Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
The aim of the study is to develop a functional model of an automated system for selecting a machining method and cutting tool. This system is necessary to improve the quality and speed of developing technological processes for ma-chining parts and reducing production costs while maintaining high product quality. The objective of the study is to conduct functional modelling at the initial stage of developing an automated system to determine the hierarchical structure of the developed automated system and to identify internal relationships. The study uses the methodology of structural analysis, which allows considering the system at different abstraction levels. Within the framework of the structural analysis, the authors apply the IDEF0 functional modelling technology. The novelty of the work lies in bas-ing the functional model on the allowance classification, which allows establishing the relationship between the pa-rameters of the allowance, machining methods and the cutting tool. In developing the model, the authors determine the main modules of the automated system, integration points with the enterprise’s other automated control systems, input and output data. The results of the study can be applied in developing automated systems for technological preparation of production. Further development of the work entails designing implementation algorithms for core functions and establishing databases for allowances, machining methods, and cutting tools. Conclusion states that the constructed functional model in IDEF0 notation allows identifying controlling influences and mechanisms for imple-menting the process of automatic choosing of machining methods and cutting tools. The paper displays interdepend-encies between the processes at one level, determines data flows and logic for executing the system processes.
automated system, machining methods, production engineering preparation, functional modelling
Введение
В данной работе представлена функциональная модель процесса выбора в автоматизированном режиме методов обработки (МО) и режущего инструмента (РИ) в соответствии с параметрами удаляемого припуска. Функциональное моделирование является начальным этапом разработки автоматизированных систем (АС), т.к. оно позволяет определить иерархическую структуру, выявить взаимосвязи этапов подбора МО и РИ и определить управляющие воздействия и механизмы реализации автоматизируемого процесса.
Алгоритм подбора МО и РИ основывается на формализации припуска и его классификации, которая предоставляет возможность автоматизации разработки технологического процесса (ТП), а также унификации ТП, РИ, оборудования и технологического оснащения, применяемого при производстве
Материалы, модели, эксперименты и методы
В данной работе использована методология структурного анализа. Методология основывается на применении отношения «целое-часть», что позволяет рассматривать систему на разных уровнях абстрагирования. На данном этапе анализируется не проблема, т.е. не причины ее возникновения или способы ее решения, а сама проблеморешающая система. Декомпозиция системы позволяет подробно рассмотреть, как она устроена, из чего состоит, как работает.
Методология структурного анализа использует функциональную декомпозицию. Система и ее подсистемы при этом рассматриваются как процессы, осуществляющие некоторые преобразования. Формируемое дерево процессов представляет собой модель функционального состава системы, т.к. выделение той или иной подсистемы осуществляется в соответствии с тем, какую функцию она должна выполнять, что она должна делать. То, как, каким образом, с помощью каких ресурсов подсистема выполняет свою функцию представляется в виде структурированного описания
В рамках структурного анализа широкое применение получила методология моделирования из семейства ICAM (Integrated Computer-Aided Manufacturing).
IDEF – это технология функционального моделирования, разработанная в 1981 году американским департаментом военно-воздушных сил. Она используется для описания и анализа бизнес-процессов и систем. Основными аспектами и особенностями IDEF0 являются:
- иерархическое моделирование. IDEF0 позволяет создавать иерархические модели, где каждый уровень детализации представляет собой более детальное описание процессов;
- графическое представление. Модели IDEF0 представляют собой графические диаграммы, которые показывают структуру и взаимосвязь бизнес-процессов одного уровня абстракции. Эти диаграммы состоят из блоков, представляющих функции, и стрелок, обозначающих входы, выходы, механизмы и управления;
- функциональные блоки. Каждый блок на диаграмме IDEF0 представляет собой отдельную функцию или процесс. Блоки связаны между собой стрелками, которые показывают, как информация или материалы перемещаются между функциями.
В методологии IDEF0 используются четыре группы элементов, составляющих интерфейс функциональных блоков – вход, выход, механизм и управление
В модели IDEF0 между функциональными блоками показывают необходимые для его деятельности взаимосвязи. Степень детальности их описаний возрастает при переходе от верхних уровней к нижним. Таким образом происходит декомпозиция не только подсистем, но и связей.
Основным преимуществом методологий структурного анализа является наглядность представления структуры существующей, либо проектируемой системы. Основным недостатком – отсутствие средств отражения причинно-следственных связей между проблемой и средствами ее разрешения
Результаты
Построение модели начинается с диаграммы верхнего уровня называемой контекстной диаграммой. Данная диаграмма состоит из единственного блока, отображающего систему в целом и дуги, связывающих систему с внешним окружением, а также содержит описание цели моделирования и точки зрения, с которой разрабатывается модель. Контекстная диаграмма системы выбора МО и РИ представлена на рис. 1.
Рис. 1. Контекстная диаграмма процесса разработки ТП
Fig. 1. Context diagram of the technology development process
Схема показывает, что управляющее воздействие на этап выбора метода обработки и режущего инструмента оказывают не только параметры изготавливаемых изделий, но и данные поступаемые из систем материального обеспечения и управления производством.
Проведена декомпозиция контекстной диаграммы для визуализации последовательности действий при выборе МО и РИ. Декомпозиция позволяет визуализировать принцип работы системы, опишет входы и выходы каждой функции и определит управляющие воздействия. Функциональная модель АС МО и РИ представлена на рис. 2.
Рис. 2. Функциональная модель АС МО и РИ
Fig. 2. Functional model of the automated system
Анализ функциональной модели АС МО и РИ показывает:
- существуют три основные функции АС, требующие алгоритмизации;
- точки интеграции АС с другими автоматизированными системами управления предприятия;
- входных и выходных данных для АС;
- необходимость разработки базы данных припусков, МО и РИ.
На рис. 3 – 5 представлена декомпозиция основных функций АС МО и РИ. Они представляют собой диаграммы нижнего уровня проектируемой АС
Рис. 3. Модель функции параметризации припуска
Fig. 3. Model of the allowance parameterisation function
 |
На этапе 1 на основе 3D моделей детали и заготовки определяется общий припуск на деталь. Далее, на этапе 2, общий припуск декомпозируется на множество элементов, в соответствии с разработанной классификацией припуска. На этапе 3 каждому из элементов присваивается набор параметров однозначно его определяющих.
Рис. 4. Модель функции выбора множества МО и РИ
Fig. 4. Model of the selection function
Функция выбора множества МО и РИ выполняется за 3 этапа. На первом этапе, в соответствии с присвоенным каждому элементу множеству параметров выбирается множество подходящих МО и РИ. Результатом данного этапа могут быть следующие случаи: элементу припуска подобран один МО и РИ, больше одного или нет подходящих вариантов. На втором этапе происходит отбор элементов припуска, для которых не существует подходящих МО и РИ, с последующей передачей их на третий этап. На данном этапе происходит разработка но
вых подходящих МО и РИ, ранее не включенных в заводскую базу данных
Рис. 5. Модель функции оптимизации выбора МО и РИ
Fig. 5. The model of the selection optimisation function
Функция оптимизации решает задачу по выбору МО и РИ из доступного множества вариантов, с целью формирования оптимального ТП. Под оптимальным ТП понимается процесс, при котором выбранная целевая функция принимает экстремальное значение. В качестве критерия оптимальности предполагается снижение себестоимости изготовления изделий. Для реализации данной функции на первом этапе происходит расчет стоимости каждого МО. На втором этапе происходит комплексная оценка влияния выбора конкретных МО и РИ на общую себестоимость производства. На третьем этапе на основе критериев оптимальности происходит выбор оптимального варианта.
Заключение
Полученная функциональная модель будут использована при разработке автоматизированной системы выбора методов обработки и режущего инструмента. В основе построения модели была использована взаимосвязь между параметрами припуска, методами обработки и режущим инструментом.
В модели показаны три основные функции АС: параметризация припуска, выбор допустимых МО и РИ, оптимизация выбора. Указанные функции необходимо математически формализовать для реализации алгоритма функционирования системы. В работе выполнена декомпозиция функций АС и описаны этапы их реализации. Определены точки интеграции с другими автоматизированными системами управления предприятия, входные и выходные данные необходимые для функционирования системы.
1. Yuodin D.V., Feofanov A.N. Formalizing the Allowance Removed During Cutting to Solve the Prob-lem of Automating the Technological Process Devel-opment. Automation and Modelling in Design and Management. 2024;3(25).
2. Silich V.A., Silich M.P. Theory of Systems and System Analysis. Tomsk: Publishing House of National Research Tomsk Polytechnic University; 2011.
3. IDEF0 Methodology. Standard. Russian Ver-sion. Moscow: Metatechnology; 1993.
4. Volkova V.N., Denisov A.A. Theory of Systems and System Analysis. 3rd ed. Moscow: Publishing URAIT; 2025.
