m

CURS 1 Gavril MUSC 1

1. INTRODUCERE Prelucrarea automat a informaiilor modific activitile de realiyare a produselor, ncepnd cu etapa de concepie, continund cu prelucrarea i controlul final. Calculatorul se utilizeaz pentru a executa lucrri obositoare, repetitive sau prea complexe pentru a le putea rezolva manual. Cunoscnd viteza de calcul i posibilitile oferite de calculator, apar noi direcii de abordare i optimizare ale proceselor de concepie i execuie a produselor. Rezolvarea problemelor sistemelor tehnologice de prelucrare mecanic impune stabilirea domeniilor de estimare, precizarea limitelor i interaciunilor elementelor studiate cu mediul exterior, toate acestea fiind subordonate unuia sau mai multor criterii de optimizare a parametrilor ce caracterizeaz sistemul studiat. Referindu-ne la sistemul de fabricaie a produselor prin procedee de prelucrare mecanic, este de mare interes s detaliem studierea procesului de pregtire a fabricaiei, a subproceselor de prelucrare propriu-zise i a interaciunilor dintre acestea. Calitatea unei piese se poate aprecia i dup calitatea procesului de fabricaie. Elaborarea proceselor tehnologice fr utilizarea calculatoarelor nu permite, n cele mai frecvente situaii, aplicarea metodelor de optimizare i, n consecin, nici calitatea pieselor prelucrate nu va fi deosebit. ntruct tehnologul este presat de termene de proiectare limitative nu poate avea n vedere dect una sau cel mult dou variante de proces tehnologic. n aceast situaie, nu se poate vorbi despre adoptarea unei variante cu adevrat optime de proces tehnologic. De asemenea, trebuie subliniat faptul c noiunea de proces tehnologic optim este n direct conexiune cu restriciile impuse de condiiile de desfurare a procesului de producie. Cu ct aceste restricii sunt mai precis formulate, cu att este mai mic numrul variantelor de proces tehnologic care pot fi considerate ca puncte de plecare pentru alegerea variantei optime. Proiectarea asistat de calculator este un domeniu care necesit att cunotine din domeniul construciilor de maini, ct i din domeniul programrii i utilizrii calculatoarelor. n industria constructoare de maini, procesul de proiectare cuprinde: proiectarea constructiv, care nglobeaz procedurile de proiectare

a formei, de dimensionare i verificare, n vederea obinerii cerinelor specificate n tema de proiect i,

CURS 1 Gavril MUSC PTAC 2014-2015


proiectarea tehnologic, care cumuleaz procedurile de stabilire a tehnologiilor de execuie i a documentaiei aferente.

Folosirea calculatorului n activitatea de proiectare presupune obinerea modelelor funcional-tehnologice, prin utilizarea unor programe de calcul, stabilite pe baza unor modele informatice elaborate de specialitii n domeniu. Aa cum prin proiectarea asistat a aspectelor constructive se urmrete obinerea modelelor constructiv-funcionale, prin proiectarea asistat a tehnologiei se urmrete generarea asistat a tehnologiei i editarea documentaiei tehnologice. n general, un program sau un pachet de programe specifice proiectrii asistate trebuie s asigure: verificarea datelor introduse de utilizator; calculul parametrilor geometrici i dimensionarea; transformarea reprezentrii proiectului, fie prin generarea

documentaiei aferente, fie prin realizarea interfeelor cu sistemele software de proiectare a tehnologiei sau cu sistemele de fabricaie asistat. 1.1. Analiza proceselor de proiectare i fabricaie asistate

Originile concepiei asistate de calculator (CAO1 / CAD2) fac obiectul a numeroase publicaii. Apariia acestei sintagme, tehnic posibile, ncepnd cu anii 60, a nceput s marcheze activitatea ntreprinderilor industriale la nceputul deceniului 70. Generalizarea acestor tehnici, n majoritatea fazelor proceselor industriale, au confirmat rolul informaiei ca factor cheie a competitivitii ntreprinderilor. Dup 1980, conceptul CAO/CAD s-a extins la CFAO (CAD/CAM) care desemneaz procesul integrat de concepie i fabricaie asistat de calculator. Acest nou concept, mai general, se ntlnete i sub numele de inginerie asistat de calculator (IAC). Despre acest concept se poate vorbi mai ales n domeniile de vrf ce aparin aeronauticii, industriei automobilului sau electronicii. Se poate aprecia c generalizarea conceptelor amintite la majoritatea ntreprinderilor i meseriilor este nc riscant, mai ales din cauza costurilor investiiilor pentru aplicarea mijloacelor concepiei i fabricaiei asistate i a impactului aplicrii acestor noi mijloace de producie asupra relaiilor dintre compartimentele ntreprinderilor. Tehnicile de concepie i fabricaie asistat de calculator au o

1CAO =Conception Assiste par Ordinateur, 2CAD =Computer Aided Design;



evoluie extrem de rapid, fapt pentru care prezentarea realizrilor n domeniu va trata numai aplicaii deja stabile, pentru care s-au nregistrat rezultate semnificative i o experien considerabil. Domeniile de aplicare a proiectrii i fabricaiei asistate de calculator sunt foarte diverse i cuprind practic toate domeniile activitii productive, de la domeniul electronicii, al mecanicii, industriei de recondiionare, arhitectur, mobilier, mbrcminte i altele. ntreprinderile care au aplicat concepia i fabricaia asistate de calculator, n perioada 1970-1975, au ncercat s rezolve probleme foarte dificile, imposibil de tratat fr ajutorul calculatorului. Din cauza costului ridicat al tehnicii de calcul i al programelor aferente, concepia i fabricaia asistate de calculator s-a dovedit un domeniu privilegiat al marilor ntreprinderi industriale care i-au permis susinerea unor echipe de realizatori de sisteme concepia i fabricaia asistate de calculator. n perioada anilor 1970, marea majoritate a sistemelor de concepie i fabricaie asistate de calculator sunt rezultatul comenzilor marilor firme industriale. Programul CADAM a fost realizat de IBM la comanda firmei Lockheed. Echipele de concepie de la Renault au realizat sistemele de programe UNISURF. Sistemul de programe CATIA, folosit pentru proiectarea constructiv-tehnologic a pieselor, a fost elaborat de o echip de la firma Dassault3 i difuzat de companiile Dassault Systemes i IBM. O proporie important a sistemelor de proiectare asistat a fost conceput de laboratoarele de cercetare (cazul sistemului EUCLID realizat n Frana). Scurta prezentare a celor mai cunoscute sisteme de proiectare asistat, este incomplet fr o succint prezentare a pieei produselor specifice concepiei i fabricaiei asistate de calculator. Estimarea cifrelor de afaceri n domeniu este dificil, dar exist informaii conform crora evoluia cifrei de afaceri a fost de la 1 miliard de franci francezi n 1982, la 7 miliarde n 1985, atingnd 50 miliarde n 1990. n paralel, cifrele provenite din diferite anchete arat c numrul posturilor de lucru pentru concepia asistat de calculator a progresat de la 5000 n 1980, la 7000 n 1981, la 12000 n 1982, atingnd 40000 n 1985. Alte statistici arat interesul mereu crescnd pentru sisteme mici de proiectare asistat (sub 700.000 franci francezi). n totalul cifrei de afaceri, aceste sisteme au reprezentat 12% n 1981 i 25% n 1985. n ceea ce privete domeniile de aplicabilitate, se remarc faptul c domeniul mecanic ocup cel mai important loc n cadrul cifrei de afaceri (40% n 1981, 50% n 1985, depind domeniul electronicii (30% n 1981 i 20% n 1985), sau al arhitecturii i industriei construciilor (22% n 1980,

3Firm francez productoare de avioane militare.



19% n 1985). n domeniul prelucrrilor mecanice, cele mai semnificative rezultate sunt semnalate n perioada 1980-1990, pentru prelucrri cu ndeprtarea materialului. Se depun eforturi pentru realizarea unor biblioteci de subprograme parametrizate, corespunznd operaiilor frecvent folosite (numite i "macrouri" de prelucrare), ncorporate ntr-o strategie orientat spre minimizarea timpului de lucru; n acest mod, un program de prelucrare pentru o pies dat reprezint o nlnuire de astfel de subprograme, reducndu-se riscul de apariie a erorilor i timpul de programare; Apariia pe piaa aplicaiilor software a programelor specifice fabricaiei asistate de calculator, care permit optimizarea condiiilor de achiere. Pentru o calitate dat a prelucrrii, aceste aplicaii iau n considerare toate caracteristicile materialului, sculelor i mainilor-unelte. Punerea n lucru a acestor mijloace informatice necesit un efort considerabil ntruct dac caracteristicile materialelor sunt disponibile, nu acelai lucru se poate spune despre caracteristicile sculelor sau mainilor-unelte. Parametrii necesari sunt cel mai adesea neoptimizai sau nu se regsesc n cataloage. n astfel de situaii sunt necesare ncercri n condiiile specifice locului de munc pentru completarea corect a bazelor de date specifice sistemelor de concepie i fabricaie asistat de calculator a diverselor etape de proiectare asistat de calculator. Se poate aminti i faptul c diveri productori de produse hard i soft specifice domeniului coopereaz cu utilizatorii i dezvolt noi instrumente innd cont de experiena ctigat n utilizarea produselor deja realizate. Aa cum s-a menionat anterior, punerea n lucru a modulelor de optimizare necesit investiii semnificative pentru elaborarea i ntreinerea bazelor de date cu specific tehnologic. n plus sunt necesare eforturi pentru formarea personalului ce va utiliza aceste noi instrumente. Cu toate c nu se poate afirma c exist un mare numr de utilizatori ai modulelor de optimizare a proceselor de prelucrare, se menioneaz cteva avantaje ale acestei tehnici: eliminarea incidentelor precum distrugerea sculelor sau apariia strii de

suprafa inacceptabile; reducerea timpului de prelucrare cu cel puin 20%; o mai bun conservare a caracteristicilor de precizie i calitate a

mainilor (jocuri, precizie de poziionare etc.). Preocupri pentru aplicarea concepiei i fabricaiei asistate de calculator au existat i exist i n Romnia. Se pot meniona realizrile



Institutului de cercetare tiinific i Inginerie tehnologic pentru Construcii de Maini (ICTCM) care a dezvoltat sistemele de programare LIPFOG i LIPCON. Un grup de cercettori din Braov au dezvoltat sistemul de programe SIDERAL, utilizat pentru proiectarea proceselor tehnologice n construcia de maini. Dup 1977, un grup de lucru de la Institutul Politehnic Timioara a creat i difuzat sistemul SIGET, care a cunoscut o rspndire apreciabil n perioada 1980-1990. La Universitatea Tehnic Iai au existat preocupri pentru realizarea sistemelor de concepie i fabricaie asistat de calculator pentru maini-unelte automate i cu comand numeric, pentru concepia sculelor de danturat i reglarea mainilor de danturat, pentru optimizarea parametrilor regimului de achiere i a normelor de timp. S-au obinut rezultate notabile prin simularea numeric a proceselor de danturare cu scule cu profil modificat i a procesului de finisare prin deformare plastic superficial a pieselor metalice. 1.2. Obiectivele cursului Cursul i propune s furnizeze specialistului n domeniul concepiei i fabricaiei mecanice, instrumentele necesare unei adaptri rapide la cerinele activitii productive actuale, instrumente care s-i permit folosirea calculatoarelor n activitatea de proiectare constructiv i tehnologic. Cerinele actuale ale industriei romneti sunt direcionate spre o mai mare adaptabilitate i flexibilitate pentru a putea rspunde eficient cerinelor economiei de pia. Concurena n domeniile activitilor productive impune ca element obligatoriu creterea nivelului calitativ al produselor, combinat cu reducerea timpilor i cheltuielilor aferente pregtirii fabricaiei. Realizarea acestor cerine nu este posibil fr aportul mijloacelor informatice. Din analiza evoluiei istorice a informatizrii proceselor de producie se observ c sistemele existente sunt specifice marii industrii, ntruct numai aceti productori au putut suporta cheltuielile foarte mari pentru concepia i fabricaia asistat de calculator. Au rezultat sisteme performante de concepie constructiv-tehnologic caracterizate prin preuri apreciabile. ntruct programele specializate pentru concepia constructiv tehnologic sunt scumpe i uneori dificil de adaptat cerinelor ntreprinderilor productive, inginerul trebuie s-i dezvolte algoritmii proprii precum i programele aferente. Sarcina tehnologului este cu att mai dificil, cu ct trebuie s se adapteze mai eficient la cerinele momentului. Dac n domeniul proiectrii constructiv-funcionale exist un volum relativ mare de informaie i de mijloace software, n domeniul



tehnologiilor de prelucrare informaiile sunt protejate. Tehnologul trebuie s se adapteze sistemelor de concepie asistat, s-i realizeze propriile instrumente pentru a atinge nivelul competitivitii actuale. Dat fiind faptul c preocuprile mondiale n domeniul concepiei i fabricaiei asistate sunt prezentate ca nite componente ale unui acelai sistem (conceptele CFAO-CAD/CAM), sarcina autorilor este cu att mai dificil. Bazndu-se pe experiena dobndit la elaborarea unor algoritmi i a unor sisteme de programe n proiectarea asistat de calculator a tehnologiilor de prelucrare mecanic, autorii apreciaz ca foarte necesare elementele prezentate n aceast lucrare. Nu este posibil obinerea rezultatelor scontate prin folosirea tehnicii de calcul i a programelor aferente fr analiza complet i corect a componentelor sistemului de concepie i fabricaie. Aceast analiz permite definirea corect a problemelor i subproblemelor specifice proiectrii asistate n domeniul tehnologiilor de prelucrare. Folosind analiza sistemic a procesului de concepie i fabricaie a produselor specifice construciei de maini, tehnologul poate preciza domeniile de abordare, cerinele i restriciile impuse de natura procesului sau de mediul exterior, stabilind criteriile de optimizare ce trebuie ndeplinite. Dup stabilirea structurii sistemice a procesului abordat este necesar stabilirea delimitrilor (frontierelor) subsistemului studiat, a criteriului (criteriilor) de optimizare i a restriciilor impuse de mediul exterior. Rezolvarea acestor probleme impune redefinirea conceptului de model. ntruct disciplinele studiate prezint o mare diversitate de modele matematice specifice proceselor mecanice trebuie acordat o atenie special transformrii modelelor matematice n modele numerice i informatice. De cele mai multe ori, tehnologul trebuie s rezolve probleme despre care are prea puine informaii. Proiectarea tehnologiilor de prelucrare pentru materiale noi sau aplicarea unor procedee de prelucrare pentru care nu se cunosc parametrii tehnologici trebuie precedate de cercetri amnunite. Sunt cunoscute posibilitile oferite de cercetarea statistic a proceselor de prelucrare i n acest context trebuie acordat o mare atenie posibilitilor de modelare statistic. Se acord o mare atenie programrii experimentului, testelor statistice i posibilitilor de validare i apoi de optimizare a modelelor astfel obinute. Este cunoscut faptul c un proiect tehnologic pleac i de la caracteristicile geometrice ale pieselor. Cu toate c elementele modelrii geometrice sunt specifice proiectrii constructive asistate, modelarea geometric este un mijloc important pentru realizarea modelului informatic al proiectului tehnologic. Modelarea geometric este deosebit de important



pentru proiectarea asistat a tehnologiei de prelucrare a pieselor cu geometrie complex de tipul caroseriilor de autoturisme, sau a diferitelor piese ntlnite n aeronautic, sau n domeniul maritim. Realizarea acestor piese presupune folosirea mainilor-unelte cu comand numeric, iar poziionarea corect a sculelor n raport cu piesa necesit cunoaterea procedeelor matematice de interpolare i a posibilitilor de definire a suprafeelor i corpurilor n 3D. Iat de ce se apreciaz ca fiind necesare elementele modelrii geometrice. Validarea formei geometrice pentru o pies din construcia de maini este posibil prin calcule organologice i verificri constructiv-tehnologice. ntruct calculele organologice realizate manual se bazeaz pe o multitudine de ipoteze simplificatoare n concepia asistat se folosesc din ce n ce mai mult metode numerice de tip variaional, metoda elementelor finite, metoda elementelor de frontier etc. Modelarea strii de deformaii i eforturi, la prelucrarea mecanic, constituie o cale pentru mbuntirea tehnologiilor de execuie. La prelucrrile prin deformare plastic la cald i la rece metoda elementelor finite este folosit pe scar larg. Cunoaterea metodelor i a principiilor de modelare, precum i a posibilitilor de optimizare a rezultatelor proceselor de fabricaie, reprezint un instrument indispensabil n activitatea inginerilor tehnologi. O parte important a cursului prezint proiectarea asistat a tehnologiilor de prelucrare pe maini-unelte cu comand numeric. Majoritatea referinelor bibliografice prezint problema proiectrii manuale i sistemele de proiectare asistat folosite n diferite ntreprinderi din ar. n acest capitol se prezint o succint analiz a proceselor de proiectare manual pentru unul dintre cele mai noi tipuri de echipamente de comand numeric. Sunt de mare interes i preocuprile pentru elaborarea unui procesor i a postprocesoarelor aferente. Metodologia folosit ofer o multitudine de informaii necesare elaborrii unor programe de calcul care s poat fi folosite pentru obinerea asistat a programelor de comand numeric pentru anumite tipuri de echipamente sau pentru anumite configuraii ale pieselor. Se prezint algoritmul proiectrii asistate a tehnologiei pentru strunguri automate monoax, cu cap revolver. De asemenea, lucrarea prezint direciile de implementare i tendinele de aplicare a calculatoarelor n domeniul fabricaiei mecanice. Se face o scurt trecere n revist a celor mai actuale tendine de implementare a inteligenei artificiale n domeniul proiectrii constructiv tehnologice. Sunt prezentate principiile sistemelor expert i realizrile cele mai cunoscute n domeniul prelucrrilor mecanice. n acelai context trebuie cunoscute i



tendinele spre integrarea fabricaiei cu procesul de prelucrare a informaiei aferente, precum i sistemele flexibile de prelucrare. Se acord o atenie special unei direcii importante de utilizare a calculatoarelor, cu aplicaie direct la mbuntirea procedeelor de prelucrare, respectiv simularea pe calculator a unor aspecte specifice proceselor de prelucrare. Se face referire la posibilitile de a obine prin simularea numeric a unor procese de prelucrare, informaii ce ar necesita eforturi de experimentare considerabile. Folosirea simulrii, n acest context, permite ca pe baza unor ncercri simple s se obin estimri a desfurrii proceselor de prelucrare.


m

Documents

Transcript of m