12.04.2018

Формализация процесса принятия технологических решений


Выбор рационального варианта технологического процесса из ряда нескольких альтернатив относится к классу сложных задач принятия решения, характеризующихся несколькими целевыми функциями, множеством вариантов поставленных целей и рядом ограничений.

Известно большое количество методов принятия решений, основанных на использовании классических критериев: минимаксного критерия, критерия Сэвиджа, критерия Байеса-Лапласа, а также на использовании производных критериев: критерия Гурвица, критерия Ходжа-Лемана, критерия Гермейера и др. Эффективны критерии и методы, используемые при решении задач искусственного интеллекта. В основе одного из таких методов лежит дискриминантный анализ.

Метод предполагает использование некоторой функции d(X), являющейся уравнением дискриминантной (разделяющей) поверхности в признаковом пространстве d(X) = 0. Рассматривая образ детали X, описанный конструктивно-технологическими признаками, можно утверждать, что данный образ принадлежит некоторому классу f, если значение d(X) > 0, и классу f, если d(X) < 0. В данном случае fi определяет возможность изготовления деталей с заданными параметрами с помощью рассматриваемой операции; fj - класс, объединяющий параметры деталей, значения которых выходят за рамки принятых ограничений по данной операции объемной штамповки.

Таким образом, если известен вид дискриминантной функции, процесс принятия решения о принадлежности образа детали к тому или иному классу представляется несложным.

Для построения разделяющих поверхностей, определяющих предельные возможности операций, предлагается использовать дискриминантные функции, полученные путем аналитического преобразования выражений для определения удельных сил (см. табл. 3.13). Рассмотрим ряд функций, определяющих возможности некоторых операций.

При изготовлении стержневых деталей:

— для операции прямого выдавливания
— для операции высадки
где а и а1 - коэффициенты, учитывающие упрочнение металла:
wш - относительное сужение образца после разрыва при испытании металла поковки на растяжение; wp - относительное равномерное сужение образца при испытании металла поковки на растяжение; ов - предел прочности металла поковки, МПа; u - постоянная трения; k, m, n - конструктивно-технологические признаки поковки.

Для операции редуцирования дискриминантная функция получена в следующем виде:
Если стержневая часть поковки имеет несколько ступеней, то применимость операции редуцирования может быть оценена с помощью того же набора конструктивно-технологических признаков k, m, n. В этом случае процесс описания поковки предлагается осуществить итеративно в зависимости от того, какую ступень получают с помощью рассматриваемой операции. Параметрами "утолщения" условно будут являться параметры ступени, полученной на предыдущем переходе. Параметрами "стержня" — размеры ступени, получаемой на рассматриваемом переходе редуцирования.

Для операции поперечно-прямого выдавливания дискриминантная функция имеет вид:
При изготовлении полых деталей обратным выдавливанием используется дискриминантная функция вида
С помощью выбранных дискриминантных функций проводится построение разделяющих поверхностей, образующих в признаковом пространстве геометрическое место точек, характеризующих возможность получения поковок с указанными параметрами при использовании конкретной технологической операции.

Вычисление координат точек и построение в признаковом пространстве разделяющих поверхностей проводится с помощью программного блока SURF.
Признаковые пространства, будучи ограниченными координатными плоскостями и разделяющими поверхностями, образуют подмножества поковок, которые могут быть изготовлены с помощью данных операций объемной штамповки. Положение в выбранной системе координат и форму разделяющих поверхностей для операций высадки и прямого выдавливания стержневых деталей с одним утолщением, расположенным на конце детали, иллюстрирует рис. 3.28.
С точки зрения допустимых удельных сил при выполнении операций и геометрических ограничений, характеризующих допустимые относительные степени деформаций, разделяющие поверхности являются предельными поверхностями и, следовательно, определяют технологические возможности штамповочных операций.

Рассмотрим в качестве примера разделяющие поверхности, описанные дискриминантными функциями d1(X) и d1(X). Если рассечь полученные поверхности определенным образом при фиксированных значениях признаков, например, плоскостью к = const (k = 1,0), то в сечении можно выделить несколько характерных областей, как показано на рис. 3.29. В данном случае пять областей признакового пространства являются областями приоритетного применения высадки, выдавливания и комбинированных процессов ХОШ и ПГОШ при изготовлении стержневых поковок, а с помощью дискриминантных функций границы этих областей фиксируются.
Применив аналогичный подход к другим рассматриваемым операциям объемной штамповки, были получены соответствующие разделяющие поверхности, характеризующие предельные возможности данных операций, и их сечения. Формы поверхностей, их положение в признаковом пространстве и характерные сечения показаны соответственно на рис. 3.30, 3.31 (редуцирование); рис. 3.32, 3.33 (поперечно-прямое выдавливание); рис. 3.34...3.37 (обратное выдавливание для поковок с различными геометрическими параметрами). В соответствующих сечениях выделяются две области, содержащие признаки поковок, которые принадлежат упомянутым классам fi или fj.
Следует отметить, что разделяющую поверхность для операции комбинированного выдавливания в трехмерном пространстве построить не представляется возможным, так как дискриминантная функция d(X) зависит от четырех конструктивно-технологических признаков.

При предъявлении очередного образа поковки не возникает необходимости каждый раз строить разделяющие поверхности, следует только выяснить, попадает ли образ поковки в область допустимых параметров.

Если признаки поковки таковы, что она может быть получена с помощью различных операций, то следует принимать решения по выбору рациональной технологии из ряда возможных альтернатив.

Разработанная методика генерирования и синтеза технологических процессов ХОШ и ПГОШ реализована для класса стержневых и полых поковок в виде программных комплексов для экспертной системы.

Оптимизация и принятие технологических решений при изготовлении стержневых поковок осуществляется программным комплексом, блок-схема которого представлена на рис. 3.38. Исходными данными для проведения необходимых расчетов являются конструктивнотехнологические признаки поковок, допустимые значения удельных сил на штамповый инструмент и степени деформаций, а также набор логических переменных, запрещающих или разрешающих изменение хода расчетов на том или ином этапе моделирования. Ввод исходных данных осуществляется с помощью блока 2 алгоритма.

Нормативно-справочные данные, практически не изменяющиеся в рассматриваемых условиях производства, заложены в программный комплекс в виде информационных массивов, обращение к которым производится по мере необходимости.

Определив предварительно с помощью блока 3 область применения каждой из технологических операций, являющихся претендентами на участие в генерировании процесса изготовления поковки, приступают к расчету параметров заготовок по переходам (блок 4).
С помощью блока 5 алгоритма осуществляется обращение к одному из информационных массивов, содержащему стандартные значения диаметров прутков. Производится выбор значения диаметра прутка для генерируемого технологического процесса.

Вычисление действительных степеней деформаций и удельных сил по вариантам возможных технологических процессов (блоки 6, 7) производится по зависимостям, представленным в табл. 3.13.

С помощью блока 8 осуществляется просмотр областей признакового пространства, ограниченных дискриминантными функциями (3.15), (3.16). В зависимости от того, в какую из областей попадают параметры поковки, выбирается технологическая операция для участия в синтезе процесса изготовления.

Необходимость изменения температурного режима в сторону ПГОШ проверяется с помощью блока 9. Если ограничения, представленные в табл. 3.3 и проверяемые блоком 10, не позволяют использовать синтезированный технологический процесс, то либо он отбрасывается как непригодный, либо конструктивно-технологические признаки поковки корректируются, и процесс продолжает участвовать в сравнительном анализе альтернативных вариантов (блоки 11—18).

Согласно декомпозиции основной функции технологического процесса (см. табл. 3.1), одним из доминирующих критериев при принятии рациональных технологических решений является экономический критерий.

Оценка генерируемых процессов по данному критерию формируется на основе технико-экономического анализа альтернативных вариантов, который показывает правомерность технологического решения при уменьшении затрат производства, либо его неприемлемость в связи с увеличением затрат. Статьи затрат, входящие в технологическую себестоимость годового выпуска деталей Sт, объединяются в две группы: переменные Sп и условно-постоянные Sc. К переменным статьям технологической себестоимости относятся затраты на металл, электроэнергию, ремонт и обслуживание оборудования, на заработную плату, инструмент, амортизационные отчисления по универсальному оборудованию. К условно-постоянным относят затраты, размер которых не зависит от годовой программы выпуска деталей q. При этом технологическая себестоимость единицы продукции равна:
Структурная схема, приведенная на рис. 3.39, отражает последовательность определения экономических показателей. В случае определения технологической себестоимости по изменяющейся части затрат расчет условно-постоянных затрат может отсутствовать.

Программный комплекс работает как в пассивном, так и активном режимах, которые задаются значениями логических переменных, формально указывающих на возможность изменения значений признаков поковки и исходной заготовки на некоторые промежуточные значения с целью обеспечения как возможности изготовления детали методами пластического деформирования, так и с целью выбора рационального варианта технологии.
Блоки 19-22 алгоритма (см. рис. 3.38) предусматривают возможность изменения диаметра заготовки do, признаков поковки k, m, n и марки металла в допустимых пределах. Решение о необходимости такого изменения принимается технологом.

После синтеза одного из вариантов технологического процесса штамповки изменяют параметр d0 и повторяют расчет техникоэкономических параметров. В результате такого преобразования требуется дополнительная операция, и алгоритмом предусмотрено ее назначение. Проверка целесообразности увеличения числа переходов проводится с помощью блока 24. В конце моделирования получают поковку требуемой конфигурации и фиксируется то значение d0, при котором технологическая себестоимость минимальна.

Затем проводят расчет при последовательном изменении остальных конструктивно-технологических признаков поковки с фиксированием значений, при которых уменьшается технологическая себестоимость. Этот метод позволяет определить рациональный вариант технологического процесса, реализующийся с минимальными затратами.

Связь принимаемых экспертных решений и значений логических переменных определяется табл. 3.14. При этом в логические переменные вкладывается следующий смысл:

- KZVD — возможность применения операции выдавливания;

- KZRAD — возможность использования операции радиального выдавливания;

- KZVSD - возможность реализации операции высадки;

- KZCONE — возможность использования предварительного набора металла при высадке;

- KZRED — возможность осуществления операции редуцирования стержневой части поковки.

Если конструктивно-технологические признаки поковки таковы, что она может быть получена с помощью нескольких вариантов технологических процессов, то следует принимать решения по выбору рациональной технологии из ряда возможных альтернатив. Принятие наилучшего решения связано с решением многокритериальной задачи, которая может быть сформулирована следующим образом.
Решения у, определенные на множестве Y, удовлетворяют сформулированным ограничениям и рассматриваются как возможные способы достижения поставленных целей. Каждое решение у приведет к некоторому исходу, последствия которого оцениваются набором скалярных критериев W1(y), W2(y), ..., Wn(y), характеризующих эффективность достижения целей. Необходимо найти такое допустимое и наилучшее решение уо є Y, которое оптимизирует эффективность W(y).

Идеальным решением будет такое, которое принадлежит пересечению множеств оптимальных решений всех однокритериальных задач. Обычно это множество пусто, так как между отдельными и всеми критериями существует противоречие: улучшение решения по одному из критериев обязательно вызывает ухудшение по другому или совокупности других критериев.

Принятие решения при выборе рациональной технологии основывалось на принципе относительного доминирования, при котором устанавливаются приоритеты критериев. Критерии разбивались на две группы - более важных i = l, k и менее важных i = k + l, n, причем критерии второй группы были переведены в ограничения. Соответствующее этому принципу решающее правило формулировалось следующим образом: если по всем критериям первой группы решение у1 превосходит решение y2, то решение у целесообразнее у2, независимо от соотношения между критериями второй группы.

При структуризации процесса принятия решений предпочтение отдавалось технологическому процессу, реализуемому с минимально возможными удельной силой и числом переходов, позволяющим применять оборудование меньшей номинальной силы, одновременно обеспечивая более высокую стойкость инструмента с минимальными затратами на его проектирование и изготовление.

Таким образом, выбор рационального варианта технологического процесса производится сравнением критериев, рассчитываемых с помощью блока 25 (см. рис. 3.38).

Алгоритмом предусмотрена возможность унификации исходных заготовок и используемого формоизменяющего инструмента в условиях многономенклатурного производства. Эти функции выполняются с помощью блоков 27-29.
Формализован процесс принятия решений при синтезе технологических процессов изготовления полых цилиндрических поковок. Согласно полученной схеме генерирования альтернативных вариантов (см. рис. 3.24) разработан алгоритм их синтеза и принятия решения о рациональной технологии. Блок-схема алгоритма представлена на рис. 3.40. Одним из первых этапов синтеза является определение области рационального применения технологических операций, основанное на анализе признаковых пространств, ограниченных дискриминантными функциями (3.19), (3.20), характеризующими анализируемые операции (блок 5). Проверка геометрического ограничения по толщине донной части поковки и коррекция его значения при необходимости осуществляется с помощью блоков 4 и 5. После расчета объемов детали и ее конструктивных элементов (блок 6) вычисляется действительная степень деформации при выдавливании (блок 7). Следующим проверяемым ограничением является ограничение по степени деформации (блок 8). Если рассчитанная степень деформации превосходит допустимую для данного материала, то, кроме выдавливания, следует предусмотреть переходы вытяжки с утонением стенки детали, которых может быть не более трех. С помощью блока 9 производится расчет внешнего диаметра и высоты полуфабриката, получаемого на переходе выдавливания. Блоки 10 и 11 предусматривают при необходимости коррекцию глубины выдавливаемой полости в соответствии с ограничениями по устойчивости пуансона. С помощью блоков 12-14 рассчитывают удельные силы альтернативных вариантов технологии с принятием решения о рациональном технологическом процессе (блок 15). Проверку по количеству переходов штамповки осуществляет блок 16. Если переход один, то программный комплекс завершает работу. В противном случае назначаются переходы вытяжки с утонением и рассчитываются параметры полуфабрикатов (блок 17). При наличии утолщений на поковке определяются параметры высадки или поперечного выдавливания (блок 19).
Экспертные решения, принимаемые в пользу того или иного процесса деформирования, и соответствующие им значения логических переменных приведены в табл. 3.15-3.19 для различных форм получаемых полых поковок. Логические переменные несут следующую смысловую нагрузку:

- KZV - определяет возможность изготовления поковки методами пластического деформирования;

- KZJ - определяет возможность получения поковки за один переход;

- KZVO - определяет возможность осуществления обратного выдавливания.

Наибольшее количество вариантов получено при синтезе технологических процессов изготовления ступенчатых полых деталей (см. рис. 3.26, 3.27). Алгоритм принятия решения при генерировании и синтезе технологии для получения поковок данного класса представлен на рис. 3.41. Согласно схеме генерирования (см. рис. 3.26, 3.27) основными являются варианты изготовления поковки из трубной или прутковой заготовки. После анализа дискриминантных функций и конструктивнотехнологических признаков поковки (блок 3) вычисляются действительные степени деформации при прямом и обратном течении металла (блок 4). Если найденные значения степеней деформаций больше допустимых для данного металла, вычисляются диаметры полуфабрикатов, которые могут быть получены с помощью назначенных операций, при этом запрашивается информация о наличии необходимых заготовок (блоки 5-14).

Таким образом, каждая промежуточная форма полуфабриката, которая генерируется программным комплексом, образует новый базис для дальнейшего синтеза технологии. Если поковку можно изготовить комбинированным выдавливанием, что проверяется блоком 15, то алгоритм заканчивает работу с выводом варианта технологии на печать (блок 16). В противном случае продолжается анализ альтернативных вариантов, одним из которых является выдавливание полуфабриката с промежуточным внешним диаметром. Расчет такой возможности осуществляется с помощью блоков 18—21.

Иным вариантом технологии является высадка заготовки диаметром, равным диаметру стержневой части в сочетании с обратным выдавливанием полости (блоки 22-36). Если высадка неосуществима, анализируется возможность проведения операции раздачи (блоки 25-27).

Другой ветвью алгоритма является расчет параметров технологии изготовления поковки из прутковой заготовки. Действительные степени деформации для разных по геометрии полуфабрикатов рассчитываются с помощью блоков 39, 40, 46. Параметры комбинированного выдавливания при формоизменении в один переход ступенчатой втулки определяются блоком 43. Варианты обратного выдавливания анализируются с помощью блоков 47, 48.

При необходимости в технологический процесс может быть включена операция обжима, расчет параметров которого проводится с помощью блоков 50, 51. Процесс генерирования промежуточных форм полуфабрикатов продолжается до тех пор, пока не будет сгенерирована окончательная форма поковки. Генерирование может осуществляться как в глубину (детальный анализ одного процесса), так и в ширину с наращиванием числа возможных вариантов технологических процессов, участвующих в принятии оптимального решения. Принятие решения в процессе синтеза вариантов осуществляется согласно схеме, представленной в виде табл. 3.20. Логическая переменная, указывающая на возможность проведения комбинированного выдавливания, носит название KZVDK.

В табл. 3.20 включены варианты принятия решений не только относительно поковок со сквозной полостью, но и поковок, имеющих глухое отверстие. С этой точки зрения экспертные решения являются универсальными.





Яндекс.Метрика