2.1.1 Ờ Hàm mục tiêu khi thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt.
Hàm mục tiêu khi thiết kế tối ưu quá trình cắt gọt mô tả quan hệ giữa chỉ tiêu tối ưu với các thông số cần tối ưụ
Chỉ tiêu tối ưu ( còn gọi là mục tiêu tối ưu) phải là các chỉ tiêu kinh tế ựược xây dựng trên cơ sở giá thành và thời gian gia công, thường ựược chọn với các ựại lượng sau:
- Chi phắ gia công tắnh cho một ựơn vị sản phẩm thấp nhất - Thời gian gia công cho một chi tiết thấp nhất
- Tỷ lệ giữa chi phắ gia công và thời gian gia công thấp nhất - Số lượng sản phẩm trong một ựơn vị thời gian cao nhất - Tiền lãi cao nhất
- độ chắnh xác ựạt ựược cao nhất - độ bóng bề mặt ựạt ựược cao nhất
Trong các chỉ tiêu thì chỉ tiêu về chi phắ gia công thấp nhất có vai trò quan trọng nhất. Bởi vì xét cho ựến cùng giá thành chế tạo thấp nhất trên cơ sở ựảm bảo chất lượng, các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công sẽ quyết ựịnh tắnh cạnh tranh của sản phẩm trong cơ chế thị trường
2.1.2- Xác ựịnh các bài toán tối ưu cơ bản khi thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt. cắt gọt.
Như trên ựã trình bày, muốn thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt ta phải giải quyết hàng loạt vấn ựề tối ưu, các vấn ựề rất ựa dạng, phức tạp. Một QTCN cắt gọt tối ưu thì các yếu tố sử dụng trong QTCN cắt gọt phải tối ưu như:
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 33
- Thứ tự gia công phải tối ưụ
- Máy công cụ ựược sử dụng phải tối ưụ
- Trang bị công nghệ ựược sử dụng phải tối ưụ - Chế ựộ cắt phải tối ưụ
- Kết hợp QTCN cắt gọt các sản phẩm khác nhau trong 1 cơ sở sản xuất phải tối ưụ
- .v.v.
Chúng ta cần phải phân lớp các bài toán một hợp lý rồi mới có thể tìm phương pháp giải cho từng bài toán. Sự phân chia lớp bài toán của quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt cần tối ưu có mối liên quan, tác ựộng tương hỗ lẫn nhaụ
đối với các phương pháp thiết kế QTCN gia công cắt gọt hiện nay như ựã trình bày ở mục 1.3.2, 1.3.3 thì có 2 giai ựoạn thiết kế:
- Giai ựoạn thiết kế sơ bộ
- Giai ựoạn thiết kế nguyên công.
Giai ựoạn thiết sơ bộ thực hiện các nội dung.
- Xác ựịnh các phương pháp gia công cho các bề mặt cần gia công. - Xác ựịnh các phương án thứ tự gia công ựó là:
+) Xác ựịnh số nguyên công.
+) Xác ựịnh sơ bộ máy móc, dụng cụ cắt, ựồ gá và trang bị công nghệ và các phương pháp gia công trong từng nguyên công.
+) Xác ựịnh thứ tự các nguyên công của từng phương án thứ tự gia công.
- So sánh chọn phương án thứ tự gia công.
Sau khi xác ựịnh thứ tự gia công thì tiến hành thiết kế nguyên công với các phương pháp thiết kế này ta thấy:
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 34
- Chưa có cơ sở ựể xác ựịnh phương án thứ tự gia công có tối ưu không ( chưa xác ựịnh ựược chi phắ gia công và các chi phắ khác, chưa xác ựịnh ựược thời gian gia công,.v.v.), do vậy chưa ựủ tiêu chuẩn ựể dánh giá sự tối ưụ
- Mang nhiều tắnh chất cảm tắnh, kinh nghiệm và phụ thuộc hoàn toàn khả năng của cán bộ thiết kế.
- Rất dễ bị ựịnh hướng từ ựầụ
- Rất khó mô hình hóa toán học ựể lập chương trình máy tắnh.
Ưu ựiểm chắnh của phương pháp này là tương ựối dễ dàng thực hiện. Quan trọng là người cán bộ công nghệ ựề ra bao nhiêu phương án, trên cơ sở phân tắch dựa vào các nguyên tắc gia công và kinh nghiệm mà lựa chọn một phương án hợp lý.
Lý do mà phương pháp này còn phổ biến từ trước tới nay là:
- để có thể tắnh toán ựược tất cả các phương án gia công khả dĩ, trên cơ sở phân tắch so sánh các tiêu chuẩn kinh tế- kỹ thuật ựể xác ựịnh ựược phương án tối ưu thì ựòi hỏi khối lượng tắnh toán rất lớn. Nếu không có phương tiện tắnh toán nhanh và phương pháp tắnh toán tốt thì không thực hiện ựược.
- Việc tắnh toán thiết kế tối ưu sẽ phức tạp, tỉ mỉ hơn dẫn tới làm tăng chi phắ tắnh toán thiết kế. Do ựó nó sẽ không hiệu quả nếu như lợi ắch của việc thiết kế tối ưu mang lại không lớn hơn việc tăng chi phắ tắnh toán thiết kế. điều này rất rõ khi mà chúng ta tắnh toán bằng tay ựối với những sản phẩm ựơn chiếc, loạt nhỏ.
Hiện nay với công cụ máy tắnh có thể tắnh toán hàng tỷ phép tắnh/giây, do vậy chi phắ cho việc tắnh toán thiết kế có thể giảm ựi rất nhiều lần, mặt khác có thể tắnh toán với một khối lượng tắnh toán khổng lồ trong thời gian rất ngắn. điều này hoàn toàn cho phép chúng ta ựặt vấn ựề thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt, dù là gia công một chi tiết.
điều quan trọng hiện nay là chúng ta phải xây dựng một phương pháp thiết kế tối ưu có thể lập chương trình cho máy tắnh.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 35 Chúng ta thấy một QTCN gia công cắt gọt ựó là một dãy các thao tác, các bước gia công theo một trình tự gia công nhất ựịnh. Sự tổ hợp các bước gia công hợp lý tạo thành các nguyên công và sự tổ hợp các nguyên công tạo thành QTCN gia công cắt gọt. Bởi vậy ta hoàn toàn có thể sử dụng bước gia công như là ựơn vị cơ bản ựể xem xét, phân chia và xây dựng lớp các bài toán cơ bản khi thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt.
Do ựó bài toán tối ưu bước gia công là bài toán tối ưu cơ bản ựầu tiên khi thiết kế tối ưu QTCN cắt gọt. Sau khi thực hiện tối ưu ựược các bước gia công ta thực hiện bài toán tổ hợp tối ưu các bước gia công thành các nguyên công tối ưu sẽ ựược QTCN cắt gọt tối ưu cho chi tiết cần gia công. đồng thời trong một cơ sở gia công thì gia công nhiều chi tiết gia công khác nhau, nên một bài toán tối ưu nữa ựặt ra là phải tối ưu hóa sự kết hợp các QTCN cắt gọt các loại sản phẩm trong cơ sở sản xuất. Nội dung cần giải quyết của các lớp bài toán tối ưu ựó là:
a) Bài toán tối ưu bước gia công
Bài toán tối ưu bước gia công phải giải quyết:
- Bề mặt gia công tiến hành qua bao nhiêu bước gia công là tối ưủ - Các bước gia công này sử dụng phương pháp gia công nào là tối ưủ - Máy công cụ, dụng cụ cắt, trang bị công nghệ sử dụng trong các bước gia công như thế nào là tối ưủ
- Thứ tự các bước gia công như thế nào là tối ưủ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 36
b) Bài toán tối ưu nguyên công.
Từ các bước gia công tối ưu, tổ hợp một cách tối ưu cho ta cấu trúc và thứ tự các nguyên công tối ưụ
Nguyên công ựược tạo thành bởi các yếu tố:
- Các bước gia công ựược thực hiện trong nguyên công ựó. - Máy công cụ.
- Các dụng cụ cắt ựược sử dụng trong nguyên công ựó. - Hình thức thao tác gá ựặt.
- Hình thức thao tác ựiều chỉnh, ựiều khiển. - Chế ựộ cắt tối ưu cho từng bước gia công. - Cấu trúc không gian và thời gian.
Hình thức, số lượng và sự tác ựộng, liên hệ giữa các yếu tố trên tạo nên cấu trúc từng nguyên công.
Bài toán tối ưu cấu trúc nguyên công là xác ựịnh loại, hình thức, số lượng sự liên hệ tác ựộng,.v.v. của các yếu tố của từng nguyên công ựạt tối ưụ
Từ việc xác ựịnh tối ưu cấu trúc từng nguyên công, ta sẽ có thứ tự nguyên công tối ưụ
c) Bài toán tối ưu di chuyển ựối tượng gia công
Trong một cơ sở sản xuất cơ khắ không chỉ gia công một chi tiết, mà phải gia công nhiều chi tiết cùng loại mà nhiều loại chi tiết khác nhaụ Mỗi loại chi tiết gia công có một QTCN gia công cắt gọt riêng.
Vì vậy trong một cơ sở sản xuất, bố trắ di chuyển ựối tượng gia công phải ựạt tối ưu nhằm ựạt hiệu suất làm việc cao nhất, giảm thời gian chờ ựợi, rút ngắn thời gian chu trình gia công.
Bài toán tối ưu di chuyển ựối tượng gia công bao gồm:
- Tối ưu di chuyển ựối tượng gia công trong một loạt chi tiết.
- Tối ưu di chuyển ựối tượng gia công trong một cơ sở gia công( tổ hợp nhiều QTCN gia công nhiều loại chi tiết).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 37
2.2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TỐI ƯU BƯỚC GIA CÔNG VÀ TRÌNH TỰ NGUYÊN CÔNG. NGUYÊN CÔNG.
Quy trình công nghệ gia công cắt gọt chi tiết cần gia công là tập hợp các bước gia công của các bề mặt cần gia công. Bước gia công ựược xây dựng trên cơ sở các bề mặt gia công và các yêu cầu kỹ thuật cần ựạt của các bề mặt ựó.
Sự hình thành các bước gia công ựược xây dựng từ quy luật logic của quá trình biến ựổi trạng thái, tắnh chất của ựối tượng gia công ( chi tiết gia công) với cấu trúc bước gia công như hình 2.1.
Hình 2.1: Cấu trúc bước gia công
Một QTCN gia công cắt gọt là một chuỗi liên tục các chuyển biến trạng thái của chi tiết gia công cho ựến trạng thái cuối cùng của chi tiết gia công. Như vậy thiết kế bước gia công là ta xác ựịnh chỗi liên tục các chuyển biến trạng thái ựó.
Chuỗi chuyển tiếp trạng thái của chi tiết gia công chỉ có thể tối ưu khi:
- Số lần chuyển biến trạng thái là tối ưụ - Thứ tự chuyển biến trạng thái là tối ưụ
- Tác ựộng các yếu tố công nghệ là tối ưụ Nói cách khác là các thao tác của công nhân phải tối ưu; máy công cụ, dụng cụ cắt, ựồ gá và trang bị công nghệ ựược sử dụng phải tối ưu; chế ựộ cắt phải tối ưu,.v.v.
Tác ựộng của các yếu tố công nghệ ( thao tác công nhân, máy công cụ, dụng cụ, dụng cụ cắt, chế ựộ cắt, các chuyển ựộng cắt,.v.v.)
Trạng thái
ban ựầu Chi tiết gia công
Trạng thái hoàn thành
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 38 Như vậy nội dung khi thiết kế tối ưu bước gia công là phải thực hiện tối ưu các vấn ựề chắnh sau:
1- để hoàn thành chi tiết gia công thì phải tiến hành qua bao nhiêu bước gia công là tối ưủ Các bước gia công này sử dụng phương pháp gia công nào là tối ưủ
2- Thứ tự các bước gia công như thế nào là tối ưủ
3- Máy công cụ sử dụng trong các bước gia công như thế nào là tối ưủ 4- Dụng cụ cắt sử dụng trong các bước gia công như thế nào là tối ưủ 5- đồ gá, trang bị công nghệ sử dụng trong các bước gia công như thế nào là tối ưủ
6- Chế ựộ cắt tối ưu của từng bước gia công như thế nàỏ
để giải quyết ựược các nội dung này khi tối ưu bước gia công là công việc rất lớn và phải có phương pháp hợp lý.
Trong ựó ta thấy:
- Tối ưu số bước gia công thì cơ sở là khả năng của các phương pháp gia công
- Tối ưu thứ tự bước gia công thì cơ sở là logic chuyển trạng thái của chi tiết gia công.
- Tối ưu các nội dung còn lại thì cơ sở là tác ựộng các yếu tố công nghệ ựến các kết quả chuyển trạng thái của chi tiết gia công.
Về nguyên tắc ựể xây dựng bài toán tối ưu bước gia công qua hai bước:
Bước 1: mô hình toán học bài toán tối ưu:
đó là thiết lập các phương án khả dĩ. Bước 2: giải và biện luận bài toán tối ưu:
đó là căn cứ vào mục tiêu tối ưu, so sánh các phương án khả dĩ ựể xác ựịnh ựược phương án tối ưụ
điều quan trọng là ta phải xác ựịnh ựược phương pháp mô hình toán học và giải bài toán tối ưu bước gia công. Mỗi phương pháp sẽ có các hình
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 39 thức thiết lập các phương án bước gia công khả dĩ khác nhau, cũng như có phương pháp so sánh ựể xác ựịnh phương án tối ưu bước gia công khác nhaụ
2.3 - XÂY DỰNG VÀ MÃ HÓA HỆ DỮ LIỆU CHO TỰ đỘNG HÓA THIẾT KẾ TỐI ƯU QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT TỐI ƯU QTCN GIA CÔNG CẮT GỌT
2.3.1 - Phân loại dữ liệu và mã hóa dữ liệu dùng trong thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt. gia công cắt gọt.
Công việc tự ựộng hóa thiết kế QTCN gia công cắt gọt chỉ có thể thực hiện tốt ựược khi mà các dữ liệu phục vụ cho quá trình tắnh toán, thiết kế ựược tổ chức một cách khoa học. Xây dựng hệ giữ liệu tốt sẽ giúp cho quá trình xử lý, tắnh toán và thiết kế nhanh, ựảm bảo kết quả tắnh toán, thiết kế chắnh xác.
Xây dựng hệ giữ liệu cho quá trình tự ựộng hóa thiết kế QTCN gia công cắt gọt là xây dựng Ộ ngôn ngữ công nghệỢ của các dữ liệu dùng trong quá trình tắnh toán, thiết kế. Nói một cách khác từ các thông tin mang tắnh kết cấu, công nghệ mà quá trình thiết kế QTCN cắt gọt sử dụng ựến sẽ ựược mã hóa sao cho máy tắnh có tiếp nhận, xử lý và tắnh toán thiết kế.
Xây dựng hệ giữ liệu cho quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt nói chung và cho quá trình thiết kế tối ưu QTCN gia công cắt gọt nói riêng là rất phức tạp, khó khăn là do:
- Tắnh ựa dạng và phức tạp về kết cấu, chủng loại, hình dáng, yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công.
- Tắnh ựa dạng và phức tạp về các máy công cụ - Tắnh ựa dạng và phức tạp của dụng cụ cắt.
- Tắnh ựa dạng và phức tạp của ựồ gá và trang bị công nghệ - .v.v.
Chắnh vì vậy mà ta cần phải nghiên cứu phương pháp phân loại mà mã hóa dữ liệu có tắnh khoa học caọ
Xây dựng hệ dữ liệu cho quá trình thiết kế QTCN gia công cắt gọt có tắnh ựặc thù là luôn gắn chặt với ựặc ựiểm công nghệ gia công cắt gọt.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 40 Mã hóa là một phương pháp ựược dùng trong tự ựộng hóa thiết kế ựể mô tả các dữ liệu ở dạng ngôn ngữ, cho phép việc xử lý thông tin trên máy tắnh. Quá trình mã hóa là trao cho dữ liệu một mã số ựặc trưng.
Hiện nay có rất nhiều quan ựiểm xây dựng mã hóa hệ dữ liệu khác nhau nhưng nhìn chung hệ dữ liệu cho thiết kế công nghệ ựược phân loại như sau:
I- Dữ liệu về chi tiết gia công - Dữ liệu về phương pháp gia công - Dữ liệu về thiết bị, máy móc gia công - Dữ liệu về dụng cụ cắt gọt
- Dữ liệu về ựồ gá và trang bị công nghệ