Проектирование оптимальных технологических процессов для гибкого автоматизированного производства.

Применение производственных систем (ГПС) повышает производительность труда, улучшает загрузку оборудования и сокращает затраты на транспортные работы.

При проектировании технологических процессов для ГПС, необходимо учитывать множество критериев. В процессе проектирования решают следующие задачи:

- выбор из множества оборудования, составляющих ГПС, оборудование, которое необходимо и целесообразно для изготовления заданного изделия;

- формирование множества альтернативных вариан-тов на основе выбранного оборудования;

- определение для каждой операции допустимых об-ластей изменения режимов обработки.

Далее решают задачи, связанные с планированием изготовления всей совокупности изделий:

- определение оптимального распределения работ между оборудованием;

- оптимизации последовательности запуска изделий в обработку.

При выборе оборудования для изготовления i-той детали можно использовать выражение:

{ε_i1}{<,=,>},{ρ_j1}^…^{ε_imj}{<,=,>}{ ρ_jmj},

где {ε_i} – совокупность параметров i – той детали; {ρ_j} – совокупность технологических возможностей j – того оборудования; m_j – число параметров, описывающих технологические возможности j-того оборудования.

В качестве примера приведем логическое условие, гарантирующее изготовление i – той детали на j - том оборудовании:

Ф_ij=(B_i≤B_j)^(H_i≤H_j)^(DC_i≤DC_j) (17)

В данном случае совокупность {ε_i} включает следующие параметры детали: В – максимальная ширина; Н – максимальная высота; DC – максимальный диаметр сверления.

При выполнении условия (17) возможны ситуации, когда требуемая операция изготовления детали может быть реализована на различных станках. В этом случае необходимо сформировать множество альтернативных вариантов обработки.

Допустим, маршрут изготовления детали d_i требует проведения N операций, для которых выбраны М станков. Примем, что для К операций можно использовать m_k станков, причем m_k>1.

Общее число вариантов обработки будет

N

P_Σ=П m_k.

k=1

Если объединить несколько последовательных операций l,l+1,…, l+8, то число альтернативных вариантов уменьшится до величины

l+8

P=П m_k(П (m_k-1)+1). (18)

k=1 k=l

(k≠l,l+1,…,l+8)

На рис. 3.7 изображен граф, иллюстрирующий варианты изготовления деталей, требующие выполнения 4-х операций при наличии 5-ти станков. Толстыми линиями обозначены варианты, построенные с учетом формулы (18).

При расчете режимов обработки выясняется диа-пазон их изменения, так как режимы резания при макси-мальной производительности значительно выше, чем при минимальной себестоимости обработки. Предельные значения режимов резания определяются из уравнений, полученных приравниванием нулю производных от выра-жений себестоимости и производительности относительно скорости резания (v) и подачи (s).

Р ис. 3.7.

Например, исходя из выражения для расчета себестоимости, получается целевая функция в виде:

где d – диаметр обработки; l – длина обработки; Е – стоимость станко-минуты; t_см – время смены инструмента; Э – стоимость эксплуатации режущего инструмента (руб/мин); А₁ – постоянная в выражении для определения стойкости инструмента, не зависящая от режимов резания; А₂, А₃ – показатели степени в формуле определения стойкости инструмента.

Скорость резания, обеспечивающая минимальную себестоимость обработки, в данном случае определяется:

Целевая функция для оптимального распределения работ между станками, с учетом всей совокупности изготовляемых деталей, может быть следующей:

N M

min Σ Σ T_ij X_ij,

i=1 j=1

где N – число разных деталей; М – количество станков; T_ij – время обработки партии i – той детали на j – том станке; X_ij – индикатор применения j – того станка для изго-товления i – той детали (X_ijє{0,1}).

В качестве ограничения необходимо учесть условия:

M

Σ T_ij X_ij≤ F_j,

j=1

г де F_j – допустимый фонд времени j – того станка.

При выборе оптимального порядка обработки можно использовать подходы теории расписаний. Результатом планирования будет план-график изготовления деталей в ГПС.

Если в данную номенклатуру деталей добавляется новая деталь d_N+1, то сравнивают предварительно альтер-нативные варианты изготовления этой детали. Для оценки можно использовать показатели загрузки станков, тру-доемкости и сложности обработки.

Оценка загрузки станков при изготовлении детали по j-тому варианту выражается отношением:

где З_cpi – средняя загрузка станков, применяемых при j-ом варианте обработки; З_cp – средняя загрузка станков, составляющих ГПС.

При оценке времени изготовления детали исполь-зуется соотношение:

где Т_j – время изготовления детали по j-му варианту; Т_ср – среднее время изготовления деталей, включенных в данную номенклатуру деталей конкретной ГПС.

Показатель сложности обработки (KG) учитывает геометрическую сложность ограничиваемых деталь по-верхностей, число используемых инструментов и характерные размеры. Оценка сложности обработки опре-деляется аналогичным по форме выражением:

где KG_N+1 – показатель сложности изготовления d_N+1 детали; KG_cp – средняя сложность изготовления деталей.

Целевыми функциями при выборе варианта, обеспечивающего наибольшую эффективность примене-ния ГПС, является

Z=

Применение изложенной методики позволяет решать поставленные задачи поэтапно и повышает эффективность применения ГПС.