01 марта 2016г.
На современных машиностроительных предприятиях одним из способов повышения эффективности работ является рациональная организация процессов конструкторско-технологической подготовки производства. Одной из главных проблем в достижении данной цели является необходимость оперативной оценки технологичности изделия. В случаях единичного и мелкосерийного производства это представляет трудность, так как оценку нужно выполнять при относительно небольшом объѐме имеющейся информации о проектируемом изделии.
Одним из методов определения технологичности детали, который позволяет решить данную задачу, является метод, основанный на показателе конструктивно-технологической сложности детали. Методология формирования конструктивно-технологической сложности детали достаточно корректно устанавливает отношения между конструктивными элементами, способами их изготовления и трудоѐмкостью процессов обработки. Единый подход к формированию сложности изготовления разнообразных конструктивно- технологических элементов деталей позволяет осуществить подход с единых системных позиций к созданию автоматизированной системы прогнозного нормирования и планирования, которая функционировала бы в среде производственных систем многономенклатурного машиностроительного производства [1].
Конструктивно-технологическая сложность (КТС) изделий является относительной характеристикой их состава и структурного исполнения. Она определяет конструктивные дополнительные признаки и соответствующие требования к обеспечению технологической рациональности конструкции изделия [2]. КТС изделия существенно влияет на интенсивность нарастания информации о разрабатываемом объекте. Эта информация необходима в процессе последовательного перехода к новым стадиям разработки вплоть до освоения изделия в производстве и эксплуатации. От полноты информации зависят сроки технологической подготовки производства. Сложность конструкции предопределяет условия комплектации изделий, организацию и затраты труда в процессах изготовления, технического обслуживания и ремонта.
Показатель конструктивно-технологической сложности служит для определения сложности, а соответственно и технологичности, детали с точки зрения еѐ геометрической конструкции, наличия и сложности конструктивно-технологических элементов, а также общей сложности изготовления, но лишь в общем виде, т.е. без учѐта того, какие именно модели оборудования будут применяться.
Среди существующих методов оценки конструктивно-технологической сложности изделия наиболее известен метод, предложенный Ю.С. Шариным [3]. Он заключается в рекурсивной иерархической декомпозиции
детали или сборочной единицы на отдельные элементы, называемые конструктивно-технологическими элементами (КТЭ). Элементы делятся на порождающие и порождѐнные. При этом каждому из базовых КТЭ сопоставляется определѐнное значение сложности его изготовления определѐнным технологическим способом. Сложность базовых элементов определяется методами математической статистики на основе опытных данных (трудоѐмкость изготовления), преобразованием или усреднением имеющихся табличных данных (технологических норм времени, трудозатрат), методами теории вероятностей, либо методами экспертных оценок. Предварительно формируется множество базовых КТЭ, каждый из которых характеризуется типом образующей поверхности, геометрической формой, геометрическими параметрами (площадь, длина, диаметр, шаг и т.д.) и способом технологического изготовления этого элемента [3].
Главным недостатком данного метода является необходимость привлечения статистической информации по аналогичным деталям, т.е. по деталям похожей конструкции с соответствующим набором конструктивно- технологических элементов. Иными словами, для определения сложности новой детали необходимо обладать сведениями о сложности аналогичных изделий. В условиях мелкосерийного и единичного производства это является неразрешимой задачей, т.к. изделия выпускаются впервые, и требуемая информация отсутствует.
Решением данной задачи является разработка такой методики оценки конструктивно-технологической сложности, которая не требовала бы информации об аналогичных деталях и позволяла бы оценить КТС по модели «с нуля». Для этого сложность любого конструктивного элемента должна оцениваться, исходя из его геометрических, конструкторских и технологических параметров, а не исходя из его похожести на другие элементы.
Анализ современных систем трѐхмерного моделирования показывает, что 3D-модель изделия может снабжаться всей необходимой конструкторско-технологической информацией, что позволяет полностью отказаться от использования традиционных носителей информации и двухмерной конструкторской документации. Также наличие трѐхмерной модели позволяет разработать методику оценки сложности и реализовать еѐ в виде автоматизированного программного модуля.
В настоящее время существуют два основных метода трѐхмерного моделирования: моделирование с деревом построения и прямое моделирование. Первый метод имеет дело с твердотельным представлением модели, второй – с поверхностным. Разработанная методика оценки конструктивно-технологической сложности включает два подхода, нацеленных на выполнение объективного анализа модели изделия, созданной соответствующим методом.
В обоих случаях анализируются параметры, заложенные в 3D-модель. Очевидно, что качественные параметры (например, форма поверхности) при оценке сложности учитываются в виде коэффициентов или простых функциональных зависимостей. Количественные же параметры (например, размеры изделия) не могут учитываться напрямую (т.е. не могут подставляться в расчѐтную формулу сложности) ввиду многообразия сфер производства, каждая из которых имеет свои технологические особенности. В этом случае применяется метод деления диапазона возможных значений параметра на интервалы, каждому из которых ставится в соответствие определѐнный коэффициент. Этот подход используется и при оценке сложности сборочных процессов.
При пооперационном подходе каждый конструктивный элемент образуется в результате применения одной из формообразующих операций к некоторому эскизу. Для оценки сложности очередного элемента необходимо предварительно определить сложность образующего его эскиза и сложность применѐнной операции:
Cэск = åCi , Cопер = j(тип операции, параметры) , CКЭ = f (Cопер , Cэск ) ,
где Cэск – сложность эскиза, лежащего в основе формообразующей операции, Ci – сложность i-го элемента эскиза,
Cопер – сложность операции, CКЭ – сложность конструктивного элемента, образованного операцией.
Данные действия проделываются для всех конструктивных элементов, информация о которых берѐтся из дерева построения модели. Сложность детали определяется суммой сложностей составляющих еѐ элементов.
Поэлементный метод для оценки конструктивной сложности рассматривает деталь как множество поверхностей (граней), каждая из которых характеризуется степенью кривизны, количеством смежных поверхностей, наличием допусков и требуемой шероховатости. Для определения сложности отдельной поверхности вводится оценочная функция от вышеуказанных параметров. Изменение степени влияния тех или иных параметров граней тела на сложность достигается за счѐт введения весовых коэффициентов и показателей степеней:
где Cur – кривизна i-ой поверхности, f1 – оценочная функция кривизны, N – число смежных поверхностей, Tdim – количество размерных допусков, Tgeom – количество геометрических допусков, R – наличие требования к шероховатости поверхности, w1…w5 – весовые коэффициенты.
Сложность всей детали при этом рассчитывается как среднее значение сложностей составляющих еѐ
конструктивных элементов. Данный метод более прост в реализации, чем пооперационный, т.к. применяется обобщѐнный способ анализа электронной модели, однако полученное значение в большей степени отражает геометрическую сложность итоговой конструкции, чем конструктивную сложность детали с точки зрения трудоѐмкости еѐ изготовления и конструкторских затрат при разработке.
В соответствии с разработанной методикой оценки конструктивно-технологической сложности разработана прикладная библиотека, выполняющая анализ расширенной трѐхмерной модели изделия. Разработан план внедрения системы на производстве, а также проведена серия испытаний на производственных данных. По итогам испытаний и математической обработки результатов получен вывод о средней корреляции конструктивной сложности и трудоѐмкости, что свидетельствует об адекватности методики в плане оценки технологичности, а также возможности использования системы в производстве с целью повышения эффективности процессов конструкторско-технологической подготовки.
Список литературы
1. Коршунов А.И. Создание автоматизированной системы управления машиностроительными производствами на основе теории конструктивно-технологической сложности. ИжГТУ, 2008, 351 с.
2. Мурашкин С.Л., Жуков Э.Л., Козарь И.И. Технология машиностроения. Книга 1. Основы технологии машиностроения. М.: Высшая школа, 2003, 278 с.
3. Теория сложности: монография. Шарин Ю.С., Якимович Б.А., Толмачев В.Г., Коршунов А.И. ИжГТУ, 1999, 132 с.
