Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Оптимизационные расчеты на ЭВМ

Содержание

Введение

1 Математическая модель

1.1 Структурный анализ технологического процесса и построение

модели

1.2 Нормирование модели по критериям оптимизации

2 Анализ технико-экономических резервов производства и выявление приоритетности критериев оптимизации

3 Оптимизационные расчеты на ЭВМ

3.1 Пороговая оптимизация

3.2 Использование обобщенного критерия

Выводы

Список литературы

Приложение А. Таблица исходных данных статистического анализа

Приложение Б. Распечатка файла исходных данных для расчетов на

ПЭВМ при пороговой оптимизации

Приложение В. Распечатка файла результатов расчета на ПЭВМ при

пороговой оптимизации

Приложение Г. Распечатка файлов результатов расчета критериев на

максимум для построения обобщённого критерия

оптимизации

Приложение Д. Распечатка файла исходных данных для

оптимизационных расчетов по обобщенному

критерию

Введение

Целью курсовой работы по дисциплине «Математическое моделирование» является приобретение практических навыков в решении следующих задач:

системный анализ структуры технологических процессов действующего производства и выявление резервов повышения его эффективности;
определение критериев повышения эффективности действующего производства и поиск функциональных параметров предпочтительности при оптимизации по этим критериям;
математическое моделирование технологических процессов для реализации многокритериальной структурной оптимизации на уровне их маршрутного описания.

Структурная оптимизация предусматривает решение трёх основных задач:

построение математической модели,
выявление приоритетности критериев оптимизации на основе анализа действующей технологии,
поиск оптимальной структуры.

1 Математическая модель

1.1 Структурный анализ технологического процесса и построение

модели

Рассматривая структуру технологического процесса, приходим к представлению отдельных его частей в виде множества технологических операций. Целостность системы в данном случае определяется упорядоченным расположением операций как во времени (определен порядок их следования друг за другом), так и в пространстве (определены рабочие места, на которых выполняются операции). Такое преставление структуры технологического процесса относится к уровню маршрутного описания.

При выполнении структурной оптимизации технологического процесса на уровне их маршрутного описания в качестве математической модели используется сетевой граф . Вершинами такого графа являются элементы множества возможных вариантов технологических операций, отличающихся концентрацией, используемыми технологическими методами (в том числе при получении исходной заготовки) и оборудованием. Дуги графа – это логические связи возможности последовательного выполнения пар технологических операций, соответствующих инцидентным вершинам.

Базовый технологический процесс обработки детали состоит из одиннадцати операций и представлен на чертеже 2011 000 000 000 МО:

токарные операции (5, 10), выполняемые на станке 16К20;
сверлильная операция (15), выполняемая на станке 2М150;
фрезерная операция (20), выполняемая на станке 6Р13Б;
фрезерная операция (25), выполняемая на станке 6Р83.

Математическая модель представлена на чертеже 2011 000 000 000 ММ.

Построение модели осуществлено путем анализа возможных многовариантных технологических структурных решений, а именно:

а) различной концентрацией операций:

– концентрация операций 15, 20 приводит к включению вместо них операции, которая соответствует вершине 12 на сетевом графе;

– концентрация операций 15, 20, 25 приводит к включению вместо них операции, которая соответствует вершине 13 на сетевом графе;

– концентрация операций 20, 25 приводит к включению вместо них операции, которая соответствует вершине 13 на сетевом графе. Данные операции объединяют сверлильные и фрезерные операции и выполняются на станке 6902ПМФ2;

б) различного технологического оборудования выполнения операции:

– токарные операции, соответствующие вершинам 2, 4, выполняются на альтернативном станке 16К20Ф3;

– сверлильная операция, соответствующая вершине 6, выполняются на альтернативном станке 2Р135Ф2-1;

– фрезерные операции, соответствующие вершинам 10, выполняется на альтернативном станке 6Р13Ф3;

– фрезерная операция, соответствующая вершине 16, выполняется на альтернативном станке 6Р13.

Вершина входа сети отображает операцию получения исходной заготовки, а вершина выхода – операцию окончательного контроля уже готовой детали.

Так как значения критериальных параметров вершин входа и выходы сети не влияют на результат оптимизации, то при нормировании модели их можно взять нулевыми.

Для того чтобы определяемые моделью варианты технологических процессов имели одинаковую длину, сетевой граф строится с отношением строгого порядка, разбитым на слои так, что:

любая дуга соединяет вершины только соседних слоев;
в первом и последнем слоях имеется по одному элементу;
вершины одного слоя не соединены между собой дугами.

Такая конфигурация модели получается несложно путем введения фиктивных вершин.

Нормирование модели по критериям оптимизации

Нормирование модели подразумевает постановку в соответствие каждой вершине графа вещественных чисел ( – номер критерия), представляющих из себя значение выходных функциональных параметров, соответствующих используемым критериям оптимизации (см. таблицу 1.1).

Таблица 1.1 – Соответствие критериев оптимизации функциональным параметрам технологического процесса

Критерий оптимизации	Функциональный (критериальный) параметр
Максимальная технологическая производительность	Штучно-калькуляционное время на выполнение технологической операции (), мин
Минимальные приведенные затраты на реализацию технологического процесса	Приведенные затраты на выполнение технологической операции (), руб.
Минимальная производственная площадь	Площадь, занимаемая станками на данной операции (), м²
Минимальное количество технологического оборудования	Количество станков на данной операции

Для рассмотрения критерия максимальной производительности необходимо определить соответствующий критериальный параметр – штучно-калькуляционное время . Для его расчёта необходимо предварительно рассчитать режимы резания для каждой вершины графа.

Расчёт режимов резания произведён по [4] следующим образом:

а) определена максимальная глубина резания с учётом максимальной величины припуска;

б) по таблицам [4] определены табличные значения подачи и поправочные коэффициенты, учитывающие изменённые условия работы (формулы см. ниже);

в) найденное значение подачи (мм/об) скорректировано по паспортному значению станка (для оборудования со ступенчатым изменением подачи);

г) по таблицам [4] с учётом подачи и глубины резания
определено табличное значение скорости и поправочные коэффициенты (формулы см. ниже);

д) по результатам расчета скорости резания (м/мин)
вычислена частота вращения шпинделя:

, об/мин,

где – диаметр обрабатываемой поверхности или диаметр осевого инструмента;

e) найденная частота вращения скорректирована по паспортному значению станка (для оборудования со ступенчатым изменением частоты вращения шпинделя);

ж) с учётом скорректированной частоты вращения найдена фактическая скорость резания:

, м/мин;

з) определена минутная подача:

, мм/мин

В соответствии с [4] расчёт режимов резания произведен по следующим формулам.

Токарная обработка. Подача определена как

где – табличное значение подачи ( мм/об);

– поправочный коэффициент, учитывающий сечение державки резца ();

– поправочный коэффициент, учитывающий прочность режущей части ();

– поправочный коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий схема установки заготовки ();

– поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки ();

– поправочный коэффициент, учитывающий геометрические параметры резца ();

– поправочный коэффициент, жесткость станка ().

Скорость резания определена по формуле

где – табличное значение скорости ( м/мин);

– поправочный коэффициент, учитывающий группу обрабатываемости материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий вид обработки:

(при растачивании),

(при продольном точении),

(при подрезании торца);

– поправочный коэффициент, учитывающий жёсткость станка ();

– поправочный коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий геометрические параметры резца

(при );

– поправочный коэффициент, учитывающий период стойкости инструмента ( при мин);

– поправочный коэффициент, учитывающий наличие охлаждения ( при наличии СОЖ).

Сверление. Согласно [4]:

;

где – поправочный коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий наличие охлаждения ( при наличии СОЖ);

– поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки:

(так как поверхность без корки);

– поправочный коэффициент, учитывающий свойства инструментального материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий форму заточки инструмента:

(при типе заточки H);

– поправочный коэффициент, учитывающий длину рабочей части сверла

(так как сверло по ГОСТ 10902-77);

– поправочный коэффициент, учитывающий наличие и состав покрытия:

(без покрытия);

– поправочный коэффициент, учитывающий период стойкости инструмента ( при мин).

Табличные значения режимов:

мм/об, м/мин для мм;

мм/об, м/мин для мм.

Фрезерование концевой фрезой. Согласно [4]:

, мм/зуб,

где – подача на зуб (рассчитываемое значение);

мм/зуб – табличное значение подачи;

– поправочный коэффициент, учитывающий твердость обрабатываемого материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий материал режущей части фрезы ();

– поправочный коэффициент, учитывающий отношение фактического числа зубьев к нормативному:

(так как фреза стандартная);

– поправочный коэффициент, учитывающий отношение вылета фрезы к диаметру ().

Значение подачи на один оборот фрезы

где – число зубьев фрезы.

где – поправочный коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий материал режущей части фрезы ();

– поправочный коэффициент, учитывающий период стойкости инструмента ( при мин);

– поправочный коэффициент, учитывающий отношение фактической ширины фрезы к нормативной ();

– поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки ()

– поправочный коэффициент, учитывающий наличие охлаждения ( при наличии СОЖ);

м/мин.

Фрезерование дисковой фрезой. Согласно [4]:

, мм/зуб,

где – подача на зуб (рассчитываемое значение);

мм/зуб – табличное значение подачи;

– поправочный коэффициент, учитывающий твердость обрабатываемого материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий отношение вылета оправки к диаметру оправки ();

– поправочный коэффициент, учитывающий отношение фактического числа зубьев к нормативному:

(так как фреза стандартная);

– поправочный коэффициент, учитывающий форму обрабатываемой поверхности ().

Значение подачи на один оборот фрезы

где – число зубьев фрезы.

где – поправочный коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала ();

– поправочный коэффициент, учитывающий материал режущей части фрезы ();

– поправочный коэффициент, учитывающий период стойкости инструмента ( при мин);

– поправочный коэффициент, учитывающий отношение фактической ширины фрезы к нормативной ();

– поправочный коэффициент, учитывающий отношение вылета оправки к диаметру оправки ();

– поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки ()

– поправочный коэффициент, учитывающий наличие охлаждения ( при наличии СОЖ);

м/мин.

Результаты расчёта режимов приведены в таблице 1.2

На основе полученных режимов резания выполнено временное нормирование операций.

Расчёт норм времени для универсальных станков с ручным управлением выполнен по методике [5].

Значение штучно-калькуляционного времени рассчитано по формуле

где – подготовительно-заключительное время, мин;

– число деталей в партии, шт.;

– штучное время, рассчитываемое в свою очередь как

где – основное (машинное) время, мин;

– вспомогательное время на операцию, мин;

– время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места и личные надобности рабочего, берущееся в процентах от оперативного () времени.

Основное время рассчитано как

где – ход инструмента, мм;

– минутная подача, мм/мин;

– число проходов.

Вспомогательное время рассчитано по формуле

где – вспомогательное время на установку и снятие детали;

– вспомогательное время, связанное с переходом (подвод и отвод инструмента, смена инструмента, изменение режимов обработки и др.);

– вспомогательное время на контрольные измерения, по каждому переходу

Подготовительно-заключительное время:

где – подготовительно-заключительное время на наладку станка, инструмента и приспособлений;

– подготовительно-заключительное время на дополнительные приёмы;

– подготовительно-заключительное время на получение инструмента, приспособления и заготовок до начала работы и сдачу после окончания обработки.

Размер партии определяется по фактическим данным или расчетом ( при оценке экономической эффективности):

где – годовой выпуск деталей, шт.;

– число запусков в год.

Для серийного производства (600 – 1200) можно принять .

шт.

Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени следующие (взяты из [5]).

Токарная обработка

мин в патроне с креплением ключом с выверкой на биение мелом;

мин при продольном точении, растачивании;

мин при поперечном точении с предварительным промером,

мин на изменение оборотов шпинделя;

мин на изменение величины и направления подачи,

мин установить и снять инструмент;

мин при контроле штангенциркулем;

мин при контроле калибр-пробкой;

мин при контроле фаскомером;

мин при измерении штангенглубиномером.

для токарных станков с наибольшим диаметром изделия, устанавливаемого над станиной до 400 мм;

мин;

мин на растачивание сырых кулачков;

мин на поворот верхней части суппорта с возвратом в первоначальное положение;

мин.

Сверление.

мин;

мин при сверлении по разметке;

мин на включение оборотов шпинделя;

мин на установку инструмента в конусе шпинделя;

мин поставить и снять кондукторную втулку;

мин при контроле штангенциркулем;

мин при контроле калибр-пробкой;

мин при измерении штангенглубиномером.

;

мин;

мин.

Фрезерование.

мин;

мин при фрезеровании плоскостей, фасонных поверхностей со взятием одной пробной стружки;

мин на изменение число оборотов шпинделя;

мин на изменение величины или направления подачи;

мин при контроле штангенциркулем;

;

мин;

мин.

Расчёт норм времени для станков с числовым программным управлением выполнен согласно методики и нормативов [6].

;

где , , – время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности;

где – вспомогательное время, связанное с операцией;

где – подготовительно-заключительное время на организационную подготовку;

– подготовительно-заключительное время на наладку станка, приспособлений, инструмента, программных устройств;

– время на пробную обработку детали.

Нормативные значения вспомогательного и подготовительно- заключительного времени следующие.

Токарная обработка.

мин при установке в патроне с механизированным приводом и выверкой биения индикатором;

как на универсальных станках (см. выше);

мин;

;

мин на получение наряда, чертежа, программоносителя, режущего, мерительного инструмента и сдачу их после окончания обработки партии деталей;

мин на ознакомление с работой и чертежом;

мин на инструктаж мастера;

мин на расточку сырых кулачков;

мин на установку и снятие одного режущего инструмента;

мин набрать программу с пульта, время на один размер;

мин на установку и снятие специальных кулачков;

мин на установку исходных координат z и х;

мин на настройку устройства для подачи СОЖ;

мин.

Сверление.

мин при установке в спецприспособлении;

мин;

;

мин на получение наряда, чертежа, инструмента, приспособлений, заготовок;

мин на ознакомление с работой, чертежом, осмотр заготовок;

мин на инструктаж мастера;

мин на установку спецприспособления с выверкой;

мин переместить стол в зону, удобную для наладки;

мин на установку исходных режимов;

мин на установку одного инструмента в инструментальный магазин;

мин на установку исходных координат;

мин на настройку устройства для подачи СОЖ;

мин.

Фрезерование.

мин при установке в спецприспособлении;

мин;

;

мин на получение наряда, чертежа, инструмента, приспособлений, заготовок;

мин на ознакомление с работой, чертежом, осмотр заготовок;

мин на инструктаж мастера;

мин на установку спецприспособления с выверкой;

мин переместить стол в зону, удобную для наладки;

мин на установку исходных режимов;

мин на установку одного инструмента в инструментальный магазин;

мин на установку исходных координат;

мин на настройку устройства для подачи СОЖ;

мин.

Обработка на многоцелевых станках (сверлильно-фрезерно-расточных).

мин при установке в спецприспособлении;

мин;

;

мин на получение наряда, чертежа, инструмента, приспособлений, заготовок;

мин на ознакомление с работой, чертежом, осмотр заготовок;

мин на инструктаж мастера;

мин на установку спецприспособления с выверкой;

мин переместить стол в зону, удобную для наладки;

мин на установку исходных режимов;

мин на установку одного инструмента в инструментальный магазин;

мин на установку исходных координат;

мин на настройку устройства для подачи СОЖ;

мин.

По результатам выполненных расчетов штучно-калькуляционного времени, являющегося одним из критериальных параметров (см. таблицу 1.1, осуществлен поиск значений остальных критериальных параметров).

Приведённые затраты на выполнение технологической операции, соответствующей вершине графа , вычислены по формуле:

где – нормативное (см. [6]) значение часовых приведённых затрат, связанных с работой оборудования на соответствующей операции.

Количество станков на операции, соответствующей вершине , можно рассчитать по формуле

Оптимизационные расчеты на ЭВМ 📙 Курсовая → 🆔 150264