§ 30. Сокращение сроков технической подготовки производства и автоматизация проектирования технологических процессов на эцвм

Ускорение технического прогресса вызывает необходимость со­кращения сроков технической подготовки производства новых машин, что обеспечивается конструкторскими, организационными и техно­логическими мероприятиями.

Конструкторские мероприятия предусматривают: повышение уров­ня нормализации и стандартизации элементов изделия, улучшение технологичности его конструкции, а также максимальное обеспе­чение (в целесообразной степени) конструктивной преемственности и взаимозаменяемости агрегатов и узлов старой и новой моделей.

Организационные (и организационно-конструкторские) меропри­ятия предусматривают параллельное и параллельно-последовательное построение календарных графиков подготовки производства в целях максимального сокращения ее длительности. Так, обработку конст­рукции изделия на технологичность целесообразно производить в про­цессе ее создания, используя консультации технологов. Большой эффект дает научная организация труда конструкторов, введение сти­мулирующих форм их оплаты и применение средств механизации и автоматизации трудоемких работ. Длительность технической подго­товки производства может быть существенно сокращена в результа­те создания переходящего конструкторского задела по новой модели. Очень важно предусмотреть возможность быстрого и бесперебойного перехода на новую модель без остановки производства старой модели.

Технологические мероприятия направлены на сокращение сроков проектирования технологических процессов и внедрения их в произ­водство. Технологическая подготовка производства новой машины пре­дусматривает проектирование технологических процессов изготовления деталей (номенклатура их исчисляется сотнями и тысячами наимено­ваний), узловой и общей сборки. Помимо этого необходимо сконструи­ровать и изготовить специальную и приобрести (если требуется) уни­версальную технологическую оснастку (количество ее — тысячи и десятки тысяч наименований), приобрести недостающее оборудование (в отдельных случаях сконструировать и изготовить специальное оборудование), отладить и внедрить в производство спроектированные технологические процессы.

Вся эта большая работа должна быть выполнена в сжатые сроки при строгом ограничении расходования денежных средств.

В условиях массового и крупносерийного производств для основной массы деталей, и в первую очередь стандартных, должны применять­ся типовые технологические процессы. После небольшого уточнения (если необходимо) их используют на производстве; предварительная проверка этих процессов сокращает затраты времени на их отладку в цехах. Во многих случаях на базе типовых процессов разработана ти­повая технологическая оснастка; она также может быть использована для проектируемого производства. Для меньшего количества ориги­нальных деталей могут быть применены типовые технологические маршруты с большим или меньшим объемом доработки. Наличие нор­мативно-справочных материалов облегчает работу технолога. Работа конструктора технологической оснастки облегчается использованием нормалей и стандартов на ее элементы.

В мелкосерийном производстве технологические процессы разраба­тывают укрупненно. Здесь также могут быть использованы типовые решения, но с меньшей степенью детализации. В данных условиях должна широко использоваться обратимая и быстро переналаживаемая технологическая оснастка. Сроки ее подготовки снижаются во много раз по сравнению с изготовлением специальной оснастки. Для разра­ботки технологических процессов механической обработки сложных трудоемких деталей (корпусные детали, крупные ступенчатые валы) целесообразно применение электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ).

При помощи ЭЦВМ можно решать большое количество технологи­ческих и конструкторских задач частного и общего характера; проекти­ровать типовые технологические процессы на непрерывно возрастаю­щее количество нормализованных и стандартных деталей, разрабаты­вать нормативы для технологического проектирования, выполнять поиски новых решений. Неоценимо значение ЭЦВМ при выполнении научно-исследовательских работ в области технологии машинострое­ния, при комплексном решении технологических задач, при анализе большого и сложного экспериментального и расчетного материала. На ЭЦВМ можно производить расчеты точности, припусков на обработку, режимов резания, норм времени, устанавливать наивыгоднейшие маршруты обработки отдельных поверхностей и деталей в целом, вы­бирать метод получения заготовки, подбирать детали для групповой обработки, определять наивыгоднейшие структуры автоматических линий, рассчитывать надежность работы технологических систем, производить расчеты приспособлений и инструментов, а также решать большое количество других задач.

Одна из основных задач, решаемая при помощи ЭЦВМ, это проек­тирование технологических процессов механической обработки и сбор­ки. Перспективно использование ЭЦВМ как средства автоматического управления комплексами технологического оборудования. ЭЦВМ позволяет многократно ускорить и оптимизировать технологические раз­работки, снизить себестоимость их выполнения, высвободить много людей, занятых в технологических службах заводов и проектных орга­низациях.

Применение ЭЦВМ как средства проектирования технологии не противоречит использованию типовых технологических процессов. Оба мероприятия не исключают, а скорее дополняют друг друга. Оптими­зация технологических процессов на основе использования ЭЦВМ по­зволяет повысить производительность в массовом производстве. В мелкосерийном производстве ЭЦВМ ускоряет технологические раз­работки, облегчает труд технологов, особенно при использовании стан­ков с программным управлением.

Проектированию технологии на ЭЦВМ предшествует четкая и яс­ная постановка задачи. Необходимо представить математическую мо­дель проектируемого процесса в виде аналитических или эксперимен­тальных зависимостей, таблиц. Нужно оговорить возможные ограни­чения условий поставленной задачи (учет наличного оборудования, вид заготовки, возможные методы обработки и пр).Следует предусмот­реть и выделить математические и логические связи этапов решаемой задачи. Во многих случаях сложные явления нельзя описать точными математическими формулами, тогда они могут быть представлены приближенными (аппроксимирующими) выражениями. При наличии неявных связей используют зависимости, полученные на основе корре­ляционного анализа.

Каждая ЭЦВМ имеет: запоминающее устройство (оперативное и внешнее) для хранения поступающей в машину информации; арифме­тическое устройство для переработки информации путем выполнения арифметических и логических действий; устройство управления, обес­печивающее автоматическое выполнение заданной программы; устрой­ство ввода для задания машине информации в виде исходных данных и программ выполнения задачи; устройство вывода для выдачи из ма­шины результатов решения задачи.

Информация об исходных данных (основные сведения об обрабаты­ваемой детали, имеющемся оборудовании и оснастке в виде заготовки и т. п.), ограничивающих условия решения задачи, внимательно изу­чаются и кодируются. В существующих ЭЦВМ обычно применяется буквенно-цифровой код различных систем. Закодированная информа­ция с кодировочного бланка переносится транслятором на перфоленту и вводится в машину.

Трудоемкость кодирования основных сведений о детали средней сложности составляет 10—20 мин, а трудоемкость переноса закодиро­ванных данных на перфоленту 2—3 мин.

Наиболее сложным является предварительная разработка алгорит­ма технологического проектирования и составление программы работы машины. Алгоритм это система операций, выполняемых в строго опре­деленном порядке для решения поставленной задачи. Алгоритмы под­разделяют на математические и эвристические. Первые обоснованы на достаточно точных законах, вторые на наблюдениях, опытах, статисти­ческих данных. Программа — это описание алгоритма на определенном языке (содержательном, математических выражений, формальном, машинном). Программы перед вводом в ЭЦВМ кодируются на языке машины и записываются на перфоленте. В настоящее время используют­ся языки: «Автокод инженер» (АКИ), «Алгол—60», «Фортран» и др. После кодирования программа представляет собой совокупность ко­манд, преобразуемых в ЭЦВМ в управляющие сигналы. Перед началом работы программа проходит отладку и тщательный контроль. Ошибки в программе не допускаются. Алгоритм и программа могут разрабаты­ваться для специального и типового случаев проектирования. В послед­нем случае по единой программе решаются сходные по структуре и по­следовательности выполнения этапов задачи (проектирование техноло­гии изготовления типовых деталей разных размеров). При решении задач такого типа в ЭЦВМ каждый раз вводятся исходные данные и ог­раничивающие условия. Весь комплекс работ во составлению програм­мы отнимает много времени (в сложных случаях до двух недель). Поэто­му широко применяется автоматическое программирование, представ­ляющее собой перевод программы в содержательных обозначениях в машинные коды. Автоматическое программирование сокращает вре­мя до нескольких десятков минут.

На схеме 4, а показан общий случай автоматического проектиро­вания технологии на ЭЦВМ. Штриховой линией показаны этапы, вы­полняемые технологом.

Несмотря на большие возможности ЭЦВМ следует сужать рамки поставленной задачи, беря за основу типовые проверенные решения и используя технические ограничения условий проектируемых опера­ций и процессов. Так, например, диапазон подач ограничивается проч­ностью инструмента и шероховатостью обрабатываемой поверхности, скорость резания ограничивается стойкостью инструмента. Принимает­ся только одна (типовая) схема базирования.

Разработка алгоритмов наиболее проста при выполнении расчетов по формулам, дающим вполне определенный конечный результат. В этом случае алгоритм представляет собой цепочку последовательно расположенных блоков (схема 4, б). Зная конкретные условия выпол­няемой операции по алгоритму данного типа, можно рассчитать вели­чину промежуточного припуска, режимы резания, норму времени. На схеме 4, б показано определение алгоритма основного времени по фор­муле

t₀=(l+l_вр+l_сх)i/nS_m

Более сложна разработка алгоритмов решения задач по оптимиза­ции условий выполнения проектируемой операции. Алгоритм и в этом случае состоит из блоков. Однако прямые последовательные связи меж­ду ними дополняются обратными связями. При наличии определенных условий блок-схема алгоритма может получиться разветвляющейся. Выполнение (да) или невыполнение (нет) этих условий формирует на­правление и адресование ветвей к другим блокам алгоритма. Схе­ма 4, в представляет собой укрупненную схему алгоритма данного вида, разработанного для оптимального проектирования финишной одноинструментной операции обработки поверхности детали.

По заданным исходным условиям (метод окончательной обработки поверхности с допуском на размер  и шероховатостью R_z; припуск на эту обработку z; действительный темп t_д; установленные значения фак­торов u, Н, j_заг, j_инс> _ф, Т, , влияющих на точность обработки, и др.) находятся режимы резания (s, ), основное и вспомогательное время. Данная задача решается на ЭЦВМ таким образом, чтобы най­денные условия обработки удовлетворяли исходным данным.

При решении задачи используются зависимости, выраженные фор­мулами (64) и (31), экспериментальная зависимость, выражающая влия­ние подачи на шероховатость обработанной поверхности,, а также стойкостная зависимость для режущего инструмента данного вида. По стойкостной зависимости 'определяется экономическая скорость резания. Для расчета вспомогательного и штучного времени принята прибли­женная зависимость t_оп = 0,9t_д. Установление додачи производится перебором имеющихся на станке подач до тех пор, пока не будет удов­летворено условие  <.

Итогом решения задачи является обеспечение минимальной себе­стоимости (по режимам резания) и заданной производительности об­работки при выдерживании заданных точности и шероховатости по­верхности.

При решении задач по оптимизации технологических процессов должна быть выделена так называемая целевая (оценочная) функция. По этой функции машина из множества вариантов выбирает наивыгод­нейший — оптимальный. Оценка вариантов обычно производится по минимальной себестоимости выполнения операций обработки, реже по наибольшей производительности или, в особых случаях, по максималь­но достижимой точности.

Оптимальный вариант получается методом простого перебора воз­можных вариантов, что мало производительно и нерационально с точ­ки зрения использования машины, или методом направленного перебо­ра вариантов. Введение разумных ограничений и отбрасывание мало­значимых факторов упрощает решение задач по оптимизации.

Готовый результат обычно выдается машиной на перфоленте и после декодирования при помощи ретранслятора используется технологом. При проектировании операций обработки для станков с программным управлением результат работы машины может быть представлен не­посредственно в виде записи на программоноситель станка.

Опыт применения ЭЦВМ для технологического проектирования показал, что по отдельным операциям обработки себестоимость их вы­полнения может быть снижена на 1015% за счет оптимизации усло­вий обработки. По детали в целом себестоимость снижается на 5070%.

Расширение использования ЭЦВМ в технологическом проектиро­вании выдвигает необходимость дальнейшего развития научных основ технологии машиностроения. Весьма важно выявлять и накапливать

4 Схема

математические, экспериментальные и практические зависимости, вы­ражающие количественную зависимость точности, производительности и себестоимости обработки от различных факторов. По мере уточнения этих зависимостей и совершенствования алгоритмов технологического проектирования будет повышаться и качество результатов работы ЭЦВМ.