Автоматизация производственных систем

Подключаемый модуль должен быть оформлен в виде подпрограммы со списком передаваемых переменных.

Выбор подключаемого модуля производится по нажатию на кнопку «…». После этого открывается окно «Выбор файла», в котором необходимо выбрать подключаемый модуль и нажать кнопку «выбрать». По умолчанию в окне «Выбор файлов» открывается каталог ресурсов.

После этого будет заполнен список передаваемых параметров. Каждому передаваемому параметру необходимо поставить в соответствие свойство Базы Знаний или константу.

Если передаваемый параметр соответствует константе - в столбец с наименование свойства необходимо ввести значение этой константы.

Если передаваемый параметр соответствует свойству - необходимо выбрать входными или выходным является этот параметр и свойство Базы Знаний, из которого будет считано значение, если параметр входной, или в которое будет подставлено значение этого передаваемого параметра, если он является выходным.

Переключение соответствия передаваемого параметра между константой и свойством Базы Знаний осуществляется переключателем.

МИЗы работы с Базой Данных

Для использования в Базе Знаний баз данных используются механизмы работы с БД.

МИЗ: Выбор из Базы Данных

С помощью этого механизма МИЗ формируется запрос к таблице базы данных и обеспечивается доступ к данным в этой таблице.

Рис.7.12. Экран системы Sprut-ExPro для формирования выбора из базы данных

Создание и заполнение данными БД осуществляется с помощью «Администратора БД» СПРУТ (sdbm.exe), расположенного в каталоге системы СПРУТ.

Выбор используемой БД осуществляется по нажатию кнопки «…». После этого открывается окно «Выбор файла», в котором в списке файлов необходимо выбрать используемую БД и нажать кнопку «выбрать». Затем в списке выбора «Таблица» необходимо выбрать таблицу, из которой будут выбираться данные. Просмотреть данные, находящиеся в таблице, можно нажатием на кнопку «просмотр».

Рис.7.13. Экран системы Sprut-ExPro для просмотра базы данных

Далее необходимо установить соответствие между полем таблицы БД и свойством БЗ. Для этого нажать на кнопку «Добавить» и выбрать свойство БЗ и соответствующее ему поле таблицы. Удаление соответствия осуществляется по нажатию на кнопку «Удалить». При необходимости можно изменить поле таблицы или свойство БЗ на другое, выбрав нужное в списке выбора. Поле таблицы должно совпадать по типу данных со свойством Базы Знаний.

На таблицу БД можно быть наложен запрос: набор условий, которым должны удовлетворять искомые записи в таблице. Таким образом, из таблицы можно выделить подтаблицу, состоящую из нескольких записей базовой таблицы, или единственную запись. Формирование условий производится в списке «Запрос к таблице».

Чтобы сформировать запрос к таблице, необходимо нажать кнопку «Добавить», выбрать имя поля, операцию сравнения, и свойство Базы Знаний, со значением которого будет сравниваться значение поля в таблице. Несколько запросов объединяются в один логическими операциями AND или OR.

При работе МИЗ в свойства БЗ будут считаны данные из соответствующих полей таблицы. Если записей в таблице несколько, то при работе МИЗ будет показан список записей удовлетворяющих запросу, в котором нужно будет указать из какой записи забирать данные.

МИЗы: Добавить в БД. Обновить в БД.

С помощью этих механизмов МИЗ возможно добавление и обновление записей в таблице БД. Значения свойств БЗ заносятся в поля таблицы БД.

Выбор БД, таблицы, установка соответствия между полями таблицы и свойствами БЗ и формирование запроса к таблице производятся аналогично.

Добавление данных производится в новую запись в конце таблицы. Обновление данных производится в конкретной записи таблицы.

МИЗ: Внешний метод

Этот механизм позволяет использовать метод БЗ как МИЗ, что обеспечивает структурирование создаваемых Баз Знаний. С помощью этого механизма ранее сформированные методы БЗ могут подключаться как независимые части, как подпрограммы в создаваемые методы.

Рис.7.14. Экран системы Sprut-ExPro для подключения внешнего метода

Для подключения внешнего метода необходимо выбрать БЗ, в которой был создан это метод. По умолчанию - это текущая База Знаний и подключаются методы текущей БЗ. Выбор другой базы знаний осуществляется по нажатию на кнопку «…». После этого открывается окно «Выбор файла», в котором необходимо выбрать файл БЗ и нажать кнопку «выбрать». Затем в списке выбора «Метод» необходимо выбрать подключаемый метод по имени или наименованию.

После этого будут заполнены списки входных и выходных свойств внешнего метода. Каждому входному свойству внешнего метода необходимо поставить в соответствие свойство текущей Базы Знаний или константу. Если передаваемый параметр соответствует константе - необходимо установить переключатель в положение «константе» и в столбец с наименованием свойства Базы Знаний необходимо ввести значение этой константы.

Каждому выходному свойству внешнего метода необходимо поставить в соответствие свойство текущей Базы Знаний.

Моделирование работы МИЗ

Доступ к экрану «Моделирование работы МИЗ» осуществляется по нажатию кнопки «Моделировать» на панели атрибутов МИЗ при работе с механизмом МИЗ или по нажатию на кнопку «Моделирование» на экране «МИЗы Базы Знаний».

Рис.7.15. Экран системы Sprut-ExPro для тестирования МИЗ

На экране расположены список входных данных и список результатов.

Значения входных свойств используемых для моделирования работы МИЗ вводятся в столбец «Значение». После завершения ввода введенное значение проверяется на удовлетворение предусловиям запуска модуля и корректность. Если введенное значение удовлетворяет предусловиям запуска и корректно то в поле «» будет выставлен значок «».

Запуск МИЗ на исполнение производится нажатием кнопки «Запуск».

После работы МИЗ значения выходных свойств, рассчитанные МИЗом, будут занесены в список «Результаты».

МИЗы Базы Знаний объединяются в Методы. Метод характеризуется следующими параметрами:

уникальным именем (8 символов). Имя должно быть уникально в пределах списка МИЗов и Методов БЗ.

полным смысловым наименованием (65 символов),

В состав метода входят МИЗы связанные между собой по входам и выходам.

Работа с экраном «Методы Базы Знаний»

Доступ к экрану «Методы Базы Знаний», осуществляется по нажатию на кнопку «Методы» на «Основной Панели» системы.

Рис.7.16. Экран системы Sprut-ExPro для работы с методами

Функции создания, редактирования параметров и удаление Методов аналогичны функциям по работе со Словарем БЗ и описаны в разделе «Работа с экраном «Словарь БЗ»

Кнопка «Компоновка». При нажатии на кнопку «Компоновка» осуществляется переход к экрану компоновки Метода из МИЗ

Кнопка «Состав». При нажатии на кнопку «Состав» осуществляется переход к экрану работы с методом.

Переход к этому режиму возможен, только если метод был уже скомпонован. Если метод не был скомпонован или состав МИЗ, входящих в метод изменился - кнопка «Состав» будет заблокирована.

Кнопка «Моделирование». При нажатии на кнопку «Моделирование» осуществляется переход к экрану моделирования работы сгенерированного Метода.

Если Метод не был оттранслирован или содержал ошибки при трансляции - кнопка «Моделирование» будет заблокирована.

Компоновка метода

Доступ к экрану «Компоновка Метода» осуществляется по нажатию на кнопку «Компоновка» в экране «Методы Базы Знаний». С помощью этого экрана формируется список МИЗ входящих в состав Метода.

Рис.7.17. Экран системы Sprut-ExPro для компоновки метода

Добавление МИЗ в состав Метода производится из списка «МИЗ База Знаний» по нажатию на кнопку «Добавить >> ». Добавленный МИЗ переносится в список «МИЗ, входящие в Метод».

Удаление МИЗ из состава Метода производиться по нажатию кнопки « << Удалить».

Если в столбце «ф» против имени МИЗ стоит значок «*» - это означает, что этот МИЗ не оттранслирован. При включении такого МИЗ в состав Метода кнопка «Скомпоновать» будет заблокирована.

По нажатию на кнопку «Скомпоновать» производится компоновка Метода: словари всех МИЗ входящих в Метод объединяются, образуя словарь Метода, происходит ранжирование МИЗ входящих в Метод и образование семантической сети, формируется список входных свойств Метода.

После завершения компоновки Метода осуществляется переход в режим работы с Методом.

Генерация мультиагентной метасистемы является последним этапом формирования банка знаний прикладной системы. Для этого необходимо соединить структурированную систему данных, построенную на первом этапе, с методами, разработанными на предыдущем этапе. При этом формируется мультиагентная система проектирования. Этот процесс производится с помощью системы Sprut-X.

Рис.7.18. Подключение методов к объектам

Следующей операцией создания объектной метамодели изделия является подключение методов к объектам, выполняемая с помощью Sprut X. На рис.7.18 представлена структура объектов с подключенными к ним методами. В процессе подключения производится привязка входных и выходных переменных метода к свойствам объекта.

С помощью методов производится выполнение необходимых инженерных расчетов, выбор стандартных и покупных комплектующих изделий, генерация при необходимости 3D моделей, а также чертежей, проектирование технологических процессов изготовления сборочных единиц и деталей.

Последней операцией CASE-технологии создания многоагентных САПР является генерация прикладного интерфейса системы. Эта генерация выполняется в полуавтоматическом режиме на основе разработанной объектной метамодели изделия. Интерфейс унифицирован и содержит минимальное количество средств управления (рис.7.19).

Рис.7.19. Экран ввода ТЗ на проектирование асинхронного электродвигателя

Создаваемые прикладные системы относятся к классу систем "проектирования от одной кнопки" и могут работать в полностью автоматическом режиме. Достаточно задать технические требования, состоящие из свойств верхнего объекта, и нажать на кнопку "Генерация чертежей". Свойства задаются с помощью кнопки "Инспектор" (рис.7.19). При необходимости скорректировать сгенерированные чертежи нажатием на кнопку вызывается графический редактор Sprut CAD.

На рис.7.20 приведен пример результата проектирования ротора электродвигателя.

Рис.7.20 Пример результата проектирования ротора электродвигателя

8. Методы и программные средства автматизации проектирования технологических процессов

Согласно наиболее обобщенной модели системы, модели "черного ящика", система автоматизированного проектирования технологических процессов (ТП) представляет собой средство преобразования входных данных и технологических знаний в выходную информацию (рис.8.1). Входными данными является конструктивное описание изделия на машинных носителях и (или) в форме конструкторской документации. Выходная информация во внутренней форме представляет собой машинную модель технологического процесса, а во внешней технологическую документацию в соответствии со стандартами. Отсюда следует, что первыми шагами системного анализа данной проблемной ситуации является системологическое исследование двух компонент: 1. проектируемых технологических процессов, 2. процессов их проектирования.

Рис.8.1. Функцональная модель системы автоматизированного проектирования технологических процессов

Формы представления технологической документации

Результатом проектирования технологических процессов является соответствующая документация, состав и форма представления которой определяются стандартами. Технологическая документация состоит из основных и вспомогательных документов. К основным относят документы, содержащие сводную информацию, необходимую для решения одной или комплекса инженерно-технических, планово-экономических и организационных задач. Основные документы полностью и однозначно определяют технологический процесс (операцию) изготовления или ремонта изделия и его составных частей. Вспомогательные документы применяются при разработке, внедрении и функционировании технологических процессов и операций, например, карта заказа на проектирование технологической оснастки.

Основные технологические документы делятся на документы общего и специального назначения. К документам общего назначения относят технологические документы, применяемые в отдельности или в комплектах документов на технологические процессы, независимо от применяемых технологических методов, например, карта эскизов. Документы специального назначения применяются в зависимости от типа и вида производства и используемых технологических методов. Виды основных технологических документов приведены в табл.8.1.

Таблица 8.1 Виды основных технологических документов

Помимо перечисленных документов используются ведомости: технологических маршрутов (ВТМ), оснастки (ВО), оборудования (ВОБ), материалов (ВМ) и др.

К обязательным документам относится маршрутная карта, форма представления которой приведена на рис.8.2.

Рис.8.2. Форма представления маршрутной карты

Описание операций обработки в МК производится в строках различного типа. На рис.8.2 представлены строки типа А и Б. Шапки этих строк приведены вверху окна. В строках типа А записываются: номера цеха, участка и рабочего места, порядковый номер операции, ее код и наименование, а также обозначения документов по охране труда и технике безопасности, которыми необходимо руководствоваться при выполнении данной операции. Строки типа Б содержат код и наименование оборудования, на котором выполняется операция и дополнительная информация: степень механизации (СМ), код профессии, разряд работы (Р), условия труда (УТ), количество рабочих (КР) и т.п.

В зависимости от степени детализации описания ТП различают следующие варианты:

- маршрутное описание ТП, это сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов;

- операционное описание ТП, это полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов;

- маршрутно-операционное описание ТП, это сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах.

При построении унифицированных ТП важную роль играет отношение подобия. Подобие - это отношение сходства между двумя или более системами, определяемое некоторыми общими свойствами. Возможен диапазон степени подобия от полного равенства (идентичности) до частичного сходства. Можно говорить о функциональном, структурном и других видах подобия. Идентичность - это отношение между объектами или процессами, характеризующимися одинаковыми свойствами.

Типовым называется ТП изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Типовая операция характеризуется единством содержания и последовательности технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. С точки зрения системологии к числу типовых принадлежат ТП, обладающие функциональной и структурной идентичностью и подобием параметров.

К групповым принадлежат технологические процессы и операции изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Различие конструктивных признаков определяет различие структур ТП. Поэтому с точки зрения системологии к групповым относятся техпроцессы, обладающие функциональным, структурным и параметрическим подобием.

Единичный ТП предназначается для изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства.

Степень детализации описания ТП зависит от типа производства и стадии разработки технологической документации: для единичного и мелкосерийного производства применяют маршрутное и маршрутно-операционное описание, для серийного и крупносерийного - операционное.

Иерархия элементов технологических процессов

Выше приведена номенклатура рабочей технологической документации. Перейдем к рассмотрению внутримашинного представления результатов проектирования технологических процессов.

Методологической основой решения проблем внутримашинного представления является системология. Для системного анализа технологических процессов в машиностроении необходимо установить: 1. номенклатуру систем, 2. состав параметров и переменных системы каждого типа, 3. типаж межсистемных связей и их свойств.

Процессы, в том числе и технологические, представляют собой класс технических систем, отличительной особенностью которых является существенная зависимость от времени. Можно предложить следующую иерархическую классификацию элементов технологических процессов:

-шаг, простейший элемент управляющей программы (УП) для станка с числовым программным управлением (ЧПУ), кодируемый одним кадром и определяющий движение по заданной траектории (прямая, окружность и т.п.) при неизменных режимах обработки;

-ход, простейший элемент технологического процесса (ТП) и составной элемент УП, кодируемый несколькими кадрами и выполняемый при неизменных режимах обработки вдоль заданной направляющей и обрабатываемой поверхности;

-проход, элемент ТП, состоящий из одного или нескольких ходов и представляющий собой однократное движение инструмента относительно обрабатываемого объекта, в результате которого с поверхности или сочетания поверхностей снимается один слой материала;

-переход, элемент ТП, состоящий из одного или нескольких проходов и представляющий собой законченный процесс получения каждой новой поверхности или сочетания поверхностей изделия при обработке одним инструментом;

-позиция, часть ТП обработки одного или нескольких конструктивных элементов обрабатываемого объекта, выполняемая при определенном расположении его в приспособлении и приспособления относительно оборудования в начале и конце обработки;

-установ, часть ТП обработки изделия на одном рабочем месте при неизменном расположении его в приспособлении;

-операция, законченная часть ТП изготовления изделия, выполняемая на одном рабочем месте, например станке;

-маршрут обработки, совокупность операций этапов, состоящих из однородных по характеру и точности операций обработки, выполняемых непосредственно друг за другом в технологической последовательности;

-план обработки, совокупность этапов обработки, представляющая законченный технологический процесс изготовления изделия.

В приведенной классификации элементов технологических процессов одновременно описано служебное назначение этих элементов.

Построенная иерархия определяет базовую номенклатуру систем, используемых при проектировании технологических процессов. Полная номенклатура может быть получена с помощью родовидовой декомпозиции систем различных уровней.

Полный набор этапов из которых складывается первоначальный план обработки зависит от конкретных условий, однако, при этом можно выделить следующую базовую совокупность:

-термический 1 (улучшение, старение), предназначен для улучшения обрабатываемости материала и снятия внутренних напряжений заготовки;

-обработка баз, предназначена для формирования технологических баз с использованием черновых баз;

-черновой, предназначен для съема лишних припусков и позволяет получить 14 квалитет точности размеров детали;

-получистовой, предназначен для размерной обработки с точностью 12...13 квалитетов;

-термический 2, предназначен для закалки или улучшения;

-чистовой, предназначен для размерной обработки с точностью 9...11 квалитетов;

-термический 3, предназначен для азотирования или старения;

-отделочный, предназначен для размерной обработки с точностью 7...8 квалитетов;

-покрытий, предназначен для нанесения органических и неорганических покрытий;

-доводочный, предназначен для получения поверхностей с шероховатостью Ra=0.02.

Рис.8.3 Системная иерархия элементов технологических процессов

Родовидовая декомпозиция технологических операций определяется классификатором технологических операций. В зависимости от вида технологического процесса имеются следующие классы операций:

Операции общего назначения

Технический контроль

Перемещение

Испытания

Консервация и упаковывание

Литье металлов и сплавов

Обработка давлением

Обработка резанием

Термическая обработка

Фотохимико-физическая обработка

Формообразование из полимерных материалов, керамики, стекла, резины

Порошковая металлургия

Получение покрытий неорганических

Получение покрытий органических

Электрофизическая и электрохимическая обработка Напыление

Пайка

Электромонтаж

Сборка

Сварка

Имеются следующие группы технологических операций обработки резанием:

4280!Отрезная

4110!Токарная

4260!Фрезерная

4210!Сверлильная

4220!Расточная

4230!Программная

4130!Шлифовальная

4150!Зубообрабатывающая

4170!Строгальная

4175!Долбежная

4180!Протяжная

4190!Отделочная

!Прочие операции обработки резанием

Группа 4230 программных операций включает следующие операции:

4231!Расточная с ЧПУ

4232!Сверлильная с ЧПУ

4233!Токарная с ЧПУ

4234!Фрезерная с ЧПУ

4236!Шлифовальная с ЧПУ

4237!Комплексная на обрабатывающих центрах с ЧПУ

4238!Агрегатная с ЧПУ

4239!Комбинированная с ЧПУ

Номенклатура переходов определяется в соответствующих классификаторах. Для обработки резанием на станках с ЧПУ в этот набор входят такие переходы: точить, расточить, прорезать, подрезать, отрезать, центровать, сверлить, рассверлить, зенкеровать, развернуть, цековать, зенковать, нарезать резьбу, фрезеровать, шлифовать.

Модели данных элементов технологических процессов

Выше была установлена номенклатура элементов технологических процессов. Решение следующей системологической задачи связано с установлением для каждого элемента состава параметров и переменных. Параметр для каждой системы должен быть уникальным и однозначно определять ее. В качестве параметра в данном случае выступают обозначения: изделия, предприятия-изготовителя, документа и литера документа.

Для установления набора переменных элементов технологических процессов необходимо проанализировать свойства этих элементов. Свойства содержатся в ГОСТ 3.1103-82 "Основные надписи" и ГОСТ 3.1118-82 "Формы и правила оформления маршрутных карт". Ниже приведены наборы этих свойств.

План обработки (технологический процесс):

- обозначение предприятия-разработчика процесса

- наименование изделия

- обозначение изделия

- конструкторско-технологический код изделия

- обозначение документа

- литера документа

- код наименование, сортамент и размер материала

- код марка материала и обозначение стандарта, ТУ

- код материала по классификатору

- код единицы величины

- масса детали

- код единицы нормы расхода материала

- норма расхода материала

- коэффициент использования материала

- код заготовки

- код профиль и размеры исходной заготовки

- количество деталей из заготовки

- масса заготовки

- обозначение заказа

- объем производственной партии

- количество запусков в год

- коэффициент применения типовых технологических процессов

- норма времени на изделие

Операция

- обозначение изделия

- наименование этапа

- номер цеха

- номер участка

- номер рабочего места

- номер операции

- код операции по классификатору

- код обозначения документа

- код оборудования по классификатору

- код наименования оборудования

- код степени механизации

- код профессии по классификатору

- разряд работы

- код условий труда

- количество исполнителей

- количество одновременно изготовляемых изделий

- объем производственной партии

- коэффициент штучного времени

- норма подготовительно-заключительного времени на операцию

- норма штучного времени на операцию

- вспомогательное время на операцию

- основное время на операцию

- время на обслуживание рабочего места

время на личные потребности

Установ

- обозначение изделия

- номер операции

- номер установа

- содержание действий

Позиция

- обозначение изделия

- номер операции

- номер установа

- X координата точки начала цикла

- Y координата точки начала цикла

- Z координата точки начала цикла

Переход

- обозначение изделия

- номер операции

- номер установа

- номер перехода

- код содержания перехода

- код приспособления

- количество приспособлений

- код вспомогательного инструмента

- количество вспомогательного инструмента

- код режущего инструмента

- количество режущего инструмента

- код слесарно-монтажного инструмента

- количество слесарно-монтажного инструмента

- код специального инструмента

- количество специального инструмента

- код средств измерения инструмента

- количество средств измерения инструмента

Свойства технологических переходов для различных методов изготовления отличаются друг от друга. Ниже приведена концептуальная схема параметров перехода обработки резанием на станках с числовым программным управлением в соответствии с ГОСТ 3.1418-82.

Параметры технологического перехода обработки резанием:

- обозначение изделия

- номер операции

- номер установа

- номер перехода

- номер позиции инструментальной наладки

- расчетный размер обрабатываемого диаметра (ширины) детали

- расчетный размер длины рабочего хода

- глубина резания

- число проходов

- подача

- частота вращения шпинделя

- скорость резания

- вспомогательное время на переход

- основное время на переход

С точки зрения автоматизированного проектирования спроектировать технологический процесс это значит заполнить данными его концептуальную модель, состоящую из таблиц приведенного выше содержания. Заполнение данными производится полуавтоматически в диалоге ЭВМ с человеком, или автоматически с помощью баз знаний.

Системный анализ действий проектирования технологических процессов

Процесс принятия проектных решений при проектировании технического процесса представлен в табл.2. На первой стадии проектирования разрабатывается план работки, состоящий из этапов, включающих как механосборочные этапы, обеспечивающие обработку детали с различной точностью и шероховатостью поверхностей (черновые, получистовые, чистовые, отделочные, доводочные), так и этапы термической обработки, покрытий и прочие. Разработка плана обработки заданной детали начинается с выбора заготовки и проектирования при необходимости соответствующих заготовительных этапов и этапов обработки баз.

Перед тем, как выбирать заготовку, необходимо на все обрабатываемые поверхности детали назначить припуски. Припуск на поверхность зависит от квалитета, по которому она должна быть выполнена в детали, и ее состояния в заготовке. Соотношение этих квалитетов определяет номенклатуру и количество стадий обработки, которые должна пройти эта поверхность.

Выбор заготовки определяет содержание первых этапов плана обработки заготовительного, предназначенного для получения заготовки, и ее термообработки.

Выбор одного или нескольких вариантов заготовок фиксирует вход проектируемого технологического процесса или нескольких его вариантов. Описание выхода ТП зафиксировано в конструкторской документации на изготовляемую деталь.

Последовательность выбранных этапов обработки или несколько вариантов таких последовательностей определяет укрупненную структуру проектируемого ТП, из которой вытекает расцеховка обрабатываемого объекта. Далее уточняется оборудование, используемое на каждом этапе, и формируется один или несколько вариантов маршрута обработки.

При проектировании операции назначаются приспособления, необходимые для крепления заготовки или полуфабриката на станке.

Назначение параметров установа фиксирует расположение обрабатываемого объекта относительно приспособления, а расположение приспособления относительно оборудования фиксирует позицию, определяя окончательно связь системы координат изготовляемой детали с системой координат используемого оборудования.

При проектировании перехода фиксируются решения относительно применяемого инструмента, используемой схемы траектории этого инструмента относительно детали и параметров расчета этой схемы, а также режимов обработки.

Расположение проходов детализирует структуру схемы обработки при выполнении перехода.

Наконец, формирование управляющей программы (при необходимости) сводится к расчету ходов и кодированию кадров УП. Эта функция выполняется самостоятельной системой автоматизации программирования, исходные данные для которой передаются из описываемой системы САПР ТП.

9. Автоматизация операционных процессов, технологические машины и системы ЧПУ, промышленные роботы и автоматизация контроля и диагностики

Основные понятия и функциональная схема автоматизированного операционного технологического процесса

Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.

Рабочее место (РМ) - часть производственной системы, созданная на базе рабочей машины или комплекта технических средств, необходимых для выполнения технологической операции. РМ образует производственную ячейку, представляющую собой совокупность рабочей машины, в которой размещаются материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также вспомогательного оборудования и технологической оснастки. Технологическая оснастка состоит из приспособлений, предназначенных для установки или направления предмета труда или инструмента при выполнении технологической операции, и инструментов, предназначенных для воздействия на предмет труда с целью изменения его состояния.

Рассмотрим функциональную схему автоматизированного рабочего места (рис.9.1). Для выполнения технологической операции необходимы средства реализации следующих функций:

- управления, контроля и диагностики;

- установки заготовок на рабочую машину (станок);

- смены инструмента в рабочей позиции;

- обработки детали;

- съема детали и инструментов со станка.

Функция управления, контроля и диагностики необходима для преобразования конструкторско-технологических данных, представленных в форме технологической документации и управляющих программ в команды управления комплексом средств технологического оснащения. Помимо этого функция управления осуществляет преобразование сигналов обратной связи об исполнении команд и ходе технологического процесса. Выполнение этой функции обеспечивается системой ЧПУ станка и робота при участии оператора.

Функция установки заготовок на станок осуществляет изменение положения заготовки, перемещая ее из транспортного средства или накопителя (склада) с установкой ее на станке. Эта функция реализуется роботом или специальным манипулятором.

Функция смены инструмента в рабочей позиции осуществляет изменение расположения инструмента, перемещая его из накопителя или из нерабочей позиции в позицию, в которой инструмент может выполнять рабочий процесс. Эта функция реализуется устройством размещения и смены инструментов.

Функция обработки детали осуществляет изменение состояния заготовки и выполняется рабочей машиной (станком).

Функция съема детали и инструментов со станка изменяет расположение предмета труда и инструментов, освобождая от них станок. Функция реализуется теми же средствами, которые использовались для установки детали и инструментов.

Технологические машины с ЧПУ

Операции механической обработки деталей заключаются в воздействии некоторого рабочего органа (инструмента) на обрабатываемый объект с целью изменения его формы и размеров. Для выполнения этих операций рабочие органы должны совершать по отношению к обрабатываемым объектам определенные перемещения. Реализация этих перемещений осуществляется станками с ЧПУ, в состав которых включаются необходимые рабочие органы. Технологические процессы, реализуемые на станках с ЧПУ, относятся к классу машинных технологических процессов.

Методы расчета управляющих программ для станков с ЧПУ базируются на математических моделях машинных технологических процессов, самих технологических машин - станков и их оснастки, а также обрабатываемых объектов.

Фундаментом для построения любой математической модели является то или иное пространство, в котором строится эта модель. При рассмотрении произвольного процесса принято использовать фазовое пространство, которое представляет собой множество всевозможных состояний этого процесса.

Рассмотрим фазовые пространства машинных технологических процессов

Одной из основных характеристик любого пространства является его размерность, которая для фазовых пространств определяется числом параметров, необходимых для описания соответствующих процессов. В число основных параметров, необходимых для описания машинного технологического процесса входят, прежде всего, координаты, определяющие расположение рабочего органа в процессе его перемещения относительно обрабатываемого объекта. Вторую группу основных параметров составляют скорости перемещения по этим координатам.

Для описания машинных технологических процессов могут быть использованы методы классической механики систем, состоящих из конечного числа твердых тел, в качестве которых можно рассматривать рабочие органы. Как известно, максимальная размерность фазового пространства системы из k твердых тел равна 12k. Отсюда следует, что максимальная размерность фазового пространства процесса, выполняемого одним рабочим органом, равняется 12. Однако практически закономерности, лежащие в основе конкретных рабочих процессов, накладывают связи на отдельные параметры, что в большинстве случаев приводит к уменьшению размерности фазовых пространств реальных технологических процессов, представленных в табл.9.1.

Перемещения рабочих органов, необходимые для выполнения заданных воздействий на обрабатываемый объект, осуществляются путем геометрического сложения перемещений рабочего органа и обрабатываемого объекта. В свою очередь, их абсолютные движения складываются из элементарных движений отдельных исполнительных органов, на которых закреплены соответственно рабочий орган и обрабатываемый объект.

Чтобы осуществить заданные движения к исполнительному органу должно быть подведено определенное количество механической энергии, для чего он включается в состав устройства, именуемого исполнительным агрегатом или приводом исполнительного органа.

Привод исполнительного органа является одним из основных структурных элементов любой современной технологической машины и первичным управляемым объектом. В этой связи станки с ЧПУ можно рассматривать как комплекс ее исполнительных агрегатов, объединенных системой управления.

При анализе структуры какой-либо технологической машины с ЧПУ необходимо прежде всего установить вид приводов исполнительных органов, количество их и порядок совместной работы, реализуемый системой управления.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8