Optimization of the precision gear grinding operation based on integrated information system

Abstract

In accordance with the principles of hierarchical management, a comprehensive two-level management system is presented for the development and manufacturing of products for the stages of pre-production (the upper level of the management hierarchy) and for the actual production stage (the lower level of the management hierarchy). At the stage of pre-production, the gear grinding operation design on the “MAAG” type machines was carried out. For this purpose, a technique for optimizing the gear grinding parameters for a two dish-wheel rolling scheme has been developed, a mathematical optimization model containing an objective function with restrictions imposed on it has been created. The objective function is the gear grinding machine time, which depends on the operation parameters (gear grinding stock allowance, cutting modes, grinding wheel specification, part material) and the design features of the gears being ground (module, diameter, number of teeth, radius of curvature of the involutes). The article shows that at the stage of pre-production, the gear grinding optimization is a method of operation design. At the stage of actual production, a closedloop automatic control system with feedback on the deviation of the adjustable value (gear grinding power) automatically supports the numerical power values that were found at the operation design stage, taking into account ensuring defect-free high-performance gear grinding (minimum number of working strokes and maximum longitudinal feeds). At this stage, i.e. when a robust longitudinal feed automatic control system is operating, the optimization carried out at the previous stage (pre-production) sets the functioning algorithm for the adaptive system with corresponding control algorithm. Thus, at the production stage (when the gear grinding machine is running), the operation optimization is a control method. Therefore, it is shown that with two-level control, the gear grinding operation optimization performs a dual function. On the one hand, it is a design method (at the pre-production stage), and on the other – a management method (at the actual production stage). With this approach, i.e. with the integration of production and its preparation based on a single two-level management, the efficiency of a single integrated design and production automation system is significantly higher due to general (unified) optimization, rather than partial one.

Відповідно до принципів ієрархічного управління представлена комплексна дворівнева система керування розробкою і постановкою продукції на виробництво для етапів технологічної підготовки виробництва (верхній рівень ієрархії керування) і етапу власне виробництва (нижній рівень ієрархії керування). На етапі підготовки виробництва виконано технологічне проектування операції зубошліфування на верстатах типу МААG. Для цього розроблена методика оптимізації параметрів зубошліфування для схеми обкату двома тарілчастими кругами, створена математична модель оптимізації, що містить цільову функцію з накладеними на неї обмеженнями. Цільовою функцією є машинний час зубошліфування, якій залежить від параметрів операції (припуск на обробку, режими різання, інструмент, матеріал деталі) і конструктивних особливостей оброблюваних зубчастих коліс (модуль, діаметр, число зубів, радіус кривизни евольвенти). Показано, що на етапі підготовки виробництва оптимізація операції є методом технологічного проектування. На етапі власне виробництва замкнута робастна система автоматичного керування зі зворотним зв'язком по відхиленню регульованої величини (потужності зубошліфування) автоматично підтримує чисельні значення потужності, які були знайдені на етапі проектування операції з урахуванням забезпечення бездефектного високопродуктивного зубошліфування (мінімальне число проходів і максимальні поздовжні подачі столу зубошліфувального верстата). На даному етапі, тобто при роботі робастної системи автоматичного керування поздовжньою подачею, оптимізація, яка проведена на попередньому етапі (підготовки виробництва), задає алгоритм функціонування адаптивної системи, який зумовлює відповідний алгоритм керування. Таким чином на етапі виробництва (при роботі верстата) оптимізація операції є методом керування. Тобто показано, що при дворівневому керуванні оптимізація операції зубошліфування виконує двоїсту функцію. З одного боку це метод проектування (на етапі підготовки виробництва), а з іншого – метод керування (на етапі власне виробництва). При такому підході, тобто при інтеграції виробництва і його підготовки на основі єдиного дворівневого керування, ефективність єдиної інтегрованої системи автоматизації проектування і виробництва виявляється значно вище за рахунок загальної (тобто єдиної), а не часткової оптимізації.