Кузнецов Ю.Н. Станки с ЧПУ (986783), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Внутреннее состояние объекта-станка характеризуется вектором его состояния или структуры (рис. 2.3) х = (х,, ..., хо ..., х„), (2.1) где х, — есть 1-я составляющая вектора х или просто 1-я переменная (1 = 1, ч); значение ч характеризует размерность объекта, его математическую модель и во многих случаях связано с его сложностью. Поведение объекта характеризуется выполнением требуемых функций, т. е, вектором его выходных параметров Р=(р " в, °, у) (2.2) которые в конечном счете определяют вектор обобщенного показателя качества К=(К„..., К„,;, К„), (2.3) «, «3 « Уг Уз «Ф' Ур «и Задачи синтеза(С) Рис.
2.3. Переменные состоанин станка как текнн- ческоя системы н решаемые задачи где К„есть р-й единичный показатель качества (р = 1, и), а число и связано с многофункпиональностью объекта и определяет его сложность. Исходя нз приведенного описания объекта исследования и проектирования задачи анализа (А) и синтеза (С) могут быть сформулированы следующим образом. Задача анализа (А). Задан вектор х, определить вектор К вЂ” прямая задача. Задача синтеза (С). Задан вектор К, найти вектор хв обратная задача. Другими словами, под синтезом в данной задаче понимается поиск таких значений составляющих хс (1 = 1, т) вектора состояния х системы, которые обеспечили бы заданные или наилучшие значения единичных показателей К„системы (р = 1, и), входящих в вектор К.
В НИИ, КБ при выполнении проектных работ в качестве заданного вектора К фигурирует ТЗ на разработку объекта с включением единичных показателей К„. В качестве искомого вектора х выступает сам продукт разработки (станок, механизм и т. п.) с входящими в него технически реализованными составляющими вектора к в виде отдельных элементов этой разработки.
Цель проектирования — выбор такого состояния системы ха = ха (ее вариантов), при котором достигается возможно большее значение обобщенного показателя качества системы К' = К (0~~) шах К (0з), обп (2.4) где 0- множество допусти- задееея мых состояний системы, имеющих конечное число элементов 101Я ° 1,1 ). 0 оказывает большое влияние на по- . ( 1 иск оптимального 3~1ЕР.
большинство задач снн- гинпю(4 теза могут быть представлены в виде иерархической схемы, имеющей как минимум три уровня сложности: высший, рис. 2,4 Озозшевяпе яаозрасредний и низший. Иерархи- жеияе процесса создавая новыа ческую систему задач синтеза ееавяяееяях систем при системном подходе к проектированию следует рассматривать как последовательность решения задач от высшего уровня к низшему (сквозная схема проектирования). При этом сначала осуществляется поиск принципов действия (ПД), затем при заданном ПД ведется поиск ТР и, наконец, при ззданном ТР производится оптимизация данного ТР: ПД- ТР- ор1 ТР. Процесс создания станка или его механизма всегда связан с решением задач анализа (А) и синтеза (С), при этом существуют два подхода к решению этих задач.
Если имеется аналог (или прототип), то процесс создания начинается с анализа, если аналог (или прототип) отсутствует, то процесс создания начинается с синтеза (рис. 2.4). Чаще всего при проектировании преобладает первый подход, однако пионерские решения, сопровождаемые открытиями и изобретениями высших уровней, связаны с решением начальной задачи синтеза, что обычно сопровождается рождением нового поколения станков и их механизмов.
Задачи анализа и синтеза (рис. 2.4) объединены таким образом, что образуется непрерывный итерационный процесс. Известны три основных направления решения задач син'теза 111): 1) традиционное (полный перебор вариантов); 2) современное (неполный перебор); 3) перспективное (неполный перебор на новых принципах). В пределах традиционного направления используется также метод дискретного сингеза, близкий по своей сути О1 к методу проб и ошибок и несущий элементы неполного пере. бора, поскольку проектировщик ограничивается по своему усмотрению существенно сокращенным множеством 0 вариантов, обозримым за выделенное время.
Современное направление решений задач синтеза — это неполный перебор вариантов проектируемой системы, основанный иак на использовании ЭВМ, так и на использовании человеко-машинных нли эвристических подходов. Эвристические методы основаны на творческих способностях человека, а человеко-машинные объединяют творческие способности проектировщика с уникальными по быстродействию способностями ЭВМ. С математической точки зрения неполный перебор с ЭВМ тождествен поиску локального или глобального экстремума функций многих переменных н дает существенный выигрыш при строгой формализации задач синтеза сложных систем. К перспективному направлению относится неполный перебор вариантов с ЭВМ на новых принципах, объединенных под названием искусственного интеллекта, Выбор того или иного метода исследования, а тем Гюлее совокупности методов зависит в основном от степени сложности проектируемого объекта, определяемой числом и заданных свойств функционирования, и отражающих их частных показателей качества К„из всего множества (К„) р= = 1, и(), а также их взаимосвязью.
Различные технические системы могут быть условно разделены на 3 основных класса:! — относительно высокой сложности (и ) 10); !1 — средней сложности (п = 10); 111 — малой сложности (п -1О). Методология поискового творческого конструирования содержит 4 характерных этапа, каждый из которых требует применения определенной системы методов !1П: 1 этап — внешнее проектирование, применение метода формирования обобщенного критерия качества К на основе квалиметрии и определения совокупности ограничений; [1 этап — синтез знаковой модели (принципиальной схемы) с принятыми условными знаковыми обозначениями, применение метода синтеза на основе математического программирования на ЭВМ, сводимого в большинстве случаев к поиску глобального экстремума многоразмерной целевой функции (наиболее выгодно на сетке кода Грея 1111): Ш этап — синтез образной модели (конструктивной схемы), применение эвристического метода синтеза без четкой формализации процедур синтеза; Ы аакааа 1Ч этап — проверка выамакеб~амйаа'- полнения некоторых условий функционирования техю аю ннческой системы, црнмел и пенне метода анализа до- полнительных свойств, тан а а как может оказаться, что Рнс.
2.б. Обобшеннаа моаель какой-то нз показателей карабочей технологической ма- П шины и процесса формообра- честна не учитывался на аоаанна н П1 этапах. При положительных результатах проверки проектнрованне системы считается законченным и можно переходить к разработке документации (рабочих чертежей). С точки зрения иерархии проектирования, для станков н их механизмов можно выбрать следующие уровни проектирования сверху вниз (рис. 2.5): 1 — техническая идея (способ, принцип, метод); П вЂ” структура (морфология станка, элементный состав, блочная структура компоноьки, кннематическая структура н т. д.); П1 — схема (принципиальная, кннематическая, гидравлическая н т. д.), предста вляющая сумму структуры н связей между ее элементами (блокамн); 1Ч вЂ” конструкция н ее параметры; Ч вЂ” т — ехнология; Ч! — эксплуатация.
Поиск новой технической идеи создания станка на 1 уровне может сводится к поиску новых технологических прин- ипов илн способов формообразования с использованием ц положения о том, что все технологические процессы с точ зр ения подготовленности их к комплексной автоматизации делятся на 4 класса. За основной признак принят спос действия обрабатывающей среды (инструмента И) на обрабатываемую среду (заготовку илн деталь Д)(рис. 2.6). Взаимодействие от низшего к вышему классу может, быть: точечное (точенне острым резцом н т. д.); линейное (фасонное точение и др.); поверхностное (обработка давлением, литье по выплавляемым моделям, порошковая метал- ' лургия и т.
д.); объемное (окраска в электростатическом' поле, нагрев изделий и др.). Предложенная классификация позволяет формализовать за дачи проектирования на 1 н П уровнях. Для выбора кинематики резания на 1 уровне и поиска новых отру ур кт (кинематических н компоновочных) с формализацией задач П уровня можно использовать классификацию кинематических схем резания, предложенную Г. И. Грановским,' ПЗ$ и закоднровавшую схемы сочетания элементарных посту- нательных и вращательных движений, С позиций системного подхода конструкцию станка можно рассматривать как иерархическую систему: станок — сборочная единица (узел„ механизм) — деталь — часть детали — поверхность. Структура оптимального конструирования станка и его отдельных элементов имеет общий характер независимо от иерархической сложности технической системы.
Решение задач проектирования станков на высших уровнях (1 — ! 11) требует применения современных методов поиска новых технических решений (33!. Последовательность поиска новых технологических принципов и структур станков (других рабочих машин) с использованием системно-морфологического подхода 128) можно проследить на примере. Точно сформулируем задачу: изготовить двухступенчатую цилиндрическую стальную деталь с минимальным расходом металла. Для металлорежущих станков структуру технологического процесса (рис. 2.6) рассмотрим последующим признакам: заготовка ( 1 — вид; 2 — движение); рабочий процесс (3 — характер взаимодействия; 4 — состояние): режущий инструмент (б — количество режущих кромок и тип; б— движение).
Составим для всех элементов н признаков технологического процесса морфологическую матрицу (табл. 2.1). В каждой колонке морфологнческой матрицы может быть сколько угодно альтернатив (в зависимости от фантазии и знания заданной ТС) и их комбинаций. Для колонки 5 в качестве режущего инструмента можно выбрать различные типы резцов, фрез, протяжек и даже сверл. Для заполненной морфологической матрицы общее число решений: 0=4' = 4096 (изоморфных, неизоморфных, осуществимых, неосуществимых). Учитывая требование мии имального расхода металла, выбираем четыре варианта сочетаний (комбинаций): 1 вариант: 1.1 — 2.3 — 3.2 — 4.1 — 5.2 — 6.1; 11 : 1.4 — 2.2 — 3.3 — 4.3 — 5.4 — 6.4; 1И : 1.2 — 2.3 — 3.2 — 4.1 — 5.3 — 6.2; 1Ч : 1.2 — 2.3 — 3.2 — 4.1 — 5.1 — 6.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
