СТРУКТУРНАТА СЛОЖНОСТ КАТО МЯРКА ЗА ПРОИЗВОДСТВОТО НА ПРОДУКТИ В ИНЖЕНЕРНИЯТ
В съвременните машиностроителни предприятия един от начините за повишаване на ефективността на работата е рационалната организация на процесите на проектиране и технологична подготовка на производството. Един от основните проблеми при постигането на тази цел е необходимостта от бърза оценка на технологичността на продукта. В случаите на единично и дребномащабно производство това е трудно, тъй като оценката трябва да се извърши със сравнително малко количество налична информация за проектирания продукт.
Един от методите за определяне на технологичността на детайла, който позволява решаването на този проблем, е методът, основан на показателя за структурна и технологична сложност на частта. Методологията за формиране на структурната и технологичната сложност на детайла доста правилно установява връзката между структурните елементи, методите за тяхното производство и сложността на процесите на обработка. Единният подход към формирането на сложността на производството на различни конструктивни и технологични елементи на части позволява да се приложи подход от единна системна позиция към създаването на автоматизирана система за прогнозно нормиране и планиране, която да функционира в среда на производствени системи на многопродуктово машиностроително производство [1].
Конструктивно-технологичната сложност (КТС) на продуктите е относителна характеристика на техния състав и структурен дизайн. Той определя конструктивните допълнителни характеристики и съответните изисквания за осигуряване на технологичната рационалност на дизайна на продукта [2]. CTS на продукта значително влияе върху интензивността на нарастване на информацията за разработвания обект. Тази информация е необходима в процеса на последователен преход към нови етапи на развитие до разработването на продукта в производството.и операция. Времето на технологичната подготовка на производството зависи от пълнотата на информацията. Сложността на дизайна предопределя условията за комплектоване на продуктите, организацията и разходите за труд в процесите на производство, поддръжка и ремонт.
Индикаторът за конструктивна и технологична сложност служи за определяне на сложността и съответно на технологичността на детайла по отношение на геометричния му дизайн, наличието и сложността на конструктивните и технологичните елементи, както и общата сложност на изработката, но само в общ вид, т. независимо от това кои модели оборудване ще се използват.
Сред съществуващите методи за оценка на структурната и технологична сложност на продукта, най-известният метод е този, предложен от Ю.С. Шарин [3]. Състои се в рекурсивна йерархична декомпозиция
части или монтажна единица на отделни елементи, наречени конструктивни и технологични елементи (КТЕ). Елементите са разделени на генериращи и генерирани. В същото време определена стойност на сложността на производството му по определен технологичен метод се сравнява с всяка от основните когенерации. Сложността на основните елементи се определя от методите на математическата статистика въз основа на експериментални данни (интензивност на производствения труд), чрез преобразуване или осредняване на наличните таблични данни (технологични стандарти на време, разходи за труд), чрез методи на теория на вероятностите или чрез методи на експертни оценки. Предварително се формира набор от основни ТЕЦ, всеки от които се характеризира с вида на генериращата повърхност, геометричната форма, геометричните параметри (площ, дължина, диаметър, стъпка и т.н.) и метода на технологично производство на този елемент [3].
Основният недостатък на този метод е необходимостта от включване на статистическа информация заподобни части, т.е. за детайли на подобен дизайн с подходящ набор от конструктивни и технологични елементи. С други думи, за да се определи сложността на нова част, е необходимо да има информация за сложността на подобни продукти. В условията на дребносерийно и единично производство това е неразрешима задача, т.к продуктите се произвеждат за първи път и необходимата информация не е налична.
Решението на този проблем е разработването на такава методология за оценка на структурна и технологична сложност, която не би изисквала информация за подобни подробности и би позволила да се оцени CTS според модела „от нулата“. За да направите това, сложността на всеки конструктивен елемент трябва да се оценява въз основа на неговите геометрични, дизайнерски и технологични параметри, а не въз основа на сходството му с други елементи.
Анализът на съвременните системи за 3D моделиране показва, че 3D модел на продукт може да бъде снабден с цялата необходима дизайнерска и технологична информация, което прави възможно напълно да се откаже от използването на традиционни медии и двуизмерна проектна документация. Също така наличието на триизмерен модел ви позволява да разработите методология за оценка на сложността и да я приложите под формата на автоматизиран софтуерен модул.
Понастоящем има два основни метода за триизмерно моделиране: моделиране със строително дърво и директно моделиране. Първият метод се занимава с плътното представяне на модела, вторият с повърхностното. Разработеният метод за оценка на конструктивната и технологичната сложност включва два подхода, насочени към извършване на обективен анализ на модела на продукта, създаден по съответния метод.
И в двата случая се анализират параметрите, заложени в 3D модела. Очевидно параметрите за качество(например формата на повърхността) при оценка на сложността се вземат предвид под формата на коефициенти или прости функционални зависимости. Количествените параметри (например размерите на продукта) не могат да бъдат взети под внимание директно (т.е. не могат да бъдат заменени във формулата за изчисляване на сложността) поради разнообразието от производствени области, всяка от които има свои собствени технологични характеристики. В този случай се прилага методът за разделяне на диапазона от възможни стойности на параметрите на интервали, на всеки от които се присвоява определен коефициент. Този подход се използва и при оценка на сложността на процесите на сглобяване.
С поетапния подход всеки структурен елемент се формира в резултат на прилагане на една от операциите за оформяне към определена скица. За да се оцени сложността на следващия елемент, е необходимо първо да се определи сложността на скицата, която го формира, и сложността на приложената операция:
Cesc = åCi, Coper = j(тип операция, параметри), CES = f (Coper, Cesc),
където Cesk е сложността на скицата, която е в основата на операцията по оформяне, Ci е сложността на i-тия елемент на скицата,
Медта е сложността на операцията, CKE е сложността на структурния елемент, образуван от операцията.
Тези действия се извършват за всички конструктивни елементи, информацията за които се взема от дървото на конструкцията на модела. Сложността на една част се определя от сумата от сложността на съставните й елементи.
Поелементният метод за оценка на структурната сложност разглежда детайла като набор от повърхности (лица), всяка от които се характеризира със степента на кривина, броя на съседните повърхности, наличието на допуски и необходимата грапавост. За да се определи сложността на отделна повърхност, се въвежда функция за оценка на горните параметри. Промяна на степента на влияние на тези илидруги параметри на лицето на тялото върху сложността се постига чрез въвеждане на тегловни коефициенти и експоненти:
където Cur е кривината на i-тата повърхност, f1 е функцията за оценка на кривината, N е броят на съседните повърхности, Tdim е броят на допустимите отклонения на размерите, Tgeom е броят на геометричните допустими отклонения, R е изискването за грапавост на повърхността, w1…w5 са тегловните коефициенти.
Сложността на цялата част се изчислява като средната стойност на сложността на нейните компоненти.
структурни елементи. Този метод е по-лесен за изпълнение от оперативния, т.к използва се обобщен метод за анализ на електронния модел, но получената стойност отразява геометричната сложност на крайния дизайн в по-голяма степен, отколкото структурната сложност на частта по отношение на трудоемкостта на нейното производство и разходите за проектиране по време на разработката.
В съответствие с разработената методика за оценка на конструктивна и технологична сложност е разработена приложна библиотека, която извършва анализ на разширен триизмерен модел на продукт. Разработен е план за внедряване на системата в производство и е извършена поредица от тестове върху производствени данни. Въз основа на резултатите от тестовете и математическата обработка на резултатите беше направено заключение за средната корелация на сложността на дизайна и трудоемкостта, което показва адекватността на методологията по отношение на оценката на технологичността, както и възможността за използване на системата в производството, за да се повиши ефективността на процесите на проектиране и технологична подготовка.
1. Коршунов А.И. Създаване на автоматизирана система за управление на машиностроителните отрасли на базата на теорията на конструктивната и технологична сложност. ИжГТУ, 2008, 351 с.
2. Мурашкин С.Л., Жуков Е.Л., Козар И.И. Инженерна технология. книга 1.Основи на технологията на машиностроенето. Москва: Висше училище, 2003, 278 с.
3. Теория на сложността: монография. Шарин Ю.С., Якимович Б.А., Толмачев В.Г., Коршунов А.И. ИжГТУ, 1999, 132 с.