DTFSZTIR Diszkrét termelési folyamatok számítógépes tervezése Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Alkalmazott Informatikai Tanszék DTFSZTIR Diszkrét termelési folyamatok számítógépes tervezése és irányítása Dr. Kulcsár Gyula egyetemi docens

CIM funkciók az IBM által javasolt modell szerint

Az IBM által javasolt, erősen egyszerűsített CIM-tevékenységmodell

A Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH által javasolt CIM tevékenységi modell továbbfejlesztett változata

Integrált vállalatirányítási Vállalati funkcionális modellek és számítógépes alkalmazási területek Vállalati modell Számítógépes alkalmazások Üzleti folyamatok, vállalatirányítás Termék- tervezés Techno-lógiai folyamat- Termelési folyamatok, gyártásirányítás Integrált vállalatirányítási rendszer ERP Folyamat- tervező- rendszer CAPP Termelés- tervező rendszer PPS Termelés- tervezés Termelés tervezés Termék- tervező rendszer CAD Termelésirányító és végrehajtó rendszer MES

Integrált alkalmazási rendszerek a mai termelésinformatikában MES ERP Termelési főterv Anyag- szükséglet tervezés MRP Középtávú ütemezés Rövidtávú SFC CC FMS ROC CNC PLC Minőség- biztosítás Vásárlói kör menedzsment Beszállítói lánc menedzsment Termelési Kapacitás- tervezés Termék- Technológiai folyamatok tervezése Projekt- NC Programozás Program előkészítés Szerszám- kezelési rendszer szabályozás SCADA A termelés nyomon követése tevékenységek irányítása Gyártás Darabjegyzék- CRM SCM TMS CAPP Pénzügyi komponensek PDA Menedzsment információs Marketing CAQA SPC Cellavezérlés, CAE gépsor- vezérlés gyártó- Rugalmas Ellenőrzés és adatgyűjtés DNC PAC MIS BOM CAD PP Integrált alkalmazási rendszerek a mai termelésinformatikában

Számítógéppel segített folyamattervezés (CAPP) helye és szerepe CIM rendszerben A tevékenységmodellekben a számítógéppel segített folyamat-tervezés egy specifikus, központi helyet foglal el.

Számítógéppel segített folyamattervezés (CAPP) Diszkrét gyártás anyagi folyamatainak jellemző vonásai: Nagy számú diszkrét mozzanat Egyedi folyamatszakaszok Gyártási folyamat Előgyártmánygyártás Alkatrészgyártás Szerelés Vezérlés, felügyelet, ellenörzés Terv Rendeltetésszerűen működő rendszert meghatározó elgondolás Technológiai terv Egy technológiai folyamat gondolati modellje Tervezés Gondolati modell megalkotása Információhordozón való rögzítése Technológiai tervezés Technológiai tervet (gondolati modellt) megalkotó folyamat CAPP TT tankönyv 6. ALKATRÉSZGYÁRTÁS TECHNOLÓGIAI FOLYAMATAINAK SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉSE: ELVEK, MODELLEK ÉS MÓDSZEREK A gépgyártás anyagi folyamatainak egyik legjellemzőbb vonása, hogy rendkívül nagy számú diszkrét mozzanatból és azok még nagyobb számú, egyedi folyamatszakaszokba integrálódó kombinációiból tevődnek össze. A gyártási folyamat tágabb értelemben magában foglalja az előgyártmánygyártás, az alkatrészgyártás és a szerelés minden szakaszát, beleértve a folyamat vezérlését, felügyeletét és ellenőrzését is .A folyamat tervezése és programozása – szintén tágabb értelemben – mindezekre a folyamatszakaszokra kiterjed. A terv egy, a jövőben rendeltetésszerűen működő rendszert – annak struktúráját, funkcióit és működésének módját, környezetével fennálló kapcsolatait és legfontosabb tulajdonságait – meghatározó elgondolás. A tervezés a gondolati modell megalkotása és annak valamilyen információhordozón való rögzítése. A technológiai terv egy olyan gyártórendszerben végbemenő technológiai folyamat gondolati modellje, amelynek terjedelmét, határait és rendszertechnikai jellemzőit céljainknak megfelelően előre rögzítettük. A gyártási folyamat technológiai tervezése a technológiai tervet, mint gondolati modellt megalkotó folyamat.

Gyártási folyamattervezés Vizsgálataink során a forgácsolt alkatrészek gyártástechnológiai folyamatainak részletes tervezésével foglalkozunk. A következőkben gyártási folyamattervezésen – hacsak az ellenkezője nincs kiemelve – forgácsolt alkatrészek gyártástechnológiai folyamatának részletes megtervezését értjük. A tervezés bármely szakaszát – elvileg tetszőleges mértékig – számítógép támogathatja.

Technológiai tervezés Két klasszikus módszer Típus- és csoporttechnológiai tervekre alapozott módszer (Szokolovszkij, Mitrofanov) Többfázisú, iteratív módszer (Cvetkov)

Típustechnológiai tervekre alapozott módszer Hierarchikus osztályozási rendszer osztályok, alosztályok, csoportok, alcsoportok, típusok geometriai és technológiai szempontból közös vonásokkal jellemezhetők eltérő számú hierarchiai szint

Típustechnológiai tervekre alapozott módszer Például: egytengelyű, többtengelyű, szekrény-(ház)szerű, fogazott, stb. alkatrészek osztályai; az egytengelyű alkatrészek osztályán belül a tengelyek, tárcsák, hüvelyek, perselyek, gyűrűk, stb. alosztályai; a tengelyek alosztályán belül a rövid, normál, karcsú és nehéz tengelyek csoportjai; a normál tengelyek csoportján belül az egyirányban lépcsős, kétirányban lépcsős, furatos, fogazott, bordázott, stb. tengelyek típusai 6.1.1. A technológiai tervezés típus- és csoporttechnológiai tervekre alapozott módszere Bármely konkrét, komplex gyártmány – vagy egy adott üzemben gyártott többféle gyártmány – számos olyan alkatrészt tartalmaz, amelyek geometriai és technológiai szempontból közös vonásokkal jellemezhetők oly módon, hogy az alacsonyabb szintek felé haladva számuk – vagyis a hasonlóság – egyre nagyobb: eszerint kapjuk az osztályok, alosztályok, csoportok, típusok szintjeit. 97

Típustechnológiai tervekre alapozott módszer Tovább bontva: a normál tengelyek csoportján belül tömör tengelyek egyik vagy mindkét végén furatos, de nem átfúrt tengelyek csőtengelyek alcsoportjai; a tömör tengelyek alcsoportján belül az egyirányban lépcsős, kétirányban lépcsős, többirányban lépcsős (ún. „befelé lépcsős”) tengelyek típusai. A típusok kialakításakor általában fel kell adni a „tiszta rendezési elvek” harmóniáját.

Típustechnológiai tervekre alapozott módszer 1. Típus-műveletterveket dolgoznak ki adott alkatrésztípuson előforduló műveletek sorrendjének és azok tartalmának megadása, az alkalmazható eljárásokra, szerszámgépfajtákra, készülékekre, szerszámokra és mérőeszközökre vonatkozó ajánlások. 2. Adott konkrét alkatrész technológiai folyamatának tervezése vezértípus kiválasztása, tipustechnológiai terv illesztése. Az azonos típusú alkatrészek megmunkálásának technológiai folyamatára komplex jellegű típus-műveletterveket dolgoznak ki, amelyek egyrészt kitérnek az adott alkatrésztípuson előforduló műveletek sorrendjének és azok tartalmának megadására, másrészt a gyártás tömegszerűségének függvényében ajánlásokat tartalmaznak a gazdaságosan alkalmazható eljárásokra, szerszámgépfajtákra, készülékekre, szerszámokra és mérőeszközökre. Adott konkrét alkatrész technológiai folyamatának tervezése meglévő típus-művelettervek esetén abból áll, hogy megállapítjuk: az alkatrész melyik típushoz (vezértípushoz) tartozik és ennek típustechnológiai tervét a szóban forgó alkatrészhez illesztjük. Az illesztés technikája azon alapszik, hogy a vezértípus geometriai és technológiai szempontból a hozzátartozó bármelyik konkrét alkatrésznél bonyolultabb. Ennek megfelelően elhagyjuk a típustechnológiai tervből mindazokat a műveleteket és műveletelemeket, amelyek az éppen vizsgált alkatrészen nem fordulnak elő és szükség szerint módosítjuk a gyártóeszközökre vonatkozó előírásokat is.

Típustechnológiai tervekre alapozott módszer Jellemzők: a tényleges tervezőmunka mennyisége csekély (konkrét alkatrészre), a tervezés gyors, a technológiai tervek egységesek, megfelelő minőségűek, típustervek kidolgozása munkaigényes és drága, nagysorozat és tömeggyártásban terjedt el. A típustechnológiai tervek alapján történő technológiai tervezés előnyei közismertek: a tényleges tervezőmunka mennyisége csekély, így a tervezés gyors; a technológiai tervek egységesek és megfelelő minőségűek, stb. Hangsúlyozni kell azonban, hogy kidolgozásuk munkaigényes és drága, ezért alkalmazásuk a nagysorozat- és tömeggyártásban terjedt el.

Csoporttechnológia A típustechnológia kiterjesztése a gyártásra is: Alapja: alaki és technológiai szempontból is egymáshoz hasonló munkadarabok egész csoportja. A munkadarabcsoport megmunkálásához azonos vagy nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkező gépekre és gyártóeszközökre van szükség. Mitrofanov érdeme, hogy a típustechnológiát értelmezni tudta konkrét gyártási környezetre és kiterjesztette azt a gyártásra is, megalkotva a csoporttechnológia elvét, módszerét és gyakorlatát [194-198]. Mitrofanov módszerének lényege az, hogy a technológiai folyamatok tervezésekor nem a különálló, egyedi munkadarabokat veszi alapul, hanem alaki és ezért technológiai szempontból is egymáshoz hasonló munkadarabok egész csoportját, amelynek megmunkálásához azonos vagy nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkező gépekre és gyártóeszközökre van szükség.

Csoporttechnológia Egyedi-, kis- és közép-sorozatgyártásban terjedt el. Főbb feladatok: alkatrészek osztályozása (csoportképzés), komplex műveletterv készítés, konkrét alkatrészek gyártásának technológiai tervezése. A csoportmódszer – a típustechnológiai tervezéshez hasonlóan – feltételezi az alkatrészek osztályozását (csoportosítását). Tegyük fel, hogy az alkatrész-osztályozás (csoportképzés) még nem történt meg, ezért először ezt kell elvégeznünk. Ehhez a szóban forgó alkatrészhalmaz műhelyrajzainak átvizsgálásából indulunk ki és válogatásukat több fázisban végezzük.

Csoporttechnológiai elvek Alkatrészek osztályozása Geometriai kialakítás szerint: Forgástest; Sikfelületekkel határolt; Sík- és forgásfelületekkel határolt; Bonyolult geometriájú (fogazott, bordázott, szabadfelületek stb.). a) Az alkatrészeket – függetlenül attól, hogy melyik gyártmányhoz tartoznak – geometriai kialakításuk szerint az alábbi csoportokba sorolhatjuk: a.1) forgástestek, a.2) síkfelületekkel határolt alkatrészek, a.3) sík- és forgásfelületekkel határolt alkatrészek, a.4) bonyolult geometriájú alkatrészek, amelyeken fogazott, bordázott felületek vagy szabadformájú felületek, stb. is előfordulhatnak.

Csoporttechnológiai elvek Alkatrészek osztályozása Megmunkálási módok és szerszámgépfajták szerint: Igényelt géptípus szerinti osztályok pl.: esztergagép, marógép, fúrógép, köszörűgép, fogazógép, üregelőgép stb. Munkatér, gyártóeszköz, átállítás szerinti csoportok kialakításának szempontjai: geometriai bonyolultság; befoglaló méretek; Anyagminőség; előgyártmány fajtája (befogás miatt). b) Az ilyen módon csoportosított alkatrészeket tovább válogatjuk az egyes alkatrészek jellegének legjobban megfelelő megmunkálási mód és a szóba jöhető szerszámgépfajták párhuzamos figyelembevételével. Külön osztályba soroljuk a különböző fő esztergagép-típusokon, marógépeken, fúrógépeken, köszörűgépeken és egyéb szerszámgépeken (pl. a fogazógépek, üregelőgépek, stb.) megmunkálandó alkatrészeket. Különbséget lehet tenni a vezérlés módja szerint is (pl. kézi vezérlés, ütközős programvezérlés, NC). Nyilvánvaló, hogy az alkatrészek túlnyomó többségét nem egyetlen szerszámgépen kell megmunkálni, ezért az osztályozás általában a megmunkálandó alkatrészeknek csak bizonyos műveletét, vagy műveleteit veszi alapul. Az sem kizárt azonban, hogy a vizsgált alkatrészek valamely részhalmazát több különböző szerszámgépen, de teljesen azonos műveleti sorrend szerint kell gyártani. Mielőtt azonban ezeket a szempontokat is figyelembe vennénk, a szerszámgépek szerint képzett minden egyes osztályon belül csoportokat alkotunk úgy, hogy azok azonos munkaterű gépen, a gyártóeszközök ugyanazon készletével és a gépeknek csak csekély átállításával megmunkálhatók legyenek. E csoportképzés legfontosabb kritériumai: b.1) az alkatrészek geometriai konfigurációjának hasonlósága (hasonló geometriai bonyolultsága); b.2) az alkatrészek méretei egy adott csoportban közel azonosak lesznek. Ez a kritérium mindenekelőtt a befoglaló méretekre értendő, mert ezek határozzák meg a szerszámgépektől igényelt munkateret és a gyártóeszközök fő méreteit; b.3) az alkatrészek közel azonos anyagminőségből legyenek gyárthatók; b.4) a közös befogókészülék alkalmazása végett az előgyártmány fajtája azonos legyen.

Csoporttechnológiai elvek Alkatrészek osztályozása Az alkatrészek készregyárthatósága szerint: teljes megmunkálás ugyanazon a szerszámgépen; egy vagy néhány felületet lehet kialakítani ugyanazon komplex műveletterv szerint; különböző szerszámgépeken de ugyanazon műveleti sorrendterv szerint készre gyártásig változatlan csoportban. c) A b.1) … b.4) figyelembevételével képzett csoportokat tovább vizsgálva három eltérő esetet különböztetünk meg: c.1) Vannak olyan alkatrészcsoportok, amelyek megmunkálása ugyanazon típusú szerszámgépen kezdődik és végződik, tehát az adott csoportba tartozó alkatrészeket ugyanazon szerszámgépen készre lehet munkálni. (Ilyen például a merevprogramú revolver- és hosszeszterga automatákon gyártható kisméretű alkatrészek túlnyomó többsége, a revolveresztergákon és a korszerű NC esztergaközpontokon gyártható alkatrészek jelentős hányada is.) Ekkor beszélünk a csoportmegmunkálás I. esetéről. c.2) Bizonyos alkatrészcsoportokat tekintve az alkatrészeknek csak egy vagy néhány felületét lehet megmunkálni ugyanazon komplex műveletterv (műveleti utasítás) szerint. A további műveleteket vagy más csoportosítás (más komplex műveletterv) alapján végzik el vagy pedig egyedi műveletterv szerint hajtják végre. Ezt tekintjük a csoportmegmunkálás II. esetének. c.3) Az olyan alkatrészcsoportok, amelyekhez tartozó alkatrészek készregyártásához a legkülönfélébb szerszámgépekre van szükség, de azonos műveleti sorrend szerint munkálhatók meg és elkészülésükig változatlan csoportban együtt maradnak, a csoportmegmunkálás III. esetének felelnek meg.

Csoporttechnológia Komplex alkatrész: magán viseli a csoportba tartozó összes alkatrész minden jellegzetes felületét, lehet: valódi (a csoport valós tagja), képzetes (absztrakt). Komplex műveletterv: definiál minden olyan műveletet és műveletelemet, amely a csoport egyes tagjainak gyártásához szükséges. a vizsgált csoport típustechnológiája. Az egyes csoportokba sorolt alkatrészek azonos vagy különböző gyártmányok hasonló alkatrészeiből egyaránt kikerülhetnek. Alkatrészcsoportonként – a csoport vezéralkatrésze (komplex alkatrésze) alapján – egyetlen, ún. komplex művelettervet készítenek. A komplex alkatrész magán viseli a csoportba tartozó összes alkatrész minden jellegzetes felületét, így megmunkálásában minden olyan művelet és műveletelem előfordul, amely a csoport egyes tagjainak gyártásához szükséges. Ez a technológia a vizsgált csoport típustechnológiája. A komplex alkatrész lehet a csoport valós tagja, de lehet elképzelt munkadarab is, amelyet az előbbi értelmezés szerint a csoport valódi tagjaiból absztrakció útján származtatunk.

A technológiai tervezés többfázisú, iteratív módszere Sokféle alkatrész kis sorozatban készül. Az alkatrészek gyártásához külön-külön készítenek technológiai terveket. A tervek részletessége különböző lehet: NC/CNC gyártási környezet esetén, hagyományos gyártási környezet esetén. Individuális technológiai tervek fokozatos megközelítés, több fázisban döntéssorozat, többszörös visszacsatolással felépítés, részleges visszabontás, újraépítés Elemzés, finomítás, rendszerezés, általánosítás, algoritmizálás, automatizálás (Cvetkov). Ember-gép munkamegosztás. Az egyedileg kidolgozott technológiai terveket a szakirodalomban individuális technológiai terveknek nevezik [107]. Az „individuális” jelző arra is utal, hogy e tervek minősége rendkívül erősen függ az azokat készítő technológusok egyéni adottságaitól: ismereteik korszerűségétől, gyakorlati tapasztalataiktól, stb. Ilyenkor a technológiai tervezés fokozatos megközelítéssel, több fázisban játszódik le. Az egyes fázisokban a tervező olyan döntéssorozatokat hajt végre, amelyek kölcsönösen összefüggenek, emiatt többszörös visszacsatolásra, iterációra van szükség. A tervezés a mérnöki heurisztika klasszikus szabályai szerint megy végbe: a technológus a feladat megoldását egy olyan terv konstruálása útján keresi, amely során lépésről lépésre dönt a következő tervezési elemről. A technológiai tervezés folyamata még gondos előrehaladási stratégia esetén is megakadhat, ellentmondásra vezethet: ilyenkor a technológus a már meglévő problematikus folyamatterv-részletet „lebontja”, majd az ellentmondást kiküszöbölve újra „felépíti”. A végleges technológiai terv sokszor úgy alakul ki, hogy menet közben az eredeti feltételeken és korlátozásokon is változtatni kell. Cvetkov, V. D. ismerte fel először, hogy a technológiai folyamatok tervezésének az előbb vázolt – lényegében a jó technológustól „ellesett” – módszere részletes elemzés, finomítás, rendszerezés és megfelelő általánosítás után alkalmas arra, hogy alapul szolgáljon számítógépes folyamattervező rendszer (=CAPP rendszer) kidolgozásához [53]. Ha az iteratív többfázisú módszert a számítógépes folyamattervezés igényeinek megfelelő pontosságú „apró lépésekre” bontva – vagyis algoritmizálva – írjuk le, olyan didaktikus, a részleteket is megvilágító metodikai vezérfonalat nyerünk, amely alapján – néhány konkrét technológiai tervet áttekintve – a manuális technológiai tervezés is könnyen elsajátítható. Más kérdés, hogy a gyakorló technológus – még akkor is, ha lehetősége és ideje van arra, hogy teljes részletességű, klasszikus (ábrás) művelettervet készítsen – soha nem halad olyan aprólékos lépésekkel, ahogyan a többfázisú interatív módszer számítógépes változatai dolgoznak. Erre azonban nincs is szükség. A technológiai tervezés során ugyanis számos olyan döntési és választási részfeladat merül fel, amelyet a technológus – saját empirikus ismeretei és intuíciója, a feladat vizuális átlátása révén – könnyebben és egyszerűbben képes megoldani, mint a ma ismert legmagasabb teljesítőképességű CAPP-rendszerek. E kérdés elemzése felveti a CAPP rendszerek és az ember közötti ésszerű munkamegosztás, valamint a technológiatervezési feladatok algoritmizálhatóságának kérdéseit.

A technológiai tervezés szintjei Koncepcionális (általános) tervezés Technológia választás Koncepcionális terv (gyártástechnológiai eljárások, folyamatok) Makro-tervezés Több tartomány (pl: forgácsolás és szerelés) Technológiai útvonalak tervei, erőforrások Részletes tervezés Egyetlen tartomány (egyetlen folyamat) Folyamatterv (sorrend, berendezés, készükék, szerszám) Mikro-tervezés Optimális feltételek, gépi utasítások Folyamat/művelet paraméterek (idő, költség, CNC program) TT 6.2 ábra

A folyamattervezési tevékenység TT 6.3 ábra

A folyamattervezési tevékenység TT 6.3 ábra A technológiai tervezés mai módszertana – a számítógépes támogatás mértékétől függetlenül – egységesnek mutatkozik abban, hogy a gépgyártási folyamatok tervezését hierarchiai szintek szerint tagolva, felülről-lefelé haladva kell végrehajtani. A „felülről-lefelé” egyfelől azt jelenti, hogy az összetettebb, nagyobb tervezési egységektől az egyszerűbb, kisebb egységek irányába, másfelől a kevésbé részletezett folyamatszakaszoktól az egyre részletezettebb folyamatszakaszok irányába kell haladnia a tervezésnek. A tervezési folyamatra tehát mindvégig a fokozatos megközelítés jellemző, a tervezés eredménye (outputja) ugyanakkor rendkívül eltérő lehet a tervezés tárgyától, a gyártási körülményektől, a kitűzött céloktól és egyéb tényezőktől függően.