Μηχανουργική Τεχνολογία ΙΙ Χαρακτηριστικά διεργασιών - Παραμετροποίηση-Μοντελοποίηση Associate Prof. John Kechagias Mechanical Engineer, Ph.D.
Παραμετροποίηση - Μοντελοποίηση Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μια σύντομη εισαγωγή: Χαρακτηριστικά διεργασιών Παράμετροι διεργασιών Δείκτες επίδοσης μίας διεργασίας Παραμετροποίηση Μοντελοποίηση
Χαρακτηριστικά διεργασιών Ο χρόνος Το κόστος Η ποιότητα Η ευελιξία ΚΟΣΤΟΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΕΥΕΛΙΞΙΑ ΧΡΟΝΟΣ
Ο χρόνος 4 Στις παραγωγικές διεργασίες ο χρόνος αναφέρεται κυρίως στο ρυθμό παραγωγής του προϊόντος (πόσο γρήγορα μπορεί να παραχθεί). Στις κατεργασίες αφαίρεσης υλικού το χαρακτηριστικό που καθορίζει τον χρόνο είναι ο Ρυθμός αφαίρεσης υλικού (material removal rate-mrr) Αναφέρεται στον όγκο του υλικού που αφαιρείται ανά μονάδα χρόνου. Συνήθως μετράται σε cm /sec.
Το κόστος 5 Σε μια παραγωγική διεργασία, το κόστος αναφέρεται σε: τον εξοπλισμό, τα υλικά, την εργασία, τη συντήρηση, κλπ.
Η ποιότητα 6 Η ποιότητα αναφέρεται στην ικανοποίηση του πελάτη από το προϊόν. Αυτή η ικανοποίηση εκτιμάται από δύο παράγοντες: Από την παραγωγή του. Αναφέρεται στο πόσο καλά η παραγωγική διεργασία ικανοποιεί τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του προϊόντος. Από το σχεδιασμό του. Αναφέρεται στις προδιαγραφές: των γεωμετρικών χαρακτηριστικών, των επιφανειακών χαρακτηριστικών και στις προδιαγραφές των υλικών που χρησιμοποιούνται. Στις κατεργασίες αφαίρεσης υλικού το χαρακτηριστικό που καθορίζει την επιφανειακή ποιότητα είναι οι παράμετροι επιφανειακής ποιότητας Ra, Ry, Rt κα
Η ευελιξία 7 Η ευελιξία συνήθως αναφέρεται στο πόσο γρήγορα ένα σύστημα παραγωγής μπορεί να ανταποκριθεί στις σχεδιαστικές αλλαγές ενός προϊόντος. Ευελιξία εργαλειομηχανής: Οι διαφορετικές υπο-κατεργασίες που μπορεί να εφαρμόσει. Οι βαθμοί ελευθερίας.
Παράμετροι διεργασιών 8 Η απόδοση μιας διεργασίας επηρεάζεται από τους: Παράγοντες σήματος (signal factors). Αυτοί καθορίζονται από το χειριστή της διεργασίας - μηχανής και η μεταβολή τους, συνήθως επηρεάζει τα χαρακτηριστικά ή τους δείκτες επίδοσης της διεργασίας. Παράγοντες διαταραχής ή θορύβου (noise factors). Αυτοί δεν ελέγχονται από τον κατασκευαστή - σχεδιαστή της μηχανής - προϊόντος. Μόνο στατιστικά χαρακτηριστικά των παραγόντων αυτών μπορούν να μετρηθούν. Παράγοντες λειτουργίας (control factors). Αυτοί καθορίζονται από τον κατασκευαστή - σχεδιαστή της μηχανής-προϊόντος ώστε να έχουμε τα επιθυμητά αποτελέσματα σύμφωνα με τις προδιαγραφές και τις επιθυμητές ανοχές. Όταν αλλάζουν οι τιμές τους, δεν αλλάζει το κόστος παραγωγής. Ωστόσο, μερικές φορές αλλάζοντας τους παράγοντες λειτουργίας, αλλάζει και το κόστος παραγωγής. Τότε τους ονομάζουμε παράγοντες ανοχής (tolerance factors).
9 Παράδειγμα: Να βρείτε τις παραμέτρους διεργασίας της τόρνευσης.
Δείκτες επίδοσης μίας διεργασίας 0 Δείκτες επίδοσης μιας διεργασίας ονομάζονται τα μετρήσιμα μεγέθη τα οποία επηρεάζονται από τις παραμέτρους της. Οι δείκτες επίδοσης συνήθως αναφέρονται στο χρόνο, στο κόστος, στην ποιότητα και στην ευελιξία μιας διεργασίας. Οι δείκτες επίδοσης διαφέρουν από διεργασία σε διεργασία και είναι ευθύνη του ερευνητή μηχανικού να τους καθορίσει για να βελτιώσει την εκάστοτε διεργασία.
Παράδειγμα: Να βρείτε τους δείκτες επίδοσης της διεργασίας της τόρνευσης. Απάντηση: Οι δείκτες επίδοσης στη διεργασία της τόρνευσης είναι: η επιφανειακή ποιότητα του τεμαχίου (μέτρηση της τραχύτητας) η φθορά του εργαλείου (μέτρηση της φθοράς του εργαλείου) ο ρυθμός αφαίρεσης υλικού (χρόνος αποπεράτωσης) η μορφή του αποβλήτου το μήκος διεπαφής αποβλήτου κοπτικού οι αναπτυσσόμενες θερμοκρασίες στο κοπτικό οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις στο κοπτικό
Παραμετροποίηση-parameter design ονομάζουμε τη διαδικασία εύρεσης των παραμέτρων μιας διεργασίας και κατάταξης τους σε μία από τις παραπάνω κατηγορίες. Επίσης, κατά την παραμετροποίηση ορίζονται τα πεδία των τιμών των παραμέτρων και οι διακριτές τιμές (levels) των παραμέτρων εντός των πεδίων. Τέλος, κατά την παραμετροποίηση σχεδιάζονται ειδικά πειράματα κατάταξης της σπουδαιότητας της κάθε παραμέτρου και συντάσσονται ειδικοί πίνακες τους οποίους ονομάζουμε: πίνακες ανάλυσης των μέσων τιμών (Analysis of means - ANOM) και πίνακες ανάλυσης των διακυμάνσεων (Analysis of variances - ANOVA) [
Μοντελοποίηση ονομάζουμε την διαδικασία συσχετισμού των παραμέτρων μιας διεργασίας με τους δείκτες επίδοσής της. Η μοντελοποίηση μπορεί να είναι: Αναλυτική (Analytical modeling). Χρησιμοποιεί αναλυτικές εκφράσεις οι οποίες εξάγονται από τις βασικές εξισώσεις που ισχύουν στη μηχανική της κάθε διεργασίας. Εμπειρική (Empirical modeling). Τα μοντέλα που εξάγονται ονομάζονται εμπειρικά αν βασίζονται εξολοκλήρου σε πειράματα (full factorial design) ή ημι-εμπειρικά αν βασίζονται στο συνδυασμό πειραμάτων και θεωρίας στατιστικής (robust design). Τα πειραματικά δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή μαθηματικών μοντέλων όπως: προσθετικών (additives), παλινδρόμησης (regression), ή νευρωνικών (neural). Μηχανιστική (Mechanistic modeling). Τα μοντέλα αυτά εξάγονται από το συνδυασμό θεωρίας και πειραμάτων. Συνήθως εκφράζονται υπό τη μορφή διαφορικών εξισώσεων και είναι μη γραμμικά.
Αναλυτικό μοντέλο 4 Τραχύτητα-Τόρνευση F: πρόωση r: η ακτίνα της μύτης του κοπτικού f R a r
Πειραματικό μοντέλο 5 Τραχύτητα-Τόρνευση Υλικό: FRP f: πρόωση V: ταχύτητα κοπής Ra 0.7 0.008069V 4.f 0.004577Vf.4
Νευρωνικό δίκτυο-ffbp 6 r F p p, w,, w, a Σ Σ f b w, p f f b a a, w,, w, a Σ Σ f b b w, a b f f a a, w,, w, a f Σ f b w, a Σ f b a a R a R q V p b b Σ f a R p a p4, w,4 Σ f a, w 4,, w,4 b b Σ f a 4 b 4 Hidden layers Output
Ra 7
Βιβλιογραφία:. Κεχαγιάς Ιωάννης (009), Εργαλειομηχανές Ψηφιακής Καθοδήγησης: Θεωρία & Εργαστήριο, Εκδόσεις ΙΩΝ, ISSN: 978-960-4-67-7.. Cryssolouris G: Manufacturing Systems Theory & Practice. Spinger Verlag, ISBN 0-87-97754-6.. Kalpakjian S: Manufacturing Engineering and Technology. Addison-Wesley, ISBN: 0-0-8455-0. 4. Kechagias, J., Iakovakis, V., Petropoulos G., Maropoulos, S., Karagiannis, S. (00), Prediction of surface roughness in turning using orthogonal matrix experiment and neural networks, In Proceedings of the nd International Conference on Agents and Artificial Intelligence-ICAART 00, -4 Jan 00, Valencia, Spain, pp 45-50. 5. Kechagias, J., Petropoulos, G., Iakovakis, V., Maropoulos, S. (009), An investigation of surface texture parameters during turning of a reinforced polymer composite using design of experiments and analysis, Int. J. Experimental Design and Process Optimisation, Vol. (/), pp.64-77. Ερωτήσεις ;