Разработка методов и информационно-методического обеспечения для автоматизированного выбора схем базирования и закрепления заготовок корпусных деталей на оборудовании с ЧПУ

В связи со стремительным развитием производства от инженеров и рабочих требуется быстрое принятие точных и правильных решений в области технологической подготовки производства и в процессе изготовления изделий (ТПП). ТПП целая система по изготовлению продукции, которая включает в себя набор последовательно-параллельных этапов. От правильности и скорости решения задач каждого этапа ТПП зависят сроки и качество изготовления продукции. На последние два показателя оказывает влияние человеческий фактор, который распределяется между технологом и рабочим" (оператором оборудования^с ЧПУ). На результат решения некоторых из задач может повлиять только технолог, а на результат решения других влияет технолог и оператор, обслуживающий оборудование с ЧПУ (рис.1). Деятельность оператора оборудования с ЧПУ затрагивает этапы: выбор технологических баз и приспособлений, так как участвует в процессе установкизаготовки в рабочую зону станкаопределение последовательности переходов в процессе переустанова заготовкиподбор режущего инструмента, в связи с тем, что именно рабочий осуществляет наладку станка. Ошибочные действия на данных этапах ТПП ведут к возникновению брака, временным и экономическим потерям. Следовательно, производство, организованное на основе оборудования с ЧПУ нуждается в хорошо подготовленных и высококвалифицированных рабочих.

Но высокая квалификация специалистов не всегда решает проблему негативного влияния человеческого фактора на качество продукции, поэтому различные предприятия работают над автоматизацией решения задач на различных этапах ТПП. Особое внимание в этой области.

Построевне модели детали в отработка на технологичность.

Расчета выбор заготовки т.

Выбор комплекта технологических баз. I.

ЗАДАЧИ.

Разработка маршрута обработки детали Определение: и о след о вател ьшз сгн: обработки поверхностей.

1.I" .

I 1 I I I.

1. г.

Оформление технологической документации.

Расчет норм времени на изготовление детали I.

Выбор оборудования.

Определение припусков Выбор или проектирование Т приспособления и оснастки.

V" «.

I I I I I.

Подбор инструментов и режимов резания.

Зависимые процессы ПРОЦЕССЫ, ПОЛНОСТЬЮ КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ТЕХНОЛОГОМ ПРОЦЕССЫ, НА КОТОРЫЕ ЬЮЖЕТ ПОВЛИЯТЬ ОПЕРАТОР ОБОПДОВАННЯ С ЧПУ.

Рис. 1. Распределение задач, решаемых между технологом и оператором оборудования с ЧПУ при ТПП уделяется последовательно-параллельным этапам, влияющим друг на друга. К таким этапам ТПП относятся: создание опытных образцов продукции, выбор заготовок, определение последовательности обработки, расчетная части, а так же оформление документации. На рис. 1 пунктирной линией отмечены зависящие друг от друга этапы ТПП. От скорости и качества принятия решений на этапе выбора комплекта технологических баз зависят последовательность переходов, выбор и проектирование оснастки, без которых готовую продукцию получить невозможно даже на оборудовании с ЧПУ. Напрашивается вывод, что-влияние человеческого фактора на данном этапе ТПП должно быть минимальным. На практике существует потребность в качественной информационной поддержке решений задач базирования и повышения качества знаний и навыков специалистов при обслуживании оборудования с ЧПУ.

Повышение качества знаний и навыков специалистов можно достичь разработкой* и внедрением новых методов и средств в области решения задач базирования и закрепления. Такими методами и средствами является автоматизированная информационная поддержка. Из-за непрерывного роста объема информации, необходимой современному квалифицированному специалисту при обслуживании оборудования с ЧПУ, и с ростом потребности в непрерывной подготовке и переподготовке рабочих кадров возникла необходимость в новых более эффективных средствах подготовки операторов оборудования с ЧПУ.

Один из путей повышения эффективности и качества решения задач базирования и закрепления заготовок в рабочей зоне станка, а также подготовки операторов станков с ЧПУ — системы автоматизированной поддержки инженерных решений (САПИР). САПИР способны вместить весь опыт, накопленный специалистами, основные положения и последние достижения в области машиностроения, компьютерной подготовки производства, развития станков с ЧПУ и т. д. Эффективность функционирования такой системы определяется совокупностью средств, в которые входят учебно-методические факторы, формирующие процесс подготовки операторов решениям задач базирования и закрепления. И только при наличии взаимосвязи между отдельными сторонами единого процесса возможно гармоничное соединение комплекса технических средств и наборов информационных данных в единую информационно-технологическую среду для выпуска наукоемкой продукции.

Информационно-технологическая Среда — совокупность всех видов компьютерных технологий, использующихся для создания, хранения, обмена и использования информации во всех ее формах (числовой, текстовой, графической, фонографической, видеографической и др.).

Внедрение системы автоматизированной поддержки инженерных решений (САПИР) — это принципиально новое направление в развитии качества ТИП, а так же высшего и профессионально-технического образования, связанного с подготовкой рабочих кадров повышенной квалификации для обслуживания оборудования с ЧПУ. Необходимо уточнить, что САПИР не заменяют человека при решении задач базирования и закрепления заготовок в рабочей зоне станка. САПИР — только инструмент, позволяющий активно воздействовать на эти процессы.

В условиях рыночной экономики с ростом конкуренции многие производственные предприятия стремятся снизить влияние человеческого фактора на качество и сроки изготовления продукции. Для этого прибегают к максимальной автоматизации управления решениями задач, возникающих на этапах ТПП.

В настоящее время промышленные предприятия нашей страны испытывают дефицит в рабочих кадрах. Решением этой проблемы всерьез занялось Московское правительство. В рамках Городской' целевой программы «Рабочие кадры» был сделан заказ на подготовку операторов оборудования с ЧПУ на базе Политехнического колледжа № 13. К тому же задача стояла подготовить специалистов, готовых сразу приступить к работе и обслуживанию современного оборудования с ЧПУ, способных быстро и правильно самостоятельно принимать решения в условиях ИТС.

Принятие решений специалистом для работы в условиях современного производства не может базироваться только на традиционном методе подготовки кадров. Традиционный метод подготовки кадров не позволяет получить специалистов подобного уровня за короткие сроки, т.к. он направлен, прежде всего, на приобретение теоретических знаний в условиях классно-урочной среды, основанной на принципах дидактики Я. Коменским. Традиционная подготовка кадров ориентируется на память учащегося и мыслительное развитие, а не на приобретение практических навыков. В данном методе отсутствует возможность имитации практической деятельности. Отсюда возникает острая потребность в молодых высококвалифицированных рабочих.

В итоге было принято решение разработать Автоматизированную Обучающую Систему (АОС) по подготовке операторов станков с ЧПУ, в структуру которой входит САПИР задач базирования, и схем закрепления.

Применение автоматизированных обучающих систем является мировой тенденцией повышения качества подготовки специалистов: Автоматизированная Обучающая Система — это информационно-программный комплекс профессиональной подготовки специалистов, позволяющий осуществлять формирование знаний и умений. Обучающие системы могут использовать в качестве учебного материала, как для дистанционного, так и для самостоятельного обучения, повышая эффективность подготовки специалистов.

САПИР являются сегодня одним из наиболее эффективных средств по принятию решений в условиях ИТС и подготовки молодых рабочих по обслуживанию, станков с ЧПУ. С помощью САПИР в полной мере реализуется рациональный принцип: лучше один раз увидеть и проделать, чем сто раз услышать.

Важным требованием к технологическому процессу является минимизация погрешности. Выбор: правильной" схемы закрепления очень важен для реализации этого требования. Особенно, сложно его обеспечить при обработке полых и тонкостенных заготовок с жесткими технологическими требованиями. Поэтому для обслуживания оборудования в условиях современного производстватребуется высококвалифицированный рабочий. Таким опытомобладают только рабочие, имеющие большой стаж практической деятельности. Проблема заключается в том, что большинство опытных рабочих обслуживают устаревшее оборудование. К сожалению^ у них отсутствует мотивация переучиваться для обслуживания современного оборудования с ЧПУ, а молодым рабочим не хватает навыков для принятия быстрого и правильного решения задач базирования и закрепления заготовок в рабочей зоне станка с ЧПУ. Всплывает актуальный для большинства современных предприятий вопрос: как обучить молодого рабочего самостоятельно и качественно обслуживать оборудование, затратив при этом минимум времени и материальных средств. Ответ — использование САПИР.

Данная диссертационная работа посвящена процессу выбора технологических баз и станочных приспособлений для оборудования с ЧПУ в ходе ТПП (на примере 2.5 координатной фрезерной обработки корпусных деталей до 600 мм).

Практическая ценность связана с разработкой методик: графического представления выбора комплекта технологических баз в соответствии с классификацией КД по геометрической форме и габаритам (на примере 2.5 координатной обработки на фрезерных станках с ЧПУ) — выбора приспособлений по таблице принятия решений, отражающей связь комплектов технологических баз с видом приспособлений для КДразвития и поддержки с помощью средств компьютерного моделирования базовых навыков у молодых специалистов инженерных и рабочих специальностей в области решения задач базирования и закрепления заготовок в рабочей зоне станка для обслуживания оборудования с ЧПУ.

Результаты данной работы актуальны для специалистов, решающих задачи в области базирования и закрепления заготовок для обработки на станке с ЧПУ, в частности для обучающихся в профессиональных колледжах по специальности оператор станков с ЧПУ и для студентов технических ВУЗов.

Использование данной САПИР позволяет подготовить операторов для обслуживания оборудования с ЧПУ для самостоятельного решения задач базирования и закрепления заготовок качественно и в короткие сроки.

На защиту выносятся следующие научные результаты диссертационной работы.

1. Установлены связи между комплектами технологических баз и видом приспособления для закрепления заготовок корпусных деталей в рабочей зоне станка с ЧПУ;

2. Проведено ранжирование значимости типовых схем базирования и закрепления заготовок корпусных деталей в рабочей зоне станка с ЧПУ, исходя из практического опыта разработки схем базирования и закрепления корпусных деталей при 2.5 координатной фрезерной обработки корпусных деталей;

3. Разработана математическая модель в виде таблицы принятия решений, учитывающей возможность обеспечения каждым приспособлением определенного комплекта технологических баз.

Результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на заседаниях кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Седьмой Всероссийской научно-практической конференции «Применение ИПИ — технологий в производстве». По результатам проведения исследований опубликовано 5 работ [29, 36, 37, 40, 45].

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Решена задача, связанная с повышением качества и производительности ТПП, имеющая существенное значение для машиностроения и заключающаяся в автоматизированной информационной поддержке выбора схем базирования и закрепления заготовок корпусных деталей при обслуживании современных фрезерных станков с ЧПУ в условиях информационно-технологической среды.

2. В результате проделанной работы была установлена взаимосвязь между геометрической формой корпусных деталей, заданными требованиями к качеству обработки, стратегией обработки и комплектами технологических баз. На основе ранжирования была создана основа для классификации корпусных деталей, по которой можно рекомендовать типовые схемы базирования и закрепления заготовок в рабочей зоне станка с ЧПУ.

3. На основе выявленных взаимосвязей и предложенной классификации была разработана математическая модель в виде таблицы принятия решений, учитывающая возможность обеспечения каждым приспособлением определенного комплекта технологических баз.

4. Для использования таблиц принятия решений разработаны организационно-методические рекомендации по выбору типовых схем базирования и закрепления для заготовок корпусных деталей- (на примере 2.5 координатной фрезерной обработки станках с ЧПУ).

5. Информационно — методическое обеспечение по выбору схем базирования и закрепления заготовок оформлено в виде компьютерной базы знаний с использованием 3D графического и анимационного представления, также включающего основные понятия и взаимосвязи, необходимые оператору оборудования с ЧПУ.

6. Предлагаемые организационно-методические рекомендации по выбору типовых схем базирования и закрепления для заготовок корпусных деталей рекомендуется использовать на машиностроительных предприятиях при проектировании технологических процессов и в процессе закрепления заготовок в рабочей зоне станка, а так же при подготовке инженеров по специальностям 220 700.68 «Автоматизация технологических процессов и производств» и в политехнических колледжах при подготовке рабочих по специальности 151 902.03 «Станочник (металлообработка)».