Автоматизированная классификация изделий

Чертеж изделия является исходной информацией для разработки ТП. Формализация описания исходной информации основана на представлении детали (или изделия) как совокупности геометричеких объектов.
Проекция (двухмерная модель) состоит из геометрических фигур, трехмерная модель представляется набором поверхностей или геометрических тел. Геометрические объекты упорядочены относительно конструкторских баз, образующих начало системы координат. Для описания конструкции изделия может приниматься прямоугольная, полярная или цилиндрическая система координат либо их сочетание. Выбор системы координат связан с удобством описания конструкции изделия или особенностями станка для обработки. Положение поверхностей (или деталей в сборке) относительно друг друга и баз задано размерами вместе с допусками, допусками формы и взаимного положения [1].

При разработке ТП выявляются размерные связи относительно одного комплекта поверхностей для составления схем базирования, для выбора последовательности обработки поверхностей, для выбора способа достижения требуемой точности, для расчета операционных размеров с учетом назначенных припусков, для размерного анализа ТП, для расчета наладочных размеров.

Так как работа в САПР ТП состоит в обработке текстовой информации, то для описания изделия требуется текстовое представление геометрической информации в виде буквенно-цифрового кода. Автоматическая и диалоговая обработка графических и текстовых данных об изделии имеет следующую последовательность:

- разбиение изделия на элементарные фрагменты конструкции;

- формирование классификационных кодов полученных фрагментов;

- формирование кода изделия;

- сопоставление изделия с классификационными группами по коду;

- ввод изделия в наиболее подходящую группу изделий.

Под элементарными фрагментами детали предполагаются ее поверхности, характеризующиеся формой, положением, способом сопряжения с другими поверхностями, и описываемые требованиями качества. Под элементарными фрагментами узла следует рассматривать его сборочные единицы, детали, способ их соединения.

Разбиение изделия на фрагменты (элементы) выполняется автоматически программой обработки графических изображений, либо пользователь воспринимает геометрическую информацию об элементах и вводит ее в виде текста. Система присваивает каждому элементу код, определяющий поверхность из числа подобных на детали и в БД. По результатам описания каждого фрагмента формируется классификационный код изделия. Сопоставляя код изделия с имеющимися в БД, программа определяет наиболее подходящую классификационную группу. Если подходящей группы не найдено, то программа предлагает ввести новую группу, в которой первым изделием станет рассматриваемая. Код этого изделия станет критерием подбора других изделий в эту группу. Каждой группе соответствует унифицированный ТП. Для составления ТП на детали, которые не сопоставлены с классификационными группами, используется классификатор средств технологического оснащения, в котором первичными критериями выбора являются форма и сопряжение обрабатываемых и базовых поверхностей. Таким же образом выполняется классификация заготовок, которым будут соответствовать группы деталей.

На рис. 9 показана блок-схема алгоритма формирования кода детали.

Блок 1 – ввод предварительного описания детали (класс, вид, тип) для выбора в БД множества M{Ф_j, П_j, С_j, n} кодов поверхностей и количесва k фрагментов, на которые разбита конструкция.

Блок 2 – вызов первой поверхности детали и первой группы кодов.

Рис. 9. Блок-схема алгоритма формирования кода изделия

Блок 3 – хранящиеся множества n групп кодов.

Блок 4 – ввод показателей, характеризующих фрагменты конструкции детали, сформированные автоматически программой обработки графических изображений или введенные в режиме диалога.

Блоки 5, 6, 7 – проверка условий соответствия введенных показателей первого фрагмента кодам вызванной первой группы кодов. Если условия выполняются, тогда возможно сформировать код фрагмента (переход к блоку 8), если нет, то необходимо просмотреть следующую группу кодов (переход к блоку 14).

Блок 8 – логическое суммирование кодов для формирования полного кода фрагмента.

Блок 9 – запомнить сформированный код i-го фрагмента.

Блок 10 – вызвать описание следующего фрагмента.

Блок 11 – проверка условия просмотра всех фрагментов. Если порядковый номер i фрагмента больше числа k фрагментов, тогда описание изделия закончено и возможно сформировать его код (переход к блоку 12), если нет, то следует рассмотреть следующий фрагмент (переход к
блоку 4).

Блок 12 – логическое суммирование кодов всех фрагментов для получения кода изделия.

Блок 13 – запомнить полученный код изделия.

Блок 14 – вызов следующей j-й группы кодов из множества.

Блок 15 – проверка условия просмотра всех n групп множества. Если условие выполняется, тогда переход к блоку 16, если нет, то вызывается следующая группа кодов (переход к блоку 3).

Блок 16 – вывод на монитор сообщения о просмотре всех кодов группы для данного i-го фрагмента. После чего может быть сформирована еще одна группа кодов в режиме диалога, либо потребуется просмотр другого множества групп кодов.

Полученный код изделия потребуется для подбора унифицированного (группового) технологического процесса (УТП), поэтому необходимо сопоставить его код с кодами имеющихся изделий или, в противном случае, образовать новую классификационную группу.

На рис. 11 показана блок-схема алгоритма классификации деталей.

Блок 1 – ввод кода детали с присвоенным ей номером l.

Блок 2 – вызов первого подмножества N_j классификационных кодов (технологической группы деталей) из множества М, содержащего n подмножеств.

Блок 3 – хранящееся М множество n технологических групп (подмножеств N_j) с кодами D_r деталей. В каждой группе d деталей или соответствующих им кодов.

Рис. 10. Начало и конец блок-схемы алгоритма классификации изделий

Блок 4 – проверка условия принадлежности рассматриваемой детали вызванной группе по первым разрядам кода Д_l. Если условие выполняется, тогда возможно перейти к поиску классификационного кода в группе (переход к блоку 7), если нет, то необходимо рассмотреть следующую группу (переход к блоку 5).

Блок 5 – вызов следующей группы (j-го подмножества).

Блок 6 – проверка условия перебора всех n групп множества. Если условие выполняется, тогда необходимо добавить еще одну группу (переход к блоку 13), если нет, то необходимо извлечь следующую группу из хранящегося множества (переход к блоку 3).

Блок 7 – вызов первого кода из рассматриваемой группы.

Блок 8 – хранящееся подмножество.

Блок 9 – проверка условия равенства кода детали кодам группы. Если условие выполняется, тогда номер детали становится равным номеру группы (переход к блоку 12), если нет, то вызывается следующий код из группы (переход к блоку 10).

Блок 10 – вызов следующего кода группы.

Блок 11 – проверка условия перебора всех кодов группы. Если номер r вызванного кода больше количества d в группе, тогда необходимо добавить в группу еще один код Д (переход к блоку 16), если нет, то вызвать следующий код из группы (переход к блоку 8).

Блок 12 – номер кода детали приравнивается номеру подобранного кода группы.

Блок 13 – увеличение количества групп в множестве.

Блок 14 – присваивается номер новой группе.

Блок 15 – вывод на монитор сообщения о добавлении новой группы.

Блок 16 – увеличение количества кодов (деталей) в группе.

Блок 17 – присваивается номер новому коду.

Блок 18 – номеру рассматриваемой детали присваивается последний номер кода в группе.

Блок 19 – вывод на монитор сообщения о добавлении в группу еще одного кода (новой детали).

Такой подход к описанию информации об изделии не требует наличия в системе программы обработки геометрических объектов, экономит ресурсы ПЭВМ и снижает стоимость САПР ТП.

Если в информационной базе САПР ТП имеются геометрические образы основных элементов конструкций, то процедура составления кода может быть выполнена автоматически путем сопоставления геометрических объектов электронного чертежа с имеющимися образами, но размерные связи в принятой технологом системе координат не воспринимаются программой для разработки ТП. Поэтому недостатком такого подхода к описанию конструкции изделия является необходимость добавления и уточнения информации в ходе проектирования ТП, или требуется её ввод в виде условий для выбора технологических баз и расчета размерных цепей.

Описание изделий классификационным кодом удобно для проектирования на основе унифицированных ТП.

Методика описания изделий в существующих CAD системах является основным препятствием на пути создания интегрированных конструкторско-технологических систем. Геометрические модели изделий в CAD системах содержат только часть информации, необходимой для автоматизации технологического проектирования. Геометрическая модель позволяет рассчитывать траектории инструментов для обработки на станках с ЧПУ и поэтому способна обеспечить основу для построения САD/САМ систем. Однако это лишь часть ТП.

Модель изделия может быть основана на понятии конструкторско-технологического элемента (КТЭ). Этот элемент реализует определенную функцию изделия и формируется в CAD системе. Например, шпоночный паз, цилиндрические или конические отверстия участвуют в базировании детали в сборочной единице или соединяют деталь со смежными (резьбы, зубчатые венцы). При этом КТЭ имеет несколько технологических марш­рутов его изготовления, сформированных из набора переходов.

КТЭ обладает иерархической структурой, состоящей из уровней элементов комплексных, основных и дополнительных. В число комплексных входят осесимметричные, призматические элементы и отверстия. Такой набор определяется основными видами операций механической обработки деталей: токарной, фрезерной и сверлильно-расточной. Дополнительные элементы (выточки, пазы, канавки, фаски и т.п.) располагаются на основных, и к их обработке можно приступить только после предварительного формирования основных элементов. Каждый КТЭ представляет собой объект со своим набором свойств.

Функциональные элементы деталей в совокупности со знаниями о технологии их изготовления формируют конструкторско-технологические модули, необходимые для автоматизированной генерации ТП. В курсе «Основы технологии машиностроения» примером подобного подхода к технологическому проектированию является «Модульная технология» [5]. Автором модульной технологии является профессор, доктор технических наук Базров Борис Мухтарбекович.

Модульная технология основана на представлении детали совокупностью модулей поверхностей (МП) с последующим формированием ТП детали из технологических элементов выявленных модулей. Под МП понимается сочетание поверхностей, с помощью которых выполняется служебное назначение детали (например, набор поверхностей, образующих комплект баз, является базирующим модулем поверхностей). В основу классификации МП положен служебный признак поверхностей деталей (табл. 2). Согласно ему все поверхности деталей можно разделить на три класса: базирующие, рабочие и связующие. Деталь выполняет свои служебные функции сочетаниями поверхностей. Эти сочетания поверхностей и получили название модулей поверхностей. Классификация МП построена на основе служебного назначения поверхностей деталей и содержит 26 наименований. Из них четырнадцать базирующих модулей поверхностей (МПБ), шесть рабочих модулей поверхностей (МПР) и шесть связующих модулей поверхностей (МПС).

МПБ представляет собой набор базирующих поверхностей, с помощью которых деталь лишается шести степеней свободы. Например, комплекты, состоящие из плоскостей или из двух цилиндрических отверстий и плоскости. Если детали предоставляется одна или несколько степеней свободы, то МПБ будет неполным комплектом баз. Напрмер, комплект из плоскости и отверстия или из двух плоскостей.

МПР и МПС могут содержать различное число поверхностей и различаться по геометрическим признакам. С помощью МП в пределах 26 их наименований любую деталь можно представить совокупностью МП.

Номенклатура МП, ограниченная 26 наименованиями, создает благоприятные предпосылки для сокращения разнообразия ТБ и их технологических средств: оборудования, инструментных наладок, приспособлений, измерительных средств. МП каждого наименования различаются размерами, требованиями к точности и параметрам шероховатости. Поэтому для сведения к минимуму разнообразия модулей технологического изготовления (МТИ) целесообразно разработать классификации МП каждого наименования по перечисленным выше отличительным признакам. На основе классификаций определяются типы МП и под каждый тип разрабатываются типовой МТИ и типовые технологические средства. Такая типизация открывает широкие возможности унификации МП и технологических средств их получения.

Конструкция создается путем манипулирования модулями различного назначения, каждый из которых имеет буквенно-цифровой код (табл. 3) и дополнительную информацию о требованиях качества.

Таблица 3