АСУ технологических процессов (стр. 1 )

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Филиал в г. Златоусте

Кафедра ²Технология машиностроения, станки и инструмент²

658.512(07)

Д369

,

АСУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Учебное пособие по выполнению

лабораторных работ

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2003

УДК 658.512(076.5)

, АСУ технологических процессов: Учебное пособие по выполнению лабораторных работ. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. — 30 с.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 060801 — «Экономика и управление на предприятиях» при изучении курса «Автоматизированные системы управления технологическими процессами». В учебном пособии приведены практические работы по темам: «Информационное обеспечение АСУ ТП», «Структурная и параметрическая оптимизация».

Ил. 9, табл. 16, список лит — 5 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией филиала ЮУрГУ в г. Златоусте.

Рецензенты:

ã Издательство ЮУрГУ, 2003.

1. ПРОЕКТИРОВАHИЕ ОПТИМАЛЬHЫХ ПЛАHОВ

ОБРАБОТКИ ПОВЕРХHОСТЕЙ

Достижение заданных технических требований к поверхности деталей происходит постепенно по мере выполнения технологических переходов. Число переходов, необходимое для обеспечения технических требований, определяется планом (маршрутом) обработки поверхностей.

Для достижения заданных чертежом размеров и технических требований на деталь все поверхности ее последовательно проходят некоторые стадии обработки. Процесс обработки поверхности можно рассматривать как «перевод» ее из состояния заготовки в заданное чертежом состояние детали. «Перевод», как правило, осуществляется за несколько технологических переходов. Поэтому в процессе обработки поверхность детали может иметь промежуточные состояния, при прохождении которых постепенно совершенствуется качество поверхности (точность размера и формы, точность положения, качество поверхностного слоя и др.). Каждое изменение состояния поверхности может осуществляться различными способами и на различном оборудовании.

Если предположить, что поверхность заготовки можно обработать только одним способом (например, только точением на токарном станке), поставленная задача может быть изображена графически в виде сети, показанной на рис. 1.

Рис. 1. Представление процесса «перевода» поверхности

из состояния заготовки в состояние детали

Буквами i, j, k, f, n обозначены различные состояния поверхности, начиная с заготовки З и заканчивая готовой поверхностью Д. Дугами показаны возможные пути перехода из одного промежуточного состояния в другое, а через , …, — затраты, связанные с изменением состояния поверхности.

Промежуточные состояния поверхности j, k, f могут быть представлены различными характеристиками поверхности (классами точности, интервалами величин допусков на размер и точность взаимного положения, качеством поверхностного слоя и т. д.). Поэтому соответственно , …, — затраты на обеспечение принятого критерия оценки промежуточного состояния поверхности.

Из состояния заготовки З в состояние готовой поверхности Д можно прийти несколькими путями: i – j – n, i – f – n, i –k – n и др. Эти пути представляют собой возможные планы обработки поверхности, каждому из которых соответствуют определенные затраты.

Для определения оптимального плана механической обработки поверхности резанием необходимо найти такой путь перехода от состояния заготовки к состоянию готовой поверхности на представленной сети, который в наибольшей степени соответствует принятому критерию оптимальности. Задача выбора пути заключается в минимизации заданного критерия оптимальности, представляющего собой функцию характеристики ребер. Такая задача тождественна задаче поиска кратчайшего пути на сети. Стандартный алгоритм поиска кратчайшего пути на сети приведен в [1, 2].

Представим сетевую задачу процесса обработки в виде таблицы (рис. 2).

	Характеристика детали
i	j	k	f	n
Характеристика заготовки	i
j
k
f
n

Рис. 2. Матричное представление процесса обработки поверхности

В этой таблице строки представляют собой начальное состояние поверхности перед обработкой, т. е. заготовку. Столбцы характеризуют различные состояния обработанной поверхности, т. е. деталь. На пересечении соответствующих строк и столбцов заносят рассчитанные величины стоимостей технологических переходов для однопроходной обработки из состояния заготовки в состояние детали.

Главная диагональ матрицы должна содержать нули, так как характеристики поверхностей заготовки и детали одинаковы, и поэтому обработка не производится. Определение элементов, лежащих ниже диагонали, не имеет смысла, так как не имеет смысла получение детали с худшими характеристиками, чем у заготовки.

Очевидно, что матрицы стоимости обработки должны формироваться для каждой поверхности отдельно, так как изменение размеров поверхностей ведет к изменению . Кроме того, следует учитывать, что матрица характеризует только один метод обработки, поэтому для каждой поверхности необходимо иметь столько матриц, сколько методов может быть применено для ее обработки. Совокупность матриц для поверхности детали содержит все множество планов обработки этой поверхности. На рис. 3 показаны некоторые матрицы обработки отверстия в корпусной детали (знаком показана невозможность перехода из одного состояния в другое в один проход).

На основании совокупности исходных матриц формируются две сводные матрицы: матрица методов обработки, содержащая информацию о возможности перевода заготовки в новое состояние тем или иным методом, и матрица соответствующих этим методам стоимостей обработки. Первая матрица является отображением графа, представляющего все множество планов обработки. Для рассматриваемого примера такой граф показан на рис. 4.

Это неполный ориентированный граф. Его вершины отображают различные состояния поверхности, ребра свидетельствуют о возможности перехода из одного состояния в другое. Ребра могут быть обозначены числами, соответствующими или возможным методам обработки, или стоимости обработки. Пользуясь этим графом и его матричной интерпретацией, можно решать различные оптимизационные задачи в зависимости от заданных критериев оценки. Например, можно получить план, состоящий из наименьшего числа промежуточных состояний (переходов). На рис. 5 показаны варианты таких планов.

В другом случае может быть получен наиболее экономичный план. Оценка возможных вариантов по сводной матрице стоимости (см. рис. 3) позволяет найти этот план: Н14 Н11Н7 (13+22=35). Для реализации этого плана используют 1-й и 3-й методы.

Следует отметить, что при проектировании планов обработки поверхности рассматривают независимо друг от друга, без учета заданных допусков на взаимное расположение. При проектировании последовательности обработки поверхностей может выявиться необходимость совместной обработки некоторых поверхностей (в один установ, на одной позиции). В этом случае для обеих поверхностей выбирают планы обработки, определенные этапы которых (например, черновая обработка или отделочная) реализуются на одном станке. Представим себе, что для рассматриваемого примера оказалось необходимым в план обработки включить 2-й метод (см. рис. 3). Варианты планов со 2-м методом показаны на рис. 6. Наиболее эффективный из вариантов определен расчетом по матрице стоимости и показан на этом же рисунке. На основании сказанного можно сделать вывод о том, что до решения вопросов обеспечения требуемой точности взаимного расположения не следует окончательно выбирать планы обработки поверхностей.

Когда проектируют маршрутный технологический процесс и нет возможности определить стоимость перевода поверхности в новое состояние, в исходных матрицах вместо чисел, обозначающих стоимость, ставят единицу. Эта единица указывает лишь на возможность перехода в новое состояние в один проход.

1-й метод. Растачивание 2-й метод. Сверление

	Н12	Н11	Н9	Н7			Н12	Н11	Н9	Н7
Н14	9	13			Н14
Н12		20	31		Н12		18	29
Н11		28		Н11		21
Н9			Н9

3-й метод. Протягивание 4-й метод. Шлифование

	Н12	Н11	Н9	Н7			Н12	Н11	Н9	Н7
Н14					Н14
Н12					Н12		21	32	43
Н11		20	22	Н11		23	27
Н9		28	Н9		20

Сводная матрица методов обработки

	Н12	Н11	Н9	Н7
Н14	1	1
Н12		1, 2, 4	1, 2, 4	4
Н11		1, 2, 3, 4	3, 4
Н9		3, 4

Сводная матрица стоимостей