автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологической подготовки производства для малых инновационных предприятий в машиностроении

На правах рукописи

Аверченков Андрей Владимирович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ МАЛЫХ ИННОВАЦИОННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Саратов-2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Брянский государственный технический университет»

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Ильицкий Валерий Борисович

Официальные оппоненты:

Бровкова Марина Борисовна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», профессор кафедры «Информационная безопасность автоматизированных систем»

Волков Дмитрий Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева», заведующий кафедрой «Резание материалов, станки и инструменты им. С.С. Силина»

Кондаков Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана», профессор кафедры «Технология машиностроения»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Защита состоится 28 марта 2012 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд.414/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Автореферат размещен на сайте Высшей аттестационной комиссии при Минобрнауки России wak.ed.gov.ru «28»декабря 2011 г.

Автореферат разослан «24» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных российских условиях в машиностроительной отрасли сложилась ситуация, при которой большинство крупных промышленных предприятий, успешно существовавших до начала девяностых годов, оказались не в состоянии выживать в конкурентной среде. Среди причин неудач необходимо особо выделить тотальное устаревание технической базы, необходимость содержать ряд малоэффективных подразделений, длительный цикл подготовки производства новых изделий, отсутствие крупных оборотных средств, высокий средний возраст инженерных кадров.

В настоящее время из крупных машиностроительных предприятий наилучшим образом себя чувствуют предприятия, работающие на оборонные отрасли или по государственным заказам, с редко изменяющимся номенклатурным рядом продукции и ограниченно участвующие в конкурентной борьбе. В связи с этим, особое место стали занимать активно создаваемые машиностроительные малые инновационные предприятия (МИП), которые даже в кризисных условиях имели возможность успешно конкурировать на рынке, развиваться и приносить прибыль.

Среди этих предприятий наиболее перспективными показали себя МИП, использующие во всех сферах их деятельности современные информационные технологии, среди которых особое место занимают вопросы автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства, реализуемые в виде различных CAD/CAM/CAE-систем и прикладных автоматизированных систем. При этом, как показал анализ при оценке их конкурентоспособности, наиболее важными вопросами для МИП в управлении производством являются вопросы автоматизации ТПП, что говорит об актуальности проведенного диссертационного исследования.

Представленное диссертационное исследование базируется на работах советских и российских ученых в областях автоматизации технологической подготовки производства, технологии машиностроения, режущего инструмента и технологических приспособлений, теории резания, теории разработки информационных автоматизированных систем. В частности, стоит отметить таких ученых, как Базров Б.М., Балакшин Б.С., Безъязычный В.Ф., Бочкарев П.Ю., Бржозовский Б.М., Васильев A.C., Волков Д.И., Волчкевич Л.И., Воронов А.Г., Гатчин Ю.А., Горанский Г.К., Григорьев С.Н., Емельянов С.Г., Желобов

A.A., Иноземцев А.Н., Капустин Н.М., Кондаков А. И., Корчак С.Н., Корсаков

B.C., Кутин A.A., Малов А.Н., Митрофанов В.Г., Митрофанов С.П., Павлов В.В., Пуш A.B., Рыжов Э.В., Соломенцев Ю.М., Смоленцев В.П., Султан-Заде Н.М., Суслов А.Г., Федонин О.Н., Федоров В.П., Цветков В.Д., Шаумян Г.А., Шептунов С.А., Яблочников Е.И., Яшерицын П.И. и др.

Объект исследования - процесс технологической подготовки производства МИП в машиностроении.

Предмет исследования - автоматизированные системы, используемые в процессе технологической подготовки производства МИП в машиностроении.

Цель работы - повышение эффективности деятельности МИП в машиностроении за счет автоматизации ТПП на основе формализации процедур выбора и реализации технологических и организационно-технических решений.

Для достижения цели исследования решены следующие задачи.

1. Решена научная проблема автоматизации процесса технологической подготовки производства малых инновационных предприятий за счет интеграции существующих и комплекса разработанных автоматизированных подсистем в рамках АСТПП.

2. Разработан метод идентификации и распознавания конструкторско-технологических элементов деталей на основе ЗБ-модели и 2В-чертежа, достоверно подтвержденный разработанным программным комплексом интеграции САО-систем и САПР ТП.

3. Создан новый научно обоснованный подход к построению автоматизированной системы выбора прогрессивного режущего инструмента на примере токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами в условиях малых инновационных предприятий.

4. Предложена теория построения инструментальной стратегии обработки и созданы методы ее автоматизированного выбора для элементарных поверхностей деталей.

5. Предложен метод выбора рационального использования режущего инструмента в процессе формообразования на основе нечеткой логики, как кинематической стратегии обработки, для основных элементарных поверхностей, на примере токарной обработки.

6. Предложен научно-обоснованный подход к созданию малых машиностроительных научно-исследовательских инновационных предприятий при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09, как современных интеграционных структур, обеспеченных комплексом технологических, информационных и программных средств. Рассмотрено построение АСТПП и АСНИ таких предприятий и их интеграция в сферу промышленного производства РФ.

Методы исследования базируются на методах теории нечетких множеств, теории решения многокритериальных задач на нечетком множестве альтернатив, математической логики, технологии машиностроения, теории автоматизации и управления технологическими процессами и производствами. Исследования проводились с учетом государственных стандартов и рекомендаций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен и обоснован метод комплексной автоматизации процесса технологической подготовки производства для малых машиностроительных инновационных предприятий, основанный на пересмотренном подходе к технологическому проектированию и применении созданного информационного и программного обеспечения.

2. Разработан метод интеграции САО-систем и САПР ТП, позволяющий сократить время на ТПП машиностроительных МИП за счет решения научной задачи автоматизированной подготовки исходных данных для проектирования технологических процессов в САПР ТП, на основе распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей из ЗБ-

модели и 20-чертежа детали с применением теории нечетких множеств и нечеткой логики.

3. Предложен и обоснован метод выбора рационального металлообрабатывающего инструмента в условиях малых машиностроительных инновационных предприятий на основе способов решения многокритериальных оптимизационных задач в условиях различной важности критериев достижения максимума целевой функцией. Метод апробирован на токарном инструменте со сменными неперетачиваемыми пластинами.

4. Обоснована необходимость введения в ТПП МИП термина «инструментальная стратегия обработки», применительно к элементарным поверхностям деталей для учета возможностей современного высокотехнологичного металлообрабатывающего оборудования. Решена научная задача автоматизации процедуры выбора инструментальной стратегии обработки применительно к элементарным поверхностям в условиях интеграции с АСТПП для малых инновационных предприятий на основе многокритериального выбора в условиях определенности.

5. Предложена новая методология создания интеграционных структур и методы построения автоматизированных систем научных исследований на базе малых инновационных предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г. и направленных на обеспечение научных исследований прикладных задач современного автоматизированного машиностроительного производства.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. В результате выполненных исследований получило дальнейшее развитие следующее направление науки в области автоматизации и управления технологическими процессами и производствами в машиностроении автоматизация технологической подготовки производства (в частности: предложен новый научный подход к эффективной организации автоматизированной системы технологической подготовки производства малых машиностроительных инновационных предприятий, предложен новый метод интеграции конструкторских проектных модулей и систем проектирования технологических процессов, разработан метод выбора рационального режущего инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами для токарной обработки в условиях малых машиностроительных инновационных предприятий, введены термины инструментальная и кинематическая стратегии обработки элементарных поверхностей, научно обоснована их необходимость, предложены научные подходы по выбору наилучшей инструментальной и кинематической стратегий обработки).

2. На основе разработанного и научно обоснованного подхода, а также предложенных методов разработаны автоматизированные системы распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей, выбора рационального токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами, выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей, выбора кинематической стратегии обработки элементарных поверхностей.

3. Разработаны автоматизированные системы обеспечения наукоемких видов деятельности созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 малых

инновационных предприятий (в частности: АСНИ в виде виртуальной лаборатории сканирующей микроскопии с доступом к экспериментальной установке через Интернет и автоматизированная система мониторинга научно-технической информации в Интернет в области конструкторско-технологической подготовки производства для машиностроительных МИП).

Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований и разработанные программные комплексы нашли широкое применение в деятельности ряда машиностроительных МИП: ООО «ИЦ ВТМ», ООО «Техальянс», ООО «Ультра-плюс», ООО «МТК», ООО «Элемент», ООО «БЗЖТ», ООО «БИС», ООО «КанКор», ООО «Росгидротех», ООО «Спецсервис», что подтверждается соответствующими справками и актами о внедрении. В учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ» результаты внедрены на кафедрах «Компьютерные технологии и системы» и «Технология машиностроения» при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам «CAD-CAM системы», «Технология автоматизированного производства», «САПР ТП». Получен патент на полезную модель «Аппаратно-программный комплекс для управления удаленным оптическим микроскопом» №110842 от 27.11.2011 г. Получены свидетельства о регистрации электронных ресурсов № 16063 «Автоматизированная БД режущего инструмента для токарной обработки» от 10.08.2010 г., №17089 «Автоматизированная база данных для информационной поддержки деятельности инновационных предприятий в области высоких технологий в машиностроении» от 20.05.2011 г.

Результаты работы стали основой проведенных НИР:

- грант Президента РФ (под руководством автора) «Разработка теории и методов принятия инновационных решений при автоматизированном проектировании процессов изготовления наукоемких изделий» (МК-417.2010.8);

- НИР «Исследование и развитие новых механизмов интеграции научной и образовательной деятельности в рамках инновационных центров наукоемких технологий» (гос. per. № 01 2009 54252, заказчик Минобрнауки);

- НИР «Разработка математических моделей, информационного и программного обеспечения для поддержки инновационных решений в области высоких технологий наукоёмких производств» (гос. per. №01 2009 64010);

- НИР «Разработка теории построения инструментальной среды создания многоагентных систем интеллектуализации поиска и анализа данных в глобальных вычислительных сетях» (гос. per. № 01 2009 54253, Минобрнауки);

- НИР «Консультационные услуги по проектированию технологической оснастки для штамповки стекольных изделий» (НИР № 1455У);

- НИР «Разработка отраслевой системы доступа к информационным ресурсам научного и образовательного назначения по приоритетным направлениям развития науки и техники в области искусственного интеллекта и CALS-, CAD-, CAM-, CAE-технологий» (гос. per. № 01 2006 05586);

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на кафедре «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический институт им. В.Г. Шухова», на расширенном заседании 6

кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет», на расширенном заседании кафедры «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в мащино- и приборостроении» (в присутствии кафедр «Проектирование технических и технологических комплексов» и «Автоматизация и управление технологическими процессами» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет», на международных научных конференциях «Качество и ИПИ-технологии» (Москва, 2002), на Международной научно-технической конференции «Обеспечение качества технологического проектирования в условиях интегрированных САПР. Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение» (Брянск, 2003), на межрегиональной научно-технической конференции «Информационные технологии, энергетика и экономика» (Смоленск, 2004), на 9-й Международной научно-технической конференции ATM (Ялта, 25-29 мая 2009), на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» в г. (Рыбинск, 2009), на Международной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях» (Брянск, 2009)., на V Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» (Варна, Болгария, 2009), на IV Международной научно-технической конференции «Наука, техника и технологии XXI века (НТТ-2009)» (Нальчик, 2009), на четвертой Всероссийской научно практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» (Оренбург, 2009), на IV Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве. ИТНОП-2010» (Орел, 2010), на Международной научно-технической конференции «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности» (Могилев, 2010), на Международной научно-технической конференции «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» (Минск, 2011), на VII Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» (Варна, Болгария, 2011) и других.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 76 работ, в том числе 70 статей и тезисов докладов на конференциях (из них 17 в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов докторских диссертаций), 2 монографии, 2 учебных пособия, 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 250 наименований, 10 приложений, основная часть изложена на 313 страницах, содержит 109 рисунков и 35 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы научная проблема и цели исследования, даны общая постановка решаемых задач и краткое содержание диссертации, определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе рассматривается ряд научных задач, возникающих в деятельности МИП в машиностроении. Рассматриваются инновации, стратегии развития и деятельности МИП в современных условиях. Определяются роль и место МИП в условиях российского машиностроения. Отмечается, что МИП являются важным компонентом инновационных систем, поскольку выступают в качестве связующего звена между наукой и производством.

Необходимо отметить, что сейчас к традиционному взаимодействию предприятий и вузов добавляется новый участник - МИП, которое берет на себя ряд функций, которые вуз не может выполнять по причине отсутствия современного дорогостоящего оборудования и финансовых ограничений, накладываемых государством (имеются в виду ограничения в государственных вузах, связанные налогообложением, бухгалтерским учетом и финансовым контролем), а крупные предприятия не могут их выполнять по причине отсутствия в штате ученых-исследователей и сравнительно высоких расходов на собственные НИОКР (рис. 1).

Далее в работе определяются специфические условия МИП, накладывающие ограничения на спектр возможного технологического оборудования, применение которого будет оправданно с коммерческой точки зрения.

Рассматриваются пути и средства автоматизации технологической подготовки производства малых инновационных предприятий в машиностроении, анализируются научные проблемы, возникающие в их деятельности при решении конструкторских и технологических задач.

Проведенные исследования показали, что традиционный подход к ТПП для крупных машиностроительных предприятий в условиях МИП машиностроения себя не оправдывает по причинам широкого применения в МИП современного высокотехнологичного оборудования и инструмента с новыми возможностями, небольшого инженерного коллектива с ограниченным коллективным опытом, сжатых сроков на технологическую подготовку и производство изделий, высокого уровня кооперации, отсутствия возможностей приобретать дорогостоящие многофункциональные САО/САМ/САЕ-системы и переподготавливать кадры на регулярной основе. Как следствие, такие машиностроительные МИП имеют несистематизированный процесс технологической подготовки производства без его комплексной автоматизации.

Во второй главе рассматриваются научные основы технологической подготовки производства наукоемких изделий, которые являются специфичными для МИП, а также математические методы и подходы, применяемые в исследовании.

Технологическая подготовка производства регламентирована рядом стандартов и рекомендаций в рамках ЕСТПП. Анализ стандартов показал, что для машиностроительных МИП их применение ограничено. Однако общие подходы стандартов и рекомендаций, несомненно, нашли отражение в настоящей работе. 8

Крупные и средние машиностроительные предприятия

Задачи:

1. Мелкосерийное, серийное, крупносерийное, массовое производство широкого спектра изделий машиностроения.

2. Внедрение в производственный процесс новых информационных, организационных и промышленных технологий.

3. Повышения качества продукции и снижение затрат на ее производство, повышение

конкурентоспособности продукции.

4. Получение прибыли.

1. Заказы на НИОКР

2. Заказы на целевую подготовку специалистов

1. Подготовленные специалисты

2. Результаты НИОКР

1. Заказы на НИОКР

2. Заказы на изготовление наукоемких изделий

3. Запрос на инженерный консалтинг

1. Наукоемкие изделия

2. Инженерный консалтинг

Технические университеты

Задачи:

1. Подготовка инженерных кадров

2. Переподготовка специалистов предприятий

3. Проведение теоретических н экспериментальных исследований и НИОКР

1. Бизнес-идеи

2. Интеллектуальный капитал в виде ученых и результатов интеллектуальной деятельности

3. Подготовленные инженерные специалисты

Малые инновационные предприятия

1. Проведение

экспериментальных НИОКР

2. Производство наукоемких изделий на собственном оборудовании

3. Инженерный консалтинг широкого профиля

Рис. 1. Взаимосвязи и задачи участников промышленной сферы деятельности Российской Федерации

Указанные стандарты и рекомендации устанавливают основные этапы традиционного подхода к технологическому проектированию на машиностроительных предприятиях. Применительно к проектированию ТП в условиях МИП указанная последовательность в целом сохраняется, хотя акценты изменяются и появляются новые задачи. Уровень автоматизации на каждом из этапов технологического проектирования различен. Проведен анализ наиболее важных этапов, уровень автоматизации ТПП которых недостаточен-или затруднен. На этапах разработки маршрута обработки заготовки и последовательности обработки поверхностей автоматизация достигается за счет применения САПР ТП. Исследования в этой области проводятся десятки лет и к настоящему времени создан ряд успешно функционирующих коммерческих систем. Однако процесс кодирования информации о детали (не выделяемый в традиционном подходе как этап) выполняется проектировщиком вручную. Также в традиционном подходе отсутствует этап выбора современного инструмента с новыми технологическими возможностями, т.к. проблема его выбора (и тем более автоматизации этого процесса) появилась сравнительно

9

недавно. Этап выбора последовательности обработки поверхностей дополняется автоматизированным выбором инструментальной стратегии обработки конструкторско-технологических элементов (КТЭ), этап выбора или проектирования оборудования в условиях МИП не актуален, т.к. набор доступного оборудования, как правило, ограничен. Этапы расчета норм времени и оформления ТП на бланках достаточно автоматизированы с применением САПР ТП.

С учетом рассмотренных условий функционирования МИП в работе применяется следующий пересмотренный подход к этапам технологического проектирования (рис. 2).

Большинство задач, возникающих в деятельности МИП, сводятся к принятию решений на основе некоторых исходных данных. Важно

отметить, что большинство критериев принятия решений для задач автоматизации технологической подготовки производства имеют размытый, нечеткий характер, зачастую описываемый качественными, а не количественными показателями.

Поэтому в работе для решения ряда задач по автоматизации технологической подготовки производства МИП (например, определение стратегий обработки поверхностей, распознавание образов и конструкторско-технологических элементов КТЭ деталей) была использована теория нечетких множеств, предложенная Л.А. Заде, и являющаяся математическим аппаратом для формализации недоопределенной и противоречивой информации.

В работе предложены новые решения, позволяющие организовать и комплексно автоматизировать процесс технологической подготовки

Рис. 2. Основные этапы технологического проектирования в условиях МИП

производства для современного высокотехнологичного оборудования с применением в производственном процессе последних достижений науки и техники.

Предложенные и обоснованные решения для организации АСТПП машиностроительных МИП на основе пересмотра традиционных этапов технологического проектирования и разработки новых моделей, алгоритмов и программных комплексов для комплексной автоматизации процесса ТПП МИП стали основой проводимых диссертационных исследований.

В третьей главе рассматриваются вопросы интеграции CAD-систем и САПР ТП, позволяющие решить задачу автоматизированной подготовки исходных данных для проектирования технологических процессов в САПР ТП, на основе распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей из ЗО-модели и 20-чертежа детали.

Вопрос целесообразности использования САПР ТП в деятельности МИП неоднозначен. С одной стороны, применение современных CAD/CAM/CAE-систем и станков с ЧПУ исключает такую необходимость, но, с другой стороны, отказ от принятой в традиционном российском машиностроении документации может привести к потере контроля над производственным процессом.

Поэтому в условиях МИП существует необходимость разработки и оформления документации на маршрутную или маршрутно-операционную технологию изготовления изделий. Автоматизация этой процедуры достигается за счет применения САПР ТП отечественного производства. Однако в настоящее время остается нерешенной задача разрыва информационных потоков между модулями CAD/CAM/CAE-систем и САПР ТП.

В работе проведен анализ современных CAD/CAM/CAE-систем с точки зрения возможностей подготовки входной информации для технологического проектирования, а также обмена информацией. Проанализированы универсальные форматы хранения и обмена информации (DXF, IGES, STEP, OLE for D&G) о детали с точки зрения возможности передачи данных от CAD в САПР ТП. Сделан вывод о возможности передачи этими форматами геометрической информации в виде ЗО-модели и 20-чертежа, но не в виде конструкторско-технологической модели (КТМ) детали. В результате исследования выбран формат IGES 5.2.

Проведены исследования возможностей использования САПР ТП («Компас-Вертикаль», «Techcard», «ТехноПро» и др.) с точки зрения автоматизации проектирования технологии изготовления изделия при получении информации о КТМ детали из внешних источников. Сделан вывод, что система «ТехноПро» в наибольшей мере удовлетворяет определяемым рамками исследования требованиям. Поэтому она была выбрана как базовая система для тестирования научных результатов. Исследовались геометрические модели (ГМ) на примере наиболее распространенного класса деталей типа «тела вращения», с последующим формированием КТМ деталей для передачи в САПР ТП.

В настоящем исследовании для распознавания вида поверхности были введены 37 КТЭ, возможных для передачи в САПР ТП «ТехноПро», составляющих детали типа тела вращения (такие, как торцевая поверхность,

уступ, цилиндрическая ступень, внешняя резьбовая поверхность, многогранная поверхность, фаска и т.д.)

Для создания КТМ детали необходимо выделять и описывать все КТЭ, входящие в ее состав и отношения между ними. Для декомпозиции ГМ детали из формата IGES и построения КТМ детали составлялся граф декомпозиции G(Q, U), где Q - вершины графа, определяющие группы декомпозиции, a U -признаки, по которым производится декомпозиция ГМ на каждом уровне. Часть общего графа декомпозиции геометрической модели детали (для выбранного класса «тела вращения») представлена на рис. 3.

Q11

КТЭ I уровня —i

Q3

Внеинпе поверхности 11,2,3,5.6.7.9,11, 12,15,16,17,181

05

п

—U5—

Q7

Фасонные

поверхности |5|

_] Многогранная ; ~~[ поверхность !

06

Торцевые поверхности И. 2. 15|

Поверхности вращения 13.6.7.9.11.12.16. 17.18)

Q1ÓI

Прямые торцевые

(1.2)

_["" "fópí|Te"£í "I l.?ee<A*JÍ9HbJ

011

Фасонные торцевые (15,19)

N15 N19^

Торцевая

Уступ

Торцовая

фасонная }

КТМ детали

I Q4

Внутренние поверхности 120,23,24,25,26, 29,33,34]

~| 02

Г КТЭ II уровня

Q25

Центровые отверстия (31)

п

-U13-

Q9

Фасонные

поверхности |24)

! Многогранная { i поверхность Í

а

016

08

Внутренние поверхности вращения (23.23,25,29.33.34]

П

Торцевые поверхности |26|

I Q23

Отверстия

(27,28)

Г Вн. торцевая » поверхность

Q2<

Лыскн |'0|

Q13

V

мэ

С образующей, параллельной оси вращения [3,11]

lmi Г ТГмлиедринм: "Í L—i

Канавка прямая

Рис. 3. Фрагмент графа декомпозиции КТМ детали на КТЭ

На графе декомпозиции вершины 2/,...,£?„ представляют уровни декомпозиции по соответствующим признакам, рассмотренным ниже. Первый уровень декомпозиции {();, (Зг) разделяет КТЭ детали на КТЭ первого уровня (базовые, основной формы) и КТЭ второго уровня (для которых можно четко определить «родительский» КТЭ). Все КТЭ, принадлежащие вершине 2/, выделялись из ЗО-модели в формате ЮЕ5, а КТЭ, принадлежащие вершине <22. -из ЗО-модели детали и 20 чертежа.

Для декомпозиции ЗО-модели на КТЭ 1-го уровня в соответствии с графом декомпозиции С ((), и) были выделены и математически описаны все признаки ¿/;,...,£/„ графа. Для всех признаков составлены таблицы с визуальным представлением, лингвистическим описанием и построением их математических моделей (формализацией). При декомпозиции ГМ детали на КТЭ применялась теория нечетких множеств.

В рамках рассматриваемой работы при математическом описании геометрического представления КТЭ использовалось следующее множество:

N =< От ,а,Ма ,Р, Мр > . (1)

В указанном множестве Ь - длина КТЭ относительно оси вращения детали. Длина КТЭ является нечетким понятием и может быть формализована с помощью лингвистической переменной (ЛП¡}

где Д. = «длина КТЭ» - нечеткое лингвистическое понятие;

- множество значений ЛП1 (терм-множество), представляющее собой следующий набор нечетких переменных:

7г. = («Незначительная», «Средняя», «Большая»! (3)

Хг. - область определения ЛП[_, имеющая вид

Х£ = [1 мм, 1000 мм]; (4)

С/. - синтаксическое правило;

- семантическое правило задания нечетких подмножеств множества Х^ функции принадлежности которых графически представлены на рис. 4. Нечеткое множество /); соответствует терму «Незначительная длина»,

нечеткое множество А2 - терму «Средняя длина», А) - терму «Большая длина».

1 500 1000 X

Рис. 4. График функций принадлежности нечетких множеств, формализующий термы лингвистической переменной «длина КТЭ»

Формализованное представление функции принадлежности в виде зависимостей для нечетких подмножеств А,, А2 и А3 было получено в виде выражений, зависимость для подмножества А, представлена в формуле (5).

ГI, если 0 < X <, Я ц А 1 = | 1,667 - 0,083 X , если 8 < X < 20 (5)

[о, если X > 20 Конкретные значения коэффициентов в этих зависимостях выбраны в результате экспертных оценок. Более точные коэффициенты могут быть

подобраны в процессе практического использования предлагаемой модели как параметры настройки системы.

Аналогично в множестве (1) описываются параметры О (диаметр КТЭ) и О/л (Отношение длины КТЭ к общей осевой длине детали). Параметр а (угол между направляющими поверхности и осью вращения детали) может задаваться четкими значениями или нечетким числом Ь-И типа «Приблизительно 45°». Параметры Ма (определяет для цилиндрических поверхностей местоположение материала - внутри или снаружи), Р (форма образующей для поверхностей, полученных вращением образующей вокруг оси вращения детали или другие признаки формы КТЭ) и Мр (местоположение КТЭ в детали) определяются четкими значениями.

Алгоритм идентификации КТЭ заключается в определении для выбранного КТЭ на графе декомпозиции вершин групп КТЭ ((¡¡...О,,) и конкретного КТЭ (Ы/...Ы37).

В работе представлены 18 таблиц, на основании которых происходит идентификация КТЭ на вершинах <2 графа декомпозиции С. В таблицах есть название группы или типа КТЭ, визуальное представление, лингвистическое описание, математическое представление, системы продукции и предпочтения (табл. 1).

Таблица 1. Декомпозиция вершины (Зц на КТЭ

Вид представления Признаки N3 Признаки N11

Название Цилиндрическая ступень Канавка прямая

Визуальное представление Ц

Лингвистическое опнеанне Поверхность вращения значительной протяженности, образованная вращением образующей параллельной оси вращения детали. Поверхность вращения незначительной протяженности, образованная вращением образующей параллельной оси вращения детали, как правило, низкая точность и качество поверхности.

Математическое представление N = <Ц О, От, а Ма, Г, Мр> 1 = «Значительная» О = «В широких пределах» От = «Соизмеримое» а= «0°« Ма ~ «Отсутствует» /■"= «Прямая» Мр = «Вт060м месте» N = </., О, От. а Ма, Р. Мр> ¿. = «Незначительная^ О = «Н широких пределах^ От = «Много меньше» а- «0°« Ми = «Отсутствует» р= «Прямая» Мр -«МежОу двух уступов большего диаметра»

Система продукций ЕСЛИ £ = «Незначительная» И От = «Много меньше», ТО (2и = «Канавка прямая» ЕСЛИ 1. = «Значительная» И От = «Соизмеримое», ТО 2м = «Цилиндрическая ступень» И Мр = «Между двух уступов большего диаметра»

Предпочтения Цилиндрическая ступень

Таким образом, в соответствии с разделом «Система продукций» в табл. 1, для каждой вершины графа декомпозиции Qi...Q„ имеем систему правил, которую в общем виде можно представить в.виде множества:

R = {Rh R2i....RJ . (6)

В этой системе правил R¡: еслиX; есть Ац их2 есть Ai2 и ... их„ есть Л,„, то у есть b, ,(i = l,...,m), (7)

где X], х2.....х„ - входные параметры нечеткой модели;

у- выходной параметр;

bi - значения выходного параметра;

Ау- нечеткие множества для задания значений входных параметров; i = 1,...,т; j = 1,...,п.

В соответствии с табл. 1, xt = «L», х2 = «От», у = Qu, bi = «Цилиндрическая ступень», Ь2 = «Канавка прямая» множествами A;j являются множества, определенные термами «Незначительная», «Много меньше», «Значительная», «Соизмеримое».

Для каждого j множества Л,у имеют единую область определения (т.к. формализуют термы одной и той же лингвистической переменной, связанной с параметром х,).

Пусть Uj - область определения множеств А,обозначим

Аи(и) = мАЛи). (8)

Для принятия решений был разработан алгоритм приближенных рассуждений. Пусть имеется набор конкретных значений входных параметров (и/, и2 ,..., и„ ), где iif е Uj (j = 1,...,п), для которого надо получить значение выходного параметра.

1. Для каждого правила /?, (i = 1,...,п), вычисляется уровень его срабатывания:

<ц = min (0)ц, <Ц„), либо щ = , (9)

где щ = AjjfUj) - уровень срабатывания правила Л, по j-му входу. На основе уровня срабатывания <ц определяется вывод из правила Л, (нечеткая точка):

у; = { Cüi/bJ. (10)

2. Определяется общий вывод из системы правил R:

т

у =U yi={a>i/bi)[J{a>2/b2)U...U{a>m/bH) , (П)

(=1

где у - нечеткое множество на множестве возможных значений выходного параметра.

Также в работе предложена методика сопоставления ЗБ-модели детали и 20-чертежа для поиска и идентификации конструкторско-технологических элементов 2 уровня и конструкторских обозначений. Задача сопоставления 2D и 3D появляется после однозначного понимания автоматизированной системой конструкции детали из ЗО-модели на основании графа декомпозиции. После завершения поиска каждому элементу 1 уровня, распознанному на основании ЗО-модели, сопоставляются линии 2Б-чертежа и определяется принадлежность конструкторских обозначений к конкретным КТЭ. Также сопоставленные 3D-

модель и 2Б-чертеж детали используются для поиска и распознапания КТЭ 2 уровня.

Для получения параметров качества поверхности, отклонений формы, расположения поверхностей и точности детали анализируется 20-чертеж, получаемый в формате ЮЕ5, и в автоматическом режиме распознаются конструкторские обозначения. Полученная КТМ детали в дальнейшем используется для автоматизации процедур выбора режущего инструмента и стратегий обработки на станках с ЧПУ.

Применение разработанной в диссертационном исследовании автоматизированной системы на основе метода автоматического распознавания КТЭ из ЗБ-модели и 20-чертежа на основе графа декомпозиции и передачи КТМ детали в САПР ТП «ТехноПро» в условиях машиностроительных МИП позволяет существенно сократить время на подготовку исходной информации для технологического проектирования, что достоверно подтверждается соответствующими справками о внедрении на ряде МИП региона.

Четвертая глава посвящена автоматизации процедуры выбора рационального режущего инструмента для современного многофункционального технологического оборудования с ЧПУ в условиях МИП, также рассматривается автоматизация выбора стратегий обработки деталей, как новый подход к снижению производственных затрат.

Конструкции современных сборных режущих инструментов одного назначения различаются способами установки и крепления режущих элементов -пластин, т.е. структурной компоновкой и параметрами - размерами пластин, корпусных элементов или элементов крепежа. Количество возможных вариантов в ряде случаев исчисляется тысячами. Выбор подходящей конструкции инженером является постоянно решаемой технической задачей, и осуществляется, в основном, на основании однонаправленных рекламных материалов, личного или коллективного производственного опыта. Наибольшие проблемы в подборе рационального инструмента могут испытывать малые машиностроительные предприятия, в связи с отсутствием коллективного опыта.

С другой стороны, производителями режущего инструмента разработаны базы данных и экспертные системы для выбора инструмента. Однако такие системы не позволяют сравнить между собой однотипные конструкции различных производителей или конструкции, укомплектованные из сборочных элементов различных производителей, а также управлять процессом выбора наилучших вариантов конструкций инструментов.

Таким образом, задача выбора рационального режущего инструмента для обработки изделий на многофункциональном технологическом оборудовании с ЧПУ является актуальной и требующей решения.

В работе разработано математическое обеспечение, алгоритмы и автоматизированная система для выбора рационального металлообрабатывающего инструмента для обработки на основе данных, полученных из ГМ детали, представляемой в виде ЗО-модели и 20-чертежа (процесс получения данных рассмотрен в главе 3), с последующей передачей спецификации на выбранный инструмент в САМ-систему и САПР ТП. Проведенное исследование затрагивает большую часть применяемого в общем

машиностроении токарного инструмента. Схема предлагаемого подхода к выбору инструмента рассмотрена на рис. 5.

Согласно стандартам ISO 1832:2004, обозначение режущей пластины Р включает 11 основных компонентов:

Р = <Pf, АЬ, Тс, Ls, Pd, Pt, Re, Cs, Cd, Cw, Ca>, (12)

где Pf - множество значений форм пластин, Ab - множество значений заднего угла пластины, Тс - множество значений класса допуска на пластины, Ls -множество значений типа пластины (обозначение фиксации), Pel - множество значений размера пластины (длина режущей кромки), Pt - множество значений толщины пластины, Re - множество значений радиуса при вершине, Cs -множество значений вида режущей кромки, Cd - множество значений исполнения пластины (обозначение направления резания), Cw - множество значений ширины фаски или обозначение стружколома, Са - множество значений угла фаски.

Рис. 5. Предлагаемый подход к выбору инструмента

Каждый компонент обозначения режущей пластины Р имеет множество значений, например описание формы пластины Р/:

Р/=1Р/,, Р/2, ... Р/,7) ={Ромбическая 35°, Ромбическая 50°, ...,Восьмигранная, Круглая! . (13)

Рассмотрим задачу выбора рациональной формы режущей пластины Р/ из множества выпускаемых пластин. Этот выбор осуществляется на основе степени соответствия альтернатив совокупности требований, определяемых системой 5 различных критериев С/':

С(=/С,, С2, Сг, С4, С5у. (14)

где С) - эффективность отвода тепла; С2 - минимальная потребляемая мощность; ^ - прочность пластины; С4 - минимум возникновения вибраций; С5 - универсальность режущей пластины.

В таком случае каждому критерию С/ может быть поставлено в соответствие нечеткое множество

А а — (ма(Р/,1 Иа(Р/2)...../<с,№Л (15)

Здесь величина «с, (ч) е [0,1] представляет собой оценку альтернативы Р/ по критерию а. Иными словами, она выступает характеристикой степени ее соответствия требованию, определяемому рассматриваемым критерием С/. Множество оценок по критериям приведено в табл. 2.

Данные этой таблицы получены на основе анализа литературных источников. Экспериментальное подтверждение табличных данных является темой для отдельного диссертационного исследования и в работе не выполнялось.

В рассматриваемом случае требуется решать многокритериальную оптимизационную задачу в условиях различной важности критериев достижения максимума целевой функцией. При этом каждому критерию С, ставится в соответствие некоторый весовой коэффициент Я/ > 0, причем

__I т

I = \,т и — У>' = 1. (16)

т и

Таблица 2. Множество оценок форм пластин по критериям

Pfj Обозначение Отвод тепла (Асп Мощность (А п) Прочность (А„) Вибрации (Ас) Универсальность (Acs)

Pfl V 0,9 0,97 0,1 0,85 0,93

Pf2 Р 0,78 0,85 0,22 0,73 0,81

PO Б 0,74 0,81 0,26 0,69 0,77

Pf4 К 0,74 0,81 0,26 0,69 0,77

Pf5 Т 0,7 0,77 0,3 0,65 0,73

Pf6 Р 0,604 0,674 0,396 0,554 0,634

РГ7 Е 0,58 0,65 0,42 0,53 0,61

pre С 0,54 0,61 0,46 0.49 0,57

pro 0,54 0,61 0,46 0,49 0.57

PflO В 0,524 0,594 0,476 0,474 0,554

Pfll А 0,5 0,57 0,5 0,45 0,53

Pfl 2 м 0,492 0,562 0,508 0,442 0,522

Pfl3 э 0,46 0,53 0,54 0,41 0,49

Pf] 4 ь 0,46 0,53 0,54 0,41 0,49

Pf] 5 н 0,22 0,29 0,78 0,17 0,25

Pfl 6 О 0.1 0,17 0,9 0,05 0,13

Pfl 7 к 0,01 0.05 0,95 0,06 0,07

Решением исходной задачи будет такая альтернатива х, которая в наибольшей мере удовлетворяет требованиям всей совокупности критериев. Решающее правило й выбора наилучшей альтернативы в условиях многокритериальной задачи с неравнозначными критериями С„ имеющими весовые коэффициенты Я„ использует процедуру нахождения пересечения нечетких множеств

О = А£ПА£П...ПА£;,. (п)

В соответствии с определением операции пересечения нечетких множеств функция принадлежности искомого решения находится по зависимости

Л»Ц) = т1п(/М^))> 1 = (18)

/=1,м

Таким образом, в качестве наилучшей должна быть выбрана та из альтернатив х,*, для которой значение функции принадлежности ^о(^) окажется максимальным:

1=1.(1

Именно эта альтернатива и является решением исходной задачи, поскольку она в наибольшей степени удовлетворяет требованиям всей совокупности рассматриваемых критериев.

Значения весовых коэффициентов определяются на основе стандартной процедуры попарного сравнения критериев. С учетом весовых коэффициентов строятся множества А''а:

ЛХ'а = а (Р/<). Л (Р/2), циа (Р/п))- (20)

Применяя правило выбора искомой альтернативы (оптимальной формы режущей пластины), находится пересечение множеств, которое будет иметь следующий графический вид (рис. 6).

Таким образом, в качестве рациональной должна быть выбрана та из форм пластины Р/,*, для которой значение функции принадлежности окажется

максимальным (рис. 6).

Для других параметров пластин, как и для державок, проведены аналогичные математические расчеты.

На основе разработанного математического обеспечения предложены алгоритмы работы системы, состоящей из 4 основных модулей:

- ввода первичной информации;

- подбора подходящего режущего инструмента;

- выбора рационального инструмента;

- вывода.

Кроме того, в системе присутствуют модули, отвечающие за отображение чертежа и модели детали, база данных инструмента и ее редактор.

Результатом работы системы является отчет, содержащий необходимую информацию о рациональных инструментах и рекомендуемых режимах резания.

0,08 — 0,07 -

0,06 0,05 0,04

0,0В 0,02 0.01

0,00 -

I?

Форма пластины, Р/

Рис. 6. Минимальные значения оценок

При технологической подготовке производства изделий машиностроения одной из важных задач является выбор стратегии обработки деталей. Предпосылками проведения исследований в этой области деталей являются:

- значительное распространение и использование многофункциональных станков с ЧПУ;

- увеличение номенклатуры деталей, которые обрабатываются за один установ;

- потребность в сокращении сроков подготовки производства деталей;

- универсальные CAD/CAM системы больше нацелены на решение геометрических задач и очень мало могут помочь пользователю при решении технологических задач, таких как назначение режимов резания, выбор стратегий обработки, подбор инструмента и т.д.;

- недостаточная интегрируемость современных САПР ТП с CAD системами и неспособность данных систем обеспечить сквозную подготовку производства в рамках концепции CALS;

- в САПР ТП и CAM-системах отсутствует математический аппарат выбора стратегий обработки детали.

Стратегия обработки может пониматься двояко: с одной стороны, под стратегией понимается последовательность обработки поверхностей и выбор инструмента, будем называть ее инструментальная (табл. 3), а с другой -траектории движения инструмента при обработке, будем называть ее кинематическая (табл. 4). В работе рассматриваются оба названных понятия. Выбор стратегий обработки заготовок актуален как для МИП, так и для средних и крупных машиностроительных предприятий.

В табл. 3 для примера приведены только 5 инструментальных стратегий обработки КТЭ из нескольких десятков возможных (в сочетании). Научная проблема выбора инструментальной стратегии обработки возникла сравнительно недавно, с появлением широкого выбора инструмента с новыми возможностями. В отечественной науке этому вопросу уделялось мало внимания по причине ограниченного выбора инструмента для выбора стратегий. В работах Цветкова В.Д. и других авторов упоминается понятие «маршрут обработки поверхности (МОП)», частично схожее с предложенным понятием «инструментальная стратегия обработки». Под МОП понимается последовательность видов обработки (например, точение, шлифование, полировка), а под инструментальной стратегией обработки понимается выбор конкретных инструментов и способов их применения. Поэтому, несмотря на схожесть инструментальной стратегии обработки и МОП, принято решение применять первое понятие.

Главный вопрос исследования инструментальных стратегий обработки -«при какой инструментальной стратегии обработки себестоимость детали будет минимальна?»

Исходные данные 1D для выбора стратегии обработки можно описать в виде набора:

ID = <TU, PD>, (21)

где TU - технические условия рассматриваемого технологического процесса; PD -параметры детали. 20

В работе рассмотрен процесс формализации всех исходных данных. Таблица 3. Представление об инструментальной стратегии обработки КТЭ

детали (пример) - внутренняя цилиндрическая поверхность (осевая)

Обрабатываемый К и Внутренняя цилиндрическая поверхность (осевая) €1 Диаметр: 30мм Длина: 80 мм Точность: 8 квалнтет Шероховатость: |}а 1,6 Втулка, отверстие осевое Материал: Сталь 40.

№ Стратегия Преимущества Недостатки

1 Сверление (быстрорежущая сталь), зенкерование, развертывание. Низкая стоимость инструмента, можно проводить обработку на большинстве видов оборудования. Ьольшое машинное и вспомогательное время, сложности в автоматизированном производстве, необходимость квалифицированной переточки.

2 Сверление сверлом с механическим креплением размерной сменной пластины 0 Длительная обраоотка Ьез смены пластины, минимально возможное машинное время. Высокая стоимость державки, сложность адаптации к отечественному оборудованию, подходит только для одного диаметра.

3 Сверление сверлом с механическим креплением двух пластин 0 20, растачивание этим же сверлом до 0 30. Длительная обраоотка без смены пластин, небольшое машинное время, универсальность подхода для диаметров > 0 20. Высокая стоимость державки, сложность адаптации к отечественному оборудованию.

4 Сверление (быстрорежущая сталь) 0 20, растачивание токарным резцом с напайными пластинами до 0 30 Универсальный инструмент, низкая стоимость инструмента. Ьольшое машинное и вспомогательное время, сложности в автоматизированном производстве, необходимость квалифицированной переточки.

5 Сверление сверлом с напаиной пластиной до 0 20, растачивание импортным резцом со сменными пластинами до 0 30. Небольшое машинное время, универсальность подхода для диаметров > 0 20. Высокая стоимость инструмента.

Также в работе показано, что на основе полученных исходных данных возможно вычислить критерии выбора стратегий обработки 50. которые можно описать в виде набора:

50 = <Тт, Тр, Си, а> , (22)

где Тт - машинное время; Тр - время смены инструмента; СИ - стоимость инструмента в перерасчете на одну деталь; С/ - затраты на обработку элементарной поверхности при данной стратегии обработки.

Для выбора инструментальной стратегии обработки КТЭ имеет смысл применить математический аппарат принятия многокритериальных решений в условиях определенности.

Пусть Л' - множество альтернатив, которыми является множество вариантов инструментальных стратегий обработки КТЭ; К - множество исходов, которыми являются кортежи критериев рассматриваемых стратегий обработки 50, причем каждой альтернативе.*: е-Л'соответствует единственный элементу ¿г У, и у=<р(х).

Дальнейшей задачей является ранжирование множества альтернатив Л' на основе известного метода линейной свертки по кортежам критериев 50. Значимость альтернативы Дх) определяется на основе следующей зависимости:

Их) = а, > 0, = I, (23)

где/¡(х) - критерии рассматриваемых стратегий обработки из кортежа 50; о; - весовой коэффициент критерияДа); т - число критериев множества 50.

Получив значимость альтернатив и проранжировав их, получаем рекомендации по выбору инструментальной стратегии обработки.

Для реализации математической модели разработана автоматизированная система, включающая следующие подсистемы, описанные далее. Подсистема ввода данных отвечает за корректный ввод оценок экспертов, взаимосвязей и построение запроса пользователем. В подсистеме анализа реализованы математические модели и алгоритмы обработки экспертных оценок. В подсистеме расчета и выводов формируются запросы для подсистемы анализа, далее подготавливаются данные для вывода и формируются отчеты для предоставления пользователю.

Результатом работы автоматизированной системы являются рекомендации, содержащие необходимые данные об инструментальной стратегии обработки КТЭ, рекомендуемых инструментах, рекомендуемых режимах резания, а также предварительный расчет времени и стоимости обработки.

Далее, говоря о кинематической стратегии обработки КТЭ, в табл. 4 для представления приведены 4 возможные кинематических стратегии обработки (в рамках процесса формообразования) КТЭ «Цилиндрическая ступень».

Таблица 4. Ир оставление о кинематической сгратегии бработки КТЭ

Обрабатываемый КТЭ

Цилиндрическая ступень

Название

Продольное

Поперечное

По контуру

Под углом

Визуальное представление

Лингвистическое описание

Резец совершает

продольное

движение

резания,

поперечный

выход из зоны

резания,

продольное

вспомогательное

движение.

Резец совершает поперечное движение резания, продольный выход из зоны резания, поперечное вспомогательное движение.

Резец совершает движение резания по контуру, выход из зоны под углом,

поперечное и продольное вспомогательное движение.

Резец совершает движение резания под углом,

продольный выход из зоны резания поперечное вспомогательное движение.

На выбор кинематической стратегии влияют ряд факторов: 1. Жесткость технологической системы. Данный параметр является трудноформализуемым, но человек-эксперт может однозначно определить, в каком из случаев жесткость больше. Эксперт делает свое заключение на основание ряда прямых и косвенных факторов влияния. Этими факторами являются диаметр заготовки D, сила зажатия заготовки в патроне Fj, наличие тонкой стенки в обрабатываемом элементе Mis, вылет заготовки Lj, твердость И,

2. Длина (глубина) обрабатываемого КТЭ L.

3. Местоположение обрабатываемого элемента на детали Мр.

4. Идентификатор Мт, определяющий открытые и закрытые поверхности детали. Данный параметр вводится в связи с невозможностью применения некоторых стратегий при закрытой или, наоборот, при открытой поверхности.

5. Снимаемый на переходе припуск а.

Таким образом, факторы, влияющие на выбор кинематической стратегии обработки можно описать набором S:

S = <D, L, Mis, Fj, Lj, Mp, Mm, a, H,G> (24)

Для математической обработки неявно заданных данных применялась теория нечетких множеств, описанная в главе 3. В результате, разработана математическая модель, программные алгоритмы и автоматизированная система для выбора кинематической стратегии обработки КТЭ.

Созданный программный комплекс по выбору инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей, применяется в ТПП машиностроительных МИП региона и позволяет им повысить производительность обработки и существенно снизить себестоимость продукции.

В пятой главе предложена методология создания интеграционных структур на базе малых инновационных предприятий в области машиностроения, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г., с точки зрения построения современного автоматизированного производства и проведения научно-исследовательских работ на основе комплекса автоматизированных систем.

В состав таких интеграционных структур на базе малых инновационных предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г., могут входить:

1. Лаборатория современного технологического оборудования и инструмента.

2. Компьютеризированные рабочие места и учебные классы, оснащенные современными CAD/CAM/CAE-системами.

3. Лаборатория измерительной техники.

4. Автоматизированный инструментальный склад общего доступа.

5. Автоматизированный банк данных технологических решений в области высоких технологий в машиностроении.

Общий механизм взаимодействия подобных структур с промышленными (в первую очередь с малыми) предприятиями показан на рис. 7. В работе обобщается и анализируется опыт функционирования подобного предприятия ООО «ИЦ ВТМ» при ФГБОУ ВПО «БГТУ».

Также в работе показано, что расширение каналов скоростных телекоммуникаций и разработка технологий обработки данных в реальном времени дают возможность реализации модели распределенного научного коллектива, работа которого строится на технологиях удаленного доступа к научно-техническим ресурсам на основе использования компьютерных средств общения. Особенно это актуально для МИП, ограниченные ресурсы которых не позволяют иметь собственные лаборатории.

Лаборатория современного технологическо го

оборудования и инструмента

Компьютеризированные рабочие места и учебные классы, оснащенные современными САЪ/С АМ/С АЕ-системам и.

Конструирование и технологическая подготовка производства

Широкий спектр

виртуальных моделей станков для компьютерной отработки технологии изготовления наукоемких деталей

Обучение, переподготовка/4^ стажировка ^

Заказ на подготовку

производства наукоемких изделий

Управляющие программы

Стажировка, переподготовка

Директор малого предприятии

Инженер-конструктор

Бухгалтерия

Сборочный цех

Инженер-технолог

Заготовительный цех

Технический отдел

Производствен' ный цех

Заказ в виде чертежа детали или технического задания на изделие

Оперативная \поставка

Поставка продукции

Удаленный заказ материалов

Заказчик изделий

Поставщик материалов для обработки

Региональный технический университет

стажировка

МИП, созданное по 217 ФЗ от 02.09.201 ]

Рис. 7. Взаимодействие МИП по 217 ФЗ от 02.08.09 с промышленными малыми инновационными предприятиями

Для реализации отмеченных возможностей о процессе диссертационного исследования на базе МИП ООО «ИЦ ВТМ», созданного при ФГБОУ ВПО «Б! ТУ» по 217 ФЗ от 02.08.09 г., была разработана автоматизированная система научных исследований в виде виртуальной лаборатории сканирующей микроскопии с доступом к экспериментальной установке через Интернет (рис.8).

Основными задачами, решаемыми созданной в ООО «ИЦ ВТМ» виртуальной лабораторией, являются (рис. 9):

- проведение удаленных исследований в лабораторном комплексе в интересах МИП и в образовательном процессе;

- предоставление удалённого доступа к средствам и методам компьютерной микроскопии (измерение морфологических параметров, применение фильтров) посредством сети Интернет;

- построение объёмных моделей исследуемой поверхности по её цифровым изображениям для оценки качества предсерийных образцов продукции, а также для выявления причин отказа (разрушения) изделий в процессе эксплуатации.

В процессе удаленного доступа к комплексу пользователь имеет возможность работать с микроскопом аналогично исследователю, работающему непосредственно на самом оборудовании. Разработанная АСНИ применяется для научных исследований в области микроструктурного и микрогеометрического анализа различных образцов и деталей в условиях дистанционного доступа в интересах МИП, средних и крупных промышленных предприятий, а также в образовательном процессе.

Рис. 8. Технический комплекс АСНИ виртуальной лаборатории: I - инвертированный металлографический микроскоп LEICA DMIRM; 2 - сервер; 3 - цифровая камера;

4 - WEB-камера; 5 - разработанная конструкция управления на основе шаговых двигателей

В машиностроительном производстве применяются различные виды технологической оснастки, в зависимости от типа производства: универсальные безналадочные, универсально-сборные (УСП), специализированные наладочные и пр. Одним из наиболее распространенный видов является оснастка типа УСП (изготавливается на ряде предприятий, например «Союзтехоснастка» - Нижний Новгород).

Эффект от использования УСП проявляется при покупке комплектов УСП, приобрести которые способно только крупное машиностроительное предприятие. Для МИП главной проблемой является недоступность оснастки

типа УСП. В условиях, когда стоимость комплекта УСП может превышать стоимость всех основных фондов предприятия, вопрос покупки не рассматривается.

Г

г

30-

молслирошишс

Рсалкгиронл-нис цифртич и10бр.тл;сиим

Уич-чичашс глуиины

рс 1К0СТП

Измерение морфолотчсс-кнх параметры!

Ч

Г

КГПЧериер

ап

Т77Г

— мплу.41.-НС10ЧННК

СС.1-

ШМуШ.» приемник

(Тернер

(.'«фИф

Шфчуллыюн жк1ор:пории

К микроскопу

-г'К"

ниете)

Рис. 9. Функциональная схема виртуальной лаборатории

Однако в рыночной экономике возникает возможность появления нового механизма обеспечения предприятий необходимыми сборными приспособлениями для металлообработки через создание региональных коммерческих центров внедрения УСП (РЦ УСП) на базе МИП при университетах (по 217 ФЗ от 02.08.09).

Стоит отметить следующие моменты, создающие эту возможность:

1. Срок службы комплекта УСП от 12 до 15 лет.

2. Один комплект УСП, в зависимости от комплектации, позволяет собирать до 1000 приспособлений в год.

3. Существует потребность в качественных станочных приспособлениях, гарантирующих требуемую точность, как у малых, так и у крупных машиностроительных предприятий.

4. Глобальная сеть Интернет предоставляет возможность существенно сокращать время заказа, сборки и доставки приспособления заказчику.

5. Наличие централизованного хранилища и специалистов по проектированию и сборке УСП позволит достичь стабильного качества агрегатирования.

Учитывая данные особенности, в работе были рассмотрены аспекты создания таких региональных центров, а также методы эффективной организации автоматизированной системы информационного обеспечения, проектирования и сборки оснастки на основе УСП.

На рис. 10 представлена предлагаемая схема взаимодействия региональных центров внедрения УСП с машиностроительными предприятиями.

1. Чертеждетали

2. Спецификация на сконструированную

ранее оснастку

о

Доставка собранной технологической оснастки

Цех сборки технологической оснастки

Рис. 10. Схема взаимодействия региональных центров УСП с машиностроительными предприятиями

РЦ УСП является хранителем комплектов УСП и знаний по технологической оснастке. Его основной задачей является предоставление коммерческих услуг по изготовлению, доставке и предоставлению в аренду сборных технологических приспособлений из УСП. Основой функционирования такого центра является автоматизированная система управления, включающая ряд задач по управлению складом, сетевому взаимодействию с заказчиками, управлению информационными потоками внутри центра для взаимодействия его подразделений.

Автоматизированная система строится как комплекс, в основе которого лежит электронная база данных, содержащая сведения о количестве элементов УСП, их резервировании и использовании в собранных приспособлениях, а также сведения о заказчиках. Исследования показали, что наилучшим способом разработки подобной системы является применение модифицируемых информационных комплексов, таких как «1С Торговля и склад». Эти системы характеризуются отлаженными СУБД, настраиваемыми интерфейсами и возможностями создания надстроек. Инженерная часть была представлена одной из отечественных CAD-систем (КОМПАС-ЗБ VI2).

На рис. 11 представлен алгоритм взаимодействия рассматриваемой автоматизированной системы с заказчиками.

^ Проектирование технологической оснестки (приспособлений из УСП)

Передача спецификации на

оснастку через веб-портал

+ -

Определение даты поставки и возврата на веб-псртале

Автоматизированное

формирование

нового предложения по датам

Конструкция или цена не устраивает заказчика

Нет

j. i^i Изготовление партии деталей

конец приспособления из УСП в

и возврат центр

Сборка УСП,автоматизированная подготовка счетов на оплату

Приспособление не позволяет получить изделие требуемого качества

------- Изготовление ' -

Рис. 11. Алгоритм взаимодействия автоматизированной системы РЦ УСП с заказчиками

Алгоритм показывает движение информационных потоков от начала заказа технологической оснастки из УСП до возврата использованного приспособления в центр. Также в работе рассматривается экономическое обоснование создания РЦ УСП, что является концепцией коммерчески прибыльной бизнес-идеи, реализация которой может решить на уровне региона проблему обеспечения машиностроительных предприятий качественной технологической оснасткой.

Также в работе рассматриваются вопросы разработки и применения систем мониторинга научно-технической информации в Интернет в области конструкторско-технологической подготовки производства в деятельности МИП.

В настоящее время основным источников конструкторско-технологической информации, наряду с традиционными (справочники, базы

данных, нормативные документы и др.), становится Интернет. Ресурсы сети Интернет особенно актуальны для МИП, т.к. они не имеют возможности содержать отделы со справочниками и актуальными стандартами. Информация в Интернет характеризуется избыточностью, повторяемостью, высокой степенью зашумленности и низким соответствием запросу. Поиск необходимой и релевантной в изучаемой области информации зачастую требует существенных временных затрат. Динамическое изменение и увеличение объемов информации требует систематизации и структурирования. В связи с этим, возникает необходимость осуществления в Интернет быстрого поиска, мониторинга и анализа информационных ресурсов в области конструкторско-технологической информации, призванные помочь осуществить накопление и обработку знаний инженеров в области машиностроения при решении ими различного рода задач.

Для решения поставленных проблем в исследовании проводилась разработка автоматизированной интеллектуальной системы нового типа с использованием многоагентной стратегии, позволяющей проводить проблемно-ориентированный поиск в Интернет и предоставлять пользователю документы релевантные не только к поисковому запросу, но и к выбранному направлению.

В общем виде модель информационно-поискового запроса в выбранной предметной области 2р можно представить в виде кортежа:

Хр=<ОР, КГ, ТТ., Р5>, (25)

где ОР - описание конструкций запросов поисковых систем, ЯТ -математический ретранслятор универсального языка в языки внешних поисковых систем, ТТ - тезаурус предметной области, РБ - поисковая схема.

ОР представляет собой набор правил позволяющих интерпретировать запросы на универсальном языке из поисковой схемы в набор уникальных запросов к конкретным поисковым системам.

ОР=<УО, Ай, РА>, (26)

где УО=(Ю, МА, РЯ) - массив операций понимаемых внешней поисковой системой с указанием следующих параметров: идентификатор соответствующей операции на универсальном языке /О; маска для определения синтаксической конструкции операции МА\ приоритет операции при анализе запроса во внешней поисковой системе РЯ. АО - информация об адресе поисковой системы, РА -информация о параметрах принимаемых ей.

Тезаурус предметной области математически описывается в виде множества тематических блоков Т„, включающих термины /,, связанные с предметной областью.

Т7-1Т,, Т2.....и где ^с//,, г2.....1,7. (27)

Поисковая схема РБ представляет собой составленное экспертом множество выборок термов V из тезауруса 72, дополненную связями в виде универсальной логики поисковых машин, ее можно описать в виде множества:

Р5=1Ус(11, г2.....(¡1, БУ). (28)

Первичный индекс документов содержит информацию о документе О, которую можно описать следующим образом:

£>=£БЬ,, где 51, = {Рх,Р2,Р3,NА,N.,СЯ,Ь,Т„Т2), (29)

где п - число слоп в документе, - ¡-е слово в документе, Р/ - позиция ¡-го слова в документе, Р2 - позиция ¡-того слова в абзаце, Р} - позиция ¡-го слова в предложении, Л^ - номер абзаца ¡-го слова в документе, Ы/> - номер предложения ¡-го слова в документе, <ЗН - набор граммем ¡-го слова (род, число, падеж и пр.), £ - набор возможных лемм для ¡-го слова, - тип блока ¡-го слова (обычный текст, уровень заголовка), Т2- тип выделения ¡-го слова (жирный, курсив и пр.).

На основе предложенного подхода была разработана автоматизированная система, настроенная на работу с данными по конструкторско-технологической информации в интересах МИП. В качестве информационной основы системы используется разработанная онтология основных понятий предметной области, представленной в виде семантической сети. Система применяется в работе нескольких региональных МИП, а также в научном и учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ».

С применением результатов диссертационного исследования при ФГБОУ ВПО «БГТУ» был создан ИЦ ВТМ, являющийся центром компетенции в области машиностроения и обеспечивающий консультационную и информационно-техническую поддержку деятельности машиностроительных МИП региона в освоении производства инновационной продукции.

В шестой главе описывается применение разработанных методик, подходов и автоматизированных систем в условиях МИП.

Рассмотрено применение виртуальных моделей оборудования и инструмента в производственных процессах МИП (на примере ООО «ИЦ ВТМ»), создание виртуальных моделей технологического оборудования, приспособлений и инструмента, показано применение разработанных автоматизированных систем и подходов в подготовке производства наукоемких изделий на примере детали «Фланец синхротрона».

При изготовлении этого изделия была применена методика автоматизации технологической подготовки производства, рассмотренная в диссертационной работе. Были проведены следующие этапы подготовки производства и изготовления:

1. Выбор метода получения заготовок и изготовление заготовок.

2. Разработка ЗО-модели детали.

3. Распознавание КТЭ и формирования КТМ детали (глава 3).

4. Передача КТМ детали в САПР ТП «ТехноПро» (глава 3).

5. Автоматизированная разработка техпроцесса на изделие.

6. Автоматизированный подбор инструмента для точения и назначение режимов резания (глава 4).

7. Выбор инструментальной стратегии обработки осевого отверстия (глава 4).

8. Разработка управляющей программы.

9. Отработка процесса изготовления на виртуальных моделях оборудования и инструмента.

10. Изготовление пробного образца изделия.

В приложении представлены акты о внедрении полученных результатов на ряде МИП региона. Проведенный анализ результатов внедрения подтвердил адекватность полученных моделей и алгоритмов, а автоматизированные системы возможно рекомендовать к применению в условиях машиностроительных МИП и других предприятий, а также в учебном процессе технических вузов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведенные диссертационные исследования показали, что традиционный подход к ТПП для крупных машиностроительных предприятий, в условиях МИП машиностроения, себя не оправдывает по причинам широкого применения в МИП современного высокотехнологичного оборудования и инструмента с новыми возможностями, небольшого инженерного коллектива с ограниченным коллективным опытом, сжатыми сроками на технологическую подготовку и производство изделий, высокого уровня кооперации, отсутствии возможностей приобретать дорогостоящие многофункциональные САО/САМ/САЕ-системы и переподготавливать кадры на регулярной основе. Как следствие, такие машиностроительные МИП имеют несистематизированный процесс технологической подготовки производства без его комплексной автоматизации, но, как правило, с применением недорогих широко распространенных коммерческих автоматизированных систем и программных комплексов.

2. В работе предложены новые решения, позволяющие организовать и комплексно автоматизировать процесс технологической подготовки производства для современного высокотехнологичного оборудования с применением в производственном процессе последних достижений науки и техники. В основе предложенных решений лежит разработанный метод организации АСТПП машиностроительных МИП на основе пересмотра традиционных этапов технологического проектирования и разработки новых моделей, алгоритмов и программных комплексов для комплексной автоматизации процесса ТПП МИП, заключающийся в выделении этапов интеграции САПР ТП и САБ-систем, подбора современного высокопроизводительного инструмента, выбора стратегий обработки, как объектов автоматизации с целью снижения производственных затрат машиностроительных МИП и повышении конкурентоспособности выпускаемых изделий.

3. Для автоматизации процесса подготовки исходных данных для автоматизированного проектирования технологических процессов с ориентацией на отечественные САПР ТП разработан метод автоматического распознавания конструкторско-технологических элементов (КТЭ) из ЗБ-модели и 20-чертежа на основе графа декомпозиции, заключающийся в выделении КТЭ из геометрически заданных поверхностей, линий, сплайнов ЗБ-модели детали и 20-чертежа в стандартных форматах обмена данными с применением предложенной математической модели на основе нечетких множеств для формализованного описания КТЭ. Разработан программный комплекс для декомпозиции геометрической ЗБ-модели детали и 20-чертежа на КТЭ и построения конструкторско-технологической модели детали (КТМ), а также её передачи в САПР ТП «ТехноПро», позволяющий в условиях машиностроительных МИП существенно сократить время на подготовку исходной информации для технологического проектирования.

4. Предложен метод автоматизированного подбора рационального металлорежущего инструмента, заключающийся в автоматическом анализе распознанной КТМ детали для выявления наиболее рациональных по геометрическим инструментов и ранжировании полученного списка на основе

использовании теории решения многокритериальных задач на нечетком множестве альтернатив для выбора наиболее подходящих из них в заданных условиях. Разработана автоматизированная система подбора рационального металлорежущего инструмента, на примере токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами, позволяющая, при применении в ТПП машиностроительных МИП, существенно снизить затраты на приобретение инструмента и повысить эффективность металлообработки.

5. Для учета новых возможностей современного высокотехнологичного металлообрабатывающего оборудования и инструмента в ТПП машиностроительных МИП предложено и обосновано введение понятий инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей. Разработан метод выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей деталей, позволяющий автоматически генерировать возможные варианты обработки указанных элементов с учетом возможностей современного инструмента и оборудования и рассчитывать для них экономические затраты на обработку. Разработан метод выбора кинематической стратегии обработки поверхностей деталей, позволяющий выбирать траекторию движения режущего инструмента в процессе формообразования на основе автоматизированного анализа условий обработки с передачей полученных данных в САМ-системы для разработки управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ. Создан программный комплекс по выбору инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей, применение которого в ТПП машиностроительных МИП позволяет повысить производительность обработки и существенно снизить себестоимость продукции.

6. Для решения проблем в ТПП машиностроительных МИП (решение которых выходит за пределы возможностей МИП), связанных с недостаточной компетенцией в области применения современного оборудования и инструмента, с переподготовкой кадров, с обеспечением сборной технологической оснасткой в работе обосновано создание интеграционных структур нового типа для поддержки деятельности машиностроительных МИП в рамках отдельных регионов в виде инновационных центров высоких технологий в машиностроении при технических университетах (в том числе предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г.) и региональных центров УСП, как самостоятельных структур с предложенной и обоснованной архитектурой автоматизированной системы управления их деятельности. При ФГБОУ ВПО «БГТУ» был создан ИЦ ВТМ, являющийся центром компетенции в области машиностроения и обеспечивающий консультационную и информационно-техническую поддержку деятельности машиностроительных МИП региона в освоении производства инновационной продукции.

7. Для решения актуальных задач проведения различных экспертиз, измерений, оценок, произведенной в условиях машиностроительных МИП продукции с целью коррекции технологических процессов ее изготовления, на таком специализированном оборудовании, как измерительные комплексы, микроскопы, испытательные установки, предложен и обоснован метод построения автоматизированных систем научных исследований для удаленного доступа МИП к указанному оборудованию через сеть Интернет на основе микропроцессорных систем управления рабочими органами оборудования и

программного комплекса, выполняющего преобразование команл у.чаяеякш операторов в команды управления оборудованием. Новизна предложенного' метода заключается в применении технологий удаленного доступа чергз Интернет к специализированному машиностроительному оборудованию в интересах машиностроительных МИП. Предложенный метод построения АСНИ с возможностью коллективного доступа апробирован на примере сомаяк&й АСНИ на базе металлографического микроскопа Leica Dmirm с предоставлением коллективного доступа для МИП, используемой для проведения металлографических исследований специалистами региональных МИП. В отличие от существующей схемы исследований, экспертный анализ образцов проводится работниками МИП, а не собственника оборудования, что существенно снижает затраты МИП на проведение исследований.

8. Результаты проведенных исследований внедрены на ряде машиностроительных МИП. Применение предложенных в работе методик и программных комплексов позволило снизить сроки ТПП в среднем на 20...30%, уменьшить затраты на инструмент 15...25%, уменьшить машинное время изготовления деталей на 30...50%. Полученные результаты нашли применение в учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ», в том числе по программам дистанционного университета.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ (32 из 76 публикаций)

Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических

изданий БАК РФ

1. Аверченков A.B. Применение многоагентных технологий в автоматизации мониторинга и анализа распределенной информации в Интернет / В.И. Аверченков, A.B. Аверченков, Е.А. Леонов, Д.В. Кравцов // Известия ТулГУ. Сер. Технологическая системотехника. Вып. 14. Труды участников Пятой Междунар. электрон, науч.-техн. конф. «Технологическая системотехника - 2006». - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - С. 33-42.

2. Аверченков A.B. Высокие технологии в машиностроении как новые механизмы взаимодействия науки, образования и промышленных предприятий / В.И. Аверченков, A.B. Аверченков// Справочник. Инженерный журнал. -2009. -№ 10. - С. 38-44.

3. Аверченков A.B. Автоматизация выбора оптимального режущего инструмента для многофункционального технологического оборудования с ЧПУ / A.B. Аверченков, М.В. Терехов // Вестник Брянского государственного технического университета. -2010. -№ 1 (25).-С. 13-21.

4. Аверченков A.B. Создание виртуальной модели станка DMU 125 Р duoBLOCK в системе VERICUT/ В.И. Аверченков, В.А. Беспалов, В.А. Шкаберин, A.B. Аверченков, М.В. Терехов, Е.А. Парихина // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 2 (26). - С. 66-73.

5. Аверченков A.B. Автоматизация формирования управляющих программ для многофункциональных станков с ЧПУ на основе выбора оптимальной стратегии обработки / A.B. Аверченков, А.Е. Симуни // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 2 (26). - С. 15-21.

6. Аверченков A.B. Подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ в интегрированной САПР Pro/ENGINEER с применением виртуальных моделей оборудования, режущего инструмента и станочных приспособлений / A.B. Аверченков, А.Е. Симуни, М.В. Терехов, В.А. Шкаберин // Информационные системы и технологам. -2010.-№¡4 (60). - С. 89-94.

7. Аверченков A.B. Аспекты автоматизации производственных процессов малого инновационного машиностроительного предприятия / A.B. Аверченков, Е.Э. Аверченкова // Информационные системы и технологии. - 2010. - №3 (59).-С. 109-116.

8. Аверченков A.B. Автоматизированная подготовка производства инновационных изделий в условиях малых машиностроительных предприятий/ A.B. Аверченков, Е.Э. Аверченкова // Вестник Брянского государственного технического университета. -

2010. -№3 (27). - С. 49-57.

9. Аверченков A.B. Программно-аппаратный комплекс виртуальной лаборатории для микроструктурного и микрогеометрического анализа / A.B. Аверченков, Д.В. Чмыхов, P.A. Филиппов, И.Л. Пыриков, А.П. Дорош // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 3 (27). - С. 78-83.

10. Аверченков A.B. Механизмы создания региональных центров универсально-сборочных приспособлений для решения задачи обеспечения качественной технологической оснасткой малых инновационных предприятий / A.B. Аверченков,

B.Б. Ильицкий // Вестник Брянского государственного технического университета. -

2011. -№ I (29).-С. 91-94.

11. Аверченков A.B. Автоматизация выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей / A.B. Аверченков, М.В. Терехов, A.A. Мартыненко // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (30) -

C. 86-92.

12. Аверченков A.B. Математическое обеспечение процедуры выбора оптимального режущего инструмента / A.B. Аверченков, М.В. Терехов, A.A. Мартыненко // Информационные системы и технологии. - 2011. - №5 (67). - С. 5-10.

13. Аверченков A.B. Кинематическая и инструментальная стратегии обработки конструкторско-технологических элементов деталей / A.B. Аверченков // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2011. - № 9 (82). -Вып. 11.-С. 126-130.

14. Аверченков A.B. Повышение эффективности виртуальной подготовки производства на основе выбора оптимального режущего инструмента и стратегий обработки / A.B. Аверченков // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 20 L1. - №3. Т. 17. - С. 767-774.

15. Аверченков A.B. Малые инновационные предприятия в сфере наукоемкого машиностроительного производства / A.B. Аверченков, М.В. Терехов, A.A. Мартыненко// Справочник. Инженерный журнал. - 2011. -№11. - С. 54-56.

16. Аверченков A.B. Автоматизация процедуры выбора современного фрезерного металлорежущего инструмента / A.B. Аверченков, Е.Ю. Кукло // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2011. - № 4 (32). - С. 81 -85.

17. Аверченков A.B. Автоматизированная подготовка производства малого машиностроительного предприятия / A.B. Аверченков, Е.Э. Аверченкова // Известия ТулГУ. - 2011. - Вып. 6. Ч. 2. - С. 423-429.

Монографии

18. Аверченков A.B. Инновационные центры высоких технологий в машиностроении: монография / В.И. Аверченков, A.B. Аверченков, В.А Беспалов., В.А. Шкаберин, Ю.М. Казаков, А.Е. Симуни, М.В. Терехов; под общ. ред. В.И. Аверченкова, A.B. Аверченкова. - Брянск: БГТУ, 2009. - 180 с.

19. Аверченков A.B. Автоматизация выбора режущего инструмента для станков с ЧПУ: монография / В.И. Аверченков, A.B. Аверченков, М.В. Терехов, Е.Ю. Кукло // [Текст]+[Электронный ресурс]. - Брянск: БГТУ, 2010. - 148 с.

Патенты

20. Патент на полезную модель «Аппаратно-программный комплекс для управления удаленным оптическим микроскопом» / A.B. Аверченков, В.И. Аверченков, P.A. Филиппов, Д.В. Чмыхов. №110842 от 27.11.2011 г.

34

Публикации в других изданиях

21. Аверченков A.B. Использование системы T-Flex «ТехноПро» для решения технологических задач / A.B. Аверченков // Материалы международной молодежной научной конференции «XXVII Гагаринские чтения». - М.: Латмэс, 2001. - Т.З. - С. 97-98.

22. Аверченков A.B. Разработка автоматизированной системы проектирования ТП на основе обменного формата «ФОКТИ» / A.B. Аверченков // XXVIII Гагаринские чтения: материалы Междунар. молодежной науч. конф. - М: Латмэс, 2002. - Т. 7. - С. 167-168.

23. Аверченков A.B. Автоматизация процедур обмена конструкторско-технологическон информацией о проектируемых деталях на этапах жизненного цикла изделия / A.B. Аверченков, П.В. Казаков // Сб. материалов 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава. - Брянск: БГТУ, 2002. - С. 257-258.

24. Аверченков A.B. Обеспечение качества технологического проектирования в условиях интегрированных САПР / A.B. Аверченков // Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. -Брянск: БГТУ, 2003. - С. 131-134.

25. Аверченков A.B. Применение стандартов CALS для обмена информацией между CAD и САПР ТП / В.Б. Ильицкий, A.B. Аверченков // Практика и перспективы применення ИПИ-технологий в производстве: сб. тр. науч.-практ. конф. - Ульяновск: УГТУ, 2004. - С. 83-87.

26. Аверченков A.B. Автоматизация распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей в интегрированных САПР / В.И. Аверченков, A.B. Аверченков // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2005. - №4. -С. 7-15.

27. Аверченков A.B. Разработка автоматизированной системы мониторинга и анализа распределенной информации в сети Интернет на основе мультиагентной стратегии / A.B. Аверченков, Е.А. Леонов, Д.В. Кравцов // Известия ОрелГТУ. Сер. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии: информационные системы и технологии,-2008.-№1 -4/269 (544).- С. 127-133.

28. Аверченков A.B. Использование советующей системы для решения проблемы выбора стратегий обработки элементарных поверхностей в интегрированных САПР / A.B. Аверченков, A.A. Мартыненко // Единое образовательное пространство славянских государств в XXI веке: Проблемы и перспективы: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., 2-3 апр. 2009 г., г. Брянск / под ред. В.И. Аверченкова. - Брянск: БГТУ; СГА, 2009. - Т. 2. - С. 165-167.

29. Аверченков A.B. Принципы построения и использования высоких технологий в машиностроении / В.И. Аверченков, A.B. Аверченков // Наука и производство - 2009: материалы Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч., 19-20 марта 2009 г., г. Брянск / под ред. С.П. Сазонова, П.В. Новикова. - Брянск: БГТУ, 2009. - Ч. 2. - С. 104-107.

30. Аверченков A.B. Организация коллективного доступа к высокотехнологичному оборудованию в инновационных центрах. Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях: материалы Междунар. науч.-практ. конф., 16-18 ноября 2009 г., г. Брянск / под ред. В.И. Аверченкова. - Брянск, 2009. - С. 46-47.

31. Аверченков A.B. Автоматизация производственных процессов в деятельности малого инновационного машиностроительного предприятия/ A.B. Аверченков, Е.Э. Аверченкова // Информационные технологии в науке, образовании н производстве. ИТНОП-2010: материалы IV-й Междунар. науч.-техн. конф.: в 5 т. Т. 3, г. Орел, 22-23 апреля 2010 г. / под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. И.С. Константинова. - Орел: ОрелГТУ, 2010.-С. 3-9.

32. Аверченков A.B. Автоматизация процедур выбора стратегий обработки деталей в условиях малых инновационных предприятий / A.B. Аверченков // Стратегия качества в промышленности и образовании: материалы VII Междунар. конф. - T. I. - Варна, Болгария, 2011.-С. 12-14.

1 2 -8 566

Аверченков Андрей Владимирович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ МАЛЫХ ИННОВАЦИОННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Автореферат

Корректор Л.А. Скворцова

Подписано в печать 20.02.12 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 2,0 Уч.-изд. л. 2,0

Тираж 100 экз. Заказ 28 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sslu.ru

2012099299

ВВЕДЕНИЕ.

1.НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МАЛЫХ ИННОВАЦИОННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ (МИЛ) В МАШИНОСТРОЕНИИ.

1.1. Малые инновационные предприятия машиностроения в национальной инновационной системе России.

1.2. Место МИП в условиях современного машиностроения.

1.3. Модели управления МИП.

1.4. Анализ путей автоматизации подготовки и управления производством в МИП в машиностроении.

1.5. Анализ особенностей использования современного технологического оборудования и инструментального обеспечения в производственных процессах МИП в машиностроении.

1.6. Постановка целей и задач исследования.

2. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА НАУКОЕМКИХ ИЗДЕЛИЙ В МИП.

2.1. Принятие решений по выбору объекта производства на основе анализа технологических решений.

2.2. Анализ информационных потоков и базы знаний, необходимых в автоматизации деятельности МИП.

2.3. Применение стандартов и рекомендаций ЕСТПП для технологической подготовки производства МИП. Этапы ТИП МИП.

2.4. Решение задач МИП методами теории нечетких множеств.

2.5. Решение задач МИП методами теории решения многокритериальных задач на нечетком множестве альтернатив.

2.6. Выводы по главе.

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА МИП В МАШИНОСТРОЕНИИ.

3.1. Применение САМ-систем и САПР ТП для решения технологических задач МИП в машиностроении.

3.2. Автоматизация процедур интеграции САПР ТП и С AD/C АМ/С АЕ-систем.

3.2.1. Разработка процедур автоматизации распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей в интегрированных САПР.

3.2.1.1 Представление информации о 3D модели детали и конструкторском 2D чертеже в формате IGES.

3.2.1.2. Декомпозиция геометрической модели детали на КТЭ.

3.2.1.3. Формализация описания КТЭ.

3.2.1.4. Пример использования модели приближенных рассуждений.

3.2.1.5. Распознавание элементов 2 уровня.

3.2.1.6 Разработка методики сопоставления 3D модели детали и 2Dчертежа.

3.2.1.7. Распознавание конструкторских обозначений на 2D-чертеже.

3.2.2. Разработка алгоритмов и программного комплекса распознавания конструкторско-технологической информации на основе ЗО-модели детали и 20-чертежа.

3.3. Выводы по главе.

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР ВЫБОРА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И СТРАТЕГИЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ.

4.1. Проблема выбора рационального режущего инструмента в условиях МИП в машиностроении.

4.2. Формализация описаний и математическая модель процесса подбора режущего инструмента.

4.3. Разработка алгоритмов автоматизированной системы выбора режущего инструмента для многофункционального технологического оборудования с ЧПУ в условиях машиностроительных МИП.

4.4. Описание разработанного программного комплекса для автоматизации процедуры выбора режущего инструмента.

4.5. Автоматизация процедур выбора стратегий обработки деталей.

4.5.1. Методика снижения производственных затрат на основе процедур выбора кинематической и инструментальной стратегий обработки деталей.

4.5.2. Кинематическая стратегия обработки деталей.

4.5.3. Инструментальная стратегия обработки деталей.

4.6. Выводы по главе.

5. РЕШЕНИЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАДАЧ МИП В МАШИНОСТРОЕНИИ ЗА СЧЕТ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРАЦИОННЫХ

СТРУКТУР.

5.1. Решение задач поддержки деятельности региональных МИЛ за счет создания инновационных центров высоких технологий в машиностроении при технических университетах.

5.2. Исследование и создание АСНИ для удаленного доступа МИЛ к специализированному научному оборудованию.

5.3. Разработка информационной модели и концепции автоматизированных систем для проектирования и применения технологической оснастки в производственных процессах МИЛ за счет создания интеграционных структур.

5.3.1. Решение задачи обеспечения МИЛ технологическим оснащением через создание региональных центров внедрения У СП (РЦ У СП).

5.3.2. Оценка экономической эффективности создания РЦ УСП.

5.4 Мониторинг научно-технической информации в Интернет в области конструкторско-технологической подготовки производства.

5.4.1. Формализация потребности в мониторинге актуальной научно-технической информации в сети Интернет в деятельности МИП.

5.4.2. Разработка новых методик автоматизированного поиска и анализа актуальной информации в Интернет.

5.4.3. Разработка программного комплекса для автоматизированного поиска и анализа актуальной информации в Интернет и методики его применения в условиях МИП.

5.5. Выводы по главе.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА НАУКОЕМКИХ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ МИП В МАШИНОСТРОЕНИИ.

6.1. Разработка и исследование виртуальных моделей оборудования и инструмента в производственных процессах МИП (на примере ООО «ИЦ ВТМ»).

6.2. Реализация разработанной методики автоматизации технологической подготовки производства в условиях МИП в машиностроении.

6.3. Выводы по главе.

Актуальность. В современных российских условиях в машиностроительной отрасли сложилась ситуация, при которой большинство крупных промышленных предприятий, успешно существовавших до начала девяностых годов, оказались не в состоянии выживать в конкурентной среде. Среди причин неудач необходимо особо выделить тотальное устаревание технической базы, необходимость содержать ряд малоэффективных подразделений, длительный цикл подготовки производства новых изделий, отсутствие крупных оборотных средств, высокий средний возраст инженерных кадров.

В настоящее время, из крупных машиностроительных предприятий наилучшим образом себя чувствуют предприятия, работающие на оборонные отрасли или по государственным заказам, с редко изменяющимся номенклатурным рядом продукции и ограниченно участвующие в конкурентной борьбе. В связи с этим, особое место стали занимать активно создаваемые машиностроительные малые инновационные предприятия (МИЛ), которые даже в кризисных условиях имели возможность успешно конкурировать на рынке, развиваться и приносить прибыль.

Среди этих предприятий наиболее перспективными показали себя МИЛ, использующие во всех сферах их деятельности современные информационные технологии, среди которых особое место занимают вопросы автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства, реализуемые в виде различных САО/САМ/САЕ-систем и прикладных автоматизированных систем. При этом, как показал анализ при оценке их конкурентоспособности, наиболее важными вопросами для МИЛ в управлении производством являются вопросы автоматизации ТПП, что говорит об актуальности проведенного диссертационного исследования.

Представленное диссертационное исследование базируется на работах советских и российских ученых в областях автоматизации технологической подготовки производства, технологии машиностроения, режущего инструмента и технологических приспособлений, теории резания, теории разработки информационных автоматизированных систем. В частности, стоит отметить таких ученых, как Базров Б. М., Балакшин Б.С., Безъязычный В.Ф., Бочкарев П.Ю., Бржозовский Б.М., Васильев A.C., Волков Д.И., Волчкевич Л.И., Воронов А.Г., Гатчин Ю.А., Горанский Г.К., Григорьев С.Н., Емельянов, С.Г., Желобов A.A., Иноземцев А.Н., Капустин Н.М., Кондаков

A. И., Корчак С.Н., Корсаков B.C., Кутин A.A., Малов А.Н., Митрофанов

B.Г., Митрофанов С.П., Павлов В.В., Пуш A.B., Рыжов Э.В., Соломенцев Ю.М., Смоленцев В.П., Султан-Заде Н.М., Суслов А.Г., Федонин О.Н., Федоров В.П., Цветков В.Д., Шаумян Г.А., Шептунов С.А., , Яблочников Е.И. Ящерицын П.И. и др.

Объект исследования - процесс технологической подготовки производства МИЛ в машиностроении.

Предмет исследования - автоматизированные системы, используемые в процессе технологической подготовки производства МИЛ в машиностроении.

Цель работы - повышение эффективности деятельности МИЛ в машиностроении за счет автоматизации Т1111 на основе формализации процедур выбора и реализации технологических и организационно-технических решений.

Для достижения цели исследования решены следующие задачи.

1. Решена научная проблема автоматизации процесса технологической подготовки производства малых инновационных предприятий за счет интеграции существующих и комплекса разработанных автоматизированных подсистем в рамках АСТПП.

2. Разработан метод идентификации и распознавания конструкторско-технологических элементов деталей на основе ЗВ-модели и 20-чертежа, достоверно подтвержденный разработанным программным комплексом интеграции CAD-систем и САПР ТП.

3. Создан новый научно обоснованный подход к построению автоматизированной системы выбора прогрессивного режущего инструмента на примере токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами в условиях малых инновационных предприятий.

4. Предложена теория построения инструментальной стратегии обработки и созданы методы ее автоматизированного выбора для элементарных поверхностей деталей.

5. Предложен метод выбора рационального использования режущего инструмента в процессе формообразования на основе нечеткой логики, как кинематической стратегии обработки, для основных элементарных поверхностей, на примере токарной обработки.

6. Предложены и научно обоснованы методы информационного обеспечения деятельности малых машиностроительных научно-исследовательских инновационных предприятий при университетах, созданных по 217 ФЗ от 02.08.09, как современных интеграционных структур, обеспеченных комплексом технологических, информационных и программных средств. Рассмотрено построение АСТПП и АСНИ таких предприятий и их интеграция в сферу промышленного производства РФ.

Методы исследования базируются на методах теории автоматизации и управления технологическими процессами и производствами, технологии машиностроения, теории резания, теории нечетких множеств, теории решения многокритериальных задач на нечетком множестве альтернатив, математической логики. Исследования проводились с учетом государственных стандартов и рекомендаций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен и обоснован метод комплексной автоматизации процесса технологической подготовки производства для малых машиностроительных инновационных предприятий, основанный на пересмотренном подходе к технологическому проектированию и применении созданного информационного и программного обеспечения и заключающийся в выделении этапов интеграции САПР ТП и САЭ-систем, подборе современного высокопроизводительного инструмента, выборе стратегий обработки, как объектов автоматизации с целью снижения производственных затрат машиностроительных МИП и повышении конкурентоспособности выпускаемых изделий.

2. Разработан метод интеграции С АО-систем и САПР ТП на основе распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей из ЗЭ-модели и 2Б-чертежа детали с применением теории нечетких множеств и нечеткой логики, позволяющий сократить время на ТПП машиностроительных МИП за счет решения научной задачи автоматизированной подготовки исходных данных для проектирования технологических процессов в САПР ТП.

3. Предложен и обоснован метод выбора рационального металлообрабатывающего инструмента в условиях малых машиностроительных инновационных предприятий на основе способов решения многокритериальных оптимизационных задач в условиях различной важности критериев достижения максимума целевой функцией с учетом конструкции инструмента и условий его применения. Метод апробирован на токарном инструменте со сменными неперетачиваемыми пластинами.

4. Обоснована необходимость введения в ТПП МИП термина «инструментальная стратегия обработки», применительно к элементарным поверхностям деталей для учета возможностей снижения себестоимости продукции в условиях применения современного высокотехнологичного металлообрабатывающего оборудования. Решена научная задача автоматизации процедуры выбора инструментальной стратегии обработки применительно к элементарным поверхностям в условиях интеграции с АСТПП для малых инновационных предприятий на основе многокритериального выбора в условиях определенности.

5. Предложена новая методология создания интеграционных структур и методы построения автоматизированных систем научных исследований на базе малых инновационных предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г. и направленных на обеспечение научных исследований прикладных задач современного автоматизированного машиностроительного производства.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. В результате выполненных исследований получило дальнейшее развитие следующее направление науки в области автоматизации и управления технологическими процессами и производствами в машиностроении - автоматизация технологической подготовки производства (в частности: предложен новый научный подход к эффективной организации автоматизированной системы технологической подготовки производства малых машиностроительных инновационных предприятий, предложен новый метод интеграции конструкторских проектных модулей и систем проектирования технологических процессов, разработан метод выбора рационального режущего инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами для токарной обработки в условиях малых машиностроительных инновационных предприятий, введены термины инструментальная и кинематическая стратегии обработки элементарных поверхностей, научно обоснована их необходимость, предложены научные подходы по выбору наилучшей инструментальной и кинематической стратегий обработки).

2. На основе разработанного и научно обоснованного подхода, а также предложенных методов разработаны автоматизированные системы распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей, выбора рационального токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами, выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей, выбора кинематической стратегии обработки элементарных поверхностей.

3. Разработаны автоматизированные системы обеспечения наукоемких видов деятельности созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 малых инновационных предприятий (в частности: АСНИ в виде виртуальной лаборатории сканирующей микроскопии с доступом к экспериментальной установке через Интернет и автоматизированная система мониторинга научно-технической информации в Интернет в области конструкторско-технологической подготовки производства для машиностроительных МИЛ).

Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований и разработанные программные комплексы нашли широкое применение в деятельности ряда машиностроительных МИП: ООО «ИЦ ВТМ», ООО «Техальянс», ООО «Ультра-плюс», ООО «МТК», ООО «Элемент», ООО «БЗЖТ», ООО «БИС», ООО «КанКор», ООО «Росгидротех», ООО «Спецсервис», что подтверждается соответствующими справками и актами о внедрении. В учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ» результаты внедрены на кафедрах "Компьютерные технологии и системы" и "Технология машиностроения" при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам "CAD-CAM системы", "Технология автоматизированного производства", "САПР ТП". Получен патент на полезную модель «Аппаратно-программный комплекс для управления удаленным оптическим микроскопом» №110842 от 27.11.2011 г. Получены свидетельства о регистрации электронных ресурсов № 16063 «Автоматизированная БД режущего инструмента для токарной обработки» от 10.08.2010 г., №17089 «Автоматизированная база данных для информационной поддержки деятельности инновационных предприятий в области высоких технологий в машиностроении» от 20.05.2011 г.

Результаты работы стали основой проведенных НИР:

- грант Президента РФ (под руководством автора) «Разработка теории и методов принятия инновационных решений при автоматизированном проектировании процессов изготовления наукоемких изделий» (МК-417.2010.8);

- НИР «Исследование и развитие новых механизмов интеграции научной и образовательной деятельности в рамках инновационных центров наукоемких технологий» (гос. per. № 01 2009 54252, заказчик Минобрнауки);

- НИР «Разработка математических моделей, информационного и программного обеспечения для поддержки инновационных решений в области высоких технологий наукоёмких производств» (гос. per. №01 2009 64010);

- НИР «Разработка теории построения инструментальной среды создания многоагентных систем интеллектуализации поиска и анализа данных в глобальных вычислительных сетях» (гос. per. № 01 2009 54253, Минобрнауки);

- НИР«Консультационные услуги по проектированию технологической оснастки для штамповки стекольных изделий»(НИР № 1455У);

- НИР «Разработка отраслевой системы доступа к информационным ресурсам научного и образовательного назначения по приоритетным направлениям развития науки и техники в области искусственного интеллекта и CALS-, CAD-, САМ-, CAE-технологий» (гос. per. № 01 2006 05586);

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на кафедре «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический институт им. В.Г. Шухова», на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет», на расширенном заседании кафедры «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» (в присутствии кафедр «Проектирование технических и технологических комплексов» и «Автоматизация и управление технологическими процессами» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственных технический университет», на международных научных конференциях "Качество и ИПИ-технологии" в 2002 г. в г. Москве, на международной научно-технической конференции "Обеспечение качества технологического проектирования в условиях интегрированных САПР. Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение." в 2003 г. в г. Брянске, на межрегиональной научно-технической конференции "Информационные технологии, энергетика и экономика" в 2004 г. в г. Смоленске, на 9-й Международной научно-технической конференции ATM , 25-29 мая 2009 г., г. Ялта, на

Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» в г. Рыбинск, в 2009 г., на международной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях» в г. Брянск, в 2009 г., на V Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» в г. Варна, Болгария, в 2009 г., на IV Международной научно-технической конференции «Наука, техника и технологии XXI века (НТТ-2009)» г. Нальчик, в 2009 г., на четвертой всероссийской научно практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» в г. Оренбург, в 2009 г., . на 1У-й Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве. ИТНОП-2010» в г. Орел, в 2010 г., на международной научно-технической конференции «Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности» в г. Могилев в 2010 г., на международной научно-технической конференции «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» в г. Минск, в 2011 г., на VII Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании» в г. Варна, Болгария, в 2011 г.и других.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 76 работ, в том числе 17 в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов докторских диссертаций, 2 монографии, 2 учебных пособия, 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 250 наименований, 10 приложений, основная часть содержит рисунки, формулы и таблицы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведенные диссертационные исследования показали, что традиционный подход к ТИП для крупных машиностроительных предприятий имеет ограниченные возможности для использования в условиях МИП машиностроения по причинам широкого применения в МИП современного высокотехнологичного оборудования и инструмента с новыми возможностями, небольшого инженерного коллектива с ограниченным коллективным опытом, сжатыми сроками на технологическую подготовку и производство изделий, высокого уровня кооперации, отсутствии возможностей приобретать дорогостоящие многофункциональные САЭ/САМ/САЕ-системы и переподготавливать кадры на регулярной основе. Как следствие, такие машиностроительные МИП имеют несистематизированный процесс технологической подготовки производства без его комплексной автоматизации, но, как правило, с применением недорогих широко распространенных коммерческих автоматизированных систем и программных комплексов.

2. В работе предложены новые решения, позволяющие организовать и комплексно автоматизировать процесс технологической подготовки производства для современного высокотехнологичного оборудования с применением в производственном процессе последних достижений науки и техники. В основе предложенных решений лежит разработанный метод организации АСТПП машиностроительных МИП на основе пересмотра традиционных этапов технологического проектирования и разработки новых моделей, алгоритмов и программных комплексов для комплексной автоматизации процесса ТПП МИП, заключающийся в выделении этапов интеграции САПР ТП и САБ-систем, подборе современного высокопроизводительного инструмента, выборе стратегий обработки, как объектов автоматизации с целью снижения производственных затрат машиностроительных МИП и повышении конкурентоспособности выпускаемых изделий.

3. Для автоматизации процесса подготовки исходных данных для автоматизированного проектирования технологических процессов с ориентацией на отечественные САПР ТП разработан метод автоматического распознавания конструкторско-технологических элементов (КТЭ) из 3D-модели и 20-чертежа на основе графа декомпозиции, заключающийся в выделении КТЭ из геометрически заданных поверхностей, линий, сплайнов ЗБ-модели детали и 2Б-чертежа в стандартных форматах обмена данными с применением предложенной математической модели на основе нечетких множеств для формализованного описания КТЭ. Разработан программный комплекс для декомпозиции геометрической ЗБ-модели детали и 20-чертежа на КТЭ и построения конструкторско-технологической модели детали (КТМ), а также её передачи в САПР ТП «ТехноПро», позволяющий в условиях машиностроительных МИП существенно сократить время на подготовку исходной информации для технологического проектирования.

4. Предложен метод автоматизированного подбора рационального металлорежущего инструмента, заключающийся в автоматическом анализе распознанной КТМ детали для выявления наиболее рациональных по геометрическим инструментов и ранжировании полученного списка на основе использовании теории решения многокритериальных задач на нечетком множестве альтернатив для выбора наиболее подходящих из них в заданных условиях. Разработана автоматизированная система подбора рационального металлорежущего инструмента, на примере токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами, позволяющая, при применении в ТПП машиностроительных МИП, существенно снизить затраты на приобретение инструмента и повысить эффективность металлообработки.

5. Для учета новых возможностей современного высокотехнологичного металлообрабатывающего оборудования и инструмента в ТПП машиностроительных МИП предложено и обосновано введение понятий инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей. Разработан метод выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей деталей, позволяющий автоматически генерировать возможные варианты обработки указанных элементов с учетом возможностей современного инструмента и оборудования и рассчитывать для них экономические затраты на обработку. Разработан метод выбора кинематической стратегии обработки поверхностей деталей, позволяющий выбирать траекторию движения режущего инструмента в процессе формообразования на основе автоматизированного анализа условий обработки с передачей полученных данных в САМ-системы для разработки управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ. Создан программный комплекс по выбору инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей, применение которого в ТПП машиностроительных МИП позволяет повысить производительность обработки и существенно снизить себестоимость продукции.

6. Для решения проблем в ТПП машиностроительных МИП (решение которых выходит за пределы возможностей МИП), связанных с недостаточной компетенцией в области применения современного оборудования и инструмента, с переподготовкой кадров, с обеспечением сборной технологической оснасткой в работе обосновано создание интеграционных структур нового типа для поддержки деятельности машиностроительных МИП в рамках отдельных регионов в виде инновационных центров высоких технологий в машиностроении при технических университетах (в том числе предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г.) и региональных центров УСП, как самостоятельных структур с предложенной и обоснованной архитектурой автоматизированной системы управления их деятельности. При ФГБОУ ВПО «БГТУ» был создан ИЦ ВТМ, являющийся центром компетенции в области машиностроения и обеспечивающий консультационную и информационно-техническую поддержку деятельности машиностроительных МИП региона в освоении производства инновационной продукции.

7. Для решения актуальных задач проведения различных экспертиз, измерений, оценок, произведенной в условиях машиностроительных МИП продукции с целью коррекции технологических процессов ее изготовления, на таком специализированном оборудовании, как измерительные комплексы, микроскопы, испытательные установки, предложен и обоснован универсальный метод построения автоматизированных систем научных исследований для удаленного доступа МИП к указанному оборудованию через сеть Интернет на основе микропроцессорных систем управления рабочими органами оборудования и программного комплекса, выполняющего преобразование команд удаленных операторов в команды управления оборудованием. Новизна предложенного метода заключается в применении технологий удаленного доступа через Интернет к специализированному машиностроительному оборудованию в интересах машиностроительных МИП. Предложенный метод построения АСНИ с возможностью коллективного доступа апробирован на примере созданной АСНИ на базе металлографического микроскопа Leica Dmirm с предоставлением коллективного доступа для МИП, используемой для проведения металлографических исследований специалистами региональных МИП. В отличие от существующей схемы исследований, экспертный анализ образцов проводится работниками МИП, а не собственника оборудования, что существенно снижает затраты МИП на проведение исследований.

8. Результаты проведенных исследований внедрены на ряде машиностроительных МИП. Применение предложенных в работе методик и программных комплексов позволило снизить сроки ТПП в среднем на 20.30%, уменьшить затраты на инструмент 15.25%, уменьшить машинное время изготовления деталей на 30.50%. Полученные результаты нашли применение в учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ», в том числе по программам дистанционного университета.