Sistema experto de selección de procesos no convencionales para corte de chapa metálica

Abstract

Els processos de tall han estat sota un constant canvi degut a la creixent necessitat de la ind ustria de desenvolupar productes nals amb caracterstiques optimes que agil litzin la seva introducci o al mercat. Existeixen cents de processos diferents per aplicacions molt variades dels quals el tall de xapa met al lica en forma part. Dins dels processos de tall de xapa, es troben els processos de tall per l aser, tall per xorro d'aigua, tall per plasma i oxitall entre d'altres, tamb e coneguts com a processos de tall no convencionals. Aquests processos constantment han ampliat el seu camp d'aplicaci o essent cada vegada m es utilitzats en materials amb major gruix, a velocitats de tall majors i millorant cada vegada m es la qualitat del tall, colocant-los com una per al excel lent opci o tall de xapa met al lica. Part dels par ametres d'operaci o relatius a aquests processos (p.e. les velocitats de tall, toler ancies requerides, gruixos al tallar i materials possibles de tallar), coincideixen entre un proc es i altre en certs rangs de valors. Aix o podria interpretar-se de manera err onia si es creies que qualsevol proc es dels anomenats abans poden esser utilitzat sota les mateixes circumst ancies. Usualment, la elecci o per d'un proc es per a un disseny es realitza per mitj a d'una senzilla presa de decisi o i basada en la pr opia experi encia o el coneixement que es tingui. No obstant aix o escollir correctament un proc es de tall es un factor clau per a la optimitzaci o de tot el proc es productiu, ja que permet agilitzar el temps de fabricaci o i d'entrega d'un producte, disminuir elevats costos de fabricaci o, desperdici de materials i evitar operacions secund aries per manca de qualitat. Degut a la complexitat dels diversos procediments per a la selecci o de processos, be sigui matem aticament o per el coneixement previ que es tingui de cada proc es, existeix encara la necessitat d'una eina de f acil utilitzaci o que pugui emular el comportament que tindria un expert al seleccionar un proc es de tall no convencional, una eina que permeti identi car els atributs i obtindre la m es apropiada combinaci o d'atributs en conjunci o amb els requeriments reals de l'aplicaci o de maquinat. Per a facilitar la presa de decisions en els processos de tall de xapa no convencionals, s'ha desenvolupat un sistema intel ligent que utilitza un model de selecci o basat en t ecniques de l ogica difusa, generat a partir de regles i una base de coneixement obtinguda del coneixement de diversos experts. A partir d'una senzilla captura de par ametres d'una pe ca, el sistema ofereix les opcions de tall m es apropiades en base als requeriments d'una pe ca, permeten a un usuari no expert la selecci o del proc es m es adequat amb emfasis en una prioritat prede nida: acabat, cost o temps, d'una manera quantitativament encertada. Els resultats obtinguts dels diversos experiments realitzats indiquen que el sistema desenvolupat per a la selecci o i comparaci o de processos de tall de xapa met al lica, compleix amb els requeriments necessaris per a ser utilitzat en la selecci o dels processos de tall no convencionals. Aquesta Tesis presenta pas a pas una metodologia per a la selecci o i comparaci o de processos de tall de xapa met al lica amb l'objectiu de proporcionar una nova manera de seleccionar processos per al tall de material per mitj a d'un sistema expert.

Los procesos de corte han estado bajo un constante cambio debido a la creciente necesidad de la industria de desarrollar productos nales con caracter sticas optimas que agilicen su introducci on al mercado. Existen cientos de procesos diferentes para aplicaciones muy variadas de los cuales el corte de chapa met alica forma parte. Dentro de los procesos de corte de chapa, se encuentran los procesos de corte por l aser, corte por chorro de agua, corte por plasma y oxicorte entre otros, tambi en conocidos como procesos de corte no convencionales. Estos procesos constantemente han ampliado su campo de aplicaci on siendo cada vez m as utilizados en materiales con mayores espesores, a velocidades de corte mayores y mejorando cada vez m as la calidad del corte, coloc andolos como una excelente opci on para el corte de chapa met alica. Parte de los par ametros de operaci on relativos a estos procesos (p.e. las velocidades de corte, tolerancias requeridas, espesores a cortar y materiales posibles de cortar), coinciden entre un proceso y otro en ciertos rangos de valores. Esto podr a interpretarse de manera err onea si se creyera que cualquier proceso de los antes mencionados puede ser utilizado bajo las mismas circunstancias. Usualmente, la elecci on de un proceso para un dise~no se realiza por medio de una sencilla toma de decisi on y basada en la propia experiencia o el conocimiento que se posea. Sin embargo, elegir correctamente un proceso de corte es un factor clave para la optimizaci on de todo el proceso productivo, ya que permite agilizar el tiempo de fabricaci on y de entrega de un producto, disminuir elevados costes de fabricaci on, desperdicio de materiales y evitar operaciones secundarias por falta de calidad. Debido a la complejidad de los diversos procedimientos para la selecci on de procesos, bien sea matem aticamente o por el conocimiento previo que se tenga de cada proceso, existe a un la necesidad de una herramienta de f acil utilizaci on que pueda emular el comportamiento que tendr a un experto al seleccionar un proceso de corte no convencional, una herramienta que permita identi car los atributos y obtener la m as apropiada combinaci on de atributos en conjunci on con los requerimientos reales de la aplicaci on de maquinado. Para facilitar la toma de decisiones en los procesos de corte de chapa no convencionales, se ha desarrollado un sistema inteligente que utiliza un modelo de selecci on basado en t ecnicas de l ogica difusa, generado a partir de reglas y una base de conocimiento obtenida del conocimiento de diversos expertos. A partir de una sencilla captura de los par ametros de una pieza, el sistema ofrece las opciones de corte m as apropiadas en base a los requerimientos de una pieza, permitiendo a un usuario no experto la selecci on del proceso m as adecuado con enfasis en una prioridad prede nida: acabado, coste o tiempo, de una manera cuantitativamente acertada. Los resultados obtenidos de los diversos experimentos realizados indican que el sistema desarrollado para la selecci on y comparaci on de procesos de corte de chapa met alica, cumple con los requerimientos necesarios para ser utilizado en la selecci on de los procesos de corte no convencionales. Esta Tesis presenta paso a paso una metodolog a para la selecci on y comparaci on de procesos de corte de chapa met alica con el objetivo de proporcionar una nueva manera de seleccionar procesos para el corte de materiales por medio de un sistema experto.

Cutting processes have been under a constant change due to the increasing necessity of the industry to develop end items with optimal characteristics that make agile their introduction to the market. Sheet metal cutting is part of a group of hundreds of different processes for various applications. Within the sheet metal cutting processes are laser cutting, water jet cutting, plasma and oxyfuel cutting among others, also known as non-conventional cutting processes. These processes have continuously extended their field of application being increasingly used with thicker materials, higher cutting speeds and better cut- ting quality, placing them as an excellent option for cutting sheet metal.

Part of the operating parameters for these processes (e.g. cutting speed, required tolerances, thicknesses and materials to be cut) overlap between one process and another in certain ranges. This could be misinterpreted if it is believed that any of the above process can be used under the same circumstances. Frequently, the selection of a cutting process is done through a simple decision-making and it is based on the experience or previous knowledge. However, choosing the right cutting process is a key factor for the optimization of the entire production process, it allows faster time to manufacturing and product delivery, reduces high manufacturing costs, material waste and avoids secondary operations for lack of quality.

Due to the complexity of the various procedures for the selection process, either mathematically or by prior knowledge on each process, there exists the need of an user-friendly tool that can emulate the behavior that an expert would have when selecting a non-conventional cutting process, a tool capable of identifying the attributes and get the most appropriate combination of attributes in conjunction with the actual requirements of the machining application.

In order to facilitate the decision-making of non-conventional sheet metal cutting processes, it is presented an intelligent system that uses a selection model based on fuzzy logic techniques. The model is generated from a knowledge base acquired from diverse experts. With a simple input of the parameters of a piece, the system offers the most appropriate cutting options based on the requirements of a piece, allowing a non-expert user selecting the most appropriate process (quantitatively accurate) with emphasis on a predefined priority: finish, cost or time

The results of different experiments show that the presented system for the selection and comparison of sheet metal cutting processes, meets the requirements for its use in the selection of non-conventional cutting processes. This thesis presents a step-by-step methodology for the selection and comparison of sheet metal cutting processes as a new structure of selection by means of an expert system.