автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей на многооперационных станках

/ - Ь! '

г

ОАО «Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков» (ЭНИМС)

Исследование возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей

на многооперационных станках (на примере токарного многооперационного станка мод. 17А20ПФ40)

Специальность 05.13.07 -— Автоматизация технологических процессов

и производств (промышленность)

Кузнецов Андрей Сергеевич

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель — Член-корреспондент Академии технологических наук РФ, профессор, доктор технических наук

Б.И. Черпаков

Москва — 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................6

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.....................11

Выводы.............................................................................................................30

Задачи диссертационной работы...................................................................31

Глава 2. Теоретическое исследование и разработка методики оценки возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей на многооперационных станках...........................................33

2.1. Разработка информационной модели технологической системы......33

2.2. Разработка методики оценки возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей на многооперационных станках.............................................................................................................35

2.3. Определение критериев оценки принимаемых решений по выбору оптимальных сценариев обработки деталей................................................35

2.4. Разработка автоматизированной системы принятия решений...........37

2.5. Определение возможности и целесообразности обработки деталей......40

2.6. Принцип работы АСПР.............................................................................40

2.7. Алгоритм оценки возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей на многооперационных станках....................43

I этап: Определение результатов предыдущего анализа или обработки детали.............................................................................................................43

1.1. Оценка результатов предыдущего анализа возможности и целесообразности изготовления рассматриваемой детали в условиях данной технологической системы..............................................................43

1.2. Определение результатов предыдущего анализа................................45

1.3. Определение наличия изменений в технологической системе.........45

II этап: Определение конфигурации детали и выбор вариантов базирования...................................................................................................48

11.1. Разбиение совокупности поверхностей детали на элементарные....48

11.2. Определение вариантов базирования.................................................50

11.3. Определение возможности реализации вариантов базирования.....51

III этап: определение результатов предыдущего анализа элементарной

поверхности..................................................................................................52

III. 1. Оценка результатов предыдущего анализа возможности и целесообразности обработки данной или аналогичной элементарной поверхности на рассматриваемом станке..................................................52

111.2. Определение результатов предыдущего анализа данной элементарной поверхности..........................................................................56

111.3. Определение результатов предыдущего анализа данной элементарной поверхности..........................................................................56

111.4. Определение наличия изменений в технологической системе.......57

IV этап: вариационный метод определения способов обработки...........58

IV. 1. Определение производящих геометрических линий.......................58

IV.2. Выбор методов формообразования, определение вспомогательных элементов, количества движений формообразования, типа элементарных

движений.......................................................................................................60

IV.3. Определение требуемых типов исполнительных механизмов.......62

IV.4. Определение требуемого типа режущего инструмента..................63

IV.5. Определение требуемого типа вспомогательного инструмента ....64

V этап: расчет межпереходных припусков и определение параметров режущего инструмента................................................................................65

V.l. Расчет межпереходных припусков.....................................................65

V.2. Определение марки материала режущей части инструмента..........68

V.3. Определение геометрических параметров режущей части

инструмента..................................................................................................69

V.4. Определение допустимой длины режущего инструмента...............70

VI этап: определение параметров движений формообразования и расчет

режимов резания...........................................................................................72

VI. 1. Определение требуемых значений параметров движений

формообразования........................................................................................72

VI.2. Определение возможности реализации требуемых значений

параметров движений формообразования.................................................77

VI.3. Определение требуемых значений режимов резания......................80

VI.4. Определение возможности реализации требуемых режимов резания...........................................................................................................81

VI.5. Определение основного времени автоматической работы станка при формообразовании рассматриваемой элементарной поверхности.............82

VII этап: переходы по узловым точкам......................................................84

VII. 1. Определение наличия элементарных поверхностей и вариантов базирования, не прошедших анализ...........................................................84

VII. 2. Определение множества элементарных поверхностей, обработка которых в условиях данной технологической системы реализуема.......84

VIII этап: формирование сценариев обработки и расчет значений экономических показателей........................................................................85

VIII. 1. Оценка целесообразности изготовления детали с точки зрения ее

конструкции..................................................................................................85

VIII.2. Формирование множества сценариев обработки..........................87

VIII.3. Расчет длительности выполнения заказа.......................................88

VIII.4. Расчет стоимости выполнения заказа.............................................97

VIII.5. Формирование множества экономически приемлемых сценариев

обработки....................................................................................................104

VIII.6. Выбор оптимального сценария обработки..................................105

2.8. Определение возможности изготовления детали при возникновении

внештатных ситуаций....................................................................................106

Выводы............................................................................................................111

Глава 3. Экспериментальная проверка эффективности применения методики оценки возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей на многооперационных станках.................113

3.1. Цели, задачи и средства проведения экспериментального исследования...........................................................................113

3.2. Анализ возможности и целесообразности изготовления детали «Рефлектор» на токарном многооперационном станке мод. 17А20ПФ40 ...115

I этап: Определение результатов предыдущего анализа или обработки детали...........................................................................................................117

II этап: Определение конфигурации детали и выбор вариантов базирования.................................................................................................117

III этап: определение результатов предыдущего анализа элементарной поверхности................................................................................................117

IV этап: вариационный метод определения способов обработки.........120

V этап: расчет межпереходных припусков и определение параметров режущего инструмента..............................................................................122

VI этап: определение параметров движений формообразования и расчет режимов резания.........................................................................................122

VII этап: переходы по узловым точкам....................................................128

VIII этап: формирование сценариев обработки и расчет значений экономических показателей......................................................................128

3.3. Определение возможности изготовления детали «Рефлектор» при возникновении внештатных ситуаций.........................................................131

3.4. Сравнение оперативности и достоверности принятия технологических решений, получаемых методом экспертных оценок и с использованием

АСПР...............................................................................................................132

Выводы............................................................................................................135

Общие выводы по работе...............................................................................136

Литература......................................................................................................138

Приложения....................................................................................................147

Приложение № 1. Пример заполнения базы данных БД 1..........................148

Приложение № 2. Пример заполнения базы данных БД 2..........................149

Приложение № 3. Пример заполнения базы данных БД 3..........................150

Приложение № 4. Пример заполнения базы данных БД 3'.........................152

Приложение № 5. Пример заполнения базы данных БД 4..........................153

Приложение № 6. Пример заполнения базы данных БД 5..........................155

Приложение № 7. Пример заполнения базы данных БД 6..........................156

Приложение № 8. Пример заполнения базы данных БД 7..........................157

Приложение № 9. Пример заполнения базы данных БД 8..........................158

Приложение № 10. Пример заполнения базы данных БД 9........................161

Приложение № 11. Пример заполнения базы данных БД 10......................162

Приложение № 12. Пример заполнения базы данных БД 11......................163

Приложение № 13. Общий вид и краткая техническая характеристика

токарного многооперационного станка мод. 17А20ПФ40..........................164

Приложение № 14. Технологический процесс изготовления детали «Рефлектор» на токарном многооперационном станке мод. 17А20ПФ40......................................................................................................165

ВВЕДЕНИЕ

Характер современных рыночных отношений определяется в первую очередь запросами потребителя, который заинтересован в приобретении не просто какого-либо продукта, имеющегося на рынке, а именно такого, который отвечает его конкретным специфическим требованиям. В связи с этим, позаказное производство становится преобладающим в условиях рыночной экономики.

Основными тенденциями, характеризующими современное промышленное производство, являются расширение выпуска продукции с серийным, мелкосерийным и единичным характером производства, рост номенклатуры выпускаемых изделий с одновременным усложнением их конструкции, повышение уровня автоматизации, а также сокращение длительности производственного цикла.

При переходном периоде, имеющем место в Российской Федерации, перед промышленными предприятиями, ввиду спада производства, стоит задача загрузки оборудования, в том числе такого дорогостоящего, как многооперационные станки, за счет выпуска основной продукции, для чего предприятия вынуждены искать заказы на стороне.

В условиях развитой экономики имеет место принцип разделения труда, согласно которому крупная фирма-производитель осуществляет конструкторскую проработку изделия, изготовление наиболее ответственных деталей и узлов, а также сборку. Часть работ по выпуску отдельных деталей и узлов поручается фирмам-сателлитам, специализирующимся, как правило, на конкретных типах изделий (детали типа тел вращения, корпусные детали, зубчатые колеса и др.). При этом фирма-изготовитель, с целью исключения возможных срывов поставок, имеет несколько подрядчиков, выпускающих однотипную продукцию. Одновременно и фирмы-соисполнители выполняют заказы не одного, а нескольких заказчиков.

Такая практика находит свое применение и в Российской Федерации, где происходит реорганизация действующих и возникновение новых промышленных предприятий.

Особенностью производства изделий на заказ является то обстоятельство, что при разработке технологического процесса необходимо учитывать имеющиеся у предприятия ограничения по составу оборудования и технологической оснастки. То есть встает задача выбрать такую технологию, которая позволяла бы обойтись без дополнительных затрат при соблюдении требований заказчика.

Эффективность рыночной экономики в машиностроении зависит от соотношения потребности в продукте и возможности его производства, то есть от спроса и предложения. Заказчику необходимо получить высококачественную продукцию в возможно короткие сроки и за наименьшую цену. Производитель заинтересован в получении как можно больших объемов заказов.

С целью выяснения для себя наиболее приемлемых условий размещения заказа, заказчик направляет запросы нескольким подрядчикам, которые производят анализ возможности выполнения работ и сообщают заказчику условия выполнения принимаемого заказа. Подрядчик, назвавший наименьшие цену и длительность выполнения заказа, имеет лучшие шансы на подписание контракта. Весьма важным фактором является также своевременность ответа о возможности выполнения заказа. Таким образом, особое значение приобретает способность подрядчика оперативно изучить и выбрать оптимальные варианты выполнения заказа.

Наибольшая эффективность при выпуске продукции малыми партиями с частой сменой ее характера достигается за счет использования многооперационных станков, позволяющих в большинстве случаев производить полную механическую обработку деталей с высокой точностью и производительностью.

Сложность современных многооперационных станков и обширность их технологических возможностей, далеко не всегда используемых полностью, с одной стороны, и большое количество конструктивных особенностей деталей, поступающих в производство, с другой стороны, обусловливают многовариантность задачи проектирования технологических процессов в общем и оценки возможности выполнения заказа в частности.

В настоящее время анализ заказов потребителей производится методом экспертных оценок. Основные недостатки данного метода — существенная зависимость получаемых результатов от знаний и опыта технолога-эксперта, а также невысокая достоверность оценок.

Таким образом, имеет место противоречие между необходимостью быстрого принятия решения о размещении заказа (или отказе от него) и отсутствием аппарата, при помощи которого принимается данное решение.

На основании изложенного, можно сделать вывод, что необходим инструмент принятия решений при оценке возможности и целесообразности выполнения заказа в машиностроительном производстве.

При решении проблемы обеспечения оперативного принятия решений о размещении заказа в условиях рыночных отношений объектом настоящего исследования является изучение методологических основ автоматизации проектирования технологических процессов в условиях мелкосерийного производства на многооперационных станках.

В качестве предмета исследования выступают методические основы оценки возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей на многооперационных станках.

Основной целью работы является повышение эффективности принятия решений о возможности и целесообразности изготовления сложнопрофильных деталей на многооперационных станках при

поступлении заказа за счет автоматизации процесса подготовки производства.

Выдвинута следующая гипотеза: для достоверной и оперативной оценки возможности и целесообразности изготовления детали, и, следовательно, выполнения заказа, требуется: во-первых, выявить все сценарии обработки, реализуемые при имеющихся в наличии свойствах технологической системы (возможности исполнительных механизмов, наличия технологической оснастки и др.), а затем выбрать из них наиболее приемлемые и провести оптимизацию по критериям: стоимость и сроки выполнения работ; во-вторых, необходимо использовать при расчетах специально созданную автоматизированную систему принятия решений (АСПР).

Исследования проводились на основе использования основных положений методологии проектирования технологических процессов, методологии автоматизации технологического проектирования, системного анализа, поэлементной типизации, метода проверенных технологических решений, математической логики, производственного эксперимента с применением средств вычислительной техники.

На защиту выносятся: информационная модель технологической системы в условиях необходимости оценки возможности и целесообразности выполнения заказа при обработке сложнопрофильных деталей, методика определения экономических показателей выполнения заказа и алгоритм оценки возможности устранения внештатных ситуаций.

Автор не претендует на исчерпывающее решение всех вопросов информационной поддержки проектирования технологических процессов обработки на многооперационных станках. Однако, проведенные им теоретический анализ, а также экспериментальные исследования, позволяют предположить, что рассмотренные в диссертационной работе вопросы позволяют однозначно определять экономические показатели выполнения заказа на этапе принятия решения о его размещении, а также

принимать экономически обоснованные решения при возникновении внештатных ситуаций