автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Исследование и структурный синтез семейств специфицированных изделий машиностроения

На правах рукописи

Ж

Третьяков Владимир Михайлович ^ I /

УДК 621.81

ИССЛЕДОВАНИЕ И СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ СЕМЕЙСТВ СПЕЦИФИЦИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Специальность 05.02.02 - машиноведение, системы приводов и

детали машин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владимир - 2005

Работа выполнена во Владимирском государственном университете

Научные консультанты:

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор

Бушенин Дмитрий Васильевич

доктор технических наук, профессор Козырев В.В., ВлГУ, г. Владимир

доктор технических наук, профессор Глазунов В.А., ИМАШ РАН, г. Москва

доктор технических наук, профессор Егоров И.Н., ВлГУ, г. Владимир

доктор технических наук, профессор Кутузов В.К., КГТА, г.Ковров

Ведущая организация - ОАО «СКБ ПА», г. Ковров

Защита диссертации состоится 23 декабря 2005 г. в 14 час.00 мин. в ауд. 211-1 на заседании диссертационного совета Д 212.025.05 во Владимирском государственном университете по адресу: 600000, Владимир, ул. Горького, Д. 87.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан ноября 2005 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, Владимир, ул. Горького, д. 87, ВлГУ, Ученому секретарю совета. Тел.(0922) 279-928, факс (0922) 233342, e-mail: sim_vl@nm.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

С.И. Малафеев

№<<9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исходя из требований рынка предприятия вынуждены модифицировать свои изделия и ускорить разработку новых. Наряду с ценой сроки создания изделий и продвижения их на рынок стали важнейшими факторами конкурентоспособности. Сегодня повышение конкурентоспособности невозможно без применения САПР и САЬ8-технологий, однако одним из важнейших факторов успеха является использование прогрессивных методов проектирования. Поэтому совершенствование процесса проектирования - настоятельная потребность производства.

При проектировании изделий решаются три основные задачи: структурный синтез (проектирование), параметрический синтез, создание и геометрическое моделирование конструкции. Структурный синтез - это одна из важнейших задач проектирования. Она решается для всех типов и видов изделий независимо от их отраслевой принадлежности и выполняемых функций, поэтому проблемы формализации задач структурного синтеза являются центральными для теории проектирования. Среди подходов к решению этих задач наибольшее распространение получили комбинаторно-логические методы. Они позволяют определить состав изделия и связи между его составными частями, но не решают одну из наиболее злободневных задач производства - задачу сокращения номенклатуры составных частей без уменьшения номенклатуры получаемых из них изделий. Данная проблема особенно актуальна для многономенклатурных семейств изделий. Решение ее позволит: снизить затраты на изготовление и эксплуатацию изделий, повысить их качество, сократить сроки освоения и продвижения на рынок, повысить уровень автоматизации всех процессов жизненного цикла. Для уменьшения номенклатуры составных частей используются различные виды унификации. Однако эффективность ее оказалась невысокой. Решение данной задачи должно осуществляться комплексно, системно в процессе проектирования семейства изделий. Таким образом, для повышения эффективности создания семейств изделий машиностроения (машин), не имеющих избыточной номенклатуры составных частей, требуются новые научно обоснованные технические решения, развивающие теорию и совершенствующие методы проектирования изделий.

Цель работы. Повышение эффективности создания и технического уровня изделий машиностроения за счет формализации процедур определения номенклатуры их составных частей.

Для этого необходимо: 1) провести анализ объектов проектирования и используемых методов их разработки; 2) провести анализ и систематизацию основных понятий, связанных с разработкой машин и их семейств; 3) разработать комплекс математических моделей объектов и процессов проектирова-

ния, позволяющих формализовать процедуры определения номенклатуры составных частей изделий; 4) разработать процедурную модель проектирования семейств машин (группового проектирования машин), а также методы и алгоритмы выполнения процедур проектирования, позволяющие создавать изделия, не имеющие избыточной номенклатуры составных частей; 5) провести апробацию разработанных методов и моделей при проектировании семейств машин и механизмов.

Методы исследования. Эмпирическое обобщение; системный подход; классификация как двойственность таксономии и мерономии; математический аппарат - теория образов и графов, линейная алгебра.

Научная новизна. Разработана концепция структурного синтеза машин, основанная на формализации процедур определения номенклатуры составных частей изделий. В результате установлены структурные свойства и взаимосвязи объектов проектирования, что позволило разработать методы проектирования, повышающие эффективность и качество разработки.

1. На основе системного, концептуального анализа изделий машиностроения и их семейств установлены структурные свойства и взаимосвязи объектов проектирования:

а) выявлено базовое, элементарное (в рамках разработанной теории), конструкторское понятие «узел сопряжения» составной части изделия, которое используется для отображения структурных свойств объектов проектирования и учитывается в их формализованном описании;

б) на основе анализа структурных свойств объектов проектирования уточнена и расширена система базовых понятий, связанных с разработкой семейств изделий, полученное знание позволяет прогнозировать развитие изделий семейства и направления наращивания номенклатуры его элементной базы;

в) для оценки свойств семейств и их элементных баз предложена система показателей, позволяющих провести более точную оценку, чем показатели унификации;

г) сформирован комплекс структурных моделей основных объектов проектирования, на основе которых разработаны математические модели, используемые для формализации процедур проектирования, связанных с формированием номенклатуры составных частей изделий, предложенные модели более детально учитывают соединения составных частей в изделиях и структурные свойства объектов проектирования.

2. На основе выявленных свойств объектов проектирования и анализа процессов проектирования разработана концепция структурного синтеза, позволяющая создавать изделия, не имеющие избыточной номенклатуры составных частей, за счет формализации процедур ее определения:

а) выявлены, обобщены и формализованы проектные процедуры, связанные с формированием номенклатуры составных частей и структурным синтезом изделий, на основе чего построена алгебраическая система конструирования изделий, элементами множества-носителя которой являются узлы сопряжения их составных частей;

б) разработана процедурная модель проектирования семейств, отличающаяся тем, что в нее введены этапы анализа структуры семейства и проектирования его элементной базы, разработка которой осуществляется до проектирования конструкций конкретных машин после анализа структур создаваемого семейства и входящих в него изделий. Основными новыми составляющими процесса проектирования являются:

- метод анализа структуры семейства машин;

- метод проектирования элементной базы семейства, обеспечивающий отсутствие избыточности номенклатуры составных частей изделий;

- методы генерации изделий из компонентов элементной базы.

Особенности этих методов связаны с использованием предложенных

структурных моделей и алгебраической системы конструирования.

3. С использованием разработанной концепции проектирования установлены новые принципы построения семейства крано-манипуляторных установок (КМУ) и семейства приборных редукторов, защищенные патентными документами.

На защиту выносятся:

1. Система базовых понятий, связанных с разработкой семейств изделий.

2. Формализованные процедуры определения номенклатуры составных частей изделий и алгебраическая система конструирования изделий машиностроения.

3. Концепция структурного проектирования семейств изделий, включающая:

- процедурную модель проектирования семейств;

- метод анализа структуры семейства машин;

- метод проектирования элементной базы семейства изделий, исключающий избыточность номенклатуры их составных частей;

- метод генерации изделий из компонентов элементной базы;

- математические модели, используемые при разработке семейств и позволяющие формализовать процедуры определения номенклатуры составных частей и синтеза изделий.

4. Разработанные с использованием предложенной концепции, принципы построения семейства приборных редукторов и семейства крано-манипуляторных установок.

5. Семейство приборных редукторов автоматики.

Практическая ценность. Разработанная концепция структурного проектирования и математические модели позволяют сократить сроки создания изделий, не имеющих избыточной номенклатуры составных частей. Без использования САПР более чем на 30% сокращены сроки проектирования и подготовки производства приборных редукторов, более чем на 50% уменьшилась номенклатура их составных частей, включая основные составные части (корпусные детали, валы, зубчатые колеса, муфты и т.д.), семейство строится на основе трех модификаций корпусов. Наличие унифицированной элементной базы позволяет снизить трудоемкость изготовления, повысить коэффициент использования материалов и создает условия для автоматизации процесса разработки и выпуска конструкторской, технологической и эксплуатационной документации на изделия семейства. За счет этого можно в несколько раз сократить сроки разработки технической документации и подготовки производства изделий.

Достоверность результатов подтверждается обоснованностью и корректностью использования применяемого математического аппарата, практическими результатами проектирования конкретных семейств машин и механизмов, выполненных автором и другими разработчиками.

Реализация результатов. Разработанная концепция проектирования семейств изделий используется в проектной деятельности ФГУП "ВНИИ "Сигнал": разработаны и используются элементные базы приборных редукторов и стендового оборудования, гамма КМУ; внедрены стандарты предприятия «Методические указания по конструированию» и «Проектирование семейства изделий групповым методом». Полученные теоретические результаты используются в учебном процессе Ковровской государственной технологической академии в курсе теории механизмов и машин.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях в ЮТА, 1994-2000; на 9м Всемирном конгрессе по ТММ, Италия, Милан, 1995; международных научно-технических конференциях по автоматизированному проектированию передач и редукторов, Ижевск, 1989, 1996; по механическим трансмиссиям и машинам, МТМ97, Китай, Тянцзинь, 1997; по инженерному проектированию 1СЕП97 Финляндия, Тампере, 1997; 9-ой международной конференции по проектированию и производству машин ЦМТТК2000, Турция, Анкара, 2000; «Леса Беларуси и их рациональное использование», Минск, БГТУ, 2000; XXXIII Уральском семинаре по механике и процессам управления; Екатеринбург, 2003; первой международной научно-практической конференции «Исследование. разработка и применение высоких технологий в промышленности» Санкт-Петербург, 2005г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 65 работ: 16 статей в журналах, рекомендованных ВАК к опубликованию результатов докторских диссертаций, 8 статей в сборниках трудов международных конференций, 17 патентов и полезных моделей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Объем работы без приложений 313 страниц. Список литературы содержит 199 наименований. В приложении приведены: определения основных понятий теории проектирования семейств машин, пример использования разработанных теоретических положений при структурном синтезе механизмов, краткое изложение предлагаемой концепции проектирования, данные по приборным редукторам и кранам-манипуляторам, а также документы, подтверждающие внедрение результатов диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, цель и задачи работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы разработки семейств машин (группового подхода к созданию изделий). Основы групповой технологии и создания унифицированных изделий были заложены в 50-х - 70-х годах В.В.Бойцовым, Н.Г.Домбровским, С.В.Крейтером, П.С.Митрофановым, А.М.Мурашовым, Г.А.Снесаревым и другими учеными. Наиболее значимые работы 80-х годов - это работы О.И.Аверьянова, Ю.ДАмирова, Б.М.Базрова, АЛ.Васильева, И.С.Голубева, Е.М.Парфенова, В.В.Строкова. Одной из областей техники, широко использующей групповые методы, является робототехника. Разработчиками роботов был предложен и обоснован принцип модульного построения средств робототехники. Метод был опробован в ЦНИИ РТК, где в 1980-1982 гг. разработаны система электромеханических модулей ПРЭМ, система аппаратных модулей управления ЕСМ и соответствующая модульная система программного обеспечения СПОР. Основными разработчиками систем были С.В.Груздев, Е.В.Гречанов и В.А.Павлов.

Среди последних работ, относящихся к групповой технологии и проблемам разработки машин и технологий, - работы В.П.Отрохова, посвященные созданию семейства модульных коробок передач грузовых автомобилей; Б.М.Базрова об использовании модульного принципа в производстве и проектировании изделий; В.П.Быкова по методологии проектирования; В.В.Ефимова и В.В.Епифанова о разработке семейств гибких круглошлифо-вальных производственных модулей; кандидатская диссертация В.М.Капустяна, формулирующая проблему создания концепции развития техники, содержащей понятия «семейство технических систем», «семейство arpe-

гатов»; Л.К.Ковалева о синтезе структур систем технологического оборудования; А.Ф.Крайнева по идеологии конструирования; П.С.Митрофанова по технологии и организации группового машиностроительного производства; В.П.Иванова о проектировании семейств машин для технологического оснащения ремонтных заводов; В.И.Саблина о создании унифицированных радиоэлектронных систем и комплексов; С.Н.Сысоева по методологии поискового конструирования, направленного на упрощение состава и структур проектируемых изделий. Основы концепции группового проектирования (проектирования семейств изделий) и содержание его процедурной модели изложены автором настоящей диссертации в статье «О конструировании унифицированных редукторов для приборов следящего привода» (Передовой опыт. - 1984. -№9. - С.51-53). Более подробно эти вопросы были рассмотрены при разработке семейства приборных редукторов (см. Третьяков В.М. Групповое проектирование унифицированных редукторов для приборов следящего привода // Диссертация ... канд. техн. наук, Ковров, 1987г.). Однако в этих работах и работах упомянутых авторов не была решена задача формализации формирования элементной базы (ЭБ) семейства, не имеющей избыточной номенклатуры компонентов.

За рубежом при создании семейств изделий широко используется метод базового изделия. Связанные с ним понятия вошли в состав нормативной документации, посвященной управлению конфигурациями изделий. С середины 90-х годов наметился стабильный рост числа публикаций, посвященных задачам создания семейств изделий, в зарубежных журналах и материалах научно-технических конференций. Наиболее активно работают в этом направлении ученые Anderson D.M., Erens F., Fujita К., Gonzalez-Zugasti J., Kota S., Meyer M.H., Mikkola J.H., Muller J.K., Pine B.J., Sanderson S., Simpson T.W., Tiihonen J., Tseng M., Wijnstra J.G. и другие.

Несмотря на наличие крупных работ, посвященных проблемам создания семейств машин, групповое проектирование не получило надлежащего обобщения и оформления в виде достаточно полно и последовательно изложенной теории. Отсюда вытекают основные задачи настоящей работы, перечисленные выше.

Во второй главе рассмотрены основные понятия, определения и математические модели теории проектирования семейств изделий, установлены структурные свойства и взаимосвязи объектов проектирования и зависимости, связывающие их характеристики.

Система понятий построена на четырех исходных понятиях: изделие, составная часть изделия, связи составных частей и преобразование подобия, связывающее их характеристики. Связи характеризуются передаваемыми потоками энергии, вещества, сигналов и узлами сопряжения, которые эти потоки

передают. Понятие «узел сопряжения» - это «атом», на основе которого строится структурное проектирование машин и их семейств.

Узел сопряжения - часть конструкции составной части, через которую она обменивается потоками энергии, вещества и сигналов с взаимодействующим с ней объектом. Связи, создаваемые узлами сопряжения, можно разделить на связи, образованные непосредственным контактом узлов, (соединения) и связи, осуществляемые без их непосредственного контакта, например, связь светодксд • фотодиод. Соединения бывают неподвижные (например, сварные) и подвижные (кинематические пары). Узел сопряжения объекта представляет собой совокупность его поверхностей или их частей. Характеристики передаваемых потоков определяют признаки узла. Совокупность признаков (например, вид и размеры поверхностей, посадки, чистота обработки, покрытия и т.п.) определяет исполнение узла сопряжения. Признаки соединяемых узлов взаимно согласованы. Примеры узлов - привалочная плоскость (рис.1,а), часть кинематической пары, принадлежащая одному из соединяемых звеньев (рис.1,б, рис.2,а). Узел может состоять из поверхностей одной (рис.1,б, рис.1,в) или нескольких деталей (например, кронштейна и винтов см.рис.1,аг).

Целесообразность введения понятия «узел сопряжения» иллюстрирует рис.3, где показаны две одинаковые по своим свойствам кинематические цепи с идентичными поступательными кинематическими парами (Р), отличающиеся только номенклатурой звеньев. Звенья, имеющие разные исполнения, обозначены на рисунке I, II, 1П. В одном случае (правый вариант) используются три одинаковые звена (звено I), в другом все три звена различны.

В чем же причина разницы номенклатуры? Каждая кинематическая пара образована взаимодействующими поверхностями двух звеньев. Поверхности одного из них являются охватывающими (на рис.3,б они обозначены цифрой 1), поверхности другого - охватываемые (обозначены цифрой 2). Каждое из звеньев правой конструкции содержит один набор охватывающих поверхностей и один набор охватываемых. Звенья левой кинематической цепи содержат

Рис.1. Примеры узлов сопряжения и соединений, образованных узлами составных частей: а - два соединения с разными вариантами исполнения узлов сопряжения типа привалочная плоскость; б - узлы сопряжения, имеющие сферическую форму и образующие шаровую кинематическую пару; в - узлы сопряжения зубчатого колеса: зубья и посадочное отверстие, первый служит для соединения с сопряженным зубчатым колесом, второй -для соединения с валом

эти наборы в трех различных сочетаниях, что и привело к увеличению номенклатуры (рис.3,б). Используя понятие «узел сопряжения» основное отличие звеньев можно объяснить различием исполнений узлов. Таким образом, на разнообразие составных частей изделий существенное влияние оказывает выбор исполнений залов сопряжения. Рациональное распределение исполнений узлов по составным частям позволяет уменьшить номенклатуру, обусловленную разнообразием соединений.

В качестве модели составной части, учитывающей ее узлы сопряжения, используется граф несвязанных вершин. Каждая его вершина соответствует узлу. Соединение узлов сопряжения учитывается в модели ребром, связывающим вершины, которые соответствуют соединяемым узлам (рис.2,б). Узлы сопряжения могут учитываться в модели с разной степенью детализации описания. Возможны процедуры слияния нескольких узлов сопряжения в один узел и разделения узла сопряжения на несколько узлов. Сложные конструкции могут быть представлены как неделимые объекты, характеризуемые только набором узлов сопряжения, или как делимые объекты, описание которых включает сведения о их деталях и соединениях между узлами деталей.

Рис.2. Вращательная кинематическая пара и ее структурная модель в виде (рафа:

а - кинематическая пара; б - структурная модель кинематической пары, где ап - узел сопряжения

(отверстие и торцевая поверхность) втулки е,, а21 -узел сопряжения (цапфа вала и торцевая поверхность) вала е2 ■ Возможно только попарное соединение узлов сопряжения

Рис.3. Одинаковые по свойствам кинематические цели, имеющие разную номенклатуру звеньев: а -кинематические схемы, 6 - номенклатура звеньев; 1 и 2 - узлы сопряжения звеньев

На основе исходных понятий построены производные понятия. Семейство машин и его особенности. В основе формирования семейства лежит общее, присущее входящим в него изделиям. В первую очередь, это морфологическая составляющая:

5 е„

I

а)

з е.

близость принципов действия, структур, составных частей (рис.4), а также схожесть выполняемых функций, характеристик, условий функционирования. Однако две машины, выполняющие одну и ту же функцию, имеющие один и тот же принцип действия и одинаковые характеристики, могут не иметь конструктивно эквивалентных составных частей. Поэтому одним из основных признаков, позволяющих установить, является ли группа изделий семейством, служат свойства их составных частей. Предлагается считать, что совокупность машин является семейством, если они состоят из унифицированных составных частей. Для изделий семейства характерно единство (общность) жизненного . цикла, а следовательно, и системы жизнеобеспечения.

Таким образом, семейство -это совокупность изделий, объединенных унифицированными составными частями, схожестью свойств и единством системы жизнеобеспечения.

Элементная база семейства машин и ее компоненты. Унифицированные составные части, из которых построены машины семейства, подчиняются единым требованиям и образуют его ЭБ, становясь ее компонентами. Множество £ компонентов ЭБ разбивается на непересекающиеся классы (рис.5): £={£(|,- = 1, }. где - число классов компонентов в ЭБ.

В один класс Е, объединяются компоненты, выполняющие одинаковые функции. Каждый компонент характеризуется вектором конструктивных пара-

Рис.4. Состав семейства КМУ

метров у(е) и структурой узлов сопряжения i„(e)=(aj> *.(«) - множество признаков узлов. В обозначении узла аи первый индекс указывает класс компонента, которому он принадлежит, а второй - номер узла в структуре узлов. Описание компонента е содержит перечисленные признаки: е = [/(е), Ra{e\(«). v(e)]> где /(е) - номер класса компонентов.

Структурной моделью компонента, отражающей его узлы сопряжения, является граф, содержащий набор изолированных вершин, каждая из которых соответствует одному узлу. Для удобства восприятия модели подмножество вершин, принадлежащих одной составной части, отделяется замкнутой линией, которая не является элементом графа (рис.2 и рис.5).

Е1 - поворотная стойка

Е2 - стрела

а

ЕЗ - рукоять

32

£

е31

*32

'31

звзг

e2i

а

ч" а22

ла.

а

23

'24

31

ез!(о а

21

а

~21__Да23 9 24

21

а

22

e2i(]

о

о

а21 Э22 а23

С 1

а

24

Е4 - привод сгрсшы

e4i se41

fj^ Е5 - привод рукояти е si se5j

"v^ а41

31 а32

а51

of 51

! 1а52

52 а5, ^¿{OJ^

Рис.5. Состав и структура ЭБ семейства КМУ и модели ее компонентов в виде графов,

состоящих из изолированных асршин

Компоненты одного класса, отличающиеся признаками узлов сопряжения и/или векторами конструктивных параметров, являются модификациями компонентов. В обозначении компонента еи первый индекс указывает номер класса £,,

которому принадлежит компонент, второй - номер модификации компонента в классе (рис.5). Компоненты класса, связанные одним и тем же преобразованием

и

подобия 5, таким, что =<?2, относятся к разным типоразмерам (рис.5), существует такое ^, что = е,.

ЭБ семейства может быть простой или сложной. В сложной ЭБ компоненты каждого класса могут соединяться с компонентами большинства (в предельном случае всех) классов, в простой - с компонентами незначительного их числа.

Сборочные единицы (сборки) и изделия. Для построения составных конструкций компоненты можно объединять, соединяя их узлы сопряжения. Чтобы узлы сопряжения компонентов можно было соединить, необходимо взаимное согласование их признаков (рис.6). Оно определяется отношением согласования р, лрлх, которое является 5-инвариантным.

Полученные сборки с~сг(е,,е2,...,ея) отличаются составом, представляющим собой множество {е1,е1,...,е„} входящих в них компонентов, и структурой сг (соединителем), которую можно представить в виде к-дольного графа связей узлов сопряжения (рис.7). Компонент ЭБ может быть представлен как «сборка», образованная узлами сопряжения: е — <т0 (а,, аг,.. •, оп) > соединитель

<у0 которой не содержит ребер.

Сборки описываются структурой узлов сопряжения, в качестве которых служат внешние узлы I компонентов, не использо-

ванные для ее получения, и вектором конструктивных I параметров, которые опре-

деляются по имеющимся функциональным зависимостям между параметрами сборок и параметрами их составных частей.

Множество сборок образует пространство возможных сборок, из которого по правилам идентификации отбираются конечные изделия g семейства с~{ё\<ёг< -->£и}' С®0?813 может служить конечным изделием, если она выполняет его главную функцию и обеспечивает требуемые соединения с объектами

-22

Рис.6. Узлы сопряжения, для которых выполняется отношение согласования

°1=С а„<

е2 е3

оа агг °31

ч "4

Гз

-тг

аэ 0.« = 5

ог Э е Г

.> Об

Рис.7. Модель сборки (изделия) в виде к-дольного графа связей узлов сопряжения компонентов

внешней среды. Это означает, что она содержит внешние узлы сопряжения. Для каждого семейства создается свой набор правил идентификации конечных изделий.

Структура семейства. Приведенная формализация состава и структуры изделий (сборок) позволяет провести анализ строения семейства (рис.8). Оно может быть разбито на непересекающиеся множества изделий, имеющих одинаковую структуру <т (изделия одного и того же типа Т ). Изделия, у которых совпадают составы компонентов, входят в подмножество технических устройств, имеющих одну и ту же модификацию М. Третий способ разбиения - объединение в отдельные совокупности изделий, связанных с изделиями других множеств данного разбиения одним и тем же преобразованием подобия (подмножества изделий одного типоразмера Z ). У изделий, являющихся производными моделями, только некоторые составные части связаны преобразованием подобия с составными частями других изделий, например, изделие gJ=a(el,e2,...,el_l,sel,e„l,...,en)<EMl и а изделие

Данные разбиения можно применить к любому семейству. В результате получим полностью структурированное семейство, каждое изделие которого описывается тройкой номеров $(<,_/.*), указывающих индексы соответствующих множеств т.- м^ 7к ■ При этом производные модели считаются модификациями. Пространство изделий семейства можно представить совокупностью точек в системе координат: тип Т, модификация м, типоразмер 2 (рис.8). Вдоль осей координат откладываются номера множеств разбиений семейства в. Для описания структуры семейства можно использовать матрицы структуры (рис.8), показывающие сечения пространства изделий плоскостями параллельными плоскостям ТМ, 77 или Ш, или гистограммы распределения изделий по типам, модификация и типоразмерам. Знание структуры позволяет прогнозировать развитие семейства.

Исходя из структурных свойств, семейства делятся на семь групп, четыре из них объединяют составные семейства, остальные - простые: трехмерные составные семейства, включающие изделия разных типов, модификаций и типоразмеров (пример показан на рис.4); три двухмерных составных семейства, их изделия представляются точками, лежащими в плоскостях параллельных плоскостям ТМ, ТЕ, Ш\ три простые одномерные семейства, которым соответствуют множества точек, лежащих на прямых, параллельных осям координат Г, М, г.

Представление изделий в виде графов связей и

разбиения семейства по типам, модификациям и типоразмерам

Изделие £ г

Изделие с 3 аЭ2 а3!

Изделие

Типы Т1(6, ИМ!. Тг«52 >=$.

т3(вз Ж.

Т4(в4 )=13.6|.

Модификации И,(е11.ег1,е31,е«.е51)-}1|, Мг(е11 ег1,еЗг,е41.е51)=|4(, И3(е11,ег1.е41)=|г,5! М4(е».е31 е51)-|3( М5(е11,еЗг,ей1)=|б! ,

Типоразмеры г,к )=)1.гд5|. г2М =М

Примеры соединителей е3 и -Л

СТРУКТУРА СЕМЕЙСТВА

с г 8,(1.1.1), г г.3.1), вэ(4.4.1),

вЛг,г), ¿»(3.3.1).

воЙ,5.2)

Матрицы структуры семейстча М| мгмаи4 м5

т(

Сгг =

М^гМдМ, М5

Рис.8. Структура семейства, показанного на рис.4, и его изделий

Два подхода к структуризации семейства. Рассмотренная структуризация семейства базируется на классификации его изделий, основанием которой является сходство их состава или структуры. Любая классификация - это двойственность мерономии (членение объектов, позволяющее установить степень сходства их строения) и таксономии (группировка объектов по сходству). Поэтому рассмотрение семейства с позиций мерономии должно быть дополнено таксономическим аспектом. С таксономических позиций изделия, входящие в семейство, отличаются друг от друга качественно (номенклатурой свойств,

Рис. 9. Изделия одного типа и признаков, параметров) и количественно (зна-

разных модификаций с пози- . „ _

ций мерономии и разных типов чениями характеристик). Разбиения семейства

с позиции таксономии на типы, модификации и типоразмеры с пози-

ций таксономии и мерономии могут не совпадать, однако объединение этих двух подходов позволяет получить полное представление о его строении. На рис.9 показаны манипуляторы, которые с позиций мерономии являются изделиями одного типа и разных модификаций. С позиций таксономии, это изделия разных типов. Они отличаются номенклатурой главных и основных параметров.

Показатели семейства и его ЭБ. Как отличить семейство изделий от группы изделий, не образующих семейство? Для идентификации семейств предложены показатели, позволяющие провести такую оценку. Наиболее очевидные из них: уа - количество изделий в семействе; УЕ - количество компонентов в ЭБ семейства; п - среднее количество исполнений компонентов ЭБ в одном изделии семейства; т - среднее количество машин семейства, в которых используется любой компонент ЭБ.

Для моделирования связи количества машин в семействе с количеством компонентов его ЭБ используется степенная функция вида:

Уе=п-У£"> 0)

где а является показателем интегрированности ЭБ семейства и может принимать значения от 0 до 1. Диафаммы роста количества компонентов ЭЬ при увеличении количества изделий в семействе даны на рис.10. Точками показаны практически полученные значения. При а = 1 имеем ЭБ идеального семейства. Номенклатура его ЭБ остается неизменной при увеличении количества изделий. Каждое его изделие содержит все компоненты ЭБ. Значение а = 0 соответствует набору составных частей группы полностью разнородных изделий. Величину р = \~а можно считать показателем

дифференцированности ЭБ. Легко установить, что для семейства выполняется равенство:

т-ГЕ=п-Ус. (2)

На основе зависимостей (1), (2) определяются остальные показатели.

Как отмечалось выше для семейства характерно наличие ЭБ, состоящей из унифицированных составных частей изделий. В соответствии с ГЮСТ23945.0 (Унификация изделий. Общие положения) унифицированной является взаимозаменяемая составная часть двух или более изделий. На основании этого можно считать, что группа машин является семейством, если в среднем любой компонент ее ЭБ используется в двух или более изделиях. Используя (1) и (2) и приняв т = 2, получим минимальное значение показателя интегрированное™, при котором совокупность изделий начинает проявлять свойства семейства (а0=1п2/1пУ0). Таким образом, если а > а. > то группу изделий следует считать семейством.

Для любого семейства компоненты его ЭБ первого уровня можно разделить на более мелкие составные части, которые образуют ЭБ более высокого уровня. Каждый класс компонентов ЭБ любого уровня является семейством изделий и для него и его ЭБ можно определить рассмотренные показатели. Используя их, можно рассчитать показатели ЭБ любого уровня, рассматривая ее как ЭБ исходного семейства машин.

В третьей главе обоснована и разработана концепция структурного проектирования семейств машин, основанная на формализации процедур определения номенклатуры компонентов ЭБ и синтеза конечных изделий. На базе структурных моделей объектов проектирования, отражающих узлы сопряжения, построена алгебраическая система конструирования изделий, носителем которой является множество А

Рис.10. Диаграммы роста числа компонентов ЭБ: 1 - идеального семейства, а = 1; 2 - группы изделий, не имеющих одинаковых частей, а = 0, 3 - верхняя граница области семейств изделий, а = а0', 4 - семейства с

а = 0,419; 5- семейства с а = 0,205

с О, - 1

п аь

а,, =~2

а и -2 а

с а.

и аи =3

Рис.И. Исполнения узлов составных частей изделия и их обозначения

узлов сопряжения а его составных частей . Вторая

составляющая системы конструирования - множество отношений, определяемых требуемыми соединениями и исполнениями узлов. Третья составляющая - алгебра формирования изделия.

Рассмотрим использование алгебраической системы при конструировании единичного изделия. Структура и характеристики изделия определяются принципом действия. Учет технологических возможностей обусловливает дополнительное дробление или объединение его частей. В итоге известны параметры составных частей и их соединения, каждое из которых определяет наличие двух узлов сопряжения по одному у каждой соединяемой части.

На основе баланса энергомассопереноса устанавливают характеристики потоков энергии, вещества и сигналов, проходящих через узлы составных частей. По характеристикам потоков находят признаки узлов, определяющие их исполнения. Проводят унификацию исполнений узлов. На рис.11 показаны возможные исполнения узлов сопряжения, цифрами обозначены варианты исполнений узлов (например, а = _1). Узлы,

обозначения которых отличаются только знаком, могут образовать соединение. На рис.11 попарно расположены соединяемые узлы.

Далее решается задача назначения исполнений узлам составных частей. Для ее решения используется граф изделия (рис.12). Исполнения узлов должны назначаться так, чтобы избежать избыточности номенклатуры составных частей. Распределение исполнений узлов сопряжения по составным частям - это впервые выявленная операция процесса структурного синтеза изделия.

Если считать буквенное обозначение узлов неизвестной, а номера исполнений узлов множеством их

Рис.12 Граф изделия, учитывающий узлы сопряжения и их соединения Одинаковой пприховкой выделены модели составных частей, имеющих одинаковые функциональные параметры, и модели внешних объектов ч>2, м>з), для которых показаны исполнения узлов

значений, то условие возможности соединения узлов может быть выражено алгебраическим уравнением вида: а1)+аи= О- Это обусловлено тем, что

обозначения исполнений соединяемых узлов отличаются только знаком (см. рис.11). Каждому ребру на графе изделия соответствует уравнение данного вида. Уравнения, отражающие требуемые исполнения узлов составных частей, имеют вид: а'п -_2, где -2 - обозначение требуемого исполнения узла. Для уменьшения номенклатуры составных частей используются уравнения, унифицирующие узлы сопряжения, например, ап = ап ■ В результате строится система уравнений, решение которой определяет распределение исполнений узлов по составным частям, формируя номенклатуру составных частей, обусловленную их соединениями. Составные части можно описать исполнениями узлов: е, = «•„(«,„ *,:) = <г„,(-2, -3) (рю.13).

Он

X

- г

о) а12 з

а21-чгр

Я-зг2"

ез

■22'

01 азг~1

а г,=2 2

е,

о4) а',", -2

о) а

»

1^0/(4=3

1 ез'=е3 ■¡■>=-2

„ т

-е,=

га п=-з

п 44

агГ2

о

и—и! У

(14! = 3

а4г=1

а«-г

Рис 13. Полученная номенклатура составных частей проектируемого изделия, рядом с изображениями частей показаны их модели в виде графов и обозначения исполнений узлов; на изображениях составных частей показано конструктивное оформление узлов сопряжения в соответствии с вариантами исполнений по рис.11

Для получения описания сборок, формируемых из составных частей, используются уравнения сборки. Пусть соединяя части е, и е4 получаем сборку с, (рис. 14,а), которую можно описать алгебраическим выражением: с, =<т,(е1, е<) = а{(*!Л(аи, аа\ ««,. *«))■ Выполнение операции

поглощения узлов а а (для них выполняется отношение согласования

а41 + ахг = 3+(-3) = 0) преобразует выражение в описание, показывающее только узлы сопряжения: С] = <т0(ап, „42) а43) = <г„(-2, 1, 2)- Продолжая операции, получим описание проектируемого изделия г = <т0(-2, -з, -1) (рис. 14,6).

На основе алгебраической системы конструирования построен процесс разработки семейства машин, обеспечивающий отсутствие избыточного разнообразия их составных частей (рис.15). Процесс проектирования семейства включает выбор объекта проектирования, разработку ЭБ семейства, создание методики синтеза и синтез изделий на основе ЭБ.

При выборе проектируемого семейства формируются массивы исходной информации о выполняемых функциях Р, признаках Р и условиях функционирования <~\ технических устройств создаваемого семейства. Для их получения анализируются: ранее спроектированные технические устройства, относящиеся к разрабатываемому семейству; семейства аналоги; семейства, изделия которых выполняют схожие функции; семейства изделий, функционально связанных с проектируемыми; семейства технических систем, в которые входят как составные части разрабатываемые машины. В результате устанавливаются типы, модификации и типоразмеры изделий (с позиций таксономии), которые должны быть разработаны, т.е. определяется типаж машин (см. рис. 15,а; раздел 1.1), проводится его оптимизация, например, по критерию минимума затрат.

Выбираются принципы действия машин. Конкретизация строения изделий осуществляется при выборе их конструкций. Принципы построения конструкций машин, используемые в практике: моноблочные конструкции; расчлененные конструкции, предусматривающие блочное построение изделия (деление изделия на сборочные единицы), агрегатное или модульное воплощение. Рассматриваются возможные варианты структур, учитывающие различные условия эксплуатации изделий и особенности их изготовления. Проводится классификация их составных частей. В результате предварительно определяет-

Рис.14. Иллюстрация формирования изделия из составных частей: а - сборочная единица с1', б - конечное изделие ^ и

соединяемые с ним внешние объекты

ся состав и структура ЭБ семейства: классы, модификации и типоразмеры компонентов. Строятся модели компонентов, отражающие структуру их узлов сопряжения (рис. 15,а; раздел 1.2).

Для окончательного определения облика семейства уточняют типы, модификации и типоразмеры машин уже с позиций мерономии. С использованием структурных моделей компонентов строятся модели изделий в виде к-дольных графов и анализируются структуры и состав изделий, включенных в семейство. Сравнивая эти характеристики машин, определяют структуру семейства (рис. 15,а; раздел 1.3).

Результатом первого этапа группового проектирования является состав (типаж) с = и структура семейства, предварительно определенные

структура и состав его ЭБ (рис.15,а). Формулируются принципы построения семейства, которые определяют, что следует считать типом, модификацией, типоразмером и производной моделью изделия для данного семейства, а также показывают за счет каких компонентов ЭБ и их параметров они будут получены.

При разработке ЭБ семейства машин, не имеющих избыточной номенклатуры составных частей, решаются следующие основные задачи: определение номенклатуры компонентов, обусловленной их соединениями в изделиях семейства; определение параметров компонентов по известным параметрам изделий; разработка конструкций компонентов.

Процесс разработки ЭБ включает: концептуальное проектирование, детальное проектирование, наращивание номенклатуры компонентов.

Концептуальное проектирование ЭБ:

1. Формирование совокупности машин, определяющих требуемые соединения между компонентами.

2. Определение номенклатуры узлов сопряжения компонентов ЭБ.

3. Определение номенклатуры компонентов, обусловленной их соединениями в машинах.

Формирование расширенного множества типов машин (ИМТ) (рис.15,б; раздел 2.1). Концептуальное проектирование выполняется для совокупности, включающей изделия разных типов (множество типов) и производные модели. Включение производных моделей в расширенное множество типов обеспечивает «связь» между машинами семейства, относящимися к разным типоразмерам. Если число изделий в семействе не велико, то этап можно выполнять для всего семейства целиком.

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕМЕЙСТВА I. ВЫБОР ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ 11. Формирование множества «зделий и его анализ Анализируемое юожестао азоеляй

Предварительный состав элементной базы (ЭБ) семейства Г и г)

Ттормеды ■ашюиапо» Классы компоненте»

Sß, m 5- * Ii

пмоби Модифккшом компонеатоа

it •.По

«С d" Ч, г?

Модели сгрукг/ри узлов сопряжет«

•l <£S>

Моокфнтскк компонентой

а. ""Г"

01 и и

ff'St Модели структуры уэлоа сонрлсеит

я € 3 1

'ДОМСК «.rt-

1Ж пмпинш тшйтп, f - wowtp ряа ■ сгруетдж уяюа

Оригинальные варианты состава изделий

1.3. Определение структуры семейства

Строение изделий

»I h »J '> «1

-ö* -'f- л": ж-» -ж

■» Н»„ LJ«n т;

Модели изделий а внос к-дольных графов

С." »i

■в Он О» Uli «it ■«

««б> "в®

1.2. Деление

изделий на составные части

«-«•»«к. I,-««.. «и.***. «■<

Состав изделий

racwif,»Htii ж.к«в*. ах■«*i4».it. л

асмц^о.ям.вя'. «rwS,«Ky.ie-B*'

евоти^еастав!?!}. eociMI.cocTu(Jfc).coc?wifgX eoorwj.eociwtl«), OQMl^-CMlufft). coeftajaceciwifg)

Структура изделий

Оригинальные структуры изделий

Деление изделий семейства по типам Т, модификациям и и типоразмерам 2

Я»»ч|| Лия»-.«л. V

Структура семейства изделий

л. о Мгтртт иишц«) ошйет

г. ШЦ«|>

Рис.1 S.a. Этапы проектирования семейства. Выбор разрабатываемого семейства машин

-еЖ

2. РАЗРАБОТКА ЭБ СЕМЕЙСТВА 2.1. Концептуальное проектирование ЭБ

Определение расширенного множества типов изделий Множество типов изделий

Расширенное множество типов мг-лгик,

Определение номенклатуры упов сопряжения компонентов

■V ^мничи imim

(IJtJB

Ёй

nil«■«■ т^м ^ и jj-

•53 -g* fea

"В «ЕЗ «РЯ

О Л

£? rib

Определение номенклатуры компонентов, обусловленной их соединениями в изделиях

к узлов

(соответствуют ребрам графов изделий мз щт) •**•«■« •»♦•»•«.

Урииення исполнений умов. щи *т,г

Урааяети, унифицирующие уаяы компонента

ta-lM>l, «м-*м ч '»■•»■i

Ранения уравнений

»1 ««и. ««•-!. -4 •»•-й «а

Дм пеясяолиоваяат узлов «»ш-«»*-'

Состав компонентов ЭБ, обусловленный их соединениями в изделиях

Испошкшм узлов Ми»*.

— ...... ft >1 им

п, ■в 0 1 i

I в i

Hi - «

<Ш - г -

X, «Г •о н - н 1

- -г о

- н ч

Об «се количество кс*томитов

3. СИНТЕЗ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ЭБ

Матрице смежности узлов сопряжения компонентов ЭБ

Мямраш мвиосш имцмекти

Уточнение номенклатуры компонентов ЭБ

W'e1

•»■*. 41И "»w-O. -L4-2. Я J,—г, »*»■-»

*н agksol 4В> «lib, ft^i) .

•и««»! 0>! «tM»«»0.»2>, вдкмю «Сцяв^О Т1( как

»¡¡•«I-? Ч» я*иош»уИ««у

2.2. Детальное проектирование ЭБ:

Выпошмютс* этапы 12,13,21 прметлеяыи к ЭБ

2.3. Наращивание номенклатуры компонентов ЭБ

Состав компонентов ЭБ

!<5лммЯС 1«, _гх а- «, 1 fc I ».

ящювм На»

* •а •• t. ■» i,

IT Я • .А А. й £

t-st «i Mt «и На •>

1 ь 0 0- tr А к м *

Закрашены компоненты пожикмоие »ирадиватг 35

Рис. 15,б. Этапы проектирования семейства. Разработка элементной базы семейства. Синтез машин на основе элементной базы

Определение номенклатуры узлов сопряжения. Исходные данные: совокупность пар соединенных узлов составных частей машин, включенных в ЯМТ; потоки энергии, вещества и сигналов, передаваемые узлами.

Первоначально каждая пара соединенных узлов считается оригинальной и ей присваивается уникальный номер. Затем номенклатура узлов уменьшается путем унификации. При этом учитываются проходящие через них потоки энергии, вещества и сигналов, а также конструкции узлов сопряжения объектов, соединяемых с компонентами. В результате формируется таблица исполнений узлов (рис.15,6, раздел 2.1). В наиболее простом случае все пары узлов сопряжения могут иметь один и тот же номер, т.е. одинаковое исполнение.

Определение номенклатуры компонентов, обусловленной их соединениями в изделиях. Исходные данные: состав и структуры изделий, включенных в 1ШТ, исполнения узлов сопряжения компонентов. Для решения задачи удобно использовать язык и методы теории графов. Семейству соответствует граф, полученный объединением графов изделий из ИМТ (рис.15,6). Для описания этого графа можно использовать таблицу соответствий. При выборе исполнений узлов ее преобразуют в таблицу исполнений компонентов ЭБ. Другой метод основан на формировании системы линейных алгебраических уравнений, решение которой позволяет определить состав компонентов ЭБ. Аналогично показанному выше примеру для обозначения соединяемых в изделии узлов сопряжения используются числа, отличающиеся только знаком (см. рис.6 и рис.15,6). Формируется система уравнений. Уравнения первого вида отражают условие возможности соединения узлов аи и а ч в изделии (рис.15,6):

Каждому ребру графов изделий будет соответствовать уравнение вида (3). Третий индекс в обозначении узла соответствует номеру изделия, для которого описываются соединения его составных частей.

Специфичные требования к отдельным исполнениям узлов сопряжения могут быть представлены уравнениями вида:

где Ь - число, обозначающее требуемый вариант исполнения узла сопряжения ау в изделии & (рис. 15,6).

Цель проектирования - получить ЭБ минимального состава. В идеале каждый класс компонентов должен содержать одно исполнение. Например, для класса Е, это условие формализуется уравнениями:

апк+а,]к=0.

(3)

а,,]к=Ь,

(4)

аш-От~- --оцк- ■ -Оцц• ' -а^.

которые можно представить в виде:

Ош-ац2=0, ащ- аш=0,.., ацк- а,1(1Ч)=0, ... (5)

Этими уравнениями в ЭБ закладываются ограничения на номенклатуру компонентов и их узлов сопряжения.

Таким образом, для описания требований к составу ЭБ может быть использована система линейных алгебраических уравнений ввда (3), (4), (5), решение которой определяет варианты исполнения узлов компонентов, а значит и их номенклатуру. Эти компоненты позволяют получить все требуемые соединения, встречающиеся в изделиях, включенных в семейство.

Детальное проектирование ЭБ. Исходные данные: номенклатура компонентов ЭБ, обусловленная требуемыми соединениями в изделиях; интервалы характеристик изделий; потребность в изделиях каждого вида; функциональные зависимости, связывающие параметры изделий и их составных частей. Результат этапа -конструкции компонентов (рис. 15,6; раздел 2.2). Проводят оптимизацию параметров основных функциональных компонентов или всего состава ЭБ. Критерий оптимизации - минимизация затрат на осуществление жизненного цикла семейства изделий. Проверяют конструктивную, информационную, электрическую и т.д. совместимость компонентов. В результате формируется ЭБ семейства. Разработанные конструкции компонентов позволяют получить требуемые модификации и типоразмеры изделий.

Структура ЭБ показана на рис. 15,6 в разделе 2.3 в виде совокупности точек, соответствующих исполнениям компонентов, в системе координат класс компонентов £, модификация компонентов е^, типоразмер компонентов 5 • Для описания допустимых соединений между компонентами используются матрицы смежности узлов сопряжения. На ее основе строится матрица смежности компонентов и матрица смежности классов компонентов (рис. 15,6; раздел 3).

Наращивание ЭБ. Чтобы обеспечить создание типов, типоразмеров, модификаций и производных моделей машин семейства, не учтенных при разработке ЭБ, необходимо расширение номенклатуры ее компонентов (рис. 15,6; раздел 2.3). Это задача третьего этапа проектирования, который реализуется в процессе использования разработанной ЭБ. Рассматриваются различные случаи: дополнение новым классом компонентов, компонентом нового типоразмера или новой модификации.

Проектирование ЭБ - это итерационный процесс. После разработки первого варианта набора компонентов проводится его апробация в процессе синтеза и оценка получаемых изделий. По результатам осуществляется корректировка состава компонентов, их конструкций и параметров.

На этапе синтеза машин (рис. 15,6; раздел 3) используются: ЭБ семейства, комбинаторные правила получения сборок, правила идентификации конечных изделий. При синтезе необходимо решить две основные задачи:

- генерация вариантов машин на основе ЭБ, в предельном случае проектируется одно изделие с конкретными значениями параметров;

- определение параметров полученных машин по параметрам составных частей и наоборот параметров компонентов по известным параметрам проектируемого изделия. Для этого формируются функциональные зависимости между параметрами составных частей и получаемых сборок.

Процесс генерации сборок из компонентов ЭБ. При поиске сборок, получаемых соединением компонентов классов Е, и Е] (не обязательно различных), задача сводится к поиску компонентов из Е}, узлы которых связаны отношением согласования р с узлами компонентов из Е,. В обозначении получаемой сборки Сф индексы г и } указывают на номера классов соединяемых компонентов, а к- номер варианта полученной сборки.

Для проектирования сборок и определения их узлов сопряжения на основе матриц смежности компонентов и матриц смежности узлов сопряжения строятся матрицы попарного соединения компонентов и таблицы синтеза сборки. Приведенная на рис. 15,6 в разделе 3 таблица относится к случаю получения сборки из двух компонентов. Она содержат один блок (блоки не разделены на ячейки) по числу соединений, которые должны образовать узлы сопряжения компонентов. Правила заполнения таблиц отражают условия формирования сборок (например, каждый узел может использоваться только один раз; элемент блока может быть равен 1, если номера исполнений узлов соответствующей строки и столбца отличаются только знаком, т.е. для них выполняется отношение согласования). Анализ результатов заполнения таблиц осуществляется исходя из следующих соображений: сборка существует, если каждый блок содержит ровно один (два, три и т.д.) элемент равный 1; варианты исполнения сборки определяются различным расположением 1 в блоках; в качестве узлов сопряжения полученной сборки могут служить узлы компонентов, не использованные для ее получения, т.е. те узлы, в строках и столбцах которых отсутствует единица. Структура узлов сопряжения полученной сборки и их исполнения могут быть найдены и с помощью уравнения сборки (см. рис. 15,6; раздел 3) аналогично вышеприведенному примеру синтеза изделия (рис. 14).

По функциональным зависимостям для каждой полученной сборки определяют ее конструктивные параметры. Варианты сборок большей сложности могут быть найдены путем анализа результатов перемножения матриц попарного соединения. Продолжив эту процедуру, можно получить сборки, содержащие четыре компонента (рис. 15,6; раздел 3) и т.д. Другой вариант генерации сборок основан на использовании таблиц смежности сборок с компонентами ЭБ, таблицы принадлежности узлов компонентам и соответствующих им графов и матриц смежности. Варианты сборок определяются сопрягаемыми маршрутами на графах связей узлов сопряжения компонентов и графах «связей» узлов, принадлежащих одному и тому же компоненту. Из полученных сборок по правилам идентификации выбираются конечные изделия семейства (на рис. 15,6 в разделе 3 они выделены штриховкой).

В случае генерации одного изделия с заданными параметрами сначала выбирается компонент основного класса, участвующий в выполнении главной функции изделия и обеспечивающий формирование подгруппы изделий, в состав которой предположительно входит машина с требуемыми параметрами. По мере выбора прочих составных частей объем выделенной подгруппы сужается до одного изделия.

В четвертой главе рассмотрен процесс разработки семейства приборных редукторов автоматики, служащих для соединения вала объекта регулирования с выходными устройствами: электрическими машинами малой мощности (вращающимися трансформаторами, сельсинами, тахогенераторами и т.п.), отсчетными шкалами, элементами блокировки. Все изделия этого семейства относятся к одному и тому же типу. Их модификации определяются набором выходных устройств, передаточными отношениями, исполнениями (модификациями) используемых компонентов.

При создании ЭБ приборных редукторов использовался подход, согласно которому в первую очередь разрабатываются конструкции корпусов редукторов, а затем переходят к проектированию элементов кинематических схем. Разработана методика проектирования корпусов редукторов.

В результате проектирования была разработана унифицированная ЭБ (рис.16), основу которой составляет гамма корпусов редукторов, которые инвариантны к изменениям передаточных чисел редукторов и используемых в них выходных устройств. Часть компонентов ЭБ (муфты, стаканы, накладки) представляет собой законченные детали или узлы. Другая часть входит в нее в виде системы модулей поверхностей и процессов образования из них составных частей изделий, например, валы, трибки. Это позволяет компоновать редукторы, имеющие требуемую кинематическую схему и параметры. Оптимизация состава ЭБ проведена по минимуму затрат на разработку и изготовление изделий. ЭБ данного семейства относится к простым и рассчитана на исполь-

зование 25 видов выходных устройств. При необходимости их номенклатура может быть расширена.

Для формализации процедур синтеза построена математическая модель корпуса редуктора, основанная на использовании графов связей, где отверстиям корпуса соответствуют вершины графа, а допустимым для размещения зубчатых пар межосевым расстояниям - ребра (рис.17). Вид, последовательность и содержание процедур синтеза определяются компонентным составом ЭБ и принципом проектирования: от конструкции корпуса к кинематической схеме (рис.18).

в г д

Рис. 16. Состав элементной базы приборных редукторов: а - корпуса редукторов, б - шкалы, в - муфты, г - корпуса дм электрических машин (стаканы), д - валики и грибки, е - зубчатые колеса.

1 2 3 4 5

г * 5 , X 2 4

Рис. 17. Модель корпуса редуктора

а б в

Рис.18. Процесс синтеза редуктора; а - генерация вариантов размещения выходных устройств, 6 - определение вариантов кинематических схем, в -полученный редуктор

Исходными данными для синтеза являются количеств т и типы выходных устройств, требуемые передаточные отношения от ведущего вала до каждого из выходных устройств, требования к габаритам. Последовательность синтеза редуктора: выбор исполнения корпуса; генерация возможных вариантов размещения выходных устройств в корпусе (рис. 18,а); определение вариантов кинематических схем, осуществляемое построением деревьев на графе корпуса (рис. 18,6); разбиение передаточных отношений по ступеням; подбор чисел зубьев колес зубчатых пар; проектирование валов; выбор муфт и т.д. Определяются кинематическая погрешность, мертвый ход, масса и другие параметры прибора.

На основе разработанной элементной базы и методики синтеза можно создавать редукторы со следующими техническими характеристиками:

Количество выходных устройств.....................................до 8.

Передаточные числа.......................................................до 10000.

Максимальная частота вращения входного вала, об/мин... 3000. Для точных кинематических цепей, содержащих две зубчатые пары: кинематическая погрешность (в угловых минутах) не более 4,6;

мертвый ход (в угловых минутах) не более...........................2,6.

ЭБ приборных редукторов, решила задачу разработки широкой номенклатуры приборов при высоком уровне унификации их составных частей. Использование ЭБ позволяет уменьшить номенклатуру составных частей (более чем на 50%), на треть сократить сроки проектирования и подготовки производства, снизить требования к квалификации разработчиков. Среднее сокращение трудоемкости разработки одного прибора и изготовления опытного образца составляет 208 нормо-часов. Сравнительный анализ редукторов, созданных из компонентов ЭБ, с наиболее совершенными аналогами, полученными при индивидуальном проектировании, показал близость их габаритно-весовых характеристик и параметров точности. Показатель интегрированности для ЭБ группы приборов, создаваемых индивидуальным проектированием с использованием унификации, а = 0,205, для ЭБ разработанного семейства -а = 0,419-Диаграммы роста состава ЭБ приведены на рис. 10.

Состав ЭБ и методика синтеза редукторов включены в стандарт предприятия СТП 37-99 «Методические указания по конструированию». Ведутся работы по созданию базы данных и системы автоматизированного проектирования редукторов и выпуска конструкторской документации.

В пятой главе приведен пример использования предложенной концепции для разработки семейства КМУ. Рассмотрены вопросы, связанные с выбором разрабатываемого семейства, принципов его построения и отдельные задачи проектирования ЭБ. В основу построения семейства положен типораз-

мерный ряд гидроцилиндров (по диаметру поршня), используемых в приводах стреловых секций. Члены этого ряда определяют типоразмерные группы КМУ. При построении' внутри типоразмерной группы модификаций КМУ по грузовому моменту предложено использовать изменение величины максимального хода гидроцилиндров приводов стреловых секций с соответствующим изменением положения проушин, связывающих гидроцилиндры с элементами конструкции. Другие модификации в рамках типоразмерной группы связаны с вариациями рабочей зоны КМУ, типы определяются числом стреловых секций и размещением приводов. Некоторые типы и модификации манипуляторов семейства КМУ показаны на рис.19. На рис.20 приведены примеры получения металлоконструкций КМУ разного грузового момента. На рисунках и в таблице даны характеристики типоразмерной группы КМУ, формирующихся на основе гидроцилиндров с диаметром поршня 125 мм. Групповой подход позволяет создавать из унифицированных составных частей КМУ, имеющие технические характеристики, соответствующие требованиям заказчика, без избыточности.

Таблица

Технические характеристики семейства гидроманипуляторов

Технические характеристики модификаций гидроманипуляторов типа ГМ125-2 Интервал харатеристик

от до

Грузовой момент (брутто), кНм 55 110

Максимальный вылет стрелы, м 5 ю

Максимальный ход телескопической части стрелы, м 0,8 2,3

Высота стойки гидроманипулятора, м 0,6 2,5

Момент поворота в горизонтальной плоскости, кНм 12 22

Угол поворота в горизонтальной плоскости, град 400 400

В шестой главе рассмотрены некоторые проблемы развития группового подхода к созданию семейств машин. Показано, что слияние группового проектирования и группового производства приводит к единой групповой технологии создания семейств, которая является закономерным этапом развития методов проектирования и производства, качественно новым результатом применения принципов унификации и идей группового подхода на всех стадиях жизненного цикла изделий. Она позволяет создать систему жизнеобеспечения семейства изделий и полностью соответствует тенденциям, которые в последние годы наметились в промышленности: слияния товаров и услуг; перехода от выпуска массовой продукции к созданию изделий, ориентированных на потребителя.

В заключении приведены выводы, результаты и рекомендации.

125-ая ТИПОРАЗМЕРНАЯ ГРУППА БАЗОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ СЕМЕЙСТВА ГИДРОМАНИПУЛЯТОРОВ основные типы и «одотикации гидраммилилйтороа гтгз-1 гтгз-г гмгэ-з

П

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СЕМЕЙСТВА

СТОЙКА СТРЕЛА

м вить

пишшцш лш юдоа СТРСА1 И ГУДОМ

—

тише« ниш зош ммпмптам» там ГМ125-1

№ 16

ШЯМ ИЮЧИ за« ИНПИЯИ! 1Ю гм\2Ь-г с г 4 б в м а

титам нюю эож тилилптага« ми ГИ125-4

3.

Рис.19 Одна из типоразмерных групп семейства КМУ

ФОРМИРОВАНИЕ МЕТА/1/ЮКОНСТРУКЦИЙ МОДИФИКАЦИЙ МАНИПУЛЯТОРОВ ГМ125-г

ДЛИ ГШЭСПОГО МОМЕНТ*

В*ьоо хода гидвоцкликдва приводо стрг/ту и рукояти

ДИМСТР подоя гкдацмждо 125 ММ

♦ернироеаки* стоят

55 к Ил

75 кНи

Формирование ег?е/ы С~

г» А

«дли**1Т*/ш рукояти ие пекомио »укоять м*т*л*скопии*с*оя

- :---- 1 —,

Рис.20. Примеры получения модификаций металлоконструкций КМУ на основе ЭБ

В ходе выполнения исследований получены следующие основные результаты:

1. На основе системного, концептуального анализа изделий машиностроения и их семейств установлены структурные свойства и взаимосвязи объектов проектирования.

1.1. Выявлено базовое элементарное (в рамках разработанной теории) конструкторское понятие «узел сопряжения» составной части изделия, используемое д ля отображения структурных свойств объектов проектирования.

1.2. Уточнена и расширена система базовых понятий теории проектирования семейств изделий. Полученное знание позволяет прогнозировать развитие структурных свойств объектов проектирования.

1.3. Предложена система показателей, позволяющих оценить свойства семейства и его ЭБ, и зависимости, связываюшие эти показатели, в частности, для оценки семейства в дополнение к коэффициенту межпроекгной унификации предложено использовать более точный индикатор общности компонентов - показатель интегрированное™ ЭБ семейства.

1.4. Сформирован комплекс структурных моделей объектов проектирования. Особенностью моделей является учет узлов сопряжения составных частей изделий, что позволяет более детально отобразить их соединения в изделиях и структурные свойства объектов проектирования.

2. На основе выявленных свойств объектов проектирования и анализа процессов проектирования разработана концепция структурного синтеза, позволяющая создавать изделия, не имеющие избыточной номенклатуры составных частей, за счет формализации процедур ее определения.

2.1. Выявлены, обобщены и формализованы проектные процедуры, связанные с формированием номенклатуры составных частей и структурным синтезом изделий, на основе чего построена алгебраическая система конструирования изделий, элементами множества-носителя которой являются узлы сопряжения составных частей.

2.2. Разработана процедурная модель проектирования семейств машин, отличающаяся тем, что в нее введены этапы анализа структуры семейства и проектирования его элементной базы, разработка которой осуществляется до проектирования конструкций конкретных изделий после анализа их строения и определения структуры семейства.

Разработан метод определения структуры семейства, основанный на анализе строения его изделий.

Разработан метод проектирования элементной базы семейства машин, обеспечивающий отсутствие избыточности номенклатуры составных частей изделий за счет формализации выполняемых процедур.

Разработан метод синтеза изделий из компонентов элементной базы.

Отличия методов обусловлены использованием разработанных структурных моделей и алгебраической системы конструирования.

3. Разработанная концепция применена при проектировании семейства приборных редукторов автоматики и семейства КМУ.

3.1. Для приборных редукторов разработана методика проектирования ЭБ, согласно которой в первую очередь разрабатываются конструкции корпусов редукторов, а затем переходят к проектированию элементов кинематических схем. Разработана методика синтеза редукторов из компонентов ЭБ. Для формализации процедур синтеза построена математическая модель корпуса редуктора, основанная на использовании графов связей. Модель позволяет формализовать выбор структур кинематических схем, разбиение передаточных чисел по ступеням. Ведутся работы по автоматизации проектирования приборных редукторов на основе ЭБ.

3.2. Для крано-манипуляторных установок разработан принцип построения семейства изделий и определен возможный состав его ЭБ. Отличие предложенного принципа формирования семейства состоит в том, что в рамках одной типоразмерной группы кранов-манипуляторов, определяемой диаметром используемых гидроцилиндров приводов стреловых секций, предложено получать модификации манипуляторов по грузоподъемности за счет изменения величины максимального хода используемых гидроцилиндров с соответствующим изменением положения проушин, связывающих гидроцилиндры с элементами конструкции.

4. Разработанная концепция проектирования семейств изделий используется в проектной деятельности ФГУП "ВНИИ "Сигнал" при создании приборных редукторов, стендового оборудования, КМУ, устройств РЭА. На основе полученных в диссертационной работе теоретических и практических результатов разработаны и внедрены стандарты предприятия СТГО8-99 «Проектирование семейства изделий групповым методом» и СТП37-99 «Методические указания по конструированию». Данные стандарты являются составной частью системы качества предприятия.

Полученные результаты используются в учебном процессе Ковровской государственной технологической академии: теоретические результаты - в курсе теории механизмов к машин, практические - при самостоятельной работе студентов при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Третьяков В.М. Групповое проектирование изделий // Стандарты и качество.-1992.- №7.-С.62-63.

2. Третьяков В.М. Применение группового проектирования при создании семейства приборных редукторов // Техника машиностроения.-1995.-№2(4).- С.68-72.

3. Третьяков В.М. Групповое проектирование технических устройств и техноэволюция // Стандарты и качество.- 1995.-№7.- С. 14-19.

4. Третьяков В.М., Чванов Б.В. Лукьянов Л.Е. Тихомиров В.В. Некоторые результаты применения метода группового проектирования в разработках ВНИИ"Сигнал" // Вопросы оборонной техники Сер.9. Специальные системы управления, следящие при воды и их элементы. -1995.- Вып.2(214). -С. 40-44.

5. Третьяков В.М. Групповая технология создания (проектирования и изготовления ) семейств технических устройств // Автоматизация и современные технологии,-1996.- №8.- С.38-43.

6. Третьяков В.М. Групповое проектирование семейства редукторов (статья) // Автоматизир. проектир. передач и редукторов: Матер, международной науч.-техн. конференции. - Ижевск, 1996. - С. 445 - 450.

7. Третьяков В.М. Групповое проектирование технических устройств. Разработка элементной базы // Автоматизация и современные технологии.-1997,- №9.- С.10-21.

8. Третьяков В.М. Групповое проектирование технических устройств. Синтез изделий из компонентов элементной базы // Автоматизация и современные технологии.- 1997.-№10.- С.20-28.

9. Третьяков В.М., Чванов Б.В., Лукьянов Л.Е. Перспективы применения группового проектирования при разработке семейства манипуляторов // Вопросы оборонной техники Сер.9. Специальные системы управления, следящие приводы и их элементы.-1998.-Вып. 2(222).-С.32-34.

10. Третьяков В.М., Чванов Б.В., Лукьянов Л.Е., Прошин А.И., Королева М.Д. Манипуляторы железнодорожных и лесохозяйственных машин // Вопросы оборонной техники Сер.9. Специальные системы управления, следящие приводы и их элементы.-1998.-Вып.-2(222).-С.34-37.

11. Третьяков В.М. Математические модели для определения номенклатуры компонентов элементной базы семейства машин // Проблемы машиностроения и надежности машин,-1999.- №2.- С.8-13.

12. Третьяков В.М. Разработка элементной базы для семейства технических устройств // Автоматизация и современные техтшмии.- 1999.- №4,- С. 1418.

13. Третьяков В.М. Групповая технология создания семейства изделий // Вестник машиностроения.- 2000.- №4,- С45-48.

14. Третьяков В.М. Семейство изделий и его элементная база. // Автоматизация и современные технологии,- 2001.- №1,- С.28-34.

15. Третьяков В.М., Шорохов А.И., Лукьянов Л.Е. Стенд для имитации больших моментов неуравновешенности // Оборонная техника.- 2001.- №5.-С.79-80.

16. Третьяков В.М., Чванов Б.В., Лукьянов Л.Е. Основные направления совершенствования проектирования в конструкторском отделении // Оборонная техника.- 2001.- №5.- С.80-83.

17. Третьяков В.М. Основы методики проектирования семейства изделий // Автоматизация и современные технологии. - 2003.- №2.- С.

18. Третьяков В.М. Основные понятия и методология группового проектирования семейства изделий машиностроения: Сб. Механика и процессы управления. Серия Проблемы машиностроения. Труды XXXIII Уральского семинара. - Екатеринбург, 2003. - С.133-148.

19. Третьяков В.М. Основы проектирования семейства изделий // Приложение. Справочник. Инженерный журнал. - 2004. - №6. - 24с.

20. Третьяков В.М. Показатели семейства изделий и его элементной базы // Автоматизация и современные технологии.- 2005.- №8.- С.

21. Третьяков В.М. Конструирование изделий машиностроения // Справочник. Инженерный журнал. - 2005. - №10. - С.

22. Третьяков В.М. Использование понятия «узел сопряжения» звена при структурном синтезе механизмов // Теория механизмов и машин. - 2005. -№2. - ТомЗ.- С.73-77.

23. Третьяков В.М., Лукьянов Л.Е. Корпус приборного редуктора. A.c. №1425396 ,01.07.86, опубл. в Б.И. 1988. № 35.

24. Третьяков В.М. Элементная база семейства манипуляторов. Свидетельство на полезную модель № 4286 от 10.01.1996, опубл. Бюл.№6, 1997.

25. Третьяков В.М., Лукьянов Л.Е., Прошин А.И., Чванов Б.В. Кран-манипулятор (варианты). Свидетельство на полезную модель №26317 от 08.05.02, опубл. Бюл. №33,2002.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ

библиотека

С. Петербург « (в 9М iw

»249 19

РНБ Русский фонд

2006-4 27349

Изд. лиц. № 020354 от 05.06.97 г. Подписано в печать 1.11.2005 г. Формат 60x84/16. Бумага писчая №1. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл.печл.2,09. Уч.-изд.л.2,П. Тираж 100 экз. Заказ №501

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Ковровская государственная технологическая академия» 601910, Ковров, ул. Маяковского, 19.

Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса и основные задачи исследования

1.1. От создания машин индивидуальных конструкций к групповому проектированию машин.

1.2. Групповое проектирование - основной путь разработки семейства машин.

1.3. Выводы.

Глава 2. Основные понятш, определения и математические модели теории проектирования семейств изделий.

2.1. Исходные понятия.

2.2. Структурные модели объектов, отражаемых исходными понятиями

2.3. Производные понятия.

2.3.1. Семейство изделий, его элементная база и ее компоненты.

2.3.2. Сложные конструкции, формируемые на основе элементной базы

2.3.3. Структура семейства изделий и классификация свойств.

2.4. Показатели семейства и его элементной базы.

2.5. Пример анализа структуры семейства и оценки показателей семейств.

2.6. Некоторые результаты главы и выводы.

Глава 3. Процедурная модель проектирования семейств изделий (группового проектирования).

3.1. Методика структурного проектирования изделия.100*

3.2. Семейство изделий как объект группового проектирования.

3.3 Выбор объекта проектирования (разрабатываемого семейства изделий).

3.3.1. Формирование множества изделий и его предварительный анализ

3.3.2. Определение строения изделий и структуры разрабатываемого семейства.

3.3.3. Матричные методы выделения семейства из исходного множества изделий и анализа его строения.

3.3.4. Пример определения объекта группового проектирования.

3.4. Разработка элементной базы семейства

3.4.1. Концептуальное проектирование элементной базы.

3.4.2. Детальное проектирование элементной базы

3.4.3. Наращивание элементной базы.

3.5. Синтез изделий из компонентов элементной базы

3.6. Пример оценки показателей семейств для элементных баз разного уровня разукрупнения.

3.7. О соотношении разработанного структурного подхода и метода исследования функционально физических свойств.

3.8. Выводы

Г л ава 4. Проектирование семейства приборных редукторов

4.1. Определения разрабатываемого семейства приборных редукторов

4.2. Разработка элементной базы семейства приборных редукторов

4.2.1. Разработка корпусов редукторов

4.2.2. Разработка компонентов кинематических цепей

4.2.3. Оптимизация номенклатуры корпусов редукторов

4.3. Синтез приборных редукторов на основе элементной базы

4.3.1. Методика синтеза редукторов из компонентов элементной базы

4.3.2. Выбор корпуса редуктора

4.3.3. Определение вариантов размещения выходных устройств в корпусе редуктора

4.3.4. Выбор структуры кинематической цепи редуктора

4.3.5. Определение параметров зубчатых колес и кинематических цепей

4.3.6. Проектирование (выбор) валов и прочих составных частей

4.4. Результаты разработки элементной базы приборных редукторов и перспективы совершенствования процесса проектирования приборов на ее основе

4.5. Выводы .,.

Глава 5. Групповое проектирование семейства грузоподъемных гидроманипуляторов .■.

5.1. Определение структуры (облика) разрабатываемого семейства гидроманипуляторов

5.2. Концептуальное проектирование элементной базы семейства гидроманипуляторов

5.3. Синтез гидроманипуляторов на основе элементной базы

5.4. Результаты проектирования семейства гидроманипуляторов.

5.5. Выводы

Глава 6. Проблемы развития группового подхода к созданию семейств машин

6.1. Сущность и содержание групповой технологии создания семейства машин

6.2. Некоторые вопросы организации и методического обеспечения группового подхода к созданию изделий

6.3. Проблемы формирования группового мышления у разработчиков

6.4. Выводы

Актуальность проблемы.

Для повышения эффективности эксплуатации технических средств, необходим определенный уровень их разнообразия, так как несоответствие структур парков машин требованиям прогрессивной технологии приводит к использованию для выполнения ряда работ неэффективного оборудования и ручного труда. Именно этими причинами обусловлена заинтересованность эксплуатационников в расширении номенклатуры применяемых машин и-оборудования. Интересы производителей напротив направлены на сокращение номенклатуры своей продукции и увеличение ее серийности, что позволяет получить экономию в сфере производства. Это постоянное, объективно существующее противоречие служит одним из источников > процесса развития техники [145].-Стремясь разрешить это противоречие, инженерная мысль ищет наиболее эффективные формы проектирования и производства продукции, обеспечивающие минимум суммарных затрат при- создании и эксплуатации машин.

Одним из путей разрешения; указанного противоречия является создание семейств машин. Это подтверждается тем, что большинство предприятий, успешно работающих в условиях рынка, предлагают потребителю семейства, содержащие десятки и сотни исполнений изделий (семейства грузовых и легковых автомобилей, приводы фирмы Бауэр, гидроманипуляторы фирм Loglift, Palfinger и т.д.).

Для создания в сжатые сроки семейства машин, имеющего широкую номенклатуру качественных недорогих в производстве и эксплуатации изделий, не имеющих избыточной номенклатуры составных частей, нужна адекватная данной задаче методология проектирования.

Сложившаяся на практике схема формирования семейства машин предполагает движение к нему путем типизации, унификации и агрегатирования от совокупности машин, имеющих «индивидуальные конструкции» и избыточное многообразие составных частей. Однако такой путь требует продолжительного периода времени, что связано с необходимостью накопления достаточной номенклатуры составных частей для проведения работ по их типизации и унификации. Изделия, полученного семейства, все равно имеют избыточную номенклатуру составных частей, поскольку узлы и детали машин «индивидуальной конструкции» не рассчитаны на использование в других машинах. Применение метода базового изделия и модульного подхода позволяет достичь лучших результатов, однако они дают лишь общую схему проектных работ. Основной их пробел состоит в отсутствии научных и методологических основ проектирования элементной базы семейства. «Для эффективного использования агрегатно-модульного принципа требуется разработка нового системного методического подхода к созданию новой техники» (Обеспечить широкое развитие современных методов проектирования // Стандарты и качество. 1989. №8. С.5-11). «Одной из больших бед является почти полное отсутствие теории модульного формирования техники.» (из выступления профессора А.Л.Васильева). «Принципиально устарело научное сопровождение опытно-конструкторских разработок. Требуется коренное обновление методологического арсенала» [41].

При проектировании изделий решаются три основные задачи: структурного проектирования, параметрического синтеза, создания и геометрического моделирования конструкции. Структурный синтез - это одна из важнейших задач проектирования. Она решается для всех типов и видов изделий, независимо от их отраслевой принадлежности и выполняемых функций, поэтому проблемы формализации задач структурного синтеза являются центральными для теории проектирования. Среди подходов, к решению этих задач наибольшее распространение получили комбинаторно-логические методы. Они позволяют определить состав изделия и связи между его составными частями, но не решают задачу сокращения номенклатуры составных частей без уменьшения номенклатуры получаемых из них изделий. Данная проблема особенно актуальна для многономенклатурных семейств изделий машиностроения. Решение ее позволит: снизить затраты на изготовление и эксплуатацию изделий, повысить их качество, сократить сроки освоения и продвижения изделий на рынок, повысить уровень автоматизации всех процессов жизненного цикла.

Таким образом, для повышения эффективности создания семейств изделий машиностроения (машин), не имеющих избыточной номенклатуры составных частей, требуются новые научно обоснованные технические решения, развивающие теорию и совершенствующие методы проектирования изделий.

Цель работы и основные задачи исследования.

Настоящая работа направлена на повышение эффективности создания и технического уровня изделий машиностроения за счет формализации процедур определения номенклатуры составных частей изделий.

Для этого необходимо:

1) провести анализ объектов проектирования и используемых методов их разработки;

2) провести анализ и систематизацию основных понятий, связанных с разработкой машин и их семейств;

3) разработать комплекс математических моделей объектов и процессов проектирования, позволяющих формализовать процедуры определения номенклатуры составных частей изделий;

4) обосновать и разработать процедурную модель проектирования семейств машин (группового проектирования машин), методы и алгоритмы выполнения процедур проектирования, позволяющие создавать изделия, не имеющие избыточной номенклатуры составных частей;

5) провести апробацию разработанных методов и моделей при проектировании семейств машин и механизмов.

Научная новизна.

Разработана концепция структурного проектирования машин, основанная на формализации процедур определения номенклатуры составных частей изделий. В результате установлены структурные свойства и взаимосвязи объектов проектирования, что позволило обосновать и разработать методы проектирования, повышающие эффективность и качество разработки.

1. На основе системного, концептуального анализа машин и других изделий машиностроения, а также их семейств и процессов проектирования: а) выявлено базовое, элементарное (в рамках разработанной теории), конструкторское понятие «узел сопряжения» составной части изделия, которое используется для отображения структурных свойств объектов проектирования и учитывается в их формализованном описании; б) на основе анализа структурных свойств объектов проектирования уточнена и расширена система базовых понятий, связанных с разработкой семейств изделий, полученное знание позволяет прогнозировать развитие свойств изделий семейства и направления наращивания номенклатуры его элементной базы. в) сформирован комплекс структурных моделей основных объектов проектирования, на основе которых разработаны математические модели, используемые для формализации процедур проектирования, связанных с формированием номенклатуры составных частей изделий, предложенные модели более детально учитывают соединения составных частей и их конструктивные особенности; г) предложена система показателей, позволяющих оценить свойства семейства и его элементной базы, и связывающие их зависимости; введенные показатели позволяют более точно оценить их свойства, чем показатели унификации.

2. На основе выявленных свойств и взаимосвязей объектов проектирования обоснована и разработана концепция структурного проектирования изделий машиностроения, позволяющая создавать технические устройства, не имеющие избыточной номенклатуры составных частей: а) выявлены, обобщены и формализованы проектные процедуры, связанные с формирование номенклатуры составных частей и структурным синтезом изделий, на основе чего построена алгебраическая система конструирования изделий, элементами множества-носителя которой являются узлы сопряжения их составных частей; б) разработана процедурная модель проектирования семейств машин, отличающаяся тем, что, в нее введены этапы анализа струк1^фы сёМёЙЬфВД и проектирования элементной базы, причем ее разработка осуществляется до проектирования конструкций конкретных машин после анализа структур создаваемого семейства и входящих в него изделий. Основными новыми составляющими процесса проектирования являются:

- метод анализа структуры семейства машин;

- метод проектирования элементной базы семейства, обеспечивающий отсутствие избыточности номенклатуры составных частей изделий;

- методы генерации изделий из компонентов элементной базы.

Отличительные особенности этих методов связаны с использованием предложенных структурных моделей и алгебраической системы конструирования.

3. С использованием разработанной концепции проектирования установлены новые принципы построения семейства крано-манипуляторных установок и семейства приборных редукторов.

На защиту выносятся:

1. Система базовых понятий, связанных с разработкой семейств изделий.

2. Формализованные процедуры определения номенклатуры составных частей изделий и алгебраическая система конструирования изделий машиностроения.

3. Концепция проектирования семейств изделий, включающая:

- процедурную модель проектирования семейств;

- метод анализа структуры семейства машин;

- метод проектирования элементной базы семейства изделий, исключающий избыточность номенклатуры их составных частей;

- метод генерации изделий из компонентов элементной базы;

- математические модели, используемые при разработке семейств и позволяющие формализовать процедуры определения номенклатуры составных частей изделий;

4. Разработанные с использованием предложенной концепции, запатентованные принципы построения семейства приборных редукторов и семейства крано-манипуляторных установок.

5. Семейство приборных редукторов автоматики.

Выводы, основные результаты исследований и рекомендации:

1. Групповой подход к созданию семейств машин - это современная идеология создания продукции. Он является закономерным этапом развития методов проектирования и производства. Это качественно новый результат применения принципов унификации и идей группового производства на всех стадиях жизненного цикла изделий.

2. Групповой подход позволяет создавать семейства изделий, что в полной мере соответствует требованиям, предъявляемым к современным методам проектирования и производства:

- создает условия для эффективной комплексной автоматизации всех инженерных и управленческих процессов;

- связан с сопровождением изделий в течение всего их жизненного цикла;

- использует при создании машин структурно-параметрический синтез на основе информационных моделей и баз данных и знаний;

- соответствует основным принципам, на которых базируется современное производство (индивидуализация, интеграция, информатизация, интеллектуализация).

3. Групповое проектирование - один из основных путей разработки семейства машин, который позволяет проектировать объекты производства (семейства изделий), адекватные современным средствам создания продукции (САПР, ГПС, КИП, КИС, ИЛИ). В зависимости от объекта разработки групповое проектирование семейства изделий проявляется как методы базового изделия, разработки типоразмерных рядов, агрегатирования, модульного проектирования и их сочетания.

4. Разработанные методы и модели могут использоваться при проектировании сложных изделий, включающих в себя большое количество похожих составных частей.

5. Разработка теории проектирования семейств машин и группового подхода к созданию продукции и системы ее жизнеобеспечения - актуальные задачи современного машиностроения.

В ходе выполнения исследований получены следующие основные результаты:

1. Предложена концепция групповой технологии создания семейств изделий. Показано, что она включает групповое проектирование семейства и сопровождение его изделий в течение жизненного цикла. Определены объекты проектирования, подлежащие разработке при ее реализации и основные этапы выполнения проектных работ.

2. Разработана концепция структурного проектирования семейств машин (группового проектирования изделий машиностроения) при этом установлены структурные свойства и взаимосвязи объектов проектирования и закономерности, связывающие их характеристики.

2.1. На основе системного, концептуального анализа машин и других изделий машиностроения выявлено базовое элементарное понятие «узел сопряжения» составной части изделия, используемое для формализованного описания объектов проектирования, и отражающее (учитывающее) часть ее конструкции, служащую для соединения (связи) с другими объектами и передачи потоков энергии, вещества, сигналов.

2.2. Уточнена и расширена система базовых понятий теории, построенная на основе четырех исходных понятий: «изделие», «составная часть» изделия, «узел сопряжения» составной части, «преобразование подобия», связывающее характеристики составных частей. Полученное знание позволяет прогнозировать развитие структурных свойств объектов проектирования.

2.3. Предложена система показателей, позволяющих оценить свойства семейства и его ЭБ, и зависимости, связывающие эти показатели, которые используются в процессе проектирования и при оценке семейств машин, в частности, для оценки семейства в дополнение к коэффициенту межпроектной унификации предложено использовать показатель интегрированности (а) ЭБ семейства, который более точно отражает использование компонентов ЭБ в изделиях семейства, чем коэффициент.

2.4. Сформирован комплекс структурных моделей основных объектов проектирования (изделия, его составных частей, семейства изделий, элементной базы семейства). Их особенностью является учет узлов сопряжения составных частей изделий, что позволяет более детально отобразить соединения составных частей в изделиях и структурные свойства объектов проектирования.

3. На основе выявленных свойств объектов проектирования обоснована и разработана концепция структурного проектирования машин:

3.1. Формализованы процедуры формирования номенклатуры составных частей и структурного синтеза изделий на основе чего построена алгебраическая система конструирования изделий машиностроения, элементами множества-носителя которой являются узлы сопряжения составных частей.

3.2. Разработана процедурная модель проектирования семейств машин, отличающаяся тем, что, в нее введены этапы анализа структуры семейства и проектирования его элементной базы, причем ее разработка осуществляется до проектирования конструкций конкретных машин после анализа структур создаваемого семейства и входящих в него изделий.

Разработан метод определения структуры проектируемого семейства, основанный на анализе строения его изделий.

Разработан метод проектирования элементной базы семейства машин, обеспечивающий отсутствие избыточности составных частей изделий.

Разработан метод синтеза изделий из компонентов элементной базы, отличающийся тем, что, у компонентов учитываются узлы сопряжения и г соединения между узлами.

На основе структурных моделей объектов проектирования разработаны математические модели для формализованного определения номенклатуры компонентов ЭБ, определяемой их связями в изделиях, с использованием теории графов и систем линейных алгебраических уравнений, а также математические модели, облегчающие генерацию вариантов проектируемых изделий и использующие формализации теории образов.

4. Разработанная концепция применена при проектировании семейства приборных редукторов автоматики и семейства КМУ.

4.1. Установлено, что изделия семейства приборных редукторов относятся к одному типу и типоразмеру. Модификации их определяются числом и видом выходных устройств и требуемыми передаточными отношениями.

Для приборных редукторов разработана методика проектирования ЭБ, согласно которой в первую очередь разрабатываются конструкции корпусов редукторов, а затем переходят к проектированию элементов кинематических схем.

Разработана методика проектирования корпусов редукторов. Предложена схема расположения осей отверстий под опоры валов в корпусах, обеспечивающая широкие возможности для получения разнообразных вариантов размещения выходных устройств и различных кинематических схем при высоком уровне унификации приборов. Определена оптимальная номенклатура корпусов.

Разработана методика синтеза редукторов из компонентов ЭБ, первым шагом которой является выбор исполнения корпуса.

Для формализации процедур синтеза построена математическая модель корпуса редуктора, основанная на использовании графов связей. Данная модель позволяет формализовать выбор структур кинематических схем, разбиение передаточных чисел по ступеням. Ведутся работы по автоматизации проектирования приборных редукторов на основе ЭБ.

4.2. Для крано-манипуляторных установок разработан принцип построения семейства изделий и определен возможный состав его элементной базы. Отличие предложенного принципа формирования семейства состоит в том, что при построении типоразмеров кранов-манипуляторов предложено использовать не только изменение диаметра поршня гидроцилиндров приводов стрелы и рукояти, но и изменение величины их максимального хода, соответствующим образом изменяя положения проушин, связывающих гидроцилиндры с элементами конструкции.

5. Разработанная концепция проектирования семейств изделий используется в проектной деятельности ФГУП "ВНИИ "Сигнал": разработаны и используются в практике проектирования элементные базы приборных редукторов и стендового оборудования, гамма КМУ.

ЭБ приборных редукторов (принимающих приборов), решила задачу разработки широкой номенклатуры приборов при высоком уровне унификации их составных частей. Использование ЭБ позволяет уменьшить номенклатуру составных частей (более чем на 50%), на треть сократить сроки проектирования и подготовки производства изделий, снизить требования к квалификации разработчиков. Среднее сокращение трудоемкости разработки конструкторской документации одного прибора и изготовления опытного образца составляет 208 нормо-часов. Состав ЭБ и методика синтеза на ее основе редукторов включены в стандарт предприятия СТП 37-99 «Методические указания по конструированию».

Создана ЭБ для гидроманипуляторов модульной конструкции, на основе которой разработано семейство модульных манипуляторов лесных. Семейство включает изделия различной комплектации с навесным рабочим оборудованием, покупным и разработанным. Общее число исполнений - 18. Семейство и его ЭБ защищены свидетельствами на полезную модель. f

Разработана ЭБ стендового оборудования для настройки и сдачи изделий, выпускаемых предприятием. Проводятся работы по доработке ее состава и методики проектирования стендов на ее основе. Планируются работы по переводу ЭБ в электронный вид и автоматизации процесса проектирования стендов. Проводятся работы по созданию ЭБ семейств приборов РЭА.

Полученные автором научные результаты используются в учебном процессе Ковровской государственной технологической академии: теоретические результаты - в курсе теории механизмов и машин, практические - при самостоятельной работе студентов при выполнении курсовых и дипломных проектов.

6. Для эффективного использования группового проектирования и его результатов разработаны и внедрены на ФГУП ВНИИ «Сигнал» стандарты предприятия: «Проектирование семейства изделий групповым методом», направленный на создание условий проведения разработки изделий групповым методом; «Методические указания по конструированию» определяет состав, содержание и порядок проведения основных этапов работ при проектировании изделий, а также включает данные о составе элементной базы семейства приборных редукторов автоматики (принимающих приборов) и методику проектирования приборов на ее основе. Эти стандарты являются составной частью системы качества предприятия.

На основе полученных результатов могут быть даны следующие рекомендации.

1. Для каждого разработанного семейства машин целесообразна патентная защита принципов построения семейства и его элементной базы.

2. Предложенная теория охватывает в основном процесс конструирования машин, однако, ее результаты могут быть распространены и на разработку систем, в которые входят в качестве составных частей изделия создаваемых семейств, например систем дорожно-строительных машин, систем вооружения и т.п.

3. Внедрение полученных результатов целесообразно на таких предприятиях области как ОАО «Муромтепловоз», ЗАО «Ковровский экскаваторный завод», ОАО «Завод им. В,А,Дегтярева» и на других машиностроительных предприятиях.

4. Для эффективного использования группового проектирования необходимо соответствующее организационное и методическое обеспечение, которое может быть реализовано соответствующей структурой проектной организации и совокупностью стандартов.

5. Эффективное внедрение и использование метода группового проектирования зависит от разработчиков. Поэтому при их подготовке необходимо перенести акцент с концепции индивидуального проектирования изделий и унификации на концепцию разработки семейств изделий. С позиций группового подхода должны быть проанализированы основные курсы теоретических и прикладных дисциплин, используемых при подготовке инженеров. Например, понятия узла сопряжения, состава и структуры механизма и машины, а также понятия о семействах машин и механизмах, их структурах и элементных базах могут быть введены в разделы основные понятия, структурный анализ и синтез механизмов изучаемого студентами курса теории механизмов и машин.

6. Групповой подход к проектированию изделий дает разработчику две важные методологические установки: во-первых, при проектировании семейства и его ЭБ разработчик ориентируется на поиск общих закономерностей, определяющих их формирование; во-вторых, во главу угла ставятся соединения, создаваемые составными частями машин, и реализующие их узлы сопряжения, они определяют комбинаторные возможности ЭБ, с них надо начинать проектирование;

Среди перспективных проблем и задач групповой технологии, требующих изучения и исследования, можно указать следующие.

Изучение свойств и закономерностей, присущих семействам изделий, анализ жизненного цикла семейства, его этапов, содержания. Изучение жизненного цикла семейства позволит установить периодичность обновлений ЭБ семейства изделий, в частности, связанную с изменением принципов действия изделий или с развитием техники и технологии их изготовления, с появлением новых материалов.

Объектом исследования должен стать и такой элемент технической реальности, как класс технических устройств. Класс в данном случае понимается как совокупность семейств функционально эквивалентных технических устройств. Существование множества семейств, относящихся к одному и тому же классу, обусловлено рыночными отношениями, конкуренцией фирм. Важной проблемой является определение оптимального числа семейств в классе, обеспечивающего прогрессивное развитие техники данного вида при минимальных затратах. Избыточность конкуренции (слишком большое число семейств в классе) также приводит к непроизводительным затратам, как и ее отсутствие.

Групповой подход позволяет выделить класс технических систем, обеспечивающих полный жизненный цикл семейства изделий. Эти технические системы включают в себя структуры проектирующие, изготавливающие и эксплуатирующие технические устройства данного семейства, а также структуры, занимающиеся их сбытом, ремонтом и утилизацией. Таким образом, речь идет об инфраструктуре «производящей» семейство. Для данных систем можно ставить вопросы о тенденциях развития каждой из этих структур, об оптимальном соотношении между ними и т.п.

Важным направлением исследований является разработка математических моделей и методов решения задач группового проектирования. Большая группа задач связана с проблемами оптимизации состава проектируемого семейства, его элементной базы, минимизации состава ЭБ и затрат за жизненный цикл семейства.

Необходима разработка специализированных методов проектирования семейств изделий по направлениям и отраслям техники (например, для устройств РЭА, оборудования для химической промышленности и т.п.).

Большой блок проблем связан с реализацией группового проектирования и групповой методологии с использованием САПР (типа КОМПАС, T-flex и т.п.) и CALS-технологий.

Представляет интерес экономический блок проблем групповой технологии, связанный с задачами экономического обоснования целесообразности и пределов использования групповой технологии. Возникают проблемы проведения маркетинговых исследовании при групповом проектировании. Изучения влияния коньюктуры рынка на состав изделий семейства, стратегии их создания и продвижения на рынок.

23$ , i

Заключение

В диссертации разработаны новые научно обоснованные технические решения, развивающие теорию и совершенствующие методы проектирования объектов машиностроения и их семейств и позволяющие повысить эффективность создания и технический уровень изделий.

1. Аверьянов О.И. Модульный принцип построения станков с ЧПУ. М.: Машиностроение. 1987. 232с.

2. Автоматизированная система проектирования технологических процессов механосборочного производства /В.М. Зарубин, И.М. Капустин,

3. B.В. Павлов, Г.П. Старовойтов, В.Д. Цветков. М. Машиностроение. 1979 297с.

4. Автономов В.Н. Создание современной техники: Основы теории и практики. М.: Машиностроение. 1991. 304с.

5. Агафонов Л.К. Структурно-функциональное моделирование при решении задач унификации РЭА // Техника средств связи. Сер. Техника, экономика, управление. 1985. Вып.2. С.56-59.

6. Алтаев А.В. О выборе объектов унификации // Стандарты и качество. 1985. № 2. С. 11-14.

7. Амиров Ю.Д. . Организация и эффективность научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. М.: Экономика. 1974. 237с.

8. Амиров Ю.Д. Основы конструирования: Творчество-стандартизация-экономика: Справ, пос. М.: Изд-во стандартов. 1991. с.392.

9. Амиров Ю.Д. Стандартизация и проектирование технических систем. М.:Изд-во стандартов. 1985. 285с.

10. Андриканис В.К., Демский А.Б. Совершенствование показателей для оценки уровня унификации изделий // Стандарты и качество. 1987. №7.1. C.44-50.

11. Анискин Ю.П., Моисеева Н.К., Проскуряков А.В. Новая техника: повышение эффективности создания и, освоения. М.: Машиностроение. 1984. 192с.

12. Антипенко B.C., Кац Г.Б., Петрушов В.А. Модели и методы оптимизации параметрических рядов. -М.: Машиностроение. 1990. 176с.: ил.

13. Арайс Е.А., Дмитриев В.М. Автоматизация моделирования многосвязанных механических систем. М.: Машиностроение. 1987. 240 с.

14. А.с. №301103 (СССР). Следящая система / Б.В.Новоселов, Н.Н.Кокошкин, Н.Н.Фомин, Ю.А.Маклаков, В.М.Фомин, В.М.Третьяков // Приоритет от 05.01.88.

15. А.с. №1425396 (СССР). Корпус приборного редуктора / В.М.Третьяков, Л.Е.Лукьянов // Открытия, изобретения. 1988. №35.

16. А.с. №1581903 (СССР). Компенсационная муфта / В.М.Третьяков, В.М.Фомин, Ю.А.Маклаков // Открытия, изобретения. 1990. №28.

17. А.с. №1664109 (СССР). Радиоэлектронный блок / Третьяков В.М., Милов В.В., Застежкин В.Г., Тихомиров В.В., Чванов Б.В // Приоритет от 30.12.88.

18. Базовый принцип конструирования РЭА / Е.М. Парфенов, В.Ф. Афанасенко, В.И. Владимиров, Е.В. Саушкин. Под ред. Е.М. Парфенова, / М.: Радио и связь, 1981 - 120с.

19. Базров Б.М. Модульное машиностроение-машиностроение двойного назначения // Стандарты и качество. 1996. №6 С.24-25; №8. С.12-16.

20. Базров Б.М. Организация проектирования модульных технологических процессов изготовления деталей // Вестник машиностроения. 1995. - №5. - с.23-28.

21. Базров Б.М. Унификация в механосборочном производстве на основе модульной технологии // Стандарты и качество. 1986. - №7. - С.20-25.

22. Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем. М.: Радио и связь. 1985.257с.

23. Беликов О.А. Основные положения системно-структурного проектирования технических объектов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1997. - №5. - С. 27-33.

24. Береснев В. А. Программно-математическое обеспечение оптимального выбора состава групп однородной продукции // Стандарты и качество. 1987. №9. С.40-43.

25. Береснев В.А., Гимади Э.Х., Дементьев В.Т. Экстремальные задачи стандартизации. Новосибирск: Наука. 1978. 335с.

26. Блюмберг В.А., Близнюк В.П. Переналаживаемые станочные приспособления. JL: Машиностроение. 1978. 360с.

27. Бобрик Л.П., Аверьянов О.И. Анализ компоновок станков, построенных по модульному принципу // Станки и инструмент. 1982. №6. С. 6-8.

28. Бойцов В.В. Механизация и автоматизация в мелкосерийном и серийном производствах. М.: Машиностроение, 1971, -415с.

29. Брагинский Е.О., Жмуров А.Е., Семенов В.А., Мудров Е.И.t

30. Модульный принцип построения многоцелевых станков сверлильно-фрезерно-расточной группы // Производственно-технический опыт. 1984. № 11. С.15-17.

31. Бреховских С.М. Основы функциональной системологии материальных объектов. -М.: Наука. 1986. 192с.

32. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко Н.И. Лекции по теории сложных систем. М.: Сов. Радио. 1973. 440с.

33. Быков В.П. Методика проектирования объектов новой техники: Учеб. пос. -М.: Высш. Шк. 1990. 168с.

34. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении.-Л.: Машиностроение. 1989. 255 с.

35. Варфоломеев В.П. Проектирование эффективных систем машин на основе унификации // Стандарты и качество. 1987. № 7. С.50-54.

36. Васильев А.Л. Модульный принцип в судостроении // Стандарты и качество. 1983. № 1. С. 8-14.

37. Васильев А.Л. Модульный принцип формирования техники. М.: Изд-во стандартов. 1989. 312с.

38. Васильев A.JI. Тезарус модульного формирования техники // Стандарты и качество. 1987. № 4. С.31-35.

39. В НТС Госстандарта // Стандарты и качество. 1983. №11. С.36-38.

40. Воропай Д.А. Опыт разработки, изготовления и внедрения системы универсальной оснастки // Стандарты и качество. 1969. № 5. С.23-25.1

41. Воскобойников И.В., Игнатов В.И. Модель слияния продукции и услуг // Приводная техника. 2000. №4(26). С. 24-27.

42. Глазунов В.Н. Поиск принципов действия технических систем. М.: Речной транспорт. 1990. 112 с.

43. Голубев И.С., Строков В.В. Методология проектирования многофункциональных технических систем на основе принципов унификации // Стандарты и качество. 1990. №4. С.43-47.

44. Горелик A.JL, Скрипкин В.А. Методы распознавания: Учеб. пос. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк. 1984. 208 с.

45. Горбатов В.А. Схемы управления ЦВМ и графы, М., "Энергия", 1971, 152с., с ил. (Б-ка по автоматике. Вып.432).

46. Гренандер У. Лекции по теории образов. Пер. с английского /Под ред. Ю.И.Журавлева. М.: Мир. Т1.1979. 384 е.; Т2.1981. 448 е.; Т3.1983. 432 с.

47. Гудман С., Хидетниеми С. Введение в разработку и анализ алгоритмов. М.: Мир. 1981.

48. Дабагян А.В. Проектирование технических систем М.: Машиностроение. 1986. 256 с.

49. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: Системный подход. Пер. с польск. М.: Мир, 1981. 456 с.

50. Дмитриев А.К., Мальцев П.А. Основы теории построения и контроля сложных систем. -Л.: Энергоиздат. 1988. 192 с.

51. Дмитриев Ф.С. Проектирование редукторов точных приборов. Справочное пособие. Л.: Машиностроение. 1971. 160 с.

52. Домбровский Н.Г. Создание системы унифицированных машин -главное средство ускорения научно-технического прогресса во многих отраслях народного хозяйства // Стандарты и качество. 1984. № 3. С.7-8.

53. Дубейковский В.И. Об организации производства мехатронных модулей // Приводная техника. 1999. №7/8 (20). С.26-31.

54. Евгенев Г. Новые горизонты проектирования от концептуального до технологического // САПР и графика. 1997. №6. С.22-27.

55. Евгенев Г. Как я пришел к СПРУТ-технологии // САПР и графика. 1997. №3. С.9-13.

56. Егоров И.Н., Умнов В.П. Принципы построения и управления манипуляционных систем лазер-роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. №11. С.29-34.

57. Ерихов М.М. Структурное проектирование дилерских сетей автобусных производств // Вестник машиностроения. 1998. №5. С.59-61.

58. Ефимов В.В., Епифанов В.В. Технологическое обоснование проектирования типовых круглошлифовальных гибких производственных модулей // Вестник машиностроения. 1998. №10. С.39-42.

59. Злыгаев В.А. Информационные технологии основа обновления российской промышленности //Вестник машиностроения. 1998.№5.С.40-44.

60. Иванов А.В., Иванов В.А. Формирование и обновление систем изделий. М.: Экономика. 1981. 55с.

61. Иванов В.П. Выбор средств технологического оснащения ремонтного завода // Вестник машиностроения. 1999. №11. С.42-45.

62. Игнатов В., Селиванов А., Апашкин А. Формирование системы жизнеобеспечения машин в современных условиях // Приводная техника. 2000. №4(26). С. 39-41.

63. Иозайтис B.C., Львов Ю.А. Экономико-математическое моделирование производственных систем: Учеб. пос. -М. :Высш. шк. 1991. 192 с.

64. Иоффе А.С. Структура параметров одноковшовых гидравлических экскаваторов как машин многофункционального использования // Строительные и дорожные машины. №1. 1992. С. 10-11

65. Ипатов М.И., Проскуряков В.А. Выбор рационального варианта унификации семейства машин // Стандарты и качество. 1974. №3. С.65-69. ,

66. Истомин С.Н. Автоматизированный выбор передачи зацеплением //Вестник машиностроения. 1991. №10. С.16-19.

67. Итин A.M., Пуш А.В. Автоматизация конструкторских работ на ранних стадиях проектирования станков // Станки и инструмент. 1991. №11. С.4-7.

68. Капустян В. М. Комбинаторные структуры данных для принятия решений при разработке новой техники. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, г. Долгопрудный. 1975 г.

69. Ким С., Сух Н. Математические основы управления производством // Конструирование и технология машиностроения. Труды американского общества инженеров механиков. 1988. №2. С.55-66.

70. Ковалев JI.K. Машинные методы выбора аналога и структуры разрабатываемой технической системы // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1996. №2. С.76-82.

71. Ковалевский В., Романцов С. Автоматизированное проектирование в среде СПРУТ//САПР и графика. №3. 1998. С.36-41.

72. Кондаков А.И. Структурное наследование и подобие технологических объектов // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 1997. №2. С.89-95.

73. Коновалов A.M. Суперинтегрированная проектно-производственная система на базе однородных производственных сред //Вестник машиностроения. 1994. №2. С37-39.

74. Конструирование приборов. В 2Х| кн. /Под ред. В.Краузе. Пер. с нем. В.Н.Пальянова; Под ред. О.Ф.Тищенко.- Кн.1 М.: Машиностроение. 1987.384 с.

75. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. Учеб. пос. -М. : «Энергия». 1976. 584с.

76. Корытко О.Б. Опыт ускоренного создания исполнительных устройств роботов модульных конструкций // Стандарты и качество. 1987. №4: С.26-30.

77. Корытко О.Б. Унификация промышленных роботов и их компонентов // Стандарты и качество. 1985. № 5. С.24-27.

78. Краузе Г.Н. и др. Редукторы. Справочное пос. JL: Машиностроение. 1965. 144с.

79. Крейтер С.В. О создании научных принципов модульной разработки и производства изделий // Стандарты и качество. 1983. № 1. С.6-8.

80. Криницкий Н.А. Алгоритм и роботы.-М::Радио и связь. 1983. 168с.

81. Кудрин Б.И. Техноценозы и стандартизация //Стандарты и качество. 1993. №12. С.49-65.

82. Кудрин Б.И. Стандартизация и законы техноэволюции // Стандарты и качество. 1994. №5. С.6-10, N°6. С.7-10.

83. Кузин JI.T. Основы кибернетики: В 2-х т. Т.2. Основы кибернетических моделей. Учеб. пос. М.: Энергия. 1979. 584с.

84. Кузнецов B.C., Пономарев В.А. Универсально-сборные приспособления в машиностроении. Ойыт разработки и применения. М.: Трудрезервиздат. 1951. 243с.

85. Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР: Учеб. М.: Радио и связь. 1990. 352с

86. Липский В. Комбинаторика для программистов / Пер. с польск. -М.: Мир. 1988.213 с.

87. Логашев В.Г. Технологические основы гибких автоматических производств. Л: Машиностроение. 1985. 176 с.

88. Межотраслевая унификация и агрегатирование самоходных машин-орудий и автотранспорта. / Под ред. В.В.Бойцова. М.:Изд-во стандартов, 1975.-448с.

89. Методика и практика стандартизации. Учеб. пос. Под ред. В.В.Ткаченко, изд. 2-е, доп. и перераб. М.: Изд-во стандартов. 1967. 575с.

90. Методика оптимизации параметрических рядов изделий военной техники. -М.: Изд-во стандартов. 1979.

91. Методы разбиения / К.К.Морозов, А.Н.Мелихов, Л.С.Берштейн, В.Г.Одиноков, В.М.Курейчик; Под ред. К.К.Морозова. М.: Сов. Радио. 1978. 136 с.

92. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства. 3-е изд., перераб. и дополн. Л.: Машиностроение, 1983. -407с.

93. Митрофанов П.С., Братухин А.Г., Сироткин О.С., Караванов Ю.И. Технология и организация группового машиностроительного производства //Стандарты и качество. 1991. №1. С.51-56.

94. Моисеева Н.К. Функционально-стоимостной анализ в машиностроении. М.: Машиностроение. 1987. 320с.

95. Моисеева Н.К., Карпунин М.Г. Основы теории и практики функционально-стоимостного анализа: Учеб. пос. М.:Высш. шк. 1988. 192 с.

96. Наянзин Н.Г. Морфологическая трансформация средство обеспечения гибкости технологических систем // Вестник машиностроения. 2002. -№ 11. - С.64-67.

97. Невзоров Л.А., Лифшиц В.Л., Муравьев А.К. Модульная система башенных кранов// Стандарты и качество. 1983. № 2. С.11-14.1. ЗОН 7I

98. Никифоров А.Д., Бойцов В.В. Инженерные методы обеспечения качества в машиностроении: Учеб. пос. М.: Изд-во стандартов. 1987. 384с.

99. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. М.: Изд-во МГТУ. 2000. 360 с.

100. Оре О. Теория графов. М.: Наука. 1980. 336 с.

101. Основы кибернетики. Математические основы кибернетики. Под ред. К.А.Пупкова. Учеб. пос. для втузов. М.: Высшая школа. 1974. 413 с.

102. Основы стандартизации. Учебник для техникумов. М: Издательство стандартов. 1986. 356с.

103. ОСТ 3-2364-74 ОСТ 3-2366-74. Приборы принимающие двухотсчетные.

104. Отрохов В.П. Создание системы модульных коробок передачУгрузовых автомобилей // Вестник машиностроения. №3. 1995. С.3-6.

105. Отрохов В.П. Разработка переналаживаемых автоматических линий для производства коробок передач // Вестник машиностроения. 1998. №4. С.24-27.

106. Парфенов Е.М. Электромеханические модули точного приборостроения. М.: Машиностроение. 1984. 144с.

107. Парфенов Е.М., Чанцев В.В. Электромеханические устройства радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. Радио. 1972. 120 с.

108. Пат. №2009918 РФ. Устройство для моделирования инерционной нагрузки. / В.М.Третьяков, М.И.Голенкова,// Открытия, изобретения. 1994. №6.

109. Пат. №2017111 РФ. Стенд для испытания приводов / В.М.Третьяков, А.И.Шорохов // Открытия, изобретения. 1994. №14.

110. Пат. №2020338 РФ. Способ сборки зубчатых колес / В.М.Третьяков, Ю.А.Маклаков, В.А.Кулев // Открытия, изобретения. 1994. №18.зо5 > ^

111. Пат. №2079251 РФ. Подъемное устройство / В.М.Третьяков // Открытия, изобретения. 1997. №13.

112. Пат. №2082026 РФ. Кинематическое соединение / В.М.Третьяков // Открытия, изобретения. 1997. №17.

113. Пат. №2084394 РФ. Подъемное устройство / В.М.Третьяков // Открытия, изобретения. 1997. №20.

114. ПБ0.012.031. Методика геометрического расчета цилиндрических зубчатых передач внешнего зацепления. Ковров: ВНИИ «Сигнал». 1980.

115. Певзнер Г.С., Цветков Э.И., Цодиков М.Б. Принципы построения параметрических рядов агрегатных средств // Измерения, контроль, автоматизация. 1981. № 1(35). С.3-6.

116. Петров В.А. Разработка методологии типового построения перспективных изделий // Стандарты и качество. 1983. №6. С. 19-23.

117. Петрунин С.П. Конструирование редукторов следящего привода радиоаппаратуры. М.: Советское радио. 1971. 143 с.

118. Печенкин А. Система конструкторско-технологической подготовки производства// САПР и графика. 1997. №2. С.36-40.

119. Полезная модель № 3971 РФ. Редуктор / В.М.Третьяков // Открытия, изобретения. 1997. №4.

120. Полезная модель № 4824 РФ. Устройство для имитации жесткости и динамических свойств кинематических цепей / В.М.Третьяков // Открытия, изобретения. 1997. №8.

121. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пос. -М.: Машиностроение. 1988. 368с.

122. Полыскалин В.Я., Чертовской В.Д., Самолетов В.М. Научная и нормативно-методическая база системного проектирования ИАСУ КИП: новая методология // Производственно-технический опыт. 1991. №4. С.22-42.

123. Попов М.Е., Попов A.M. Интеграция конструкторского и технологического проектирования на основе концепции CONCURRENT ENGINEERING // Вестник машиностроения. 1998. №4. С.41-45.

124. Постыка B.M., Фиров Н.В. Анализ свойств и закономерностей развития техники в интересах решения задач стандартизации и унификации // Стандарты и качество. 1994. №4. С.49-53.

125. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемныхIкранов-манипуляторов. ПБ10-257-98. М.: ПИО ОБТ. 1999.

126. Проспектные материалы фирмы "Бауэр". ФРГ. FP80R. BAUER. Каталог.

127. Саблин В.Н. Стандартизация и унификация радиоэлектронных систем и комплексов // Стандарты и качество. 2000. №4. С.27-30.

128. Самойлович В.Г. Прогнозирование оптимального технико-экономического уровня машин. М.: Машиностроение. 1987. 136 с.

129. Саркисян С.А. и др. Научно-техническое прогнозирование и программно-целевое планирование в машиностроении /С.А.Саркисян, П.Л.Акопов, Г.В.Мельников. М.: Машиностроение. 1987. 304 с.

130. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. Киев: Техника. 1975. 768 с.

131. Синно, Ито. Использование направленных графов при автоматизированном проектировании структурных схем станков // Конструирование и технология машиностроения. 1988. №2. С.330-336.

132. Снесарев Г. А. Теоретические основы построения систем редукторов. //Автореф. Дис. . доктора техн. наук. Москва: МВТУ. 1980.

133. Солин Ю.В., Самолетов В.М., Полыскалин В.Я., Чертовской В.Д. Научная и нормативно-методическая база системного проектирования ИАСУ КИП. Перспективы развития // Производственно-технический опыт. 1991. №4. С.42-56.

134. Стандартизация общих узлов и деталей машин. В.Р.Верченко, М.А.Шлейфер и др. М.: Изд-во стандартов. 1972. 311 с.

135. Ступаченко А. А. САПР технологических операций. -Л.: Машиностроение. 1988. 234 с.

136. Суворов Н.Н. Унификация и агрегатирование прогрессивные методы создания машин / В сб.: Унификация и агрекатирование вмашиностроении, под ред. В. Р. Верченко. М.: Изд-во стандартов, 1971, -231с.

137. Сысоев С.Н. Поисковое конструирование манипуляционных механизмов // Станки и инструмент. 1998. №3. с.3-9.

138. Технологически ориентированное проектирование // Автомобильная промышленность США. 1990. №6. С.36-37.

139. Третьяков В.М. Разработка зубчатых редукторов на базе их унифицированных корпусов // Передовой опыт. 1984. №2. С.62-63.

140. Третьяков В.М. О конструировании унифицированных редукторов для приборов следящего привода // Передовой опыт. 1984. №9. С.51-53.

141. Третьяков В.М., Лукьянов Л.Е. Зелецова Г.С. Выбор рядов межосевых расстояний и чисел зубьев зубчатых колес // Передовой опыт. 1985. №4. С.58-60.

142. Третьяков В.М. Групповое проектирование унифицированных редукторов для приборов следящего привода // Диссертация . канд. техн. наук. Ковров. 1987г.

143. Третьяков В.М. Групповое проектирование унифицированных редукторов для приборов следящего привода. Автореф. Дис. . канд. техн. наук. Владимир: ВПИ. 1987г. 16с.

144. Третьяков В.М., Лукьянов Л.Е Бенедиктова Н.Л. Преимущества группового проектирования редукторов для приборов следящего привода // Передовой опыт. 1988. №2.

145. Третьяков В.М. Групповое проектирование изделий // Стандарты и качество. 1992. №7. С.62-63.

146. Третьяков В.М. Групповое проектирование технических устройств и техноэволюция // Стандарты и качество. 1995. №7. С. 14-19.

147. Третьяков В.М. Применение группового проектирования при создании семейства приборных редукторов // Техника машиностроения. 1995. №2(4). С.68-72.3og

148. Третьяков В.М., Чванов Б.В., Лукьянов Л.Е., Тихомиров В.В. Некоторые результаты применения метода группового проектирования в разработках ВНШТ'Сигнал" // Вопросы оборонной техники Сер.9. 1995. Вып.2(214). С. 40-44.

149. Третьяков В.М. Групповое проектирование семейства редукторов // Автоматизир. проектир. передач и редукторов: Матер, международной науч.-техн. конференции. Ижевск. 1996. С. 445-450.

150. Третьяков В.М. Проектно-производственный комплекс как форма реализации групповой технологии создания изделий (тезисы) // Системы управления конверсия- проблемы: Матер, науч. - техн. конференции, Ковров, 1996. С.136-137.

151. Третьяков В.М. Групповая технология создания (проектирования и изготовления) семейств технических устройств // Автоматизация и современные технологии. 1996. №8. С.38-43.

152. Третьяков В.М. Возможности создания семейства манипуляторов (тезисы) // Научно-техническая и научно-методическая конференции: Тезисы докладов/ Под редакцией В.И.Кузнецова, В.В.Красавина Ковров: КГТА. 1997. 192с.

153. Третьяков В.М. Групповое проектирование технических устройств. Разработка элементной базы // Автоматизация и современные технологии. 1997. №9. С. 10-21.

154. Третьяков В.М. Групповое проектирование технических устройств. Синтез изделий из компонентов элементной базы // Автоматизация и современные технологии. 1997. №10. С.20-28.

155. Третьяков В.М. Групповая технология создания изделий // Науч. -техн. конференция: Тезисы докладов/ Под ред. Н.А.Можегова, Ковров: КГТА, 1998.- 147-149с.

156. Третьяков В.М. Задачи создания семейства изделий // Науч. — техн. конференция: Тезисы докладов/ Под ред. Н.А.Можегова, Ковров: КГТА, 1998. - 149-152с.

157. Третьяков В.М. Математические модели для определения номенклатуры компонентов элементной базы семейства машин // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999. №2. с.8-13.

158. Третьяков В.М. Разработка элементной базы для семейства технических устройств // Автоматизация и современные технологии. 1999. №4. С.14-18.

159. Третьяков В.М. Математическая модель объектов группового проектирования. Сб. науч. трудов КГТА. Ковров: КГТА. 1999. С59-65.

160. Третьяков В.М. Групповая технология создания семейства изделий // Вестник машиностроения. 2000. №4. С45-48.

161. Третьяков В.М. Структура семейства технических устройств. Управление в технических системах XXI век: сборник научных трудов III

162. Международной научно-технической конференции. Ковров: КГТА, 2000-с.142-143.

163. Третьяков В.М., Буров Н.Ю. Состав перспективного семейства кранов-манипуляторов. Управление в технических системах XXI век: сборник научных трудов III Международной научно-технической конференции. - Ковров: КГТА, 2000- с.143-144.

164. Третьяков В.М. Семейство изделий и его элементная база. // Автоматизация и современные технологии. 2001. №1, С.28-34.

165. Третьяков В.М., Чванов Б.В., Лукьянов Л.Е. Основные направления совершенствования проёктирования • в конструкторском отделении // Оборонная техника. 2001. №5, с.80-83.

166. Филлипс Д., Гарсиа-Диас А. Методы анализа сетей. Пер. с англ. -М.: Мир. 1984. 496 с.

167. Хархаш В.А. Редукторы цилиндрические. Справочное руководство. М-Киев: Машгиз. 1961. 175с.

168. Хубка В. Теория технических систем / Пер. с нем. М.: Мир. 1987. 208 с.

169. Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М.: «Машиностроение». 1972. 359с.

170. Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных / Пер. с англ.-М.: Финансы и статистика. 1985. 344с.

171. ЦНИИ РТК: История создания и развития / Юревич Е.И. СПб.: Гос. техн. ун-т. 1995. 100с.

172. Шапошников А.П. Унификация узлов и деталей в серийном производстве // Стандарты и качество. 1985. № 3. С.23-25.

173. Шафоростов И.Ф., Никифоров В.А. Роль стандартизации в сокращении сроков проектирования и производства приборов. М.: Изд-во стандартов, 1976, - 152с.

174. Шебанов В.И. Теоретические предпосылки метода агрегатирования и модульного проектирования // Стандарты и качество. 1983. №2. С.8-10.

175. Шебанов В.И. Научно-теоретическая концепция стандартизации // Стандарты и качество. 1986. № 5. С.5-10.

176. Шейнин В.М., Макаров В.М. Роль модификаций в развитии авиационной техники. М.: Наука, 1982, - 224с.

177. Шрейдер Ю.А., Шаров А.А. Системы и модели. М: Радио и связь. 1982. 152с.

178. Stefanides E.I. Roller/ring system optimizes planetary gearing // Design news. 1981. № 1. P.94-95.

179. Tretiakov V.M. "Group projecting of technical devices", Proceedings of 9th World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms , IFToMM, Milano. 1995. Vol.4. P 2996-3000.

180. Tretiakov V.M. Group technology for making (designing and manufacturing) the families of technical devices, Proceedings of International Conference on Engineering Design ICED 97 Tampere, 1997.

181. Tretiakov V.M. Designing of gearboxes family, Proceedings of International Conference on Mechanical Transmissions and Mechanisms MTM'97, Tianjin, China, 1997.

182. Tretiakov V.M. Creation of product families. 9th International Machine Design and Production Conference, UMTIK 2000, Ankara, Septembers-15,2000.

183. Yoshimura H., Hitomy K., (1986), "Application of Group Technology to Design Optimization of Machine Structural Systems", Journal of Mechanisms, Transmissions, and Automation in Design, №1, p.3.

184. Abdi M. R., Labib A. W. (2004). Grouping and Selecting Products: the design key of Reconfigurable Manufacturing Systems (RMSs). Int. j. prod, res., Vol. 42, №. 3, p. 521-546.

185. Huang C. (2000). Overview of Modular Product Development. Proc. Natl. Sci. Counc. ROC(A) Vol. 24, No. 3, P. 149-165.

186. Jianxin Jiao, Mitchell M. Tseng, A methodology of developing product family architecture for mass customization. Journal of Intelligent Manufacturing Issue: Volume 10, Number 1, p.3 20, 1999.

187. Muffatto M., Roveda M. (2002). Product architecture and platforms: a conceptual framework. Int. J. Technology Management, Vol. 24, No. 1.

188. Nayak R. U., Chen W. and Simpson T. W. (2002). A variation-based method for product family design, Engineering Optimization, 34(1), 65-81.

189. Pavlic D., Pavkovic N., Storga M. (2002).Variant Design Based on Product Platform. International Design Conference DESIGN 2002, Dubrovnik, May 14 - 17, 2002. P. 397 - 402.

190. Sanderson S., Uzumeri M. (1995). Managing product families: The case of the Sony Walkman. Research Policy, 24, 761-782.

191. Simpson T. W. (1998). A concept exploration method for product family design. Ph.D. Dissertation, G.W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA.

192. Zha X. F., Sriram R. D./Lu W. F. ( 2004). Evaluation and selection in product design for mass customization: A knowledge decision support approach. Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing 18, 87-109.