CC BY
51
УДК 658.562
B.Ю. Анцев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 33-22-88, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
C.А. Моцаков, асп., (4872) 33-22-88,
[email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ
Разработана методика оценки качества процесса подготовки управляющих программ для металлообрабатывающих станков с ЧПУ. В основе данной методики заложены принципы системы КАНАРСПИ, предполагающей совершенствование управляющей программы в триод технологической пoдгoтoвки производства и в процессе создания серийного образца.
Ключевые слова: металлообрабатывающее оборудование, управляющая
программа, числовое программное управление, качество, процесс.
Одним из важнейших элементов информационной инфраструктуры производственного процесса изготовления машин являются управляющие программы: (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). От высокого качества УП завися качество обработанных деталей, надежность технологического оборудования и эффективность производственного процесса в целом.
При разработке УП изготовления детали необходимо учитывать квалификацию инженера-технолога, инженера-программиста, сложность конфигурации приспособления, особенности оборудования с ЧПУ, нестабильность физико-механических свойств заготовок и применяемых инструментальных материалов, рассеяние припуска, вариабельность жесткости станков разных моделей и другие факторы:. Важным является тот факт, что при подготовке УП для станков с ЧПУ, как траектория движения инструмента, его конструкция, геометрия и материал режущей части, режимы1 резани, задается технологом однозначно и, как правило, не корректируется при обработке. Поэтому разработка механизма менеджмента качества процесса подготовки УП для оборудования с ЧПУ поизведена поэтапно на основе механизма управления системы: КАНАРСПИ (качество, надежность, ресурс с первых изделий), схематически изображенного на рисунке, использующего принципы: системы: бездефектного труда (СБТ) [1].
Система КАНАРСПИ предполагает совершенствование конструкции изделия в период технологической подготовки производства и в процессе создания серийного образца. В этот период создаются опытные образцы: деталей, узлов, систем и изделия в целом и проводятся исследовательские испытания этих образцов. Циклический контур «доработка конструкции - исследовательские испытания» даёт возможность
вскрывать дефекты, изучать их природу и на этой основе повышать качество конструкции. Кроме того, осуществляются сбор и анализ информации о качестве изделий на всех стадиях жизненного цикла. Также отмечается необходимость применения прогрессивных технологических процессов, их отработки и совершенствования путем опытных испытаний.
Механизм управления качеством продукции в системе КАНАРСПИ
На первом этапе разработки механизма менеджмента качества процесса подготовки УП для оборудования с ЧПУ было исследовано структурно-информационное взаимодействие служб, оказывающих непосредственное влияние на процесс разработки управляющей программы, на примере машиностроительного предприятия ОАО «Тульский оружейный завод». На данном предприятии в процессе разработки УП задействованы следующие службы:
1) отдел главного конструктора;
2) отдел главного технолога;
3) отдел программного обеспечения технологического оборудования и новой техники.
На следующем этапе построена развернутая структурно-
функциональная модель рассматриваемого процесса. Анализ данной модели позволил определить основные составляющие процесса подготовки программ и построить соответствующую диаграмму Исикавы, наглядно отображающую причинно-следственную связь факторов, оказывающих влияние на качество процесса подготовки УП для оборудования ЧПУ.
Используя диаграмму Исикавы (причины - результаты) был проанализирован весь процесс подготовки управляющих программ, выявлены и сгруппированы условия и факторы, влияющие на неупорядоченность системы менеджмента качества исследуемого процесса [2].
Для практической реализации механизма менеджмента качества процесса подготовки УП для оборудования с ЧПУ была разработана методика оценки качества процесса их подготовки УП. При ее разработке использован: следующие обозначения и допущения. Множество характеристик конкретной детали, заданных техническими требованиями конструктора в соответствующей конструкторской документации, как, на*
пример, размерная часть, шероховатость и т.д., обозначено через X . Мно-
*
жество характеристик X ставится в соответствие с множеством технологически возможностей X изготовления данной детали на металлообрабатывающем оборудовании с ЧПУ, включающем, например, парк имеющегося на предприятии разнообразного технологического оборудования и соответственно с инвариантностью технологического процесса обработки на станах с ЧПУ. Необходимо определить существование множества технологических возможностей X® как подмножества системы X, необходимых и достаточных для удовлетворения требований конструктора, установленных в конструкторской документации (КД), и предприятия в целом.
Пусть заданы множество X технологически возможностей изготовления детали на металлообрабатывающем оборудовании с ЧПУ, содержащее п характеристик с дискретными и непрерывными параметрами процесса подготовки управляющих программ для металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ, и множество X*, содержащее п* характеристик, описывающих технические требования конструктора в соответствующей К Д:
*
п * п *
X = и X ={JX г .
I=1 г=1
Для простоты, без потери общности решения, возможно положить
п =п , т. е. привести в соответствие перечет характеристик конкретного решения с характеристиками типового решения.
О *
Искомое решение X^ = X ^X будет существовать и будет эко-
номически оправданным, если выполняются два условия: необходимости и достаточности.
Предположим, что определенное число т характеристик (т < п) этих множеств, которые назовем паспортными, определяют рамки номенклатурного ряда изделий и качество модулей технического оборудования (как, например, масса, габариты, материал, точность обработки, надежность отдельны: технологически модулей и средств вычислительной техники и т. п.) и обозначим и
С = {X^} с X, ] = 1,...,т - для типового решения;
2 = {Xj} с X ,} = 1,...,т - для конкретной реализации.
Остальные п-т характеристики, которые назовем техникоэкономическими, будут определять предварительные техникоэкономические показатели (ТЭП) решений (как, например, производительность, уровень автоматизации, общая надежность, стоимость системы, срок окупаемости и т. п.). Тогда обозначим для типового и конкретного решений соответственно
V = {¥(ук')} = {X ^к)} с X, ^ = 1,..., п-т к = 1,..., К, К-натуральное
число;
* *
Ж ={XЯ} сX , ^ = 1,..., п-т,
*
т. е. имеем X = СиV, и X = 2 и Ж, а природ эти подмножеств определим как
С - подмножество технологически возможностей изготовления детали на металлообрабатывающем оборудовании с ЧПУ, с неизменяемыми параметрами, заданными по составу средств типового решения;
V - подмножество технологически возможностей изготовления детали на металлообрабатывающем оборудовани с ЧПУ, с варьиуемыми
параметрами типового решени, где каждое подмножество V(к) с V, означает вариант значений ТЭП, получаемый в процессе проектирования на бае типового решени;
2 и Ж - соответственно подмножества технически требований КД с условно неизменяемыми и условно варьируемыми параметрами конкретного решени, заданными по техническим требованим заказчика, но допускающими модификации в процессе разработки и согласования технического задани с заказчиком.;
х <* > - функция от паспортных характеристик генерирующая варианты количественно-качественного состава технологического оборудования с ЧПУ при соответствующем наборе ТЭП и с ограниеними, заданными техническими требованими 2 и Ж.
Число К определяет адаптационные возможности функционально полных, экономически целесообразных вариантов решения.
Возможность нахождения решения X0 определяется наличием или отсутствием пересечения множества X типового решения с множеством X требуемой конкретной реализации, иначе говоря, можно использовать технологию системного проектирования на бае типового решения, если при
одинаковых внешни воздействия и = и на определенном интервале времени выполняется условие
{Си V}п{2иЖ} *0.
Элементы V(к) подмножества V определяют адаптационные возможности типового решения. Если варьиовать подмножество V разли-ными значениями ТЭП, соответствующих функционально полным вариантам компоновки и комплектации, так, чтобы множество характеристи типового решения X обеспечивало согласованные с конструктором технические требования конкретного решения X, то область экономически достаточного искомого решенияX0 может быть определена.
При совмещении подхода стандартизации (ускорение проектирования за счет использования типового решения) с подходом параллельного выполнения заказа с учётом индивидуальных потребностей заказчика возникает некоторая избыточности решения, которая, в то же время увеличивает адаптируемость к выпуску нового вида продукции уже в процессе эксплуатации системы.
Моделиовние процесса подготовки УП для металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ предполагает развитие модели во времени в соответствии с определёнными правилами. Функционирование реальной системы распадается на ряд процессов функциониования отдельных объектов. Эти процессы протекают одновременно или последовательно.
Для оценки и управления качеством всего процесса подготовки программ для станков с ЧПУ необходимо воспользоваться дифференциальным методом контроля и выработки управляющего воздействия для каждого из отдельно протекающи внутренни процессов. Оценка качества внутренних процессов может быть выполнена различными способами в зависимости от выполняемых ими функций, задач и показателей эффектности.
Множество моментов времени изменения состояния исследуемого процесса может быть описано выражением
Т г2,..., Ц ,...,гп I
где - г-й момент времени изменения состояния процесса подготовки УП;
1п - общее время процесса подготовки УП.
Под функциониованием системы понимается процесс изменения ее состояния во времени, который называется процессом функциониовани
2 = (Т, 5, ^ ,а),
где S - пр°стРанство состояний; F - траектория процесса (F : T ^ S); а - отношение линейного порядка на множестве Т.
В зависимости от типа процесса множество моментов времени Т может быть как непрерывным, так и дискретным. Если Тзадано в виде упорядоченных чисел, то величину а из данного выражения можно исключить.
Пространство состояний S оценки качества Qs процесса подготовки УП для металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ определяется множеством технологических возможностей Qsp подпроцессов, где QsP -качество подпроцессов Qs процесса. Пусть Р - число Qsp подпроцессов в исследуемом Qs процессе, а W = {Wi,W2,...,Wp} - множество технологических возможностей Qsp подпроцессов. При этом под технологическими возможностями системы подраумевается некотора скалярная переменна, обладающа именем и множеством значений:
Qs = £ sQsp, (W •G (W )> Pw, К
i=1
где Wi - множество технологических возможностей i-го подпроцесса; G(Wj) - множество значений параметра Щ, Sj - коэффициент веса Qsp, -го
подпроцесса, Рщ - коэффициент веса W,.
Сле дет отметить, что элементы множества G(W,) скаярные.
При этих условиях пространство состояний Sqs , Qs системы определяется как
Sqs = П • G(w) для всех w е W,
где П - символ декартова произведения множеств, а рамерность пространства Sqs равна числу параметров исследуемых подпроцессов.
Для определения коэффициентов веса Рщ и si необходимо воспользоваться методом экспертных оценок [3].
В качестве следующего шага следует определить предельные значения для уровня показателя качества и установить их в качестве нормативных.
В результате, оказыва соответствующее влияние на множество Wl,W2,...,Wi технологических возможностей Qspi подпроцессов, можно
управлять качеством исследуемого Qs процесса подготовки УП для ме-
талообрабатывающего оборудования с ЧПУ.
На следующем этапе проведены определение предельною уровня значения общего показателя качества и закрепление его в документации менеджмента качества предприятия в виде нормативного [4, 5].
В конечном итоге, при влиянии на составляющие общего покаате-ля качества (свойства процесса подготовки управляющих программ) появ-
ляется возможность управления качеством процесса подготовки УП для металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ.
С целью управления процессом подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ необходимо обеспечить непрерывный контроль на всех этапах разработки. Механизм менеджмента качества процесса подготовки УП для оборудования с ЧПУ равивается циклически и проходит в своем равитии через определенные этапы. Данный цикл наывается циклом Де-минга PDCA, а его реаизация - оборотом цикла Деминга [6]. Посредством с последним раработана организационно-техническа схема менеджмента качества УП для станков с ЧПУ.
Представленные мероприятия позволяют достичь значительного повышения уровня качества УП для станков с ЧПУ и, следовательно, повышения кчества, надежности и долговечности выпускаемой продукции.
Данный подход практически реаизован при реинжиниринге процесса подготовки УП для металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ на предприятии ОАО «Тульский оружейный завод». При этом разработан механизм, позволяющий контролировать и управлять качеством и надежностью УП на всех этапах их подготовки.
Список литературы
1. Гличев А.В. Основы управления качеством продукции. М. : Издательство стандартов, 1988. 80 с.
2. Федюкин В.К., Дурнев В.Д., Лебедев В.Г. Методы оценки и управления кчеством промышленной продукции. М. : Изд-во стандартов, 2001. 328 с.
3. Никифоров А.Д. Управление качеством: учеб. пособие для вузов. М. : Дрофа, 2004. 720 с.: ил.
4. Информационна поддержка систем управления качеством изготовления машин / С.А. Васин [и др.]; под общ. ред. С.А. Васина. Тула :
Тул. гос. ун-т, 2002. 428 с.: и.
5. Анцев В.Ю., Иноземцев А.Н., Пушкин Н.М. Автоматизация экспресс-оценки трудоемкости изготовления спортивного и охотничьего оружия // Автоматизация и современные технологи. № 8. 2002. С. 18-22.
6. Анцев В.Ю, Иноземцев А.Н. Всеобщее управление качеством: учеб. пособие. Тула : Изд-во ТулГУ, 2005. 244 с.
V. Antsev, S. Motsakov
NC programming process quality evaluation for metalworking NC machine tools
A methodology for evaluating the NC programming process quality for metalworking NC machine tools has been developed. It is based on the KANARSPI system approach that implies NC code refinement during the production planning and batch production product development.
Получено 19.01.09.
