автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Формирование организационно-технологических решений изготовления монолитных элементов конструкции изделий ракетно-космической техники

На правах рукописи

ГРИШИН Евгений Евгеньевич

ФОРМИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Специальность: 05.02.22 - Организация производства (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

005541472

Москва 2013

005541472

Работа выполнена на кафедре «Технологии интегрированных автоматизированных систем» ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ЦЫРКОВ Александр Владимирович

Официальные оппоненты: КУЗНЕЦОВ Павел Михайлович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)», профессор кафедры «Технология машиностроения»

ЕЛИСЕЕВ Дмитрий Николаевич,

кандидат технических наук, ФГУП «НПЦ газотурбостроения «САЛЮТ», директор по информационным технологиям

Ведущее предприятие: ООО «Научно-производственный центр

«Интелком» (ООО «НПЦ «Интелком»)

Защита состоится «25» декабря 2013 года в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.110.03 ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского» по адресу: 121552, г. Москва, Оршанская, д. 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского».

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять по адресу: 121552, г. Москва, Г-552, ул. Оршанская, д.З, Диссертационный совет Д 212.110.03 «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»

Автореферат разослан «23» ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, доцепт

Одинокое С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Тенденции развития промышленности России за прошедшие два десятилетия привели к существенному сокращению квалифицированного инженерно-технического персонала. В результате на многих предприятиях отрасли значительно увеличился средний возраст работников, что не самым лучшим образом сказывается на производительности труда и качестве выпускаемой продукции.

Решением задачи должно стать повышение производительности труда во всех направлениях инженерного сопровождения процессов производства продукции. Не является исключением и сфера подготовки производства сложных технических систем (СТС), какими являются изделия ракетно-космической техники (РКТ). Повышение производительности труда в этом направлении должно проводиться, прежде всего, за счет совершенствования методов информационного сопровождения процессов. Развитие должно осуществляться за счет интенсификации процессов, т.е. предпочтение должно отдаваться развитию математического и методического обеспечения систем, а не за счет увеличения количества участников процесса.

Таким образом, актуальной является задача разработки метода автоматизации комплекса процессов технологической подготовки производства: проектирования маршрута и технологии изготовления изделия; расчета плановых характеристик и анализа результатов изготовления. Больший эффект результатам исследований может обеспечить расширение предметной области в силу новой трактовки технологического понятия «монолитный элемент конструкции» (МЭК) - с точки зрения автоматизированных систем.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в повышении производительности труда специалистов, занимающихся подготовкой производства, за счет создания и применения метода формирования организационно-технологических решений изготовления монолитных элементов конструкции.

Для достижения поставленной цели работы необходимо решение следующих ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Исследовать процессы изготовления монолитных элементов конструкции изделий РКТ. Провести анализ современных инструментальных средств автоматизации технологической подготовки производства.

2. Разработать новый подход к построению метода формирования организационно-технологических решений (OTP), объединяющий способы построения локальных решений в процессах подготовки производства, запуска элементов конструкции в производство и анализа результатов изготовления.

3. Реализовать метод решения задачи в виде элементов программно-методического комплекса формирования организационно-технологических решений (ПМК ФОТР) по процессам производства монолитных элементов конструкции изделий РКТ.

4. Разработать модель информационно-алгоритмической среды ПМК ФОТР.

5. Определить схему организационной структуры подразделения, реализующего новый подход к решению задач процессов подготовки производства.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ являются процессы технологической подготовки производства и планирования процессов изготовления элементов конструкции изделий ракетно-космической техники.

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ являются методы автоматизации процессов создания организационно-технологических решений изготовления элементов конструкции изделий ракетно-космической техники.

НАУЧНУЮ НОВИЗНУ работы составляют:

1. Новый подход к организации подготовки производства монолитных элементов конструкции изделий РКТ, отличающийся комплексным решением задач по формированию сквозных технологических маршрутов, технологических процессов, планированию производства и анализу результатов изготовления продукции.

Разработанный подход реализован в методе формирования организационно-технологических решений, на основе унифицированного представления конструкторских, технологических и производственных объектов, разнородных по структуре и по степени детализации.

2. Модель организационной структуры подразделения предприятия, обеспечивающая возможность применения созданного метода и, как результат, повышение производительности труда инженеров-технологов в сфере подготовки производства. Модель построена на общих принципах матричных организационных структур и отличается виртуальным характером связей между участниками и динамикой состава проектных групп.

3. Новые усовершенствованные механизмы построения и использования технологических баз знаний (ТБЗ), реализующие обратные связи по результатам изготовления продукции. Механизмы построения и использования ТБЗ обеспечивающие накопление знаний, созданы на основе инвариантной информационной модели (ИИМ), что организует процессы моделирования на единой программно-алгоритмической платформе.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Представленные в работе результаты подкреплены положениями математического аппарата теории множеств, методов структурно-параметрического моделирования, методов технологической подготовки производства и теорией организации производства, стандартами IDEF0, ИПИ/САЬ8-технологий.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. В обеспечении разработанного метода формирования OTP и на основании данных, полученных в ходе исследования, сформировано решение по со-

вершенствованию организационной структуры подразделений предприятия, обеспечивающее повышение производительности труда инженеров-технологов в сфере подготовки производства.

2. Компоненты программно-методического комплекса формирования организационно-технологических решений (подсистема проектирования технологии, подсистема формирования маршрута) прошли экспериментальную отработку на предприятиях отрасли.

3. Предложенные решения использованы в учебном процессе МАТИ имени К.Э. Циолковского при изучении дисциплин: «Разработка САПР», «Интегрированные системы технической подготовки производства».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. По теме диссертации опубликовано 12 работ, 5 из которых в изданиях, включенных ВАК в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий. Общее количество научных трудов 20.

Основные научные и практические положения работы представлялись на:

1. Всероссийской научно-практической конференции «Применение ИПИ-технологий в производстве» (2011 - 2013 г.г.).

2. Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством» (2011 -2013 г.г.).

3. Мероприятиях по отбору победителей программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.»), по результатам которых стал победителем программы в 2010 г.

Результаты проведенных исследований использованы при выполнении научно-исследовательских работ: «Разработка концепции построения системы технологического проектирования изделий ракетно-космической техники», выполняемому в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г.г.; «Разработка метода автоматизированного формирования организационно-технологических решений в процессах производства изделий ракетно-космической техники» в рамках государственного задания на НИР в 2012-2013 г.г.; «Создание методологии сопровождения производственных стадий жизненного цикла сложных технических систем на основе процессного подхода» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2011»; по договору «Разработка и внедрение системы управления производственно-технологическими знаниями на предприятии», выполняемому по заданию ГКНПЦ имени М.В. Хруничева.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, четырех приложений и списка литературы (130 наименований), изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель

и задачи диссертационного исследования, научная новизна и практическая значимость научных результатов. Дается краткая аннотация содержания глав диссертации.

Рассмотренные в первой главе формы, методы организации производства на машиностроительном предприятии, принципы организации производственных процессов, теоретические и методические аспекты проектирования технологических процессов легли в основу построения решений по проектированию комплексных описаний производственных и технологических данных для обеспечения процессов подготовки производства и планирования процессов изготовления монолитных элементов конструкции изделий ракетно-космической техники.

В исследование вопросов технологической подготовки производства, организации производства, автоматизации процессов подготовки машиностроительного производства внесли значительный вклад работы: Балакшина Б.С., Базрова Б.М., Иванова И.Н., Клира Дж., Колобова A.A., Котлера Ф., Кузнецова П.М., Оптнера СЛ., Островерха А.И., Соломенцева Ю.М., Туровца О.Г., Шпура Г и других отечественных и зарубежных ученых. Анализ методов формирования OTP выполнялся с учетом результатов научных школ Горанского Г.К., Капустина Н.М., Норенкова И.П., Павлова В.В., Цветкова В.Д.

Состав машиностроительного объекта принято разделять на детали и сборочные единицы (ДСЕ - деталь/сборочная единица). В основе такого деления лежит конструкционный принцип определения детали как функционально завершенного неделимого/неразборного (монолитного) элемента конструкции. С точки зрения подготовки производства, такое деление элементов конструкции не всегда рационально. С позиции процессов подготовки производства к числу монолитных элементов следует также относить и «условно организованные» - технологические сборочные единицы, без образования которых:

1) не могут быть достигнуты функциональные характеристики элемента в силу: требуемого существенного различия физико-механических свойств в пределах материала монолитной заготовки (в качестве примера могут выступать биметаллические заготовки); ограничений существующей технологии (возможностей технологического оборудования), но требующих общей завершающей операции формообразования (шпангоуты и ему подобные элементы конструкции);

2) нецелесообразно изготовление объекта из монолитной заготовки либо по конструкционным характеристикам, например, по весовой эффективности, либо технологическим/экономическим ввиду низкого коэффициента использования материала или высокой трудоемкости изготовления.

В таких ситуациях технологические сборочные единицы и процессы их создания могут рассматриваться как монолитные заготовки и элементы специфических процессов заготовительного производства соответственно. Для обра-

зования монолитных заготовок применяются различные виды соединений: сварки, пайки и т.п. Элементы конструкции, в основе которых лежат подобные заготовки можно определить как условно-монолитные элементы конструкции (УМЭК). Детали и УМЭК, с позиций процессов формирования производственно-технологических данных, могут быть объединены в общий класс объектов -монолитные элементы конструкции (МЭК).

МЭК РКТ, как показали проведенные в первой главе исследования процессов подготовки производства и изготовления подобных объектов, составляют существенную долю элементов конструкции РКТ, трудоемкость процессов изготовления которых, может достигать -65% от общего объема работ (рис. 1).

Процессы изготовления монолитных элементов, как правило, организуют цепочку взаимодействия цехов. Цеха, при этом, организуются по технологическим признакам: переделам (приемам); габаритам, точности и видам/группам оборудования). Общим для процессов подготовки производства МЭК является относительно простая и преимущественно линейная структура, описывающая взаимодействия цехов. В процессах изготовления МЭК участвует несколько десятков цехов основного производства, выполняющих работы по следующим переделам: литье, горячая штамповка, холодная штамповка (листовая, профилей), сварка (дуговая, контактная, фрикционная), механообработка, механообработка на автоматах (нормали), лакокрасочные и гальванические покрытия, эрозионная обработка, испытания.

Как показали исследования рынка автоматизированных систем технологической подготовки производства системы отечественной разработки занимают существенную долю рынка. Связано это, во-первых, с особенностями отечественной школы машиностроения, и во-вторых, с закрытостью для сторонних специалистов подобных наработок у зарубежных компаний. Исследования показывают, что системами поддерживаются различные методы проектирования технологических решений: на основе техпроцесса-аналога; заимствование технологических решений из ранее разработанных технологий; проектирования с использованием библиотеки технологических решений; проектирования групповых и типовых технологических процессов; из общего технологического процесса; автоматическое проектирование с использованием библиотеки тех-

ХбЗУоУ'

Рис. 1. Доля трудоемкости процессов изготовления РКТ А - цеха изготовления МЭК; В, С, Д Е, /«"-цеха по видам сборочных процессов

нологических решений.

Требованиям по адаптации различных методов решения задач, по адекватности представления структуры технологических решений, по возможности интеграции с распространенными решениями в области управления конструк-торско-технологическими данными (например, PDM Teamcenter) удовлетворяет структурно-параметрический моделлер (СПМ), разработанный специалистами МАТИ. Математическое обеспечение СПМ реализует обработку инвариантной информационной модели (НИМ) и отработано на решении ряда практических задач в области подготовки производства СТС. В решении задач отработано применение табличных (ТАМххх), сетевых (СЕМххх) и сочетательных (СОМххх) моделей структурного проектирования.

На основе исследований проведенных в работе определены основные составляющие программно-методического комплекса, обеспечивающего формирование организационно-технологических решений (ПМК ФОТР) для существенной доли элементов конструкции РКТ - МЭК.

ПМК ФОТР состоит из трех функциональных подсистем (формирования маршрута, проектирования технологии и анализа решения) и одной обеспечивающей подсистемы (поддержки производственно-технологических данных).

Для решения поставленной задачи, сформулированы требования к ПМК ФОТР, реализующему метод формирования OTP изготовления МЭК: моделирование на единой программно-алгоритмической платформе; унификация представления конструкторских, технологических и производственных объектов, разнородных по структуре и по степени детализации; интеграция с крупными отечественными/зарубежными системами управления данными, в настоящий момент активно внедряющиеся на большинстве предприятий выпускающих РКТ; высокий уровень автоматизации повторяющихся проектных действий; ведение технологических баз знаний.

Во второй главе определяется состав и содержание производственно-технологических данных (ПТД), рассматриваются вопросы по разработке информационно-алгоритмической среды метода формирования OTP, приводится решение по накоплению производственно-технологических знаний.

Организационно-технологическое решение - это результат технологического проектирования, определяющий состав и содержание ПТД. В организационно-технологических решениях формируется упорядоченная по времени и трудовым ресурсам совокупность технологических и производственных действий, необходимых для обеспечения процесса изготовления изделия.

Все OTP, с точки зрения построения структуры взаимодействия подразделений, могут быть разделены на решения, в основе которых лежат процессы окончательной сборки, сборки агрегатов и крупных узлов, и процессы, обеспечивающие изготовление комплектующих для этих сборок.

Описание организационно-технологического решения строится на опре-

делении маршрута изготовления МЭК по производственным партиям запуска/выпуска, т.е. определении не только технологических процессов изготовления, но и характеристик по нормам расхода трудовых и материальных ресурсов, по производственным показателям планирования и диспетчеризации процесса изготовления.

Технологический маршрут определяет последовательность цехов, участвующих в процессе изготовления ДСЕ. Каждый цех может быть вовлечен в последовательность работ неоднократно и каждое такое привлечение трудовых и материальных ресурсов цеха к процессу изготовления конкретной ДСЕ называется "цехозаход". Описание цехозахода содержит состав операций и атрибутивную информацию о характеристиках, определяющих размеры парий запуска продукции на каждом этапе изготовления ДСЕ. Описание операции помимо указаний на производимые действия, содержит описание состава исполнителей, технологического оборудования, инструмента, приспособлений, основных и вспомогательных материалов, норм расходования ресурсов, а также наборов атрибутивной информации по элементам, содержащимся в операции, со значениями, необходимыми для достижения требуемого качества изготовления ДСЕ.

В целом состав и содержание производственно-технологических данных, описывающих OTP, определяется в наборе элементов технологической документации (ТД): маршрутном и операционном технологических процессах, технологических паспортах; эталонных маршрутных картах, картах комплектации, лимитно-заборных картах и т.д.

В основе формирования OTP лежит описание состава объекта производства. Изделие РКТ является сложной технической системой и для его описания используются различные схемные представления.

Основными для производства являются конструкторский и технологический составы. Технологический состав изделия, в основе которого лежит схема технологического членения объекта производства, используется для проектирования сборочных процессов.

При формировании OTP по МЭК для получения состава основных материалов и комплектации (для УМЭК) вполне достаточно использование описания конструкторского состава (КС) изделия.

КС и технические требования к элементу конструкции, представленные в виде набора конструкторской документации (КД), поступают из конструкторского бюро (КБ) предприятию-изготовителю, где начинается процесс формирования OTP (рис. 2). Последовательно перемещаясь по подразделениям завода: отделам главного конструктора (ОГК), главного технолога (ОГТ), цеховым службам, - КД дополняется необходимой информацией, которая развивается до уровня ТД. Планово-диспетчерский отдел (ПДО) дополняет ТД информацией, доводя данные до состояния, необходимого для передачи на производство.

Рис. 2. Схема взаимодействия производственных служб при формировании OTP

Формальное описание модели организационно-технологического решения имеет вид:

D={A, М, Ц, О, Г}, (1)

где А={а/, ..., а„,..., ал?} - множество элементов конструкции, относительно которых формируются OTP; М={м- множество технологических маршрутов, описывающих последовательность и варианты изготовления а,-; Ц={ц'¡к) ~ множество цехозаходов, определяющих содержание процессов обработки по технологическим переделам; 0={ои} - множество операций; Г={г/т} - множество групп работ на операциях.

Группа работ, определяется совокупностью переходов (п), технологического оборудования (б), инструмента (и) и состава исполнителей (г):

Г={п, б, и, /'} (2)

На элементах модели определены следующие отношения, определяющие структуру:

1) технологического маршрута

мГС{Щ С), (3)

где G - граф-вида дерево; С — множество дуг, отражающих связи между элементами маршрута Ц/, Ц} с Ц- подмножество цехозаходов, определяющих содержание варианта маршрута.

2) цехозахода

Щ=ПОк,у), (4)

где - таблица, упорядочивающая операции по уровням процесса; Ок с О -подмножество операций, определяющих содержание цехозахода; у - количество уровней в процессе.

3)операции

ои=Т(Г,), (5)

где Т-таблица, линейно упорядочивающая группы работ в операции; Г/ сГ-подмножество групп работ на операции

Процесс формирования организационно-технологических решений целесообразно совместить с процессом накопления производственно-технологических знаний. В качестве результатов процесса можно определить набор технологических баз знаний (ТБЗ) по: составу изделий; технологическим маршрутам; технологическим процессам и паспортам; трудовому и материальному нормированию; атрибутивным данным процесса планирования. База OTP фиксирует как фактические данные по выполнению процессов формирования OTP, так и условия, при которых были получены решения. Анализ этой информации обеспечивает уточнение правил для последующего применения знаний.

Создание базы знаний по OTP необходимо для перехода на новый функциональный и организационный уровни в развитии системы технологической подготовки производства (ТПП).

В основу построения ТБЗ положены архитектурные решения свойственные структурно-параметрическому моделлеру (СП-моделлер). Математическое обеспечение СП-моделлера реализует обработку инвариантной информационной модели (НИМ). НИМ отработана на решении ряда практических задач в области подготовки производства СТС. Одной из основных процедур автоматизированного проектирования в СП-моделлере является процедура Т:А—>Р -совместного преобразования трех информационных объектов: модели исходного объекта S(A), модели порождающей среды S(P) и модели проектного решения 5(7). Схема вывода решения в ТБЗ строится на основе этой процедуры, а модель S(P) является информационно-алгоритмической основой схемы вывода.

Построение объектов, обрабатываемых процедурой, соответствует общим принципам разработки ИИМ и осуществляется в следующей последовательности: определение состава элементов объекта моделирования; определение состава свойств объекта (логических и количественных); выбор класса/вида типовых математических моделей структурного проектирования, управляющих конфигурацией объекта; установление отношений между элементами модели объекта.

Построенные на основе ИИМ, модели объектов могут описывать различные по структуре, атрибутике и связям системы. ИИМ позволяет систематизировать процесс выделения и накопления знаний, объединяющих правила формирования структуры решений и расчет технико-экономических характеристик.

Результаты разработки информационно-алгоритмической среды метода, реализующего новый, оригинальный подход к комплексному решению задач подготовки производства и анализа результатов изготовления МЭК, представлены в виде схемы реализации решения. Схема изложена в технике диаграмм функционального моделирования IDEF0 (рис. 3).

Рис. 3. Схема реализации метода формирования ОТР

В третьей главе разрабатывается алгоритм построения организационно-технологических решений, модель информационного пространства ПМК ФОТР, приводится описание компонентов программно-методического комплекса.

В ходе анализа процессов подготовки производства и планирования изготовления монолитных элементов конструкции изделий РКТ определен алгоритм построения ОТР (рис. 4).

ДА

¡2...............I.......

Конец

Рис. 4. Укрупненная блок-схема алгоритма построения OTP

Основные шаги алгоритма, обеспечивающие формирование OTP для процесса изготовления МЭК:

1. Формирование технологической модели изделия (ТМИ) по результатам конструкторско-технологического анализа. Технологическая модель изделия представляется в виде набора признаков, которые описывают элементы объекта проектирования. В случае отсутствия набора признаков в модели технологической системы (МТС), поступает заявка на корректировку/доработку МТС.

2. Технологическое проектирование реализовано в виде типовой процедуры СП-моделлера (Г: А —* Р).

3. В случае необходимости, по результатам анализа полученного решения осуществляется корректировка ТМИ и уточняются правила построения решения.

4. В случае необходимости, по результатам анализа полученного решения осуществляется доработка/разработка МТС

5. Сохранение полученного решения в базу ОТР.

Информационное пространство ПМК ФОТР в части представления описаний объектов и результатов проектирования обеспечивается применением подсистемы поддержки производственно-технологических данных. Модель данных системы адаптированная под конкретное представление ПТД (рис. 5). Модель увязывает эталонные и рабочие технологические данные, осуществляя привязку данных к информации об изготавливаемых изделиях (таблица «СЧЕТ» - перечень производственных счетов; таблица «ЗАКАЗ» - перечень производственных заказов). Для каждого изготавливаемого изделия (таблица «ИЗДЕЛИЕ» - описание изготавливаемого изделия) формируется массив рабочих технологических данных, связанный с описанием конструкторского состава (таблица «КС» - описание конструкторского состава изделия).

Элементы модели данных эталонных технологических решений

ш

ДСЕ |— ЦЕХОЗАХОД ОПЕРАЦИЯ

V

а ГРУППЛ-РЛБОТ

ИСПОЛНИТЕЛЬ

I ГРУППА-РАБОТ -« ИСПОЛНИТЕЛЬ -

НОРМА I

; ПЛАН МАСТЕРА к

СМЕННО-СУТОЧНОЕ * ЗАДАНИЕ

СОСТАВ ПАРТИИ ;

Элементы модели данных рабочих технологических решений

-------► _ поток по уточнению OTP

Рис. 5. Схема информационной среды ПМК ФОТР

Таблица «ГРУППА-РАБОТ» (описание групп работ) предназначена для хранения данных о группах работ в операциях. В состав группы работ объединяются данные об оборудовании, инструментах, переходах и исполнителях для операции. Каждая операция может состоять из нескольких групп работ. Связь конструкторского состава с перечнем производственных счетов и заказов (связи между таблицами «ИЗДЕЛИЕ» и «КС», «ИЗДЕЛИЕ» и «ЗАКАЗ», «ЗАКАЗ» и «СЧЕТ») обеспечивает уникальность сопровождения конструкторского состава каждого изготавливаемого изделия, что крайне необходимо, т.к. в процес-

се производства РКТ происходит очень большое количество конструкторско-технологических изменений.

Разработка технологического маршрута для элемента РКТ является задачей, решение которой зависит от таких параметров, как конструкция детали, материал, вид заготовки, масса, габариты, особенности производства, включая требования к качеству и надежности, масштабу выпуска и т.д.

Номенклатурный список элементов, описывающих изделие РКТ, насчитывает более 50 тысяч позиций, но, несмотря на значительное разнообразие экземпляров МЭК, в структуре OTP и схеме формирования решений можно выделить много общего. Анализ работ по организации процессов проектирования маршрутов показал, что из 8 300 вариантов маршрутов было выделено 750 решений-прототипов, классификационная схема которых может быть организована по следующим основным группам признаков для монолитных элементов конструкции: вид детали; марка материала; тип заготовки; параметры, характеризующие габаритные размеры элемента (толщина заготовки, ширина заготовки, длина заготовки, диаметр заготовки/размер "под ключ"); группа/класс точности; признаки, определяющие наличие действий (термообработки, гальванического и лакокрасочного покрытия, дополнительных испытаний элемента, специального контроля в центральной заводской лаборатории, цикличности в выполнении технологических приемов); номер или признак основного цеха в маршруте.

В ходе анализа выделены конструкторско-технологические признаки для наполнения классификационной схемы по элементам конструкции изделий РКТ. Группа признаков "вид детали" насчитывает 42 позиции, для монолитных элементов. Группа "тип заготовки" определяет 14 признаков (поковка, штамповка, труба, проволока, круг, пруток круглый, пруток квадратный, пруток шестигранный, лист, плита, лента, полоса, профиль, блюминг) и допускает варианты определения при выполнении конструкторско-технологического анализа элемента, например, поковка v штамповка v круг.

Подсистема формирования маршрута (ПФМ) управляет тремя технологическими базами по: составу изделий; технологическим маршрутам; атрибутивным данным процесса планирования. В основе построения головной базы - базы по технологическим маршрутам, отвечающей за формирование структуры цехозаходов, использованы типовые дизъюнктивные сочетательная (СОМ5Д2) и сетевая (СЕМЗД2) модели структурного проектирования. Сочетательная модель используется для проектирования решения по традиционно монолитным элементам конструкции, сетевая - для УМЭК. Применение двух типовых моделей СОМ5Д2 и СЕМЗД2 позволяет использовать общую матрицу свойств порождающей среды ПФМ [ZfxF^] (здесь F11 - множество свойств ПФМ). В случае обработки СЕМЗД2 матрица свойств дополняется матрицей взаимосвязей элементов [ЦхЦ], содержащей описание допустимых структурных решений.

Элементы решения обладают атрибутикой, достаточной для определения количественных характеристик (размеров партий запуска в производство, производственных циклов, прочих технико-экономических параметров производства), на основании которых может быть проведен расчет, либо экспертно-статистическая оценка. Для задействования в расчетах статистической информации используется база атрибутивных данных процесса планирования.

Решением по модели являются наборы цехозаходов. Примеры решений формирования маршрутов приведены на рис. 6. Буквы использованы для обозначения цехов, цифры указывают на порядок цехозахода в маршруте. Идентификаторы "А" и "Д" обозначают цеха, обеспечивающие основные процессы формообразования. "Б", "В", "Г" и "Е" - испытаний и вспомогательных процессов: термообработки, покрытий и т.п. Пример решения для детали приведен на рис. 6,а. На рис. 6,6 - пример решения для элемента, который может быть определен как условно-монолитный элемент конструкции - "переходник биметаллический". Для определения структуры решения по УМЭК использована база по составу изделий.

Л1 А: АЗ ; А4 г...... Д1 ; ■ Д2 ; ; ДЗ ;

а) деталь

Иатнеуник ХХХХ.10] И

б) УМЭК Рис. 6. Решения по маршрутам

Подсистема проектирования технологии (ППТ) изготовления МЭК построена на принципах заложенных в решение, реализованном при построении системы проектирования процессов заготовительного производства. ППТ обеспечивает комплекс процессов моделирования структуры технологического процесса (состав операций, оборудования, основного и измерительного инструмента, исполнителей, вспомогательных материалов; содержание технологических приемов) и расчета количественных характеристик (режимов обработки, трудовых нормативов и норм расхода основных и вспомогательных материа-

лов).

Применение СП-моделлера обеспечивает возможность адаптации в подсистеме различных методов решения задач технологического проектирования. СП-моделлер обеспечивает также и адекватность представления структуры решений по технологическим процессам и технологическим паспортам.

Проведенные исследования методов представления ТБЗ по технологическим переделам изготовления МЭК показали, что набор процедур обработки ИИМ, построенный на основе типовых моделей структурного проектирования (:TAMlKx, ТАМ2КХ, СЕМ2КХ, СЕМЗК2) достаточен для реализации ППТ.

Адаптации подлежат: технологические модели изделий (ТМИ — модели исходного объекта - S(A)) по видам производств; специализированные процедуры формирования ТМИ; методики формирования технологических решений и комплексы моделей технологических систем (МТС - моделей порождающей среды - S(P)) по видам производств.

К примеру, при реализации системы проектирования процессов заготовительного производства были разработаны шесть МТС.

При адаптации ТМИ подлежат уточнению правила построения модели. Технологическая модель изделия представляет собой выделенный набор признаков, по которым формируется решение. Специфический набор признаков в модели представляется в виде элементарных проектных воздействий (ЭПВ), концентрирующих информацию, на основании которой в модели технологической системы организуется процесс технологического проектирования, результатом которого является технологическое решение (технологический процесс, паспорт).

Схема разработки ТМИ соответствует правилам построения объектов на основе ИИМ. ТМИ может содержать описание некоторого количества вариантов технологических решений, позволяя реализовывать элементы группового подхода к разработке технологических процессов. В качестве типовой математической модели структурного проектирования для ТМИ чаще всего используется табличная конъюнктивная модель (ТАМ2К1), как алгоритмическая конструкция, ориентированная для поиска стандартных или готовых проектных решений. Табличная модель объекта состоит из матрицы состава свойств элементов, строки, которой полностью упорядочены. Каждому заданному набору признаков (свойств), конфигурирующих ТМИ, соответствует единственный вариант (состав элементов) проектируемого объекта.

Четвертая глава посвящена вопросам реализации процедурно-алгоритмических решений ПМК ФОТР и экспериментальной отработки метода по предложенному ранее подходу.

В обеспечении разработанного метода формирования OTP и на основании данных, полученных в ходе исследования, сформировано решение по совершенствованию организационной структуры подразделений предприятия,

обеспечивающее повышение производительности труда инженеров-технологов в сфере подготовки производства (рис. 7).

I'pvnnu -jKcnepmoa

Гогк][огт ]!_ПД?1:

I Группа специалистов

Рис. 7. Перспективная схема выработки OTP

ПРОИЗВОДСТВО

{киншршь llisailwaieiHM

Идея реорганизации системы ТПП состоит в переходе на активное применение ПМК ФОТР по процессам производства монолитных элементов конструкции.

Работа в ПМК ФОТР организуется для пользователей двух уровней: эксперт (специалист по поддержке ТБЗ) и оператор (ЛПР - лицо принимающее решение). Поступающая в ПМК ФОТР конструкторская документация подвергается конструкторско-технологическому анализу (КТА) с целью выявления признаков, влияющих на процесс формирования OTP. В случае если объект анализа ранее обрабатывался, либо является относительно простым, то в качестве оператора выступает специалист, непосредственно принимающий КД. Если объект является сложным, то его анализ проводят эксперты.

Второй точкой взаимодействия является ситуация по оценке результатов формирования решения. ЛПР подтверждает факт допустимости передачи OTP в производство, либо выполняет одно из действий: корректировку результатов КТА; передачу объекта экспертам. Через ЛПР осуществляется также и обратная связь производства с системой ТПП.

Важным элементом функционала автоматизированной подсистемы являются инструментальные средства анализа решений, комплекс которых позволяет провести оценку полученных результатов, как для локальных решений, так и по совокупности плановых характеристик по видам производства. На рис. 8 приведен пример работы средств визуального контроля.

Предложенная схема организации процессов подготовки производства: снижает сроки подготовки производства; повышает производительность труда ИТР при выполнении работ; обеспечивает сохранение качества этих работ за счет преимущественного принятия решений специалистами самой высокой квалификации. Предприятия отрасли в настоящее время располагают потенциалом (специалистами, способными выполнять функции экспертов), позволяющим перейти на новые организационно-технические формы. За основу такой форма принята виртуальная динамическая матричная организационная структура подразделения. Анализ показывает, что новая форма организации работ в сфере подготовки производства изделий ракетно-космической техники обеспечит сокращение на 20...30% численности инженерного персонала занятого проектированием технологических решений.

*жг I" Зкйчйш | к- .«зга г>*е«ч..

ХХХХ-101-03 22.08.2013 ] 8:00........ 30.08.2013

-Ц«хА.-1_Х500(-1С103 22.55.2013 | 8:00 22.G8.2013

- ЦехБ • 1 _:<СОС-1$ 1-03 23.08.2013 | 8 00 2i.G8.2013

•••■ ЦгхЛ-2_Х>00(-] -03 \ф 27.08.2013 ( 8.00 27.ee.2013

- ЦсхВ-ЦООМ-15103 \Ф 28.2S.2013 | 8:00 29.С8.2013

-ЦехА-3_ХО«-ИЯ-ОЭ ■Ф 30.i8.2013 | 8 00 30.08.2013

-! ХХХХ-101-01 27.08.2013 ; 8:00 30.08.2013

•••• и«хл-1_>ооо<-15г-01 \Ф 27.03.2013 | 8:00 27.082013

- Цех5- 1_Х»С.-101-01 28.i3.2013 \ 8:00 29.G8.2013

-Цех4-2_Х<»;-101-01 "\ё 30.08.2013 ; 8:00 30.G6.2013

ХХХХЮ1-02 27.08.2013 8:00 30.08.2013

- ц4ХА-1_»50<-1С-1-02 27.S3.2013 ] 8:00 27.08-20:3

- ЦехБ-1_ХХ«-101-02 28.04.2013 ; 8:00 29.GS.2013

- ЦеуЛ-2_Л<»;-101-02 30.38.2013 } 8:00 30,08.2013

ХХХХ-101-0 02.09.2013 ; 8:00 0549.2013

- ЦехА-1_ХХХХ-101-0 02.09.2013 ; 8:00 02.05.20-3

- Цюсг-000е<-ш-0 03.55.2013 | 8:00 ПС92013

- ие*&-2_ХХХХ-101-0 05.St.2C 13 | 8:00 05,092013

V-—

Цех4-

Г*

И

1_хххх-т-оэ ...............,1 :цехбч_хххх-1о1-оз

¡:е/А2_ХХХХ-101-СП

1 .хХххчо:-оз

■о |ЦекД-3_ХХХХ-101-03 -ч ни аг

п |Цехй-1_Х)<Х}<-Ш-(а

-I . '. .1 ;и^в-1_х)<хх-101-01

..........- П ]Це>Л-2_ХХХХ-101-01

! и_1

юоаг-ш-р 101-02 ; хБ-1_Х)<ХХ-101-02

I :цехА-1_ХХХ С-

гСЭ ;т»

•4-И :иехЛ-2_ХХХХ-101-02

,——л-. хххх-щ-о

ЦехГ-1_ХХХХ-101-0 . ]......Цз>А-2_ХХХХ-

Рис. 8. Анализ решений для УМЭК ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В результате проведенных исследований создан метод формирования организационно-технологических решений изготовления монолитных элементов конструкции. Метод реорганизует схему анализа изделий, расширяя область технологического понятия «монолитный элемент конструкции». Метод реализует комплексное решение по автоматизации процессов проектирования технологии и планирования процессов изготовления изделий. Применение метода позволяет повысить производительность труда и сократить количество специалистов, занимающихся подготовкой производства.

2. На основе выявленных закономерностей унифицировано представление конструкторских, технологических и производственных объектов, разнородных по структуре и по степени детализации. Это позволило разработать но-

вый подход к решению задач подготовки производства, в части проектирования технологии по составу технологических переделов (маршруту) и содержанию работ (маршрутные и операционные процессы). Подход положен в основу построения метода, который реализован в компонентах программно-методического комплекса формирования организационно-технологических решений.

3. Разработанная модель информационно-алгоритмической среды ПМК ФОТР по процессам производства монолитных элементов конструкции изделий РКТ, обеспечивает решение задач проектирования технологических решений и последующего их мониторинга в производстве.

4. Выполненные исследования технологических систем изготовления МЭК позволили унифицировать способы представления технологических знаний и реализовать ТБЗ на основе инвариантной информационной модели. В сочетании с основными алгоритмами метода и разработанной схемой построения информационно-алгоритмической среды процессы моделирования выполняются на единой программно-алгоритмической платформе.

5. Проведенная отработка способов взаимодействия ТБЗ с системой управления технологическими данными обеспечила реализацию механизмов накопления и корректировки технологических знаний с применением элементов мониторинга производства.

6. Разработан комплекс структурно-параметрических моделей, обеспечивающий совместное проектирование технологии и планирование производственных процессов изготовления элементов конструкции РКТ.

7. Определена модель виртуальной динамической матричной организационной структуры подразделения предприятия, обеспечивающая возможность реорганизации процессов подготовки производства с целью применения созданного метода и, как результат, повышение производительности труда инженеров-технологов в сфере подготовки производства.

8. Экспериментальная отработка метода показала, что он покрывает более половины номенклатурных позиций элементов конструкции изделий ракетно-космической техники. По оценкам специалистов применение ПМК ФОТР позволит сократить численность инженерного состава занятого проектированием организационно-технологических решений на 20...30 %.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

-В ведущих рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК

1. Гришин, Е.Е. Процессы формирования организационно-технологических решений изготовления монолитных элементов конструкции / Е.Е. Гришин, В.Н. Сычев, A.B. Цырков // Информационные технологии в

проектировании и производстве: Науч.-техн. журн. ФГУП «ВИМИ». - 2013. -№ 4. - С. 3-9.

2. Антошкин, A.B. Модели оценки организационно-технологических решений изготовления сложных технических систем / A.B. Антошкин, Е.Е. Гришин, Г.А. Цырков // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России: Межотраслевой науч.-техн. журн. ФГУП «ВИМИ». - 2013. -№ 3. - С. 17-23.

3. Бурзалов, A.C. Система автоматизированного проектирования технологии производства пневмогидравлических систем / A.C. Бурзалов, Е.Е. Гришин, C.B. Чефранов // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн. ФГУП «ВИМИ». - 2013. -№ 1.- С. 75-82.

4. Цырков, Г.А. Интеграция проектных модулей с системой управления технологическими данными / Г.А. Цырков, Е.Е. Гришин, A.B. Хохлов // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн. ФГУП «ВИМИ». - 2011. - № 4. - С. 3-9.

5. Бутко, А.О. Анализ производственных процессов на основе модели проектного управления / А.О. Бутко, Е.Е. Гришин, Е.Е. Цыркова // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техн. журн. ФГУП «ВИМИ». - 2011. - № 3 - С. 10-15.

-В других изданиях

6. Гришин, Е.Е. Подсистема формирования маршрутов изготовления монолитных элементов конструкции изделий ракетно-космической техники / Е.Е. Гришин, В.Н. Сычев // Одиннадцатая Всероссийская научно-практическая конференция «Применение ИПИ - технологий в производстве». Труды конференции. - М.: МАТИ, 2013. - С. 77-78.

7. Бутко, А.О. Инструментальные средства автоматизации процесса нормирования и формирования технологических решений / А.О. Бутко, Е.Е. Гришин, A.B. Цырков // Двенадцатая Всероссийская научно-практическая конференция «Управление качеством» (сборник материалов) - М.: МАТИ, 2013. -С. 86-88.

8. Белов, В.А. Методика и интерфейсы системы управления производством для механосборочных цехов / В.А. Белов, Е.Е. Гришин // Десятая Всероссийская научно-практическая конференция «Применение ИПИ -технологий в производстве». Труды конференции. - М.: МАТИ, 2012. - С. 67-68.

9. Гришин, Е.Е. Особенности представления производственно-технологических данных в системе управления производством / Е.Е. Гришин, В.А. Белов, В.Н. Сычев // Одиннадцатая Всероссийская научно-практическая конференция «Управление качеством» (сборник материалов) - М.: МАТИ, 2012. - С. 87-88.

10. Цырков, A.B. Формирование технологических решений в ПМК проектирования технологических процессов / A.B. Цырков, A.A. Островерх, Е.Е. Гришин // Девятая Всероссийская научно-практическая конференция «Применение ИПИ - технологий в производстве». Труды конференции. - М.: МАТИ, 2011.-С. 47-49.

11. Гришин, Е.Е. Компоненты процессной модели заготовительного производства / Е.Е. Гришин, A.B. Цырков // Десятая Всероссийская научно-практическая конференция «Управление качеством» (сборник материалов) - М.: МАТИ, 2011.-С. 296-298.

12. Гришин, Е.Е. Система автоматизированного проектирования технологических процессов кузнечно-прессового производства / Е.Е. Гришин, Г.А. Цырков // Технологии интегрированных автоматизированных систем в науке, производстве и образовании: Сборник статей. Выпуск № 4 / Под ред. проф. A.B. Цыркова. - М.: ИТЦ МАТИ, 2010. - С. 134-147.

Подписано в печать:

21.11.2013

Заказ № 9187 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56

www.autoreferat.ru

ГРИШИН Евгений Евгеньевич

ФОРМИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТПО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ