Проблема автоматизации проектирования технологических процессов

1.1. Жизненный цикл и технологическая подготовка производства изделий машиностроения

Изделием в машиностроении называют предмет производства, подлежащий изготовлению на предприятии.

ЖЦИ — совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения состояния изделия от формирова­ния исходных требований к нему до окончания его эксплуатации или потребления. Каждый из указанных процессов связывают с определенным этапом ЖЦИ (рис. 1.1).

На этапе маркетинга анализируют состояние рынка соответ­ствующей машиностроительной продукции. Устанавливают нали­чие текущей или перспективной потребности в изделиях данного функционального назначения. Определяют основные требования потребителей к этим изделиям. Устанавливают состав и значения основных показателей эксплуатационного качества (мощность, производительность, КПД, показатели надежности и т.д.). Разра­батывают общее описание конкурентоспособного изделия. В нем указывают условия эксплуатации и показатели эксплуатационно­го качества изделия, потребительские предпочтения в отношении эргономических, эстетических и других характеристик продукции, требования к условиям поставки. Ориентировочно определяют пред­полагаемый объем выпуска изделия (емкость рынка).

На основе требований, содержащихся в описании конкурен­тоспособного изделия, оформляют техническое задание на его конструирование и разрабатывают конструкцию изделия. При этом возможно создание различных вариантов конструкций, проведе­ние необходимых расчетов, изготовление и исследование (отра­ботка) опытных образцов изделия.

Все данные, необходимые и достаточные для изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонта разрабаты­ваемого изделия указывают в рабочей конструкторской докумен­тации (ГОСТ 2.103—68 «Единая система конструкторской доку­ментации. Стадии разработки»). Порядок разработки, оформления и обращения конструкторской документации установлен комплек­сом государственных стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

На этапе материально-технического обеспечения определяют перспективные потребности производства в различных ресурсах. Под производственными ресурсами понимают совокупность средств производства, а также трудовые, природные, финансовые, матери­альные, энергетические и информационные ресурсы, вовлеченные в процесс производства. Приобретают необходимые ресурсы для организации планирующегося выпуска разработанного изделия.

Под ТПП понимают совокупность мероприятий, обеспечиваю­щих технологическую готовность производства (ГОСТ 14.004—83 «Технологическая подготовка производства. Термины и определе­ния основных понятий»). Последняя определяется наличием на предприятии полных комплектов рабочей, конструкторской, тех­нологической документации и средств технологического оснаще­ния, необходимых для обеспечения заданного объема выпуска продукции с установленными технико-экономическими показа­телями.

Организацию и управление ТПП регламентируют государствен­ные стандарты Единой системы технологической подготовки про­изводства (ЕСТПП).

Под производством понимают организацию и осуществление изготовления продукции. Производство товарной (предназначен­ной для реализации на рынке) продукции называют основным. Производство принято разделять по типу (единичное, серийное и массовое), виду (литейное, сварочное, механосборочное и т.д.), уровню автоматизации (неавтоматизированное, автоматизирован­ное и автоматическое), базовому принципу организации (непре­рывно-поточное, переменно-поточное и непоточное). Высшую форму развития производства на основе сочетания информационных технологий и технологий материального производства назы­вают компьютеризированным интегрированным производством (Computer integrated manufacturing — CIM).

Каждый из послепроизводственных этапов ЖЦИ имеет конкрет­ную цель, для достижения которой создают необходимые условия и выделяют необходимые ресурсы.

Общей целью для всех этапов ЖЦИ является обеспечение вы­сокого качества изделия при его производстве и эксплуатации. Этого добиваются путем выполнения на каждом этапе комплекса соот­ветствующих мероприятий, поэтому в технической литературе структуру ЖЦИ, изображенную на рис. 1.1, иногда называют «петля качества».

Изготовитель (поставщик) и потребитель (заказчик) являются участниками единого ЖЦИ. Для обеспечения высокого качества изделия и достижения своих целей они должны тесно сотрудни­чать и постоянно взаимодействовать друг с другом.

Важнейшими этапами ЖЦИ, на которых в значительной мере формируется качество изделия, являются этапы ТПП и производ­ства, которые принято объединять в производственно-технологи­ческий цикл (ПТЦ). Выполнение ПТЦ (рис. 1.2) связано с приня­тием и реализацией технологических решений.

Технологическим называют любое решение, принимаемое и реализующееся в ПТЦ, относящееся непосредственно к определе­нию мни изменению состояния предмета производства и направ­ленное па обеспечение выпуска продукции. Технологические решения служат основой для разработки конструкторско-технологических мероприятий и соответствующей документации при ТПП, направляемых для исполнения и внедрения в производство.

Основными функциями ТПП на уровне предприятия являются (рис. 1.3):

• обеспечение технологичности конструкций изделий;

• выбор и подготовка заготовок;

• разработка ТП;

• проектирование средств технологического оснащения;

• контроль и управление ТП.

Входную информацию для системы ТПП образуют: рабочая конструкторская документация на изделие и директивную заго­товку (заготовку детали, поступившую к изготовителю изделия с другого предприятия, например, специализирующегося только на выпуске заготовок), объем выпуска изделия, информационное обеспечение. На рис. 1.3 и далее при рассмотрении структуры ТПП входная информация помечена символом «/», выходная — симво­лом «О».

Рабочая конструкторская документация на изделие включает в себя сборочные чертежи изделия и его сборочных единиц, специ­фикации, ведомость спецификаций, ведомость покупных изделий, чертежи деталей изделия, программы и методики испытаний, тех­ническое описание и инструкции по эксплуатации изделия.

При использовании систем автоматизированного проектирова­ния конструкций изделий (САПР К) информация об изделии и его элементах может импортироваться системой ТПП в наиболее удобных для применения формах. В частности, вместо сборочных чертежей и чертежей детали используют геометрическо-технологические модели изделия и его элементов, полученные в САПР К различными способами. Необходимые для формирования технологических решений данные в этом случае являются атрибутами (дополнительными характеристиками) моделей.

Рис. 1.3. Общая структура системы ТПП:

/1 — рабочая конструкторская документация на изделие; /2 — рабочая конст­рукторская документация на директивную заготовку; /3 — объем выпуска изде­лий; /4 — информационное обеспечение; О\ — модели (чертежи) изделий, отрабо­танных на технологичность; 02 — разработанная модель (чертеж) заготовки; 03 — типовой технологический процесс изготовления заготовки; 04 — заказ на изго­товление заготовки; 05 — технологические процессы изготовления деталей и сборки; Об — изменения конструкций деталей и сборочных единиц; 01 — заказ на приоб­ретение (изготовление) средств технологического оснащения; 08 — конструктор­ская документация на средства технологического оснащения

Конструкции заготовок, используемых при производстве дета­лей изделия, могут быть разработаны в процессе ТПП предприя­тия, а сами заготовки изготовлены на данном предприятии. Одна­ко во многих случаях используют директивные заготовки. Их конст­рукции, как правило, разрабатывают на основании технического задания предприятия — изготовителя изделия. Основным конст­рукторским документом на директивную заготовку является ее чер­теж с техническими требованиями на изготовление. Конструкция директивной заготовки может быть далеко не оптимальной для ТПП изготавливаемой из нее детали. Обычно это происходит, когда предприятие — изготовитель заготовки не располагает технологиче­скими возможностями для удовлетворения требований техниче­ского задания, либо когда используется комплексная заготовка, предназначенная для изготовления на ее основе нескольких раз­личных деталей. В указанных случаях ТПП может существенно ус­ложниться.

Информационное обеспечение ТПП может быть разделено на инвариантное функциям ТПП и функционально-ориентированное.

Инвариантное функциям ТПП информационное обеспечение включает в себя:

• данные об имеющемся технологическом оборудовании, используемых технологических методах и процессах, производствен­ных площадях и их загрузке, технологической оснастке и других имеющихся в наличии ресурсах производства;

• текущие технико-экономические показатели предприятия и
данные об экономической ситуации на рынке выпускаемой пред­
приятием продукции;

• данные о реальных конструктивно-технологических параметрах поступивших заготовок и уже выпущенных изделий, получен­ные по результатам входного контроля заготовок и приемочного
контроля изделий (например, опытной партии);

• оперативную информацию о ходе реализованных ТП, включа­ющую данные операционного контроля ТП или обрабатываемой
заготовки после завершения определенной технологической опе­рации;

• общие методы принятия технологических решений и их оптимизации.

Компонентами функционально-ориентированного информаци­онного обеспечения ТПП являются:

• правила выбора показателей обеспечения технологичности конструкций изделий, сборочных единиц — для функции обеспече­ния технологичности конструкции изделий;

• правила выбора вида, метода изготовления и конструирования исходных заготовок — для функции выбора и подготовки заготовок;

• правила разработки и применения ТП, выбора оборудования и других средств технологического оснащения — для функции раз­работки ТП;

• правила проектирования — для функции проектирования средств технологического оснащения;

• методы выявления причин отклонений хода ТП, методы и правила принятия и реализации технологических решений по ликвидации отклонений в ходе ТП — для функции контроля и управления.

Выходные данные системы ТПП представляют в виде соответ­ствующих технологических и конструкторских документов или из­менений указанных документов. К основным выходным результа­там ТПП относят:

• модели (чертежи) изделий (деталей, сборочных единиц), отработанных на технологичность;

• модель/чертеж заготовки (разработанная);

• типовой ТП изготовления заготовки;

• заказ на изготовление заготовки;

• ТП изготовления деталей и сборки;

• изменения конструкций деталей и сборочных единиц;

• заказ на приобретение (изготовление) средств технологическо­го оснащения;

• конструкторскую документацию на средства технологического оснащения;

• изменения ТП изготовления деталей и сборки.

Модели (чертежи) изделий (деталей, сборочных, единиц), От­работанных на технологичность, формируются в результате вы­полнения соответствующей функции ТПП. Модель (чертеж) заго­товки может быть разработана при выполнении функции выбора и подготовки заготовок, хотя это не является обязательной задачей ТПП (например, при ТПП, проводимой в механосборочных цехах машиностроительных предприятий). В последнем случае создают чертежи заготовок относительно несложных конструкций, не тре­бующих глубоких специальных знаний по их формообразованию. Конструкции сложных заготовок разрабатывают специализирован­ные службы ТПП заготовительных цехов. При ТПП, проводимой, например, в механосборочных цехах, разрабатывают только отно­сительно несложные ТП изготовления заготовок (как правило, из проката с использованием методов отрезки, правки, гибки и т.д.), используя при этом типовые ТП изготовления заготовок.

Заказ на изготовление заготовки в форме, принятой на данном предприятии, направляют в заготовительные подразделения или используют в качестве основы для составления технического за­дания на изготовление заготовки специализированным пред­приятием.

Технологические процессы изготовления деталей и сборки пред­ставляют:

• технологическая документация на разработанные ТП изготовления деталей;

• управляющие программы для оборудования с ЧПУ и сопроводительная технологическая документация;

• технологическая документация на разработанные ТП сборки узлов и изделий.

Изготовление изделий машиностроения может быть осуществ­лено на основе единичных, типовых или групповых ТП.

Принципиальное отличие между типовыми и групповыми про­цессами заключается в следующем: типовая технология характе­ризуется общностью технологического маршрута, а групповая — общностью оборудования и оснастки, необходимых для выполне­ния определенной операции или полного изготовления детали. Типовые и групповые ТП называют процессами-аналогами.

Любой ТП можно рассматривать как целенаправленную систе­му, элементами которой являются технологические операции. Спи­сок технологических операций определяет состав ТП, а список основных технологических переходов — состав технологической операции. Структуру ТП определяет порядок выполнения техно­логических операций, а структуру технологической операции — порядок выполнения переходов.

Для ТП изготовления деталей характерна линейно-последова­тельная структура. Каждая операция выполняется в строго опреде­ленном месте ТП и не может быть выполнена, пока не выполнена смежно-предшествующая операция. Такая структура ТП изготов­ления деталей позволяет при необходимости, например, в круп­носерийном и массовом производствах, устанавливать технологи­ческое оборудование по «ходу» ТП и применять непрерывно - или переменно-поточный методы работы.

Состав и структура ТП сборки зависят от сложности собирае­мого объекта (предмета производства) и его технологической струк­туры. Для относительно простых объектов — сборочных единиц, которые можно изготовить при выполнении лишь ТП общей сбор­ки, рассматриваемые процессы имеют линейно-последовательную структуру, как и процессы несложной узловой сборки, рассмат­риваемые отдельно. Вместе с тем, ТП сборки машин, представляе­мые совокупностью процессов узловой и общей сборки, могут иметь сложные древовидные структуры.

Результаты разработки ТП представляют в технологической документации и оформляют в соответствии с требованиями стан­дартов ЕСТПП.