CC BY
8
УДК 004.896
И.А. Хворов, В.Г. Каймин, В.И. Левчук
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ПОДСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩИХ МОДУЛЕЙ В УСЛОВИЯХ МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Рассмотрены кластеризация номенклатуры деталей, как одно из направлений метода групповой обработки и на примере гибкого производственного модуля разрабатывается программа, анализирующая токарную номенклатуру по признакам. Ключевые слова: алгоритм, механическая обработка, операция, кластерный анализ, метод групповой обработки, ГПМ.
Организационные формы и виды производственных процессов оказывают существенное влияние на повышение производительности труда. При этом основными факторами, предопределяющими выбор организационной формы и вида производственного процесса, являются количество изделий, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемым чертежам, а так же их номенклатура.
В зависимости от количества выпускаемых изделий, их номенклатуры, регулярности выпуска и величины серии выбирают соответствующую форму организации производства, которая непосредственно определяет характер реализации технологического процесса [2].
В соответствии с гостом ГОСТ 14.004 и 3.1119 существует пять основных типов производства — единичное, мелкосерийное, среднесерийное, крупносерийное и массовое. При этом в мелкосерийном и среднесерийном изготовлении деталей малыми партиями возникают большие потери времени из-за переналадки оборудования при переходе от одной партии к другой. В этих условиях целесообразно использовать метод групповой
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 12. С. 362-367. © 2016. И.А. Хворов, В.Г. Каймин, В.И. Левчук.
обработки (МГО), существенный вклад в разработку которого внес проф. Г.П. Митрофанов. В основе метода лежит технологическая классификация заготовок, позволяющая сформировать группы изделий с последующей разработкой технологии групповой обработки без переналадки или с минимальной переналадкой оборудования.
В МГО под классом понимают совокупность изделий, характеризуемых общностью типа оборудования, необходимого для обработки заготовок в целом или их отдельных поверхностей.
Результатом классификации является формирование групп, где основным критерием для объединения деталей в группу является общность обрабатываемых поверхностей или их сочетаний.
В конечном счете, этот метод позволяет: а) при мелких сериях рентабельно применять высокопроизводительную групповую оснастку на универсальных, а в нашем случае и специальных гибких производственных модулях (ГПМ); б) сократить номенклатуру оснастки путем ее групповой унификации, а так же время, затрачиваемое на переналадку оборудования; в) сократить и упростить технологическую подготовку производства для новых изделий и внести конструктивные изменения в изготовляемые изделия; г) упростить внутрицеховую подготовку производства и планирование работы каждого станка, а также повысить оперативность руководства производством; д) сократить время обработки детали и увеличить производительность оборудования, за счет минимизации межоперационных операций.
В настоящее время при разработке технологических процессов обработки деталей на станках применяется МГО деталей, при котором детали классифицируются по видам основной обработки (токарная, револьверная, фрезерная и др.) Однако с внедрением в производство сложных, многофункциональных обрабатывающих центров, все большее значение начинает иметь оснастка для этого оборудования. После этого детали каждого класса разделяются на группы деталей, сходных по форме и размерам и общности процесса их обработки. Затем разрабатывается технологический процесс не на отдельную деталь, а на группу деталей, технологически сходных и характеризующихся общей последовательностью обработки, одинаковым станком, приспособлением, режущим инструментом и наладкой.
Основные минусы метода заключается в сложности выявления групповой детали представителя и разработки группового технологического процесса, а, следовательно, повышенными
требованиями к подготовке технологов. В связи с этим в работе по подготовке групповой обработки предлагается применение программного комплекса, способного автоматически анализировать базу номенклатуры и предлагать оптимальную последовательность обработки деталей. В алгоритме программы предлагается применение кластерного анализа вводимой оператором базы данных номенклатуры деталей. Кластеризация в данном случае рассматривается как многомерная статистическая процедура, выполняющая сбор данных, содержащих информацию о выборке объектов, и затем упорядочивающая объекты в сравнительно однородные группы — кластеры [3]. А они в свою очередь анализируются и затем упорядочиваются в максимально эффективную для обработки последовательность.
Предварительно отбирая детали для анализа, условно ограничимся деталями токарного типа. В качестве основного ме-ханообрабатывающего оборудования для обработки таких деталей выбран токарно-фрезерный ГПМ на основе токарного станка Т200 с ЧПУ Fanuc 0i и пруткоподающим устройством SNS42, установленный на Хабаровском судостроительном заводе. На станке установлена двенадцатипозиционная револьверная головка, что ограничивает количество операций с разным инструментом до 12. Пруткоподающее устройство имеет ограничение максимального диаметра прутка до 40 мм.
В таком случае, имея определенное количество партий деталей для данного оборудования и учитывая, что внутри каждой партии — детали одинаковые, определим признаки, по которым будет проходить анализ. Так как партии отличаются между собой конструкцией деталей (следовательно, количеством оснастки, требуемой для их изготовления), количеством и материалом
Трехмерная модель ГПМ
деталей, то каждая деталь будет характеризоваться четырьмя признаками: т; g; о). Представим условие в виде матрицы:
Dl т{; О1)
D2 (k2; т2; g2; о2) D3 (kз; т3; gз; о3) D4 (k4; т4; g4; о4)
D (k ; т ; g ; о ),
п у п' п' п7'
где п — номер партии деталей D; k — количество деталей в партии (от 1 штуки до 100 штук); т — номер, присвоенный материалу деталей в партии по ПБ 03-164 (от 1 до 17); g — габаритный диаметр заготовки, для изготовления партии деталей (от 4 мм до 40 мм); о — количество оснастки для изготовления партии [от 3 до 12 инструментов] (3...12).
Тогда вводимые в программу данные для первой партии имеют вид:
{т1}; {о1})> - вместо т1; g1; о1 — оператор вводит 4 значения первой партии.
После заполнения первой строчки появляется вторая:
{т2}; ^2}; {о2})> — оператор задает характеристики для второй партии, аналогично первой.
Затем снова появляется строка для ввода характеристик третьей партии и так, пока не кончаться партии. Программа выстраивает оптимальную последовательность обработки партий с учетом всех параметров, которые в свою очередь учитываются следующим образом:
k — чем больше значение, тем ближе партия к концу списка. т — партии с равными значениями материала, в последовательности должны быть рядом. Если материалы деталей в партии отличаются на 1, то эти детали должны располагаться рядом, от большего к меньшему. Например, если разложить ряд деталей:
Dl (Я = 4); D1 (Я = 3); Dъ (я = 3); ^ (я = 5); ^ (я = 9); D6 (я = 4).
Получим: D5; D4; D1; D6; D2; D3, где D4, D1, D6, D2, D3 стоят рядом, при условии, что диаметры заготовок (£) подходит.
g — партии с равными значениями диаметра заготовки, в последовательности должны быть рядом. Если диаметр деталей в партии отличаются на 1...5 мм, то эти детали должны располагаться рядом, от большего к меньшему. Например, если разложить ряд деталей:
Dl ^ = 4); D1 & = 35); Dз (g = 8); DA (g = 37); ^ ^ = 40); D6 (я = 16).
Получим: D5; D4; D2; D6; D3; D1, где D5, D4, D2 стоят рядом, точно так же как D3, D1 стоят рядом, при условии что материал ^) подходит.
о — чем больше значение, тем ближе партия к концу списка, так как увеличивается шанс того, что в партии может потребоваться дополнительная оснастка, которой в данный момент не установлено.
Математически программа состоит из массива размерностью, равной количеству партий. Первый столбец — номер партии; второй столбец — количество; третий — материал; четвертый — габаритный диаметр; пятый — количество оснастки. Массив необходимо отсортировать последовательно по 3 столбцу (наибольший приоритет), затем по 4, затем по 2, затем по 1. Каждая следующая сортировка проходит при неизменности предыдущей сортировки, то есть в границах одинаковых значений предыдущей сортировки. На вывод выдаются данные 1 столбца по порядку.
Как показывает опыт, применение МГО позволяет в условиях единичного и мелкосерийного производства широко использовать групповые настройки станков, обеспечивающие специализацию рабочих мест и, как следствие, значительное повышение производительности. [4] Полученный в результате программный продукт позволяет значительно сократить время анализа номенклатуры деталей, ее типизации и построения оптимальной последовательности обработки деталей. Подана заявка на патент.
Подобная разбивка деталей на кластеры по общности их обработки или по видам оборудования, используемого при обработке с дальнейшим делением на укрупненные группы и классы, обеспечивает возможность составления такого технологического процесса при изготовлении деталей малыми партиями, при котором их изготовление осуществляется наиболее рационально и экономично.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Митрофанов С. П. Научные основы групповой технологии. — Л., 1959. - С. 475.
2. Тимирязев В. А., Кутин А. А., Схиртладзе А. Г. Основы технологии машиностроения. - М.: Изд. МГТУ «СТАНКИН», 2011. - С. 295.
3. Классификация и кластер / Под ред. Дж. Вэн Райзина. Пер. с англ. П. П. Кольцова; Под ред. Ю. И. Журавлева. — М.: Мир, 1980. — С. 389.
4. Оголобин А. Н. Основы токарного дела. Изд. 3-е / Под ред. проф. Г. А. Глазова. — Л.: Машиностроение, 1974. — С. 310.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Хворов И.А} — аспирант, e-mail: [email protected], Каймин В.Г.1 — аспирант, Левчук В.И} — инженер, МГТУ «СТАНКИН».
UDC 004.896
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 12, pp. 362-367. I.A. Khvorov, V.G. Kaymin, V.I. Levchuk DEVELOPMENT MATHEMATICAL ALGORITHM FOR CALCULATION PRODUCTIVITY MACHINING MODULES IN SMALL-SCALE PRODUCTION
The paper discusses the clustering range of parts, as one of the areas of batch processing method and the example of a Flexible Manufacturing System is developing a program that analyzes the turning range of affinity.
Key words: algorithm, machining, operation, cluster analysis, batch method, FMS.
AUTHORS
Khvorov I.A.1, Graduate Student, e-mail: [email protected], Kaymin V.G}, Graduate Student, Levchuk V.I.1, Engineer,
1 Moscow State University of Technology «STANKIN», 127055, Moscow, Russia.
REFERENCES
1. Mitrofanov S. P. Nauchnye osnovy gruppovoy tekhnologii (Scientific principles of group technology), Leningrad, 1959, pp. 475.
2. Timiryazev V. A., Kutin A. A., Skhirtladze A. G. Osnovy tekhnologii mashinostroe-niya (Fundamentals of mechanical engineering technology), Moscow, Izd. MGTU «STANKIN», 2011, pp. 295.
3. Klassifikatsiya i klaster. Pod red. Dzh. Ven Rayzina. Per. s angl. (Classification and cluster. Dzh. Ven Rayzin (Ed.), English—Russian translation), Moscow, Mir, 1980, pp. 389.
4. Ogolobin A. N. Osnovy tokarnogo dela. Izd. 3-e. Pod red. G. A. Glazova (The basics of turning the case. 3rd edition, Glazov G. A. (Ed.)), Leningrad, 1974, pp. 310.
