автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация обеспечения технологичности конструкций сборочных соединений в условиях применения интегрированных САПР

На правах рукописи

Кузнецов Дмитрий Олегович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ СБОРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ САПР

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Брянск 2003

Работа выполнена на кафедре "Компьютерные технологии и системы" Брянского государственного технического универеи гета

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

д.т.н, профессор В.И. Аверченков

Официальные оппоненты

заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор В.А. Калшев

к.т.н., Г.И. Добровольский

Ведущая организация: ОАО "Брянский Арсенал"

Защита состоится 9 декабря 2003 года в 16 часов на заседании диссертационного совета К212.021.01 при Брянском государственном техническом университете по адресу: 241035, г. Брянск, бульвар 50-летия Октября, д. 7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета

Автореферат разослан 6 ноября 2003 года

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., профессор

Гула ков В. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации.

Разработка нового изделия - сложная задача, при решении которой конструктор должен не только обеспечить высокий технический уровень и эксплуатационные качества этого изделия, но и в полной мере учесть требования производства, то есть обеспечить его технологичность.

Обеспечение технологичности конструкции шделня (ТКИ) является функцией подготовки производства, предусматривающей взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе и монтаж вне предприятия-изготовителя, техническое обслуживание и ремонт изделия.

В настоящее время задачи обеспечения ТКИ могут быть решены на качественно новом уровне с использованием интегрированных САПР (CAD/CAM/CAE-систем). Применение этих систем неразрывно связано с CALS - современными информационными технологиями для интеграции процессов, выполняющихся в ходе всего жизненного цикла продукции и ее компонентов. В основе CALS лежит использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректная интерпретация на всех этапах жизненного цикла изделия, в том числе на этапе технической подготовки его производства. Поэтому очевидно, что обеспечение ТКИ, являясь одной из задач подготовки производства, должно также рассматриваться в контексте применения CALS-технологий.

Анализ CAD/CAM/CAE-систем, существующих на российском рынке, показывает, что ни в одной из них такого модуля на настоящий момент не существует. Это связано с тем, что, несмотря на достаточно большое количество научных рабйт, посвященных проблеме автоматизации обеспечения ТКИ, не решены следующие основные задачи:

1. До сих пор не существует методики, позволяющей осуществлять комплексную отработку изделия на технологичность и использующей основные инструменты этого процесса — методы качественной и количественной оценок ТКИ.

2. Существующие на данный момент исследования затрагивают в основном процесс отработки на технологичность на этапах рабочего проектирования деталей конструкции изделия и ранних этапах технологической подготовки производства. В то же время подходы к формализации процедур качественной и количественной оценок ТКИ на более ранних этапах проектирования, в частности, на этапе проектирования сборочных соединений, практически отсутствуют.

В связи с этим в работе был проведен комплекс теоретических и практических исследований, направленный на решение задачи автоматизации обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений (ТКФСС).

Целью диссертационной работы является формализация процедур автоматизированного обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений в условиях применения интегрированных САПР и создание на их основе математических, информационных моделей и алгоритмов для решения задач подобного класса.

Для достижения указанной цели в работа решились следующие задачи:

«чем

РОС. НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА

1. Разработка метда. позволяющею атомагиНфоваи, процесс обеспечения 1схнологичносги коне(рукм ииных форм сборочных соединений ( ГКФСС) на основе совокупное ж ее качественной и Количественном оценок.

2. Построение и исследование с фу к туры автоматизированной подсиоемм обеспе--.1 чения ГКФСС.

3. Разработка принципов формализации представления различных конструктивных исполнений сборочных соединений на примере сборочных соединений гина •'вал-втулка", предназначенных для передачи крутящего момента.

4. Формали¡ация процедур автоматизированного обнаружения нетехнологичных конструктивных решений в анализируемом изделии и обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений непосредственно в процессе проектирования.

5. Создание алгоритмов и основных программных модулей автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС.

Методы исследования. Для исследования и реализации поставленных в работе задач использовались: основные положения технологии машиностроения; методы сравнительной качественной и количественной оценок ТКИ, методы унификации и типизации конструкции изделий; математический аппарат и методы теории множеств, в том числе и нечетких; теория и методы построения экспертных оценок. При разработке программных модулей использовались методы структурного и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1.' Предложена концепция комплексной (с использованием качественной и количественной оценок) автоматизации обеспечения ТКИ в процессе конструкторской подготовки производства на основе применения типовых конструкторско-технологических решений.

2. Разработана методика автоматизации основных процедур обеспечения ТКФСС и ' создана структурная схема автоматизированной подсистемы обеспечения

ТКФСС, определяющая состав, характер функционирования и взаимодействия ее модулей.

3. Сформулированы принципы формализации представления конструктивных исполнений сборочных соединений в виде объектов, характеризующихся наличием как конструкторской, так и технологической информации.

4. Рассмотрены принципы построения и предложена структура базы знаний конструктивных решений с использованием продукционной модели представления знаний.

5. Разработаны математические модели и алгоритмы основных процедур обеспечения ТКФСС непосредственно в процессе проектирования изделия и отработки на технологичность конструктивных форм спроектированных сборочных соединений типа ^вал-втулка", предназначенных для передачи крутящего момента.

Практическая полезность работы заключается в разработке математических и информационных моделей для решения ¡адач обеспечения ТКФСС и на их основе - основных программных модулей автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС на примере сборочных соединений типа "вал-втулка", предназначенных для передачи крутящего момента.

* . "я»

Апробации работы и публикации. Paooia выполнялась в рамках следующих офаслевых научно-исследовательских программ и проектов:

1. "Научные исследования высшей школы в облаои производственных технологий" на тему: "Разработка комплексной интеллектуальной автоматизированной системы отработки конструкций деталей на технологичность" (1999-2000 г.г.).

2. "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" на тему: "Разработка комплексной интеллектуальной автоматизированной системы обеспечения технологичности деталей и сборочных соединений" (2000-200! г. г.).

3. "Математическое моделирование процедур отработки изделий на технологичность при автоматизированном проектировании" (2000-2001 гг.)

Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих международных и региональных конференциях: международной молодежной научной конференции XXVI ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ (Москва-2000 г.), международной научно-технических конференции (Белгород-2001 г.), третьей региональной научно-практической конференции-ярмарке "Новые идеи, технологии, проекты и инвестиции" (Брянск, 2001 г.) и др.

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и 6 приложений. Работа изложена на 187 страницах формата A4 и включает 46 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 77 наименований, приложения на 22 страницах. Общий объем работы - 209 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимой работы, а также необходимость создания подходов к формализации процедур, направленных на обеспечение технологичности конструктивных форм изделий (и в частности, ТКФСС) и разработки на их основе математических, информационных моделей и программных модулей соответствующих автоматизированных систем, сформулирована цель работы и задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, указана научная новизна работы и приводится краткий обзор структуры работы.

В первой главе на основании действующих стандартов (ГОСТ 14.201-73 -ГОСТ 14.205-73) и работ Ю.Д. Амирова, С.Л. Ананьева, А.Н. Балабанова, К.В. За-ломновой, В.Л. Михельсона-Ткача и других ученых проведен анализ существующих понятий ТКИ, ее обеспечения и оценки. Также рассмотрены пути формализации и автоматизации некоторых задач обеспечения ТКИ, в частности, формализации алгоритмов принятия решений на ранних стадиях технологического проектирования (работы В.И. Аверченкова, Г.К. Горанского, В.А. Камаева, Н.М. Капустина, С.П. Митрофанова, В.В. Павлова, Ю.М. Соломенцева, В.Г. Старостина, В.Д. Цветкова, Б.Е. Челищева) автоматизации количественной оценки ТКИ (работы В.Г. Кононен-ко, С.Г. Кушнаренко, В.М. Кульчева, М.А. Прялина и др.) и качественной оценки (работа В.А. Шкаберина).

Анализ результатов научных исследований в области САПР и САПР ТП, а также информационных ресурсов web-серверов компаний—производителей, современных CAD/CAM/CAE-систем ("EDS PLM Solutions", AO "Tori-Системы",

''Solid Woikb" и др.) показал наличие в них с реле I и, гинволяющич реикпь оиюльные ia;ui4n обеспечения ТКИ. В связи с >гим были сделаны следиощие выводы:

• средствами интегрированных САПР могут решаться различные задачи обеспечения ТКФИ, однако ни в одной из систем не существует единого модуля или подсистемы, функции которой были бы направлены на комплексное решение рассматриваемой проблемы;

• модуль автоматизации обеспечения ТКИ, являясь одним из компонентов C/ID-системы, должен обеспечивать процесс формирования технологичной конструкции изделия (применительно к компонентам данного изделия всех уровней легализации - деталей, сборочных соединений и узлов) и анализа спроектированной конструкции на наличие нетехнологичных компонентов с последующей их отработкой.

На рис. 1 представлена схема взаимодействия основных компонентов интегрированных САПР и определено место автоматизированной системы обеспечения

PckOMOUdllMII "О 1ПМСПСН11Ю KOtlCt [J) Ь-UII» в соответствии с требованиям» (производства

CAD (конструкторская подготовка производства)

Модуль твердотельного модели рования

Автоматизированная система обеспечения технологичности конструкций 1 изделий

Полсистоив сбеспечеиия техно-; логичности сборочных углов

ЕЕ

Подсистема обеспеченна техно-югнчностм сборочных соединений

Подсистема обеспечения технологичности деталей

Рис. 1. Автоматизированная система обеспечения технологичности конструкции изделий в среде интегрированных САПР

ТКИ в среде этих систем.

• наибольшее число работ по автоматизации процесса отработки конструкций изделий на технологичность посвящено количественной оценке ТКИ, проводимой на ранних стадиях технологического проектирования (при выборе вида заготовки, разработке операционных технологических процессов и др.);

• в настоящее время отсутствуют работы, в которых предпринимаются попытки комплексной (на основе качественной и количественной оценок) автоматизации отработки изделий (или отельных их компонентов рашичной степени детализации) на технологичность конструктивных форм.

Вюрая глава посвящена разработке концепции построения авюматигирован-ной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм н¡делим.

В качестве методов обеспечения техноло! ичности конструктивных форм изделий использовались методы, предусматривающие сравнение сущес1вующих вариантов конструктивных исполнений составных частей объекта проектирования и выбор наилучшего (наиболее технологичного! в заданных производственных условиях по совокупности качественных и количественных критериев оценки.

Обоснована целесообразность использования при автоматизации решения задач обеспечения технологичности конструктивных форм изделий экспертных компонентов продукционного типа, основанных на знаниях.

С использованием системного подхода описана концепция обеспечения технологичности конструктивных форм изделий в условиях применения САП/САМ/САН. Суть предлагаемой концепции можно представить в виде след^ЩвйщбжжадвиЬмплексный процесс обеспечения технологичности конструктивных форм изделий может быть реализован путем решения совокупности следующих основных задач:

• обеспечение технологичности непосредственно в процессе проектирования изделия;

• отработка на технологичность спроектированных элементов изделия.

2. Проектирование элементов изделия должно проводиться в среде САЕ>-модуля интегрированной САПР, используемой для подготовки производства проектируемого изделия. Помимо данной среды для комплексного решения задач обеспечения технологичности целесообразно ввести понятие дополнительной среды проектирования - среды проекта обеспечения технологичности. Внутри такой среды элементы конструируемого изделия выступают как объекты, обладающие помимр атрибутов, непосредственно связанных с их конструкциями, также и атрибутами, характеризующими технологичность их конструктивных форм. Физически такая среда может быть представлена в виде совокупности файлов, в которую, помимо файлов моделей сборок и отдельных деталей, входят файлы, хранящие в себе информацию, касающуюся технологичности всего изделия в целом, а также технологичности спроектированных элементов данного изделия.

3. Проектирование изделия осуществляется на основании использования типовых конструктивных решений различных степеней детализации, имеющих сведения, необходимые для расчета количественных показателей технологичности конструкции в рамках выбранной для конкретного проекта номенклатуры показателей.

4. Для учета влияния всех показателей технологичности, используемых в проекте, предлагается использовать многокритериальную количественную оценку технологичности конструктивных решений, основанную на применении обобщенного приведенного показателя технологичности, определяемого по следующей зависимости:

г и \

ь.-е—

11 I

где Ь„ N1, N2 - весовые ко>ффициеты и количесшо

соогвеюгвенно ра¡мерных и безразмерных показателей;

К

!>»•" -текущее значение 1-го частного покаштеля, имеющего размерность (для отдельною соединения);

К»пр.ич _5а10вое (для изделия в целом) ¡начение ¡-го частного показа 1еля, имеющего размерность.

«"р -значение безразмерного .¡-го показателя.

Необходимость введения весовых коэффициентов Ь, и ^ обусловлена тем, чю различные показатели технологичности неодинаково влияют на общий уровень технологичности. Данные коэффициенты предлагается определять на основе экспертных оценок методом парных сравнений с количественной оценкой предпочтения.

5. Информационным ядром автоматизированной системы, реализующей данную концепцию, является конструкторско-технологическая база знаний, включающая представленные в формализованном виде готовые конструкторско-технологические решения, используемые в процессе проектирования изделий, а также формализованные правила, позволяющие выявлять наиболее технологичные решения из множества возможных на основании качественной и количественной оценок технологичности.

6. Процесс .формирования технологичной конструкции изделия носит циклический характер: на определенных этапах проектирования, когда у пользователя (конструктора) возникает необходимость выбора наиболее технологичного конструктивного решения, он обращается к подсистеме, и на основании формализованного запроса последняя выдает рекомендации о применении наиболее технологичного в данных условиях решения. Выбор наиболее технологичного решения базируется либо на экспертном ранжировании (качественная оценка), либо по совокупности частных количественных показателей с использованием приведенного обобщенного показателя, определяемого по формуле (1).

Третья глава посвящена разработке структуры, математических и информационных моделей компонентов автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС.

В качестве объекта исследования рассматривалась технологичность конструктивных форм типовых сборочных соединений, наиболее часто используемых в современном машиностроительном производстве. Для детальной проработки взаимодействия и структуры модулей автоматизированной подсистемы исследование проводилось на примере сборочных соединений типа "вал-втулка", предназначенных для передачи крутящего момента. Анализировались следующие типы сборочных соединений (с различными вариантами осевой затяжки):

• прессовые (цилиндрические и конические);

• шпоночные (с использованием призматических, клиновых и сегментных шпонок);

• шлицевые (лрямобочные и эвольвентные);

• штифтовые (с использованием радиальной и осевой фиксации цилиндрическими и коническими штифтами);

• призматические.

Основными режимами работы подсистемы, реализующими процедуры отработки сборочных соединений на технологичность (рис. 2), являются следующие:

Модуль выявления наиболее технологичного конструктивного решения

Модуль редактирования базызна-_ний_

Модуль управления проектом обеспечения технологичности

Аьтоийтюироыюмл подсистема обеспечения

|ТКФСС

<_'А1>-система

База знаний конструктивных решений

Параметрические Библиотеки твердотельных

конструктивно-технологических элементов

Рас. 2. Состав модулей автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС

1. Режим управления проектом обеспечения технологичности (модуль управления проектом обеспечения технологичности). В этом режиме выполняются следующие функции:

• создать проект;

• удалить проект;

• сохранить проект;

• установить номенклатуру критериев оценки технологичности;

• установить базовые значения количественных показателей технологичности;

• ранжировать критерии технологичности по их значимости.

При реализации функции создания проекта к основному файлу сборочной модели конструкции проектируемого изделия добавляется "файл проекта", содержащий в себе технологическую информацию, необходимую для расчета количественных показателей технологичности по каждому используемому конструктивному решению. В процессе создания проекта реализуются функции установления номенклатуры и ранжирования критериев оценки технологичности. Данные критерии могут быть как качественными, так и количественными. Полная номенклатура критериев оценки содержится в базе знаний системы.

2. Режим редактирования оам питий системы (модуль редактирования баш шаний). Конструкторски-юхнологическая база шаний выполняет следующие функции:

• хранение в формализованном виде конструктивных решений и их атрибутов;

• установление правил выбора наиболее технологичных конструктивных решений по совокупности качественных и количественных критериев оценки.

База знаний для решения рассматриваемых задач включает следующие основные компоненты:

1) Конструктивные решения (КР).

2) Конструктивно-технологические элементы (КТЭ) - различные типы поверхностей, канавок, шлицев, пазов и т.д., составляющие каждое КР.

3) Стандартные детали, необходимые для функционирования сборочного соединения (шпонки, шайбы, штифты, гайки и т.д.)

4) Технологические методы обработки элементарных КТЭ и сборки КР.

5) Правила выбора КР.

Конструктивные решения (КР) в базе было предложено представлять в виде параметризованных шаблонов. В формализованном виде любое КР можно представить следующим образом:

K,={type, ID(type,Num), F(Kj), KTE(Ki), C(K,),

P(Kd, R(Kj), J(Ki), Part(Ki)}, (2)

где type - тип сборочного соединения, представляемого описываемым конструктивным решением; ID(type,Num) - уникальный идентификационный номер конструктивного решения;

F(Kj) — функция, выполняемая соединением изделии; P(Ki) - область применения и производства представляемого сборочного соединения, представляемая в виде совокупности элементов области применения и производства. Для соединений, передающих крутящий момент, были выделены следующие элементы области применения:

• разборность (разборные и неразборные соединения);

• тип установки соединения (концевые и промежуточные);

• несущая способность (способность передавать требуемый крутящий момент).

В качестве элемента, определяющего условия производства, предлагается использовать тип производства.

Элементы множества КТЭ можно представить в виде следующего кортежа:

KTE={type, ID(type,Num),D(type),0(type)}, (3)

где type - тип представляемого конструктивно-технологического элемента; ID(type, Num)-уникальный идентификационный номер конструктивно-технологического элемеша;

D(type) - множество параметров конструктивно-1ехнологического элемента определенного типа, таких, что для каждого j-ro консфуктивно-

технологического элемента рассматриваемого коме I рук гивного решения не может быть двух одинаковыч параметров:

еО(КТЕ,) -,3(Ц: (1,лс1к*0 0=1....... ],к=1,...,ш), (4)

где п - количество конструктивно- технологических элементов в представляемом конструктивном решении;

ш - количество параметров рассматриваемого конструктивно-технологического элемента. 0(1уре) - множество технологических методов изготовления конструктивно-технологического элемента определенного типа, представляемое в следующем виде:

О((уре)={О„..мОт}*0, (5)

где 0|,..., Ою - упорядоченная совокупность ш технологических операций, в результате выполнения которых достигаются требуемые параметры качества конструктивно-технологического элемента, такая что:

УО, (¡=1,...ш; ]=1,...ш), (6)

т.е. для любого конструктивно-технологического элемента в последовательности технологических методов его изготовления не существует двух одинаковых элементов. Каждый элемент множества О может быть представлен в виде:

0,-={ГО,Т}, (7)

где ГО—уникальный код технологического метода;

Т — набор атрибутов, необходимых для определения значений количественных показателей технологичности для рассматриваемого метода. В рассматриваемой модели автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС элементами множества Т являются формулы для расчета основных показателей технологичности - трудоемкости и технологической себестоимости.

Пе1 - множество стандартных деталей, необходимых для технической реализации КР. Представление указанного множества в формализованном виде аналогично формуле (3).

Л - множество сборочных операций, необходимых для осуществления сборочного соединения. Формализованный вид элементов данного множества аналогичен (5).

- множество результатов экспертного ранжирования КР по критериям качественной оценки технологичности. Необходимо отметить, что в системе возможна взаимная увязка параметров конструктивно-технологических элементов, составляющих конструктивное решение, друг с другом и с параметрами технологических методов обработки и сборки.

Данный механизм реализуется путем использования редактора переменных, содержащегося в модуле редактирования базы знаний. Пример формализованного представления одного из сборочных соединений показан на рис. 3.

1 Кроме указанных основных компонентов в базе знаний также содержится дополнительная информация, необходимая для определения значений количественных показателей технологичности расчетно-аналитическим методом. База представляв! собой совокупность реляционных таблиц, физически расположенных в двух файлах Microsoft Access.

1401__»Ol

нрЦилиндрическая

Наименование Выраж сине Значение Наименование Выражение Значение

[Диаметр 50 50 Ширина ïnd(kan b.kan dvn<[101 ;Диаметр]& &dvk>=[101;flnaMeTpJ) 50

Длина 100 100

¡Шероховатость Ï.2 Î.2 УИпДиам 101;Диаметр]- find(kan ¡.кап.0УП<(101;Диаметр]& &dvk>=[101 Диаметр]) 0.5

■Поле допуск» "кб" кб

МахДнам 101;Диаметр] 50

< 1 * Шероховатость Ra ЗЛ 3.2

Поле допуска "hI2" i!2

Технологические методы изготовления КТЭ

4

Наименование Черновое Чистовое Черновое Чистовое Наиме- Черновое точение ка-

гонение точение шлифова- шлифова- нование навок

ние ние Врезание, 3

Врезание, мм 5 ' 5 мм

Перебег, мм 3. а Перебег, 0

мм/об ).5 32 мм

I, мм 2 I S, мм/об 0.5

Припуск 2 1 ' t, мм [МахДиам]-[М>пДиам]

V, мм/мин 80 120 Припуск [On.t]

Укр, м/с V. мм/мин 80

То, мин ¡[Длина!* 0.15+([Оп,Прилуск)/2- То. мин (([МахДиам]-

1 ЧОл,Перебег1+ -0,04)*((Длина]- [М|пДиам])/2)/([Оп,п]*[

»■[Оп,Врезание))/ -16)/(15"ÎOn;S]*[On,n]) On,S])*([On,Припуск)/!

k[On,nl*[On,S))' On,t))

Рйс.'З. Пример формализованного нредс! явлении сборочном» соединения на примере шпоночного соединения с осевой -югижкон шлнцепой ганкой

3. Режимы выявлении наиболее технологичного KP непосредственно в процессе проектирования и автоматического it.ni автоматашрованпого обнаружения петехнологичных сборочных соединений выполняются в ходе работы модуля выявления наиболее технологичного конструктивного решения.

На рис. 4 покачаны алгоритмы решения укачанных задач. Рассмотрим подробнее режим выявления наиболее технологичного конструктивного решения непосредственного в процессе проектирования.

Процесс выявления наиболее технологичного конструктивного решения начинается с формирования массива входных параметров, элементами которого являются элементы области применения и производства. После задания значений данных параметров модуль выявления наиболее технологичного конструктивного решения формирует запрос к базе знаний на выборку множества решений, удовлетворяющих входным данным. Затем следует итерационный процесс анализа правил выбора конструктивных решений.

Ранее было отмечено, что база знаний реализует продукционную модель представления знаний и использует механизм прямого вывода, действие которого основано на применении правила modus ponens, суть которого состоит в следующем: если существует правило <Если А, то В> и утверждение А истинно, то утверждение В тоже является Истинным. Правила срабатывают, когда находятся факты, удовлетворяющие их левой части.

Применительно к задаче разработки автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС правила записываются следующим образом:

At&...&A„=>B, (8)

Смысл элементов продукции, представленных в (8) можно описать следующим образом.

Множеству посылок A={Ai, А2,...,А„} соответствуют правила выбора конструктивных решений, определяемые для каждого решения в базе и записываемые на языке редактора переменных, используемого в системе. Пример правила представлен в табл.1.

Таблица 1

! г

* в уиювмч скобка* записываются выражения для paciei» параметров с использованием синтаксиса ягыка редактора переменных ((

Пример записи правила выбора конструктивного решения

Запись на естественном языке Запись на языке редактора переменных

Если соединение разборное, то выбрать, иначе - выход ЕСЛИ [ВхПар;Разборность]=»"Разборное" ВЫБРАТЬ ИНАЧЕ ВЫХОД

Если соединение устанавливается на выходном конце вала, то выбрать, иначе - выход ЕСЛИ [ВхПар;ТипУст]-'Концевые" ВЫБРАТЬ ИНАЧЕ ВЫХОД

Рели выполняется условие передачи требуемого крутящего момента, то выбрать, иначе - выход. ЕСЛИ [ВхПар;Ткр] < <выражение*> ВЫБРАТЬ ИНАЧЕ ВЫХОД

Рассчитать трудоемкость ВЫЧИСЛИТЬ |ВыхПар;Т1=<выраЖение>

Рассчитать себестоимость ВЫЧИСЛИТЬ |Вы\Пар,Ст]=<выражение>

Рассчитать обобщенный приведенный показатель технологичности ВЫЧИСЛИТЬ [Вы\Пар.К]=<выражение>

Itim/ixuimn tu/»» аичая ivk)l utiiil'\hi oôi'i ncw mtu ïhi'kiioнъчптнmit мм/с,/м/пмниы/ых ф»[т имрочнык toeOitiicHUu

3

Построение изображения наиболее тсхнрлогнчкого КР

6

База знаний конструк-гивных решений

Выбор решений из базы знаний, выполняющих одинаковую функцию и имеющих одинаковую область применения

1

Расчет частных и обобщенного показателей технологичности для каждого КР из выбранного множества

Сохранение значений частных показателей технологичности в файле проекта

_Г

Режим обеспечения ТКИ в процессе проектирования; Режим отработки на технологичность снроек*! н ронянного изделия Выход щ подсистемы

Библиотеки парамегрических моделей КР

. Сохранение значений (астных показателей технологичности в файле проекта

I.

2.

3

Рис. 4, Основные режимы работы антомагншрованной подсистемы обеспечения технолог н«шо-стн kohci рук~1 ннпых форм сборочных соединении

Правило срабатывает, если выполняется вся совокупность условий. В этом слу-

чае система формирует массив выходных караморой, соошегетвуюших каждому консфукгивному решению. Элементами данною массива являются рассчитанные значения количественных показателей темюло! нчносги и выбираемые из баш результаты качественного ранжирования по используемым критериям.

После окончания цикла формирования конфликтною множества следует его упорядочивание. При этом существует два варианта такого ранжирования:

1). В случае выбора пользователем ранжирования на основе качественной оценки ТКИ происходит определение интегрального веса каждого конструктивного решения (Rki) по нескольким неравнозначным качественным критериям:

Rki= Т, • Rki +Т2 • RU2+...+T„ • Rkll (9)

► где Ti, Т2,...,Т„ - массив весов частных критериев ТКИ. Данные веса опреде-

ляются при создания проекта обеспечения ТКФСС;

Rki) Rk2,---» Rkn - массив весов по соответствующим критериям, опреде-^ ляемых предварительно группой экспертов.

2). В случае выбора пользователем ранжирования на основе количественной оценки ТКИ происходит определение обобщенного приведенного показателя (формула (1)). Затем из упорядоченного массива возможных конструктивных решений пользователь выбирает конкретное решение, после чего осуществляется генерация элементов выбранного конструктивного решения в твердотельной модели проектируемого изделия с занесением в файл проекта достигнутых значений количественных показателей технологичности.

Алгоритм обратной задачи аналогичен рассмотренному выше. Разницу составляет способ получения входных данных: в этом случае пользователь выбирает конструктивное решение, которое необходимо проанализировать, в дереве модели, после чего из файла проекта система получает элементы массива входных данных. Кроме того, процессу генерации нового решения в модели изделия в этом случае будет предшествовать удаление нетехнологичного КР.

Для проведения качественной оценки ТКФСС были разработаны принципы ранжирования конструктивных решений в соответствии с производственными условиями на основе экспертных оценок при использовании метода парных сравнений с количественной оценкой предпочтения. Решение задачи осуществлялось в терминах теории нечетких множеств. Было введено нечеткое понятие «наиболее технологичное КР». Нечетким множеством А на множестве X является совокупность tjajb вида: А={<рл(х)/х>}, где р„(х):Х—>[0;1) - отображение множества X в единичный отрезок [0; 11, называемый функцией принадлежности нечеткого множества А.

Результат опроса эксперта представлялся в виде квадратной матрицы M=(m,j], i,j=l ,n , где n - число оцениваемых объектов (конструктивных решений). Число тч показывает, во сколько раз, по мнению эксперта, (.t»(x¡) превышает |ia(Xj), т.е. на-Ь сколько элемент х, более значим для понятия, описываемого нечетким множеством А, чем элемент x¡. Интерпретация значений m¡j соответствует нелинейной шкале Т.Саати.

Если экспертный опрос проведен безупречно, то матрица парных сравнений М п-го порядка имеет вид:

М=

Г|Л'| Г|/|1 ...Г|/Г„

г./г, г2/г2 ...г,/г„ г„/г, г„/г3 ...г„/г„

(10)

где г,=ца(х,), г2=ца(х2),...,г„=ц.,(х„).

Вектор Г=(Г|,Г2,...,Г„) определяется по зависимости:

Г, = И.и,) = -, ' (П)

I m „

i -1. II

где i,j е {1,2,...,п}.

В случае, когда рекомендации оцениваются экспертами с разной степенью компетентности по нескольким неравнозначным критериям, интегральная оценка

конструктивного решения определяется как:

р «

rii = E£aArik> (12)

Ь-1 k-l

где ah — вес h-rc> эксперта; р - количество экспертов; - вес к-го критерия; s - число критериев; rlk - оценка ¡-го объекта по k-му критерию h-м экспертом.

В качестве показателя согласованности группового ранжирования был использован коэффициент конкордации.

В четвертой главе освещаются вопросы разработки информационного и программного обеспечения автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС.

Разработанная автоматизированная подсистема была реализована в качестве приложения к интегрированной САПР "SolidWorks 2003". Выбор именно этой системы обусловлен следующими ее достоинствами:

1. Наличие средств параметризации, позволяющих без программирования получать параметрические модели любой сложности.

2. Возможность вставки твердотельных параметрических библиотечных фрагментов.

3. Наличие интерфейса программирования SolidWorks API, позволяющего создавать высокоэффективные пользовательские приложения и реализующего порядка 80% функционала системы.

В качестве лингвистического обеспечения была использована среда программирования Visual Basic 6. Состав модулей разработанного программного обеспечения соответствует представленному на рис. 2.

Рассмотрим порядок работы модуля выявления наиболее технологичного сборочного соединения (режим синтеза технологичной конструкции).

• В исходном состоянии проектируемая конструкция включает ступенчатый вал и зубчатое колесо (рис. 5, а). Для данных деталей необходимо спроектировать наиболее технологичное сборочное соединение.

11а первом этапе система на основании имеющихся данных в зависимости от функции, выполняемой требуемым соединением, формирует окно входных пара-мефон (рис. 5, б). Для соединений, передающих крутящий момент, такими параметрами являются:

Рис. 5. Порядок работы модуля выянлсиия наиболее технологичного соединения

• разборность (разборные или неразборные соединения);

• тип установки (промежуточные или концевые установки);

• 1 ни производства (единичный, мелкосерийный или серийный, крупносерийный и массовый);

• материалы втулки (ступицы) и вала:

• размерные параметры соединения (номинальный диаметр и длина);

• характер нагрузки (спокойная, циклическая или ударная);

• передаваемый крутящий момет.

. 'К

На основании введенным данных система формирует множество возможных решений и ранжирует его по убыванию степени соответствия понятию "наиболее технологичное конструктивное решение". Результаты расчеты сводятся в форму, представленную на рис. 5, в. При этом каждому конструктивному решению соответствует определенная вкладка формы. Первая вкладка отображает наиболее технологичное решение.

После принятия конструктором решения (выбор нужной вкладки на форме и выбор команды Применить) система вызывает процедуру генерации элементов выбранного соединения.

Результат работы системы - измененная конструкция - представлен на рис. 5, г. В данном случае (при выборе соединения на призматической шпонке с осевой фиксацией шлицевой гайкой) последовательно реализуются команды построения необходимых фасок, канавок и пазов на валу и в ступице, вставки дополнительных деталей - шпонки, шлицевой гайки и необходимых шайб, после чего осуществляется автоматизированное сопряжение всех элементов соединения.

В пятой главе рассмотрены варианты применения автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС:

1) в качестве экспертной системы, используемой конструктором при проектировании сборочных соединений;

2) для автоматизированного выявления нетехнологичных сборочных соединений в спроектированных изделиях и замены их на технологичные;

3) для формализованного представления технологами новых конструктивных решений;

4) в качестве обучающего модуля (например, при выполнении студентами лабораторных работ по дисциплинам "АСТПГГ, "САПР ТП" и т.д.).

Перспективы использования разработанной автоматизированной подсистемы и других систем. построенных на базе рассмотренных теоретических основ, связаны с формированиекГкомплексной системы обеспечения технологичности конструкций изделий, концепция создания которой рассматривалась в главе 2.

Освещены вйТгросы оценки экономического эффекта от использования разработанной автоматизированной подсистемы. При этом достигнуты следующие технико-экономические показатели:

1) Годовой экономический эффект от внедрения автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС составляет:

• при условии, что комплект технических средств уже установлен:

Э'гад=155877 руб.

• при условии, что комплект технических средств не установлен в отделе:

Э"гм=146987 руб.

2) Период возврата капитальных вложений:

• при условии, что комплект технических средств уже установлен в отделе:

г; = 0.98 год;

• при условии, что комплект технических средств не установлен в отделе:

77= 1.17 год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

При решении задач, направленных на достижение цели диссертационного исследования, были достигнуты следующие основные научные результаты: I. Рассмотренная концепция автоматизации обеспечения технологичности конструкций изделий позволяет учитывать технологические требования, предъявляемые к проектируемым компонентам изделия, уже на этапах конструкторской

подготовки производства, а также свести к минимуму количество последующих изменений, вносимых в конструкцию в соответствии с требованиями технологичности.

2. Предложенный в рамках разработанной концепции принцип проектирования на основе готовых типовых конструктивно-технологических решений обеспечивает высокий уровень унификации и конструктивной преемственности элементов конструкции, значительно снижает затраты времени и труда в процессе конструкторской подготовки производства с использованием САО/САМ/САЕ-систем за счет применения пользовательских процедур-макрокоманд.

3. Использование при количественной оценке вариантов конструкции приведенного обобщенного показателя позволяет адекватно учитывать значимость частных показателей, а приведение показателей, имеющих размерность, к соответствующим базовым значениям по всему изделию дает возможность оценить влияние каждого оцениваемого решения на формирование достигнутых значений частных показателей технологичности.

4. Предложенная типовая модель автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС, раскрывающая характер функционирования и взаимодействия ее модулей, позволяет строить эффективные пользовательские приложения на базе различных САО-модулей, существенно расширяя их функциональные возможности и значительно ускоряя процесс подготовки конструкторской документации на проектируемое изделие.

5. Представленные в данной работе принципы формализации типовых конструктивно-технологических решений дают возможность создавать конструкторско-технологические базы знаний для использования их в рамках процесса отработки изделий на технологичность, в частности, на ранних этапах конструкторской подготовки производства.

6. Математические модели для проведения качественной оценки вариантов конструкций сборочных соединений позволяют учитывать значимость критериев оценки и снизить субъективность оценки за счет использования механизма группового ранжирования и оценки согласованности показаний экспертов.

7. Разработанный в рамках данной работы язык описания элементов типовых конструкций сборочных соединений и правил их выбора позволяет представлять в базе знаний конструктивно-технологические модели произвольной степени сложности.

8. Программное обеспечение автоматизированной подсистемы обеспечения может быть использовано на промышленных предприятиях для повышения качества проектных решений при разработке конструкций сборочных соединений типа "вал-втулка", предназначенных для передачи крутящего момента.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кузнецов Д.О. Автоматизированная система для оценки возможности и обеспечения процесса автоматической сборки прямобочных шлицевых соединений// XXVI ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ. Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. - М.: Изд-во '"ЛАТМЭС", 2000. Том 2, - с. 19-20.

2. Кузнецов Д.О. Обеспечение технологичности конструктивных форм сборочных соединений в условиях применения ин гегрированных САПР// XXVII ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ. Тезисы докладов Международной молодежной конференции. - М.: Изд-во "ЛАТМЭС",2001. Том 3, - с. 100-101. '

Р1Щ 3 3 7" | о '

3. Кузнецов Д.О. Разработка автоматизированной подсистема / обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений // Международная студенческая научно-техническая конференция: Сб. тез. докл. -Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 4.2. -с. 33.

4. Кузнецов Д.О., Шкаберин В.А. Автоматизация обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных единиц и соединений //Молодежная научно-техническая конференция технических вузов центральной России: Тез. докл./ Под ред. O.A. Горленко. - Брянск: БГТУ, 2000. - с. 60, 61.

5. Кузнецов Д.О., Шкаберин В.А. Концепция автоматизации обеспечения технологичности конструктивных форм изделий в условиях применения интегрированных САПР / Новые идеи, технологии, проекты и инвестиции: Третья региональная научно-практическая конференция-ярмарка, г. Брянск: Тезисы докладов и выступлений. Часть 1 .-Брянск: Изд-во БГУ, 2001 .-С.40-42.

6. Аверченков В.И., Кузнецов Д.О. Шкаберин В.А. Определение приведенного обобщенного показателя при автоматизации обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений / Современные методы сборки в машиностроении и приборостроении: Материалы 2-го Международного научно-технического семинара, 26-28 февраля 2002 г., г. Свалява. - Киев: ATM Украины, 2002. -с. 3-5.

7. Аверченков В.И., Кузнецов Д.О., Шкаберин В.А. Разработка методики построения автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений. Сборка в машиностроении и приборостроении: Тез. докл. междунар. научно-техн. семинара / Под ред. O.A. Горленко.

- - Брянск: БГТУ, 2002 - с. 7-8.

Я. Кузнецов Д.О. Система мероприятий по обеспечению технологичности конструктивных форм изделий в условиях применения интегрированных средств автоматизации подготовки производства / Тезисы докладов 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава / Под ред. O.A. Горленко и И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ, 2002. -с. 261-263.

9. Аверченков В.И., Шкаберин В.А., Кузнецов Д.О. Разработка принципов построения автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений / BicmiK ЖДТУ, 2003. - №2(26). -Т.2/Техшчш науки. - с. 7-14.

Кузнецов Дмитрий Олегович

Автоматизация обеспечения технологичности конструкций сборочных соединений в условиях применения интегрированных САПР

Автореферат

Лицензия № 0203801 от 24.04.97. Подписано в печать 30.10.03. Формат 60x84 1/16. Бумага типографическая №2. Офсетная печать. Печ. л. 1. Уч.-изд.л. 1. Т. 100 экз.

Заказ ¿¿¿> Бесплатно._

Брянский государственный технический университет 241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7. Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16

введение

глава 1. современные методы и средства автоматизации решения задач обеспечения технологичности конструкций изделий

1.1. Понятие технологичности конструкция изделия

1.2. Проблемы обеспечения технологичности конструкции изделия

1.3. Виды оценки ТКИ

1.4. Существующие подходы к формализации и автоматизации некоторых задач обеспечения технологичности конструкции изделий

1.5. Возможности использования средств современных интегрированных САПР (САО/С АМ/САЕ-систем) для решения задач обеспечения технологичности конструкций изделий

1.5. Цель и задачи диссертационной работы

глава 2. разработка концепции автоматизации обеспечения технологичности конструкций изделий на основе качественной и количественной оценок

2.1. Выбор методов обеспечения технологичности конструктивных форм изделия, используемых при автоматизации обеспечения ТКИ

2.2. Обоснование целесообразности использования экспертных компонентов САПР для решения задач обеспечения технологичности конструктивных форм изделий

2.3. Концепция разработки автоматизированной системы обеспечения ТКИ в условиях применения интегрированных САПР

2.4. Выводы по главе

глава 3. разработка математических моделей и алгоритмов процессов автоматизации обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений

3.1. Обоснование выбора и характеристика объекта исследования

3.2. Построение модели автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений

3.3. Формализация представления конструктивных решений

3.4. Принципы построения и структура базы знания конструктивных решений

3.5. Разработка алгоритмов процедур выявления наиболее технологичного сборочного соединения на основе совокупности качественной и количественной оценок технологичности

3.6. Создание математических моделей д ля ранжирования конструктивных решений

3.7. Выводы по главе

глава 4. разработка программных модулей автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности сборочных соединений

4.1. Общая характеристика используемого технического и программного обеспечения автоматизированной подсистемы

4.2. Лингвистическое обеспечение, используемое при разработке программных модулей подсистемы

4.3. Описание порядка работы модулей подсистемы

4.4. Выводы по главе

глава 5. исследование путей применения автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений

5.1. Пути использования автоматизированной подсистемы

5.2. Оценка экономического эффекта от внедрения автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений

5.3. Выводы по главе

Разработка нового изделия - сложная задача, при решении которой конструктор должен не только обеспечить высокий технический уровень и эксплуатационные качества этого изделия, но и в полной мере учесть требования производства, то есть обеспечить его технологичность.

В настоящее время задачи обеспечения ТКИ могут быть решены на качественно новом уровне с использованием интегрированных САПР (CAD/CAM CAE-cviciQmÀ). Применение этих систем неразрывно связано с CALS - современными информационными технологиями для информационной интеграции процессов, выполняющихся в ходе всего жизненного цикла продукции и ее компонентов. В основе CALS лежит использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректная интерпретация на всех этапах жизненного цикла изделия, в том числе на этапе технической подготовки его производства. Поэтому очевидно, что обеспечение ТКИ, являясь одной из задач подготовки производства, должно также рассматриваться в контексте применения CALS-технологий.

Анализ СAD/CАМ/САЕ-сисгем, существующих на российском рынке, показывает, что, несмотря на то, что в составе современных интегрированных САПР имеются достаточно мощные средства для решения задач обеспечения ТКИ, до сих пор не существует модуля или подсистемы, позволяющей поддерживать процесс обеспечения ТКИ на всех этапах проектирования изделий, и в частности, на этапе проектирования сборочных соединений.

Это связано с тем, что, несмотря на достаточно большое количество научных работ, посвященных проблеме автоматизации обеспечения ТКИ, не решены следующие основные проблемы:

I. До сих пор не существует методики, позволяющей осуществлять комплексную отработку изделия на технологичность и использующей основные инструменты этого процесса - методы качественной и количественной оценок ТКИ.

2. Существующие на данный момент исследования затрагивают в основном процесс отработки на технологичность на этапах рабочего проектирования деталей конструкции изделия и ранних этапах технологической подготовки производства. В то же время подходы к формализации процедур качественной и количественной оценок ТКИ на более ранних этапах проектирования, в частности, на этапе проектирования сборочных соединений, практически отсутствуют.

В связи с этим в работе был проведен комплекс теоретических и практических исследований, направленный на решение задачи автоматизации обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений (ТКФСС).

Целью работы является формализация процедур автоматизированного обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений в условиях применения интегрированных САПР (CAD/CAM/CAE-систем) и создание на их основе математических, информационных моделей и алгоритмов для решения задач подобного класса

Поставленная цель определила следующую структуру диссертации.

В первой главе на основании действующих стандартов и работ Амирова Ю.Д., Ананьева C.JL, Балабанова А.Н., Залом новой К.В., Михельсона-Ткача ВЛ и других ученых проанализированы существующие понятия технологичности конструкции, ее обеспечения и оценки.

Также рассмотрены пути формализации и автоматизации некоторых задач обеспечения ТКИ, в частности, автоматизации количественной оценки ТКИ (работы Кононенко В.Г., Кушнаренко С.Г., Кульчева В.М, Прялина М.А. и др.) и качественной оценки (работы Аверченкова В.И., Шкаберина В.А. и др.).

На основании периодической литературы по САПР, а также информационных ресурсов www-серверов компаний-производителей или дистрибьюторов современных CAD/CAM/CAE-систем ("EDS PLM", АО 'Топ-Системы", "SolidWorks-Russia", "Аскон" и др.) проведен анализ данных систем на наличие в них средств, позволяющих решать различные задачи обеспечения ТКИ.

Вторая глава посвящена разработке концепции комплексной автоматизации обеспечения ТКИ в условиях применения интегрированных САПР и интеллектуальных компонентов.

В качестве теоретической основы разрабатываемой концепции приводятся методы, основанные на использовании совокупности сравнительной качественной и количественной оценок технологичности, предусматривающей сравнение существующих вариантов конструктивных исполнений элементов конструкции изделия, проектируемых на различных этапах конструкторской подготовки изделия, и выбора наилучшего (наиболее технологичного) в заданных производственных условиях.

Обоснована целесообразность использования при автоматизации решения задач обеспечения ТКИ экспертных компонентов продукционного типа.

С использованием системного и объектно-ориентированного подходов описана концепция обеспечения технологичности конструктивных форм изделий в условиях применения CAD/CAM/CAE-систем и на ее основе разработана концептуальная структурная схема комплексной автоматизированной системы обеспечения ТКИ.

В третьей главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой математических, информационных моделей и алгоритмов основных процедур процесса обеспечения ТКФСС.

В четвертой главе освещаются вопросы разработки основных программных модулей автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС.

Разработанная автоматизированная подсистема реализована в качестве приложения к интегрированной САПР SolidWorks 2003. В качестве лингвистического обеспечения была использована среда программирования Visual Basic 6. База знаний была реализована в СУБД реляционного типа Microsoft Access 2000.

Приводится порядок работы основных модулей автоматизированной подсистемы.

Пятая глава посвящена оценке экономического эффекта от внедрения предлагаемой автоматизированной подсистемы на предприятии. Кроме того, рассмотрены перспективы использования разработанной автоматизированной подсистемы и других систем, построенных на базе рассмотренных теоретических основ, связанные с формированием комплексной системы обеспечения технологичности конструктивных форм изделия, концепция создания которой рассматривалась во второй главе.

5.3. Выводы по главе

1. Автоматизированная подсистема обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений может использоваться в следующих случаях:

- в качестве экспертной системы, используемой конструктором при проектировании сборочных соединений;

- для автоматизированного выявления нетехнологичных сборочных соединений в спроектированных изделиях и замены их на технологичные;

- для формализованного представления технологами новых конструктивных решений;

- в качестве обучающего модуля (например, при выполнению студентами курсовых проектов по дисциплине "Детали машин").

2. В целом, по результатам расчета экономической эффективности, предлагаемая подсистема целесообразна с экономической точки зрения.

Годовой экономический эффект от внедрения автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС составляет:

- при условии, что комплект технических средств уже установлен: Э'год=155877руб.

- при условии, что комплект технических средств не установлен в отделе: Э"1ОД=146987 руб.

Период возврата капитальных вложений:

- при условии, что комплект технических средств уже установлен в отделе: Т^ = 0.98 год;

- при условии, что комплект технических средств не установлен в отделе: Т^ = 1.17 год.

Применение автоматизированной подсистемы будет эффективным после того, как число проектных решений превысит критическое значение:

- при условии, что комплект технических средств уже установлен: п^ - 3577 решение;

- при условии, что комплект технических средств не установлен в отделе: п" = 4270решение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа проблемы и проведенных в работе исследований по автоматизации обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений была разработана концепция автоматизированного обеспечения ТКФСС в условиях применения САО/САМ/САЕ - систем, учитывающая и сочетающая как принципы построения экспертных систем, так и особенности САО/САМ/САЕ — систем, что позволяет вывести процесс отработки соединений на технологичность конструктивных форм на новый качественный уровень.

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Компьютерные технологии и системы" Брянского государственного технического университета

При решении задач, поставленных в диссертационной работе "Автоматизация обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений в условиях применения интегрированных САПР" были достигнуты следующие основные результаты:

1. Рассмотренная концепция автоматизации обеспечения технологичности конструкций изделий позволяет учитывать технологические требования, предъявляемые к проектируемым компонентам изделия, уже на этапах конструкторской подготовки производства, а также свести к минимуму количество последующих изменений, вносимых в конструкцию в соответствии с требованиями технологичности.

2. Предложенный в рамках разработанной концепции принцип проектирования на основе готовых типовых конструктивно-технологических решений обеспечивает высокий уровень унификации и конструктивной преемственности элементов конструкции, значительно снижает затраты времени и труда в процессе конструкторской подготовки производства с использованием САО/САМ/САЕ-систем за счет применения пользовательских процедур-макрокоманд.

3. Использование при количественной оценке вариантов конструкции приведенного обобщенного показателя позволяет адекватно учитывать значимость частных показателей, а приведение показателей, имеющих размерность, к соответствующим базовым значениям по всему изделию дает возможность оценить влияние каждого оцениваемого решения на формирование достигнутых значений частных показателей технологичности.

4. Предложенная типовая модель автоматизированной подсистемы обеспечения ТКФСС, раскрывающая характер функционирования и взаимодействия ее модулей, позволяет строить эффективные пользовательские приложения на базе различных С АО-модулей, существенно расширяя их функциональные возможности и значительно ускоряя процесс подготовки конструкторской документации на проектируемое изделие.

5. Представленные в данной работе принципы формализации типовых конструктивно-технологических решений дают возможность создавать конструкторско-технологические базы знаний для использования их в рамках процесса отработки изделий на технологичность, в частности, на ранних этапах конструкторской подготовки производства.

6. Математические модели для проведения качественной оценки вариантов конструкций сборочных соединений позволяют учитывать значимость критериев оценки и снизить субъективность оценки за счет использования механизма группового ранжирования и оценки согласованности показаний экспертов.

7. Разработанный в рамках данной работы язык описания элементов типовых конструкций сборочных соединений и правил их выбора позволяет представлять в базе знаний конструктивно-технологические модели произвольной степени сложности.

8. Программное обеспечение автоматизированной подсистемы обеспечения может быть использовано на промышленных предприятиях для повышения качества проектных решений при разработке конструкций сборочных соединений типа "вал-втулка", предназначенных для передачи крутящего момента.

1. Аверченков В.И., Камаев В.А. Основы построения САПР. Учебное пособие. Волгоград, Изд. ВПИ, 1984.- 120 с.

2. Аверченков В.И., Шкаберин В.А. Автоматизация отработки деталей на технологичность конструктивных фом // Междунар. научно-техн. конф. "БАЛТТЕХМАШ-98": Материалы конф. Калининград, 1998. - с.30-31.

3. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении / Б.Е. Челищев, И В. Боброва, А. Гонсалес-Сабатер; Под ред. акад. Н.Г. Бруевича. М.: Машиностроение, 1987. - 264 е.: ил.

4. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении / Ю. М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, А.Ф. Прохоров и др.; Под общ. Ред. Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова. М.: Машиностроение, 1986. -256 е.: ил.

5. Балабанов А Н. Технологичность конструкций машин. М.: Машиностроение, 1987.- 336 е.: ил.

6. Барташев J1.B. Организация и экономика технической подготовки производства -М.: Высшая школа, 1972.-172 с.

7. Барташев Л. В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин.-М.: Машиностроение, 1973,- 384 с.

8. Бойцов В.В. Научные основы комплексной стандартизации технологической подготовки производства М.: Машиностроение, 1982. -139 с.

9. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами на С++ (второе издание) / Перевод с английского под редакцией И. Романовского и Ф. Андреева Опубликовано на web-сервереwww, hello world, ru.

10. Бешелев С. Д, Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1974.

11. Битунов В.В., Степанов А.П Планирование трудоемкости производства машин. М., "Машиностроение", 1967. - 151 с.

12. Вопросы кибернетики. Вып. 58: Экспертные оценки / Под общ. ред. Б.Г. Литвака, Ю Н. Тюрина М.: Изд-во ВИНИТИ, 1985.

13. Гаврилова Т. А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. СПб.: Питер, 2000. - 384 е.: ил.

14. Гамрат-Курек Л.И. Базовые показатели технологичности и их расчет H Теория и практикаортанизации подготовки производства машиностроительной продукции / Под ред. О. Г. Туровца. Воронеж: ВПИ, 1981. с. 43-48.

15. Гамрат-Курек Л.И., Иванов К.Ф. Выбор варианта изготовления изделия и коэффициентов 'затрат. 2-е изд. M.: Машиностроение, 1975. 137 с.

16. Гибкие сборочные системы / Под ред. У. Б. Хегинботама M : Машиностроение, 1989.

17. ГлУ шаков C.B., Мельников В.В., Сурядный A.C. Программирование в среде Windows: Учебный курс. Харьков: Фолио; М.: ООО "Издательство ACT", 2000. -487 с.

18. Горанский Г.К., Бендерева Э.И Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. -М.: Машиностроение ,1981. 456 е.: ил.

19. Гокун В. Б. Снижение конструктивной металлоемкости машин. — М.: МАШГИЗ, 1963. 130 с.

20. Гокун В.Б. Технологические основы конструирования машин. Сущность, направления и методы осуществления.- 3-е изд., перераб. и доп.- М: МАШГИЗ, 1963.-736 с.

21. Горбацевич А.Ф., Шкред В. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учеб. Пособие для машиностроит. спец. Вузов. 4-е изд. перераб. и доп. - Мн.: Выш. школа, 1983. - 256 е., ил.

22. ГОСТ 14.201-83. Общие правила обеспечения технологичности конструкции изделия.

23. ГОСТ 14.202-73. Правила выбора показателей технологичности конструкции изделий.

24. ГОСТ 14.203-73. Правила обеспечения технологичности конструкции сборочных единиц.

25. ГОСТ 14.204-73. Правила обеспечения технологичности конструкциидеталей.

26. ГОСТ 14.205-83. Технологичность конструкции изделий. Термины и определения.

27. ГОСТ 2.121 -73. ЕСКД Технологический контроль конструкторской документации.

28. Гофман О.Г. Экспертное оценивание: Учеб. Пособие. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991.-152 с.

29. ГПС сборки / Под ред. Новикова МП. М.: Наука, 1979. - 326 с.

30. Давыдовский А С, Дунаев П.Ф. Технологичность конструкций станков. -М.: Машгиз, 1955. 315 с.

31. Детали машин. Атлас конструкций /Под ред. Д.Н. Решетова. Изд. 3-е перераб. и доп. - М.: "Машиностроение", 1970. - 360 с.

32. Диалоговое проектирование технологических процессов / Н.М. Капустин, В.В. Павлов, Л.А. Козлов и др. М.: Машиностроение, 1983 - 255 е.: ил.-(Б-ка технолога).

33. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1978. - 352 е.: ил.

34. Заде Л. А, Понятие лингвистической переменной и его применения к принятию приближенных решений. М.: Наука, 1976. - 151 с.

35. Ю. Д. Амирова и В.Л.Михельсона-Ткача- Издательство стандартов, 1976-С. 12-15.

36. Иванова Г. С., Ничушкина Т. Н., Пугачев Е. К. Объектно-ориентированное программирование. М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2001. - 320 с.

37. Информационные ресурсы www-сервера российского представительства компании "Unigraphics Solutions". Адрес в Internet:http ://www. ugsolutions. ru/

38. Информационные ресурсы официального www-сервера компании "Autodesk". Адрес в Internet: http://www.autodesk.corn/

39. Информационные ресурсы www-сервера компании "SolidWorks-Russia". Адрес в Intemet:http://www.solidworks.ru/

40. Информационные ресурсы www-сервера АО 'Топ-системы". Адрес в Internet: http://www.topsvstems.ru/

41. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: Справочник / Адаменко АН., Ашеров А.Т., Бердников И.Л. и др.; Под общ ред. А.И. Губинского и В.Г. Евграфова. -М.: Машиностроение, 1993. 528 е.: ил.

42. Камаев В.А., Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Морфологические методы исследования новых технических решений. Изд. ВолгГТУ Волгоград 1994.

43. Кендэл М. Ранговые корреляции. Зарубежные статистические исследования. - М.: "Статистика, 1975. - 216 е.: ил.

44. Коннэл Дж Visual Basic 6. в программирование баз данных: Пер. с англ. -М.: ДМК, 2000. 720 е.: ил.

45. Корнеял Г. Программирование в среде Visual Basic 5 / Пер. с англ. Мн. : ООО "Попурри", 1998. - 608 е.: ил.

46. Костромин К. SolidEdge Intergraph система твердотельного моделирования// Открытые системы.-1997.-№2- С. 33-36.

47. Кузнецов ДО. Обеспечение технологичности конструктивных форм сборочных соединений в условиях применения интегрированных САПР// XXVII ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ Тезисы докладов Международной молодежной конференции. М.: Изд-во "ЛАТМЭС",2001. Том 3, - с. 100101.

48. Кузнецов ДО. Разработка автоматизированной подсистемы обеспечения технологичности конструктивных форм сборочных соединений // Международная студенческая научно-техническая конференция: Сб. тез. докл. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 4.2. -с. 33.

49. Брянск: Тезисы докладов и выступлении. Часть 1.-Брянск: Изд-во БГУ, 2001.-С.40-42.

50. Курсовое проектирование деталей машин / В.К Кудрявцев, Ю.А Державец, И.И. Арефьев и др.; Под общ. ред. ВН. Кудрявцева Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов. Л.: Машиностроение, 1984. -400 е.: ил.

51. Лихачев А, Лихачев А Поэтапная автоматизация подготовки производства // САПР и графика 1997. - №4. - с.34-37.

52. Лорьер Ж.-Л. Системы искусственного интеллекта: Пер. с франц.-М.:Мир, 1991.-568 е.: ил.

53. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие для втузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М: Высш. школа, 1988. - 239 е.: ил.

54. Малюх В. Система bCAD для проектных и дизайнерских работ // PC WEEK/RE. 14 апреля, 1998. - с.46,47.

55. Маталин A.A. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности "Технологиямашиностроения, металлорежущие станки и инструменты". Л.: Машиностроение, 1985.-496 е.: ил.

56. Михайлин В. Самый мощный из легких C AD/CAM // PC WEEK/RE. 25 марта, 1997. - с.57.

57. Михельсон-Ткач В. JT. Повышение технологичности конструкций. М: Машиностроение, 1988,-104 е.: ил.

58. Моисеев М.П. Экономика технологичности конструкций. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 1981. - 253 с.

59. Мудров АЕ. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран, Паскаль. Томск: МП "РАСКО", 1991. - 272 е.: ал.

60. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. М. : Машиностроение, 1979. - 413 с.:ил.

61. Новиков Ф. А, Яценко АД Microsoft® Office 2000 в целом. СПб.: БХВ -Санкт-Петербург, 1999, - 728с., ил.

62. Новый класс CAD: системы среднего уровня // Американские компьютеры. №12(24), 1996. - с.5.

63. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. 3-е изд., исправл. - М.: Машиностроение, 1988.- 544 е.: ил.

64. Оптимизация технологических процессов механической обработки / Рыжов В.Э., Аверченков В.И.; Отв. ред. Гавриш АН; АН УССР. Ин-т сверхтвердых материалов. Киев: Наук. Думка, 1989. - 192 с.

65. Оценка технологичности и унификации машин/ В. Г. Кононенко, С. Г. Кушнаренко, М.А. Прялин.-М. Машиностроение, 1986.- 160 е.: ил.

66. Пичев С., Судов Е. CAD/CAM: интегрированная среда или интегрированная система? // САПР и графика 1997. - №7. - с. 36-42.

67. Проблемы технологичности конструкций изделий машиностроения: Материалы Всесоюзной научн-техн. конф. Под ред. Ю. Д Амирова и В.ЛМихельсона-Ткача- М.: Издательство стандартов, 1976.-е. 144.

68. Прялин М. А., Кульчев В.М. Оценка технологичности конструкций.- К. : Техника, 1985.-120 е.: ил.

69. Разевиг В. Мир AutoCAD // PC WEEK/RE. 13 мая, 1997. - с.46.

70. Разевиг В. Новая версия T-FLEX CAD // PC WEEK/RE. 13 мая, 1997. -с.46.

71. Разевиг В. Параметрическая система T-FLEX CAD 3D для Windows 95 и Windows NT il PC WEEK/RE. 20 декабря 1996. - с.6.

72. Разевиг В. Система Unigraphics стандарт САПР XXI века// PC Weeek-1997.-№15.-С.25.

73. Романов Г. Д, Сучков В.А. Опыт разработки РТМ по технологичности конструкций деталей и сборочных единиц для автоматической сборки // В кн. Автоматизация сборочных процессов в машиностроении. М.: Наука, 1979.

74. Румшинский 113. Математическая обработка результатов эксперимента. -М., Главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", 1971.

75. Саати Т. Принятие решений: метод анализа иерархий: Пер. с англ. М. : Радио и связь, 1993. - 314 с.

76. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов: Учеб. пособие для вузов / В.И. Аверченков. НА. Каштальян, А.Г1. Пархутик. Мн.: Высш. шк., 1993.- 288 е.: ил.

77. Снижение себестоимости машин/ М.И.Ипатов, А.В.Проскуряков, В.М.Семенов.-2-е изд., перераб. и доп. М,: Машиностроение, 1988.-208 с.

78. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / B.C. Королюк, Н И. Портенко, A.B. Скороход, А.Ф. Турбин. М.: Наука Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 640 с.

79. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/ Под ред. А. Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1985. 656 е., ил.

80. Старостин В.Г., Лелюхин B E Формализация проектирования процессов обработки резанием. М.: Машиностроение, 1986. - 136 е.: ил.

81. Таунсенд К., Фохт Д. Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ: Пер. с англ./ Преда сл. Г.С. Осипова.-М.: Финансы и статистика, 1990.-320 е.: ил.

82. Технологическая подготовка гибких производственных систем / С. 11. Митрофанов, Д. Д Куликов, О.Н. Миляев, Б.С. падун; Под общ. Ред. С.П. Митрофанова Л. : Машиностроение, 1987. - 352 с.

83. Технологичность конструкции изделия. Справочник / Ю.Д. Амиров, Т.К. Алферова, П.Н. Волков и др. Под общ. ред. Ю.Д. Амирова -2-е изд., перераб. и доп.-М.Машиностроение, 1990.-768 е.: ил.-(Б-ка конструктора).

84. Технологичность конструкций. Под общ ред. С.Л. Ананьева В.П. Купровича- М: Дом техники, 1959.-452 с.

85. Трахтенцерг Э. А Методы генерации, оценки и согласования решений в распределенных системах поддержки принятия решений // Автоматика и телемеханика 1995. - №4.

86. Фридман АЛ. Основы объектно-ориентированной разработки программных систем. М.: Финансы и статистика, 2000. - 192 с.

87. Цветков В. Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М.: Машиностроение, 1972.- 240 с.

88. Чернин КМ. и др. Расчеты деталей машин. 2-е изд., перераб. и доп. -Мн,: Вьгш. школа, 1978. - 472 с.: ил.

89. Чернов Jl.Б. Основы методологии проектирования машин: Учебное пособие для вузов.-М.: Машиностроение, 1978.-148 с.

90. Чичварин HB. Экспертные компоненты САПР. -М.: Машиностроение, 1991.-240 е.: ил.

91. Шкаберин В. А. Автоматизация обеспечения технологичности конструктивных форм деталей в условиях применения интегрированных САПР. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Брянск, 1999.

92. Bamett M., Farin R., David J.B. Cimatron CAD/CAM Solutions. Israel, Cimatron Ltd., 1997.

93. EUCLID/DESIGNER from spark to finish // Solutions. #3. - 1995