Камышин, Волгоградская область, Россия
УДК 621.9 Обработка резанием (снятием стружки).Резка (разделительные операции без образования стружки).Дробление и измельчение.Обработка листового материала.Изготовление резьбы и т.д. Способы (технология), инструменты, машины и приспособления
Представлены методические принципы создания обобщенного подхода к структурированной унификации информационного обеспечения технологической подготовки механообрабатывающих производств. Актуальность решения задачи формирования баз данных для создания систем автоматизируемого проектирования в условиях динамичной и неопределенной среды многономенклатурных производств является объективным обстоятельством. На всех стадиях разработки технологического процесса (ТП) требуется не только тщательный анализ большого количества нормативных и справочных материалов, но и глубокое понимание возможностей и текущего состояния оборудования, инструментов и оснастки, а также особенностей функционирования конкретной производственной системы, для которой создаётся технологический процесс. Необходимо располагать актуальными и точными сведениями о состоянии технологического оборудования. В результате проведённых исследований разработана система классификации и группировки информации, как основа для разработки универсальных методов сбора и обработки данных, которые можно использовать для автоматического заполнения и корректировки баз данных, унифицированных для различных производственных процессов. Разработанные графические модели более точно отображают объекты технологической системы, позволяют мониторить их состояние и интегрируют современные методы визуализации и анализа данных для эффективного решения задач функционирования высокотехнологичных машиностроительных комплексов. Приведено описание логической последовательности выполненных исследований и представлены фрагменты результатов формализации данных о конструкторско-технологических характеристиках деталей, технологических возможностях станков и оснастки, а также связях между информационными материалами в процессе выполнения проектных процедур. Структурирование информационной базы, обеспечивает выполнение всех этапов технологической подготовки механообрабатывающих производств и позволила обосновать предложения по разработке нормативно-методических материалов ее создания, наполнению и поддержке.
машиностроительные производства, технологическая подготовка производства, информационное обеспечение, базы данных, системы автоматизированного проектирования
Введение
Создание технологических процессов (ТП) для механической обработки − это наиболее сложная часть организации производства в машиностроении. Разработка рациональных технологических процессов является ключевым фактором, обеспечивающим повышение эффективности всего производственного цикла в механообрабатывающих отраслях промышленности. Обеспечивает достижение за счет оптимизации временных и материальных ресурсов снижение себестоимости продукции и повышению конкурентоспособности предприятия. В условиях динамически изменяющейся производственной среды, характеризующейся высокой степенью неопределенности и вариативности параметров, реализация данной задачи невозможна без внедрения систем автоматизированного проектирования. Эти системы должны обладать способностью к адаптации производственной системы к новым производственным условиям и объектам производства, обеспечивая тем самым гибкость и устойчивость технологического процесса
[1 − 3].
Принятие решений на всех этапах разработки ТП требует не только анализа большого объёма нормативно-справочной информации, но и знания о возможностях и состоянии оборудования, средств технологического оснащения, а также о принципах и особенностях работы конкретной производственной системы, для которой создаётся ТП.
Для обеспечения максимальной эффективности производственного процесса на механообрабатывающих предприятиях и гарантированного изготовления деталей, соответствующих заданным техническим требованиям, необходимо обладать актуальными и достоверными данными о состоянии технологического оборудования [4, 5]. Оперативное получение информации о текущем состоянии оборудования позволяет своевременно выявлять потенциальные неисправности, прогнозировать возможные отклонения в работе и принимать превентивные меры для предотвращения простоев и повышения общей производительности. Таким образом, интеграция систем мониторинга и анализа состояния оборудования в производственные процессы становится ключевым элементом стратегии управления качеством продукции на механообрабатывающих предприятиях.
Материалы и методы
В связи с тем, что каждое производственное предприятие обладает уникальными характеристиками, определяемыми производственными планами, состоянием оборудования и инструментальной базы, квалификацией персонала, подходами к организации технологического процесса, можно констатировать, что в настоящее время не существует единых методических принципов и системного характера выполнения проектирования [6]. В современных условиях успешная технологическая подготовка зависит исключительно от уровня квалификации и опыта инженерного персонала, который обладают необходимыми знаниями для работы на конкретном производстве. Субъективизм, проявляющийся в процессе принятия проектных решений, отсутствие возможности интеграции и систематизации всей релевантной информации для определения оптимальных технологических процессов, а также острая нехватка квалифицированных специалистов в данной области, приводят к увеличению временных затрат на разработку технологических процессов и снижению технико-экономических показателей функционирования предприятий машиностроительного комплекса.
Единственный выход из сложившегося положения − это формализация и алгоритмизация всех проектных процедур на этапах технологической подготовки, которые должны быть связаны не только между собой, но и с этапами реализации технологического процесса в реальных производственных условиях.
В качестве подхода к решению данной проблемы предложены принципы и методические решения создания системы автоматизированного планирования технологических процессов (САПЛ-ТП) [7, 8], которые позволяет реализовать концепцию параллельного многовариантного проектирования ТП в автоматизированном режиме, учитывая реальные производственные условия. Проведение данных исследований включает создание и обоснование баз данных, определение их структуры, полноты, точности и правил обновления информационных массивов, реализующих в полной мере информационное сопровождение технологической подготовки производства. Структурная схема (рис. 1), служит основой для создания и оптимизации технологических процессов, позволяет систематизировать информацию о взаимосвязях между различными параметрами проектирования и реализации ТП, что является ключевым элементом для выработки эффективных и устойчивых технологических решений.
Проведённые исследования позволили структурировать информационное обеспечения технологической подготовки на основе объективной их классификации и группирования с привлечением аппарата кластерного анализа применительно ко всему набору проектных процедур. Они создали условия для разработки универсальных методов сбора и обработки данных, которые можно использовать для автоматического заполнения и корректировки баз, унифицированных для различных производств.
Разработанные методические принципы структурной унификации информационного обеспечения технологической подготовки механообрабатывающих производств включают описание сложной задачи, требующей глубокого анализа и систематизации между различными факторами взаимодействия параметров обрабатываемых деталей с конструктивными особенностями оборудования и технологической оснастки. Для цельного представления общего логического порядка выполненных исследований и наглядной ясности в статье продемонстрированы фрагментальные элементы результатов по формализации данных о конструкторско-технологических характеристиках деталей, технологических возможностях станков и оснастки, взаимосвязей информационных материалов при реализации проектных процедур. Созданная структурированнная информационная база, обеспечивающая выполнение всего комплекса проектных процедур технологической подготовки механообрабатывающих производств, позволила обосновать предложения по организации создания нормативно-методических материалов ее наполнению и поддержки.
В статье [9] представлен методологический подход к формированию и структурированию данных о конструкторско-технологических характеристиках деталей в процессе технологической подготовки механообрабатывающих производств, отличающийся от существующих тем, что учитывает дополнительные сведения, которые не всегда явно присутствуют в конструкторской документации. В рамках предложенной методологии особое внимание уделяется анализу и интеграции информации, которая может быть скрыта в неявных аспектах конструкторских источников, что включает в себя детализированные требования к материалам, условиям эксплуатации, а также специфические параметры обработки, которые могут существенно влиять на технологический процесс. Ключевым аспектом данной методологии является разработка комплексной системы управления данными, которая позволяет эффективно обрабатывать и структурировать информацию на всех этапах технологической подготовки. Предложенный методологический подход представляет собой инновационное решение, которое позволяет учитывать весь спектр конструкторско-технологических факторов, влияющих на эффективность механообрабатывающих производств.
Создание базы данных обрабатываемых деталей реализуется посредством графовых структур (рис. 2), что открывает доступ к обширному перечню математических инструментов для построения формализованных моделей.
Данный подход обеспечивает высокую степень гибкости и возможность плавной интеграции этих моделей в уже существующие системы автоматизированного проектирования, комплексный и формализованный учет взаимосвязей и взаимозависимостей между значениями отдельных геометрических размеров и характеристик деталей. Включение дополнительных данных в процесс способствует более эффективной автоматизации и точности информационных потоков, а также улучшению качества технологической подготовки производства и интеллектуализации проектирования.
Очевидна необходимость в столь же подробном описании для обрабатывающих станков и технологической оснастки, что позволит на основе сопоставления имеющихся производственных возможностей каждой единицы оборудования с характеристиками деталей (заготовок) осуществлять необходимые проектные процедуры по разработке технологических процессов. Данное описание представляет собой много аспектную задачу, требующую установления взаимосвязей между отдельными параметрами и характеристиками обрабатываемой детали и технического сопровождения изготовления. Оно является необходимым условием для корректного сопоставления реальных технологических параметров каждого станка с производственным заданием, что в свою очередь, представляется критически важным фактором при разработке технологических процессов.
В статье [10] представлено описание структурной схемы этих взаимосвязей. Схема построена с учетом требований полноты информации для планирования многономенклатурных технологических процессов на стадиях разработки маршрутной и операционной технологии. Информационные связи включают анализ: влияния технологического способа на качество поверхности в рамках перехода; предельных размеров и качественных характеристик базовых поверхностей детали и их взаимного расположения в системе координат оборудования для выбранной оснастки; диапазона рабочей зоны обработки, учитывающей параметры поверхностей детали и оснастки.
Последовательность формирования графа, содержащего перечисленные данные, представляет собой структурированное отображение комплексной информации, необходимой для принятия обоснованных решений о возможности выполнения конкретного вида обработки определенной поверхности с учетом технологических и производственных факторов. Структура и описание графа однородны представлению данных об обрабатываемых деталях, что подчеркивает его интеграцию в методологию системы планирования многономенклатурных технологических процессов, что обеспечивает гибкость и адаптивность планирования, учитывая разнообразие производственных задач и условий. Граф выступает как ключевой инструмент в процессе генерации вариантов технологических процессов, его использование позволяет отражать реальное многообразие условий, влияющих на процесс обработки, и принимать решения, соответствующие современным требованиям к качеству и производительности.
Разработанные схемы графических моделей информационного описания характеристик деталей (заготовок), технологических возможностей оборудования и оснастки позволяют наглядно подтвердить возможность формирования базы данных, обеспечивающих выполнение всех подсистем системы планирования многономенклатурных процессов с учетом особенностей конкретного производства и складывающейся производственной ситуации.
Выбор метода и формы применения данных зависит от логической сложности и содержательной сущности при построении математической модели выполнения проектных процедур. В качестве иллюстрационного примера рассмотрим этап проектирования технологических операций, который включает в себя комплексную оценку целесообразности и выбора использования конкретного станочного оборудования и установочных приспособлений. Разработанная математическая модель процесса, представленная на рис. 3 и в табл. 1 − 3, опирается на методологию информационного обеспечения и использует аппарат конечных автоматов, относящихся к классу F-автоматов второго рода, а именно автоматов Мура.
В процессе использования модели возникает возможность детального анализа функционирования подсистемы в различных состояниях, что позволяет провести комплексную оценку не только уровня разработанных математических и программных инструментов технологического обеспечения при планировании ТП, но и выявить критические аспекты в контексте надежности, организационной подготовки и управления всей производственной системы. Такой подход способствует повышению эффективности и устойчивости производственных процессов, а также оптимизации ресурсов и минимизации рисков.
При проектировании моделей графического отображения системы информационного обеспечения технологической подготовки производства была поставлена амбициозная задача: существенно снизить трудоемкость и сложность процесса формирования баз данных на производственных предприятиях, а также обеспечить максимальную унификацию на отраслевом уровне. Данная цель предполагает разработку комплексного подхода, позволяющего выполнить на базе созданного вышеописанного методического обеспечения оптимизацию пользовательского интерфейса, стандартизацию форматов данных и интеграцию с существующими информационными системами, включающего три этапа выполнения работ по созданию нормативно-справочных материалов.
На первом этапе − создание структур взаимосвязей между базовыми и обрабатываемыми поверхностями, с учетом многообразия технологического оборудования и стандартного оснащения, является задачей, которая может быть эффективно решена на отраслевом уровне. В рамках данной проблематики, интеграция используемого в механообрабатывающем производстве типового оборудования и стандартной оснастки требует тщательного анализа и группирования процессов, что позволяет заложить при принятии проектных решений высокую точность и качество обработки. Таким образом, разработка и внедрение унифицированных подходов к созданию этих структур становятся ключевыми факторами для достижения поставленных целей в области технологического проектирования и производства.
На следующем этапе – выявление и систематизация характеристик метрологических параметров исследуемых связей, отражающих требования к базовым поверхностям, а также диапазоны значений базовых и обрабатываемых поверхностей. Установление и обоснование универсальности данных характеристик могут быть сформулированы производителями станков в виде методических технологических рекомендаций или обобщены на отраслевом уровне. Заинтересованность производителей в составлении рекомендаций заключается в потенциальном расширении клиентов за счет снижения затрат на внедрение и использование оборудования в части представления дополнительного блока технологического сопровождения.
Таким образом, на долю технологических служб предприятий возлагается задача только третьего этапа − определения параметров взаимосвязи между поверхностью заготовки и обработанной поверхностью для различных технологических переходов. Это включает в себя непосредственную настройку параметров с учетом реального состояния элементов технологического комплекса и подходов к организации производства. Важно отметить, что даже этот этап может быть успешно выполнен без привлечения высококвалифицированных специалистов, при возможности использования нормативных, справочных и статистических данных.
Результаты и обсуждение
При использовании систем автоматизированного проектирования для выполнения отдельных технологических проектных процедур, пользователи, основываясь на своих субъективных знаниях и опыте, формируют ориентированные на специфические особенности объектов производства информационные базы данных. Это приводит к ряду проблем, таких как недостоверность, избыточность и противоречивость, что негативно сказывается на качестве технологической подготовки и управлении реализацией производственных процессов. Причинами этого является нехватка исходных данных, которые можно получать в формализованном виде из конструкторской и нормативно-технологической документации без участия инженера, и дополнительных сведений на основе выполнения логических преобразований.
Выводы
В результате выполненных исследований создана структурированная информационная поддержка, обеспечивающая выполнение всего комплекса проектных процедур технологической подготовки механообрабатывающих производств. Полученные решения расширяют методологическую базу для проведения детального анализа установочных, операционных и межоперационных взаимосвязей в разрабатываемых технологических процессах, что, в свою очередь, способствует повышению уровня автоматизации проектных процедур. Разработанные графические модели, направленные на минимизацию сложности описания проектных действий, создают более точное приближение к традиционному представлению данных о технологическом оборудовании, сокращая потенциальные ошибки. Это позволяет в реальном времени учитывать состояние производственных мощностей механообрабатывающего производства и эффективно решать современные задачи по функционированию высокотехнологичных машиностроительных комплексов.
1. Справочник технолога / под общей ред. А.Г. Суслова. М.: Инновационное машиностроение, 2019. 800 с.
2. Базров Б.М. Базис технологической подготовки машиностроительного производства: монография. М.: КУРС, 2023. 324 с.
3. Суслов А.Г., Федонин О.Н., Петрешин Д.И. Фундаментальные основы обеспечения и повышения качества изделий машиностроения и авиакосмической техники. Вестник Брянского государственного технического университета. 2020; 2 (87). С. 4−10.
4. Ингеманссон А.Р. Основные положения методологии технологической подготовки производства и адаптивного управления в цифровых производственных системах для механической обработки // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2021. № 1 (248). С. 15–18.
5. Chakraborty S., Chowdhury R. Graph-theoretic-approach-assisted Gaussian Process for Nonlinear Stochastic Dynamic Analysis Under Generalized Loading // Journal of Engineering Mechanics. 2019. Vol. 145. № 12.
6. Чигиринский Ю.Л., Крайнев Д.В., Фролов Е.М. Цифровизация машиностроительного производства: технологическая подготовка, производство, прослеживание // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 8 (134). С. 39–48.
7. Бочкарёв П.Ю. Системное представление планирования технологических процессов механообработки / П.Ю. Бочкарёв // Технология машиностроения. 2002. №1. С.10–14.
8. Бочкарев П.Ю. Развитие теории и принципов планирования многономенклатурных технологических процессов механообработки и сборки / П. Ю. Бочкарев // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024. № 9 (159). С. 25−32.
9. Бочкарев П.Ю. Повышение качества технологической подготовки механообрабатывающих производств на основе расширенного анализа конструктивных характеристик деталей / П. Ю. Бочкарев, Е. П. Решетникова // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2023. № 12 (150). С. 30−36.
10. Бочкарев П.Ю. Метод отображения технологических возможностей механообрабатывающего оборудования атрибутами теории графов / П. Ю. Бочкарев // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025. № 1 (163). С. 38−48.
