Структура математического обеспечения АСТПП

МО АСТПП состоит из следующих составляющих: методов решения задач, методик и алгоритмов, программного обеспечения (ПО) (рис. 5). Состав методик и алгоритмов АСТПП определяется составом задач, решаемых при технологической подготовке производства (ТПП), и задачами, возникающими при проектировании АСТПП. На основе анализа действующих систем ТПП на предприятиях машино- и приборостроения можно выделить следующие основные группы задач ТПП:

• обеспечение технологичности конструкции изделий, включая структурный анализ изделий (какие детали и сборочные единицы входят в изделий), определение возможности увеличить количество заимствованных деталей (в том числе и стандартных), технико-экономический анализ производства (какие технологические процессы и средства технологического оснащения можно использовать из подготовки технологически подобных и уже запускавшихся деталей), анализ качества изделий и управление ими;

• разработка технологических процессов, включая выбор заготовок, методов их обработки по всем видам производства (от заготовительных до сборочных), а также методов испытания и контроля, режимов обработки, режущего, вспомогательного мерительного инструментов; трудовое и материальное нормирование, технологическое планирование оборудования, отладка комплексов технологических процессов в реальных производственных условиях и соответствующая их доработка;

Рис. 5. Структура математического обеспечения АСТПП

• проектирование и изготовление средств технологического оснащения, включая оформление заказов на проектирование и изготовление специальных штампов, инструментов, приспособлений и нестандартного оборудования, а также на приобретение технологической оснастки со стороны (по кооперации, со складов, баз проката и т.п.), обеспечение технологической оснасткой;

• организация и управление процессом ТПП, включая планирование, учет, контроль и регулирование хода ТПП (координация действий по выполнению всех предыдущих функций и обеспечению требований оптимальности: сокращение сроков, уменьшение трудозатрат, себестоимости и пр.), а также разработку нормативов ТПП.

Первые три группы задач решаются про выпуске любого нового изделия, как при организации нового, так и при совершенствовании действующего производства. Четвертая группа задач, связанная с планированием работ по развитию совершенствованию ТПП, с механизацией и автоматизацией работ по ТПП, с установлением типовых структур служб ТПП, выполняется периодически не чаще одного раза в год.

Для реализации перечисленных задач на ЭВМ разрабатываются методики и алгоритмы их решения. В общем случае, в каждой группе задач могут встретиться одинаковые задачи. Под задачей понимается получение выходного документа, или части документа, или промежуточных данных, необходимых для получения окончательного документа.

Методы, которые применяются при решении задач технологического проектирования с помощью ЭВМ, можно отнести к методам общей теории систем, например: теория множеств, теория графов, теория массового обслуживания, исследование операций, логика высказываний и предикатов, теория обучения и т.д. С помощью аппарата теории множеств удобно описывать систему ТПП, процессы решения задач и преобразования информации, структуру производственных подразделений, процесс изготовления изделий. Теория графов, теория массового обслуживания и комбинаторный анализ позволяют исследовать различные структуры и параметры отдельных элементов системы ТПП, производственных подразделений, наладки оборудования и т.п. Логика и исчисление высказываний и предикатов применяются для записи алгоритмов решения задачи и выбора решений. Исследование операций используется для выбора наилучших (оптимальных) решений. Теория вероятностей, математическая статистика, теория обучения используются для проектирования систем и построения зависимостей между отдельными элементами и параметрами системы, на базе которых строятся алгоритмы решения задач конкретной технологии. Перечень применяемых методов решения задач безусловно может быть продолжен и трудно на сегодняшний день описать всевозможные методы, которые будут применяться для решения задач технологического проектирования и организации ТПП, а также задач автоматизации программирования и алгоритмизации АСТПП.

Рассмотрим характеристики сферы применения ЭВМ, на основе чего определим характеристики пакета прикладного ПО АСТПП.

АСТПП предназначена для увеличения производительности труда инженерно-технического состава предприятия, занятых решением задач технологической подготовки производства (ТПП) и повышения качества решений задач ТПП за счет их оптимизации. Особую актуальность АСТПП имеют в условиях единичного и серийного производства, которые характеризуются высокой номенклатурой, допускаемых изделий и быстрой их сменяемостью. Количество предприятий с единичным и серийным характером производства в настоящее время составляет примерно 80-85% от всех предприятий на территории России. Номенклатура деталей, подлежащих изготовлению на таких предприятиях составляет 15-20 тыс. В месяц необходимо спроектировать от 4 до 16 тыс. деталей операций, которые, в свою очередь должны быть обеспечены всем необходимым технологическим оснащением.

Это говорит о том, что задачи обеспечения технологичности конструкции изделия, разработки ТП, проектирования технологического оснащения (а, следовательно, и программы их реализующие) являются стабильными и регулярно решаемыми. Поэтому пакет прикладного МО АСТПП должен быть ориентирован на проблему.

Решение задач ТПП возлагается на инженеров (технологов и конструктором), которые практически не знают ЭВМ и вопросов программирования. Более того, многие из них недостаточно хорошо знакомы с методами решения задач ТПП, с помощью которых можно определить рациональное решение в той или иной производственной ситуации. Следовательно, степень автоматизации вычислительного процесса пакета должна быть максимальной. Подобными свойствами обладает программная система.

Вместе с тем, чтобы спроектировать технологический процесс или решить любую другую задачу технологии с помощью ЭВМ, необходимо иметь информацию о детали и среде и программы, реализующие алгоритм решения поставленной задачи. Под средой понимается состав применяемого оборудования, инструмента, приспособления, и, нормативных данных по расчету режимов резания, норм времени на операцию и применяемые типовые и групповые технологические процессы, традиционные приемы обработки и т.п., т.е. вся руководящая и справочная информация. Многие из этих данных вводятся один раз в память ЭВМ и хранятся на магнитных дисках в виде массивов. В случае необходимости эти данные могут корректировать. некоторые из них (ткие, как традиционные приемы обработки) вводится в алгоритмы (а, следовательно, и в программу) в виде правил, определяющих связь между элементами объектов, участвующих в решении конкретной технологической задачи (например, отношение между элементами деталей и инструментом, между элементами деталей и элементами технологического процесса).

Правила, определяющие связь между элементами, могут задаваться совокупностью количественно оцениваемых характеристик, аналитическими или алгоритмическими зависимостями. Без определения связей между элементами объектов управления невозможно построить алгоритм решения задачи.

Следовательно, чтобы спроектировать алгоритм решения задачи (технологической), достоверной для конкретного предприятия, необходимо провести глубокий априорный анализ процесса подготовки производства на этом предприятии. Этими работами должны заниматься специалисты, которые свободно владеют общими принципами и методами решения задач технологии и организации производства. Кроме этого, они должны быть знакомы с общими принципами программирования и возможностями ЭВМ, чтобы разрабатывать эффективно работающие АСТПП. Такие специалисты относятся к разряду квалифицированных пользователей.

Провести анализ производства сложного из-за слабой формализации решения технологических задач и больших объемов информации, которую необходимо подвергнуть анализу. Для этих целей желательно применить ЭВМ, что, в свою очередь предполагает разработку специального пакета прикладного ПО, ориентированного на квалифицированного пользователя и позволяющего обеспечить проведение всестороннего анализа.

Использование ЭВМ для проведения анализа производства позволит оценить большое число производственных ситуаций, которые определяют вид алгоритмов решения конкретных технологических задач. За счет этого увеличится достоверность проектируемых алгоритмов. Но даже в этом случае трудно ожидать, что будут учтены все производственные ситуации, а, следовательно, прослежены все варианты связей между входами и выходами алгоритмов или совокупностью алгоритмов. Поэтому высока вероятность появления ошибки, эти ошибки возможны при записи отдельных правил выбора решений, либо при определении состава признаков, которые должны быть учтены при решении задачи, либо при определении множества решений задачи и т. п. Проверку алгоритма на ограниченном числе деталей можно провести только после описания отладки программ, составленных по этим алгоритмам. Процесс отладки программ очень трудоемок и составляет 50-70% от всех работ по проектированию МО АСТПП. После длительной отладки программ часто оказывается, что алгоритм не работает на проверочных примерах. После этого алгоритм проектируется, а затем корректируется и повторно отлаживается программа, при этом часты случаи, когда незначительные изменения алгоритмов приводят к большим изменениям программы. Иногда возникают ситуации, когда легче написать программу заново, чем попытаться ее исправить. Такой цикл повторяется до тех пор, пока алгоритм и программа не будут отлажены на проверочных примерах.