Лабораторна робота 3 системний аналіз технологічних обмежень на послідовність складання і монтажу електронних комп’ютерних засобів

Мета лабораторної роботи – вивчення питань автоматизованого формування та оптимізації множини обмежень на порядок виконання технологічних операцій та технологічних переходів, зумовлених впливом технологічних чинників.

Основні відомості

Обмеження на послідовність виконання технологічних операцій (ТО) та технологічних переходів (ТПр),технологічних процесів (ТП) складання і монтажу електронних комп’ютерних засобів (ЕКЗ) виявляють значний вплив на вартісні і тимчасові характеристики виробництва. Цей вплив визначається тим, що обмеження на послідовність не дозволяють виконувати ТО (ТПр) одні за одними, а саме, послідовне їх виконання може покращувати і вартісні і тимчасові показники ТП.

Розв'язання задач синтезу послідовності на безлічі ТО і ТПр є важливим при автоматизованому проектуванні ТП складання і монтажу ЕКЗ.

Характер технологічних обмежень на послідовність, що повинні бути враховані при проектуванні, визначається технологічними чинниками. Аналіз варіантів конструкторської реалізації ЕКЗ і типових технологічних процесів складання і монтажу ЕКЗ різноманітних ієрархічних рівнів дозволяє зробити висновок про те, що основні обмеження технологічного характеру є такими:

1 Обмеження на послідовність підмножини різнорідних ТО і ТПр, що задаються типовими технологічними процесами (ТТП) складання і монтажу ЕКЗ.

2. Обмеження на послідовність підмножини однорідних ТПр зв'язані з дією технологічних впливів (ТВ), які виникають при виконанні ТПр у зв'язку з їхньою дією на встановлені раніше елементи конструкції. При цьому впливи спрямовані на елементи і матеріали об'єкта складання, які не підлягають перетворенню при виконанні технологічних операцій, що генерують ці впливи. Такі ТВ є паразитними.

При проектуванні ТП повинні бути враховані обидві групи обмежень.

Обмеження першої групи не залежать від конструкції конкретного об'єкта складання. Сукупність типових ТО і ТПр, послідовність і режими їх виконання визначені в ТТП складання ЕКЗ на основі наукового обґрунтування і узагальнення досвіду їх реалізації на промислових підприємствах. ТТП регламентують вимоги до структури ТП, до режимів їх виконання. Задана ТТП послідовність різнорідних ТО розповсюджується на послідовність ТО проектованого процесу складання, відповідних операціям ТТП. Наприклад, ТО підготовки елементів до складання завжди виконується раніше ТО їхньої настанови на базову деталь і закріплення. ТО очистки від залишків флюсу завжди виконується після ТО паяння та ін. Причиною, що визначає необхідність урахування розглядуваного технологічного чинника, є те, що деякі з станів об'єкта складання не можуть бути досягненні раніше за інші, тобто ТО, у результаті виконання яких досягаються означені стани і які повинні виконуватися у відповідній послідовності. Саме з урахуванням цього можна затверджувати, що розглянутий технологічний чинник впливає на послідовність ТО проектованого ТП складання ЕКЗ. Така послідовність різнорідних ТО проектованого ТП може формуватися шляхом аналізу відмінностей станів об'єкта складання або з урахуванням інформації про послідовність подібних ТО у ТТП складання ЕКЗ.

При автоматизованому проектуванні для урахування обмежень, заданих ТТП, необхідно:

1. На основі ТТП складання і монтажу (ОСТ4 ГО.094.242, ОСТ4 ГО.054.264, ОСТ4 ГО.054.265, ОСТ4 ГО.054.266, ОСТ4 ГО.054.267, ОСТ4 ГО.054.268 та ін.) підготувати табл. 1 і внести її до бази даних системи автоматизованого проектування (САПР) ТП.

Таблиця 1

Дані для пошуку обмежень ТО (ТПр)

При укладанні табл.1 в першу колонку записують код операції ТТП, з якої виходить дуга обмежень, а в другу – код операції ТТП, куди входить дуга обмежень.

2. Після цього порівнюють складену при проектуванні ТП таблицю ТО і ТПр з табл. 1 (ТТП). Для кожної пари проектованих ТО здійснюють пошук за табл. 1 рядків, що містять аналогічні коди ТТП.

3. Якщо такий рядок у табл. 1 є, то між операціями проектованого ТП вводять обмеження на послідовність. Ці обмеження запроваджуються шляхом побудови таблиці, аналогічної табл. 1 вже для проектованого ТП, або шляхом запису одиниці у відповідний осередок матриці.

	1	2	3	4	5
1	0	1	0	0	0
2	0	0	1	0	0
3	0	0	0	1	0
4	0	0	0	0	1
5	0	0	0	0	0

4. Якщо у табл. 1 відповідний рядок не знайдений, то між ТО даної пари не буде введене обмеження на послідовність від ТТП. У відповідний осередок матриці записують 0. Після цього аналогічно проводять пошук для наступних пар ТО.

Обмеження другої групи зв'язані з дією паразитних ТВ. Ці обмеження безпосередньо зв'язані зі специфікою конкретних конструкцій і сукупністю ТПр, необхідних для складання і монтажу цих конструкцій.

Основною функцією ТО є перевід об'єкта з одного стану в інший. Реалізація цієї функції здійснюється шляхом ТВ, що виникають при виконанні ТО.

Основні характеристики ТВ – тип і інтенсивність. Ці характеристики для всіх ТО визначаються при розв'язанні задачі синтезу складу ТО.

Об'єкт складання перебуває у незмінному стані до того часу, поки на нього не діє ТВ к-того типу, інтенсивність якого J_ki перевищує мінімальну стійкість U_min об'єкта до ТВ даного типу (рис. 1). При цьому мінімальна стійкість об'єкта U_min така, перевищення якої здійснює перетворення попереднього стану (S_i-1) у наступний ( S_i ) (рис. 2). Тоді максимальна стійкість – U_min перевищення якої призводить до непередбаченої зміни параметрів об'єкта складання, тобто до браку (рис. 1).

Рис. 1 Рис. 2

Таким чином, з урахуванням умови інтенсивність ТВ k-того типу не може перевищувати U_тах і, отже, не може виявляти негативний вплив на елемент, що обробляється. Однак, ТВ може впливати на інші, раніше встановлені елементи конструкції.

Аналіз ТТП складання ЕКЗ показує, що ТВ можуть бути класифіковані на впливи хімічної і фізичної природи – впливи рідкого або газоподібного середовища, в яких перебуває об'єкт складання, або вплив основних і допоміжних матеріалів, що використовують у ТП складання. До ТВ фізичної природи відносять механічні, теплові впливи, впливи електричного і інших полів, тощо. Так, наприклад, при паянні потужним паяльником теплове поле може виявляти негативний вплив на розташовані поруч напівпровідникові діоди, транзистори, інтегральні схеми (ІС), контактні площадки друкованих плат (ДП) та ін.

Ступінь впливу k-го ТВ певної інтенсивності на елементи об'єкта складання залежить від:

– рівня їхньої стійкості до даного ТВ (U_т);

– тривалості ТВ (t);

– відстані об'єкта від джерела (r);

– проникненості середовища (Е_к);

– перетину каналу (S);

– функції затушкування k-го ТВ (f_k).

Для оцінки міри дії ТВ можна використовувати коефіцієнт дії ТВ

де J_kij – середня інтенсивність k-гo ТВ i-го ТПр у зоні розташування елемента а_j;

U_kj – стійкість елемента а, до дії k-го ТВ.

На рис. 3 зображено розповсюдження впливу у результаті настанови і обробки елемента а_j – на нього при обробці діє ТВ_ік, де k – тип впливу – механічний, тепловий, тощо.

Рис. 3.

Інтенсивність цієї дії ТВ=J_ki. При цьому ТВ може досягати області простору, яку на базовій деталі займає елемент а_j. При цьому

де J_kij – середня інтенсивність к-то ТВ у зоні його джерела, що виникає при виконанні ТПр.

k-й ТВ діє як на елемент, що обробляється, так і на раніше встановлені елементи об'єкта складання.

При аналізі дії ТВ на елементи об'єкта складання необхідно розглядати два рівня стійкості – номінальний U_кН і максимальний U_кМ. Перевищення інтенсивності ТВ відносно номінального рівня стійкості елемента, що обробляється, забезпечує можливість перетворення його параметрів у заданих межах. Перевищення же інтенсивності ТВ відносно максимального рівня стійкості призводить до руйнування елемента або до неприпустимої зміни його параметрів.

Залежно від ступеня впливу на елементи об'єкта складання, ТВ класифікують на такі.

– пасивні, ;

– активні, ;

– неприпустимі, .

На послідовність ТО ТПр проектованого ТП процесу складання ЕКЗ впливають тільки неприпустимі ТВ, що можуть призводити до руйнування або неприпустимої зміни параметрів раніше встановлених елементів. Таким чином, у цьому випадку повинен бути визначений пріоритет виконання розглядуваних ТПр.

Для виявлення неприпустимих ТВ оцінюється коефіцієнт дії ТВ відносно максимального рівня стійкості елемента U_kjM

Якщо , то елемент а, при виконанні операції q_i, може зруйнуватися. Обмеження на послідовність ТО, що визначаються дією ТВ, безпосередньо зв'язані з конструкцією ЕКЗ, її специфікою і ТО, необхідними для складання виробу. Послідовність ТО процесу складання, що проектується, з урахуванням розглядуваного чинника може формуватися на основі аналізу впливу ТВ на елементи об'єкта складання. Аналіз ТТП складання ЕКЗ і чинників технологічного характеру, які впливають на послідовність ТО, дозволяють зробити висновок про те, що ігнорування означених чинників може призвести після автоматизованого проектування до принципової неможливості реалізації ТП складання об'єкта. У зв'язку з цим урахування чинників технологічного характеру при упорядкуванні ТО процесу складання ЕКЗ є обов'язковим.

Модель прийняття рішень щодо упорядкування ТО з урахуванням технологічних чинників.

Урахування обмежень на послідовність, що задаються ТТП складання ЕКЗ при автоматизованому проектуванні, не викликає особливих труднощів. Для визначення пріоритету одного із розглядуваних ТПр з урахуванням впливу ТВ вибраний критерій

( true – істинно) (*)

В основу прийняття рішень про послідовність ТПр з урахуванням впливу ТВ покладений принцип аналізу перевищення інтенсивності k-того ТВ, що виникає при виконанні переходу обробки елемента а, відносно максимального рівня стійкості U_kjm елемента а_j.

Правомірність використання цього принципу обґрунтована за допомогою аксіоми, теореми і ряду тверджень.

Можливу послідовність виконання ТО "q_i і q_j" відображають за допомогою відношення "раніше" (символ), а обмеження на можливу послідовність їх виконання – за допомогою відношення "не раніше" (символ). ТО q_i знаходиться у відношенні "раніше" з ТО q_i , якщо ТО q_i починає виконуватися після завершення виконання ТО qi, ТО qi, знаходиться у відношенні "не раніше" з ТО q_i, якщо ТО q_i починає виконуватися після завершення виконання ТО q_i.

Аксіома

Перевищення інтенсивності ТВ J_k відносно максимального рівня стійкості елемента U_kjm призводить до його руйнування або неприпустимої зміни його параметрів.

Теорема

Твердження 1

Твердження 2

Твердження 3

Твердження 4

Залежно від специфіки кожний ТПр процесу складання можна охарактеризувати декількома різнорідними ТВ відповідної інтенсивності Відповідно до цього елементи об'єкта складання повинні мати стійкість до цих ТВ. Можна сформулювати і довести твердження, на базі яких розроблена логічна модель прийняття рішень визначення послідовності ТПр з урахуванням дії безлічі різнорідних ТВ.

Логічні моделі дозволяють вибрати один з чотирьох можливих варіантів послідовності пари ТПр, тобто дозволяють визначити бінарні відношення ТПр з урахуванням впливу ТВ. За допомогою логічних моделей прийняття рішень розроблений алгоритм, що дозволить визначити пари, для яких справедливий критерій (*). Порівняння інтенсивностей ТВ у зонах розташування елементів із стійкостями елементів об'єкта до ТВ відповідного вигляду є розв'язанням задачі формування безлічі ТО на першому етапі. Виявлення ситуацій, при яких ТВ можуть пошкодити елементи об'єкта складання на цьому етапі відповідно до вище означеного алгоритму, полягає у такому:

1. Виробляється пошук номінальної стійкості елемента складання до обмежень к-типу

2. З безлічі інтенсивностей впливу к-типу виключаються інтенсивності, менші або такі, що дорівнюють J_{K max .}

де J_K – інтенсивність впливу к-типу у зоні виконання переходу q_i.

3. Виробляється пошук максимальної з інтенсивностей впливу k-типу у зоні їх джерел:

4. 3 безлічі стійкості станів елементів об'єкта складання до обмежень к-типу U_K виключаються стійкості, що перевищують J_{K max .}

5. 3 елементів безлічі ЗК формується послідовність елементи якої упорядковані за спаданням їхніх значень.

6. Кожний елемент безлічі порівнюється з елементами у порядку їх послідовності у . Порівняння виконують до того, поки не виявиться значення .

7. Для ТВ, інтенсивності яких перевищують або дорівнюють стійкості , виконують перегляд значень їх інтенсивностей до зони розташування елемента a₁ (тобто визначається J_klj) і перевірка виконання для J_klj і U_kj умови (*). Результати перевірки заносять до матриці В, кожному стовпцю якої відповідає ТПр, а кожному рядку – стан елемента. Елементу матриці b_ji присвоюють значення, яке дорівнює "1", якщо при виконанні переходу q_i елемент q_j, який перебуває у стані S_j, може вийти з ладу, тобто якщо хоча б для одного з ТВ, що виникають при виконанні q_i у стані S_j елемента a_j виконується умова (*). В інших випадках елементу матриці присвоюють значення "0".

На другому етапі вхідною інформацією є матриця В і орграф G обмежень (організаційних, просторових та ін.) на порядок виконання ТПр, виявлених для розв'язання задачі формування безлічі ТО. У орграфі G переходи подані вершинами, а обмеження на послідовність ТПр – дугами. Так, за наявності в G дуги (q_m,q_n), не припускається виконання переходу q_n до того часу, поки не буде виконаний перехід q_m.

Якщо при виконанні ТПр q_i елемент a_j, який знаходиться у стані S_j, може вийти з ладу через дію ТВ (тобто К_kij > 1), то уникнути браку можна таким чином:

– замінити елемент a_j на більш стійкий;

– замінити ТПр q_i на ТПр з меншою інтенсивністю ТВ;

– екранувати джерело ТВ або елемент a_j забезпечивши більше згасання паразитного ТВ;

– відкоригувати конструкцію об'єкта складання, збільшивши відстань між даними елементами, або зменшивши проникнення середовища, перетин каналу;

– у числі інших засобів, наприклад, є простий засіб усунення можливості виникнення браку. Він полягає у формуванні такої послідовності виконання ТПр q_i, коли при виконанні ТПр елемент a_j перебуває у стані, відмінному від S_j. Для цього при визначенні послідовності виконання ТПр слід урахувати одне з пари суперечливих обмежень: (q_i,q_l) або (q_m,q_i) де q_i,q_m – ТПр, що виводять елемента a_j з цього стану.

Таким чином, на другому етапі розв'язування задачі формування і оптимізації безлічі ТО необхідно на основі перегляду матриці В визначити пари обмежень, за допомогою яких можна уникнути виходу з ладу елементів через дію ТВ.

Залежно від специфіки кожний перехід ТП складання можна характеризувати декількома різнорідними ТВ відповідної інтенсивності J_kj,J_lj,…,J_nj. Відповідно до цього елементи об'єкта складання повинні мати стійкість U_kjm,U_ljm,…,U_njm до цих ТВ. У цьому випадку при чинності безлічі різнорідних ТВ при виконанні переходів q_j і q_i має місце наслідок з теореми.

Наслідок

На підставі наслідку аналогічно твердженням 1-4 сформульовані і доведені твердження, на базі яких розроблена логічна модель прийняття рішень визначення послідовності ТПр з урахуванням впливу безлічі різнорідних ТВ. Ця модель має вигляд

Розглянуті логічні моделі дозволяють вибирати один з чотирьох можливих варіантів послідовності пари ТПр, тобто дозволяють визначити бінарні відношення ТПр з урахуванням впливу ТВ. За допомогою цих моделей повинні бути визначені бінарні відносини всіх ТПр всередині підмножини різнорідних операцій і переходів.

На основі розгляду логічних моделей прийняття рішень, а також з урахуванням обмежень на послідовність підмножини різнорідних операцій і переходів, що задаються ТТП складання ЕКЗ, розроблений алгоритм синтезу послідовності ТПр процесу складання ЕКЗ з урахуванням обмежень технологічного характеру. Робота алгоритму зводиться до виконання таких основних етапів:

1. Розподіл множини ТО (ТПр) процесу складання на підмножини різнорідних ТО (ТПр) відповідно до ТТП складання ЕКЗ.

2. Формування послідовності підмножини різнорідних ТО (ТПр) з урахуванням послідовності аналогічних ТПр у ТТП складання.

3. Формування масивів кодів ТВ і їх інтенсивностей відповідно до операцій (переходів) кожної підмножини однорідних ТО (ТПр).

4. Формування масивів максимальних стійкостей елементів об'єкта складання.

5. Визначення середніх інтенсивностей ТВ у зонах розміщення елементів об'єктів складання.

6. Визначення бінарних співвідношень ТО (ТПр) всередині підмножини однорідних операцій (переходів).

7. Формування послідовності ТО (ТПр) всередині підмножини однорідних операцій (переходів).

8. Формування послідовності ТО (ТПр) процесу складання ЕКЗ з урахуванням обмежень технологічного характеру.

За даним алгоритмом розроблена і експериментально перевірена на ЕОМ ЄС 1033 програма на мові РL/1. Проведена апробація у конкретних виробничих умовах підтвердила вірогідність застосування її при автоматизованому проектуванні. Витрати машинного часу на реалізацію програми для вузлів на друкованих платах середньої складності (порядку 150 елементів) складають близько 12 хв. Програма може бути використана в автономному режимі або в складі підсистеми автоматизованого проектування ТП складання ЕКЗ.

Домашнє завдання

Вивчити:

1. Лабораторне завдання і методику виконання роботи.

2. Характер технологічних обмежень на послідовність виконання технологічних операцій (переходів).

3. Порядок урахування обмежень при автоматизованому проектуванні технологічних процесів.

4. Використання логічних моделей прийняття рішень в задачах формування і оптимізації технологічних процесів складання і алгоритм синтезу послідовності технологічних операцій (переходів) з урахуванням обмежень технологічного характеру.

Зміст роботи

1. Синтезувати маршрут технологічного процесу виробництва (складання) конкретного вузла ЕКЗ.

2. Проаналізувати технологічні обмеження першої та другої груп підмножини різнорідних і однорідних технологічних операцій (переходів) для розглядуваного вузла ЕКЗ.

3. Відкоригувати послідовність виконання технологічних операцій (переходів) з урахуванням виявлених можливих технологічних обмежень.

Порядок виконання роботи

1. Проаналізувати конструктивно-технологічні особливості заданого вузла ЕКЗ.

2. Синтезувати технологічний маршрут виробництва вузла ЕКЗ.

3. Встановити послідовність виконання технологічних операцій (перехо- дів) з урахуванням технологічних обмежень на різнорідні технологічні операції (переходи).

4. Визначити можливі технологічні обмеження з урахуванням однорідних технологічних операцій (переходів).

Зміст звіту

1. Схематичне креслення розміщення компонентів і стислий опис конструктивно-технологічних особливостей, що характеризують розгляду- ваний вузол ЕКЗ.

2. Синтезований технологічний маршрут виробництва (складання) вузла ЕКЗ.

3. Алгоритм автоматизованого аналізу технологічних обмежень, які впливають на послідовність технологічних операцій (переходів).

4. Результати аналізу впливу технологічних обмежень на послідовність технологічних операцій (переходів).

5. Відповідь на контрольні запитання.

6. Висновки.

Контрольні запитання

1. Групи обмежень технологічного характеру, які можуть визначати послідовність ТО і ТПр ТП.

2. Урахування обмежень на послідовність ТО і ТПр, що задаються ТТП, при автоматизованому проектуванні ТП.

3. Сутність і основні характеристики ТВ, що перетворюють об'єкт складання.

4. Характеристика і залежність ступеня впливу паразитних ТВ на елементи об'єкта складання.

5. Характеристика логічної моделі прийняття рішень про необхідність встановлення пріоритету ТО (ТПр) залежно від дії ТВ.

6. Шляхи подолання суперечливої ситуації, коли інтенсивність паразитного ТВ може призвести до браку.

7. Класифікація ТВ залежно від міри дії їх на елементи об'єкта складання.

8. Характеристика алгоритму синтезу послідовності ТО (ТПр) з урахуванням обмежень технологічного характеру.

Список літератури

1. Бондарь К.П. и др. Разработка подсистемы автоматизированного проектирования технологических процессов сборки узлов РЭА. В сб. «Машинные методы проектирования ЗВА».-Л.: ЛДНТП, 1981.

2. Рейнгольд Е., Нивельгельт Ю., Део Н. Комбинаторные алгоритме. Теория и практика.- М.: Мир, 1980.

3. Автоматизированное проектирование и производство микросборок и электронных модулей / Под ред. Н.П.Меткина.-М.: Радио и связь, 1986.- 280с.

4. Ткач М.П. Модели принятия решений и алгоритм синтеза последовательности процессов сборки РЭА с учетом технологических ограничений // Вопросы радиоэлектроники (Сер. ТПО), 1982.- Вып. 2.- С. 53.

5. Фролов В.Н., Львович Я.Е., Меткин Н.П. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем для производства РЗС: Учеб.пособие для вузов по спец. "Конструирование и технология радиоэлектронных средств".-М.: Высш. шк., 1991.-463с.

Лабораторна робота 4

СИНТЕЗ ПОСЛІДОВНОСТІ СКЛАДАННЯ

ЕКЗ З УРАХУВАННЯМ

ОБМЕЖЕНЬ ПРОСТОРОВОГО ХАРАКТЕРУ

Мета лабораторної роботи – вивчення питань автоматизованого синтезу послідовності процесів складання електронних комп’ютерних засобів (ЕКЗ) з урахуванням обмежень просторового характеру, обумовлених впливом конструкторських факторів.

Теоретичні відомості

Задача формування структури технологічного процесу (ТП) складання ЕКЗ займає центральне місце в комплексі задач автоматизованого проектування. її розв'язання дозволяє синтезувати ядро ТП – структурну модель, яка є основним результатом перетворення вихідної інформації і основою для розв'язання всіх інших задач проектування і формування комплекту технологічних документів.

Для формування структурної моделі ТП складання ЕКЗ необхідне розв'язання таких основних задач:

– синтез складу ТП складання;

– формування послідовності ТП з урахуванням обмежень конструктор- ського (К), технологічного (Т), економіко-організаційного (ЕО) та психофізіологічного (ПФ) характеру.

Послідовність ТП складання ЕКЗ у значній мірі визначається впливом факторів К-характеру, що відображають специфіку елементів конструкції і об'єкта складання в цілому. Аналіз факторів К-характеру (рис.1) дозволяє зробити висновок про те, що урахування їх впливу на послідовність ТП складання ЕКЗ може бути зведено до урахувань просторових відношень елементів конструкції і засобів технологічного оснащення (ЗТО), тобто до урахування обмежень просторового характеру.

Означення

Елемент конструкції (ЕК) об'єкта складання – неподільний на частини, без впливу руйнуючого зусилля матеріальний елемент чи компонент (деталь, речовина, матеріал), що має відоме функціональне призначення, конкретну область використання і характеризується якісними і кількісними властивостями.

ЗТО включають технологічне устаткування, технологічну оснастку, засоби механізації та автоматизації виробничих процесів.

Просторові відношення ЕК і ЗТО – відношення, що виникають між ними в процесі складання. Ці відношення характеризуються геометрією їх конструкції, положенням у просторі і можливістю їх переміщення у просторі, що необхідно для складання об'єкта.

Рис. 1. Фактори конструкторського характеру, що впливають на послідовність технологічних операцій

Траєкторія переміщення ЕК і рухомого ЗТО (робочого органа (РО) ЗТО) – сукупність точок робочого простору, які проходить характерна точка ЕК і РО ЗТО (центр симетрії, центр тяжіння і т. д.) при переміщенні їх з вихідної в кінцеву позицію.

Траєкторія введення ЕК і РО ЗТО – частина траєкторії переміщення, яка належить області простору, зайнятого конструкцією об'єкта складання.

Вектор введення – прямолінійна траєкторія введення.

Головний вектор введення – в напрямку якого здійснюється введення більшості ЕК.

Дозволені напрямки введення – ті, при русі за якими елемент (РО ЗТО) не зустрічає перешкод зі сторони складальної одиниці (базової деталі) чи інших РО ЗТО.

Область простору, зайнята конструкцією – область простору, зайнятого чи охоплюваного конструкцією об'єкта складання.

Слід ЕК (РО ЗТО) – множина точок простору, що займає конструкція, яку проходять всі точки ЕК (РО ЗТО) при переміщенні його у відповідну (проміжну, кінцеву і при поверненні (для РО ЗТО) у вихідну) позицію в напрямку траєкторії (вектора) введення (для РО ЗТО введення-виведення).

Просторові відношення

На основі аналізу різних конструкцій ЕКЗ, ТП їх складання, просторової організації робочого місця, просторові відношення ЕК і ЗТО класифікують на такі групи:

– просторові відношення ЕК;

– просторові відношення РО ЗТО між собою і з ЕК;

– просторові відношення ЕК і РО ЗТО з нерухомими ЗТО, які знаходяться в області робочого простору.

Вплив просторових відношень останньої групи на послідовність ТП складання ЕКЗ може бути усунений за допомогою раціональної організації робочого місця, тому просторові відношення цієї групи і їх вплив на послідовність ТП складання ЕКЗ можна не розглядувати.

Аналіз реальних конструкцій ЕКЗ дозволив сформулювати множину найбільш поширених просторових відношень, що забезпечують можливість реалізації різних конструктивних ситуацій. Геометричні інтерпретації найбільш розповсюджених просторових відношень ЕК ЕКЗ наведені на рис.2. Наявність між елементами будь-яких просторових відношень (крім відношень планарності і біпланарності) призведе до появи обмежень на послідовність виконання ТО обробки цих елементів.

Необхідність урахування впливу просторових відношень РО ЗТО між собою і з ЕК на послідовність ТО визначається тим, що РО ЗТО в процесі складання в деяких випадках повинні розміщатися в області простору, що належить іншим елементам конструкції (РО ЗТО), чи перетинати її при відповідних переміщеннях. Специфіка цих просторових відношень полягає в тому, що РО ЗТО знаходиться в області простору, зайнятій конструкцією короткочасно протягом часу виконання відповідної операції (операцій), а потім виводяться з цієї області. У силу цього РО ЗТО, використовувані для виконання різних ТО в просторовому аспекті, можуть взаємодіяти з різними ЕК і не впливають один на одного при відповідних переміщеннях, так як їх дії розсіяні в часі. Виняток складають ситуації, зв'язані з одночасним використанням деякої кількості ЗТО для виконання одної ТО. У цьому разі крім розв'язання задачі аналізу відношень елементів виникає необхідність урахування взаємного впливу різних ЗТО при їх відповідних переміщеннях і визначення послідовності цих переміщень.

Аналіз варіантів взаємодій РО ЗТО і ЕК дозволив виявити два типи просторових відношень РО ЗТО і ЕК об'єкта складання: відношення обмежень доступу і відношення обмежень руху. Геометричні інтерпретації цих відношень наведені на рис. 3. Просторові відношення, що виникають між РО ЗТО, аналогічні відношенням між РО ЗТО і ЕК.

Рис. 2. Геометричні інтерпретації просторових співвідношень елементів

конструкцій:

а – планарності; б – біпланарності; в – часткового накриття; г – повного накриття; д – часткового замикання; є – повного накриття; ж – часткового взаємного замикання; з – повного взаємного замикання.

Рис. 3. Геометричні інтерпретації просторових співвідношень

елементів конструкцій і РО ЗТО:

а – відношення обмеження доступу; б – відношення обмеження руху

Моделі прийняття рішень щодо упорядкування ТО з урахуванням

К-факторів

Визначення послідовності технологічних переходів переміщення ЕК і РО ЗТО у проміжні і кінцеві позиції може бути реалізовано за допомогою моделювання їх взаємних переміщень і аналізу їх просторових відношень у відповідних позиціях. Розв'язання задачі упорядкування ТО (ТПр) передбачає необхідність визначення обмежень на послідовність їх виконання, тобто необхідність з'ясування того, які операції повинні бути виконані раніше (чи пізніше) інших.

У більшості випадків ЕК, які знаходяться у відповідних просторових відношеннях, оброблюються послідовно, тобто зі зсувом, який більше трудомісткості першої ТО. У зв'язку з цим правомірним є припущення про те, що дві ТО не можуть одночасно починатися і (чи) закінчуватися або виконуватися зі зсувом у часі, меншим трудомісткості ТО, яка починає виконуватися раніше. Так як будь-яка ТО може, у принципі, мати обмеження на послідовність виконання відносно будь-якої іншої, то необхідно розглядати кожну можливу пару ТО і визначати послідовність (пріоритет) виконання операцій, що входять до неї. Можливу послідовність виконання ТО "q_i і q_j" відображають за допомогою відношення " раніше" (символ ), а обмеження на можливу послідовність їх виконання - за допомогою відношення "не раніше" (символ ). TO q_i знаходиться у відношенні "раніше" з ТО q_j, якщо ТО q_i починає виконуватися після завершення виконання ТО q_j ТО q_i знаходиться у відношенні "не раніше" з ТО q_j, якщо ТО q_i починає виконуватися після завершення виконання ТО q_j.

У більшості випадків ЕК ЕКЗ і РО ЗТО можуть бути подані як абсолютно тверді тіла. Виняток становлять елементи і РО ЗТО, виконані з матеріалів, що припускають часткову зміну їх форми. У зв'язку з цим перетин областей простору, що займають у відповідні моменти часу елементи і РО ЗТО, призведе (для абсолютно твердих тіл) до їх руйнування, що недопустимо. Може бути прийнята така аксіома.

Аксіома

Пересікання областей простору, зайнятих у кожний момент часу об'єктами, що характеризуються як абсолютно тверді тіла, при їх переміщенні у відповідні позиції недопустимо.

З урахуванням прийнятого припущення розглянемо переміщення одного елемента відносно іншого, установленого у відповідну позицію.

Зважаючи на критерій для визначення пріоритету однієї з двох розглядуваних ТО переміщення об'єктів (ЕК чи (і) РО ЗТО) у відповідні (проміжні, кінцеві, а для РО ЗТО і повернені у вихідну) позиції прийнятий критерій

(true),

де G_ip, G_jp – моделі об'єктів, що переміщуються;

– моделі сліду j-об'єкта, що переміщується за траєкторією f_j у позицію р.

Вибраний критерій не залежить від специфіки ЕК і об'єкта в цілому, так як використовувані в них компоненти описують характерні для будь-яких об'єктів параметри (геометричні розміри, форму, положення в просторі). Крім того, критерій дозволяє приймати однозначне рішення (з точки зору розглядуваних факторів) раніше для кожної аналізованої конструктивної ситуації, так як він орієнтований на розгляд просторових відношень кожної пари ЕК і РО ЗТО з урахуванням можливості їх взаємного переміщення.

В основу процесу прийняття рішення про послідовність ТО процесу складання ЕКЗ з урахуванням К-обмежень покладений принцип аналізу пересікання одного об'єкта, встановленого в проміжну чи кінцеву позицію, зі слідом іншого в напрямку траєкторії введення f_j.

Може бути доведена теорема, що обґрунтовує використання цього принципу.

Теорема 1

Визначення бінарних відношень послідовності виконання ТО q_i і q_j припускає можливість одержання одного із таких чотирьох варіантів рішень:

1

2

3

4

Будь-який з вказаних варіантів рішень можливий у конкретній проектній ситуації. Використовувана форма опису забезпечує однозначність прийнятого рішення. Кожний з варіантів, що відрізняється один від одного, може бути вибраний при виконанні відповідних вузлів. Формалізація процесу прийняття рішення про послідовність ТО д;. і д. здійснюється за допомогою логічних моделей прийняття рішень. Структура цих моделей має вигляд

Логічна модель прийняття рішень може бути побудована на базі тривимірних моделей ЕК і РО ЗТО. Використання такої моделі на сучасному етапі викликає значні труднощі, пов'язані з недостатнім розвитком лінгвістичних засобів і математичного забезпечення, необхідних для побудови тривимірних моделей ЕК і РО ЗТО і роботи з ними. Так як будь-який тривимірний об'єкт можна подати за допомогою його проекцій і перетинів, геометрія ЕК і РО ЗТО може бути описана за допомогою двовимірних моделей (проекції елементів, РО ЗТО чи проекцій їх перетинів). Лінгвістичні і математичні засоби для розв'язання задач моделювання на площині тепер розвинуті дуже добре. При розв'язанні задач моделювання і роботі з двовимірними моделями ЕК і РО ЗТО структура логічної моделі прийняття рішень і варіанти рішень не змінюються, а зміні підлягають використовувані в логічній моделі умови 1,2,3,4.

Для розв'язання задач формування послідовності ТПр з використанням двовимірних моделей ЕК і РО ЗТО запропоновані критерії:

1 Критерій, що визначає необхідність визначення пріоритету одного із переходів – q_i і q_j переміщення ЕК і РО ЗТО в проміжні чи кінцеві позиції перетину їх проекційі і на площину b₀ (базову деталь) у напрямку вектора введення . Аналіз з метою визначення пріоритету одного із переходів q_i і q_j повинен здійснюватися в межах координат екстремальних точок області кон'юнкції.

Критерій необхідності

2 Критерієм визначення пріоритету одного із ТПр є менший (у межах координат екстремальних точок області кон'юнкції) максимальний габаритний розмір Z_min=min(Z_imaxs,Z_jmaxs) ЕК і РО ЗТО в аналізованій позиції, колінеарний вектору введення . Тут S – проекція сліду області кон'юнкції на площину b₁ перпендикулярну області b_о.

Критерій пріоритету

На базі цього критерію побудована логічна модель прийняття рішень (1), яка використовує двовимірні моделі ЕК і РО ЗТО.

Використовування цієї моделі вимагає побудови слідів проекцій ЕК і РО ЗТО, що призведе до деякого ускладнення алгоритму, збільшення затрат машинного часу і збільшення об'ємів пам'яті. З урахуванням того, що певні труднощі викликає також реалізація процедури формування слідів проекцій, пріоритет однієї із двох ТО q_i і q_j визначається шляхом порівняння габаритних розмірів елементів (РО ЗТО) по осі, колінеарній вектору введення.

Для визначення габаритних розмірів ЕК і РО ЗТО по осі, колінеарній вектору введення, будуємо в площині b₁ прямокутник Р з параметрами: Z_min=0; Z_max (Z_imaxs, Z_jmaxs); X_min і X_max дорівнюють відповідно значенням X_min і X_max екстремальних точок області кон'юнкції. Індекс S показує те, що габаритні розміри визначені в межах області кон'юнкції. Тепер визначимо області

(1)

кон'юнкції прямокутника Р і проекції ЕК (РО ЗТО).

Якщо ці області не перетинаються між собою, то за їх габаритними розмірами Z_imins, Z_imaxs, Z_jmins, Z_jmaxs можна судити про взаємне розташування елементів. Якщо вищеописані області кон'юнкції перетинаються, то за проекціями ЕК (РО ЗТО) в напрямку вектора V₁ пріоритет виконання ТО q_i і q_j визначити неможливо і необхідно будувати проекції цих ЕК (РО ЗТО) на іншу область в напрямку нового вектора .

Для побудови логічної моделі прийняття рішень визначення послідовності ТО q_i і q_j з урахуванням K-факторів і використовування двовимірних моделей ЕК (РО ЗТО) сформульований ряд тверджень, що обґрунтовують вибір відповідних варіантів рішень.

Твердження 1

Твердження 2

Твердження З

Твердження 1, 2, 3 можна довести на основі теореми 1, на їх основі побудована логічна модель (2), яка має вигляд

(2)

Урахування впливу РО ЗТО на послідовність ТО обробки (установки, закріплення) ЕК об'єкта складання реалізується у вищеподаній логічній моделі (1) шляхом підстановки

де А_кр и R_кр – відповідно моделі К-го ЕК і РО ЗТО, використовуваного при його обробці. При використанні одночасно деякої кількості ЗТО для виконання одної ТО використовування логічної моделі (2) здійснюється шляхом підстановки G_ip=R_ip, G_jp=R_jp, де R_i, R_j – моделі РО ЗТО, використовуваних одночасно при виконанні одної ТО. В цьому випадку q_i i q_j – ТО переміщення i-го і j-го РО ЗТО.

У результаті виконання цих підстановок модель (2) приймає вигляд (3)

(3)

На рис.4 наведена геометрична інтерпретація процедури визначення габаритних розмірів Z_imins, Z_imaxs, Z_jmins, Z_jmaxs відношення яких використовується для прийняття рішень про послідовність ТО q_i i q_j у логічній моделі (2).

Рис. 4. Геометрична інтерпретація роботи алгоритму синтезу

послідовності переходів з використанням двовимірних моделей.

а – проста конструктивна ситуація;

б – конструктивна ситуація у випадках просторових відношень часткового або повного взаємного замикання (складна ситуація).

Алгоритм формування ТП складання

Робота алгоритму зводиться до таких основних етапів:

1. Формування двовимірних моделей ЕК і РО ЗТО.

2. Визначення дозволених напрямків і головних векторів введення.

3. Розбиття множини ЕК на підмножини відповідно до дозволених напрямків цих підмножин, і розподіл цих підмножин на фрагменти за критерієм взаємного віддалення на базовій деталі.

4. Визначення векторів введення ЕК.

5. Визначення пріоритетів виконання ТПр для ЕК кожної підмножини (фрагмента) за допомогою аналізу моделі (2).

6. Формування матриці обмежень на послідовність переходів.

7.Формування послідовності ТПр процесу складання ЕКЗ. Більш докладно 5-й етап роботи алгоритму:

5.1. Визначення наявності перетину проекції ЕК і РО ЗТО за умовою

5.2. Визначення координат Х_mix і Х_mах екстремальних точок в області кон'юнкції:

Якщо вказані проекції не пересікаються, то переходи можуть виконуватися в довільному порядку.

5.3. Формування проекції сліду області кон'юнкціїу площині b₁ перпендикулярній базовій поверхні з параметрами X_min, X_max, h, де h-висота проекції сліду.

5.4. Формування областей кон'юнкції:

та

5.5. Визначення координат Z_imins, Z_imaxs, Z_jmins, Z_jmaxs, екстремальних точок вказаних в п.5.4. областей кон'юнкції.

5.6. Визначення пріоритету виконання переходів q_i i q_j установки ЕК а_і i а_j за допомогою моделі (2).

У разі наявності відношень повного чи часткового взаємного замикання (рис. 4,б) алгоритм видає повідомлення про необхідність формування складної траєкторії введення і роботи з нею.

Алгоритм реалізований за допомогою програми на мовах ФОРТРАН і ФАП-КФ. Експериментальна перевірка алгоритму підтвердила його працездатність і правильність прийнятих рішень.

Домашнє завдання

Вивчити:

1. Лабораторне завдання і методику виконання роботи.

2. Характер конструкторських обмежень на послідовність виконання технологічних операцій (переходів).

3. Порядок урахування обмежень при автоматизованому проектуванні технологічних процесів.

4. Вживання логічних моделей прийняття рішень у задачах формування і оптимізації технологічних процесів складання і алгоритм синтезу послідовності технологічних операцій (переходів) з урахуванням обмежень просторового характеру.

Зміст роботи

1. Синтезувати маршрут технологічного процесу виробництва (складання) конкретного вузла ЕКЗ.

2. Провести аналіз просторових обмежень для розглянутого вузла ЕКЗ.

3. Відкоригувати послідовність виконання ТО (ТПр) з урахуванням виявлених просторових обмежень.

Порядок виконання роботи

1. Проаналізувати конструкторсько-технологічні особливості заданого вузла ЕКЗ.

2. Синтезувати технологічний маршрут виробництва (складання) вузла ЕКЗ.

3. Визначити наявність обмежень просторового характеру. Відновити послідовність виконання ТО (ТПр) з урахуванням наявних обмежень просторового характеру.

Зміст звіту

1. Схематичне креслення розміщення компонентів і короткий опис конструктивно-технологічних особливостей, які характеризують розглядуваний вузол ЕКЗ.

2. Синтезований технологічний маршрут виробництва (складання) вузла ЕКЗ.

3. Алгоритм автоматизованого аналізу просторових обмежень, що впливають на послідовність ТО (ТПр).

4. Результати аналізу впливу просторових обмежень на послідовність ТО (ТПр).

5. Висновки.

Контрольні запитання

1. Просторові відношення елементів конструкцій і робочих органів засобів технологічного оснащення.

2. Фактори конструкторського характеру, що впливають на послідовність технологічних операцій (технологічних переходів) складання.

3. Характеристика відомих просторових відношень між елементами конструкції.

4. Характеристика відомих просторових відношень елементів конструкцій і робочих органів засобів технологічного оснащення.

5. Задачі формування обмежень на послідовність технологічних операцій (технологічних переходів) з урахуванням просторових факторів, принципи розв'язання задач, використовувані критерії необхідності і пріоритету.

6. Розв'язання задачі визначення послідовності технологічних операцій (технологічних переходів) з використанням логічної моделі на основі двовимірних моделей елементів конструкцій і робочих органів засобів технологічного оснащення.

7. Характеристика алгоритму формування послідовності технологічних операцій (технологічних переходів) з використанням двовимірних моделей.

8. Шляхи спрощення і підвищення ефективності процедур розв'язання задач упорядкування просторових факторів.

Список літератури

1. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. для вузов / И.П. Бушминский, О.Ш. Даутов, А.П. Достанко и др.; Под ред. А.П. Достанко, Ш.М. Чабдарова.-М.: Радио и связь, 1989.-624 с.

2. Фролов В.Н., Львович Я.Е., Меткин Н.П. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЗС: Учеб. пособие для вузов по специальности «Конструирование и технология радиоэлектронных средств». - М.: Высш. шк., 1991. - 463 с.

3. Ткач М.П. Синтез последовательности процессов сборки РЭА с учетом ограничений пространственного характера // Вопросы радиоэлектроники, 1982.-№1.-92 с.

4. Разработка моделей и алгоритмов автоматизированного синтеза структуру технологических процессов сборки микросборок // Научно-технический отчет № 81050179 по НИР 718-26.- Одесса: ОПИ, 1983.- 116 с.

5. Автоматизированное проектирование и производство микросборок и электронных модулей; Под ред. Н.П. Меткина.- М.: Радио и связь, 1986.-280с.

6. Конструювання і технологія радіомонтажу на поверхню: Навч. посібник / Л.І. Панов.- Одеса: ОДПУ, 1998.-168 с.