Методы автоматизированной разработки ТП

В зависимости от распределения функций между технологом и САПР различают следующие основные методы автоматизированной разработки ТП [1]:

- метод прямого документирования;

- метод адресации;

- метод синтеза.

Метод прямого документирования предполагает подготовку документа в диалоговом режиме. Пользователь принимает решения по выбору структуры и составляет содержание элементов ТП. САПР лишь предлагает типовые решения различного уровня из БД и заполняет шаблон технологического документа при положительном решении пользователя. Основой для составления ТП является его макет под заданный класс изделия. Макет имеет структуру, характерную для изделий рассматриваемого класса, и содержит наиболее употребимые операции, переходы, формулировки и средства технологического оснащения.

Прямое документирование ‒ единственно возможный метод проектирования, если в САПР отсутствует база унифицированных ТП под рассматриваемую группу изделий и не сформированы условия для автоматического выбора типовых решений. Поэтому процесс, созданный в диалоге с САПР, может стать основой для базы унифицированных процессов.

В основе метода адресации лежат общие типовые решения. По результатам анализа конструкции детали выполняется адресация к аналогичному ТП, хранящемуся среди унифицированных процессов в БД. Данный метод исходит из того, что структура индивидуального ТП не создается заново. Она определяется в соответствии с составом и структурой одного из унифицированных ТП, т.е. соответствующего типового или группового ТП. Это осуществляется путем анализа необходимости каждой операции и перехода с последующим уточнением решений на уровнях структуры ТП. Этот метод реализует логику «от общего к частному».

Проектирование выполняется по следующей схеме: ввод описания чертежа детали – определение кода детали – поиск по коду в базе данных приемлемого УТП – анализ его структуры – доработка в соответствии с описанием детали – оформление документации.

Использование данного метода на этапе разработки и адаптации САПР к условиям конкретного предприятия предполагает большую подготовительную работу. Из множества деталей заводской номенклатуры формируются группы, имеющие общие конструктивно-технологические признаки и способы обработки. Далее возможны два подхода:

1. В каждой группе выбирается деталь-представитель и для нее разрабатывается типовой ТП. Все типовые ТП для всех групп деталей заносятся в ЭВМ. При разработке индивидуального ТП из типового ТП, как правило, исключаются лишние операции и переходы. Иногда, что гораздо реже, недостающие операции и переходы могут добавляться в режиме диалогового редактирования. Далее уточняется оборудование, технологическая оснастка, выбираются или рассчитываются режимы резания и нормы времени.

2. Для каждой группы формируется обобщенная модель всех деталей – комплексная деталь. Она включает все многообразие поверхностей рассматриваемой группы. Для комплексной детали разрабатывается УТП. Он заведомо является избыточным, т.е. содержит операции и переходы по обработке всех деталей группы. Разработка индивидуального ТП заключается в анализе необходимости включения в него операций и переходов из соответствующего группового ТП. Или, другими словами, из группового ТП исключаются лишние операции и переходы. Затем выполняется, как и в первом случае, так называемая параметрическая настройка: уточнение оборудования, технологической оснастки, выбор или расчет режимов резания и норм времени.

В системе «ТехноПро» реализован метод классификации, который аналогичен методу групповых ТП и противоположен методу типовых ТП. При типизации детали разбиваются на возможно большее количество групп, для каждой из которых разрабатывается типовой ТП. В ТехноПро, напротив, как можно большее количество деталей объединяются в одну группу. По мере расширения группы возрастает гарантия того, что процессы изготовления новых деталей будут автоматически спроектированы «ТехноПро».

Для автоматического проектирования на основе анализа необходимо создать БД. Для этого детали группируются по сходству в технологии их изготовления. При этом для каждой группы создается общий ТП, который содержит весь перечень операций изготовления деталей группы. Для создания общего ТП используются процессы, уже освоенные в производстве. Можно использовать конкретные ТП (индивидуальные, единичные ТП), созданные при работе в диалоговом режиме (прямое документирование).

Создание общего ТП осуществляется в следующей последовательности. Один из ТП группы принимается за базовый и вводится в виде общего, либо копируется один из конкретных. Затем в него добавляются недостающие операции и переходы из других процессов (конкретных или общих ТП). При добавлении выявляются признаки для выбора операции, перехода или маршрута. Проверка каждого из признаков вносится в виде условий в БД. Примерами таких условий являются проверки: вида заготовки, марки или твердости материала детали, габаритов детали, наличия определенных элементов конструкции, их размеров.

После создания общего ТП можно приступать к автоматическому проектированию конкретного ТП рассматриваемого изделия. Для этого достаточно создать описание детали. В системе ТехноПро описание может быть получено с электронной версии параметрического чертежа детали, созданного в системе геометрического моделирования T-FLEX. Описание детали может быть создано путем ввода необходимых данных с клавиатуры.

Для описанной детали ей назначается общий ТП. Затем выполняется автоматическое формирование ТП. В ходе этого система выбирает из назначенного общего ТП операции и переходы, необходимые для изготовления каждого элемента конструкции детали и переносит их в конкретный ТП. Из выбранного перечня система отбрасывает операции и переходы, обеспечивающие лучшее качество изготовления поверхностей детали по сравнению с указанными требованиями на чертеже.

Система отбрасывает из конкретного процесса операции и переходы, в которых условия выбора не выполнены. Далее выполняются расчеты, имеющиеся в условиях оставшихся операций и переходов. Рассчитываются технологические размерные цепи с учетом значений припусков, указанных в переходах общего ТП. Проверяются условия подбора технологического оснащения операций и переходов и выполняются имеющиеся в этих условиях расчеты режимов обработки и норм изготовления. В заключение, система формирует тексты переходов, заменяя имеющиеся в них параметры на конкретные значения.

Блок-схема алгоритма проектирования ТП адресацией к процессу-аналогу показана на рис. 11 и 12.

В блоке 1 ведется поиск аналога для конкретной детали среди унифицированных ТП. Как только он найден, появляется полный набор технологических данных, применимость которых оценивается сравнением чертежа детали и операционных эскизов процесса. Сравнение начинается с последнего перехода последней операции, выходные данные которого сопоставимы с чертежом детали (выполняется в блоках 4 и 9), а затем ведется последовательная корректировка данных унифицированного процесса посредством формирования операционных эскизов обработки детали по схеме образца.

Рис. 11. Начало блок-схемы алгоритма автоматизированного проектирования ТП по аналог-процессу

Если операция нужна, то идет попереходное сравнение поверхностей чертежа и операционных эскизов с оставлением тех из них, которые нужны для детали (блоки 10 и 11). Процедуры сравнения и корректировки повторяются до тех пор, пока все операции и переходы не будут просмотрены на предмет применимости для конкретной детали. Для каждого этапа просмотра формируется эскиз предшествующего состояния детали, который как бы заменяет чертеж для промежуточных состояний обработки. Это осуществляется в блоке 17, связывающем отдельные циклы проектирования. Завершение цикличности просмотра технологии аналога контролируют блоки 15 и 19. На последнем этапе проектирования решается вопрос полноты, обработки детали по выбранному аналогу (блок 21) с тем, чтобы не допустить ошибок в разработанном ТП и в случае необходимости перейти к другому аналогу (блок 23). Основное преимущество метода состоит в простоте проектных процедур. Недостатком является ограничение области применения аналогов. Качество получаемых ТП в значительной степени определяется качеством унифицированных ТП, анализ которых показанный алгоритм не реализует.

Блок 1 – выполняется идентификация детали по классификатору деталей и унифицированных ТП.

Блок 2 – проверка условия выбора аналогичной детали и соответствующего ей УТП. Если условие выполняется, то выполняется переход к блоку 3, если нет, то переход к блоку 23 для просмотра классификатора.

Блок 3 – вызов данных полученного УТП.

Блок 4 – выделение последней операции для начала корректировки УТП путем сравнения чертежа детали с операционным эскизом последней операции.

Блок 5 – последовательное преобразование чертежа детали в операционные эскизы, из которых извлекаются данные для сравнения по операциям УТП.

Блок 6 – проверка условия подобия операции для детали. Если операция подходит, тогда ‒ переход к блоку 7, если не подходит, тогда проверяется условие перебора всех операций (переход к блоку19).

Блок 7 – назначается операция для обработки детали.

Блок 8 – формирование операционного эскиза.

Блок 9 – выделение последнего перехода для начала корректировки операции путем сравнения достигаемого качества поверхности в переходе УТП и требуемой точности рассматриваемой поверхности детали.

Блок 10 – формирование обрабатываемой поверхности у детали.

Блок 11 – проверка условия получения требуемого качества поверхности детали. Если условие выполняется, тогда следует перейти к назначению припусков (блок 12), если нет, то необходимо проверить, все ли переходы просмотрены (блок 15).

Блок 12 – назначение припусков и пересчет размеров.

Блок 13 – выбор инструментов и расчет режимов резания.

Блок 14 – расчет траектории инструментов и машинного времени.

Блок 15 – проверка условия просмотра всех переходов. Если условие выполняется, тогда возможно перейти к корректировке следующей операции (блок 17), если нет, то следует добавить переход (блок 16).

Блок 16 – добавляется еще один переход.

Блок 17 – формируется эскиз детали после предшествующей обработки.

Блок 18 – нормирование операции.

Блок 19 – проверка условия просмотра всех операций. Если условие выполняется, тогда проверяется условие формирования всех поверхностей детали (переход к блоку 21), если нет, то добавляется еще одна операция (переход к блоку 20).

Рис. 12. Окончание блок-схемы алгоритма автоматизированного проектирования ТП адресацией к аналог-процессу

Блок 20 – добавляется еще одна операция.

Блок 21 – проверка условия формирования всех поверхностей. Если условие выполняется, тогда оформляется ТП (переход к блоку 22) с последующим завершением работы, если нет, то необходимо просмотреть другой УТП (переход к блоку 23).

Блок 23 – переход к другому УТП для повторения описанных действий.

Синтез ТП реализуется двумя способами: из аналогов и без аналогов.

Синтез из аналогов, подобно методу адресации, использует типовые решения разного уровня. В качестве типовых решений используются унифицированные операции, переходы или ТП. Метод синтеза из аналогов предполагает включение новых элементов в ТП-аналоги либо изменение их последовательности, а при отсутствии аналога ТП создается из унифицированных переходов или операций в зависимости от сложности изделия. В результате синтеза из аналогов получается несколько вариантов ТП, что отличает этот подход от метода адресации.

Программы САПР, реализующие синтез из аналогов, решают следующие задачи:

1. Формирование множества унифицированных элементов (групповые ТП, операции, переходы) для рассматриваемого изделия, из которых будет создаваться конкретный ТП или элемент ТП более высокого уровня (из переходов – операция, из операций – ТП). По описанию изделия подбираются унифицированные процессы технологически подобных групп. Если для изделия найдена одна группа, тогда типовым решением станет унифицированный ТП (ТП-аналог) и последующая работа выполняется согласно метода адресации. Если для изделия найдено более одного УТП, тогда синтезируются несколько структур ТП. Если изделие не отнесено к какой-либо технологической группе, тогда выполняется подбор переходов по характеристикам поверхностей детали и заготовки. Образуемая совокупность переходов будет являться множеством, элементы которого не имеют связи между собой. Полученное множество станет основой для синтеза операций, то есть между переходами будут образованы связи.

2. Построение связей между унифицированными элементами для образования элемента более высокого уровня. Образованное множество переходов разбивается на операции. Внутри операции создаются связи между переходами, определяющие последовательность их выполнения. Создаются связи между операциями, определяющие маршрутный ТП.

3. В результате синтеза образуются варианты ТП. Для выбора наиболее приемлемого для условий производства ТП проводится анализ по затратам на обеспечение требуемого качества.

Основой для синтеза из аналогов является множество типовых решений разного уровня сложности. Их содержание определяет завершенность процедур проектирования ТП и зависит от сходства рассматриваемого изделия с освоенными. Синтез на основе аналогов состоит из следующих процедур:

1. Формирование множеств подобных изделий. Множества создаются из деталей подобных групп. Подбор множеств выполняется по равенству тех разрядов классификационных кодов, которые определяют принадлежность изделия к группе и наличие в конструкции фрагментов, отличающих деталь от группы. В результате образуется два множества изделий. Первые обладают подобием в маршруте ТП. Подобие изделий второго множества ограничено наличием поверхностей, отсутствующих у первых.

2. Формирование соответствующих множеств ТП-аналогов.

3. Перебор первого множества для формирования вариантов маршрута ТП. При синтезе структуры (маршрута) разрушаются связи, удаляются лишние операции, создаются новые связи между имеющимися или добавляемыми операциями.

4. Поиск необходимых операций пребором второго множества для вставки в разрывы полученных структур первого множества.

5. Анализ полученных вариантов ТП для выбора необходимого.

Логика суждений синтеза из аналогов имеет последовательность от общего (ТП-аналог) к частным, нерешенным вопросам (операции и переходы других деталей аналогов), с возвратом к решению общего вопроса (синтезируемый ТП).

Проектирование с применением аналогов позволяет исключить трудоемкие процедуры размерного анализа и сократить затраты на разработку программного обеспечения САПР, что снижает стоимость программного обеспечения. Для типовых задач размерный анализ является излишним, но возникает вопрос: какими критериями оценивать подобие решаемой задачи? Как правило, этим критерием является подобие конструкции, но при этом не учитываются условия производства. ТП составляется из типовых решений, опробированных в других условиях. В результате получаем ТП для одних условий, а его элементы опробированы в разных. В этом случае для проектирования требуется информация, поясняющая, для каких условий применим аналог либо необходим такой подход к автоматизации проектирования, при котором не потребуется данная информация. Эта информация не требуется, если проектирование выполнять без аналогов.

Синтез без аналогов состоит из двух этапов проектирования. Следуя задаче технолога, на первом этапе проектирования необходимо сформировать ряд вариантов ТП, обеспечивающих требования качества. На втором этапе проводится анализ вариантов по затратам на обеспечение качества. Синтез без аналогов имеет последовательность суждений от частного к общему и выполняется в порядке обратном изготовлению детали – от готовой поверхности с известными требованиями качества к заготовке.

Основой обеспечения качества является выполнение размерных связей, заложенных в чертеже детали и образуемых в ТП в виде межоперационных размеров, припусков и погрешностей. Поэтому на первом этапе анализируется чертеж детали. В ходе обработки геометрической информации выявляются размерные связи. Размерная связь реализуется схемой базирования. Поэтому при анализе чертежа рассматриваются варианты базирования и устанавливается возможность выполнения технологических размеров между воздействиями на поверхности заготовки. Понятие «воздействие» при формировании размерных связей используется условно, под ним можно рассматривать этап или стадию обработки. Воздействие как способ обработки обезличен, характеризуется результатом – точность размера, получаемого при удалении припуска. Результат воздействия является условием для выполнения следующего.

Известно, что для получения требуемой точности размера поверхность должна пройти несколько этапов (или стадий, или испытать несколько воздействий): черновой, получистовой, чистовой, повышенной точности, высокой точности и сособо высокой точности. Для получения требуемой точности применяется оборудование соответствующего класса точности. Количество воздействий определяется требованиями чертежа. Поэтому выявлять размерные связи в ТП проще от готовой поверхности. По размерным связям устанавливаются технологические базы, определяется погрешность базирования и назначается погрешность обработки. По погрешности подбирается класс точности станка. В составленной размерной цепи определяется отклонение выдерживаемого размера и припуск, необходимый для этого. Достигнутая точность является условием для выполнения следующего воздействия. Таким образом, формуруется размерная связь всего ТП по каждой поверхности.

Из схем базирования создаются схемы установки, для которых подбирается оснастка по требуемой погрешности установки. Подбирается оборудование для реализации схем установки и получения требуемой формы и точности поверхности. По этим же признакам подбирается режущий и контрольно-измерительный инструмент. Расчитываются режимы резания. Для каждого воздействия формируется множество поверхностей, обрабатываемых за один установ на одной модели станка, что является признаками объединения в одну операцию.

Алгоритм составления операций основан на анализе взаимного расположения поверхностей. Расположение поверхностей одна над другой указывает на последовательность выполнения переходов операции или последовательность операций, если поверхности обрабатываются на разном оборудовании. Точность взаимного расположения, когда в первую очередь должна быть обработана базовая поверхность, а заданная от нее поверхность обрабатывается на другом установе или станке. Так, фрезерованию шпоночного паза должна предшествовать обработка цилиндрической поверхности, сверлению центрового отверстия – обработка торца, растачивание отверстий выполняется после обработки необходимого комплекта баз либо от необработанных баз, но за один установ.

В результате получается несколько вариантов ТП, отличающихся по объему обработки, точности заготовок, применяемому оборудованию, используемой оснастке и содержанию операций (пример на рис. 13).

Рис. 13. Возможные варианты обработки поверхности вала-шестерни для различных заготовок

Все это является исходной информацией для выполнения втрого этапа синтеза – анализ по затратам на обеспечение требуемого качества заданного объема выпуска при существующих организационно-технических условиях.

По результатам анализа принимается вариант, обеспечивающий наименьшую себестоимость детали для заданной программы выпуска. Остальные варианты могут быть сохранены для других условий производства, что необходимо в гибком автоматизированном производстве.

Синтез без аналогов содержит следующие процедуры:

1. Формирование множеств поверхностей одинаковой точности, образуемых на одном этапе.

2. Формирование комплектов баз и размерных цепей.

3. Решение размерных цепей для определения припусков, операционных размеров.

4. Формирование размерных связей между воздействиями и их рядов.

5. Выбор средств технологического оснащения.

6. Формирование множеств поверхностей для объединения в операции.

7. Формирование маршрутов обработки по результатам предыдущих процедур.

8. Расчет затрат на изготовление детали для выбора наиболее выгодного ТП.