Создание ЧПУ станка должно происходить согласно основному принципу: каждый внедренный в эксплуатацию новый станок или его узел (механизм) должны превосходить по своим качествам и технико-экономическим характеристикам ранее используемые образцы.
Процесс создания нового станка, как и любой технической системы, делится на четыре основных этапа (рис. 1): научный, конструкторский, технологический, организационный.
Основу инженерного прогнозирования на научном этапе составляют 3 направления, определяющие: а) значимость новых открытий и изобретений; б) цель и техническую стратегию; в) перспективный уровень развития конструкций станков (а, б - на 20...30 лет; в - на 5...10 лет). При инженерном прогнозировании используют теоретические и экспериментальные средства анализа и синтеза. Прогнозирование - это не предсказание, а научное теоретическое обоснование того, что должно произойти.
Рис. 1. Этапы процесса создания нового станка
Успех в создании новых ЧПУ станков и длительность их жизненного цикла во многом зависят от того, насколько правильно перед проектированием выполнено прогнозирование. Следует помнить, что конструктор, ориентирующийся на аналог, в том числе и зарубежный, соответствующий высшим мировым достижениям, автоматически обрекает свою будущую машину на отставание. Поэтому надо идти не в фарватере передовых фирм, а выбирать новые пути ускоренного развития технических систем, построенных на новых принципах.
В вопросах прогнозирования и создания новых станков, которых еще не было в мировой практике, должен быть использован фреймовый подход. Согласно этому подходу, должна последовательно рассматриваться разветвляющаяся в виде дерева альтернатив цепочка поиска на нескольких уровнях (рис. 2): функциональная модель объекта (функция Ф) ⟶ альтернативные варианты модели принципов действия (ПД) ⟶ физических или технологических, реализующих рассматриваемую функцию Ф, ⟶ альтернативные варианты модели технических решений (TP), реализующих рассматриваемый принцип действия.
Рис. 2. Фреймовая модель прогнозирования при создании нового станка с ЧПУ
Известно более 300 методов составления прогнозов. Из них на практике широко применяются методы, которые носят субъективный характер и осуществляются с привлечением экспертов и могут быть объединены как метод экспертных оценок (математическая обработка опроса группы экспертов при недостаточно систематизированной информации в прошлом).
Методы экспертной оценки альтернатив при создании ЧПУ станка предназначены для получения качественных (парные сравнения, множественные сравнения, ранжирование, гиперупорядочение, векторы предпочтений, классификация и др.) и количественных (непосредственная численная оценка альтернатив, метод Чермена - Акофа, метод Терстоуна, метод фон Неймана - Моргенштерна и др.) оценок.
Существуют два принципиальных пути построения прогноза, которые используются параллельно: I - прогноз, идущий от имеющегося базиса в будущее (изыскательское прогнозирование); ІІ - прогноз, движущийся от целей, которые должны быть достигнуты в будущем, к настоящему (нормативное прогнозирование):
Прогнозирование - часть НИР по подбору исходных данных для разработки технического задания на проектирование, включающее: функциональное назначение; основные технические и экономические параметры, возможные компоновочные схемы; новые материалы и виды заготовок; новые технологические процессы, станки и технологическую оснастку; новые формы и методы организации и управления производством; потребность и предполагаемый план изготовления станков; строительство нового или реконструкцию действующего завода.
Необходимость создания ЧПУ станков нового типа за короткие сроки на уровне лучших мировых образцов предъявляет особые требования ко второму (конструкторскому) этапу, который делится на творческий и технический подэтапы. Процесс творческого проектирования ЧПУ станка и его механизмов носит многовариантный характер, является сложным и представляет последовательное решение многоуровневых, многоцикличных, многокритериальных и многоэкстремальных задач синтеза, анализа и измерения, начиная от выбора технической идеи (технологический принцип, способ формообразования, принцип зажима и т. д.) и заканчивая созданием конструкции с оптимальными параметрами. Оптимальной будет та конструкция, для которой выбрана оптимальная или, по крайней мере, рациональная техническая идея.
Решение задач на верхних уровнях требует применения современных методов поиска новых технических решений, среди которых:
- системные (комбинаторные или гибридные);
- ассоциативные (психологической активизации творчества);
- программные (алгоритмические);
- комбинированные.
Творческий подэтап проектирования при успешном его выполнении завершается составлением технического задания по созданию ЧПУ станка, начиная с которого содержание всех этапов разработки конструкторской документации оговорено в ГОСТ 2.103-68 и осуществляется в последовательности: техническое задание (Т3) - техническое предложение (ТП) - эскизный проект (ЭП) - технический проект (ТП-Т) - рабочая документация (РД). В общем случае исходными материалами для проектирования могут быть:
- техническое задание, выдаваемое заказчиком (наиболее общий случай);
- техническое предложение, выдвигаемое в инициативном порядке проектной организацией или группой конструкторов;
- НИР или созданный на ее основе экспериментальный образец;
- изобретательское предложение или созданный на его основе экспериментальный образец;
- образец зарубежного станка ЧПУ, подлежащий копированию или воспроизведению с переделками.
В настоящее время остро стоит вопрос существенного сокращения (в 3 и более раз) сроков разработки и освоения новых станков при повышении их производительности не менее чем в 1,5 раза.
Решение данного вопроса вызывает значительное увеличение объема творческой работы на всех этапах создания новых ЧПУ станков, так как возросло число и сложность технических систем (ТС).
В последнее время количество классов ТС увеличивается вдвое через каждые 10 лет, сложность их по числу деталей и узлов удваивается через каждые 15 лет, при этом объем научно-технической информации в разработке удваивается через каждые 8 лет, а время создания новой техники уменьшается в два раза через 15...25 лет и менее. Все это приводит к увеличению объема поискового конструирования в 10 раз через каждые 10 лет, что вызывает противоречие между необходимым и фактическим обеспечением работ. Только 4...5 % объема конструкторских работ приходится на эскизное проектирование, но именно на этом этапе определяются в основном выходные характеристики станков, их технический уровень, а также затраты на проектирование.
При выпуске новейших станков ЧПУ на уровне мировых образцов должны учитываться следующие факторы:
- необходима не модернизация, а создание принципиально нового;
- время жизненного цикла станка ЧПУ должно быть ограниченным с начала проектирования до снятия с производства (не более 6...8 лет);
- создаваться должны станки, конкурентоспособные на рынках развитых стран;
- срок освоения новой конструкции ЧПУ станка должен быть предельно коротким (не более 1 года).
В настоящее время достичь этого можно при широком применении современных методов поиска новых технических решений и вычислительных машин на различных этапах создания ЧПУ станков.
