується структура ВС. Необхідно зауважити, що в даній роботі розглядається передусім технологічне проектування ВС, яке визначає в кінцевому підсумку порядок робочого проектування і склад основних підсистем ВС. Тому при функціональному аналізі найбільш уважно розглядають технологічні функції ВС, направлені

	на обробку групи деталей і які забезпечують задані якісні і економічні параметри. На рис. 5 показано приклад трьохрівневої побудови ВС, де виділено розбиття по блоку інструментального забезпечення окремого верстата. Позначення на рис. 5 відповідають скороченням, що прийняті в табл. 1.
Рис. 5. Структура трьохрівневої побудови верстатної системи

Таким чином визначена стратегія проектування ВС, при розробці якої враховувалась та обставина, що в якості основного технологічного обладнання ВС вибираються верстати з ЧПК і універсальні верстати. Транспортні засоби призначаються з числа промислових роботів, а технологічна оснастка проектується на базі систем УСП, УСРП і т.п.

Стратегія проектування визначає тільки загальний план досягнення мети технологічного проектування ВС. Методи та засоби вирішення задач проектування основані на теоретичних положеннях методики автоматизованого проектування ВС і вибираються при виконанні конкретних проектних процедур.

Список літератури:

1. Макаров И.М. Системные принципы созданиягибких автоматизированных производств. –М..,: Высшая школа. 1986. –176 с.

2. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов. / А.Н. Доморацкий, А.А. Лескин, В.М. Понамарев и др.; Под общей ред. В.М. Понамарева. –Л..,: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1986. –319 с.