3.3. Пример структурно-функционального моделирования процесса абразивной обработки

Для того чтобы построить модели фрагментов или подсистем АРП ПШ, необходимо провести дополнительную диакоптику, расчленяя группы объектов на части и доводя описание объектов до уровня реальных моделей. При этом исходим из следующего. Имеем ДИС ПШ как сложную систему, но менее сложную, чем АРП ПШ. Имеем основные объекты ДИС в виде малых технических систем Дм, Ин, ФТС, которые являются "более удобным объек­том" при исследованиях процесса шлифования. Но, имея дело с группой объектов в виде TS Дм или TS Ин, мы получаем информацию о прошедшем событии КНВ, а состояние Дм, Ин и ФТС - это лишь его отражение в статике. Поэтому необходимо иметь функции, описывающие контактное взаимодействие в ДИС и позволяющие с большей достоверностью судить о процессе абразивного шлифования. В первую очередь, это функции, которые связывают такие объекты, как температурно-силовые параметры процесса, линейно-геометрическое состояние поверхностного слоя детали, трещинообразование в приповерхностном слое и т.д. На этом уровне можно найти обобщенные показатели или критерии. Одним из них является предложенный нами показатель контактной обрабатываемости материала шлифованием (КОБЩ). Он объединяет свойства материала, элементы режимов резания, энергетические параметры процесса и скорость перемещения площадки контакта в системе ДИС. Обобщенный показатель обладает способностью связать воедино несколько объектов и их взаимосвязей, а также имеет легкое вхождение в функциональную структуру модели ТS АПР ПШ.

Представим запись структуры процесса абразивной обработки как множество Strшл = EI, RJ, что эквивалентно ранее указанной записи. Введем в обозначение процесса новые функции по типу fi, являющиеся составной частью обобщающей функции Fi. Для объединения нескольких элементов (объектов) в единое целое, имеющее хотя бы некоторые общие взаимосвязи (отношения), введем функцию, являющуюся логически оформленным обобщением в виде более сложной системы, чем отдельные объекты. Назовем эти новые функции - функции "понятия". Например, воздействие энергетически насыщенной подвижной системы (образующейся при КНВ между деталью и инструментом) на формирование качества обработки отражает функция "понятия fi1". Далее, функция "понятия fi2"описывает режущую способность шлифовального инструмента. Обеспечение системой заданного пространства контактного взаимодействия - это функция "понятия fi3" . Другие примеры функций рассмотрим далее.

В теории САРП при формализации сведений об объектах синтеза неделимую элементарную часть синтезируемого объекта принято называть базовым элементом (примитивом). Перечень его свойств - это атрибуты. Типовую совокупность взаимосвязанных базовых элементов, используемую при синтезе, наравне с базовыми элементами называют макроэлементом. Совокупность взаимосвязанных примитивов и макроэлементов представляют собой возможный вариант структуры проектируемого объекта. Объединенные частные законченные структуры составляют обобщенную структуру /32/. Если сравнить с вышеуказанным делением объектов предложенную нами методику, принятую при формализации сведений об объектах АРП, то увидим, что они отличаются. Будем считать, что АРП - это верхняя ступень, т.е. обобщенная структура. Законченная структура - это ДИС. Несколько ДИС (например, при обработке с двух шпинделей) составляют АРП. Следовательно, ДИС - это совокупность элементов, в роли которых выступают основные объекты: деталь, инструмент, среда. Мы можем их отнести к макроэлементам по следующим признакам. Во-первых, если деталь состоит из двух разнородных материалов, например, керамики с нанесенным на нее материалом. Во-вторых, инструмент состоит из двух абразивных контуров с разными характеристиками рабочей поверхности. Итак, предложенная нами совокупность объектов с их взаимосвязями и названная функцией понятия, занимает место между примитивами и макроэлементами. Так как функции понятия могут быть детализированы, то между макроэлементами и базовыми элементами в нашем синтезе есть две ступени. Таким образом, функции понятия - это определенным образом выделенные части деятельности (функционирования) технической системы процесса абразивной обработки.

Средством описания элементов структуры и полиструктуры является формализованный язык функций (включая и функции "понятия") и структуры. Слова языка составляют из ранее упомянутых и нижеуказанных символов. Принятые правила используемой грамматики и механизм порождения функций таков. Создание функций осуществляли через двухместное, асимметричное отношение между системой целей (назначением, задачей) и средством их реализации, то есть через отношение цель-средство. Это целесообразно с той точки зрения, что назначение взаимосвязи между структурами технической системы в виде функции понятия (как цель) обеспечивается определенной функциональной структурой (как средством); эта функциональная структура (как цель) может быть реализована различными органоструктурами (как средством); органоструктуры (как цель) могут быть реализованы различными конструктивными схемами /35/. Объекты и отношения между ними, относящиеся к техническим системам Дм, Ин, ФТС, ДИС и т.д., сгруппированы по следующим четырем признакам. Функция Siи - "понятия", обеспечивающая определенное функционирование системы с набором свойств и событий. Функции Fiи обеспечивают выполнение требуемых критериев, параметров, показателей на уровне отдельных явлений и подпроцессов ПШ. Функции "понятия" в символах Uiи обеспечивают (или поддерживают) свойства объектов, приобретенные в результате воздействия. "Понятия", записанные как функция (SUF)iи, соответствуют группам объектов, отношениям, существующим в АРП ПШ, но не вошедшим в три предыдущие классификации функции.

Границы объектов и взаимосвязей, разделяющие все множество Strпш на функции "понятия", имеют нечеткий характер. Это связано с тем, что ряд объектов взаимосвязан с несколькими явлениями (или подсистемами) одновременно. Поэтому учет взаимосвязей можно осуществлять, адресуя их к одной из функций. Дублирование взаимосвязей допустимо, но это усложнит их учет. Отметим, что возможно отнесение одного и того же явления к двум функциям понятия, но это также усложнит действия с функциями.

В записи функций "понятия" надстрочный индекс "и" - это обозначение имя группы объектов или малой TS, например, Ин, ПШ, Дм-Ст, ФТС и т.д. Подстрочный это номер объекта или события, где есть множество i=1,2,k.

Рассмотрим примеры механизма порождения функций "понятия" /39/ (далее просто понятия). Обозначим движения детали при обработке как функцию S1Дм. Поддержание присвоенных по кинематике элементов режимов резания, включая поэтапный съем припуска h, глубину шлифования t, подачу S и т.д., - это функция F1Дм-Ст. За наличие однородности структуры материала отвечает функция со свойствами U1Дм. Закон движения детали и автоматическое поддержание контакта детали с инструментом возложено на F2Дм. Обеспечение постоянной площади контакта - это функция S2Дм. Все прочие не указанные функции суммируем в функцию, которую обозначим U0Дм.

Для объектов группы инструмента с прерывистой рабочей поверхностью создание ограничений в виде чередования выступов и впадин приписано функции F1Ин. Макрогеометрию фронтальной зоны в виде форм типа "уклон", "каскад" /36/ опишем посредством F2Ин. Поддержание постоянным отношения между площадями S-выступа и S-паза инструмента поручим функции F3Ин. Гарантированное сочетание свойств исходных характеристик инструмента возложено на S1Ин. Обеспечение площади контакта по заданному закону (с позиции инструмента) - это функция S3Ин. За поддержание на заданном уровне свойств инструмента, приобретенных от внешних воз­действий, отвечают U3Ин и S4Ин. Режущая способность алмазоносного слоя - это U1Ин, все прочее - U0Ин.

Группу объектов технологической среды (вид ТЖ, способ её подачи и т.п.) опишем функциями стабильности свойств состава - это понятия U1ФТС. Поддержание необходимого количества ТЖ в зоне контакта - S1ФТС. Использование в системе конкретного способа подачи ФТС - это содержание понятия S2ФТС.

Результатами совместных действий инструмента и детали являются функции сочетания движений в ПШ - это S1Дм-Ин. Обеспечение последовательности в съёме (удалении) припуска описывает F1ДИС, которая связана с воздействием энергетически насыщенной подвижной системы S5ДИС, находящейся в зоне контакта объектов ДИС. Продвижение зоны контакта по детали – S 3Дм-Ст. При абразивном разрушении структурно-чувствительных ферритов и полупроводниковых материалов в зоне резания возникает электрический контактный потенциал, его описывает F6ДИС. Силы резания и температура шлифования - это функция S6ПШ. Все прочие факторы процесса ПШ – это сумма свойств, которые отражает функция (SUF)0. Многие вышеуказанные состояния связывает функция S2ДИС – т. е. показатель контактной обрабатываемости материала шлифованием /23/. Выходные параметры, такие как качество поверхности детали - S3ПШ, производительность процесса - F2ПШ, износ инструмента - U1ДИС, могут составить совместно с функцией U4ПШ (это себестоимость обработки) свой новый подуровень.

При создании функций понятия состояния объектов и их отношения группировали на основании теоретических разработок и экспериментальных данных, полученных при исследованиях процесса дискретного шлифования и с учетом особенностей уровней дискретности резания. При этом учитывали положения различных теорий: резания и разрушения, физики и физики твердого тела, систем управления, химии и других теорий, используемых при изучении процесса дискретного шлифования. В табл.6 приведены функции понятия подмножеств SiПШ, FiДИС, UiПШ и других, составляющих основу сложных технических систем TS (ДИС, ПШ, Дм-Ин).

Есть также функции понятия подмножеств, которые определяют малые технические системы типа TS Ин, TS Дм, TS ФТС.

Укажем составленные множества функций понятия. Они таковы.

SiИ = {SiДм, SiФТС, SiИн, SiДИС, SiПШ, SiДм-Ст, SiО}, (57)

где однородные подмножества имеют вид

SiДм = {Ек, Еm, Rc...}; SiПШ = {Rк, Еm, Rf...} и т.п. (3.3)

Символы - это к, m, c, f...; значения I =1, M; J =1,N.

FiИ ={FiДм, FiФТС, FiИн, FiДИС, FiПШ, FiДм-Ст, FiО}, (58)

с однородными подмножествами в виде

FiИн = {Еf, Еa, Rf...}; SiДИС = {Rк, Rc, Rm...} и т.п. (59)

Символы f, a, c, к...; значения. I =1, M; J =1,N.

UiИ = {UiДм, UiФТС, UiИн, UiДИС, UiПШ, UiДм-Ст, UiО}, (60)

где однородные подмножества имеют вид

UiФТС = {Еf, Еb, Rc...}; UiИн= {Rn, Rq...} и т.п. (61)

Символы b, c, f, n, q... значения I =1, M; J =1,N.

(SUF)iN = {(SUF)iДИС, (SUF)iПШ, (SUF)iO}, (62)

где (SUF)iДИС = {SiИ.О, FiИ.О, UiИ.О, ... SUFiО } и т.д.

В формулах (57) –(62) принято: надстрочный символ "О" означает "остальные", которые не учтены в перечне "И". Запишем множество отношений RiБ функций понятия

RiБ = {R1Б, R2Б,... RnБ}, (63)

где R1Б, R2Б... - отношения нескольких объектов блока “Б” на уровне взаимодействия функций понятия; при этом i = 1,n.

Aнализ подпроцессов обработки показал, что возможно создать структуру процесса прерывистого шлифования (третьего уровня дискретности резания), которая представляет собой следующее множество:

StrПШ = {SiИ, FiИ, UiИ, (SUF)iИ, RiБ }. (64)

При этом

{SiИ, FiИ, UiИ, (SUF)iИ, RiБ }  {EI, RJ} . (65)

В исследованиях процесса шлифования возникает необходимость детализации функций понятия. В частности, при анализе работы инструмента или при проектировании шлифовальных кругов с заданными свойствами требуется диакоптика следующих функций понятия: форма профиля (чтобы описать макротопологию выступа ПРП), конкретизация вида алмазных зерен, закон распределения абразивных материалов в связке (хаотично или с ориентацией зерен относительно плоскости резания) и т.д.

При поиске рациональных вариантов сочетания объектов ДИС и их взаимосвязей информации в виде формулы (65) недостаточно. Исходя из концептуальной схемы АРП, разработан перечень минимально необходимых функций понятия с их отношениями. Это группа объектов с взаимосвязями в виде множества представляет собой третий вид структуры процесса ПШ, а именно:

StrПШ={S1i,и.S3i,и;F1i,и.F6i,и;U1i,и.U5i,и;(SUF)1i,и.(SUF)·

·Oi,и;R1i,и,R2i,и}. (66)

Мы рассмотрели примеры создания обобщенной и развернутой структур процесса дискретного шлифования, имеющих многоцелевое назначение и различные формы записи, расшифрованные в табл. 7.

Таблица 6

Функции "понятия", относящиеся к TS (ДИС, ПШ, Дм-Ст)

Индекс функции	Содержание функции	Обозначение
1TS	Обеспечение заданной схемы обработки, кинематики процесса и поддержание целостности зоны контакта	S1Дм-Ин
2TS	Обеспечение целенаправленного разрушения материала детали при формировании качества поверхности	F1 ДИС
3TS	Обеспечение действий, определяющих показатель контактной обрабатываемости материала шлифованием	S2 ДИС
4TS	Обеспечение поддержания системой ДИС + Ст + СПр заданной производительности обработки	F2 ПШ
5TS	Способность системы создавать и длительно воспроизводить заданное качество и точность обработки	S3 ПШ
6TS	Обеспечение высокой износостойкости инструмента и его высокой режущей способности	U1 ДИС
7TS	Свойства системы обеспечить оптимизацию процессов функционирования пространства КНВ в ДИС	U2 ДИС
8TS	Способность системы аккумулировать (или отвергать) внешние энергетические воздействия и направлять их в требуемом количестве на получение новых результатов	F3 ДИС

Продолжение табл. 6

9 TS	Сохранение стабильности функционирования объектов (процессов) и подсистем в СПИД	S4 ДИС
10TS	Способность поддерживать заданный уровень параметров TS ДИС, присущих бинарным соединениям	F4 ДИС
11TS	Способность TS поддерживать заданный закон взаимодействия детали и инструмента (например, с постоянной силой Рy) и заданную степень автоматизации процесса	F5 ПШ
12TS	Управление и поддержание рабочего состояния энергетически насыщенной подвижной системы в ДИС	S5 ДИС
13TS	Систематические свойства и события неучтенных функций системы при взаимодействии объектов ДИС	(SUF)o ДИС
14TS	Способность системы концентрировать освободившуюся при абразивном разрушении энергию (по типу ЭКПВ)	F6 ДИС
15TS	Обеспечить стабильность температурно-силовых параметров в заданном диапазоне их значений	S6 ПШ
16TS	Свойство объектов процесса поддерживать отношения по типу симметричных, транзитивных и рефлексивных	U3 ПШ
17TS	Свойство, обеспечивающее оценку процесса однозначно: эффективен или неэффективен	U4ПШ

Таблица 7

Функции "понятия" подмножеств TS Дм, TS Ин, TS ФТС

Индекс функции	Содержание функции	Обозначение
Деталь (Дм)
1Дм	Обеспечение закрепления детали и ее движения относительно рабочей поверхности инструмента	S1 Дм
2Дм	Поддержание свойств элементов режима резания (включая поэтапный съем припуска H=ti, где t=(h1+h2+...+hn))	U1 Дм
3Дм	Обеспечение однородности структуры материала со стабильными физико-механическими свойствами	U2 Дм
4Дм	Обеспечение постоянной площади контакта с Ин	S2 Дм-Ст
5Дм	Обеспечение стабильного состояния пространства контактного взаимодействия и закона его перемещения	S3 Дм-Ст
6Дм	Соблюдение положения Дм относительно инструмента	S4 Дм-Ст
7Дм	Автоматизированное продвижение пространства контактного взаимодействия в заданном направлении	F2 Дм
8Дм	Поддержание стабильности состояния покрытий	F3 Дм
9Дм	Сохранение свойств детали при воздействии на нее внешних факторов (нагрев, охлаждение, облучение)	U2 Дм
10Дм	Остальные неучтенные свойства	U0 Дм
Инструмент (Ин)|
1Ин	Придание Ин свойств в виде прерывистой рабочей поверхности и сохранение стабильности её размеров	F1 Ин
2Ин	Поддержание вида макротопологии поверхности выступа в сформировавшейся конфигурации (уклон, каскад…)	F2 Ин

Продолжение табл. 7

3Ин	Обеспечение стабильной формы выступов ПРП при соблюдении постоянных отношений Sвыст /Sпаз	F3 Ин
4Ин	Сохранение структуры и характеристик Ин (вид, однородность абразива, расположение зерен в РП и т.д)	S1 Ин
5Ин	Возможность управлять по заданному закону жесткостью упругой основы под алмазоносными элементами	S2 Ин
6Ин	Поддержание стабильной скорости резания в ПКВ	F4 Ин
7Ин	Обеспечение стабильной площади контакта с Дм	S3 Ин
8Ин	Поддержание стабильного уровня работоспособности Ин по критериям минимального биения, вибрации и т.п.	F5 Ин
9Ин	Высокая работоспособность и отсутствие "засаливания"	U1 Ин
10Ин	Обеспечение заданных свойств объекта за счет расходуемых материалов (нанесение смазок в пазы ПРП)	U2Ин
11Ин	Поддержание свойств Ин, приобретенных от внешних воздействий с целью регулирования теплообмена на инструменте (охлаждение через внутренние полости )	U3Ин
12 Ин	Повышение работоспособности за счет новых свойств от внешних воздействий (наложение УЗГ колебаний)	S4 Ин
13 Ин	Создание и поддержание в период работы формы и состояния РП за счет профилирования, правки и т.п.	F6 Ин
14 Ин	Автоматизация контроля состояния поверхности Ин	F7 Ин
15 Ин	Неучтенные и неизученные функции инструмента	F0Ин

Продолжение табл.7

Среда (ФТС)
1ФТС	Обеспечение стабильности основных свойств ФТС (режущие, пластифицирующие, проникающие, моющие, смазывающие и другие действия)	U1ФТС
2 ФТС	Поддержание стабильности состава и вида ФТС в период и после участия ТЖ в обработке	F1 ФТС
3 ФТС	Наличие систем подачи сред, обеспечивающих заданное количество и качество ФТС при их транспортировке	F2 ФТС
4 ФТС	Обеспечение минимального количества отходов в ТЖ (эффективность очистки ФТС от примесей)	F3 ФТС
5 ФТС	Обеспечение функционирования систем подачи ФТС с учетом пополнения резервуара и рекуперации СОТЖ	S1ФТС
6 ФТС	Поддержание стабильности закона распределения энергии потоков ( подача в зоны ТЖ с разным давлением)	S2ФТС
7 ФТС	Способность TS к активации от внешних энергетических воздействий с аккумулированием новых свойств среды	U2ФТС
8 ФТС	Сохранение свойств среды без структурных изменений её состава при использовании внешних активирующих воздействий (нагрев, охлаждение, УЗГ колебания и т. д.)	U3ФТС
9 ФТС	Обеспечение на требуемом уровне показателей процесса переноса электропотенциалов в системе ДИС	F4ФТС
10 ФТС	Экологическая чистота и малые разрушающие действия на объекты оборудования и окружающей среды	U4ФТС
11 ФТС	Функционирование в режиме самовосстановления (охлаждение, осаждение нежелательных примесей)	S3ФТС

Окончание табл.7

12 ФТС	Автоматизация контроля состояния, свойств и средств транспортирования СОТС на заданном уровне	F5ФТС
13 ФТС	Обеспечение системы рекуперации используемых сред	S4ФТС
14 ФТС	Способность сохранять диэлектрические (или токопроводящие) свойства ФТС в процессе обработки	U5ФТС
15 ФТС	Непознанные и неучтенные свойства и функции ФТС	U0ФТС