10 Оптимизация технологических процессов

10.1 Постановка задачи на проектирование оптимальных ТП

Технологические системы как сложные объекты определяются сле­дующими основными характеристиками: многомерностью, т. е. боль­шим числом достаточно сложных составных частей; иерархичностью строения (в общем случае любой технологический процесс можно пред­ставить совокупностью ряда подсистем, каждая из которых подразде­ляется на еще более простые подсистемы); многосвязностью, выражаю­щейся в большом количестве взаимосвязанных и взаимодействующих между собой подсистем на одном уровне и между равными иерархиче­скими уровнями системы и с внешней средой; многокритериальностью (для ряда подсистем характерно принятие решений на основе несколь­ких критериев оптимальности и глобальных критериев для исследуе­мой системы в целом); наличием управления, разветвленной информа­ционной сети и интенсивных потоков информации; сложностью функ­ций, выполняемых системами, и направленными на достижение задан­ной цели функционирования. Системную модель технологии можно представить, как показано на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Системная модель технологии

Технологический процесс механической обработки может рассмат­риваться как относительно обособленная часть производственного про­цесса, связанная с другими его частями; как функция — это процесс качественного и количественного преобразования объектов производ­ства из состояния заготовок S₀ в состояние готовых деталей S_К. Как структурная система технологический процесс представляет собой со­вокупность взаимосвязанных этапов, операций и переходов. Процессы, обладающие указанными свойствами, могут рассматриваться как си­стемные. Это дает возможность при разработке методов анализа техно­логических процессов использовать аппарат кибернетики и системотех­ники.

При осуществлении технологических процессов изменяются каче­ственные и количественные характеристики объектов производства. В результате функция технологического процесса может быть описана отображением S₀ → S_K. В соответствии с разделением технологического процесса на операции общая функция расчленяется на ряд операцион­ных функций φ. Функция каждой φ_i, операции характеризует проме­жуточное изменение качественного состояния заготовки S_i-1 → S_i. Состояние заготовки S_i характеризуется формой, межоперационными размерами, их точностью, шероховатостью и физико-механическими свойствами поверхностей, полученных в результате выполнения i-й операции.

Трудности проектирования ТП, особенно в условиях САПР, обу­словлены главным образом тем, что эти задачи не имеют в настоящее время формальных методов решения. Так, выбор маршрутного ТП при его описательном изложении не содержит данных о методах проекти­рования процессов изготовления сложных деталей, которые могли бы быть представлены математическими операциями. Кроме того, выбор последовательности действий и средств для изготовления детали не может быть получен математическим путем на основании исходных данных. Для современной технологии машиностроения и ее использования на практике характерно: отсутствие строгих аналитических зависимостей; сложная логика суждении, сложная взаимосвязь и взаимное влияние отдельных задач; большая роль эмпирики и наличие скрытых объективных законов; наличие огромных информационных потоков и большого числа составных элементов технологий (станков, приспособ­лений, инструментов, режимов обработки и др.).

Применение системного анализа в таких условиях проектирования технологических процессов позволяет систематизировать всю исходную информацию и наметить основные пути получения наиболее рациональ­ных решений.

. Процесс «ручного» проектирования технологии механической обра­ботки представляет собой ряд действий, с помощью которых инженер- технолог производит выбор элементов из рассматриваемых массивов различных технологических предметов, устанавливает между ними со­ответствия, формируя переходы и технологические операции. Выбор оптимального процесса проводится путем сравнения нескольких ва­риантов процессов при введении оценок на элементы, составляющие его.

Решение любой задачи на ЭВМ требует наличия аналитических или других видов зависимостей, отражающих количественную, а не качест­венную сторону процесса проектирования. Поэтому для осуществления автоматизации технологического проектирования с помощью ЭВМ не­обходимо провести формализацию технологии (или ее части), т. е. про­вести замену (преобразование) содержательных предложений формула­ми. Этот процесс, называемый формализацией, обеспечивает возмож­ность создания универсальных алгоритмов и программ относительно начальных и конечных условий, т. е. относительно формы и размеров детали, характера производства, характеристик оборудования и ос­настки, тем самым обеспечивается эффективное применение ЭВМ в про­ектировании различных ТП для деталей различных классов и любой сложности — корпусов, валов, рычагов и т. п.

Системы, отражающие технологические процессы механической об­работки отличаются целостностью входящих в нее взаимосвязанных элементов, определенностью структуры, допускающей многоуровневое пост­роение элементов, возможностью взаимодействия с другими систе­мами, что делает ее, в свою очередь, элементом систем более высокого уровня иерархии. При исследовании таких систем при­ходится учитывать большое чис­ло переменных и выбирать из них те, которые оказывают наиболее сильное влияние.

При решении задач оптимизации ТП необходимо учитывать ряд принципов, используемых при системном подходе. Основными из этих принципов являются следующие.

1 Система, состоящая из оптимальных частей, не является в общем случае оптимальной, поэтому система должна оптимизироваться в це­лом как единый объект с заданным целевым назначением.

2. Система должна оптимизироваться по количественному опреде­ленному критерию, отражающему в математической форме цель опти­мизации. Этот критерий, представленный в виде функции оптимизиру­емых параметров, является целевой функцией.

3. Система оптимизируется в условиях количественно определен­ных ограничений на оптимизируемые параметры. Это означает, что оптимальность системы всегда относительна, условна. Достаточно изменить условия оптимизации, математически определяемые систе­мой функциональных равенств и неравенств, чтобы изменить как опти­мальный проект системы, так и экстремальную величину исследуемой функции.