Алгоритмическое и информационное обеспечение проектирования планов механической обработки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 644: 658. 512
И. В. Фирсов, Ю. Л. Чигиринский
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЛАНОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Волгоградский государственный технический университет
Firs0v@mail. ru, Julio-Tchigirinsky@yandex. ru
Рассмотрена возможность применения алгебраических структур и алгоритмов дискретной математики для формализованного решения задач технологического проектирования. Обоснована возможность моделирования процесса формирования качества и точности поверхности изделия в ходе механической обработки с помощью сетевых структур. Сходство логических структур вероятностных таблиц точности и матрицы смежности ориентированного графа позволило применить «алгоритм Дейкстры» для построения планов механической обработки.
Ключевые слова: план механической обработки, качество и точность обработки, дискретная математика, матрица смежности, сеть, алгоритм Дейкстры, вероятностные таблицы точности.
I.V. Firsov, Ju. L. Tchigirinsky
ALGORITHMS AND DATABASES FOR DESIGNING THE TECHNOLOGICAL ROUTE OF TREATMENT
Volgograd State Technical University
The opportunity of use of the algebraic structures and algorithms of discrete mathematics for the formal solution for the tasks of technological design. The opportunity of modeling the process of forming the quality and accuracy of the surface of the parts of machinery in the course of mechanical processing with the help of network structures. The similarity of logical structures of probability tables accuracy and adjacency matrix a directed graph allowed to apply «Dijkstra'-s algorithm» for designing the technological route of treatment.
Keywords: technological route of treatment, quality and accuracy of mechanical treatment, discrete mathematics, adjacency matrix, network, Dijkstra'-s algorithm, probability tables accuracy.
Возможность эффективного применения систем автоматизированного проектирования определяется, в первую очередь, уровнем формализации инженерных задач. Известно, что большинство задач технологического проектирования, особенно решаемых на начальных стадиях подготовки машиностроительного производства, относятся к так называемым неформализованным. Именно этим можно объяснить низкую эффективность использования технологических [1, 2, 3] САПР.
В настоящем исследовании мы рассматриваем одну из таких задач — построение планов обработки элементарных поверхностей изделий заданного качества. Здесь под качеством изделия подразумевается комплекс показателей, определяемый, как правило, точностью размеров (например, ширина поля допуска или номер квалитета точности 1Т) — точностью взаимного расположения поверхностей- параметрами состояния поверхностного слоя (глубина слоя с измененными физико-механическими характеристиками, уровень напряжений в поверхностном слое, высотные и шаговые параметры микропрофиля поверхности). В нашем исследовании рассматриваются показатели качества, наиболее часто задаваемые на рабочих чертежах изделий машиностроения: номер квалитета точности выполняемых размеров 1 Т и величина среднего арифметического отклонения профиля Яа. Основными факторами, определяющими низ-
кий уровень формализации данной задачи, являются:
1) неоднородность и малая надежность [4, 5] справочной информации для четкого определения возможностей каждого метода обработки-
2) отсутствие алгоритмов поиска оптимальных маршрутов обработки с учетом требуемых параметров качества и критериев оптимизации.
Для решения первой проблемы были проведены исследования [5, 6], показавшие отсутствие структурированной информации, необходимой для проектирования технологического маршрута обработки. Авторами предложена методика [7], основанная на представлении технологического процесса в виде структурновременной таблицы, что позволяет рассматривать процесс формирования требуемого качества изделия в виде транспортной сети (рис. 1).
Таким образом, информацию о возможностях каждого из методов обработки можно представить в виде матрицы смежности (табл. 1) которая описывает сеть (рис. 1), наглядно представляющую возможные варианты плана механической обработки поверхности требуемого качества. В качестве весовых параметров дуг сети мы предлагаем использовать, в зависимости от этапа решения задачи, следующие значения: величины изменения, в результате обработки, технологических показателей качества- величины материальных или энергетических затрат на осуществление обработки- величины
вероятности получения, в результате обработки, требуемых показателей качества.
Рис. 1. Формальная схема последовательности обработки: «Облака» — области значений, рассматриваемых в работе показателей качества, достижимые в результате обработки технологическими методами: 0 — заготовка- 1 — точение черновое- 2 — точение получистовое (однократное) — 3 — точение чистовое- 4 — шлифование получистовое- 5 — готовая поверхность. Стрелки — реализуемые в производстве технологические переходы
Таблица 2
«Весовая» матрица смежности графа обработки
В приведенном примере веса дуг сети определяются как вероятность получения необхо-
димого результата обработки на каждом из технологических переходов. Домножив матрицу смежности на веса дуг, соединяющих узлы сети, можно получить «весовую» матрицу смежности (табл. 2), которая представляет собой «горизонтальный срез» вероятностной таблицы точности [8] - трехмерной информационной структуры, предназначенной для хранения не только справочных данных о технологических возможностях методов обработки — традиционных таблиц точности, — но и численных величин, характеризующих изменение точности и качества [7, 8] обработанной поверхности в ходе технологического процесса.
Для реализации вероятностных таблиц точности в качестве информационного обеспечения системы проектирования планов обработки разработана реляционная база данных. База данных включает следующие группы таблиц: технологические возможности методов обработки- данные, необходимые для выполнения оптимизационных расчетов- собственно вероятностные таблицы точности и результирующие таблицы. База данных построена в соответствии с правилами проектирования информационных систем и приведена к нормальным формам, что обеспечивает отсутствие избыточности информации.
В качестве основы при построении алгоритма генерации оптимального маршрута обработки выбран «алгоритм Дейкстры» [9], позволяющий производить поиск кратчайшего пути в ориентированном графе посредством нахождения расстояния от заданной вершины к вершинам, связанным с ней. Таким образом, при последовательном выполнении переходов из каждого узла сети во все смежные, определяется минимальный путь между двумя любыми заданными узлами.
Модификация «алгоритма Дейкстры» (рис. 2) для решения задачи проектирования технологического маршрута заключается в изменении условия, определяющего направление каждого следующего шага, поскольку требуется найти наиболее длинный технологический маршрут. Это связано с тем что, при использовании в качестве весов дуг графа значения вероятностей получения требуемых результатов обработки, необходимо получить маршрут обработки, обеспечивающий максимальную вероятность достижения заданного качества.
Таблица 1
Матрица смежности графа обработки
Номер метода 0 1 2 3 4 5
0 0 1 1 0 0 0
1 0 0 1 0 1 0
2 0 0 0 1 1 0
3 0 0 0 0 0 1
4 0 0 0 0 0 1
5 0 0 0 0 0 0
Номер метода 0 1 2 3 4 5
0 0 0,93 0,89 0 0 0
1 0 0 0,99 0 0,85 0
2 0 0 0 0,99 0,87 0
3 0 0 0 0 0 0,96
4 0 0 0 0 0 1
5 0 0 0 0 0 0
Начало
Выбрать конечную вершину и присвоить ей метку «Finish»
(по умолчанию: готовая деталь)
Присвоить, наиболее удаленной от начальной непосещённой вершине метку «Start»
(по умолчанию начальная вершина: заготовка)
Вывод списка вершин в пути

Для каждой
непосещенной
соседней вершины
N с длиной связи
D
Нет
Нет N & gt- D + «Start»
Да
Рис. 2. Блок-схема «модифицированного» алгоритма «Дейкстры»
Выполнение алгоритма можно иллюстрировать на примере «весовой» матрицы смежности (рис. 3, 4). Использование данного алгоритма позволяет сократить время на получение требуемого результата за счет исключения функции перебора найденных маршрутов.
Номер метода
0 12 3 4 5
Начало поиска 0 0 0,93 0,89 0 0 0
1 0,93 о: 0,99: 0 0,85 0
5 2 н и, а 3 СХ и 1 4 5 0,89 0,9^ ¦ о — 0,99 0,87 0
0 0 і О?& quot-'- Оч, о& quot- 0 0 0,96
0 0,85! 0,87- 0 0 1 Конец поиск
0 0 0 0,96 1 0
Рис. 3. Представление алгоритма «Дейкстры» на «весовой» матрице смежности
0−1-2−3-5
0−1-2−4-5
0−1-4−5
0−2-3−5
0−2-4−5
Рис. 4. Список путей в ориентированном графе обработки
Решение поставленных задач сделало возможным создание информационного модуля поддержки инженерных решений. Авторами была разработана программа поиска маршрутов обработки (рис. 5).
Информационная подсистема программного модуля, на данном этапе исследований, реализует вероятностные таблицы точности обработки наружных цилиндрических поверхностей.
В качестве весовых значений дуг графа в разработанном модуле реализованы следующие:
1) стоимость обработки на заданной операции, руб. -
2) время обработки на заданной операции, мин. -
3) вероятность получения заданного результата, %.
frc Router Of Process
Фильтр конечного результата ¦
I--------------
Квалитет Шероховатость |& quot-"- Поиск метода
Сброс
С экспертная проверка
Метод оптимизации:
(• По себестоимости
С По производительности
С По вероятности
Стоимость 1 кВт: |4,6 Руб.
Выберете конечный результат в таблице:
Добавление термообработки
Nomer МеЬос! ITmin ITmax ІТСредн Размах IT Ramin Р. агпах RaCpefl Pa3MaxRa ж
> 0 Заготовка 13 17 15 4 20 60 40 40
1 Точение обдирочное 12- 25 13,25 12,75 1 12,47 37,88 25,18 25,41
2 Точение получистовое 10- 17 11,75 10,96 1,58 4,27 12,02 8,14 7,75
3 Точение однократное 9- 8 11,8 10,8 2 1,86 12,12 6,99 10,26
4 Шлифование получистовое 7,73 9,27 8,5 1,55 1,19 3,41 2,3 2,22
5 Точение чистовое 7,09 9,15 8,11 2,08 1,61 3,28 2,44 1,67
6 ЭХО 7 8,33 7,66 1,33 0,66 0,91 0,78 0,25
7 Шлифование чистовое 6- 09 7,31 6,69 1,23 0,28 1,39 0,84 1,11
8 Электроэразионное шлифование 5,4 7,2 6,3 1,8 0,14 0,7 0,42 0,56
9 Точение тонокое (алмазное) 5,82 6,73 6,27 0,91 0,42 1,3 0,86 0,89
10 Полирование обычное б 6,25 6,13 0,25 0,24 0,83 0,54 0,59
11 Наклепывание шариками цилиндров 6 6 6 0 0,13 0,2 0,17 0,07
12 Шлифование тонкое 4,92 5,92 5,42 1 0,11 0,475 0,29 0,36
13 Полирование тонкое 5 5,75 5,38 0,75 0,06 0,131 0,1 0,07

& lt- У >
Дополнительные параметры
Количество деталей, шт. Г& quot-


Сумма: руб.
Путь:
Результаты:
NomerlMetod
?
& lt- ?
Удалить результаты
Рис. 5. Рабочее окно программы поиска маршрута обработки
Данные параметры используются в качестве критериев оптимизации, Для поиска маршрута обработки с учетом критериев оптимизации по показателям себестоимости продукции и производительности производства используется обычный алгоритм «Дейкстры», так как наиболее оптимальным является маршрут, обладающий минимальными затратами и минимальным временем на обработку. При поиске маршрута обработки с максимальной вероятностью получения поверхности заданного качества используется «модифицированный» алгоритм «Дейкстры».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чигиринский, Ю. Л. Анализ задач технологической подготовки производства и выбор математических методов и средств их решения / Ю. Л. Чигиринский, Н. В. Чигиринская // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 9 / ВолгГТУ. — Волгоград, 2004. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 1). — С. 62−64.
2. Чигиринский, Ю. Л. Методы дискретной математики в технологическом проектировании / Ю. Л. Чигиринский, Н. Д. Гожева, Е. Г. Радченко // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 4 / ВолгГТУ. — Волгоград, 2007. -(Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 3). — С. 112−114.
3. Чигиринский, Ю. Л. Возможность автоматизированного построения маршрутного технологического про-
цесса / Ю. Л. Чигиринский // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 12 / ВолгГТУ. — Волгоград, 2011. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 6). -С. 65−68.
4. Чигиринский, Ю. Л. Методика статистического оценивания надежности процесса / Ю. Л. Чигиринский, Н. В. Чигиринская // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 8 / ВолгГТУ. — Волгоград, 2009. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 5). -С. 53−56.
5. Чигиринский, Ю. Л. Надежность справочных данных, применяемых в технологическом проектировании / Ю. Л. Чигиринский // Изв. ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». -2009. — № 2−2/274 (март-апрель). — С. 103−108.
6. Чигиринский, Ю. Л. Методика повышения надежности справочных данных / Ю. Л. Чигиринский // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 13 / ВолгГТУ. -Волгоград, 2011. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 7). — С. 55−61.
7. Чигиринский, Ю. Л. Формализация построения последовательности обработки наружных цилиндрических поверхностей / Ю. Л. Чигиринский, И. В. Фирсов, Ю. Н. Орлова // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 13(100) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2012. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 8). — С. 92−97.
8. Прогрессивные машиностроительные технологии: монография / А. Н. Афонин [и др.]. — М.: Спектр, 2012. -Т. I. — 333 с.
9. Левитин, А. В. Алгоритмы: введение в разработку и анализ / А. В. Левитин. — М.: Вильямс, 2006. — 576 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой