Верификация технологического процесса функционирования линии сборки при помощи 3D модели

К.В. Киприянов,
асп., 142739@niuitmo.ru
НИУ ИТМО, г. Санкт-Петербург

В статье рассматривается общее описание линии сборки и технологического процесса её функционирования. Даётся понятие о способе проектирования технологических процессов функционирования линии сборки и способе их верификации при помощи 3D модели.

The article tells about general description of assembly line and technological process that runs on it. There are algorithms of how this technological process is designed and how it is verified with 3D model

Автоматизированная линия сборки микрообъективов

Линия сборки является прототипом автоматизированного сборочного участка с непрерывным поступлением деталей и снятием готовых изделий. В качестве собираемого изделия выступает микрообъектив, а технологическим процессом, подвергаемым автоматизации, является насыпная сборка микрообъектива [1].

В состав линии сборки входят зона измерений, зона сборки и склад. Перемещение материальных потоков на зонах осуществляется при помощи транспортной линии, а между зонами при помощи склада. Каждая зона содержит станции с различным технологическим оборудованием. На зоне измерений располагается оборудование, позволяющее проводить измерительные операции, а на зоне сборки располагается оборудование, позволяющее выполнять сборочные и контрольные операции. Реализуемый технологический процесс сборки основывается на принципе селективной сборки. Согласно этому принципу, детали перед сборкой должны быть измерены и сгруппированы по полям допусков в группы, и дальнейшая сборка осуществляется между деталями одной группы. Благодаря этому предоставляется возможным получать изделия с более высокой точностью, чем точность входящих в сборку деталей. На данной линии сборки это достигается введением операций по виртуальной сборке, в результате которых, на основе полученных в ходе измерений данных, формируются комплекты деталей для дальнейшей сборки.

Технологический процесс функционирования линии сборки включает в себя работу всего аппаратно-программного комплекса. Данный процесс является недетерминированным по причине наличия в нём операций виртуальной сборки, а также реализации принципов операционного контроля. Например, в ходе виртуальной сборки может возникнуть потребность в дополнительной подготовке комплектов деталей, как следствие будут включены дополнительные операции по перемещению. Также при выполнении контрольных операций возможно обнаружение брака, в результате чего требуется его возврат на склад и как следствие переопределение транспортных потоков на транспортной линии. Таким образом, структура технологического процесса функционирования линии не может быть определена заранее и требует дополнительных корректировок в процессе работы линии.

Выполнение технологического процесса функционирования линии и внесение в него корректировок осуществляется программным комплексом в автоматическом режиме. Управление осуществляется компонентом АСУ, а корректировка осуществляется компонентом САПР.

Проектирование технологических процессов функционирования линии сборки

Проектирование технологического процесса функционирования линии сборки осуществляется при помощи метода синтеза ТП из элементов аналогов [2]. В соответствии с этим методом, задание на проектирование формируется в виде двух информационных моделей, соответствующих исходному и требуемому состояниям линии сборки. Во время проектирования, на основе базы типовых элементов, создаётся технологический процесс, в результате выполнения которого технологическая система перейдет из исходного состояния в требуемое состояние. Полученный в результате технологический процесс передается системе управления и становится текущим технологическим процессом функционирования линии сборки.

База типовых элементов, используемая для проектирования, состоит из элементарных операций, выполняемых оборудованием на линии сборки. Во время проектирования, из этих элементов формируется множество последовательностей, и становится необходимым выбрать из них оптимальную, а также проверить её на отсутствие ошибок. Выбор оптимальной последовательности осуществляется на основе анализа информационной модели, используемой при проектировании. При достаточно большой базе типовых элементов возможно появление комбинаций со связями, не учитываемыми информационной моделью и не предусмотренных разработчиками, поэтому для проверки требуется дополнительное моделирование. В качестве объекта моделирования целесообразно использовать 3D модель линии, как наиболее приближенную к реальному объекту. Данная 3D модель позволяет проверить пространственные связи между объектами технологической системы.

Верификация технологических процессов функционирования линии сборки

Системы 3D моделирования позволяют создать подробную 3D модель линии сборки (см. Рис.1). Полученная в результате 3D модель с определенной степенью точности отражает размерные характеристики технологических объектов расположенных на линии. Так как реализуемый на линии производственный процесс является сборочным и не содержит механических операций по изменению геометрий объектов, представляется возможным провести его виртуальное моделирование.

Рис.1. 3D модель линии сборки

В результате виртуального моделирования технологического процесса в 3D модель добавляются перемещения отдельных элементов модели. Каждое такое перемещение обладает рядом параметров, позволяющим задать начальную точку, конечную точку, траекторию и скорость движения. Во время воспроизведения виртуального технологического процесса, система 3D моделирования информирует о возникающих столкновениях между объектами 3D модели, позволяя предотвратить аварийные ситуации на реальном оборудовании. Наличие столкновений в виртуальном технологическом процессе говорит о том, что технологический процесс содержит ошибки, а отсутствие столкновений говорит о том, что технологический процесс является корректным. Таким образом, осуществляется верификация технологического процесса [3].

Линия сборки предполагает работу в автоматическом режиме, включая проектирование и верификацию технологических процессов. Для обеспечения возможности автоматической верификации 3D модель должна предоставлять средства для своей параметрической настройки. Это включает определение состава и местоположений 3D объектов, а также определение состава и параметров операций в виртуальном технологическом процессе. Благодаря этой параметрической настройке, 3D модель линии можно установить в начальное состояние линии сборки и воспроизвести на ней спроектированный технологический процесс. Объекты, включенные в 3D модель линии, содержат возможные элементарные перемещения, соответствующие типовым элементам, используемым при проектировании. Воспроизведение спроектированного технологического процесса заключается в воспроизведении этих элементарных перемещений.

Автоматическое выполнение перечисленных действий извне системы 3D моделирования, осуществляется средствами встроенных языков программирования. На таком языке разрабатывается программный модуль, позволяющий передавать параметры от системы проектирования в 3D модель, формировать виртуальный технологический процесс и управлять его выполнением, а также передавать результаты моделирования обратно в систему проектирования. Данный модуль запускается вместе с системой 3D моделирования и системой проектирования и служит посредником при обмене информацией между ними.

Рассмотренный подход позволяет провести верификацию спроектированных технологических процессов функционирования линии сборки. С определяемой моделью точностью, предотвращаются аварийные ситуации на реальном оборудовании, возникающие в результате столкновений оборудования друг с другом и как следствие повышается надежность всей линии сборки.

Литература

1. Падун Б.С., Латыев С.М. Интегрированная система автоматизации сборки микрообъективов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение – 2010. Т.53. - №8. - с.34-39

2. Падун Б.С., Киприянов К.В., Шеманаев А.С. Метод синтеза технологических процессов изготовления изделий // Известия высших учебных заведений. Приборостроение – 2015. Т.58. - №4. – с. 289-293

3. Яблочников Е.И., Молочник В.И., Миронов А.А. ИПИ-технологии в приборостроении / Учебное пособие – СПб: СПбГУИТМО, 2008. – 128 с.