Трунов Е.А.
МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ *
Аннотация:
в данной работе описываются методы автоматизации проектирования технологического процесса изготовления различных деталей. Рассмотрены существующие методы автоматизации проектирования технологических процессов. Выделены преимущества и недостатки каждого из методов.
Ключевые слова:
техпроцесс, инженер-конструктор, инженер-технолог, проектирование, алгоритмы, массовое производство, серийное производство, автоматизация, подход, оптимизация
Введение. Процесс изготовления любого изделия представляет из себя весьма трудоёмкий и монотонный процесс, в котором непременно участвуют как инженер – конструктор, так и инженер – технолог. Конструктор, опираясь на техническое задание (ТЗ), разрабатывает форму, подбирает необходимые геометрические параметры будущего изделия и проводит многочисленные расчёты конструкции данной детали. Технолог же, в свою очередь, учитывая производственные мощности, уровень кадровой подготовки и свои компетенции, разрабатывает технологический процесс (ТП) изготовления данного изделия.Мелкосерийное производство включает в себя ряд таких особенностей, как выпуск изделий небольшими партиями, большая номенклатура изделий и компонентов к ним, индивидуальная схема создания продукции, часто изменяющиеся условия производства на рабочих местах и т. п.Главная проблема заключается в том, что даже при небольших изменениях конфигурации изготавливаемого изделия технологу приходится заново разрабатывать ТП детали, составлять график загруженности цехов и рабочих центров, что занимает достаточно большое количество времени и может существенно отразиться на эффективности предприятия и себестоимости выпускаемой продукции.В этой работе описываются методы, позволяющие оптимизировать данный процесс.1. Методика составления технологического процесса изготовления изделий.Перед технологом, получившим рабочий чертёж от конструктора, стоит задача перед изготовлением данной детали продумать все этапы её получения. Руководствуясь собственными компетенциями, накопленным опытом, техническим оснащением предприятия, он должен детально прописать технологический процесс изготовления будущего изделия. На рисунке 1 представлена блок-схема построения технологического процесса.Рис.1. Блок-схема построения технологического процесса.Как видно из рисунка 1, данный процесс включает в себя достаточно большое количество трудоёмких этапов, что в условиях мелкосерийного производства может оказать достаточно большое влияние на эффективность выпуска продукции данным предприятием, исходя из особенностей вышеуказанного типа производства.2. Существующие методы автоматизации проектирования ТП.На данный момент существуют определённые системы, которые помогают автоматизировать написание ТП. Речь пойдёт о CAPP-системах [1]. CAPP-системы (Computer-Aided Process Planning) автоматизируют разработку технологических процессов, используя комбинацию правил, баз данных и алгоритмов. Их работа основана на двух основных подходах: вариативном и генеративном [5,6], но современные системы часто сочетают оба метода с элементами ИИ.3. Сущность вариативного подхода.Вариативный подход — это метод автоматизированного проектирования технологических процессов (ТП), основанный на использовании базы данных готовых (типовых) решений. Он применяется в условиях серийного и массового производства, где большинство деталей имеют схожие характеристики.На этапе ввода данных система классифицирует группу, к которой относится деталь, чтобы в дальнейшем определить типовой технологический процесс для аналога данного изделия.После данного этапа осуществляется поиск аналога во встроенной базе данных. База данных, в свою очередь, содержит информацию о технологических процессах, параметрах обработки и нормативах времени на заданные операции.Алгоритм поиска аналога выглядит, как правило, следующим образом:Сначала деталь сравнивается с эталонными по коду группы, затем, если точного совпадения нет, выбирается ближайший аналог. Для повышения точности могут применяться семантические алгоритмы.Если найденный ТП не полностью соответствует новой детали, система или вносят следующие корректировки: изменение режимов резания (скорость, подача), замена инструмента, добавление или удаление как операций, так и переходов.В сущности, основной принцип вариативного подхода заключается в поиске готовых ТП: система определяет группу схожих изделий (по геометрии, материалу, точности). Затем осуществляется поиск подходящих типовых ТП и, далее, технолог уже сам корректирует параметры (например, режимы резания, оборудование).Главным минусом в данном подходе является тот факт, что найденные ТП в 50% случаев требуют ручной доработки.На данный момент такой подход лучше всего реализован в таких промышленных системах, как Вертикаль CAPP [2] и Siemens Tecnomatix [4].4. Сущность генеративного подхода.Генеративный подход — это метод автоматизированного проектирования технологических процессов (ТП) "с нуля" на основе алгоритмов, без опоры на готовые решения. Он применяется для уникальных деталей, сложных конфигураций и новых материалов, где вариантный подход неэффективен. Таким образом, применяется в основном в единичном и мелкосерийном типах производства.Анализ входных данных производится посредством обработки 3D-модели, технических требований (допуски, шероховатость), свойств материала (твёрдость, обрабатываемость) и т.п.Далее производится распознавание технологических признаков. Здесь в качестве основного инструмента используются графовые нейросети для анализа топологии детали и семантическая сегментация CAD-модели.Генерация последовательности операций осуществляется посредством применения деревьев решений на основе правил обработки и генетические алгоритмы для оптимизации порядка.В конце производится расчет параметров обработки. Он осуществляется непосредственно за счет физических формул, машинного обучения (предсказание оптимальных режимов резания) и различных симуляций.В общем и целом, сущность генеративного подхода сводится к тому, что создание ТП производится «с нуля» на основе алгоритмов и правил. Система считывает геометрию, материалы, допуски исходя из данных, полученных из CAD-модели. Далее определяется последовательность операций (например: «черновая токарная → чистовая фрезерная»). Затем автоматически подбираются: оборудование и оснастка, режимы резания (скорость резания, подача, и т.п.), временные нормы. И в конце производится проверка на конфликты, т.е. исключаются несовместимые операции.Главным минусом в данном методе является обязательное наличие больших вычислительных ресурсов.Примерами реализации данного подхода в промышленности являются такие программы, как Siemens NX CAM, Dassault DELMIA и Autodesk Fusion 360.5. Гибридный подход.В сущности, данный подход объединяет в себе сильные стороны вариативного и генеративных подходов.Примеры систем, где реализован данный подход: Siemens Tecnomatix, CREO Parametric.3. Плюсы и минусы вариантного, генеративного и гибридного подходов.Рис.2. Блок-схема плюсов и минусов каждого из подходов.Подводя итоги, можно утверждать, что вариативный подход лучше всего подходит для массового и крупносерийного производства с повторяющимися деталями, т.к. напрямую работает с базой данных уже существующих ТП. Если рассматривать генеративный подход, то он более адаптивный, т.е. позволяет получать ТП нетиповых деталей, но конечный результат очень сильно зависит от качества имеющихся данных и самих алгоритмов, оптимален для единичного и мелкосерийного производства, где важна гибкость и адаптивность. Наиболее перспективным подходом здесь выступает гибридный подход, т.к. он сочетает в себе особенности вариативного и генеративного подходов, но, опять же, он очень сильно зависим от качества данных, алгоритмов работы и сложен в разработке.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 5 ч. 2
Ссылка для цитирования:
Трунов Е.А. МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ // Вестник науки №6 (87) том 5 ч. 2. С. 341 - 349. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24984 (дата обращения: 22.01.2026 г.)
Вестник науки © 2025. 16+