автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированная система технологической подготовки ресурсосберегающего производства поковок

Оглавление

Основные обозначения и сокращения

Введение

1. Автоматизация технологической подготовки производства поковок, современные тенденции и проблемы

1.1. Основные направления совершенствования технологических процессов объемной штамповки

1.2. Методические подходы к технологической подготовке производства поковок

1.3. Структурная и параметрическая оптимизация процессов формообразования поковок, проблемы автоматизации проектирования

1.4. Экспертные системы в проектировании технологий

1.5. Постановка задач исследования

2. Разработка структурно-функциональных моделей и моделирование расхода ресурсов в технологической системе производства машиностроительных заготовок

2.1. Системная модель производства и потребления металла

2.2. Структурно-функциональные модели технологической системы производства заготовок для машиностроения

2.3. Моделирование расхода металла в типовых технологических структурах его производства и обработки

3. Целеполагание и критерии оценки эффективности технологических процессов производства машиностроительных заготовок штамповкой

3.1. Иерархия целей системного проектирования технологических процессов объемной штамповки

3.2. Критерии совершенства технологических процессов объемной обработки металлов давлением

3.3. Комплексный критерий оценки эффективности объемной штамповки

4. Разработка автоматизированной системы проектирования ресурсосберегающих технологических процессов объемной штамповки

4.1. Основные положения системного подхода к проектированию технологических процессов

4.1.1. Иерархическая модель структуры системы объемной штамповки

4.2. Системная модель проектирования технологии объемной штамповки

4.3. Создание базы знаний для выбора рациональной У ТС и вида технологии объемной штамповки

4.4. Выбор рациональной структуры операций

4.5. Структуры переходов формообразующих операций объемной штамповки

4.5.1. Имитационное моделирование деформирования заготовок при объемной штамповке, выбор рациональных форм заготовок на переходах

4.5.2. Автоматизация выбора рациональных заготовок

4.5.3. определение параметров предварительного перехода для малоотходной штамповки круглых поковок

В настоящее время в машиностроительном производстве значительно возросла роль фактора экономической эффективности используемых и вновь создаваемых технологий. В условиях, когда дальнейшее существование и развитие предприятия зависит от конкурентоспособности его продукции, особое внимание уделяется срокам и качеству разработки технологических процессов, а также снижению их ресурсоемкости и, в конечном итоге, себестоимости продукции. Решению задач повышения эффективности и снижения временных затрат производства призваны способствовать автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП). Они совместно с АСУП и САПР являются составной частью современной автоматизированной надстройки над производством.

Согласно проведенному анализу для такой отрасли машиностроительного производства, как объемная штамповка, не существует удовлетворяющей требованиям сегодняшнего дня АСТПП. Целью данной работы является повышение эффективности автоматизированной системы технологической подготовки производства поковок объемной штамповкой на основе использования алгоритмов и методов искусственного интеллекта в проектировочной деятельности.

Исходя из поставленной цели, работа имеет следующую структуру:

- в первой главе проведен анализ существующих автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП). Эксплуатируемые в настоящее время АСТПП производства поковок базируются в основном на статистических моделях, отражающих накопленный в прошлом опыт проектирования и эксплуатации технологических процессов штамповки. Устаревшее методическое, информационное и программное обеспечение таких систем в современных рыночных условиях не обеспечивает должной конкурентоспособности производств, выпускающих машиностроительные заготовки, в частности, поковки. Принятие технологических решений ведется, как правило, на однокритериальной основе, отражающей текущие экономические интересы производства, без учета общесистемных эффектов по всему жизненному циклу изделия. Показано, что повышение уровня АСТПП поковок может быть достигнуто при создании системной методологии проектирования, учитывающей во взаимосвязи обширные функциональные возможности не только отдельно взятого кузнечно-штамповочного производства, но и смежных с ним предыдущих (металлургический передел) и последующих (обработка резанием и финишная обработка) технологий обработки металлов;

- во второй главе разработаны структурно-функциональные модели {^(М)-Б(М)} технологических систем получения металла и его формообразования в детали. С этой целью выделены этапы (фазы) обработки металла, каждый из которых представлен группой однородных технологических процессов воздействия на металл. На основе разработанных {81 (М)- Б (М)} моделей разработаны модели формирования потоков ресурсов в многофазных системах обслуживания, позволяющие количественно определить технологическую ресурсоемкость в альтернативных УТС традиционного технического уровня, а также оценить резервы экономии ресурсов. Использование предложенных моделей и результатов их реализации дает обширную информационную базу для принятия обоснованных решений по снижению технологической металлоемкости производства поковок путем выбора рациональной УТС;

- в третьей главе сформулирован системный подход к целеполаганию, целе-определению и формированию критериальной оценки технологических процессов обработки металлов давлением. Показано, что необходимость решения этой задачи проектирования обусловлена потребностью выбора лучшего варианта технологического процесса из множества альтернатив. Пользователю проектирующей системы этот материал предоставляется в виде справки, на основании которой он решает, на какие цели из полного множества следует обратить особое внимание. Признаки, отвечающие наиболее важным целям, в качестве критериев непосредственно включаются в целевую модель проектируемого технологического процесса. Остальные используются как критериальные ограничения;

- в четвертой главе предложена концептуальная модель системного проектирования технологических процессов объемной штамповки на прогрессивном или перспективном уровне. Согласно этой модели процесс технологической подготовки производства поковок начинается со стадии принятия решения о типе разрабатываемого технологического процесса объемной штамповки. Принятие решения о стратегии проектирования осуществляется с помощью экспертной системы. В базе знаний системы хранятся правила соответствия и совместимости производственных условий, и при подаче на ее вход фактов наличия тех или иных условий проектирования система осуществляет вывод результирующего типа технологического процесса.

После определения вида ТП происходит переход непосредственно к формированию рациональной технологической структуры (ТС), в рамках которой будет проектироваться технологический процесс.

Подтверждение правильности выбора вида технологического процесса штамповки - холодная (ХОШ), полугорячая (ПГОШ), горячая (ГОШ и т.п.) происходит с помощью разработанного алгоритма имитационного моделирования

Следующим этапом проектирования является выбор из общего списка операций {О}, технологических процессов объемной штамповки тех, которые присущи выбранному виду технологии, при этом одновременно учитывается возможность совмещения отдельных операций с целью формирования, в конечном итоге - рациональной структуры операций. Процедура выбора осуществляется посредством специально разработанного алгоритма и логических условий применяемости и совмещаемости операций в процессах объемной штамповки.

В главе приведены также блок-схемы и данные имитационного моделирования методом конечных элементов. Оценка влияния формы полуфабриката, фор-мообразуемого на первом переходе штамповки и условий его базирования на последующих переходах штамповки, на коэффициент использования металла при производстве поковок.

Полученные результаты позволили сформировать правила назначения рациональной системы переходов и ее параметров.

Предложенные методики автоматизированного проектирования были апробированы при разработке технологических процессов штамповки поковок. Экономический эффект получен вследствие экономии металла за счет рациональной системы переходов штамповки и повышения производительности труда, а также за счет формирования рациональной структуры операций штамповки;

- в приложении приведено описание программ, реализующих описанную методику.

Основные результаты и выводы

1. Разработана структурно-функциональная модель системы производства машиностроительных деталей, содержащая совокупность фаз обработки металла и альтернативные версии связи между ними, позволяющая моделировать потоки ресурсов, прогнозировать рациональность их использования в процессах формообразования заготовок для машиностроения.

2. Предложен комплексный критерий оценки эффективности производства поковок, характеризующий качество продукта (поковки) и технико-экономические показатели технологического процесса штамповки, используемый в автоматизированной процедуре выбора рационального варианта технологии из множеств альтернатив.

3. Созданы алгоритмы проектирования структуры технологического процесса для АСТПП поковок, основанные на учете особенностей конкретного производства, требований к качеству получаемого продукта (поковки) и обеспечению экономической эффективности, позволяющие решать задачу проектирования, как синтез в упорядоченную совокупность элементов из разработанных для предметной области баз данных.

4. Разработана методика автоматизированного формирования переходов для малоотходной штамповки поковок и назначения температурно-скоростных параметров процесса, основанная на результатах имитационного моделирования пластического течения металла при заполнении штампа и выбора рациональных схем базирования на промежуточных этапах штамповки.

5. Созданы: базы данных по оборудованию для объемной штамповки; применяемым материалам заготовкам и инструменту и система кодирования входящих в них элементов.

6. Разработана классификация схем базирования полуфабрикатов на промежуточных переходах штамповки.

7. Разработан программный комплекс автоматизированного проектирования формы предварительных переходов малоотходной штамповки с учетом

140 возможных схем базирования.

8. Разработаны на основе предложенной АСТПП эффективные технологические процессы штамповки круглых в плане поковок. Апробация полученных результатов показала сокращение времени от начала проектирования до промышленного использования разработанных технологий в среднем на 30%, и обеспечение эффективности до 5 тыс.руб. на тонну поковок вследствие снижения ресурсоемкости производства.

Т'Х рчашЛ Максим Поё.и>£иг jb$>nOMû Г C'pnSï Ï-W6J2.

0 ¿iseSeujo,,,

ТЯ