Особенности структурной оптимизации технологических процессов

Тема 9. СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Содержание

9.1. Особенности структурной оптимизации технологических процессов

9.2. Оптимизация выбора вида заготовки и методов ее изготовления

9.3. Оптимизация выбора технологических операций

9.4. Выбор рациональной системы станочных приспособлений

Особенности структурной оптимизации технологических процессов

Наиболее распространенными в области оптимизации ТП являют­ся исследования, посвященные оптимизации параметров отдельных элементов. При этом считается, что структура технологического процесса, связи и функции отдельных элементов, входящих в него, выбраны заранее. Такие допущения вызваны крайней сложностью формализации задач выбора структуры ТП и многовариантностью решений (комбинации элементов по составу, последовательности, связям и функциям).

Недостаточное внимание к структурной оптимизации ТП при­водит к существенному снижению качества технологического проектирования. Известно, что эффект от правильного выбора структуры технического объекта во многом превосходит эффект от его пара­метрической оптимизации. Действительно, при ошибочном выборе структуры маршрута обработки или отдельной операции самые совершенные методы оптимизации режимов резания не могут компенсировать потерь производительности обработки.

В наиболее общем виде задачу структурной оптимизации можно сформулировать как задачу выбора наилучшей структуры ТП, для чего нужно, во-первых, предъявить определенные требования к совокупности выполняемых операций, т. е. фиксировать некоторое подмножество F°={f, } множества F, и, во-вторых, ввести некоторые критерии предпочтения одной структуры (S') другой (S"). Сле­довательно, по множеству F° ^Í F операций, которые необходимо выполнить, нужно построить множество S(F°) допустимых для F⁰ структур, т. е. все возможные структуры S^a, aÎ A, каждая из которых может сопоставляться с совокупностью функций , и из них выбрать наилучшую исходя из введенного критерия предпочтения. Для вышеприведенных высказываний использованы обозначения понятий теории множеств: (F⁰Í F)–F⁰ является под­множеством множества F; (aÎ A)–a является элементом мно­жества А.

Критерий предпочтения является некоторым функционалом L(S) от структуры, и S'< S" эквивалентно L{S') < L(S^//). Этот функционал зависит от условий функционирования (технических ограничений), которые в свою очередь описываются некоторым вектором параметров u (предполагается постоянным).

Тогда задача выбора оптимальной детерминированной струк­туры состоит в поиске структуры, которая наилучшим образом (в смысле выбранного критерия) выполняла бы некоторую за­данную совокупность функций F°Í F при заданных условиях функционирования u:

,

где S(F°) – множество всех структур, отвечающих множеству F°; l_ij – эффективность выполнения объектом i операции j; C_i – затраты на i -й элемент.

Задача структурной оптимизации, заключающаяся в определении вида функционала F, обычно решается методом перебора. Приближен­ной аппроксимацией перебора, эффективной для подобных задач, является случайный поиск для нулевых переменных.

Рассмотренный в общем виде математический подход к структур­ной оптимизации технологических процессов может быть применен при выборе вида заготовки и методов ее изготовления, стадий и эта­пов при проектировании маршрута обработки заготовки, структуры операции, оптимальной технологической операции, структуры пере­хода, оборудования, системы станочных приспособлений, конструк­ции станочного приспособления, конструкции режущего инструмента, многоинструментальной наладки, измерительной системы и др.