Ευφυής σχεδιασμός κατεργασιών επιπέδου ελάσματος σε πρέσα

Abstract

This PhD work relates and connects the design of sheet metal parts with the manufacturing process planning on a press. The final result is software that can reduce the overall new sheet metal product development time and the production of the corresponding die. The initial implementation field was the white appliance industry. In the stage of design and development of new sheet metal products, delays are observed, due to the combination of two different trends. The first trend is adopted by the designer. He uses functionality and aesthetic criteria, aiming at a designing novelty to attract the potential customers. On the other hand, the second trend, adopted by the die designer, is based solely on manufacturability criteria. His primary aim is to reduce the cost of the die and to design it for easy construction and modification. Thus, a problem of contradicting demands occurs, because there are two different, though complementary, approaches. The above mentioned reconciliation procedure is very time-consuming and it is one of the two common reasons for the raise of the new product development time. The second reason is the final tests. After the agreement over the new product design, the corresponding die is designed, constructed and tested, in order to achieve the desired product prototype. In this PhD research, the two reasons causing the raise of the new sheet metal production time are encountered with the connection of product and die design, following the Design by Features paradigm and the use of expert systems. The main idea is to supply manufacturability advises in the early design stages, in order to draw a bridge between products and die design. Key factor in this direction is the representation and integration of the corresponding technical knowledge. The developed system contains a feature library, for the acceleration of the new product design stage, which communicates with the expert system through a user-friendly interface, developed in Visual Basic. The expert system contains knowledge related with two basic sheet metal forming processes: cutting and drawing. The knowledge acquired was converted by the knowledge engineer in production rules, which were embodied in an expert system, with the aid of CLIPS expert system shell, developed by NASA.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά στη σύνδεση του σχεδιασμού τεμαχίων από έλασμα και του σχεδιασμού των κατεργασιών διαμόρφωσης τους σε πρέσα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι σύστημα λογισμικού, το οποίο είναι σε θέση να μειώσει το χρόνο ανάπτυξης πρωτότυπων τεμαχίων από έλασμα και των μητρών κατασκευής τους, με αρχικό πεδίο εφαρμογής στη βιομηχανία παραγωγής ηλεκτρικών ειδών. Στη διαδικασία του σχεδιασμού και εν γένει της ανάπτυξης πρωτότυπων τεμαχίων από έλασμα παρατηρούνται μεγάλες καθυστερήσεις, λόγω δύο τάσεων που υπεισέρχονται. Σύμφωνα με την πρώτη τάση, αυτή του σχεδιαστή προϊόντων, υιοθετούνται κυρίως λειτουργικά κριτήρια, αλλά και αισθητικά για λόγους σχεδιαστικής πρωτοτυπίας και πωλήσεων. Σύμφωνα με τη δεύτερη τάση, αυτή του υπεύθυνου παραγωγής, ο οποίος είναι συνήθως και ο σχεδιαστής των μητρών για το εκάστοτε προϊόν, υιοθετούνται αποκλειστικά κατασκευαστικά κριτήρια, με έμφαση στην ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής. Προκύπτει, συνεπώς, συχνά ένα πρόβλημα αντικρουόμενων απαιτήσεων, λόγω αντιμετώπισης του κοινού προβλήματος από δύο διαφορετικές σκοπιές. Η παραπάνω διαδικασία συμβιβασμού είναι πολύ χρονοβόρος και αποτελεί τη μία από τις δύο βασικές αιτίες αύξησης του χρόνου παραγωγής του πρωτοτύπου. Η δεύτερη αιτία είναι ο χρόνος των δοκιμών, μέχρι την κατασκευή της τελικής μήτρας, προκειμένου να επιτευχθεί το επιθυμητό πρωτότυπο. Στην παρούσα διατριβή οι δύο αιτίες αύξησης του χρόνου παραγωγής πρωτοτύπου αντιμετωπίζονται με τη στενότερη σύνδεση σχεδιασμού προϊόντος και μήτρας (κατεργασιών), ακολουθώντας φιλοσοφία σχεδιασμού κατεργασιών με βάση μορφολογικά χαρακτηριστικά και έμπειρα συστήματα. Η βασική ιδέα είναι να παρέχονται επικουρικά συμβουλές ‘κατασκευασιμότητας’ στο στάδιο της σχεδίασης του προϊόντος, προκειμένου να γεφυρώνεται το χάσμα μεταξύ σχεδιασμού και κατασκευής. Κομβικό ζήτημα αποτελεί η αναπαράσταση και ενσωμάτωση της σχετικής τεχνικής γνώσης. Το σύστημα που αναπτύχθηκε περιέχει μια βιβλιοθήκη μορφολογικών χαρακτηριστικών για την επιτάχυνση της σχεδίασης νέων προϊόντων, η οποία επικοινωνεί με το έμπειρο σύστημα μέσω κατάλληλης διεπιφάνειας που αναπτύχθηκε σε Visual Basic. Το έμπειρο σύστημα εμπεριέχει γνώση σχετική με δύο βασικές κατεργασίες διαμόρφωσης επιπέδου ελάσματος: την κοπή και την κοίλανση. Η γνώση που συγκεντρώθηκε, μετατράπηκε από το μηχανικό γνώσης, σε κατασκευαστικούς κανόνες, οι οποίοι, στη συνέχεια, ενσωματώθηκαν σε ένα έμπειρο σύστημα, με τη βοήθεια του λογισμικού ανάπτυξης έμπειρων συστημάτων CLIPS, που αναπτύχθηκε από τη NASA.