автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированная система поддержки принятия конструкторско-технологических решений для обеспечения качества технологического процесса с учетом экологических факторов

На правах рукописи

ОНЯКОВА ЕЛЕНА ВАЛЕРЬЕВНА

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2004

Работа выполнена в Московском Государственном технологическом университете «СТАНКИН» Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор М.Г. Косов

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Л.Э. Шварцбург - кандидат технических наук, доцент А.К, Алешин

Ведущее предприятие - ОАО ММЗ «Знамя»

Защита состоится «_»_2004г в_часов на заседании

диссертационного совета К212.142.01 при Московском Государственном технологическом университете «СТАНКИН» по адресу: 127055, Москва, Вадковский пер., 3-а.

Отзыв о работе, заверенный печатью, в 2-х экземплярах, просьба направлять по указанному адресу в специализированный совет К212.142.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ml ТУ «СТАНКИН»

Автореферат разослан «_»_2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н.

И.М. Тарарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Одной из актуальных проблем современного машиностроения является сокращение сроков создания новых изделий высокого качества. Этой задаче отвечает разработка методов автоматизации проектирования технологических процессов. Как известно технологический процесс при своей реализации воздействует «вредно» на окружающую среду. Поэтому, в современных условиях, особенно с увеличением скорости, мощности, усилий и т.д. механизмов, участвующих в технологических процессах, необходима разработка методов и средств, способных ограничить эти воздействия при обеспечении заданного качества и производительности.

Для чего необходимо установить связь между физическими процессами в технологическом оборудовании и показателями технологического процесса, и разработать на этой основе ряд конструкторско-технологических решений, способствующих уменьшению вредных воздействий на окружающую среду. Одним из таких решений является создание приближенных к реальным процессам моделей и их оптимизация, а также разработка на этой основе информационно-поисковых систем. В частности, для обеспечения заданного качества обрабатываемой детали большое внимание уделяется оценкам экологических показателей и на основе этого подбору смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в зависимости от условий механообработки. Несмотря на имеющиеся разработки по созданию информационных систем выбора СОТС их ассортимент расширяется и дополняется благодаря работам Л.В. Худобина, Ю.В. Полянского, С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлиндера, Л.Э. Шварцбурга, Е.М. Булыжева и др. новыми компонентами V гЙЙЙ^^ШЙЧ&тМА? могут не

приниматься во внимание при технологическом проектировании. Поэтому, выбор физических принципов, способствующих вредному воздействию на окружающую среду и разработка на этой основе конструкторско-технологических решений, , способствующих уменьшению этого воздействия, является актуальной задачей.

Цель работы:

Повышение эффективности автоматизированного технологического проектирования на основе разработки критериев экологичности при оптимизации технологической операции и создания информационно-поисковых систем выбора СОТС.

Научная новизна:

В результате исследования физической сущности процессов взаимодействия элементов технологического оборудования, установлены связи между процессами контактного взаимодействия с учетом сил трения и параметрами качества обрабатываемой детали, а также показателями экологичности технологического процесса при его оптимизации и выборе на этой основе марки СОТС.

На защиту выносится:

1. Исследование сущности взаимодействия узлов и деталей и выявление на основании этого основного физического принципа существующих взаимодействий технологического процесса на окружающую среду;

2. Разработка критериев оценки факторов, воздействующих на окружающую среду;

3. Разработка на основании выявленного физического критерия системы конструкторско-технологических мероприятий по ограничению действия указанных факторов на основе оптимизации операции;

4. Разработка автоматизированной системы выбора СОТС, позволяющей на этапе технологического проектирования снизить воздействия факторов технологического процесса на окружающую среду.

Методы исследования:

При выполнении работы использовались теоретические положения промышленной экологии, технологии машиностроения, теории оптимизации, методов моделирования.

Практическая ценность работы состоит в разработке методического и информационного обеспечения подсистемы автоматизированной технологической подготовки производства и их реализация в виде интегрированной системы выбора СОТС, реализованной на языке C++. Научные результаты исследований используются в работе технологических подразделений ММЗ «Знамя» и других машиностроительных предприятиях.

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались на международных конференциях ПРОТЭК'98 (г. Москва), 1998 ПРОТЭК'99 (г. Москва), 1999 , международном семинаре «Проблемы разработки региональной политики в сферах менеджмента качества и экологического менеджмента», 2001 и на семинарах кафедр «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» и «Основы конструирования машин» МГТУ «Станкин».

Публикации:

По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объём работы:

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 173 страницах машинописного

текста, содержит 48 рисунков, 11 таблиц, список литературы состоит из 96 наименований. Общий объем работы 181 страница.,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, дается ее общая характеристика, приведены сведения • о практическом использовании полученных научных результатов и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится. анализ состояния вопроса. Принято считать, что в технологических процессах промышленного производства заложено отрицательное влияние на окружающую среду. Кроме высокого уровня производства, требующего значительных затрат, необходимо в современных условиях обеспечивать, и качество окружающей среды. Такое обеспечение качества среды также требует дополнительных затрат. Природопользователъ, согласно со статьёй 20 закона Российской Федерации об охране окружающей природной среды, обязан компенсировать тот ущерб, который он наносит своей деятельностью окружающей природной среде. Поэтому постановка задачи целесообразно представить исходя из экономических соображений.

В соответствии с законодательством, платежи машиностроительного предприятия закладываются в виде

коэффициентов в общехозяйственных и производственных расходах. Были исследованы платежи ОАО ММЗ «Знамя». На рис. 1 показана структура экологических затрат. На единицу продукции такого предприятия вложения в экологию составляют 11-15% от всех затрат на производство. Для сравнения зарплата рабочих составляет 30%.

Плат* и природные ресурсы 65%

Текущие затраты по охране природы 29%

Налог на основньк фонды по охране окружающей среды 9%

охране окружающей

Плата за ПР°«Р°"

пи|п|шгаи|лл 11,17«

Плата за выбросы 0,5%

Капитальный ремонт основных фоцдоа по

Плата штрафов от инспекций и

среды. 74

сверхнормативные выбросы 0%

Рис.1

Проведён анализ трудоёмкости технологических процессов. Анализ в затратах показал, что самыми весомыми с точки зрения экологии являются следующие технологические процессы: гальванической обработки - 27%, механическая обработка - 18%, очистка деталей -15%, сборка и испытания - 10%, литьё и горячая штамповка - 12%.

На рис. 2 приводится график безубыточности (где А1 и А2 - точки безубыточности), показывающий, что в условиях рыночной экономики видно стремление производителя приблизить точки А1 и А2. Это достигается несколькими путями. Увеличением цены изделия, что не всегда приемлемо в условиях рынка, изменением технологических операций, внедрением прогрессивных технологий, новыми конструктивными решениями или уплатой штрафов.

N1 N 2 N шт.

Рис. 2

В главе приводится обзор информационно-поисковых систем по выбору СОТС.

Для выбора необходимого пути, в свете изложенного необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать сущность взаимодействия узлов и деталей и выявить на основании этого основной физический принцип существующих взаимодействий технологического процесса на окружающую среду;

2. Разработать критерии оценки факторов, воздействующих на окружающую среду;

3. Разработать на основании выявленного физического критерия систему конструкторско-технологических мероприятий по ограничению действия указанных факторов на основе оптимизации операции;

4. Разработать автоматизированную систему выбора СОТС, позволяющую на этапе технологического проектирования

снизить воздействия факторов технологического процесса на окружающую среду.

Сложность поставленных задач заставляет ограничиться лезвийной обработкой деталей.

Во второй главе приводится блок-схема инженерного проектирования, где показываются, начиная с маркетинговых исследований до утилизации, этапы жизненного цикла изделия. Анализ блок-схемы проектирования показывает, что принцип экологичности должен соблюдаться на каждом этапе проектирования.

Первая из поставленных задач - это исследование взаимодействия узлов решается на основе контактной задачи и процессов трения, проходящих в технологическом оборудовании. Такой подход обосновывается фундаментальным значением трения в современном мире. Доказано, например, что 30% мировых энергетических ресурсов расходуется на преодоление трения в той или иной форме. Примечательно, что масса механизмов или машины в результате износа уменьшается незначительно. Однако, побочный эффект от износа весьма велик. Так, например, 100 изношенных тракторов оказывают на окружающую среду такой же эффект, как 150 новых. На основании публикаций систематизированы типы производств, где трение играет существенную роль. В качестве примера рассматриваются процессы трения, возникающие при лезвийной обработке. В работе показаны схема резания и факторы, возникающие при этом: нагрев, вибрации, пылевыделение и т.д. Анализ публикаций показал, что в процессе резания энергия в основном расходуется на внешнее трение в стыке инструмент-стружка и поверхность детали, и внутреннее трение на деформацию стружки. Всё это подтверждает правильность выбранного

направления исследований. Отсюда вытекает задача уменьшения трения, которая решается на основе применения СОТС.

С позиций влияния контакта и сил трения проведена классификация связей, возникающих в механизмах. На рис. 3 показаны типы связей, которые разделены на граничные и внутренние (объёмные), полученные на основе анализа литературных источников.

Проведённый анализ подтверждает ранее сформулированное положение о существенной роли контакта и трения, проявляющиеся через различные свойства соприкасающихся поверхностей и объемы, влияющие на потери энергии при трении, что вызывает вибрации, тепловыделение, шум и т.д.

На основании проведённого анализа на рис. 4 показаны связи между контактами, трением, воздействием на окружающую среду и способы их устранения. На схеме рис. 4 показаны два подхода к обеспечению экологичности технологического процесса и технологического оборудования. Первый подход реализуется при проектировании, где совершенствуются устройства и технологический процесс, а так же осуществляются мероприятия, способствующие повышению эффективности работы технологического оборудования. Второй подход реализуется на этапе осуществления технологической операции или процесса, или работы технологического оборудования, когда на выходе используются системы, устраняющие вредные факторы. Из предложенных конструкторско-технологических решений остановимся на двух вопросах, оптимизация технологической операции и разработка автоматизированной системы выбора СОТС.

Для решения первой задачи необходимо было разработать инженерно-экологические критерии.

Классификация Определение Тип связи Примеры

Теплоперенос Динамическая связь Статическая связь Внутренняя Объемная-объемная Внутри рабочего объема Объемная, жесткая, упругая, пластическая, жидкая

Объемная-пленочная Внутри рабочего объема и пленочного покрытия Объемная, жидкая, упругая, пластическая 1 1 1Ч~2

Пленочная-пленочная Внутри пленочных покрытий Объемная, жесткая, упругая, пластическая, эластомеры

Граничная Контактная Между соприкасающимися рабочими поверхностями Геометрическая силовая. Трение покоя. Трение скольжения. Трение качения.

Контактная с промежуточной средой Между несоприкасающимися рабочими поверхностями Силовое, жидкостное трение

Бесконтактная Между несоприкасающимися рабочими поверхностями через рабочую среду Полевая сила

Рис.3

Рис.4

В третьей главе разрабатываются инженерно-экологические критерии на примере гибкого производственного цеха (11Щ).

Техническую систему ГПЦ представляют в виде тройки множеств А, О, Р, где А - множество элементов, О - множество операций, Р -множество отношений.

Под множеством элементов А понимается множество Т компонентов комплекса технологического оборудования (ТО) ГПЦ и множество Y аппаратных средств управления

Множество операций включает в себя множества F, L, К, G 0 = <Р,Ь,К,С>, (2)

где F - множество операций формообразования;

L - множество операций транспортировки и складирования;

К - множество операций контроля продукции и оборудования;

G - множество операций сборки.

Множество отношений Р определяется как множество материальных М, информационных I и энергетических потоков Е, отношения между элементами которых определяются множеством временных ^ размерных R и свойств материалов С.

Р = <М,1,Е,1,Я,С>. (3)

Множество операций определяет режим работы

оборудования ГПЦ по преобразованию материальных тел потока М на основании и в точном соответствии с множеством Р, свойственному данному ГПЦ, которые в конечном свете обеспечивают требуемое качество продукции q с заданной производительностью v и минимальной себестоимостью s. Множество значений = V, определяют граничные условия работы ГПЦ, они являются критериями, определяющими выбор (или проектирование) множества элементов А = <Т, У>.

Множество операций F определяют совокупность действий оборудования системы, обеспечивающей формообразование заготовок. Эти операции обеспечивают требуемое качество деталей, которые являются, в конечном счете, замыкающими звеньями размерных цепей R, включающих основное и вспомогательное оборудование.

Множество операций L обеспечивает непрерывность материального потока М, согласованность действий подсистемы ГТЩ и оборудования отдельных ГПМ в соответствии с информационными потоками, управляющими командами систем управления ГПЦ и ГПМ и диагностическими сигналами о состоянии оборудования.

Множество операций К обеспечивают коррекцию материального, информационного и энергетического потоков, если параметры работающей системы выходят за граничные условия Q.

Множество операций G сборочных операций определяет последовательность и режим сборки.

Целью рассмотрения процесса взаимодействия материального, энергетического и информационного потоков является формирование процесса управления потоками Р = <М, I, Е> в ГПЦ и выработки на этой основе требований к технологическому оборудованию и к системе автоматического управления (САУ) А = <Т, У> ГПЦ, в котором множество операций обеспечивают выпуск продукции в

соответствии с граничными условиями

Производственный процесс в ГПЦ (ГПМ) можно представить схемой, показанной на рис. 5.

В работе приводятся составляющие указанных потоков. Однако такое представление не дает полной характеристики производства, т.к. не учитывается его воздействие на окружающую среду. С учётом экологических факторов предложена другая схема потоков, особенность

которой заключается в разделении потоков на выходе на два вида: производственный и экологический (см. рис. 6).

В работе описаны составляющие экологических потоков и их воздействие, полученное в результате исследований 88 операций, реализуемых на предприятии ОАО ММЗ «ЗНАМЯ». На рис. 7 показаны возможные виды загрязнений, полученные на предприятии ОАО ММЗ «ЗНАМЯ», где по вертикали показаны виды загрязнений, по горизонтали - виды обработки. Размер кружка указывает на величину загрязнения. Предложены зависимости для оценки загрязнений в виде скалярной суммы, как в общем виде, так и для наиболее уязвимой точки пространства с учетом количества деталей, партии и т.д.:

окружающую среду; ^»(х) - функция, описывающая концентрацию факторов в зависимости от координат технологического оборудования;

единицу объема пространства; СЦ,1У - весовой коэффициент, изменяющий эффективность совместного воздействия факторов загрязнения окружающей среды.

Особенности экологического критерия состоят в том, что они учитывают не только воздействие техпроцесса но и воздействие технологического оборудования Fv. Учитывая значительное количество критериев, предложена оценки экологичности по каждому критерию в отдельности.

- допустимый объем (масса), концентрация, приходящаяся на

Рис.5

Рис. б

Виды загрязнении

10 Газообразные и

| ' парообразные о. Ф

•Жидкие - л . •в

: О Твердые I

г-'' - ■ ■ ' ,. : О Роды (условно чистые,

! • грязные)

¡•Нетоксичные 1

1

, О Токсичные V 1

ОТепло • - . а • ; V . СИ' . • ' н-

¡ОШум, вибрация,

! ультрозвук

• Электромагнитные

• ПОЛЯ .

в Световые излучения

О Ионизирующие

излучения

о (ШШШюшхю (ШО

о сюо

ссюэ ШЗЗю

0 12 3 4*'??

1'клн

Рис. 7

где И - допустимое значение типа загрязнения при выполнении операции; [Ру] - допустимое значение типа загрязнения при работе ТО.

В качестве примера применения полученных критериев рассмотрена модель оптимизации с учётом дополнительных критериев в виде деформации стружки и концентрации гексана. Концентрация гексана получена на основе метода планирования эксперимента в пределах частот вращения п = 200-500мин"\ подач S = 0,3-0,5 мм/об и глубины резания t = 1,5-3,5 мм. На основании полного факторного эксперимента получена зависимость:

= . (6) где коэффициенты а, получены в результате обработки информации

на основе теории планирования экспериментов для матрицы планирования вида:

п 8 г С мг/м"1

X, Х2 Х3 Х4 У

1 1 1 1 82

1 -1 1 1 126

1 1 1 72

1 -1 -1 1 116

1 1 1 47

1 -1 1 52

1 1 -1 49

1 -1 -1 -1 47

В качестве критерия оптимизации предложена минимизация себестоимости изготовления детали. Целевая функция запишется:

()„ - себестоимость изготовления детали; Тп - планируемое время изготовления; Ес - стоимость станкоминуты; Е„ - затраты на инструмент; Ти - время работы инструмента; ^п - время на наладку-подналадку; шн - число наладок; - время смены инструмента.

Ограничения

К

1 ASU ¿Ты Отклонения формы

2 h(t) ^1д0П Износ

3 Np ¿Ыдоп Мощность

4 Rz <Hf Шероховатость

At, <AtBOa Температурные

деформации

6 А ¿Ддоп Деформация стружки

7 Cp ¿СрДОП Концентрации гексана

где ык - обозначение функции; Ти, ЬД011, Мдоп, Hf, At^n, Ддоп» Сгдоп -

допустимые значения отклонений формы, износа, мощности, шероховатости, температурных деформаций, деформации стружки и концентрации гексана соответственно.

Блок-схема алгоритма ЛП-поиска приведена на рис. 8. В четвертой главе описана информационная система выбора СОТС по критериям обрабатываемого материала, технологической операции, применяемого режущего инструмента и режимов резания. Система разработана в среде C++Builder с использованием технологий обработки баз данных на основе конфигурации клиент-сервер. Основные окна системы и пример расчета приведены на рис. 9-11.

Рис.8

- Il -

Рис. lO

Рис. 11

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа блок-схемы жизненного цикла изделия показано, что принцип экологичности должен соблюдаться на всех этапах жизненного цикла изделия.

2. Для оценки воздействия технической системы на окружающую среду выявлен физический принцип, который может быть положен в основу оценки экологичности. Такой принцип на основе данных публикаций установлен как связь между собственными, контактными деформациями, качеством ТО и контактным взаимодействием, что позволило сформулировать предположение о существенной роли контакта и связанных с ним процессами трения.

- 23-3. На базе контакта и свойств материалов разработана классификация взаимодействий, позволившая обобщить широкий класс процессов и механизмов, из которой следует, что в большинство узлов ТО при передаче энергии, сил и моментов значительные потери возникают при преодолении сил внутреннего и внешнего трения.

4. Подход к экологии с точки зрения трения в механизмах и его преодоления позволило сформулировать основные направления в решении' технических и технологических задач, к которым следует отнести разработку инженерно-экологических критериев, оптимизации и автоматизацию при выборе СОТС.

5. Техническую систему следует представлять в виде «серого ящика с оборудованием», на входе которого действуют материальный, энергетический, информационный потоки, на выходе эти потоки действуют в виде объединения производственного и экологического потоков, что позволило выделить вредные факторы, воздействующие на среду.

6. При выборе экологических критериев качества. необходимо совместно учитывать воздействия на среду как технологической операции, так и работу оборудования.

7. Задача оптимизации технологической обработки должна ставиться и решаться с учетом ограничений в виде экологических критериев. Приведен пример постановки и решения оптимизационной задачи токарной обработки с учетом дополнительных ограничений по- коэффициенту деформации стружки и концентраций гексана.

8. Базу данных по поиску марки СОТС следует создавать на основе конфигурации «клиент-сервер» с использованием двухзвенной модели, состоящую из клиента, который обращается к услугам

сервера с применением неоднородной сети. Разработана база данных для выбора марки СОТС для лезвийной обработки.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В РАБОТАХ

1. Онякова Е.В., Кантаржи И.Г. Инженерно-экологический критерий технологического процесса машиностроительного производства. В сб.: Труды первой международной конференции ПРОТЭК. - М.: МГТУ «Станкин», 1998, с. 205-210.

2. Онякова Е.В. Оценка опасности для окружающей природной среды от деятельности промышленных предприятий. Миграция металлических загрязнений в почве и грунтовых водах промышленной зоны. В сб.: Труды второй международной конференции ПРОТЭК. -М.: МГТУ «Станкин», 1999, с. 69-70.

3. Онякова Е.В., Кантаржи И.Г. Моделирование устойчивого развития. Методические указания к практическому занятию. - М.: МГТУ «Станкин», 2000,20 с.

4. Онякова Е.В. Адаптация методов «эко-индикаторов» к условиям машиностроительных предприятий г. Москвы. В сб.: Тезисы докладов международного семинара «Проблемы разработки региональной политики в сферах менеджмента качества и экологического менеджмента». - М.: МГТУ «Станкин», 2001, с. 101-102.

5. Онякова Е.В. Соблюдение принципа экологичности при проектировании систем. В сб.: Информационные технологии в технических и социально-экономических системах. Труды МГТУ «Станкин». Т. 1.-М.: «Янус-К», 2004, с. 182-185.

6. Онякова Е.В. Компоненты информационной системы выбора СОТС при механообработке. В сб.: Информационные технологии

в технических и социально-экономических системах. Труды МГТУ «Станкин». Т. 1. - М: «Янус-К», 2004, с. 185-189. 7. Онякова Е.В., Ершов Р.Ю. Обзор работ по решению контактных задач инженерными методами. В сб.: Информационные технологии в технических и социально-экономических системах. Труды МГТУ «Станкин». Т. 1. - М.: «Янус-К», 2004, с. 192-194.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Онякова Елена Валерьевна

Автоматизированная система поддержки принятия конструкторско-технологических решений для обеспечения качества технологического процесса с учетом экологических факторов

Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11.052000 Подписано в печать 2.03.2004. Формат 60х90'/]б Уч.изд. л. 1,5. Тираж 50 экз. Заказ № 39

Отпечатано в Издательском Центре МГТУ «СТАНКИН» 103055, Москва, Вадковский пер., д.3а

* -504Î

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор по оптимизации технологических процессов. Постановка задачи исследования

1.1. Локальная экология.

1.2. Затраты на охрану природы и природоресурсные платежи.

1.3. Обзор информационно-поисковых систем выбора СОТС.

1.4. Постановка задачи исследования.

1.5. Выводы по главе

Глава 2. Структурное моделирование технической системы

2.1. Блок-схема инженерного проектирования.

2.2. Определение и предмет исследования трибоэколо-гии.

2.3. Процессы трибоэкологии в производстве.

2.4. Контакт «инструмент-деталь» при лезвийной обработке

2.5. Износ резца и действие смазок.

2.6. Структуризация связей в конструкциях технологического оборудования.

2.7. Схема влияния трения на окружающую среду и способы устранения вредного воздействия.

2.8. Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка инженерно-экологических критериев оценки технологических процессов.

3.1. Функциональная модель гибкого производства

3.2. Спецификация потоков в гибких производственных цехах.

3.3. Вредные выделения при механообработке.

3.4. Пример возможных видов загрязнений на предприятии

3.5. Инженерно-экологический критерий технологического процесса.

3.6. Оптимизация процесса токарной обработки с уче том экологических факторов.

3.7. Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка программно-алгоритмического обеспечения информационной системы поиска СОТС

4.1. Особенности моделирования структур баз данных

4.2. Механизмы реализации реляционной модели.

4.3. Архитектура разработанной информационной системы

4.4. Компоненты информационной системы.

4.5. Схема БД. Описание связей.

4.6. Описание таблиц БД.

4.7. Программное обеспечение информационной системы

4.8. Выводы по главе 4.

Актуальность работы. Одной из актуальных проблем современного машиностроения является сокращение сроков создания новых изделий высокого качества. Этой задаче отвечает разработка методов автоматизации проектирования технологических процессов. Как известно технологический процесс при своей реализации воздействует «вредно» на окружающую среду. Поэтому, в современных условиях, особенно с увеличением скорости, мощности, усилий и т.д. механизмов, участвующих в технологических процессах, необходима разработка методов и средств, способных ограничить эти воздействия при обеспечении заданного качества и производительности.

Для чего необходимо установить связь между физическими процессами в технологическом оборудовании и показателями технологического процесса, и разработать на этой основе ряд конструкторско-технологических решений, способствующих уменьшению вредных воздействий на окружающую среду. Одним из таких решений является создание приближенных к реальным процессам моделей и их оптимизация, а также разработка на этой основе информационно-поисковых систем. В частности, для обеспечения заданного качества обрабатываемой детали большое внимание уделяется оценкам экологических показателей и на основе этого подбору смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в зависимости от условий механообработки. Несмотря на имеющиеся разработки по созданию информационных систем выбора СОТС их ассортимент расширяется и дополняется благодаря работам Л.В. Худобина, Ю.В. Полянского, С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлиндера, Л.Э. Шварцбурга, Е.М. Булыжева и др. новыми компонентами и присадками, которые могут не приниматься во внимание при технологическом проектировании. Поэтому, выбор физических принципов, способствующих вредному воздействию на окружающую среду и разработка на этой основе конструкторско-технологических решений, способствующих уменьшению этого воздействия, является актуальной задачей.

Целью работы является повышение эффективности автоматизированного технологического проектирования на основе разработки критериев экологичности при оптимизации технологической операции и создания информационно-поисковых систем выбора СОТС.

Научная новизна. В результате исследования физической сущности процессов взаимодействия элементов технологического оборудования, установлены связи между процессами контактного взаимодействия с учетом сил трения и параметрами качества обрабатываемой детали, а также показателями экологичности технологического процесса при его оптимизации и выборе на этой основе марки СОТС.

На защиту выносится:

1. Исследование сущности взаимодействия узлов и деталей и выявление на основании этого основного физического принципа существующих взаимодействий технологического процесса на окружающую среду;

2. Разработка критериев оценки факторов, воздействующих на окружающую среду;

3. Разработка на основании выявленного физического критерия системы конструкторско-технологических мероприятий по ограничению действия указанных факторов на основе оптимизации операции;

4. Разработка автоматизированной системы выбора СОТС, позволяющей на этапе технологического проектирования снизить воздействия факторов технологического процесса на окружающую среду.

Методы исследования. При выполнении работы использовались теоретические положения промышленной экологии, технологии машиностроения, теории оптимизации, методов моделирования.

Практическая ценность работы состоит в разработке методического и информационного обеспечения подсистемы автоматизированной технологической подготовки производства и их реализация в виде интегрированной системы выбора СОТС, реализованной на языке С++. Научные результаты исследований используются в работе технологических подразделений ММЗ «Знамя» и других машиностроительных предприятиях.

Реализация работы. Научные результаты исследований используются в работе технологических подразделений ММЗ «Знамя» и других машиностроительных предприятиях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа блок-схемы жизненного цикла изделия показано, что принцип экологичности должен соблюдаться на всех этапах жизненного цикла изделия.

2. Для оценки воздействия технической системы на окружающую среду выявлен физический принцип, который может быть положен в основу оценки экологичности. Такой принцип на основе данных публикаций установлен как связь между собственными, контактными деформациями, качеством ТО и контактным взаимодействием, что позволило сформулировать предположение о существенной роли контакта и связанных с ним процессами трения.

3. На базе контакта и свойств материалов разработана классификация взаимодействий, позволившая обобщить широкий класс процессов и механизмов, из которой следует, что в большинство узлов ТО при передаче энергии, сил и моментов значительные потери возникают при преодолении сил внутреннего и внешнего трения.

4. Подход к экологии с точки зрения трения в механизмах и его преодоления позволило сформулировать основные направления в решении технических и технологических задач, к которым следует отнести разработку инженерно-экологических критериев, оптимизации и автоматизацию при выборе СОТС.

5. Техническую систему следует представлять в виде «серого ящика с оборудованием», на входе которого действуют материальный, энергетический, информационный потоки, на выходе эти потоки действуют в виде объединения производственного и экологического потоков, что позволило выделить вредные факторы, воздействующие на среду.

6. При выборе экологических критериев качества необходимо совместно учитывать воздействия на среду как технологической операции, так и работу оборудования.

7. Задача оптимизации технологической обработки должна ставиться и решаться с учетом ограничений в виде экологических критериев. Приведен пример постановки и решения оптимизационной задачи токарной обработки с учетом дополнительных ограничений по коэффициенту деформации стружки и концентраций гексана.

8. Базу данных по поиску марки СОТС следует создавать на основе конфигурации «клиент-сервер» с использованием двухзвенной модели, состоящую из клиента, который обращается к услугам сервера с применением неоднородной сети. Разработана база данных для выбора марки СОТС для лезвийной обработки.

1. Труды 1-ой конференции «Протек». М.: МГТУ «Станкин»,1998.

2. Труды 2-ой конференции «Протек». М.: МГТУ «Станкин»,1999.

3. Федеральный закон от 10 января 2002г. №7-ФЗ «Об охране окружающей среды».

4. Балацкий О.Ф., Мельник Л.Г., Яковлев А.Ф. Экономика и качество окружающей природной среды. -М.: Гидрометеоиздат, 1998г.

5. Чулок А.И. Информационно- поисковые системы для синтеза и применения СОЖ. Вып. 4. М. ВНИИТЭМП, 1990.

6. Белый В.А., Свириденок А. Актуальные направления развития исследований в области трения и изнашивания. // Трение и износ. 1987, т. 8.

7. Докучаева E.H., Лаптева В.Г., Троицкая И.А. Информационно-поисковые системы по триботехническим свойствам конструкционных материалов. // Трение и износ. 1987, т. 8.

8. Национальные информационные базы по трибологии./ Н.Л. Голе-го, С.М. Захаров, А.Л. Будя, и др. Трение и износ, 1988, т. 9.

9. Чихос X. Системный анализ в трибонике. М.: Мир, 1982.

10. Никитин C.B., Тихомиров В.П., Кукина О.С. Синтез трибосистем с использованием методов поискового конструирования // Трение и износ. 1988, т. 9.

11. Маскаев А.К., Лебедев Е.В., Дубровский К.С. Базовый ассортимент СОТС для ОМР. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986.

12. Чулок А.И. Системный анализ функционирования СОЖ в условиях ГПС. М.: ВНИИТЭМР, 1986, сер. 5, вып. 1.

13. Чулок А.И. Математические модели автоматизированного проектирования систем применения СОЖ. М.: ВНИИТЭМР. 1987, сер. 9, вып. 5.

14. Шевчук В.П. Автоматизация проектирования и конструирования в производстве РТИ. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1987.

15. Мартин Д. Базы данных. М.: Радио и связь, 1985.

16. Бессарабов A.M. Моделирование процессов получения твердофазных продуктов особой чистоты. М.: НИИТЭХИМ, 1988.

17. Чулок А.И. Машинное конструирование смазочно-охлаждающих рецептур на основе структурно-информационного анализа свойств их компонентов. // Тезисы докл. VII Всесоюз. конф. «Использование ЭВМ в химических исследованиях» Рига, 1986.

18. Чулок А.И., Кафаров В.В. Моделирование и оценка качества СОЖ на основе банка данных. // ХТТМ, 1986.

19. Методы представления структурной информации/JI.C. Гитлина, В.Е. Голендер, В.В. Авидон. Рига, 1981.

20. Хенч К. Хим. фарм. журнал. 1980, № 10.

21. Стьюпер Э., Брюггер У., Джуре П. Машинный анализ связи химической структуры и биологической активности. М.: Мир,1982.

22. Розенблит А.Б., Голендер В.Е. Логико-комбинаторные методы в конструировании лекарств. Рига, 1983.

23. Авидон В.В., Аролович B.C., Блинова В.Г. Хим.-фарм. журнал.1983.

24. Буркет У., Эллинджер Н., Молекулярная механика, М.: Мир, 1986.

25. Лужков В.Б., Богданов Г.Н. Успехи химии. 1986, т. 55,

26. Сапегин A.M., Раздольский А.Н., Чистяков В.В. и др. Хим-фарм, журнал, 1987, №11.

27. Кадыров Ч.Ш., Аюпова А.Т., Нежинская Г.А. Узбек, хим. журн. -1974, №2.

28. Элти Д.Ж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры. Пер. с англ. М.: Финансы и статистика. - 1987.

29. Колчин О.М., Новиков А.Н., Тишин И.Ф. Экспертные системы обработки информации в машиностроении. М.: ВНИИТЭМР, 1988, Сер. 1, вып. 2.

30. Построение экспертных систем. / пер. с англ. М.: Мир. - 1987.

31. Дубровский Ю.С., Чистофорова JI.B. Автоматизированная система поиска информации о СОТС / Опыт применения новых СОТС при ОМ.Р. Тезисы докл. Горький, 1986.

32. Шевякова Л.А., Мамонтова И.В., Кукулина Э.И. База структурных данных. Ч. 1-Й. М.: ВИНИТИ, 1988.

33. Булыжев Е.М. Технологическое обеспечение машиностроительных производств смазочно-охлаждающими жидкостями. Автореферат. Ульяновск: УлГТУ, 2003.

34. Полянсков Ю.В., Есеев А.Н., Глеметуллин А.Р. Диагностика и управление надежностью смазочно-охлаждающих жидкостей на операциях механообработки. Ульяновск: УлГУ, 2000.

35. Полянсков Ю.В., Булыжев Е.М., Кареев Е.А. Пути повышения эффективности процессов сепарации СОЖ при шлифовании. // Вестник машиностроения, 1975, №10.

36. Худобин Л.В., Бердичевский Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих средств при металлообработке: Справочное пособие.-М.: Машиностроение, 1977.

37. Худобин Л.В., Полянсков Ю.В. Влияние свойств СОЖ на процесс обработки резанием. // Станки и инструмент, 1982.-N3.

38. Худобин JI.B., Полянсков Ю.В. и др. Смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов резанием. М. НИИМАШ, 1979.

39. Колчин А.Ф., Стрекалов А.Ф, Овсянников М.В., Сумароков C.B. Управление жизненным циклом продукции. М.; Анахарсис, 2002.

40. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Рыбаков A.B. ??? -М.; Наука, 2003.

41. Митрофанов В.Г., Соломенцев Ю.М., Шептунов С.А. проблемы создания компьютеризированных производств. В сб. Проблемы CALS-технологий. М.; Янус-К, 1998.

42. Соколов В.П. Комплексная автоматизация технологического проектирования в гибких производствах. Автореферат. -М.; МГТУ (Станкин), 1995.

43. Толкачева И.М. Разработка информационной модели автоматизированной системы технологической подготовки производства (на примере подсистемы проектирования технологической оснастки сборных токарных резцов). Автореферат. - М.; МГТУ (Станкин), 1999.

44. Артоболевский И.И., Ильинский Д.Я. Основы синтеза систем машин автоматического действия. -М.: Наука, 1983.

45. Танаев B.C., Поварич М.П. Синтез граф-схем алгоритмов выбора решений. Минск: Наука и техника, 1974.

46. Дж.Джеффрис. Введение в системный анализ: применение в экологии.-М.; Мир, 1981.

47. Ильюшин A.A. Пластичность. М.; ОГИЗ - Гостехиздат, 1998.

48. Савельев Н.Г. Обзор библиография работ по расчету соприкасающихся деталей. В кн.: Расчеты на прочность. Вып. 14. М.; Машиностроение, 1970.

49. Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования. Автореферат. М.; Станкин, 1985.

50. Д. Мур. Основы и применения трибоники. М.; Мир, 1978.

51. Васин С.А., Верещака A.C., Кушнер B.C. Резание материалов: термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. Учебник. М.; Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.

52. Верещака A.C., Табаков В.П. Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойким покрытием. М.; Машиностроение, 1992.

53. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. -М.; Машиностроение, 1992.

54. Левина З.М, Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. М.; Машиностроение, 1971.

55. Решетов Д.Н., Каминская В.В. и др. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.1 -М.; Машиностроение, 1972.

56. Решетов Д.Н., Каминская В.В. и др. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.2 М.; Машиностроение, 1972.

57. Рот К. Конструирование с помощью каталогов. Пер. с нем. Бор-зенко В.И. и др. М.; Машиностроение 1995.

58. Рульков A.A., Толкачева И.М., Косов М.Г. Структуризация связей при моделировании точности технологического оборудования. В сб. Информационные технологии в промышленности. -М.; МГТУ (Станкин), 2002.

59. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.; Мир 1989.

60. Косов М.Г. Исследование скользящего контакта замкнутого кругового кольца с упругим цилиндром. В сб. Расчеты на прочность. Вып. 15. М.; Машиностроение, 1978.

61. Огибалов П.М., Колтунов М.А. Оболочки и пластины. М.; МГУ, 1969.

62. Власов В.З. Общая теория оболочек и ее приложение к технике. -М.; Гос.издат. технико-теоретической литературы, 1976.

63. Аксельрод Э.Л. Гибкие оболочки. М.; Наука, 1976.

64. Пономарев С.Д., Бидерман B.JL, Лихарев К.К. и др. Расчеты на прочность. Т.З. М.; Машгиз, 1959.

65. Арутюнян A.C. Моделирование точностных задач на основе применения расчетных макроэлементов. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 1996.

66. Волновые передачи (Сборник трудов). Под ред. Цейтлина Н.И. -М.; Станкин, 1970.

67. Степанский С.Г. Прогнозирование надежности деформирующего * инструмента. -М.; МГТУ (Станкин), 1998.

68. Гречишников В.А., Кирсанов Г.М., Катанов А.И. и др. Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента. М.; Мосстанкин, 1990.

69. Рещиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. М.; Машиностроение, 1975.

70. Крачельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин. М.; Машиностроение, 1984.

71. Трение, изнашивание, смазка. Справочник в 2-х книгах. Т.2/под. ред. Крачельского И.В., Алисина B.B. М.; Машиностроение, 1978.

72. Тиме И.А. Сопротивление материалов и дерева резанию. 1970.

73. Томленов А.Д. Теория пластических деформаций металлов. М.; Машгиз, 1951.

74. Лоладзе Г.Н. Стружкообразование при резании металлов. М.; Машгиз, 1952.

75. Косов М.Г., Степанов A.B. Моделирование рельефа шероховатости в стыках деталей станков. — СТИН, 1998, №9.

76. Морголенко Т.А. Технологическое управление триботехнически-ми характеристиками соединений типа подшипник скольжения, работающих в условиях динамических нагрузок на основе использования износостойких покрытий. Автореферат. Брянск, БГТУ, 2003.

77. Кантаржи И.Г. Проблемы экологической безопасности и изучение теории аварий и катастроф. // В сб. Труды второй международной конференции ПРОТЭК. М.: МГТУ «Станкин», 1999.

78. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П. и т.д. Адаптивное управление технологическими процессами. М.; Машиностроение, 1980.

79. Тимашев С.А. Надежность больших механических систем. М.; Наука, 1982.

80. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.; Машиностроение, 1976.

81. Зайцева В.В. Повышение эффективности ГПМ путем дискретного уточнения оптимизационной модели процесса обработки. Автореферат. М.; МГТУ (Станкин), 1993.

82. Аршакян A.JI. Обеспечение функционирования технологического процесса путем выбора рационального режима стружкообразова-ния на токарных станках ЧПУ в системе ГПМ. Автореферат. -М.; МГТУ (Станкин), 1990.

83. Иванова H.A. автоматизация обеспечения экологического качества технологических процессов с применением СоТС на примере токарной обработки. Автореферат. М.; МГТУ (Станкин), 2003.

84. Хедли Д. Нелинейное и динамическое программирование. М.: Мир, 1967.

85. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. М.: Мир, 1978.

86. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984.

87. Реклейтис Г., Рейнвиндран А., Рэксдел К. Оптимизация в технике. В 2-х т. Пер. с англ. Т. 1. М.: Мир, 1986.

88. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М.: Радио и связь, 1988.

89. Уальд Д. Методы поиска экстремума. М.: Наука, 1967.

90. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной оптимизации. М.: Мир,, 1972.

91. Моисеев H.H., Иванилов Ю.П., Столяров Е.М. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978.

92. Кобзев А.П. Развитие теории оптимального проектирования тяжелых козловых монтажных кранов. Дисс. д.т.н. Саратов, 1996.

93. Шаумян Г.А. Обоснование и расчет сроков службы в эффективности новой техники. //Изв. вузов., Машиностроение, 1973, №1.

94. Брауде В.И., Семенов JI.H. Надежность подъемно-транспортных машин. Д.: Машиностроение, 1986.

95. Чернова Н.М. Оптимальное проектирование планетарных зубчатых передач грузоподъемных машин. Автореферат к.т.н. Саратов, 2002.

96. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа, 1990.