КОНСТРУКТИВНА СКЛАДНІСТЬ ЯК ЗАХОДА ТЕХНОЛОГІЧНОСТІ ВИРОБІВ У МАШИНОБУДУВАННІ
На сучасних машинобудівних підприємствах одним із засобів підвищення ефективності робіт є раціональна організація процесів конструкторсько-технологічної підготовки виробництва. Однією з основних проблем у досягненні цієї мети є необхідність оперативної оцінки технологічності виробу. У випадках одиничного та дрібносерійного виробництва це становить труднощі, оскільки оцінку потрібно виконувати при відносно невеликому обсязі наявної інформації про проектований виріб.
Одним з методів визначення технологічності деталі, що дозволяє вирішити це завдання, є метод, заснований на показнику конструктивно-технологічної складності деталі. Методологія формування конструктивно-технологічної складності деталі досить коректно встановлює відносини між конструктивними елементами, способами їх виготовлення та трудомісткістю процесів обробки. Єдиний підхід до формування складності виготовлення різноманітних конструктивно-технологічних елементів деталей дозволяє здійснити підхід із єдиних системних позицій до створення автоматизованої системи прогнозного нормування та планування, яка функціонувала б у середовищі виробничих систем багатономенклатурного машинобудівного виробництва [1].
Конструктивно-технологічна складність (КТЗ) виробів є відносною характеристикою їх складу та структурного виконання. Вона визначає конструктивні додаткові ознаки та відповідні вимоги щодо забезпечення технологічної раціональності конструкції виробу [2]. КТС вироби істотно впливає на інтенсивність наростання інформації про об'єкт, що розробляється. Ця інформація необхідна в процесі послідовного переходу до нових стадій розробки до освоєння виробу у виробництвіта експлуатації. Від повноти інформації залежить термін технологічної підготовки виробництва. Складність конструкції зумовлює умови комплектації виробів, організацію та витрати праці у процесах виготовлення, технічного обслуговування та ремонту.
Показник конструктивно-технологічної складності служить визначення складності, відповідно і технологічності, деталі з погляду її геометричної конструкції, наявності і складності конструктивно-технологічних елементів, і навіть загальної складності виготовлення, але у загальному вигляді, тобто. без урахування того, які саме моделі обладнання застосовуватимуться.
Серед існуючих методів оцінки конструктивно-технологічної складності виробу найбільш відомим є метод, запропонований Ю.С. Шаріним [3]. Він полягає у рекурсивній ієрархічній декомпозиції
деталі або складальної одиниці на окремі елементи, які називаються конструктивно-технологічними елементами (КТЕ). Елементи поділяються на породжені та породжені. При цьому кожному з базових КТЕ зіставляється певне значення складності виготовлення певним технологічним способом. Складність базових елементів визначається методами математичної статистики на основі досвідчених даних (трудомісткість виготовлення), перетворенням або усередненням наявних табличних даних (технологічних норм часу, трудовитрат), методами теорії ймовірностей або методами експертних оцінок. Попередньо формується безліч базових КТЕ, кожен з яких характеризується типом утворюючої поверхні, геометричною формою, геометричними параметрами (площа, довжина, діаметр, крок тощо) та способом технологічного виготовлення цього елемента [3].
Головним недоліком даного методу є необхідність залучення статистичної інформації щодоаналогічним деталям, тобто. з деталей схожої конструкції з відповідним набором конструктивно-технологічних елементів. Іншими словами, для визначення складності нової деталі необхідно мати відомості про складність аналогічних виробів. У разі мелкосерийного і одиничного виробництва це нерозв'язним завданням, т.к. вироби випускаються вперше, і потрібна інформація відсутня.
Розв'язанням даного завдання є розробка такої методики оцінки конструктивно-технологічної складності, яка не вимагала б інформації про аналогічні деталі та дозволяла б оцінити КТС за моделлю «з нуля». Для цього складність будь-якого конструктивного елемента повинна оцінюватися, виходячи з геометричних, конструкторських і технологічних параметрів, а не виходячи з його схожості на інші елементи.
Аналіз сучасних систем тривимірного моделювання показує, що 3D-модель виробу може забезпечуватися всією необхідною конструкторсько-технологічною інформацією, що дозволяє повністю відмовитися від використання традиційних носіїв інформації та двовимірної конструкторської документації. Також наявність тривимірної моделі дозволяє розробити методику оцінки складності та реалізувати її у вигляді автоматизованого програмного модуля.
В даний час існують два основні методи тривимірного моделювання: моделювання з деревом побудови та пряме моделювання. Перший метод має справу з твердотілим поданням моделі, другий – з поверхневим. Розроблена методика оцінки конструктивно-технологічної складності включає два підходи, орієнтовані виконання об'єктивного аналізу моделі вироби, створеної відповідним методом.
В обох випадках аналізуються параметри, закладені у 3D-модель. Очевидно, що якісні параметри(наприклад, форма поверхні) в оцінці складності враховуються як коефіцієнтів чи простих функціональних залежностей. Кількісні ж параметри (наприклад, розміри виробу) не можуть враховуватися безпосередньо (тобто не можуть підставлятися в розрахункову формулу складності) через різноманіття сфер виробництва, кожна з яких має свої технологічні особливості. У цьому випадку застосовується метод розподілу діапазону можливих значень параметра на інтервали, кожному з яких ставиться у відповідність певний коефіцієнт. Цей підхід використовується і в оцінці складності складальних процесів.
При поопераційному підході кожен конструктивний елемент утворюється внаслідок застосування однієї з формотворчих операцій до деякого ескізу. Для оцінки складності чергового елемента необхідно попередньо визначити складність його ескізу, що утворює, і складність застосованої операції:
Cеск = åCi , Cопер = j(тип операції, параметри) , CКЕ = f (Cопер , Cеск ) ,
де Cеск - складність ескізу, що лежить в основі формотворчої операції, Ci - складність i-го елемента ескізу,
Cопер – складність операції, CКЕ – складність конструктивного елемента, утвореного операцією.
Дані дії робляться для всіх конструктивних елементів, інформація про які береться з дерева побудови моделі. Складність деталі визначається сумою складнощів її елементів.
Поелементний метод для оцінки конструктивної складності розглядає деталь як безліч поверхонь (гранів), кожна з яких характеризується ступенем кривизни, кількістю суміжних поверхонь, наявністю допусків та необхідної шорсткості. Для визначення складності окремої поверхні вводиться функція оцінки від вищевказаних параметрів. Зміна ступеня впливу тих чиінших параметрів граней тіла на складність досягається за рахунок введення вагових коефіцієнтів та показників ступенів:
де Cur – кривизна i-ої поверхні, f1 – оцінна функція кривизни, N – кількість суміжних поверхонь, Tdim – кількість розмірних допусків, Tgeom – кількість геометричних допусків, R – наявність вимоги до шорсткості поверхні, w1…w5 – вагові коефіцієнти .
Складність усієї деталі при цьому розраховується як середнє значення складнощів її складових.
конструктивні елементи. Цей спосіб простіший у реалізації, ніж поопераційний, т.к. застосовується узагальнений спосіб аналізу електронної моделі, проте отримане значення більшою мірою відображає геометричну складність підсумкової конструкції, ніж конструктивну складність деталі з точки зору трудомісткості її виготовлення та конструкторських витрат при розробці.
Відповідно до розробленої методики оцінки конструктивно-технологічної складності розроблено прикладну бібліотеку, яка виконує аналіз розширеної тривимірної моделі виробу. Розроблено план впровадження системи на виробництві, а також проведено серію випробувань на виробничих даних. За підсумками випробувань та математичної обробки результатів отримано висновок про середню кореляцію конструктивної складності та трудомісткості, що свідчить про адекватність методики щодо оцінки технологічності, а також можливості використання системи у виробництві з метою підвищення ефективності процесів конструкторсько-технологічної підготовки.
1. Коршунов А.І. Створення автоматизованої системи управління машинобудівними виробництвами з урахуванням теорії конструктивно-технологічної складності. ІжДТУ, 2008, 351 с.
2. Мурашкін С.Л., Жуков Е.Л., Козар І.І. Технологія машинобудування. Книжка 1Основи технології машинобудування. М: Вища школа, 2003, 278 с.
3. Теорія складності: монографія. Шарін Ю.С., Якимович Б.А., Толмачов В.Г., Коршунов А.І. ІжДТУ, 1999, 132 с.