Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Анализ задач проектирования технологических процессов сборки показывает, что проектирование технологий сборки и механичес­кой обработки основываются на единой методической базе. В обо­их случаях зависимости свойств и взаимодействий элементов кон­струкции и производства, определяющие технологические реше­ния по структуре и последовательности технологического процес­са, имеют общее формализованное описание. Даже такая, казалось бы характерная только для сборки, задача, как учет возможности доступа деталей к месту установки при построении порядка сбор­ки, имеет место и при механической обработке, если вместо дета­лей при сборке рассматривать слой материала, снимаемый за один рабочий ход, и последовательность съема этих слоев.

В связи с этим имеется возможность описать обобщенную мате­матическую модель обоих этих процессов, с выделением некото­рых особенностей каждого из них.

Такая модель включает в себя формализованное описание свойств, виды взаимодействий элементов конструкции и произ­водственной среды и зависимости, определяющие условия, при которых между этими элементами обеспечиваются технологичес­ки правильные взаимодействия.

Для создания обобщенной модели необходимо:

• провести классификацию взаимосвязей элементов конструк­ции между собой и с элементами производственной среды;

• определить и описать логические функции, характеризующие условия истинности отношений, существующих между объектами технологического процесса, и в итоге логику принятия решений на отдельных этапах технологического проектирования;

• описать свойства конструкции изделия через взаимодействия составляющих его элементов и условия выполнения этих взаимо­действий.

Математическая модель описания операций и переходов как структурных элементов технологического процесса базируется на представлении знания о структуре проекта технологического про­цесса в виде системы фреймов иерархической структуры (фрейм — рамочное представление кадра информации). Структура фреймов аналогична для технологии механической обработки и сборки:

Я = ( ft , (С„ 0„ {Д}), (я? = { o_k , \ a_k ), { r_k ), e_k ,( n_k )})),

где С,- — оборудование; О, — оснастка; {/?,} — комплект технологи­ческих баз; о_к — вид работы; {а_к} — объекты приложения работы

148

(обрабатываемые поверхности, детали, узлы); {г_к} — исполняемые параметры (размеры, шероховатость, зазоры, натяги и др.); е_к — инструмент; (п_к) — режимы выполнения работ; Я— фрейм техно­логического процесса, Q — фрейм технологической операции, я*— фрейм технологического перехода.

Все множество функций, описывающих процесс проектирова­ния технологии механосборочного производства, можно свести к следующим основным классам: классификации F_x , например, по­верхностей детали по различным свойствам и отношениям; упоря­дочения F ₂ ; структуризации F ₃ , например, описывающие построе­ние структурных элементов технологического процесса (операций Ц- и переходов р) и структурных элементов изделия (технологи­ческих сборочных единиц); расчетным F_t , например, при расчете размерных цепей или режимов резания.

Моделирование работы автоматизированных систем

Моделирование работы автоматизированных систем проводит­ся на проектной стадии для оценки возможных вариантов их струк­туры, определения оптимальных компоновочных решений. При этом решаются задачи определения количества транспортных средств, приспособлений-спутников, накопителей, их вместимости, ско­рости перемещения, определение ожидаемых технико-экономи­ческих характеристик (производительности, коэффициентов заг­рузки и использования).

Моделирование работы автоматизированных систем позволяет также до начала их эксплуатации определить и устранить узкие места, учесть влияние аварийных ситуаций на стабильность вы­полнения планового задания и другие факторы.

При разработке моделей функционирования технологических систем, в частности, таких, как РТК, используются разные мате­матические методы, но наибольшее применение на практике по­лучили математические методы теории СМО, теории графов и сетей Петри.

Для примера рассмотрим компоновку РТК (рис. 4.11), в кото­рой обслуживание трех станков (Ст1—СтЗ) осуществляется од­ним промышленным роботом с одним (рис. 4.11, а) или двумя (рис. 4.11, б) захватами. Все детали и заготовки находятся в цент­ральном накопителе Ц. Циклограммы работы данного РТК приве­дены на рис. 4.12. Время цикла 7ц обработки детали находят как сумму следующих показателей:

где Т_р — основное время работы; Т_К — время контроля; Т_см — время смены инструмента; Т„ — время позиционирования.

149

 

 

	Ст1		Ст2		СтЗ
			Y
ц			i о

ПР

а

И :

Ст1

Ст2

npJ

СтЗ

II

Рис. 4.11. Варианты обслуживания роботизированного технологического

комплекса:

а — обслуживание трех станков промышленным роботом с одним захватом; б — то же, роботом с двумя захватами; Ст1 —СтЗ — станки; Ц — центральный нако­питель; ПР — промышленный робот; /, Я — пути перемещения роботов

Время обслуживания 7^ станка манипулятором в случае рис. 4.11, а равно времени заготовки Т_сл, а в случае рис. 4.11, б

7^=27^+7,+Г. + 7^3,

где 7^, — время транспортирования детали от станка к накопите­лю; Т₃ — время загрузки детали в накопитель; Т_в — время выгруз­ки детали из накопителя.

По данным зависимостям можно определить интенсивность по­ступления заказов на обслуживание и интенсивность обслуживания.

Среднее время цикла и среднее время обслуживания обуслов­ливаются случайным характером заказов на обслуживание. Сред­няя частота X , или интенсивность поступления заказов на обслу­живание в единицу времени, может быть записана как отношение

Х = 1/Г„

где f_s — среднее значение случайного периода времени T_s между двумя последовательными не принятыми заказами на обслужива­ние и времени ожидания.

СтН ПР

 

 

 

' р		т
	тсм		' си

СтЦ ПР

Лр 'з 'с.з *в Лр

Рис. 4.12. Циклограмма работы роботизированного технологического ком­плекса:

а — вариант обслуживания ПР с олним захватом (см. рис. 4.11, а); б — то же, с двумя захватами (см. рис. 4.11, б); Т_р — основное время работы системы; 7"_с.„ — время смены инструмента; 7"_1Р — время транспортирования; 7^_Л—время смены заготовки; Т_г — время загрузки летали в накопитель; Г. — время вьпрузки лета­ли из накопителя; Ст1 — первый станок; ПР — промышленный робот; /— время

150

Для станочных систем очевидно, что 7^ = Т_и и, следовательно:

X = 1/7- ц ,

где Т_п — среднее время цикла для всех п деталей, обрабатываемых в станочной системе на протяжении рассматриваемого интервала времени:

Ix -

Т — '"=1 ^u " n ■

Определим среднее время обслуживания. Вследствие разного времени смены заготовки на каждом станке, перегрузки деталей и особенно разного пути транспортной тележки время обслужива­ния каждого станка различно. Для дальнейшего расчета целесооб­разно определить среднее время обслуживания, исходя из време­ни прохождения через систему типовой детали

л

Х(^И<Л;)

2>0/ 1=1

где / — число типовых транспортных перемещений в системе; Т_ш — среднее время обслуживания одного станка, а также вспомога­тельной или измерительной станции; п_ш — число деталей с типо­вым транспортным перемещением.

Если время перегрузки и время смены заготовок приблизитель­но одинаково, то среднее время обслуживания может быть при­ближенно найдено из уравнения

^об=2Г,+r_c3+-^L, v_T

где v_T — скорость транспортного устройства; S_T — средний путь между станком и накопителем.

Интенсивность обслуживания станков определяется как

И = 1/ Гоб

и обусловливает среднее число выполненных в единицу времени заказов на обслуживание без нарушения нормального хода работы всей системы.

В рассматриваемом примере имеем одноканальную СМО с оче­редью, на которую не наложено никаких ограничений (ни по дли­не очереди, ни по времени ожидания).

Допустим, на эту СМО поступает поток заявок с интенсивно­стью X (рис. 4.13); поток обслуживания имеет интенсивность [х,

151

)Ач—ьЛч—i-Л- \, t-Л-  обратную среднему времени об-
|^1ГТ^ТГТ^1^---^Х^и ' служивания заявки /^.Требует-
v    »   м  м   й   ся определить финальные веро-
Рис. 4.13. Граф состояния манипу- ятности состояний СМО, а так-
лятора:                                         ^же характеристики ее эффектив-

но, .... S ₂ , .... &\ — состояния системы; НОСТИ.

X — интенсивность потока заявок на об-       L_clfCT ^_ среднее ЧИСЛО заявок

служииание; ц — интенсивность пото- В системе;

ка обслуживания заявок            щ^ — среднее время пребы-

вания заявки в системе;

£оч — среднее число заявок в очереди;

W ^ — среднее время пребывания заявки в очереди;

Р_зан — вероятность того, что канал занят (степень загрузки ка­нала).

Что касается абсолютной А и относительной Q пропускной спо­собности, то вычислять их не надо, так как очередь не ограниче­на, каждая заявка рано или поздно будет обслужена, из этого сле­дует, что А = А и Q = 1.

Нумерация состояния системы ведется по числу заявок, нахо­дящихся в СМО:

5J, — канал свободен;

•S, — канал занят (обслуживает заявку), очереди нет;

Sj — канал занят, одна заявка стоит в очереди;

S_k — канал занят, к-\ заявок стоят в очереди;

Вероятности состояний системы/»,, р₂,.... р_к находятся по фор­мулам, учитывающим интенсивность потока заявок р:

Р\ = РА>. Рт. = Р²А>. Рк = Р*Аь - -При ро = 1 - р получим

р, = р(1 -р), р_г = Р²(1 - Р), Р_к = Р*(1 - Р), - -Среднее число заявок в системе

L =- £- •

1-р

среднее время пребывания заявки в системе

W = ^р ■■• ^С,1СТ Х(1-р)'

среднее число заявок в очереди

1-Р

152

Тогда среднее время пребывания заявки в очереди

w - ^р2

"04

Ц1-рГ

Степень загрузки канала, т.е. вероятность того, что канал за­нят, определяется как разность

Аан = 1 " А ) = Р -

Станочная система, обслуживаемая ПР с двумя захватами (см. рис. 4.11, б), может рассматриваться на основе теории СМО в ка­честве замкнутой системы, в которой в отличие от варианта об­служивания ПР с одним захватом сокращается время простоя стан­ков за счет использования двухзахватного робота.

Общее число заявок на обслуживание в данных системах равно числу станков т. В каждый момент времени манипулятор находит­ся в одном из (т + 1) состояний: Sq , S_t ,..., S_m , где S ₀ — состояние, когда все станки работают; S_t — состояние, когда работают все станки кроме одного и манипулятор обслуживает этот станок по его заявке; 5₂ — работают (т - 2) станков, один станок обслужи­вается, один станок ожидает; S_m — все станки стоят, один обслу­живается, остальные станки ожидают. В этом случае интенсивность перехода из /-го состояния в состояние (/ + 1) будет равна (т - /)Х, где (т - /) — число станков, от которых может поступить заявка на обслуживание, если манипулятор находится в i-м состоянии. Ин­тенсивность перехода из /-го состояния в состояние (/- 1) равна ц, так как в каждый момент времени манипулятор может обслу­живать не более одного станка.

Вероятность перехода станочной системы в состояние S_k

(m-k)l

т

Рк -

f_X\^k

Pa, P = - •

Применяя значения р_к, можно определить следующие показа­тели работы:

среднее использование манипулятора

_ ^т

** = !>*;

среднее использование одною станка

—  1 ^m

Дст= — £(»и-*)а;

коэффициент простоя при многостаночном обслуживании

* сг=-£(*-1)А-

153

4.4. Имитационные модели

Имитационные модели являются важнейшим частным случаем алгоритмических моделей и отображают процессы в системе при наличии внешних воздействий на систему. Моделирование про­цесса обработки деталей на гибком производственном модуле (ГПМ) проводится на этапе выбора оптимального варианта струк­туры операции и его анализа. Станочный модуль с ЧПУ может содержать одну, две или больше рабочих позиций. Обработка так­же может проводиться одновременно на всех позициях по управ­ляющим программам. Процесс обработки деталей рассматривается как процесс функционирования сложной технической системы.

Реальные сложные системы функционируют в условиях дей­ствия большого числа случайных возмущающих факторов, приво­дящих к нарушению нормального хода работы. Источниками воз­мущающих факторов являются воздействия внешней среды, а так­же различные отклонения, возникающие внутри системы. Под дей­ствием случайных факторов производительность, время выполне­ния планового задания и другие технико-экономические показа­тели не только подвергаются рассеянию, но могут получить сме­щение своих средних значений. Поэтому оценка только по сред­ним значениям приблизительна.

При моделировании на ЭВМ процесса обработки партии дета­лей имеет место воспроизведение происходящих явлений с сохра­нением их логической структуры и расположения во времени. Это позволяет получать наиболее точные характеристики процесса об­работки (техническую производительность, время обработки де­талей и др.).

Цель моделирования процесса обработки деталей на ГПМ заклю­чается в проектном расчете технической производительности и дру­гих показателей экономической эффективности с учетом заданного варианта структуры операции, надежности оборудования и инст­румента, различных событий, возникающих в процессе обработки.

Результаты моделирования используются для повышения каче­ства принимаемых значений на этапе проектирования операций и подготовки управляющих программ для ГПМ. Они также позволя­ют исследовать степень влияния надежности отдельных инстру­ментов, числа и вида инструментов-дублеров, размера партии де­талей на показатели работы многопозиционного ГПМ. Таким об­разом, с помощью моделирования процесса обработки деталей удается решать следующие задачи:

I) прогнозирование основных характеристик работы многопо­зиционного ГПМ при заданных варианте структуры операции вре­мени обработки партии деталей, технической производительно­сти, длительности простоев из-за отказов инструментов и обору­дования, среднего числа отказов и др.;

154

2) получение закона распределения времени выполнения пла­нового задания, статистических характеристик и других показате­лей экономической эффективности;

3) использование результатов моделирования для выбора оп­тимального варианта структуры операции;

4) исследование вариантов структуры операции обработки де­тали с помощью разработанной имитационной модели.

Математическая модель процесса обработки деталей на много­позиционных ГПМ строится с учетом заданного варианта струк­туры операции, заданной компоновки оборудования, надежности элементов и их взаимосвязи в процессе обработки.

При построении модели принимают во внимание следующие особенности многопозиционного ГПМ:

1) наличие нескольких позиций обработки, причем деталь об­рабатывается одновременно на всех позициях по управляющим программам;

2) в любой момент времени на каждой позиции обработка ве­дется только одним инструментом;

3) наличие на каждой позиции магазина со сменными инстру­ментами.

В основу моделирования процесса обработки положена струк­тура операции, определяющая, какие переходы, на какой пози­ции и в какой последовательности выполняются, какие инстру­менты-дублеры используются и др.

Процесс обработки деталей является дискретным стохастичес­ким процессом. Его дискретность заключается в том, что элемен­тарные акты (переходы, мероприятия восстановления работоспо­собности и др.) выполняются не мгновенно, а имеют определен­ную длительность, причем каждый следующий акт выполняется только после окончания предыдущего.

В процессе обработки детали используется большое число эле­ментов (инструменты, оборудование), которые в случайные мо­менты времени могут выходить из строя, требуют замены или ре­монта, приводя к нарушению нормального хода обработки. Вели­чины, оценивающие появление отказов и затраты времени на вы­полнение восстановительных работ, носят случайный характер. Случайными величинами являются время работы оборудования до отказа, время работы каждого инструмента до отказа, время бес­перебойной работы ГПМ между последовательными отказами, время восстановления работоспособности, суммарное время обра­ботки партии деталей, техническая производительность и др.

Имитационную модель проверяют на чувствительность. Эта про­верка заключается в определении значимости влияния возможных отклонений в пределах заданной точности (допуска) постоянных параметров х_ь..., х_к, входящих в модель, на результат моделиро­вания г.

155

С помощью имитационной модели можно, например, опреде­лить время обработки партии деталей, собственные потери времени из-за отказов инструментов и техническую производительность.

Таким образом, имитационная модель и моделирование про­цесса обработки деталей позволяют воспроизводить последователь­ную или параллельно-последовательную схему обработки, учиты­вать стохастические события и их влияние на процесс обработки. Это дает возможность детально анализировать спроектированные варианты структуры операции, исследовать влияние изменения различных параметров на техническую производительность, ко­эффициент технического использования и другие показатели.