Основные виды целевых функций при моделировании технологических процессов
Важным моментом при оптимизации технологических процессов обработки является выбор целевой функции.
Принципиально возможны следующие критерии выбора режимов обработки при построении оптимальной операции:
1. наименьшая технологическая себестоимость,
2. максимальная производительность,
3. максимальная стойкость инструмента,
4. показатель наименьших приведенных затрат.
4 - показатель наименьших приведенных затрат является обобщенным и учитывает технологическую себестоимость операции, капитальные вложения по оборудованию и оснастке и нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений. Его целесообразно применять для выбора наилучшего варианта операции при возможной обработке деталей на разных моделях станков.
3 - Максимальная стойкость инструмента в качестве целевой функции может применяться при обработке больших поверхностей крупных и тяжелых деталей, заготовок из труднообрабатываемых сплавов, когда время выполнения одного перехода или нескольких переходов на выбранных режимах должно быть меньше периода стойкости инструмента, соответствующего этим режимам.
1, 2 - В условиях серийного производства особого внимания заслуживают две целевые функции: минимум технологической себестоимости и максимум производительности при выполнении операции. Эти целевые функции относятся к отдельной операции. Их решение определяет предельные возможности спроектированной операции (по себестоимости и производительности), если отсутствуют ограничения организационного характера.
Для условий поточно-массового производства, когда возникает необходимость синхронизации времени обработки с тактом поточной или автоматической линии, в качестве целевой функции используют минимум технологической себестоимостипри заданной производительности. Здесь заданная производительность выступает в роли ограничения.
Технологическую себестоимость выполнения i-й операции в серийном производстве определяют по следующей формуле:
где Сз, Сн - минутная ставка станочника и наладчика; расходы на амортизацию (Са), текущий ремонт оборудования (Ср), электроэнергию холостого (Сэл.х ) и рабочего (Сэл.р ) ходов, режущий (Си), вспомогательный инструмент и приспособления (Сп), в руб. (коп.), отнесенные к 1 мин штучно-калькуляционного времени tшт.к; tо,i, tв,i, tт,i суммарные значения основного вспомогательного времени и времени технического обслуживания при выполнении операции соответственно, в мин; Тп.з - подготовительно-заключительное время, в мин; N - размер партии обрабатываемых деталей.
Фактическая штучная производительность (в шт/мин)
где k - технологическая производительность ( k = 1/tp);
åCi - потери времени, связанные с эксплуатацией инструмента;
tp – время резания.
Время, затрачиваемое на холостые ходы и на смену инструмента, не зависит от режимов резания. В то же время при интенсификации режима обработки стойкость инструмента Т снижается в X раз:
где 0 — признак базового варианта (до интенсификации скорости резания); mv -показатель степени при значении скорости резания; Ст—коэффициент.
В результате интенсификации скорости резания потери, связанные с инструментом, увеличиваются с учетом времени на замену изношенного инструмента.
Сравнение двух критериев позволяет сделать выводы:
· - целевую функцию Соп выгоднее применять при обработке на универсальном и недорогом оборудовании. В этом случае интенсификация режимов резания не приводит к существенному повышению производительности обработки.
· - целевая функция — максимальная производительность в полной мере соответствует целям производства, т. е. производительной обработке, но в условиях использования неавтоматизированного универсального оборудования дает повышенную стоимость обработки.
· - при работе на автоматизированном оборудовании высокой стоимости отклонение от режимов резания, обеспечивающих максимальную производительность, приводит к недоиспользованию оборудования по мощности. Поэтому высокая производительность автоматизированного дорогого станка предопределяет использование целевой функции — максимальная производительность.