Технологический процесс как объект проектирования

Проектирование ТП — многовариантная задача. Для изготовле­ния одной и той же детали или сборочной единицы могут быть спроектированы различные ТП, отличающиеся технико-экономи­ческими показателями и, прежде всего, затратами на изготовле­ние и производительностью, а также надежностью обеспечения заданного качества изделия.

Технический и экономический принципы проектирования ТП, отражая различные стороны изготовления машины, находятся в диалектическом противоречии. Разрешение данного противоречия достигается за счет компромисса и оптимизации ТП. Технический _v принцип должен соблюдаться всегда. Наиболее часто достигают компромисс между производительностью и затратами.

Если выбор ТП по результатам сравнения отдельных показа­телей невозможен, используют комплексные критерии (К_к), на­пример:

К_к =Q/З,

где Q — полезный эффект от реализации спроектированного ТП; 3 — затраты на проектирование и реализацию ТП.

В качестве функции полезного эффекта для ТП можно исполь­зовать производительность, надежность обеспечения доминирую­щих показателей качества и т.д. Предпочтительным считают про­цесс, обеспечивающий К_к —> max.

Изготовление любого изделия машиностроения объединяет процессы, соответствующие основным технологическим переде­лам (заготовительному, изготовления деталей, сборочному). Глав­ное внимание уделяют проектированию ТП изготовления деталей и сборки.

Любой из указанных ТП представляет собой сложную, иерархи­чески организованную, целенаправленную систему. Элементный состав и структура этой системы зависят от уровня ее рассмотрения.

Маршрутный ТП изготовления детали может быть представ­лен, например, последовательностью этапов, на каждом из кото­рых решают соответствующие технологические задачи (табл. 2.1).

Каждый этап ТП состоит из отдельных технологических опе­раций, выполняемых в определенной (заданной) последователь­ности.

Таблица 2.1. Характеристика и задачи этапов технологического процесса

Наименование этапа	Точность размеров	Технологические задачи
Заготовительный	IT>14	Обеспечение качества исходной заготовки
Черновой	12≤IT≤14	1. Обработка базовых поверхно­стей. 2. Предварительное формообра­зование основных поверхностей
Получистовой	9≤ IT≤11	Формообразование основных и второстепенных поверхностей
Чистовой	7≤ IT ≤9	1. Обеспечение точности разме­ров, формы и взаимного распо­ложения поверхностей. 2. Формирование поверхностно­го слоя детали
Отделочный	IT≤ 7	Достижение заданных показате­лей качества детали (в комплексе)

Примечание. Заготовительный этап часто выполняется по самостоятельно­му ТП в зависимости от вида и способа изготовления заготовки. В ТП изготовле­ния детали заготовительный этап обычно включают в сокращенной форме.

У спроектированного ТП или его части должны быть полно­стью определены элементы, структура и необходимые характери­стики.

При разработке ТП является объектом соответствующего про­ектного технологического решения, предназначенного для после­дующей реализации в производстве. Формирование такого реше­ния применительно к ТП имеет следующие особенности [2]:

• процесс проектирования может быть разделен на стадии и уровни. Получение общего решения, связанного с разработкой единичного ТП, является результатом выполнения отдельных проектных задач и процедур (принцип декомпозиции). Любой ТП может быть разделен на этапы (см. табл. 2.1). Каждый этап состоит из отдельных операций. Каждая операция включает технологические и вспомогательные переходы. Принимая решения на каждом уровне проектирования, последовательно детализируют его объект;

• связь между уровнями проектирования носит иерархический характер. Высшим уровнем является, например, уровень установления стадий изготовления детали, низшим — уровень разработки содержания и последовательности выполнения рабочих и вспомогательных ходов. Принятие проектного решения ведут последовательно по соподчиненным уровням;

• существует приоритет решений, принятых на высших уровнях проектирования, по отношению к низшим. Решения, принятые на высших уровнях, обязательны для низших. Так, например, если на этапе разработки маршрутного ТП изготовления детали была выбрана схема установки заготовки при обработке, то на уровне определения содержания операции эта схема является основой для выбора варианта станочного приспособления;

• при невозможности на более низшем уровне проектирования исполнить решение, принятое на более высоком уровне, последний информируют о необходимости корректировки решения (принцип обратной связи). Например, разработка содержания и последовательности выполнения переходов операции обработки на станке с ЧПУ может привести к превышению необходимого количества режущего инструмента над возможностями револьверной головки. Возникает необходимость переноса части переходов в другие операции. Поэтому необходимо вернуться на более высокий (ранний) уровень проектирования и провести перекомпоновку операций;

• процесс проектирования носит итерационный характер. Этот принцип предполагает обязательно полное (пусть вариантное) решение задач каждого уровня, после чего возможен переход к следующему;

• действует принцип неокончательности решений. Он позволяет проектировщику получать не одно, а несколько решений, близких к оптимальному. Это особенно важно для верхних уровней проектирования, где трудно использовать формальные критерии вы­бора рационального варианта;

• при проектировании ТП изготовления изделий некоторые решения могут быть использованы повторно для аналогичных проектных ситуаций (принцип преемственности решений).

Наиболее рациональной стратегией технологического проекти­рования следует считать такую, при которой одновременно разра­батывают несколько альтернативных и конкурирующих вариантов отдельных операций, или даже процессов в целом.

Оптимизацию ТП можно выполнять на уровне операций, когда выбирают оптимальные структуры и параметры операций (напри­мер, режимы резания), и на уровне ТП, когда определяют содер­жание его основных этапов, их порядок и взаимосвязь (структуру ТП). В последнем случае оптимизация носит характер структурной оптимизации. Доказано, что структурная оптимизация эффектив­нее параметрической и позволяет получать более оптимальные решения.

Критерий производительности обычно охватывает только тех­нологическую производительность Q_Tex

где t₀ — основное время на переход, операцию.