Методы, модели и алгоритмы в автоматизированной подготовке и оперативном управлении производством РЭС


НАУЧНАЯ МЫСЛЬ СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ



М.В. ГОЁОВииЬША


МЕТОДЫ, МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДГОТОВКЕ И ОПЕРАТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ РЭС


Монография

znanium.com

Москва
ИНФРА-М

2019

УДК 004.9
ББК 32.81 Г61

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке  
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

          Рецензенты:
          А.И. Козлов, заслуженный деятель науки и техники РФ, почетный радист РФ, академик Российской академии транспорта и Международной академии информатизации, соросовский профессор кафедры технической эксплуатации радиоэлектронных систем воздушного транспорта Московского государственного технического университета гражданской авиации, д-р физ.-мат. наук;
          И.И. Постников, профессор кафедры информационных технологий РУК, д-р техн. наук;
          С.А. Воробьёв, заведующий кафедрой электронных приборов Московского государственного открытого университета им. В.С. Черномырдина, канд. техн. наук, профессор


          Головицына М.В.
Г61 Методы, модели и алгоритмы в автоматизированной подготовке и оперативном управлении производством РЭС: Монография. — М.: ИНФРА-М, 2019. — 276 с. — (Научная мысль).

          ISBN 978-5-16-009773-2 (print)
          ISBN 978-5-16-101185-0 (online)

          В монографии последовательно излагается методология автоматизированной подготовки производства и оперативного управления с использованием современных информационных технологий.
          Монография будет полезна специалистам, занимающимся проектированием технологического процесса и управлением информационных технологий, а также студентам, изучающим эти вопросы.

УДК 004.9
ББК 32.81

ISBN 978-5-16-009773-2 (print)
ISBN 978-5-16-101185-0 (online)              © Головицына М.В., 2013


Подписано в печать 08.06.2018. Формат 60x90/16. Гарнитура Newton. Печать цифровая. Усл. печ. л. 17,25. ППТ10. Заказ № 00000
ТК 418200-982547-251012
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

                ВВЕДЕНИЕ





   Освоение в промышленности новых образцов изделий, повышение их технического уровня и качества, а также уменьшения сроков освоения новых изделий непосредственно связано с технологической подготовкой производства (ГНИ).
   Технологическая подготовка производства - это сложный комплекс организационно-технических мероприятий и инженерно-технических работ, связанный с подготовкой предприятия к выпуску новых видов изделий. В ТИП участвуют проектно-конструкторские, технологические службы предприятий, цеха и плановые отделы, предприятия - смежники.
   ТИП представляет собой совокупность мероприятий, обеспечивающих готовность предприятия к выпуску изделия.
   Иод полной технологической готовностью понимают наличие на предприятии всей конструкторской и технологической документации и средств технического оснащения, необходимых для осуществления заданного объёма выпуска продукции с установленными техникоэкономическими показателями.
   Организация и управление ТИП осуществляется в соответствии с единой системой технологической подготовки производства (ЕСТЛИ), предусматривающей широкое применение прогрессивных типовых технологических процессов, стандартной технологической оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации производственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.
   Основное назначение ЕСТЛИ заключается в решении задач:
   •   обеспечения технологичности конструкции изделия;
   •   разработки технологических процессов;
   •     проектирования и изготовления средств технологического оснащения;
   •   организации и управления процессами ТПП.
    Обычное проектирование ТИ ведётся по методу, который определяется разработчиком и зависит от его опыта и навыков, наличия справочных материалов и т.д. Даже при одинаковой квалификации исполнителей нет гарантии в получении равноценных результатов.
   Исходными данными для проектирования технологических процессов являются:
   •   чертежи деталей и общие виды изделий;
   •   спецификация всех деталей;
   •   монтажные и полумонтажные схемы;
   •   технические условия на наиболее ответственные детали;
   •   сборочные единицы и изделия;
   •   размер производственного задания;

3

   • руководящие технические материалы (данные об оборудовании, нормам на инструмент, типовые технологические процессы и др.).
   Для обеспечения ЕС'ИШ важнейшее значение имеют состав и правила выполнения технологической документации, которые определяются единой системой технологической документации (ЕСТД) (ГОСТ 3.100181). ЕСТД представляет собой комплекс государственных стандартов и руководящих нормативных документов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения по порядку разработки, комплектации, оформления и обращения технологической документации, применяемой при изготовлении и ремонте изделий (включая контроль, испытания и перемещения).
   Основное назначение стандартов ЕСТД заключается в установлении во всех организациях и на всех предприятиях единых правил выполнения, оформления, комплектации и обращения технологической документации в зависимости от типа и характера производства. Эти правила обеспечивают взаимообмен технологическими документами между организациями и предприятиями без их переоформления, а также стабильность комплектации, исключающая повторную разработку и выпуск дополнительных документов.
   Как будет показано ниже, перспективным направлением развития работ по технологической подготовке производства, по управлению технологическим процессом является компьютеризация всех работ в этом направлении.
   В настоящее время для автоматизации технологической подготовки производства наиболее известна система CAM. CAM (англ. Computer -aided manufacturing) — подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно - вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.
   Русским аналогом этого термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства. Фактически же технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с ЧПУ (2- осевые лазерные станки; 3- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры; автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки; ювелирная и объёмная гравировка).
   АСТПП - это человеко-машинная система ТПП, созданная на базе специально спроектированного и освоенного комплекса экономикоматематических методов и моделей, организованных форм электронновычислительной и организационной техники с соответствующим оборудованием и программно-математическим обеспечением.
   В последнее время появилось понятие «интегрированная система». Интегрированная система - «проектирование - изготовление». В интегрированной системе объединяются подсистемы конструирования, геометрического моделирования и разработки технологии изготовления про

4

ектируемых изделий. Основой объединения является использование общей базы данных.
   Единая система автоматизированного проектирования и изготовления промышленной продукции обеспечивает сквозной автоматизированный цикл проектирования, изготовления и наладки блоков на основе единого лингвистического обеспечения общей базы данных и формирования полных комплектов конструкторско-технологической документации. Туда входят функциональные и принципиальные электрические схемы, чертежи монтажных плат, таблицы соединений, спецификации и др.; технологические документы; программы для управления станками с программным управлением; фотошаблоны для печатных плат и др. Система позволяет выполнять контроль монтажных соединений на соответствующей электрической схеме, тестовый контроль и т.д.
   АСТИН совместно с системой автоматизированного проектирования (САПР) является частью производственной системы и обязательна для гибкого автоматизированного производства (ГАП). Количество выполняемых функций и объём решаемых АСТИН задач в составе ГАП значительно возрастают. Это связано с переходом от проектирования и изготовления отдельных единиц технологического оснащения к проектированию, изготовлению, вводу в действие и модернизации сложных автоматизированных технологических комплексов (АТК), а также проектированию технологических процессов, выполняемых с помощью АТК, с высокой степенью детализации и программированию действий АТК.
   Почти все крупные предприятия используют в своей работе возможности компьютерной техники, например CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE /CAM и другие системы. Назначение большинства из них следующее.

   САЕ - Computer Aided Engineering (автоматизированные расчеты и анализ);
   CAD - Computer Aided Design (автоматизированное проектирование);
   САМ - Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);
   PDM - Product Data Management (управление проектными данными);
   ERP - Enterprise Resource Planning (планирование и управление предприятием);
   MRP-2 - Manufacturing (Material) Requirement Planning (планирование производства );
   MES - Manufacturing Execution System (производственная исполнительная система);
   SCM - Supply Chain Management (управление цепочками поставок);
   CRM - Customer Relationship Management (управление взаимоотношениями с заказчиками);
   SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition (диспетчерское управление производственными процессами);

5

   CNC - Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);
   S&SM - Sales and Service Management (управление продажами и обслуживанием);
   CPC - Collaborative Product Commerce (совместный электронный бизнес).

                ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ




            1.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ


   Рассмотрим основные определения, раскрывающие сущность системных связей технологических процессов производства радиоэлектронных систем (РЭС).
   Объектом технологического процесса является конструкция РЭС.
   По определению, конструкция - это совокупность деталей с разными физическими свойствами и формами, находящихся в определенной электрической (в соответствии с электрической принципиальной схемой), пространственной, механической, тепловой, магнитной и энергетической взаимосвязи, обеспечивающая выполнение заданных функций с необходимой точностью и надежностью в условиях внешних воздействий и предусматривающая возможность ее повторения в условиях производства [1.1].
   Изделием в производстве называется любой предмет или набор предметов, подлежащих изготовлению. Изделием может быть деталь, сборочная единица, комплекс и комплект. Применительно к РЭС под изделием понимается как сама РЭС, так составляющие ее элементы и детали.
   Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций, например ось, клемма, рама и т. д.
   Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии - изготовителе сборочными операциями (свинчивание, сварка, пайка, склеивание), например: ячейка, разъём, блок и т. д.
   Комплекс - два или более изделия, несоединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Каждое изделие в комплексе имеет своё назначение, например: измерительный комплекс, вычислительный комплекс, и т. д.
   Комплект - два или более изделия, несоединённые на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющие набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например: ремонтный комплект, комплект запасных частей и т. д. Изделие, имеющее две или более детали, соединённые разъёмным или неразъёмным соединением, называют узлом.
   Производственный процесс представляет собой совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий. В состав производственного процесса входят все действия по изготовлению, сборке, монтажу, контролю качества выпускаемых изделий; хранению и перемещению его деталей, полуфабрикатов и сборочных единиц на всех

7

стадиях изготовления; по организации снабжения и обслуживания рабочих мест, участков и цехов; управлению всеми звеньями производства, а также комплекс мероприятий по технологической подготовке производства.
   Технологический процесс (ТП) - это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. В ТП непосредственно участвуют только основные рабочие. Технологические процессы строят по отдельным методам их выполнения (процессы литья, механической и термической обработки, формирования покрытий, сборки, монтажа, контроля, регулировки и др.).
   Это определение указывает внешние системные связи ТП. С одной стороны, ТП является частью производственного процесса и связан со структурой производства. С другой стороны - со структурой и параметрами объекта производства. Для радиоаппаратуры, например, свойства объектов производства определяются конструкцией [1.2, 1.3].
   Технологический процесс расчленяется на операции, установы, позиции, переходы, рабочие и вспомогательные ходы и вспомогательные переходы.
   Технологическая операция - это законченная часть ТП, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно изготавливаемыми или собираемыми изделиями одним или несколькими рабочими. Обработку другой детали или другой поверхности в партии одинаковых деталей считают новой операцией. Например, шлифование одной плиты на одном плоскошлифовальном станке с двух сторон выполняют за одну операцию. Если же шлифуют по одной плите партию плит сначала с одной стороны, а затем с другой, то при этом выполняются две операции.
   Условие непрерывности операции означает выполнение предусмотренной ей работы без перехода к другому рабочему месту для выполнения другой работы. Например, подготовка ленточных проводов к монтажу включает в себя мерную резку, удаление изоляции с определённых участков провода и нанесение покрытия на оголенные токоведущие жилы. Приведённый пример показывает, что состав операции устанавливают не только на основе технологических соображений, но и с учётом организационной целесообразности.
   Технологическая операция (ТО) является основной единицей производственного планирования и учёта. На основе операций оценивается трудоёмкость изготовления изделий и устанавливаются нормы времени и расценки; определяется требуемое количество рабочих, оборудования, приспособлений и инструментов, себестоимость работы (например, сборки); ведётся календарное планирование производства и осуществляется контроль качества и сроков выполнения работ.
   В условиях автоматизированного производства под операцией следует понимать законченную часть ТП, выполняемую непрерывно на автоматической линии, которая состоит из нескольких единиц технологического

8

оборудования, связанных автоматически действующими транспортнозагрузочными устройствами. При гибком автоматизированном производстве непрерывность выполнения операции может нарушаться, например, направлением собранного полуфабриката, электронного узла и т.д. на промежуточный склад-накопитель в периоды между отдельными позициями, выполняемыми на разных технологических модулях.
   Кроме технологических операций в состав ТП включают ряд необходимых для его осуществления вспомогательных операций (транспортных, контрольных, маркировочных и т. п.).
   В свою очередь, операции делятся на установы, позиции, переходы, приёмы и др.
   Усталое представляет собой часть технологической операции, выполняемую при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы. Съём детали со станка с последующим закреплением считается новым установом.
   Например, установ играет важную роль при выполнении такой сложной операции, как операция окончательного профилирования рабочей поверхности плавающего конструктива блока магнитных головок, которая представляет собой участок наружной сферической или цилиндрической поверхности радиусом 6 -10 мм и погрешностью формы 0,3...0,6 мкм.
   Позицией называется фиксированное положение, занимаемое неизменно закреплённой обрабатываемой заготовкой совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования, для выполнения определенной части операции. Следовательно, позиция - часть операции, выполняемая при неизменном положении инструмента относительно детали.
   Технологическим переходом называют законченную часть технологической операции, характеризующуюся постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой. Следовательно, это законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством режимов, применяемых инструментов и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке, а переход от обработки одной поверхности заготовки к другой поверхности является следующим переходом.
   Рабочий ход - это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости или свойств заготовки.
   Вспомогательным ходом называют законченную часть технологического перехода, состоящую из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки, но необходимого для выполнения рабочего хода.
   Холостой ход - то же, что и вспомогательный ход для станков-автоматов.

9

  Вспомогательный переход - законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и оборудования или одного оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхностей, но необходимы для выполнения технологического перехода (пуск станка, останов станка, включение подачи и т. д.).
   Проход - часть перехода, заключающаяся в снятии одного слоя материала с обрабатываемой поверхности.
   Позиция - каждое новое положение заготовки относительно инструментов при неизменном её закреплении в приспособлении. Например, поворотное многопозиционное приспособление.
   Приём - это законченная совокупность действий человека в процессе выполнения работы или подготовки к ней, объединённых одним целевым назначением (пуск станка, выключение и т. п.).
   Рабочее место - часть производственной площади, оснащенной основным технологическим и вспомогательным оборудованием и средствами, закреплёнными для выполнения операции.
   Такт выпуска - интервал времени, через который производится выпуск изделий. Например, 1 компьютер через 10 мин.
   Ритм выпуска (производительность) - обратная величина такта - количество изделий в единицу времени.
   Проектирование - это комплекс работ по изысканиям, исследованиям, расчётам и конструированию, имеющих целью получение всей необходимой документации для создания новых изделий или реализации новых процессов, удовлетворяющих заданным требованиям.
   Введение ПК в процедуру проектирования требует пересмотра сложившихся представлений о технологическом процессе и о его описании в сторону большей формализации, большей строгости определения понятий, однозначности толкования терминов, чёткости классификаций.
   Технологический процесс РЭС наряду с внешними системными связями имеет сложную внутреннюю структуру. Он состоит из множества взаимодействующих между собой технологических операций.
   Поскольку согласно [1.4] технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте, то технологический процесс ТП можно представить в виде множества технологических операций Vi:
           l                                 (1.1)
   V сП Vi , l'e L', ‘ = 1
где L - множество индексов наименований технологических операций.
   Кроме того, всякий технологический процесс может иметь еще множество объектов для каждой технологической операции
           k                                 ⁽1.²⁾
   U сП и j , k е K ,
          j=1
где K - множество наименований объектов производства;

10