автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация интерактивных процедур при проектировании технологической оснастки для станков токарной группы

На правах рукописи

СПИРИН ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ ПРОЦЕДУР ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2010

004600153

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Симанженков Константин Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Султан-заде Назим Музаффарович

кандидат технических наук, профессор Корьячев Анатолий Николаевич

Ведущее предприятие: ОАО Национальный институт

авиационных технологий (НИАТ)

Защита состоится «27» 2010г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.142.03 ГОУ ВПО Московского государственного технологического университета «Станкин» по адресу: 127055, Москва, Вадковский пер., За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного технологического университета «Станкин».

Автореферат разослан «2-£~» /¿д^/а 2010г.

Ученый секретарь Совета Д 212.142.03, к.т.н., доцент

Е.Г. Семячкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Технический прогресс в машиностроении в большей степени зависит от конкурентоспособности выпускаемых машин. В то же время эта конкурентоспособность зависит от качества и себестоимости деталей, которые определяются технологией их изготовления, занимающей 30-70% в общей трудоемкости производства машин. Затраты на изготовление, приобретение и эксплуатацию технологической оснастки составляют до 20% от стоимости оборудования, а себестоимость и сроки подготовки производства в основном определяются величиной затраты труда и времени на проектирование и изготовление технологической оснастки.

Применение машиностроительной технологической оснастки позволяет значительно повысить эффективность используемого оборудования и повысить гибкость производства. Наиболее трудоемкой в проектировании и изготовлении частью технологической оснастки являются станочные приспособления.

При проектировании токарных приспособлений их конструкции сводят к типовым: патроны, центра, оправки, планшайбы. Конструкции, созданные на основе подобия, отличаются перерасходом материала, невозможностью достижения максимальных значений показателей, влияющих на качество изготовления деталей, снижением коэффициента загрузки оборудования.

Поэтому разработка эффективной методологии проектирования и создание системы помощи принятия конструкторских решений является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение качества и сокращение сроков проектирования токарной технологической оснастки на основе автоматизации интерактивных процедур.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлении связей между этапами, определяющие логику интерактивного проектирования;

формировании структуры функциональной модели системы проектирования, особенностью которой являются знания о входящих в ее состав элементов, способах и видах взаимодействий, возникающих между ними, качестве изготовления, как отдельных элементов, так и узлов в сборе;

разработке интерактивного алгоритма поддержки принятия конструкторских решений;

- информационно-программное обеспечение процесса проектирования технологической оснастки для станков токарной группы.

Методы исследования. При выполнении работы использовались основные положения методологии проектирования машин, технологии машиностроения, машиноведения и деталей машин, теория множеств, теория графов, системный анализ.

Практическая ценность работы состоит в разработке методического и информационного обеспечения системы автоматизированного проектирования токарной оснастки в интерактивном режиме. Результаты работы используются в учебном процессе при преподавании дисциплин «Интегрированные системы проектирования и управления» по специальности 220301 - Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении) и «Компьютерные технологии в науке и производстве» при подготовке магистров по направлению 150900 -Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на семинарах кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» МГТУ «Станкин»; XI и XII научных конференциях МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИМИ РАН» по математическому моделированию и информатике (Москва, 2008, 2009), VII всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука -региону» (Вологда, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложенных на 179 страницах машинописного текста, содержит 90 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 57 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор методов проектирования технических объектов.

Вопросам традиционного проектирования посвящены работы В.А. Блюмберга, М.А. Ансерова, В.М. Кована, А.Н. Малова, Б.Н. Вардашкина, В.В. Микитянского, В.В. Ильицкого и др., автоматизированному проектированию технических объектов -В.И. Аверченкова, А.И. Половинкина, А.Г. Раковича, Г.С. Чумакова и зарубежных ученых Берлинской и Аахенской школ (Г. Шпур, Н. Век и др.).

Обзор выявил, что основной эффект от использования вычислительных систем в машиностроении получается в сфере автоматизированной генерации чертежей, в автоматизированном документообороте, а также в ускорении этапов проектирования изделия на основе замены дорогостоящего натурного эксперимента вычислительным.

Замена натурного эксперимента вычислительным целесообразна только при создании новых изделий, в то время как в технике чаще всего встречаются случаи проектирования изделий, принадлежащих к одному типу и чаще всего проектирование ведется на основе накопленных знаний, полученных как при помощи натурного, так и численного эксперимента.

Поэтому не всегда целесообразно использовать сложные и дорогие САБ/САЕ-системы.

В главе рассмотрены типовые конструкции стандартных токарных приспособлений. Конструкции таких приспособлений обусловлены, прежде всего, типами заготовок, обрабатываемыми на токарных станках, к которым

относятся преимущественно (до 90% от общего числа) детали имеющие форму тел вращения: валы, втулки, диски, и остальные (до 10%) корпусные детали и другие «неформатные» заготовки.

Анализ литературных источников показал.

1. В машиностроении сегодня наиболее широкое применение получила технология автоматизированного проектирования с применением специально разработанных систем (САБ/САМ/САЕ).

2. Использование существующих систем автоматизированного проектирования является сложным и дорогостоящим, а применение отдельных расчетных, графических или аналитических модулей не всегда позволяет адекватно сформировать итоговый результат, а это в свою очередь приводит к снижению качества проектирования и получению противоречивых решений.

Отсюда, целью настоящей работы является повышение эффективности проектирования токарных приспособлений, для чего необходимо разработать автоматизированную систему проектирования и обеспечить информационную поддержку этого процесса. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи.

1) Установить связи между этапами, определяющие логику интерактивного проектирования.

2) Сформировать структуру функциональной модели системы проектирования, особенностью которой являются знания о количестве входящих в ее состав элементов, способах и видах контактных взаимодействий, возникающими между ними, качестве изготовления, как отдельных элементов, так и узлов в сборе.

3) Разработать интерактивный алгоритм поддержки принятия конструкторских решений.

4) Создать информационно-программное обеспечение процесса проектирования технологической оснастки для станков токарной группы.

Во второй главе приводится описание технической системы станок -приспособление - инструмент - заготовка.

На рисунке 1 видно, что станок взаимодействует с заготовкой двумя способами - напрямую, используя приспособление, и косвенно через режущий инструмент. Из четырех блоков наибольшее влияние на гибкость технической системы (ТС) оказывает взаимосвязь станок — приспособление -заготовка. В этой цепочке наибольшее влияние на гибкость производства оказывает приспособление. Именно от его качества в большей степени и будет зависеть качество изготовления детали.

Усилие

[ РЕЖУЩИЙ [ резания

: инструмент г"......."

I I

.........1.........

приспособление станок

заготовка

Рис. 1. Внутренняя структура технологической системы

Используя модульный подход, данную структуру можно представить в виде поверхностей, которые можно разделить на базирующие, рабочие и связывающие. Объединяя поверхности, выполняющие одну и ту же функцию, получают модуль поверхностей. Модули связаны между собой различными типами связей. Таким образом, взаимодействие модулей поверхностей можно представить в виде взаимодействия узлов технологической системы через различные контактные связи. Это позволит представить конструкцию как упорядоченную цепь звеньев. Объемные и граничные связи чередуются между собой в цепи звеньев, свойства их комбинаций определяют свойства общей связи соединения, такие как точность, жесткость, прочность, виброустойчивость, теплоперенос и т.д.

7

Представив процесс проектирования как цепочку идущих друг за другом уровней декомпозиций, на каждом из которых происходит определение какого-либо элемента конструкции, получим суть метода интерактивного проектирования (рис. 2).

В основу этого метода положены следующие предпосылки.

1) Информация, описывающая конструкцию приспособления, является результатом переработки сведений об оснащаемой детали и технологических операциях её изготовления.

2) Для конструкции любого приспособления существует возможность её декомпозиции на определённое число составляющих - конструктивных элементов.

3) Конструкция любого приспособления может быть синтезирована из определённого числа конструктивных элементов.

4) Конструктивные элементы отличаются свойствами и характеристиками, которые можно представлять в ЭВМ.

5) Между элементами в конструкции существуют некоторое количество моделируемых отношений, общих для всех приспособлений.

6) Каждый конструктивный элемент позволяет зафиксировать его положение для определения отношений между сопрягаемыми элементами.

Выбирая на каждом уровне декомпозиции оптимальную конструкцию из множества вариантов ее исполнения, необходимо оценивать множество возможных решений с точки зрения соответствия набору критериев. Все критерии можно разделить на две группы: универсальные и специальные. Универсальные - представляют собой такие критерии, которые используются на всех ступенях конкретизации. Это наиболее общие условия, применимые к оценке конструкций различных типов и не имеющие четкую привязку к уровню декомпозиции. Специальные - это критерии, которые используются только на одной ступени конкретизации. Специальные

критерии непосредственно связаны с конструктивными и технологическими особенностями. Набор возможных критериев удобно представлять в виде двумерного массива (рис. 3).

ШАГ 4 ) (^Завершенйе^)

Рис. 2. Блок-схема методики интерактивного проектирования

К'1

К'12

К'и

Кп К12 К.... к..

К21 К22 К2... Кя

к. Кг К,.. Ю м

К 2

К'

Таблица весовых коэффициентов специальных критериев

Таблица весовых коэффициентов универсальных критериев

Рис. 3. Трехмерная таблица критериев

1 - количество шагов конкретизации,) - количество универсальных критериев, п - количество специальных критериев

Поскольку процесс проектирования изделия представляет собой иерархическую пошаговую структуру, то можно сказать, что существует некое множество, элементами которого являются сами этапы проектирования. На каждом шаге определяется реализация некой конструкции, которая должна обладать одним или несколькими свойствами приспособления. Соответственно существует однозначное соответствие между элементами множества и свойствами приспособления в целом. Для описания этого высказывания наиболее удобно пользоваться математическим аппаратом теории полихроматических множеств.

Рассмотрим в качестве примера процесс проектирования приспособления, состоящий из 11 этапов: Х={х1, х2, хЗ, х4, х5, хб, х7, х8, х9, х 10, х11}. Согласно логике интерактивного проектирования элементы множества образуют цепь с инцидентными вершинами: У={х1х2, х2хЗ, хЗх4, х4х5, х5х6, хбх7, х7х8, х8х9, х9х10, х10х11}. Есть некий закон Б, который ставит в соответствие элементам множества X требуемые свойства приспособления. Все возможные свойства приспособления объединяются в полихроматический универсум критериев, из которого в дальнейшем будут формироваться поэтапные локальные оценочные критерии. Полихроматический универсум А состоит из универсальных и специальных критериев А={а1, а2, аЗ, а4, а5, аб, а7, а8, а9}: а1 - надежность выполняемых функций; а2 - сложность конструкции; аЗ - точность; а4 - безопасность;

а5 - величина вспомогательного времени; аб - траектория и путь инструмента; а7 - габариты;

а8 - возможность совмещения функций; а9 - экономичность.

Отобразим соответствие элементов X и А на диаграмме (рис. 4).

Безопасность

Рис. 4. Диаграмма критериев

Надежность

выполняемых Траектория и

функций Экономичность путь

Вспомогательное

Точность

время

Сложность конструкции

Габариты

Возможность совмещения функций

Современные математические методы на основе полихроматических множеств позволяют повысить достоверность моделирования технической системы и создать автоматизированную систему генерации критериев.

В третьей главе представлена декомпозиционная структура токарного приспособления, приведены возможные варианты исполнения конструктивных элементов, сформулирован список критериев и выбрана методика их расчета.

Особенностью токарной обработки является то, что приспособление крепится непосредственно на шпинделе станка, а обработка может осуществляться как в продольном, так и поперечном направлениях с возможностью установки режущего инструмента в различных плоскостях (рис. 5). В зависимости от технического задания детали и имеющегося оборудования порождается большое количество вариантов исполнения требуемого приспособления.

Шпиндель станка Приспособление Обрабатываемая

заготовка

Положение Положение Положение

обрабатываемой обрабатываемой обрабатываемой

поверхности поверхности поверхности

закрепления закрепления

Режущий инструмент

Рис. 5. Эскиз блочной структуры токарной обработки

Деталь устанавливается в приспособление (или приспособление на станок) одним из следующих способов: - по плоскости;

- по наружной цилиндрической (конической) поверхности;

- по внутренней цилиндрической (конической) поверхности;

- по сочетанию поверхностей.

Передача движения от станка к детали через контактные элементы может осуществляться несколькими методами:

- трением;

- внедрением (контактное взаимодействие одной детали в другую с деформацией второй детали);

- вспомогательными деталями;

- рельефом поверхностей.

В состав универсальных приспособлений нередко входят элементы, которые выполняют несколько функций одновременно. Такие элементы могут и базировать, и зажимать заготовку, и передавать ей движение от шпинделя (например, конусная оправка). Такая функциональная нагрузка в конструкции может быть выполнена в виде одной поверхности (или сочетания поверхностей).

Для определения количества и наименования критериев руководствуются следующей логикой: любой элемент (или узел) приспособления должен обладать простой конструкцией, быть безопасным для людей и окружающей среды, обладать требуемой точностью, чтобы не вносить дополнительные погрешности в размерные цепи, надежно исполнять возложенные на него функции. Таким образом формируется набор универсальных критериев:

- надежность выполняемых функций;

- сложность конструкции;

- точность;

- безопасность;

- величина вспомогательного времени.

В качестве примера рассмотрим методику формирования критерия сложность конструкции. Этот критерий отражает, насколько сложна конструкция элемента (или узла) приспособления. Весовые значения в таблице

распределяются по принципу - чем меньше деталей, тем выше коэффициент; чем больше стандартных деталей, тем коэффициент также выше (рис, 6).

Коэффициент стандартизации

О,В

0,6

0,4

0,2

3,75

2,5

1,25

0

3,75

3,75

2,5

1,25

0

2,5

2,5

2,5

1,25

0

1,2 5

1,2

1,2

1,2

0

0

О

о

о

о

Группы сложностей деталей

I II III IV V

группа группа группа группа группа

Рис. 6. Таблица сложности конструкции

Методология поиска решения:

1) прогнозируем группу сложности (по количеству входящих деталей) и откладываем вертикально от оси луч;

2) определяем предполагаемое значение коэффициента стандартизации и проводим горизонтальный луч;

3) точка пересечения двух лучей определяет ячейку таблицы;

4) значение этой ячейки определяет значение критерия в целом.

Линейная логика проектирования определяет последовательность ступеней конкретизации, на каждой из которых необходимо выбрать

оптимальный вариант конструкции в соответствии с выбранными критериями (табл. 1).

Таблица 1. Пошаговая последовательность ступеней конкретизации

№ ступени Наименование ступени Краткое описание Число критериев

1 Относительность сил и движений Определение оптимальной траектории движения инструмента 4

2 Выбор схемы базирования заготовки в радиальном направлении Базирование в радиальном направлении 2

3 Выбор схемы базирование заготовки в осевом направлении Базирование в осевом направлении 3

4 Реализация схемы базирования в радиальном направлении Реализация базирования в радиальном направлении 3

5 Реализация схемы базирования в осевом направлении Реализация базирования в осевом направлении 3

6 Количество и положение точек приложения усилий Число и положение мест закрепления заготовки в приспособлении 2

7 Определение вида прижимов Вид прижимающих деталей 4

$ Определение природы прижимающей силы Природа прижимающей силы 2

9 Вид системы зажима Система зажима заготовки 3

10 Вид корпуса приспособления Вид корпуса 3

11 Способ крепления к станку Элементы крепления приспособления к шпинделю станка 3

В качестве примера рассмотрим процесс конкретизации одиннадцатой ступени, на которой определяется способ крепления приспособление на шпиндель станка и вид вспомогательных элементов - согласующих деталей (рис.

Критериями для оценки являются:

1) Надежность выполняемых функций -К1.

2) Сложность конструкции - К2.

3) Точность-КЗ.

Рис. 7. Пример вариантов решений XI ступени

Варианты решений.

Вар. 11.1 (рис. 7 а). Крепление непосредственно к шпинделю с помощью

винтов.

Вар. 11.2 (рис. 7 б). Крепление осуществляется через переходной фланец.

Вар. 11,3 (рис. 7 в). Приспособление закрепляется на шпинделе через шпильку.

Вар. 11.4, Если позволяют габариты, крепеж осуществляют с помощью штатного приспособления, идущего в комплекте к станку.

На основе теоретических положений, изложенных выше, была разработана концепция автоматизированной системы принятия проектных решений. Такая система должна обеспечивать выполнение следующих функций.

1. Синтез конструкций из конструктивных элементов с выполнением точностного, геометрического и силового анализов, оптимизацией по соответствующим критериям.

2. Отображение пространственного описания конструкций на плоскости проекций (построение сборочного чертежа).

3. Поэлементный анализ конструкции.

4. Технико-экономическая оценка конструкции и определение её качественных показателей.

Укрупнено блок-схему такой системы можно отобразить в следующем виде (рис. 8):

База данных математических моделей

Рис. 8. Блок-схема процесса проектирования

Система проектирования приспособлений включает в себя: базу данных приспособлений, программное обеспечение в виде системы управления базой данных, базу знаний по технологии и конструированию технических средств для накопления, обновления и представления результатов проектирования. Наполнение базы данных представляет собой сложный процесс отбора сведений, которые понадобятся для решения текущих и будущих конструкторско-технологических задач. Задачи оптимизации структуры конструкторской базы данных в данной работе не рассматриваются, т.к. выходят за рамки поставленной задачи.

На примере базы данных инструментов предложена внутренняя структура массивов данных (табл. 2).

Таблица 2. Пример структуры базы данных инструментов

ID №ргау1еше (направление усилия резания) Instrument

Рогта1п81г (форма режущего инструмента) СЬагас1еп5Нс1п81г (характеристики инструмента) Example (схема обработки)

1 Слева направо (Внешнее точение, обточка, снятие фаски) ГоК Твердосплавная пластина. Рычажное крепление. Передний угол 99°~95°. Задний угол 24°.

г"

H

2 Слева направо (Внешнее точение, обточка, снятие фаски) Г^ч Твердосплавная пластина. Рычажное крепление. Передний угол 90°. Задний угол 41°.

Г]

Ч <-

3

В четвертой главе предложена реализация методики интерактивного проектирования при помощи разработанного программного комплекса по автоматизированному проектированию токарной технологической оснастки. Приводятся основные диалоговые окна и структура построения программного комплекса.

Структурный скелет программы содержит три основных блока или модуля (рис. 9). Модуль критериев обеспечивает оперирование критериями, их функциями и методами оценок, а также содержит автоматизированную систему генерации критериев. Модуль работы с базами данных позволяет эффективно управлять данными, хранить и структурировать их в удобном для программы виде.

Интеграционный модуль «переводит» запросы программы на «функциональный язык» Т-РЬЕХ . Он обращается ко встроенным функциям Т-РЬЕХ и значительно упрощает типовые операции по моделированию и построению твердотельных конструкций (рис. 10).

Рис. 9. Общая структура программы

Рис. 10. Механизм работы интеграционного модуля

Отличительными функциональными особенностями программы являются:

• проектирование токарной технологической оснастки;

• создание готовых конструкций;

• возможность настройки стадийности проектирования;

• создание библиотек элементов и узлов конструкций;

• простая адаптация спроектированного приспособления к используемому оборудованию;

• интерактивный критериальный подход для оценки конструкций;

• установка различных оценочных критериев и создание новых. Основное взаимодействие пользователя и программы строится

посредством набора диалоговых окон, примеры которых показаны на рисунках И и 12.

Просмотр готовых технических решений..

Проектирование нового , приспособления : .

Модификация созданных конструкций•

Настройка

Редактор библиотечных элементе»

Используемое оборудование

С туп е ни ко н кре т и ззци и

Критерии

Установки по: умолчанию

Проектаювание токарной технологаческой оснастки

:: -Работа с конструкциями.......

Рис. 11. Главное окно программы

Рис. 12. Установка начальных условий проектирования

Помимо проектирования в программе предусмотрена возможность работы с базой ранее созданных приспособлений. Конструктор может не только просмотреть разработанные конструкции, но и при необходимости оперативно внести в них изменения и пересчитать.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В диссертации решена задача, имеющая существенное значение для машиностроения, заключающаяся в автоматизации интерактивных процедур проектирования технологической оснастки для станков токарной группы, повышающая эффективность проектирования на основе применения критериальной системы оценки качества принимаемых решений.

2. Установлены связи между этапами проектирования технологической оснастки, отличающиеся тем, что они позволяют определить логику интерактивного проектирования.

3. Разработана структурно-функциональная модель системы проектирования, особенностью которой являются знания о входящих в ее состав элементов, способах и видах взаимодействий, возникающих между ними, качестве изготовления, как отдельных элементов, так и узлов в сборе.

4. Выбор оптимальной конструкции технологической оснастки из множества возможных вариантов ее реализации следует осуществлять с использованием оценочных условий - критериев, универсальных, используемых на всех уровнях проектирования, и специальных, применяемых только на одном уровне.

5. В работе показано, что значения критериев целесообразно определять, исходя из вероятностной оценки точностных показателей элементов технологической системы.

6. Применение теории полихроматических множеств позволило создать систему генерации критериев и повысить достоверность принятия решений на этапах проектирования.

7. Создан интерактивный алгоритм поддержки принятия конструкторских решений, позволяющий пользователю производить поиск и выбор из большого объема справочной информации, использовать и сохранять данные о созданных конструкциях, их геометрических размерах, их точностных показателей, эксплуатационных характеристиках и конструктивных элементах.

8. Разработано информационно-программное обеспечение процесса проектирования технологической оснастки для станков токарной группы.

9. Рекомендованы результаты работы для предприятий машиностроения и для учебных специальностей 151001, 230105, 230102.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Симанженков К.А., Спирин Д.В. Применение морфологического подхода при проектировании технологической оснастки. // Материалы XI научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИМН РАН» по математическому моделированию и информатике/М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2008- с.271-272.

2. Симанженков К.А., Спирин Д.В. Разработка системы критериев для принятия оптимальных решений при проектировании технических объектов. // Материалы XII научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИМН РАН» по

математическому моделированию и информатике/М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2009- с.369-371.

3. Симанженков К.А., Спирин Д.В., Кузнецова Н.М. Система критериев для выбора наилучшего варианта конструктивных параметров при проектировании технологической оснастки. // Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ «Станкин», №3 (7), 2009-с. 35-40.

4. Симанженков К.А., Спирин Д.В., Шеина Г.М. Поддержка принятия конструкторских решений при автоматизированном проектировании средств технологического оснащения. // Вузовская наука - региону: Материалы седьмой всероссийской научно-технической конференции. В 2-х томах. Вологда: ВоГТУ, 2009.-Т. 1-е. 169-171.

5. Спирин Д.В. Аркатова H.A. Эффективное проектирование средств технологического оснащения при автоматизированной подготовке машиностроительного производства. // Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал. - М., МГТУ «МАМИ», №2 (8), 2009-е. 202-209.

Подписано в печать 22.03.2010

Формат 60x90'Лб Бумага 80 гр/м2 Гарнитура Times

Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 499

Отпечатано в «ИПД Триальфа»,

103305, Москва, Зеленоград, проезд 4807, д.1., стр.1

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор вопросов проектирования токарных приспособлений и постановка задачи исследования.

1.1. Обзор методов проектирования приспособлений.

1.1.1. Традиционное проектирование.

1.1.2. Автоматизированное проектирование.

1.2. Обзор конструкций токарных приспособлений.

1.3. Анализ методов проектирования технических объектов.

1.3.1. Стратегии проектирования.

1.3.2. Методы проектирования.

1.4. Постановка задачи исследования.

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Формализация процесса проектирования технических объектов.

2.1. Обобщенная модель технической системы.

2.2. Концепция стратегии интерактивного проектирования.

2.3. Критериальная оценка конструктивных решений

2.3.1. Структуризация критериев.

2.3.2. Формирование набора критериев для ступеней конкретизаций.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Методы поддержки принятия конструкторских решений при автоматизированном проектировании токарных приспособлений.

3.1. Декомпозиция конструкции токарного приспособления.

3.1.1. Основные элементы приспособления.

3.1.2. Примеры конструктивного оформления элементов.86.

3.2 Определение весовых коэффициентов критериев.

3.2.1. Критерий — надежность выполняемых функций.

3.2.2. Критерий - сложность конструкции.

3.2.3. Критерий — точность.

3.2.4. Критерий - безопасность.

3.2.5. Критерий — величина вспомогательного времени.

3.3. Пошаговая конкретизация конструктивных элементов приспособления.

3.3.1. Алгоритм проектирования.

3.3.2. Конкретизация элементов решения.

3.4 Структура конструкторской базы данных.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Реализация автоматизированных методов принятия конструкторских решений.

4.1. Основные характеристики разработанного программного обеспечения.

4.2 Примеры диалоговых окон.

4.3 Выводы по главе 4.

Актуальность работы.

Технический прогресс в машиностроении в большей степени зависит от конкурентоспособности выпускаемых машин. В то же время эта конкурентоспособность зависит от качества и себестоимости деталей, которые определяются технологией их изготовления, занимающей 30-70% в общей трудоемкости производства машин. Затраты на изготовление, приобретение и эксплуатацию технологической оснастки составляют до 20% от стоимости оборудования, а себестоимость и сроки подготовки производства в основном определяются величиной затраты труда и времени на проектирование и изготовление технологической оснастки.

Применение машиностроительной технологической оснастки позволяет значительно повысить эффективность используемого оборудования и повысить гибкость производства. Наиболее трудоемкой в проектировании и изготовлении частью технологической оснастки являются станочные приспособления.

При проектировании токарных приспособлений их конструкции сводят к типовым: патроны, центра, оправки, планшайбы. Конструкции, созданные на основе подобия, отличаются перерасходом материала, невозможностью достижения максимальных значений показателей, влияющих на качество изготовления деталей, снижением коэффициента загрузки оборудования.

Поэтому разработка эффективной методологии проектирования и создание системы помощи принятия конструкторских решений является актуальной задачей.

Цель работы:

Повышение качества и сокращение сроков проектирования токарной технологической оснастки на основе автоматизации интерактивных процедур.

Научная новизна работы заключается в следующем: установлении связей между этапами, определяющие логику интерактивного проектирования; формировании структуры функциональной модели системы проектирования, особенностью которой являются знания о количестве входящих в ее состав элементов, способах и видах контактных взаимодействий, возникающими между ними, качестве изготовления, как отдельных элементов, так и узлов в сборе; разработке интерактивного алгоритма поддержки принятия конструкторских решений;

- информационно-программное обеспечение процесса проектирования технологической оснастки для станков токарной группы.

Методы исследования.

При выполнении работы использовались основные положения методологии проектирования машин, технологии машиностроения, машиноведения и деталей машин, теория множеств, теория графов, системный анализ.

Практическая ценность работы состоит в разработке методического и информационного обеспечения системы автоматизированного проектирования токарной оснастки в интерактивном режиме.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на семинарах кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» МГТУ «Станкин»; XI научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН», XII научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН», VII всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука — региону».

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В диссертации решена задача, имеющая существенное значение для машиностроения, заключающаяся в автоматизации интерактивных процедур проектирования технологической оснастки для станков токарной группы, повышающая эффективность проектирования на основе применения критериальной системы оценки качества принимаемых решений.

2. Установлены связи между этапами проектирования технологической оснастки, отличающиеся тем, что они позволяют определить логику интерактивного проектирования.

3. Разработана структурно-функциональная модель системы проектирования, особенностью которой являются знания о входящих в ее состав элементов, способах и видах взаимодействий, возникающих между ними, качестве изготовления, как отдельных элементов, так и узлов в сборе.

4. Выбор оптимальной конструкции технологической оснастки из множества возможных вариантов ее реализации следует осуществлять с использованием оценочных условий - критериев, универсальных, используемых на всех уровнях проектирования, и специальных, применяемых только на одном уровне.

5. В работе показано, что значения критериев целесообразно определять, исходя из вероятностной оценки точностных показателей элементов технологической системы.

6. Применение теории полихроматических множеств позволило создать систему генерации критериев и повысить достоверность принятия решений на этапах проектирования.

7. Создан интерактивный алгоритм поддержки принятия конструкторских решений, позволяющий пользователю производить поиск и выбор из большого объема справочной информации, использовать и сохранять данные о созданных конструкциях, их геометрических размерах, их точностных показателей, эксплуатационных характеристиках и конструктивных элементах.

8. Разработано информационно-программное обеспечение процесса проектирования технологической оснастки для станков токарной группы.

9. Рекомендованы результаты работы для предприятий машиностроения и для учебных специальностей 151001, 230105, 230102.

1. Илыщкий В.Б. Совершенствование теории проектирования станочных приспособлений на основе конструкторско-технологического обеспечения их эксплуатационных свойств. Дисс. на соиск. д.т.н. Брянск, 1994 540 с.

2. Корсаков B.C. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1971.-287 с.

3. Ильицкий В.Б., Микитянский В.В., Сердюк Л.М. Станочные приспособления. Конструкторско-технологическое обеспечение эксплуатационных свойств. -М.: Машиностроение, 1989.-208 с.

4. Здор В.А. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств базовых деталей универсально-сборных приспособлений (УСП). Дисс. на соиск. к.т.н. М., 1978.-138 с

5. Универсально-сборная и переналаживаемая оснастка//А.И. Жабин, Г.П. Холод, В.А. Здор и др. Киев: Техника, 1982.-263 с.

6. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: Учеб. для машиностроит. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1999. — 591 с.

7. Бирюков В.Д. и др. Переналаживаемая технологическая оснастка. М.: Машиностроение, 1988.

8. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1975.

9. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1984. - Т.1 Под ред. Б.Н. Вардашкина, A.A. Шатилова, 1984 - 592 с. Т.2 Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В.Данилевского, 1984 - 656 с.

10. Ю.Схиртладзе А.Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств. Учебное пособие. В 2 ч. М.: МГТУ «Станкин», 1998.-Ч.2, 615 с.

11. П.Ракович А.Г. Автоматизация проектирования приспособлений для металлорежущих станков. — JL: Матгиз. 1960.

12. Ильицкий В.В., Ерохин В.В. Проектирование технологической оснастки: учеб. пособие. — Брянск: БГТУ, 2006. 123 с.

13. Половинкин А.И. ЭВМ: поиск новых технических решений. Наука и жизнь, 1976, № 10, с. 54 61.

14. Базров Б. М. Модульный принцип построения механосборочного производства. // Вестник машиностроения. 1993. №12.

15. Базров Б. М. Концепция модульного построения технологических средств, механосборочного производства.//Вестник машиностроения. 1996 №2.

16. Базров Б. М. Совершенствование производства деталей на основе модульной технологии. М.:Информпрнбор, 1989. Вып. 4. ТС-9. Техноло-логня приборостроения.

17. Косов М.Г., Симанженков К.А., Толкачева И.М., Митрофанов Г.В., Корзаков A.A. Информационная модель контакта узлов и деталей технологического оборудования. М.: ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», 2004. -132 с.

18. Коловский М.З., Евграфов А.Н., Семёнов Ю.А., Слоущ A.B. Теория механизмов и машин. М.: Издательский центр "Академия", 2006. -560с.

19. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969. — 559 с.

20. Клепиков В.В., Бодров А.Н., Семичастнов Ю.И. Основы технологии машиностроения: Учебное пособие для учреждений среднего профессионального образования. М.: Центр инноваций в педагогике, 1998.-560 с.

21. Хубка В. Теория технических систем: Пер. с нем.— М.: Мир, 1987. — 208 с.

22. Ксенофонтова М.М. Выявление ключевых недостатков в технических системах

23. Нилов А.П. Применение диверсионного анализа при верификации концепций

24. Соколов Е.В. Выбор станочных приспособлений на основе классификаторов деталей и оснастки: Учебное пособие / Ун-т технического прогресса в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986. 44 с.

25. Корсаков B.C. и др. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении. М.: Машиностроение, 1985. 310 с.

26. Егоров М.Е. Технология машиностроения. М.: Высш. шк., 1965. 580 с.

27. Груфер М. САПР и автоматизация производства. /Зиммерс Э./ М.: Мир, 1987.-528 с.

28. Рыбаков A.B. Создание автоматизированных систем в машиностроении / Рыбаков A.B., Евдокимов С.А., Меленина Г.А. М.: МГТУ «Станкин», 2001. — 157 с.

29. ЗО.Ансеров М.А. Зажимные приспособления для токарных и круглошлифовальных станков. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1948. — 178 с.

30. Справочник технолога-машиностроителя. Т.1. Под ред. А.Г. Касиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1985.

31. Гусев A.A., Ковальчук Е.Р., Колесов И.М. и др. Технология машиностроения (специальная часть). М.: Машиностроение, 1983.

32. Степанов Ю.С. Современные конструкции станочных оправок. — М.: Машиностроение, 1996. 184 с.

33. Базров Б.М., Сорокин А.И. и др. Альбом по проектированию приспособлений. М.: Машиностроение, 1991 . 120 с.

34. Горохов В.А. Проектирования и расчет приспособлений. Мн.: Высш. шк., 1986.-238 с.

35. Горошкин А.К. Приспособление для металлорежущих станков: Справочник 7-е изд. М: Машиностроение, 1979. - 303 с.

36. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений: Учебное пособие для учащихся техникумов 3-е изд. М.: Высш. шк., 1980. - 240 с.

37. Фещенко В.Н. Токарная обработка 6-е изд. - М.: Высш. шк., 2005. — 303 с.

38. Банников Е.А. Справочник токаря — 2-е изд. — Ростов н/Д.: Феникс, 2007.-400 с.

39. Дунаев П.Ф. Детали машин. Курсовое проектирование. / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. М.: Машиностроение, 2003. - 536 с.

40. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. М.: высшая школа, 1966. — 362 с.

41. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник. М.: Высшая школа, 1991.-383 с.

42. Реймерс А.Н. Основы конструирования машин. -М.: Машиностроение, 1965.-228 с.

43. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1975. - 517 с.

44. Корчак С.Н., Ракович А.Г., Синицин Б.Н. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1988.

45. Аверченков В.И., Каштальян H.A., Пархутик А.П. САПР технологических процессов, приспособлений и режущихинструментов: учебное пособие д/вузов. — Мн.: Высшая школа, 1993. -288 с.

46. Джонс Дж. К. Методы проектирования. — М.: Мир, 1986. 328 с.

47. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений. М.: Мир, 1969. - 442 с.

48. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1988.-368 с.

49. А. Suess, К. Felber, J. Sprotte u.s.w. Konstruktionsbeispiele. VEB Fachbuchverlag, Leipzig, 1970.

50. Прохоров А.Ф. Общая методология проектирования машин. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. - 45 с.

51. Плужников А.И. Применение морфологического анализа для поиска рациональных структур и компоновок механизмов. Методическая разработка ИПК Минживмаш. Люберцы, 1987.

52. Чус A.B., Данченко В.Н. Основы технического творчества. Киев, 1982.

53. Информационно-вычислительные системы в машиностроении CALS-технологии / Ю.М.Соломенцев, В.Г.Митрофанов, В.В.Павлов, Л.В.Рыбаков М.: Наука, 2003, 292 с.

54. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. -М.: Машиностроение.