UM MODELO DE DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS CAPP ?· UM MODELO DE DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS CAPP PARA…

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    22-Nov-2018

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<ul><li><p>UM MODELO DE DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS CAPPPARA A INDSTRIA METAL-MECNICA</p><p>Ferreira , Joao C. E. - Rezende, Drcio de F. - Pacheco, Fernando S.Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de Engenharia Mecnica</p><p>GRUCON, Caixa Postal 476, 88040-900, Florianpolis, SC, BrasilTel: +(5548) 231-9387, Fax: +(5548) 234-1519, E-mail: jcf@grucon.ufsc.br</p><p>RESUMO</p><p>No presente trabalho proposto um modelo de desenvolvimento de sistemas de planejamento deprocessos assistido por computador (sistemas CAPP), cujas caractersticas so: (a) ele generativo, isto , oplano de processo gerado a partir de regras armazenadas numa base de conhecimento; (b) as regras socadastradas a partir de informaes obtidas de processistas, e de mtodos de fabricao da indstria; (c) a pea modelada num sistema CAD baseado em features, e esta representao lida pelo sistema CAPP; (d) osistema CAPP l as informaes sobre mquinas, ferramentas e dispositivos de fixao diretamente de um bancode dados; (e) as operaes so utilizadas como base para as decises referentes ao planejamento de processos.Ao final do artigo apresentada uma aplicao deste modelo no desenvolvimento de um sistema CAPP aplicadoa uma indstria.</p><p>INTRODUOO planejamento de processos a atividaderesponsvel pelas decises sobre os processos aserem executados na matria-prima visando obter apea acabada segundo as especificaes de projeto.Portanto, ela uma atividade de grande importnciana indstria, e ela feita por profissionaisexperientes, chamados processistas. Entretanto, umagrande parte dos produtos produzidos por empresascorrespondem a tamanhos de lote com menos de 50unidades, e tambm a variedade de peas em taisempresas bem elevada. Para tais indstrias, oplanejamento de processos efetuadofreqentemente, e sem dvida para isso deve haver oauxlio do computador, para acelerar oplanejamento e para reduzir ou eliminar erros nessaatividade. Tendo em vista o problema acima,prope-se no presente trabalho apresentar ummodelo de desenvolvimento de sistema CAPP para asua implementao na indstria. Ao final do artigo apresentada uma aplicao deste modelo nodesenvolvimento de um sistema CAPP indstria.</p><p>MODELO PROPOSTO PARA O CAPPNeste trabalho apresenta-se um modelo para odesenvolvimento de sistemas CAPP. Ao final doartigo faz-se uma aplicao do modelo a um casoespecfico, onde os detalhes do softwaredesenvolvido so apresentados.</p><p>Caractersticas do ModeloVrios so os critrios que podem ser utilizados paracaracterizar um sistema CAPP. A seguir mostra-se</p><p>como cada critrio foi adotado para o presentetrabalho. Abordagem do sistema: um sistema CAPP podeser variante ou generativo. O modelo de sistemaproposto consiste de um sistema CAPP generativo. Sistema esttico ou dinmico: os planos deprocesso podem ser gerados com uma certaantecedncia (estticos) ou em tempo real(dinmicos). O modelo de sistema proposto prev agerao de planos de processo estticos. Domnio de peas: o sistema proposto se aplica apeas rotacionais que sejam executadas em clulasde manufatura com estratgia de usinagem bemdefinida. Funes executadas: o modelo prev a execuodas seguintes tarefas: anlise do desenho da pea;seleo de superfcies de referncia para afabricao; seleo de mtodos de usinagem; divisoda rota de processo em etapas; seleo de mquinas;seleo de ferramentas; seleo de dispositivos defixao. Modelo de informaes: para que o sistema possaidentificar as caractersticas de cada pea, necessrio que se defina uma forma eficiente dearmazenamento de informaes tanto geomtricasquanto tecnolgicas e do seu envio do CAD para oCAPP. Utiliza-se para isso a tecnologia de features,uma vez que ela adequada para esse propsito. Nopresente trabalho define-se features como umconjunto de informaes referentes forma, assimcomo outros atributos de uma pea [Salomons et al.1993]. A cada etapa do ciclo produtivo podem estarassociados diferentes conjuntos de informaes.</p></li><li><p>Sendo assim, faz-se a distino entre features deprojeto e de manufatura (ver figura 1).</p><p>Figura 1. Features de (a) projeto e (b) de fabricao</p><p>Comunicao CAD/CAPPCom o objetivo de efetuar-se a criao do desenhode projeto da pea, utiliza-se um mdulo CADbaseado em features, onde as peas so construdas apartir de uma biblioteca paramtrica de featurespredefinidas. Uma descrio detalhada do mduloCAD pode ser encontrada em Ferreira et al. (1998).</p><p>O plano de processos para a fabricao de umadeterminada pea feito com base no desenho defabricao, o qual obtido a partir do desenho deprojeto. A transformao do desenho de projeto emdesenho de fabricao denominada mapeamentode features. oportuno ressaltar que o mapeamentode features funo da clula de fabricaoescolhida, sendo portanto uma parte mvel dosistema.</p><p>Tcnica de ProgramaoA tarefa de planejamento de processos tem umacaracterstica bastante peculiar: no existe umalgoritmo predefinido para a gerao de planos deprocesso. Assim, faz-se necessria uma metodologiade programao que permita a utilizao deheursticas que representem a forma de pensar doprocessista.</p><p>A tecnologia de sistemas especialistas, na qual umadas formas de representao do conhecimentoconsiste do uso de regras do tipo IF THEN, bastante conveniente para problemas que notenham soluo algortmica, que o caso doplanejamento de processos. Nessa tecnologia, aseqncia de execuo no previamente conhecidae o fluxo de controle dado pelo disparo das regrasque tm suas premissas satisfeitas. Portanto, estatcnica de programao foi adotada neste sistema.</p><p>A Estrutura do Sistema</p><p>A Operao de Usinagem como a Base para oPlanejamento de ProcessosNo presente sistema, a quase totalidade das etapasde planejamento de processos feita com base nasoperaes que so atribudas s features (mais deuma operao pode ser atribuda mesma feature).</p><p>A seguir descreve-se os atributos associados a cadaoperao: Nome: indica o tipo de operao (cilindramento,faceamento, sangramento, etc). utilizado para aseleo de mquinas, ferramentas e dispositivos defixao. ndice: nmero inteiro que indica a seqncia deoperaes. Cada operao criada com um ndicealeatrio. Durante o seqenciamento, as operaestm seus ndices remanejados de forma queoperaes com ndices menores sejam executadas noincio. Ferramentas: contm os nomes das ferramentasque podero ser utilizadas para a execuo daoperao. Com base no conjunto ferramentas decada operao que se escolhe a ferramenta queser realmente utilizada em cada operao. Dispositivos de Fixao: contm os nomes dosdispositivos de fixao que podero ser utilizadospara a execuo da operao. A seleo de umdispositivo especfico feita a partir das regras deseleo de dispositivos de fixao. Tipo da Mquina: utilizado para especificar qualo tipo de mquina mais conveniente para a execuoda operao. uma caracterstica utilizada paraselecionar a mquina especfica. Mquinas: contm os nomes das mquinas quepodero ser utilizadas para a execuo da operao.A seleo de uma mquina especfica feita a partirdas regras de seleo de mquinas. Posio: classifica as operaes quanto posioda ferramenta em relao pea trabalhada. Podeassumir os seguintes valores: externa, interna ou forade centro. Direo de corte: classifica as operaes quanto direo do avano da ferramenta ao cortar a pea.Pode assumir os valores: longitudinal, transversal ouperfil. Lado de corte: indica o posicionamento da arestacortante da ferramenta a ser utilizada em relao pea. Pode assumir os valores: esquerda, direita, oucentral. Feature: contm o nome da feature qual aoperao est associada. Qualidade : indica a qualidade superficial quedever ser atingida pela operao. Pode ser desbaste,semi-acabamento ou acabamento; Dimetro, Comprimento, Largura e Profundidade:so possveis dimenses de uma operao.</p><p>As operaes foram divididas em detalhadas egerais. As detalhadas so aquelas executadas sobreas features que compem a pea (p.ex. cilindrareixo), enquanto as gerais so aquelas executadas matria-prima como um todo (p.ex. endireitar naprensa hidrulica). O enfoque do trabalho dado soperaes detalhadas, que de agora em diante serotratadas simplesmente por operaes.</p><p>21</p><p>3</p><p>1 2</p><p>3</p><p>Matria-prima</p><p>(a) (b)</p></li><li><p>A Estratgia de Usinagem como a Chave para aBase de Conhecimento</p><p>Prope-se que a definio das regras que compema base de conhecimento seja feita a partir daestratgia de usinagem a ser utilizada. Desta forma,o engenheiro de conhecimento, que o profissionalencarregado de construir a base de conhecimento,busca extrair do processista a estratgia utilizada eno o conjunto de regras.</p><p>As regras sero posteriormente definidas de talforma que a estratgia de usinagem seja respeitada,garantindo assim a consistncia da base deconhecimento.</p><p>A Personalizao como Meio de Adaptao Realidade IndustrialO funcionamento do sistema divide-se em duasfases: (a) a definio da pea; e (b) gerao do planode processos. Para definir a pea, utiliza-se abiblioteca de features de projeto existente, e talbiblioteca pode ser suficientemente genricasegundo o desejo do usurio, isto , ela no precisaestar confinada, por exemplo, a uma clula demanufatura especfica. Desta forma, pode-se criaruma nica biblioteca de features de projeto queatenda a todas as famlias de peas com que sepretende trabalhar, e portanto esta consideradauma parte fixa do sistema.</p><p>Quanto gerao do plano de processos para a pea,as decises dependem de condies especficas dosistema de manufatura considerado, como: mquinase ferramentas existentes, estratgia de usinagemutilizada, etc. Desta forma, o sistema CAPP possuiuma parte mvel, que deve ser adaptada a cadasistema de manufatura em que utilizado. As partesconstituintes do sistema CAPP so mostradas nafigura 2.</p><p>FEATURES DEFABRICAO</p><p>INTERFACEGRFICA</p><p>MOTORDE INFERNCIA</p><p>FEATURES DEPROJETO</p><p>BASEDE</p><p> CONHECI-MENTO</p><p>MAPEADORDE FEATURES</p><p>BANCO DEDADOS DEMAQ., FER,DISP. FIX.</p><p>Figura 2. Arquitetura do sistema CAPP mostrandopartes fixas e mveis que o constituem</p><p>Como mostrado na figura 2, o sistema CAPPapresenta as seguintes partes fixas (que noprecisaro ser alteradas de um sistema demanufatura para outro): interface grfica; bibliotecade features de projeto; motor de inferncia. Aspartes mveis apresentam dependncia direta com as</p><p>caractersticas da clula em que o sistema serimplementado. As partes que devero ser ajustadaspara cada sistema de manufatura em que o sistemaseja utilizado so: biblioteca de features defabricao; mapeador de features de projeto emfeatures de fabricao; base de conhecimento, a qualreflete a estratgia de usinagem; bancos de dados demquinas, ferramentas e dispositivos de fixao.</p><p>Admitindo-se que tal modelo seja implementadonuma clula de fabricao que produz peas decaractersticas rotacionais, considera-se que aimplementao do sistema CAPP numa outra cluladestinada fabricao de peas rotacionais sersimplesmente uma questo de adaptao de algunsmdulos, pois a estrutura geral ser mantida. Assim,o tempo envolvido na adaptao do sistema serbem menor que aquele requerido para o seudesenvolvimento completo.</p><p>APLICAO DO MODELO PROPOSTO AUM CASO ESPECFICOCom o objetivo de demonstrar a viabilidade domodelo proposto, apresenta-se a seguir a suaaplicao a um caso especfico. Dados de uma clulade manufatura de uma empresa do setor metal-mecnico, fabricante de colheitadeiras, plantadeirase tratores, foram utilizados como base para odesenvolvimento dessa aplicao. Apresenta-se aseguir as caractersticas da clula de manufaturapara a qual o sistema foi adaptado. Tambm soapresentados detalhes das partes mveis do sistemaque foram adequadas s particularidades da referidaclula.</p><p>A Famlia de PeasO sistema se aplica a peas rotacionais, que podemser obtidas por operaes de torneamento e furao.Uma particularidade apresentada pela famlia depeas desta clula que todas as peas apresentamescalonamento somente em um sentido.</p><p>Algumas classes representando as features deprojeto utilizada para modelar as peas desta clulaso mostradas na figura 3.</p><p>A Clula de ManufaturaUma definio detalhada dos meios de produopresentes em cada clula de fabricao de sumaimportncia.</p><p>Dentre os recursos que devem ser considerados, osmais importantes so: mquinas, ferramentas edispositivos de fixao disponveis. A clula para aqual o sistema foi adaptado apresenta as seguintescaractersticas: mquinas: As mquinas que compes a clulaconsideradas so as seguintes: 1 serra automtica; 1prensa hidrulica; 1 torno universal; 3 tornos CNC</p></li><li><p>com alimentadores de barras; 2 furadeiras debancada; 1 furadeira de coluna.</p><p>FEATUREPonto XPonto ZPosioOperaes</p><p>QUEBRA-CANTO UMA</p><p>FEATUREnguloComprimento</p><p>CHANFRO UM</p><p>QUEBRA-CANTO</p><p>DimetroSentido</p><p>ESCARIADO UM</p><p>QUEBRA-CANTO</p><p>DimetroOrientaoSentido</p><p>EIXO UMA</p><p>FEATUREComprimento</p><p>EIXOCILNDRICO UM EIXO</p><p>Dimetro</p><p>EIXOCNICO UM EIXO</p><p>Dim. Esq.Dim. Dir.</p><p>Figura 3. Algumas das features presentes no sistemae seus atributos</p><p> ferramentas de corte: para a execuo das peasda clula, foram selecionadas ferramentas de metalduro revestido para operaes de torneamento, eferramentas de ao rpido para operaes de furaoe rosqueamento [Sandvik 1993; Stemmer 1995] dispositivos de fixao: estes consistem de pinasde fixao de barras e dispositivos especficos defurao.</p><p>Estratgias de UsinagemA clula para a qual o sistema foi adaptado se presta fabricao de peas de pouca preciso queapresentam escalonamento em um nico sentido. Aestratgia utilizada para a gerao de planos deprocesso para as peas desta clula se baseia nosseguintes pontos: os equipamentos so capazes de garantir a preciso</p><p>requerida para as peas. Assim as tolerncias daspeas no so levadas em considerao para aescolha das mquinas;</p><p> devido utilizao de alimentadores de barras nostornos, as operaes de torneamento so feitasnuma nica fixao;</p><p> todas as operaes de torneamento so feitas dadireita para a esquerda;</p><p> as operaes de furao devem, na medida dopossvel, ser feitas no torno;</p><p> todas as operaes de torneamento so feitas antesde qualquer operao que seja feita numafuradeira;</p><p> todas as operaes de roscar externo so feitas notorno;</p><p> todas as operaes de roscar interno so feitasnuma furadeira, com a utilizao de um cabeotede rosqueamento;</p><p> as peas devem sofrer um passe final deacabamento para garantir que no haja rebarbas;</p><p> todas as barras e tubos devem ser cortados empedaos de 2 metros;</p><p> todas as barras devem ser endireitadas; todas as barras e tubos devem ter suas pontas</p><p>chanfradas com ngulo de 30 a fim de quepossam ser facilmente colocadas no alimentadorde barras.</p><p>As Operaes Executadas na ClulaA seguir apresentam-se os conjuntos de operaesgerais e detalhadas que so executadas na clula:</p><p>(a) Operaes Gerais:Serrar: operao executada numa serra automticaonde o material (barra ou tubo) cortado empedaos menores (2 metros cada).Endireitar: operao executada numa prensahidrulica onde as imperfeies de alinhamento dabarra so minimizadas.Chanfrar: operao executada num torno universalonde o material (barra ou tubo) tem sua pontachanfrada com um ngulo de 30 a fim de que possaser introduzido no alimentador de barras.</p><p>(b) Operaes Detalhadas:Cilindrar, Facear, Sangrar, Cortar, Roscar Externo,Roscar Interno, Perfilar, Furar, Escarear, ChanfrarEsquerda.</p><p>Base de ConhecimentoO sistema CAPP desenvolvido com base na clulade manufatura da empresa tem a sua base deconhecimento dividida em mdulos, os quais soilustrados na figura 4.</p><p>Os mdulos representados em retngulos sochamados de mdulos de deciso, enquantoaqueles que esto em cilindros so chamados demdulos de informao. Os mdulos de decisocontm todas as regras e funes necessrias para atomada de decises quanto ao mdulo especfico(p.ex. seleo de ferramentas), enquanto os mdulosde informao contm as declaraes das classes einstncias das classes.</p><p>A cada etapa de funcionamento do sistema associa-se um conjunto de regras diferente. A seguirapresenta-se uma descrio das tarefas relacionadasa cada etapa, assim como o funcionamento de cadamdulo associado.</p></li><li><p>Seqncia do Planejamentode Processos</p><p>Operaes</p><p>Determinar aSeqncia</p><p>Seleo deDisps. deFixao</p><p>Dispositivos deFixao</p><p>Seleo deFerramentas</p><p>SelectionFerramentas</p><p>Seleo deMquinas Mquinas</p><p>Atribuio deOperaes Pea Materiais</p><p>Mostrar o plano deprocessos para o usurio</p><p>Figura 4. Comunicao dos mdulos do sistemaespecialista</p><p>Atribuio de operaes de usinagem a cadafeature: a operao de usinagem a base para agerao do plano de processos de uma pea. Nessaetapa, atribui-se a cada feature um conjunto deoperaes que possibilitam a sua fabricao. Aseguir apresentam-se algumas regras presentes nestemdulo.</p><p>Atribuio de uma operao de desbaste a umeixo cilndrico com dimetro inferior ao domaterial:Se</p><p>na pea existe uma feature eixo cilndrico eesse eixo cilndrico tem dimetro &lt; dimetro</p><p>da matria-prima da peaEntocriar uma operao com as seguintes</p><p>caractersticas:Nome = "Cilindrar";Qualidade = "Desbaste";Feature = Nome da instncia da classe eixo</p><p>cilndrico;Posicao = "Externo";Direcao = "Longitudinal";LadoCorte = "Esquerdo;count = count + 1; ndice = count.</p><p>associar essa operao feature em questo.</p><p>Seleo da mquina utilizada para cadaoperao: nessa etapa, deve-se definir a mquinaque ser utilizada para a execuo de cada operaoem cada feature. A seleo da mquina definidaem duas etapas, quais sejam: Tipo da mquina;Mquina especfica.</p><p>A seguir apresentam-se uma regra criada para adefinio da mquina a utilizar numa dada operao.</p><p>Definio de que o tipo de mquina a utilizar,para uma operao que tem posio externa, umtorno:Se</p><p>existe uma operao que tem Posio =Externo</p><p>Entoassociar ao atributo TipoMquina dessaoperao o valor Torno</p><p>Seleo da ferramenta utilizada para cadaoperao: o banco de dados de ferramentas foiprojetado de forma a agrupar as ferramentas quepodem ser utilizadas para um dado tipo de operaoem uma nica classe. Assim, por exemplo, asferramentas que se prestam execuo de operaesde cilindramento so agrupadas em uma classe deferramentas de cilindrar.</p><p>Uma vez que tenham sido atribudas operaes sfeatures, a escolha das ferramentas que podem serutilizadas para a execuo de cada operao feitanuma classe especfica para aquele tipo de operao,com base em atributos presentes na operao e naferramenta. Caso nenhuma das ferramentas presentesno banco de dados seja adequada execuo daoperao, o sistema cria automaticamente umaferramenta com as caractersticas desejadas e atribui ferramenta criada a especificao inexistente.Assim, consegue-se identificar ferramentas quedevem ser adquiridas.</p><p>Aps a definio das ferramentas que podem serutilizadas, deve-se selecionar aquelas que seroefetivamente utilizadas. Para isso, foi desenvolvidoum algoritmo procedural, o qual busca reduzir onmero de trocas de ferramentas. Caso duas ou maisferramentas resultem no mesmo nmero de trocas,aplicam-se critrios de desempate, dentre os quaisincluem-se a maior quantidade de material removidopela ferramenta, e tambm aquela que resulta numamaior rigidez na usinagem. Detalhes deste algoritmoso encontrados em [Rezende 1996].</p><p>Seleo do dispositivo de fixao utilizado paracada operao: as operaes para as quais seroescolhidos dispositivos de fixao so aquelas feitasnum torno ou numa furadeira. As operaes feitasnum torno tero sempre como dispositivo de fixaoa pina utilizada para fixar a matria-prima (barra outubo), enquanto que as operaes feitas numafuradeira tero dispositivos especficos para cadapea.</p><p>A seguir apresenta-se uma regra presente nestemdulo.</p></li><li><p>Seleo do dispositivo de fixao a utilizar, parauma operao de escarear que tem tipo demquina furadeira, quando a feature associadatem orientao radial.Se</p><p>existe uma operao com Nome =Escarear; eessa operao tem TipoMaquina=Furadeira; ea feature associad

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