Системный подход при сокращении трудоемкости подготовительных операций для станков с ЧПУ в условиях опытного производства | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 февраля, печатный экземпляр отправим 4 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №50 (288) декабрь 2019 г.

Дата публикации: 15.12.2019

Статья просмотрена: 31 раз

Библиографическое описание:

Голубев А. А., Панов А. В. Системный подход при сокращении трудоемкости подготовительных операций для станков с ЧПУ в условиях опытного производства // Молодой ученый. — 2019. — №50. — С. 97-101. — URL https://moluch.ru/archive/288/65275/ (дата обращения: 18.02.2020).



Статья посвящена применению системного инжиниринга при оптимизации автоматизированной технологической подготовки для станков с ЧПУ в условиях опытного и единичного производства.

Ключевые слова: системный инжиниринг, станок с ЧПУ, подготовка производства, опытное производство, автоматизация.

В современном производстве большинство обрабатывающих операций выполняется на станках с ЧПУ. Применение данного типа оборудования позволяет за короткий срок получать детали сложной конфигурации с высокой постоянной точностью изготовления и чистотой поверхности. Также изготовление деталей на станки с ЧПУ минимизирует человеческий фактор, что существенно уменьшает количество брака. После первичного изготовления опытного образца последующий запуск детали в серийное производство возможен с минимальными временными и трудозатратами.

Первичное изготовление детали на станках с ЧПУ включает в себя длительный подготовительный этап, часто превышающий машинное время обработки одной детали. При единичном изготовлении в условиях опытного производства, количество нормо-часов, затраченное на технологическую подготовку для обработки на станках с ЧПУ становится значительным и требует особого внимания.

Парк обрабатывающего оборудования опытного производства более чем на 50 % состоит из станков с ЧПУ. Здесь представлены: лазерные листообрабатывающие комплексы, координатно-пробивные станки, электроэрозионные станки, токарные и фрезерные обрабатывающие центры. Большинство деталей производимых предприятием составляют корпусные изделия, панели и элементы каркасов крейтов. Для их обработки используются вертикальные фрезерные обрабатывающие центры с ЧПУ.

Особый интерес для сокращения трудоемкости подготовительных операций при изготовлении деталей на станках с ЧПУ представляет автоматизированная технологическая подготовка производства [4]. Данные системы, на сегодняшний день охватывают следующие направлениях:

– автоматизированное создание техпроцессов и управляющих программ включает себя применение интегрированных программных продуктов, позволяющих использовать персонал с низкой квалификацией (по сравнению с технологами-программистами ЧПУ) или молодых специалистов и на прямую влияет на время, затраченное на технологическую подготовку производства. Для увеличения возможностей автоматизированного создания управляющих программ на предприятии создаются инструментальная база данных и база технологической оснастки для станков с ЧПУ. В базе данных оснастки кроме геометрии учитывается применяемость приспособления для определенных моделей станков.

– визуализация и проведение верификации траектории движения обрабатывающего инструмента снижает вероятность ошибок вследствие столкновения рабочего органа станка с элементами технологической оснастки, опечаток и низкой квалификации программиста.

– автоматизированная подготовка, настройка и наладка обрабатывающего инструмента и инструментальных магазинов позволяет как сократить время наладки оборудования, так и снизить процент брака за счет срабатывания инструмента. Для данного направление необходимо создание единой базы существующего на производстве инструмента с привязками к каждому конкретному станку. Она включает себя не только наличие на складе или установку инструмента в инструментальный магазин станка, но и применяемость инструмента для обработки определенных видов материала с подбором соответствующих режимов. Наличие инструментальной база подразумевает ее использование для создания управляющих программ ЧПУ.

– применение распределенного управления станками с ЧПУ значительно упрощающего контроль и мониторинг большого парка оборудования

– автоматизация процесса контроля качества изготавливаемой продукции и обработки полученных данных. Данный процесс актуален при постоянно растущих требованиях к качеству изготавливаемых деталей, так как ручная проверка ОТК сложных деталей может занимать до трети времени обработки самой детали.

Автоматизированная технологическая подготовка производства требует глубокой проработки и комплексного подхода для внедрения на предприятии. Нужна отдельная оценка элементов концепции применительно к условиям опытного производства и работе конкретного предприятия.

Отдельно рассматривается вопрос подготовки производства для станков с ЧПУ в условиях единичного (опытного) производства [2,5].

Он затрагивает тему оперативного создания управляющих программ на рабочем месте оператора станка. К плюсам данного способа в первую очередь относится оперативность подготовки УП. Также положительным моментом является надежность разработанной УП применительно к данному станку и отсутствие затрат на дополнительное рабочее место программного обеспечения и заработную плату технолога-программиста. Но данный способ имеет свои недостатки. К основным минусам можно отнести ограничение по сложности обрабатываемых контуров, отсутствие единого архива созданных УП, что при повторном заказе требует повторное создание УП и невозможность применения для расчетов 3D-модели (в основном используются плоские 2D эскизы).

Также важным вопросом является развитие существующих САМ систем. Системы должны быть объектно-ориентированными. На производстве обычно представлены разные модели станков с ЧПУ требующие разных подходов к созданию УП. Сейчас САМ продукты создают одну траекторию движения инструмента и при помощи постпроцессора приспосабливают ее к имеющемуся оборудованию. Необходимо иметь адаптивную систему способную создать несколько конфигураций УП ориентированных на разные модели оборудования на этапе построения пути инструмента, при этом система должна учитывать возможности станка, имеющийся в наличии обрабатывающий инструмент, допустимые режимы обработки. Для реализации автоматизированного создания УП также необходимо наличие базы обрабатывающего инструмента в том числе и по ГОСТ, база технологической оснастки, архива адаптивных УП и наличии возможности распознавания КТЭ модели детали с заранее заданными в систему сценариями обработки данных элементов.

Очевидным, но не всегда реализованным элементом для оперативной подготовки производства для станков с ЧПУ является наличие готовых математических моделей деталей.

Рассмотрим этапы жизненного цикла детали от разработки до изготовления на станке с ЧПУ (см. Рисунок 1) и применим к ним методы и инструменты системного инжиниринга [3] с целью поиска путей сокращения трудоемкости подготовительных операций на станках с ЧПУ.

Рис. 1. Жизненный цикл детали

Текущий подход, используемый на предприятии, имеет ряд недостатков:

– недостаточный уровень технологического контроля конструкторской документации по причине отсутствия налаженных коммуникаций между подразделениями разработчика и изготовителя;

– низкая проработка альтернативных вариантов на разных этапах технологической подготовки производства;

– задержка сроков выполнения работ вследствие отсутствия стратегии управления рисками и недостаточно высокого уровня управления проектами.

Воспользуемся методами и принципами системного инжиниринга.

На этапе проектирования и технологического контроля воспользуемся инструментом системного инжиниринга — разработка и управление требованиями. Конструктору и технологу необходимо предоставить данные по технологическим возможностям и загруженности имеющегося в наличии оборудования на предприятии-изготовителе. Учет этих параметров на этапе разработки позволит сократить трудоемкость изготовления детали и увеличить технологичность изготавливаемой продукции. Разработчик в свою очередь должен предоставлять эскизы на предприятие-изготовитель на всех этапах разработки и предполагаемый объем выпуска продукции. Данная политика позволит изготовителю заранее спланировать загрузку оборудования и/или произвести закупку недостающего оборудования и инструмента, в случае их нехватки или отсутствия.

На этапе передачи конструкторской документации применим управление интерфейсами. Данный этап является одним из «узких мест» в процессе выпуска детали и требует более пристального внимания. В дополнение к утвержденному бумажному экземпляру конструкторской документации необходимо передавать на предприятие-изготовитель утвержденную математическую модель детали, защищенную от редактирования. Наличие математической модели детали является необходимым требованием при автоматизации технологической подготовки производства. Не менее важно создать единую базу данных с актуальными версиями конструкторской документации и математических моделей. При поступлении изменений в конструкторской документации новые версии должны оперативно добавляться в базу данных и являться завершающим этапом процесса выпуска извещений. Информация об извещениях должны быть предоставлена всем заинтересованным лицам непосредственно после утверждения. В настоящее время математическая модель детали не является частью документации для заказчика. Для решения этой проблемы необходимо внедрить на предприятии ГОСТ 2.051–2013. [1] и согласовать его применение с заказчиком.

Этап разработки технологической документации должен основываться на оценке альтернативных решений и включать в себя управление рисками. При составлении маршрутных карт технологом должны рассматриваться альтернативные способы обработки поверхностей деталей на различных типах оборудования с учетом имеющегося парка оборудования, его загрузки и специфики технологических требований к детали. Оценка рисков должна включать в себя стратегию поведения в случае возникновения непредвиденных обстоятельств (поломка оборудования, задержки в поставке и изменении сортамента материалов, конфликт с более приоритетными заказами, отсутствие необходимого инструмента, проблемы с персоналом).

Выбор оборудования и определение параметров заготовки должны производиться в автоматическом режиме на этапе создания управляющей программы для станка с ЧПУ. При выборе параметров заготовки в первую очередь учитывается наличие материала на складе или возможность оперативной его закупки. В свою очередь выбор оборудования должен основываться не только на технологических особенностях детали, но и учитывать возможность применения требуемого инструмента на конкретном станке, а также наличие этого инструмента в магазине станка.

Максимальной эффективности по сокращению времени технологической подготовки в условиях опытного производства можно добиться путем автоматизации процесса создания управляющей программы для станка с ЧПУ. Это предполагает внедрение автоматизированной CAM системы, способной распознавать КТЭ и применять к ним стандартные сценарии обработки. Построение траектории движения инструмента зависит от используемого типа оборудования и учитывает применяемую оснастку. Программа управления должна быть объектно-ориентированной, то есть перестраивать траекторию движения инструмента с учетом особенностей и характеристик выбранного оборудования и обрабатывающего инструмента, а не адаптировать имеющуюся траекторию к станку с помощью постпроцессора. Управляющая программа должна учитывать возможность установки и наличие обрабатывающего инструмента и технологической оснастки применительно к конкретному станку.

Все разработанные программы для станков с ЧПУ должны храниться в едином архиве УП, для применения при повторном запуске деталей в производство. Адаптивность программ под разное оборудование и инструмент в сочетании с возможностью внесения изменений в конструкцию детали позволяет передавать УП разработанные для опытного производства на другие предприятия холдинга для серийного выпуска продукции.

Для эффективного функционирования автоматизированной САМ системы не менее важно создание:

– единой базы инструмента, включающей в себя уже установленный инструмент и складские остатки, его геометрию, применимость к оборудованию и таблицы режима обработки в зависимости от обрабатываемого материала и типа станка;

– единой базы технологической оснастки, включающей в себя геометрические параметры и совместимость с оборудованием;

– базы имеющегося оборудования с указанием технических характеристик станков, их совместимостью с оснасткой и инструментом.

Подбор инструмента осуществляется в рамках создания управляющей программы для станка с ЧПУ, основываясь на единой базе инструмента. Его последующая установка в магазин станка происходит в соответствие с применяемой программой обработки и далее выполняется обработка детали на станке. Завершающим этапом является проверка ОТК соответствия детали требованиям чертежа.

При этом использовались методы оценки альтернатив и синтеза альтернативных решений (объектно-ориентированные программы управления), разработки и управления требованиями и управление интерфейсами (единые базы данных), верификации и валидации (управляющая программа).

Внедрение автоматизированной САМ системы изменяет первоначальный жизненный цикл детали следующим образом (см. Рисунок 2).

Рис.2. Преобразованный жизненный цикл детали

В результате выполнения работы был проведен анализ перспективных тенденций по теме сокращения трудоемкости подготовительных операций для станков с ЧПУ и были предложены варианты решения проблемы с применением инструментов системного инжиниринга.

В результате анализа перспективных направлений, показаны актуальные тенденции для условий опытного и единичного производства. Пути решения проблемы методами системного инжиниринга позволяют перейти от качественной к количественной оценки вариантов при технологической подготовке производства, увеличить степень взаимодействия внутри предприятия, систематизировать данные, создать единую базу знаний и автоматизировать значительную часть подготовительных работ.

Применение предложенных подходов к решению проблем технологической подготовки требует дальнейшей детальной проработки их внедрения на предприятии и экономического обоснования, что выходит за рамки задач данной работы.

Литература:

  1. Государственный стандарт ГОСТ 2.051–2013 Единая система конструкторской документации Электронные документы. Общие положения. Принят межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 28 августа 2013 г. № 58-П).
  2. Интегрированное автоматизированное информационное обеспечение технологической подготовки производства аэродинамических моделей самолетов / Ю. С. Балашова, О. Б. Мамонтов, И. Ю. Овсянников, А. М. Подлеснов Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 16, № 1(5), 2014
  3. Прикладной системный инжиниринг / А. А. Романов. — Москва: Физматлит, 2015. — 555 с
  4. Станки с ЧПУ: устройство, программирование, инструментальное обеспечение и оснастка учеб. пособие / А. А. Жолобов, Ж. А. Мрочек, А. В. Аверченков, М. В. Терехов, В. А. Шкаберин. — 2-е изд., стер. — М.: ФЛИНТА, 2014. — 355 с.
  5. Сергей Кугаевский К вопросу о гибкости и оперативности подготовки производства для станков с ЧПУ /САПР и графика 12`2009 — 120 с. URL: https://sapr.ru/issue/957 (дата обращения 20.09.2019)
Основные термины (генерируются автоматически): станок, системный инжиниринг, опытное производство, обрабатывающий инструмент, конструкторская документация, технологическая оснастка, управляющая программа, технологическая подготовка производства, автоматизированная технологическая подготовка, технологическая подготовка.


Похожие статьи

Применение инструментов системного инжиниринга...

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства, т. е. наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и...

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет...

- использование автоматизированных систем проектирования, технологической подготовки производства, моделирования, расчета, инженерного анализа и т. д. Такие системы помогут определить проектные альтернативы, оценить эти альтернативы в отношении целей DFM.

Учебные информационные модели технологических процессов...

технологический процесс, технологическая подготовка производства, процесс, технологическая документация, производство, мелкосерийное производство, вспомогательный инструмент...

Применение инструментов системного инжиниринга...

Организация технологической подготовки эффективного...

Основные термины (генерируются автоматически) : технологический процесс, технологическая подготовка производства, процесс, технологическая документация, производство, мелкосерийное производство, вспомогательный инструмент, матричная...

Проектирование технологической оснастки на основе...

В статье рассматривается проектирование технологической оснастки в ходе проведения лабораторных работ по курсу «Обработка конструкционных материалов» как эффективное средство повышения компетентностей студентов инженерных специальностей.

технологический процесс , технологическая подготовка...

Технологическая подготовка вагоностроительного и вагоноремонтного производства базируется на достижениях технологии и организации производства и позволяет существенно поднять его технический уровень. Применение технологической подготовки производства...

Метасистемный подход к автоматизации производства бетонных...

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность.

Моделирование технологических процессов производства электронной аппаратуры инструментами когнитивной

Применение инструментов системного инжиниринга...

Система бизнес-процессов управления холдингом

Результатом подготовки производства является налаженное производство на основе конструкторской и технологической документации и новых технологических веяний, поэтому в составе этого бизнес-процесса можно выделить три подпроцесса

Совершенствование технологического процесса в условиях...

В статье проведен анализ базового технологического процесса изготовления детали «Корпус» на устаревшем универсальном оборудовании и предложен способ изготовления на станках с числовым программным управление.

Применение технологии обратного инжиниринга в машиностроении

‒воссоздание изделия, снятого с производства; Основными преимуществами обратного инжиниринга являются

Достаточно часто обратный инжиниринг используют для создания дубликата станка, агрегата, механизма отечественного или иностранного производства.

Похожие статьи

Применение инструментов системного инжиниринга...

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства, т. е. наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и...

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет...

- использование автоматизированных систем проектирования, технологической подготовки производства, моделирования, расчета, инженерного анализа и т. д. Такие системы помогут определить проектные альтернативы, оценить эти альтернативы в отношении целей DFM.

Учебные информационные модели технологических процессов...

технологический процесс, технологическая подготовка производства, процесс, технологическая документация, производство, мелкосерийное производство, вспомогательный инструмент...

Применение инструментов системного инжиниринга...

Организация технологической подготовки эффективного...

Основные термины (генерируются автоматически) : технологический процесс, технологическая подготовка производства, процесс, технологическая документация, производство, мелкосерийное производство, вспомогательный инструмент, матричная...

Проектирование технологической оснастки на основе...

В статье рассматривается проектирование технологической оснастки в ходе проведения лабораторных работ по курсу «Обработка конструкционных материалов» как эффективное средство повышения компетентностей студентов инженерных специальностей.

технологический процесс , технологическая подготовка...

Технологическая подготовка вагоностроительного и вагоноремонтного производства базируется на достижениях технологии и организации производства и позволяет существенно поднять его технический уровень. Применение технологической подготовки производства...

Метасистемный подход к автоматизации производства бетонных...

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность.

Моделирование технологических процессов производства электронной аппаратуры инструментами когнитивной

Применение инструментов системного инжиниринга...

Система бизнес-процессов управления холдингом

Результатом подготовки производства является налаженное производство на основе конструкторской и технологической документации и новых технологических веяний, поэтому в составе этого бизнес-процесса можно выделить три подпроцесса

Совершенствование технологического процесса в условиях...

В статье проведен анализ базового технологического процесса изготовления детали «Корпус» на устаревшем универсальном оборудовании и предложен способ изготовления на станках с числовым программным управление.

Применение технологии обратного инжиниринга в машиностроении

‒воссоздание изделия, снятого с производства; Основными преимуществами обратного инжиниринга являются

Достаточно часто обратный инжиниринг используют для создания дубликата станка, агрегата, механизма отечественного или иностранного производства.

Задать вопрос