О задачах классификации деталей на ранних этапах проектирования технологических комплексов

УДК 658.512

О ЗАДАЧАХ КЛАССИФИКАЦИИ ДЕТАЛЕЙ НА РАННИХ ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

И. Л. Волчкевич, В.В. Галий

Показана актуальность задачи классификации деталей при планировании программ выпуска участков и цехов машиностроительных предприятий. В основу предложенного авторами классификатора деталей положена схожесть конструктивно-технологических признаков, достаточных для принятия решений на ранних этапах проектирования технологических комплексов.

Ключевые слова: машиностроительное производство, технологический комплекс, станки с ЧПУ, выбор оборудования, программа выпуска, классификация деталей.

Проблема рационального использования высокопроизводительного оборудования с ЧПУ в отечественной промышленности [1] не может быть решена только внедрением корректирующих мероприятий в рамках действующих производств. В современных условиях особенно важно не исправление, а предотвращение возможных ошибок, связанных с использованием фонда времени работы дорогостоящего оборудования, допускаемых при составлении проектов технического перевооружения и модернизации машиностроительных производств. Ошибки эти зачастую связаны с недооценкой специфики функционирования многономенклатурных производств и отсутствием методик оптимального распределения необходимой программы выпуска предприятия между входящими в его состав технологическими комплексами (ТК) на уровне участков и цехов.

Таким образом, на ранних этапах проектирования технологических комплексов актуальны задачи распределения программы выпуска между структурными подразделениями: участками и цехами, и определения состава оборудования проектируемых участков и цехов. При этом программы выпуска участков (группы деталей, подлежащих изготовлению на одном участке) должны быть сформированы при наличии минимальной информации о самих деталях: обычно на ранних этапах проектирования ТК доступны только чертежи деталей и объемы выпуска. Для получения групп деталей каждая деталь должна быть классифицирована, а после отнесена к определенной группе.

В настоящее время существуют различные классификаторы деталей. В работах [2 - 4] предложена классификация деталей, построенная из модулей поверхностей и унифицированных технологических переходов. Сущность модульной технологии заключается в классификации деталей сначала по служебному, а затем по конструкторскому и геометрическому признакам, и последующем выделении модулей поверхностей, предназна-

ченных для совместного выполнения той или иной служебной функции. Основными недостатками при классификации по данной методике являются длительность и неоднозначность классификации.

В работах [5 - 8] предложен подход, при котором методики группирования деталей разделены на три группы.

1. Методика с построением классификационных рядов (или преобразованием и-мерного пространства признаков в одномерное). Предложено использовать определенный набор признаков для группирования. Для каждого вида изделий признаки будут отличны.

2. Методика без выявления подмножеств с наивысшей плотностью расположения деталей в и-мерном пространстве. Эта методика может быть эффективно реализована только с помощью ЭВМ. Детали рассматриваются в и-мерном пространстве, и близкие детали компонуются в группу обычно быстрее, чем детали, отстоящие в этом признаковом пространстве на большом расстоянии. Все данные, необходимые для группирования, хранятся в БД. В этом случае предполагается формирование запроса к ИПС на группирование.

3. Методика с установлением подмножества с наивысшей плотностью. Согласно этой методике в и-мерном пространстве предварительно выделяются подмножества деталей с высокой плотностью. Опираясь на эти подмножества, автоматически или в режиме диалога можно окончательно провести группирование деталей по заранее заданным критериям.

Наиболее перспективным является совместное использование второй и третьей методик группирования. По второй методике можно разделить всю исходную номенклатуру делят на крупные классы подобных деталей, а для разделения каждого из них применить третью методику. Но для данного подхода к получению групп деталей не раскрыто, какими критериями руководствуются авторы при составлении групп. Фактически предполагается, что все признаки занесены в соответствующую БД, но на ранних этапах проектирования ТК такая БД в большинстве случаев отсутствует. Также степень подобия отбираемых в группу деталей определяется субъективно, т.е. всецело на основе опыта и знаний проектировщиком условий производства; вследствие этого результаты группирования одних и тех же деталей разными проектировщиками будут существенно различаться между собой. Также для последовательного отбора групп при большом массиве деталей требуются значительные затраты времени.

В работе [9] предложено классифицировать детали с технологической точки зрения. Данный классификатор включает в себя 65 полей-признаков и был специально сформирован для АСУ ТПП. При таком количестве признаков классификатор является избыточным для задач принятия решений при проектировании ТК, а практическое его применение затруднительно.

В зависимости от поставленных задач детали предложено классифицировать по конструктивным признакам [10]; по типу поверхностей (для задач нанесения покрытий классификатор содержит всего лишь 3 признака) [11]; по количеству потребных переналадок для инструментов при известных ТП изготовления деталей [12]; по потребным атрибутам (61 шт.) [13]; по сложности деталей (критерии: число одноименных отверстий, наличие криволинейных поверхностей, точных по размерам соосных отверстий) [14, 15]; по комплексному аддитивному критерию [16]; по возможности обработки деталей с одного установа или минимального количества установов [17]; по конструктивным элементам детали, которые будут подвержены обработке [18].

Наиболее распространенными являются классификаторы ОК 012-93 «Классификатор ЕСКД. Введение» и Технологический классификатор деталей - ОК 021-95 «Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения (ТКД)». Использование классификатора ЕСКД позволяет отнести детали к определенной конструкторской группе деталей (рис. 1) [19].

XX X X X X -I Т I I I Класс ! : ! ! !

Подкласс Группе

Подгруппа

Зил

Рис. 1. Структура изделия по классификатору ЕСКД

Такая классификация относит детали по классификационным характеристикам к определенной группе, но в разные группы будут попадать детали со схожими технологическими признаками. Поэтому продолжением и дополнением классов деталей Классификатора ЕСКД являются технологические классификаторы деталей и операций машиностроения и приборостроения.

Совместное применение Классификатора ЕСКД и Технологического классификатора деталей (ТКД) создает предпосылки для решения задачи анализа номенклатуры деталей по их конструкторско-технологическим признакам.

Технологический классификатор деталей (ТКД) предлагает осуществлять покодирование деталей по 14 классификационным признакам (рис. 2) [20].

Код классификационных группировок признаков, характеризующих вид

Рис. 2. Структура классификационного кода по ТКД

Структура и длина кодового обозначения, составленного из кодов классификационных группировок основных технологических признаков, представлены на рис. 3.

12 3 4 5 £

X 'X "X X' X X

Размерная характеристика

группа материала

ид детали по технологииескому методу изготовления

Рис. 1. Код классификационных группировок основных технологических

признаков

Вторая часть классификационного кода характеризует деталь по технологическому методу изготовления (признак 6).

При анализе ТКД как наиболее распространённого классификатора выявлены следующие недостатки.

1. Классификатор является избыточным для задач принятия решений на ранних этапах проектирования ТК (использование 14 признаков плюс наличие кода детали по классификатору ЕСКД - дополнительно 6 признаков).

2. Часть информации, которая подлежит кодировке (к примеру, тип заготовки), может не быть известна на этапе проектирования ТК.

3. Значения признаков для различных кодов классификационных группировок отличаются, и сделать вывод о вхождении в группы деталей из различных разделов ТКД затруднительно.

4. При кодировании однозначно буквенно-цифровым кодом абсолютных числовых значений характеристик деталей (например, размерная характеристика) затруднено восприятие информации по коду, так как значения размерных характеристик для различных групп отличаются.

103

Данные недостатки присущи и другим классификаторам, рассмотренным выше.

Таким образом, для повышения эффективности принятий решений на ранних этапах проектирования ТК актуальной является задача создания специального классификатора деталей. С точки зрения формирования групп деталей разрабатываемый классификатор должен отвечать следующим требованиям:

1) классифицированные в одну группу детали должны обладать общими технологическими и конструктивными признаками;

2) сформированные группы из деталей одного класса должны обладать схожестью с точки зрения типа и типоразмера оборудования, на котором они будут изготавливаться;

3) иметь простоту классификации - все параметры для классификации объекта должны быть получены из чертежа детали без использования или с минимальным использованием справочной и нормативно-технической литературы (таблиц квалитетов и шероховатостей);

4) количество признаков классификации должно быть не более 5, поскольку большее количество признаков приведет к усложнению кода, увеличению времени кодирования и завышенному количеству получаемых вариантов.

Как видно из перечисленных свойств классификатора, основным требованием является схожесть по технологии изготовления, но при этом сами технологии изготовления деталей не обязательно должны быть типовыми, групповыми или идентичными. Необходима общность в технологии по характерным технологическим методам обработки и характеристикам точности. Фактически это означает схожесть применяемого технологического оборудования.

Авторами предложено формировать макрогруппы деталей при помощи специально разработанного классификатора, который схож с ТКД, но содержит меньше полей информации. Структура предложенного классификатора приведена в таблице. Используя данный классификатор, можно сформировать в первом приближении группы деталей, схожих по конструктивно-технологическим признакам.

Структура предложенного классификатора деталей

№ поля Элемент данных Тип элемента

1 ТИП ДЕТАЛИ Символьный

2 ГАБАРИТНАЯ ГРУППА Числовое данное целого типа

3 ГРУППА МАТЕРИАЛА Числовое данное целого типа

4 ГРУППА ТОЧНОСТИ Числовое данное целого типа

5 ГРУППА ШЕРОХОВАТОСТИ Числовое данное целого типа

Предложенный классификатор обладает достаточной чувствительностью при классификации деталей и может быть использован при формировании в первом приближении программ выпуска проектируемых ТК на уровне участков. При этом количество критериев является достаточным для идентификации детали на ранних этапах проектирования с точки зрения схожести конструкторских и технологических признаков и минимально имеющейся информации, а также для принятия решений о необходимых типах основного технологического оборудования. Еще одним преимуществом предложенного классификатора является возможность получения всей необходимой для него информации на ранних этапах проектирования ТК.

Список литературы

1. Волчкевич И. Л. Проблема рационального использования станков с ЧПУ в отечественной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 5. Ч. 3. С. 48-53.

2. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001. 368 с.

3. Базров Б.М. Организация проектирования модульных технологических процессов изготовления деталей // Вестник машиностроения. 1995. №5. С.23-28.

4. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 2005. 736 с.

5. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства: в 2 т. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1983. 403 с.

6. Митрофанов С.П. Научная организация машиностроительного производства. 2-е изд., доп. и перераб. Л.: Машиностроение, 1976. 712 с.

7. Митрофанов С.П. Организационно-технологическое проектирование гибких производственных систем. Л: Машиностроение, 1986. 294 с.

8. Технологическая подготовка гибких производственных систем. / С.П. Митрофанов, Д.Д. Куликов, О.Н. Миляев, Б.С. Падун; под общ. ред. С.П. Митрофанова. Л: Машиностроение. 1987. 352 с.

9. Гаранский Г.К., Бендерева Э.И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М.: Машиностроение, 1981. 456 с.

10. Автоматизация технологической подготовки заготовительного производства / Г.П. Гырдымов, Л.И. Зильбербург, И. Д. Савченко, В.Н. Ша-лыгин; Под общ. ред. Г.П. Гырдымова. Л.: Машиностроение, 1990. 349 с.

11. Дудников И. А. Классификация деталей для управления качеством их поверхностного слоя // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2011. № 7(53). Т. 5. С.10-13.

12. Козлов Г. А., Лосева Т.Г. Особенности формирования технологических групп деталей для их совместной обработки на токарных станках с ЧПУ // Гибкие ТП и системы: межвузовский науч. сб. Саратов, 1989. С. 4-8.

13. Колсанова Ф.А. Автоматизация технологической подготовки авиационного производства: учеб. пособие: в 2 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. Ч. 2. Проектирование технологических процессов изготовления изделий. 57 с.

14. Маталин А.А., Френкель Б.И., Панов Ф.С. Проектирование технологических процессов обработки деталей на станках с числовым программным управлением. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1977. 240 с.

15. Уралов В.И., Юзефпольский Я. А. Технологическая подготовка многооперационных станков. М.: Машиностроение, 1985. 88 с.

16. Лобуз В.В. Формирование технологически ориентированных структур оборудования в пространстве цеха: дис. ... канд. техн. наук. М., 2008. 170 с.

17. Сафраган Р.Э., Полонский А.Э., Таурит Г.Э. Эксплуатация станков с программным управлением. Киев: Техника, 1974. 308 с.

18. Kaya N., Ozturk F. Algorithms for grouping machining operations and planning workpiece location under dynamic machining conditions // International Journal of Production Research: TAYLOR & FRANCI. 2001. Vol. 39. No. 15. P. 3329-3351.

19. Классификатор ЕСКД: Утв. Гос. ком. СССР по стандартам 06.09.79 / Гос. ком. СССР по стандартам. Класс 71. Детали - тела вращения типа колец, дисков, шкивов, блоков, стержней, втулок, стаканов, колонок, валов, осей, штоков, шпинделей и др. М.: Изд-во стандартов, 1986. 106 с.

20. Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения. М.: Изд-во стандартов, 1987. 255 с.

Волчкевич Илья Леонидович, д-р техн. наук, доц., проф., vil@,bmstu.ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,

Галий Валентин Владимирович, ассист., galiy. valentin@,gmail. com, Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

ON THE PROBLEM OF PARTS CLASSIFICATION IN THE EARLY STAGES OF TECHNOLOGICAL COMPLEXES DESIGN

I.L. Volchkevich, V.V. Galiy

The actuality of the parts classification problem for the versatile manufacturing technological complexes design process is shown. The basis of the proposed classification is the constructional and technological similarity of parts, which is sufficient for decision-making process on the early stages of technological complexes design.

Key words: machine-building production, technological complex, CNC machines, selection of equipment, production program, classification ofparts.

Volchkevich Ilya Leonidovich, doctor of technical sciences, docent, professor, vil@ hmstu.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University,

Galiy Valentin Vladimirovich, assistant, galiy. valentin@gmail. com, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University

УДК 62-13:001

ОЦЕНКА ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ СТАЦИОНАРНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РОТОРНЫХ МАШИН

Е.А. Ядыкин, Е.В. Давыдова

Рассматривается один из подходов к оценке перемежающихся отказов САЗ технологических роторных машин штучными предметами обработки и к выбору рациональной стратегии обслуживания САЗ, обеспечивающей наибольшую производительность системы.

Ключевые слова: технологическая роторная машина, система автоматической загрузки, штучный предмет обработки, производительность.

В ряде отраслей пищевой промышленности, машино- и приборостроения, производящих штучную продукцию массового выпуска, основой комплексной автоматизации производства, обеспечивающей рост производительности труда, стали автоматизированные технологические системы (ТС), создаваемые на базе технологических роторных машин (РМ) [1-4].

Особенностью ТС, создаваемых на базе РМ, является то, что они представляют собой жесткосинхронизированную совокупность технологических, контрольных и транспортных роторов, расположенных в соответствии с технологической последовательностью обработки предметов на общей станине и объединённых системами привода и управления. В каждой позиции технологического, контрольного и транспортного роторов находятся соответственно инструментальные блоки, контрольные блоки и транспортные клещи. Каждый из инструментальных и контрольных блоков представляет собой автономную систему вида «приспособление - инструмент - предмет обработки». Инструментальные, контрольные блоки и транспортные клещи образуют многоканальную часть ТС.

Общий поток предметов обработки в многоканальной части ТС, создаваемой на базе РМ, разделяется на постоянное число технологических маршрутов. Под маршрутами понимают установленные пути движе-

107