автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Методика создания и применения технологических баз знаний при проектировании процессов механообработки и узловой сборки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

"МАТИ" - Российский государственный технологический университет имени К.Э.Циолковского

ййЕДтгг,...

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. № УГ

ТОРПАЧЕВ Александр Викторович

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ ЗНАНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ И УЗЛОВОЙ СБОРКИ

Специальность: 05.07.04 - Технология производства летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена на кафедре "Стартовые комплексы" "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского.

Научный руководитель: -доктор технических наук,

доцент ЦЫРКОВ А.В.

Официальные оппоненты:

-доктор технических наук, профессор ХВОРОСТУХИН Л.А.

-кандидат технических наук, доцент КУЗНЕЦОВ И.И.

Ведущее предприятие:

РКЗ ГКНПЦ им. М. В. Хруничева

Защита состоится апреля 2000 года в 15 час. 00 мин. на заседании

диссертационного Совета Д 063.56.03 "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского по адресу: 109240, г. Москва, Берниковская наб., д. И, стр. 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять по адресу: 121552, г. Москва, Г-552, ул. Оршанская, д.З, Диссертационный совет Д 063.56.03 "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского

$ Ж

Автореферат разослан

-Х-

марта

С с

/ /

Ученый секретарь ^ Д диссертационного Совета ' Д 063.56.03 доктор технических наук, профессор

Шевченко И. В.

/^(са

и-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Повышение уровня конкурентоспособности из-елий ракетно-космической техники (РКТ) является необходимым в сложившейся кономической ситуации, что задает жесткие требования к качеству изделий при граниченных материальных ресурсах и суженном временном диапазоне, отводи-;ом на стадию технологической подготовки производства.

В производственной сфере возрастает значимость следующих факторов:

- технологические базы знаний, являющиеся объединением банков данных и роцедур формирования технологических решений, позволяющие учитывать слоившиеся технологические традиции, накапливать инженерный опыт, сохранять собенности индивидуальных стратегий проектирования, должны служить основой ля принятия решений;

- интегрирующая информационная среда благодаря коллективному исполь-эванию данных и согласованному решению отдельных задач должна обеспечить эздание изделий в установленные сроки и с минимальными затратами;

- имитационное моделирование, применяемое при проектировании для опе-ативной оценки решений, позволяет исключить неоправданные затраты и потери ремени, связанные с принятием ошибочных решений.

В связи с этим является актуальной задача разработки методики создания и рименения технологических баз знаний при проектировании технологических роцессов производства изделий РКТ.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Повышение эффективности технологической одготовки производства и сокращение сроков технологического проектирования на снове разработки и внедрения методики проектирования технологических процес-эв, обеспечивающей для различных подразделений основного производства уни-икацию форм представления информационных моделей и способов их обработки.

Область исследований охватывает:

- системы и средства автоматизации подготовки производства;

- технологические процессы проектирования и информационного обеспече-ия производства летательных аппаратов, включая методы и средства математиче-<ого моделирования и автоматизированного проектирования технологических роцессов.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, выдвигаемые на защиту.

1. Методика построения моделей технологических систем подразделений ме-анообработки и узловой сборки элементов конструкции ракетно-космической тех-ики.

2. Реализация алгоритмов решения типовых задач проектирования технологи-гских процессов механообработки и узловой сборки.

3. Алгоритм управления структурно-параметрическим моделированием при роектировании технологических процессов.

4. Примеры постановки и решения типовых задач технологического проекти-эвания с применением технологических баз знаний:

- моделирование технологических операций;

- разработка новых форм представления технологической документации.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации заключается в следующем:

1. Разработана модель (концептуальная структура) технологической базы знаний, объединяющая информационное описание технологической системы и процедуры технологического проектирования на основе аппарата структурно-параметрического моделирования.

2. Сформированы правила создания технологических баз знаний, реализующие структурный и алгоритмический приемы их построения.

3. Разработан алгоритм технологического проектирования, обеспечивающий инвариантность форм представления исходного объекта, порождающей среды и проектного решения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Полученные в работе результаты обоснованы методами теории иерархических многоуровневых систем, теории графов, объектно-ориентированного подхода при математическом моделировании, а также аппаратом имитационного моделирования.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Результаты исследований использованы в научно - исследовательской работе "Разработка концепции построения информационной среды АСТПП для производства изделий РКТ" (№40-АК/9) в рамках программы "Базис 2" (Гос. контракт №032-5406/99, выполняемый по заказу Российского авиационно-космического агентства).

В учебном процессе МАТИ им. К.Э. Циолковского используются материалы исследований при изучении дисциплин "Математические модели", "Автоматизированные системы технологической подготовки производства", а также при курсовом и дипломном проектировании по специальности "Ракетостроение".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание диссертации отражено в 12 публикациях. Результаты работы докладывались на 3 всероссийских, отраслевых и вузовских научно-технических конференциях и семинарах. По результатам исследований, отраженных в работе, опубликовано 3 учебных пособия.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы (136 наименований) и приложений; изложена на 128 страницах машинописного текста и содержит 28 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснованы актуальность решаемой задачи и направления исследований; определена цель работы; показаны научная новизна, практическая ценность и реализация результатов, а также представлена краткая аннотация по главам диссертации.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ "Анализ современных средств технологического проектирования" приведены результаты исследований информационных аспектов технологической подготовки производства (ТПП) изделий, осуществлен обзор и сделано сравнение методов и средств технологического проектирования.

В основу анализа были положены исследования по трем направлениям, нахо-(ящимся на стыке различных дисциплин и областей науки:

- проектирование технологических процессов;

- методы автоматизации технологической подготовки производства и мате-гатического моделирования технологических процессов;

- системно-структурный анализ производственных систем.

Решением задач разработки технологических процессов, технологической юдготовки производства и автоматизации технологического проектирования ус-[ешно занимались научные школы под руководством ведущих ученых: Балакши-[а Б.С., Горанского Г.К., Горбунова М.Н., Ершова В.И., Капустина Н.М., Крыси-¡а В.Н., Митрофанова С.П., Норенкова И.П., Павлова В.В., Соколова В.П., Соло-1енцева Ю.М., Тамма Б.Г., Хворостухина JI.A. и других отечественных и зарубеж-:ых ученых.

Анализ литературных источников показал, что рациональность (эффектив-:ость) получаемых технологических решений может быть повышена при помощи ниверсализации систем моделирования производственных стадий жизненного [икла изделия, обеспечивающих их адаптацию к технологическому объекту.

Делается вывод о том, что комплексное решение задач проектирования целе-ообразно осуществлять средствами интегрированных систем автоматизированного [роектирования (САПР) и автоматизированных систем технологической подготов-и производства (АСТПП), использующих типовые методы и средства для решения адач конструирования и технологической подготовки производства, реализуемые а современных средствах вычислительной техники. Методическое и информаци-нное обеспечение системы технологического проектирования должно адаптиро-аться к изделиям ракетно-космической техники как к объекту проектирования с четом их функциональных характеристик и параметров, подвергающихся воздей-твию различных факторов и изменений внешних условий.

По результатам осуществленных в первой главе исследований выполнена по-тановка задач, решаемых в работе:

- разработать модель и алгоритм решения типовой задачи проектирования ехнологических процессов при технологической подготовке производства;

- разработать методику построения технологических баз знаний, инвариант-ую к виду производства;

- разработать методику проектирования технологических процессов на осно-е применения технологических баз знаний, использующую имитационные модели ля анализа результатов проектирования.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ "Разработка структуры информационного обеспечения одсистемы АСТПП подразделений основного производства" определяется струк-ура информационной среды производственных подразделений предприятия для елей технологического проектирования и формируется модель решения типовой щачи - проектирования технологических процессов.

В основу построения структуры информационной среды системы технологи-еской подготовки производства положена модель изделия-аналога. Традиционно одель изделия представляется в виде некоторой структуры, воспроизводящей кон-

структивную иерархию объекта (рис. 1, а), связи которой, накладываясь на технологическую базу, усложняют структуру информационных потоков. В составе базы данных, необходимой для решения задач технологической подготовки производства (ТПП) выделяется несколько слоев: конструктивно-технологические характеристики изделия; виды производственных процессов; технологические процессы изготовления изделия; элементы технологического оснащения производства (рис. 1,6).

Исследования подразделений основного производства показали, что технологические процессы изготовления изделий ракетно-космической техники могут быть объединены в 10 основных групп по видам производств (рис. 1,в): металлургические, заготовительно-штамповочные, механообработка, узловая сборка, неметаллов и защитных покрытий, приборно-жгутовые, агрегатно-сварочные, агрегатно-сборочные, окончательной сборки и монтажа, испытаний. Каждая группа характеризуется определенным набором организационно-экономических показателей, расчет которых является одной из задач ТПП. Среди этих показателей можно выделить: количество технологических процессов и операций (индивидуальных, типовых и общее), трудоемкость и длительность цикла разработки техпроцессов и т.п. -они, наряду с моделью "задача технологического проектирования", составляют основу модели вида производственного процесса.

Таким образом каждому элементу модели изделия-аналога может быть поставлено в соответствие до 10 моделей видов производственных процессов.

Модель "задача технологического проектирования" (рис.2) определяет все компоненты информационной среды, участвующие в типовом процессе технологического проектирования для элемента конструкции изделия и конкретного вида производственного процесса.

Процесс проектирования представляется совместным преобразованием модели исходного объекта S(A) и модели порождающей среды S(P) с получением в результате преобразований модели проектного решения S(T)

Г: А-*Р. (1)

Объект проектирования - технологическая модель изделия (ТМИ) А, рассматривается как взаимосвязанная совокупность а,,...,ап конструктивных элементов изделия и элементарно обрабатываемых поверхностей (ЭОП) для механической обработки или их аналогов - "деталей-операций" (ДО) для сборки

A={at,...,an}. (2)

Технологическая модель изделия S(A) увязывает конструктивные элементы структурно-параметрической модели изделия с технологическими свойствами (элементами), необходимыми для осуществления технологического процесса (рис.2), т.е. ТМИ выполняет функции интерфейса между информационной средой конструкторского описания элемента изделия и системой технологического проектирования.

Производственная система Р рассматривается одновременно в качестве структуры, содержащей весь спектр технологических элементов (оборудования, приспособлений, инструмента и др.), и как совокупность технологических воздействий (операций, переходов), входящих в состав технологических процессов изготовления изделия. При этом совокупность элементов, являющаяся порождающей средой

- |(м1цесв1с>.0201-0

Стысоде бпоаа'О*

ПРОИЗВОДСТВО

нзэммие_ииели1

---<(А~И11| Всв10-02в1-0 «юры«4)

-4*1112) всВ10-0270-0 Прост—ка)

•-<А1113] ВсВ 10-0500-0 Х»оао»ой отек Слом;'О"')

[»111311 ВсД10-0511-0 НадстронкГ) 1-4*1114) Вс£И0-0200-0 Бло« отеамГо*^

-Л11142} ХсЩО-ОХЮ-ИО Монтаж Атникив СОК в

конструкция

чиифр_иэделм1 (РК)

обозначение шдслш^ЦСЕ (ПС}_

—([ЛИИЦ ЯсЯМЫ>20О-/ДО Устс

техн0логимеские_процессы технологическоеоснашение

-{А11143Ц вей 10-0211-0 Срадим» часту отс—ЧУ^)

-4*111432) ас8100221-0 Диище нк^ямГ)

и и I Ш2 Ш00ЙШ2Ш Ш_ 143) 9сЯ 10-0210-0 Корпус отедм *Р")

э

шн()>р_«нЛ^производС1ва (ПС) обозначение надели! ДСЕ(ГК)

-<(*У1143г21 Умлсвшжо«')

<<Ч»уТИМ231-г1) Шпангоут

Цм?

5

-«(и1изгл) Профит*

^*11143Д12) Профиль N»2 )

1-<А11143221^ Общим КС)

4*1114323111 Лепестм общие» К Г)

'—^4111432212) Кромц1Г«йн-1(Зц|^>

1-<*111*32г3{0бшн8ка№3>

л-во_и иди видуал кн ы х_ТТ1 л-ао_опершн я_и к д и »_ТП

л-»о_ог1ераии й_ти п о вых_ТП ©6тее_гол-»о_ТП •Л_от_ТП_по_«сем_внд1М_пр-« общев_гол-во_опер4цнй трудоемкость_ряэр_ипди»_ТП тру доем к ость_разр_ти п овы х__ТП тру доем кост»_р«эр_всех_ТП */«_от_трудоеы *_»сех_в и до»_л р-В алкт_ци*па_рора6ете к _ТП

шифр_*нда_промзводстм (ПС) обозначен ие^цеяи^СЕ (РК)

ам м_у ии »ерс_ос и астки |-ао_шт_у«иверс_£>скаст»гк число_иаим_ормги к_ос н астк и гол-ю_ШТ_оригин_Осн»стки общее_ч и сло_иам и _спец_оснастк* обще«_кол-»о_шт_с пец^осн ас**и кол-ю ил-_ш«6лонов ко»ф_ос иат_6е»_у четт^лл ш «бл коэф_оснаш_с_у четвм_ппаз_т абл тру доем «_прое гг* р_оснасгк и тру доем г_изгот_оснастки */«_от_тру д^п р-И1_»сех_»кдо»_пр-» *<*_ОТ_тру д_и»-и доа_л р- а

г_цм клв_п роектн р_ое н ктс и г_ци к л я_ичгот_оси астки гру доем *_»с1гот_11мблоиов дяит_и и кла_»пгот_ш аблом ов

—4*1114323] У»п гороскнна^ —«(А111433) Всв10-С220-0 Димч*

-<А'11Ш| 8сЙ10-0250ЙЭ Г»рфот; -<(*111451 вс810-05£2-0 Гарфор 1^А11146) вс610-02в04> Заи»«ам{п

—<*1131 >ев10-0б00-£0 ОбтяатвУ) — |{А114) Рс810-Ь820-0 Пиаемосчстема йпо«а

<ЛУ1616с810-6300-0~Сист<ш наддув») -4*117) 8с810-в350-0 Сметам» дрвиежД^

б). Состав базы данных изделия

длина_[,

,р«змер_н днаы«гтр_Д диаметр 6 Вес

р6щ_ч*елО_шиш__сбор_ед об щ,_кол - »о__шт_сбор_ед I и сло_ии»4м_сп« ц_с6ор_ед сод-»о_шт_сп«ц_е&>р_ел

числй>_наим_сгенд.сбор_ед код -то_шт_станд_с6ор_ед %_стам д^сбор _ед общ_чксло_иа*м деталей

об ш_кая- ю__<игдеталей

ло_н*м м_спец_детале& •о_пгг_спец__дет*леЙ •Л_епец^еталей ч исло_н »и « _стан д_детал с Л ж М - во_ шт_с гамд_* етм е И , 'Л_ствид_дегален общи _вдлмпа_свар_ш«оа %_» атом атмч_с мркм об<цее_кол-»о_заклелок

-({¿ил/ ас* ю- ««тш

-<1*121 Вспомогательные системы ^

-(¡л/211 ШЮ-75<Ш> А/'тм хж гиб сети сиг киы ТЛМу

-(¡Л1221 ИсН¡0-7600-0 Монте «»к)

*-(¡Л ! 21! Ш10-7007-О Монтаж систем* обагрив ы ожштЪны* "У

-<^А13) Приборы » системы блоч'Г)

[-«^чзч есаю-0401-0 стыком» бмм»У)

I----<}А132| Всв 10-5640-0 Пнеамоснетвма "Г4)

[---<А133] всв1М100Ч) Система "Г")

^--(¡Л¡и/ Нсинит^Я Мштиж И (~

>¡«1 Под смоем ЗД1Л-СООО-<Г) <|АЗ) Пааостема 8с612-0000-0^)

а). Структура изделия - аналога

НОРМАТИВЫ НА РАЗРАБОТКУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

[" 8с810-02 21-2 О

Лист Листов

Вид производства

3 агото а ктсл ьн о-.штамодвачнос -, . Механообработка

Неметаллов и за-тцтнцу покрытий

При бори о-

Агрегвтло-

Окончательнад

к монтаж-Испытали»

Трдопшп рацшйопа

е). Технико-экономические показатели технологических процессов по видам производства Рис. 1. Структура базы данных изделия - аналога

Металлурги

60

ОМ

Технологическая модель издели (ТМИ)

Модель технологического решения (МТР)

фоизводственной системы, составляет упорядоченное множество

Р = (РиР2>->Рм)> (3)

I возможные варианты получаемых технологических решений образуют множество

1 = 1,..., п; ] = \.....к. (4)

Для описания Б(А), ¿>(Р) и 5(7) при проектировании технологических процес-:ов использован аппарат структурно-параметрического моделирования.

Математическая модель задачи технологического проектирования представ-[яется в виде совокупности

8={А,Р,Т,<?}, (5)

•де 9- процедуры управления структурно-параметрическим моделированием при [роектировании технологических процессов.

Многообразие объектов проектирования и многоплановость решаемых техно-югических задач позволили сделать следующий вывод: для реализации основных [роцедур проектирования в исследуемой области необходимо выделить инвариант-гые информационные модели и разработать алгоритм проектирования, обеспечи-¡ающие индивидуализацию решений, получаемых в процессе технологического гроектирования.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ "Разработка правил построения технологических баз наний" проанализированы функциональные возможности системы технологиче-кого проектирования, проводится классификация используемых математических юделей по назначению и применяемым методам обработки; выдвигается ряд требований к моделям объектов: многоуровневость, модульность, параметризация, озможность анализа вариантов решений.

Для решения задачи проектирования маршрутной технологии используются: нформационно наполненная технологическая модель изделия модель произ-одственной системы 8(Р) и модель вариантов технологических решений 5(Т), редставление которых осуществляется средствами структурно-параметрического юделирования. Технологическая база знаний является композицией пяти структур

5(Р) = {Р, Г1', Ы'\ Я'\ р } , (6)

де Р=(ри...,р^) - множество элементов производственной системы; /гР={/], —,/„,} -[ножество свойств элементов; Мр={пи...,>11} - множество параметров элементов; Яр-тношения, определенные на множествах элементов, их свойств и параметров; р -овокупность процедур, формирующих значения свойств и параметров.

Представлены два подхода к построению технологических баз знаний (ТБЗ).

Первый подход (структурный) основан на воспроизведении функциональных заимосвязей элементов производственной системы, основными компонентами ко-орой являются:

- технологический оператор (описание действий, выполняемых в рамках перации или перехода);

- оборудование, определяющее вид операции;

- инструмент (основной, вспомогательный, измерительный и т.п.);

- приспособления, обеспечивающие условия выполнения операций.

Подход проиллюстрирован на примере моделирования процессов сборочно-

варочного производства. Рассмотрен технологический процесс сборки изделия шпангоут", входящего в конструкцию агрегата "днище бака" (рис. 1,а).

\kval] Ь | ¡1 |*дДг| V1 Р.

Моделирование обработ наружной цилиндриче поверхности А

- расчет скорости резания

- выбор частоты вращения шпинделя станка

- расчет силы резания

- расчет мощности оборудования

- окончательной пересчет режимов ( х"Тт

■ выбор подачи _

■ поиск коэффициентов расчета скорости, силы и мощности резания

о> х2 у2 п

300 1 0,75 -0,15

200 1 0,75 0

204 1 0,75 0

Рис. 3. Моделирование п

\ - выбор материала инструмента тЯГтТ~\- определение \еометрии инструмента расточной-расчеты на прочность упорныдх и жесткость

И

панической обработки

Модель производственной системы (МПС) S(P) включает в себя технологические базы знаний по различным производственным процессам: слесарной обработке (элемент "Slesar"); контролю (элемент "Kontr"); базу "Svaroch" для труппы сварочных операций.

Каждая из моделей видов обработки включает в себя описания элементов производственной системы, задействованных при выполнении моделируемых операций (отдельные переходы, входящие в состав операций техпроцесса; используемые станки и другое оборудование для осуществления технологических операций; применяемые приспособления; инструмент). Описания технологических элементов хранятся в моделях видов операций упорядоченно. Признаком, задающим принадлежность элемента к тому или иному типу технологических объектов является код объекта. Так, при моделировании слесарных операций (рис. 2) принята следующая семантика: код элементов описания переходов соответствует назначению применяемой модели ("sleOlO"," sle020",..., "sleOp"); элементы описания оборудования имеют код "оборуд"; для приспособлений и элементов оснастки используется код "присп"; для инструмента - код "инструм". Метки (обозначения) элементов для обеспечения удобочитаемости моделей выбираются таким образом, чтобы в них также отражалась принадлежность элементов к типу объекта. Например, для слесарных операций: метки переходов начинаются с символа "П" и содержат порядковый номер данного перехода в описании операции - П01, П02,..., П29; метки оборудования - OSP1, OSP2 и т.д. ("OSP" - "оборудование слесарного перехода"); метки приспособлений - PSP1, PSP2 и т.д. ("PSP" -"приспособление слесарного перехода"); метки инструмента ISP1, ISP2 и т.д, ("ISP" - "инструмент слесарного перехода").

Второй подход (алгоритмический) базируется на моделировании расчетов технико-экономических характеристик технологических процессов. В качестве примера рассмотрено моделирование процессов механической обработки наружных цилиндрических поверхностей. Исходными данными для решения задачи являлись размеры поверхности, требуемые квалитет и шероховатость, материал заготовки и условия обработки.

Аппарат СПМ позволяет достаточно легко адаптировать традиционные инженерные методики расчета, объединяя аналитически и таблично заданные знания и реализуя итерационные схемы вычислений.

Технологическая база знаний, реализующая алгоритмический подход (рис. 3), обеспечила следующие функции:

- определение состава операций (переходов), необходимых для достижения требуемых параметров точности и шероховатости поверхности;

- расчет припусков на переходы обработки;

- выбор типа инструмента, его материала и геометрических характеристик в зависимости от материала обрабатываемой детали и условий обработки;

- расчет режимов и продолжительности обработки;

- выбор оборудования, необходимого для обеспечения условий обработки;

- имитационное моделирование процесса механической обработки для визуального контроля хода протекания операций и возможности устранения возникающих ошибок до их проявления в условиях производства.

ТБЗ механической обработки является системой моделей токарной обработки (см. рис.3). Головная модель "narcil" определяет состав переходов по задаваемому

ользователем значению требуемого квалитета точности. Структурно-параметриче-кая модель расчета припусков на обработку "рпр_1о" включает в себя модели оп-еделения припусков для каждого перехода точения. Модель режущего инструмен-з состоит из модели выбора материала резца в зависимости от условий обработки и атериала обрабатываемой поверхности "гегтаГ и модели геометрии резца ■ег£ео", используемой для его отображения. В модели материала обрабатываемой етали "Ку_та1" производится определение необходимых коэффициентов для рас-ета скорости и силовых характеристик в процессе резания.

Определены общие рекомендации построения технологических баз знаний:

1. Используются два подхода при создании технологических примитивов для никальных (по составу параметров) и типовых операций (переходов), оборудова-ия, инструмента, приспособлений.

Например, слесарные переходы П01 - П12 (см. рис. 2) являются уникальными, для каждого из переходов создана своя структурно-параметрическая модель -51е010", "81е020", ..., "51е 120" соответственно. В каждой СПМ переходов хранится нформация о содержании технологических действий, технико-экономические пара-егры (трудоемкость выполнения операции, подготовительное и заключительное эемя, режимы обработки и др.) и зависимости, позволяющие рассчитывать значе-ия параметров.

Иной подход использовался в моделировании слесарных переходов П13-П29 :м. рис. 2), являющихся структурно-подобными. Технико-экономические парамет-ы и характеристики каждого из них представляются одинаковыми наборами велит и могут быть описаны типовым элементом. Различия заключаются в содержа-ии технологического воздействия и значениях технико-экономических показате-гй, задаваемых в виде констант. В такой ситуации нецелесообразно разрабатывать гдельные модели на каждый переход операции, гораздо эффективнее создать один технологический примитив", в котором будет храниться информация о параметрах ерехода. Разработана модель типового слесарного перехода - "БкОр" ("слесарная перация"). Значения характеристик переходов задаются при обращении к модели-римитиву.

2. Требуется разная степень декомпозиции структуры различных компонентов роизводственной системы (переходов, оборудования, приспособлений, инструмен-0 в общей иерархии моделей проектирования.

В модели механической обработки "пагсН" (рис.3) при описании режущего чструмента, материала обрабатываемой детали и расчета припусков необходим эполнительный уровень детализации, на котором осуществляется параметризация Зъектов. Для других элементов (оборудования и оснастки) такой необходимости гт - элементы модели полностью определены на уровне переходов.

3. При структурно-параметрическом моделировании технологических про-:ссов необходимо выбрать характерные свойства (контуры), по которым из всего ножества элементов ТБЗ выбираются элементы, включаемые в состав технологи-:ского решения. Такой подход обеспечивает вариантность получаемых решений в 1висим0сти от задаваемых свойств и итерационный принцип при реализации про-(тирования, превращая аппарат СПМ в гибкий инструмент проектирования, одна-э таит в себе опасность: недостаточный спектр учитываемых свойств лишает мо-гль достоверности и точности; принятие в расчет "лишних" свойств влечет за со-эй снижение универсальности и эффективности модели.

При моделировании слесарных операций (СПМ "Б^аг", рис.2) было выделено три группы свойств: 1). Конструктивная (и01 = профиль, и02 = стыки профилей, иОЗ = шпангоут, и04 = днище, и05 = отсек); 2). Стадии техпроцесса (с01 = обеспечение исходного состояния, с02 = подготовка под сварку 1-й стороны, сОЗ = подготовка под сварку 2-й стороны, с04 = доводка после сварки, с05 = контроль овальности шпангоута); 3). Перемещение изделия после технологического воздействия (ст01 = транспортировать для термо- и мехобработки, ст02 = транспортировать после мехобработки, стОЗ = транспортировать для рентгеноконроля, ст04 = транспортировать для окончательной мехобработки, ст05=транспортировать для окончательного рентгеноконроля, ст06=транспортировать на групповую сборку).

Отмечен ряд особенностей, связанных с выбором свойств, формирующих технологические решения: 1 - разным элементам производственной системы может соответствовать разное число свойств, которые элемент реализует; 2 - на одном уровне декомпозиции структуры производственной системы для разных технологических объектов может быть выделено различное число свойств и их групп, характеризующих элементы, что зависит от сложности моделируемого явления, объекта или процесса.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "Разработка математического обеспечения подсистемы проектирования технологических процессов" рассматривается структура и процедурный состав инструментальных комплексов автоматизированной системы.

Выделены следующие подсистемы технологического проектирования: обработки структурно-параметрических моделей; синтеза информационных объектов; проектирования; анализа результатов проектирования и формирования технологической документации.

Проведен анализ подсистемы проектирования, процедуры которой реализуют решение типовых задач (проектирование технологических процессов, определение состава средств оснащения и др.) технологического проектирования.

Проектирование является процессом комплексных преобразований объектов (1), при котором для элементов технологической модели изделия А определяются элементы технологической системы Р, а затем - допустимые варианты решений Т (см. рис. 4).

Решение типовых технологических задач в системе технологического проектирования сводится к разработке и организации взаимодействия различных по содержанию групп структурно-параметрических моделей: модели исходного объекта 3(А)-, моделей порождающей среды (производственных систем) £(Р); модели технологических решений 5(7) методики.

Разработан алгоритм управления структурно-параметрическим моделированием при технологическом проектировании ¿Р (5), обеспечивающий инвариантность форм представления исходного объекта, порождающей среды и проектного решения.

ПЯТАЯ ГЛАВА "Экспериментальная отработка методики создания и применения технологических баз знаний" посвящена вопросам получения и представления результатов технологического проектирования на основе имитационных моделей. Решена задача представления результатов технологического проектирования с использованием новых форм технологической документации.

Модель технологических решений (МТР) 5(7) представляет собой структурно -параметрическую базу данных, в которой содержится в виде ссылок на ТМИ и ТБЗ информация, включенная в решение задачи по проектированию технологического процесса (рис. 4). В создаваемой МТР хранится не только оптимальный по определенному критерию вариант, но и все возможные варианты реализации техпроцесса.

Структурно-параметрическая база (СПБ) вариантов технологических решений

1-й уровень: Элементарно-обрабатываемые поверхности (ЭОП, ДО)

2-й уровень: Варианты элементов технологического решения - Хи, где к - номер ЭОП (ДО) в модели,, / - вариант решения

Используемые при технологическом моделировании элементы (по типу):

3-й уровень: Элементы, вошедшие в решение

_ - - -

т - модель технологических решений;

А - технологическая модель изделия;

Р - модель производственной системы;

О - технологические операции (.переходы);

о - оборудование;

п - приспосоОления;

и - инструмент

Рис. 4. Модель технологического решения

Хранение вариантов решения необходимо по объективным причинам:

1. В современных технико-экономических условиях нередко происходит смена критерия оптимальности решения задачи технологического проектирования или возникает необходимость комплексирования разных критериев оптимизации. При этом хранение вариантов решений обеспечивает быстрый и простой поиск нового решения.

2. Выход из строя определенного элемента технологической системы может привести к невозможности реализации техпроцесса. Тогда среди хранимых решений будет выбран другой вариант реализации техпроцесса, не использующий вышедший из строя ресурс (элемент).

3. В состав задач ТПП входит планирование техпроцесса так, чтобы операции выполнялись параллельно. Ищется такое сочетание различных вариантов выполнения техпроцесса, при котором производится наибольшее количество изделий с заданным качеством в рамках технико-экономических ограничений, что наиболее эффективно достигается при поиске сочетания вариантов в МТР среди принципиально возможных технологических решений.

4. При переходе к производству нового (модернизируемого) изделия происходит адаптация освоенных техпроцессов создания прототипов изделия. Организуется "подбор" необходимого способа решения задачи технологического проектирования с учетом уже существующих технологических решений по базе данных, содержащей варианты реализации техпроцесса изделия-предшественника.

Модель технологических решений "ТО.эрЬ" (рис. 4) имеет три уровня:

- первый уровень - элементарно обрабатываемые поверхности. ЭОП определены в технологической модели изделия;

- второй уровень - в состав решения включаются все допустимые варианты реализации техпроцесса (операции) для выделенных на первом уровне ЭОП. Генерация полного множества вариантов реализации технологического процесса и отображение их в виде структурной модели (графа вариантов решений) дает возможность представить совокупность проектных решений в виде множества путей на графе. Алгебраическая формулировка задачи проектирования таким образом приводит стратегию выбора проектных решений к задаче оптимизации, для решения которой могут быть использованы методы отсечения, динамического программирования, приближения и др. Одной из функций процесса управления технологическим проектированием является задача выбора варианта проектного решения на множестве элементов 1у;

- на третьем уровне в МТР для каждого варианта подбираются все элементы ТБЗ (переходы, оборудование, приспособления и инструмент), используемые в решении.

Реализована оригинальная имитационная модель представления технологического процесса. Модель поддерживается типовыми программными средствами, реализующими ЮЕР-методологию. Технологический процесс представляется древовидной структурой, каждый уровень которой является последовательной детализацией процесса. Иерархия моделей технологического процесса изготовления детали "КРЫШКА НП72-012" представлена деревом узлов модели (рис. 5). Узлы модели интерпретируются диаграммами технологического процесса, описывающими

(АО] И»гоговленигдета^КРЬаКА K772-012

1] Черновая меха*»«ская обработка

[А2] Чсговая механкмеская обрабапа

[A3] 100 % Коктро/ъ

[А4] Термохилмесхая обработк

[А11] Токарная обработка

(А111] Зачистка штья и кэбюка номеров (А112] Обработка фуглого фланца ^ [А113] Обработка фасонного фланца ] (A12J Саергильная обработка

[А121] Сверление крепе»«»« отверстий [А122] Зачистка [А123] ПхмьБка, продув [А124] Обработка бобьши [А125] Пэоьвка, гродув (А13) Среэерная обработка

(А21] Токарная обработка

{А211] Обработо^фгпого фланца [А212] Обрабопа фасонного фланца (А213] Зачистка [А22\ Свергнгъная обработка

(А221) Сверление наклонного отверстия [А222] Обработка 21 отв. во фланцах [А223] Зедеероваше фэсск и отв. шэд уплотни-. когыр [А23] Нарезка резьбы [А24] Зависла иока+швгьная отдегка

Рис. 5. Дерево узлов модели

Торпачс» А В.

Ш?:М ИП72-012А

Крышка

Обработка фасонного фланца

С1 Операционный xkki№2

Полетим

Й13 J Капибр-пробка

6Q72W7» ~~5о:236*

ПРИМЕЧАНИЕ

6084 0684

"6365~00?3~

6393 060« ~'"ИЧ10кл

1 ровер ил

ЮЛ

Рис. 6. Детализация технологического процесса до уровня переходов

технологические операции как целенаправленную систему (рис. 6) со входом (заготовка для обработки), выходом (заготовка для последующей обработки или неисправимый брак при обработке), управлениями (операционные эскизы, управляющие программы и т.п.) и механизмами (элементы производственной системы). Диаграммы последовательно детализируют технологический процесс до уровней этапов (черновой механической обработки; чистовой механической обработки; контроля и термохимической обработки), видов обработки, операций и уровня переходов (см. рис. б). Подобным образом формируется описание технологического процесса для всех этапов обработки. Различия состоят в виде оборудования, инструмента, приспособлений, номерах операционных эскизов и др.

Подрезка торца чистовая

б = 0,08 мм/об II = 800 об/мин V = 206 м/мин

- —

-- "л

-

£ -

Точение чисто

в = 0,08 мм/о' п = 630 об/ми у= 180м/мш

13

Рис. 7. Операционные эскизы

Разработанный иерархический подход и форма представления результатов проектирования (диаграмма) позволили без потери информации сократить объем технологической документации с 30 листов при традиционной форме проектирования (маршрутные карты) до 19 листов диаграмм.

Проведено исследование и выполнена формализация процедур, входящих в состав подсистем анализа результатов проектирования и формирования документации.

Объединение геометрических имитационных моделей токарной обработки с моделью изделия позволяет получить операционные эскизы (рис. 7) для их включения в операционные карты технологических процессов изготовления деталей.

ВЫВОДЫ

Выполненные в работе исследования и их результаты позволили сделать следующие выводы.

1. Анализ задач проектирования технологических процессов основного производства ракетно-космической техники позволил определить актуальное направление исследований по созданию и применению технологических баз знаний при проектировании процессов механообработки и узловой сборки. Формирование вариантов и выбор рациональных проектных решений предлагается осуществлять средствами автоматизированного проектирования, охватывающими комплекс задач

энструирования и технологического проектирования посредством разработки еди-ой (для различных процессов) методики моделирования и правил построения тех-ологических баз знаний.

2. Анализ систем проектирования объектов и технологических процессов че-лрех (из 10) основных видов производства предприятия выявил состав компонен-зв математического обеспечения подсистемы проектирования технологических роцессов, алгоритмы управления процессами структурно-параметрического моде-фования и инвариантные информационные модели объектов проектирования.

3. Исследования структуры и анализ информационных потоков производст-;нных подразделений, технологических служб и традиционных методов выполне-ля технологических расчетов позволили сформировать два подхода к построению :хнологических баз знаний: структурный, основанный на воспроизведении функ-лональных взаимосвязей элементов технологической системы; алгоритмический, >спроизводящий методики традиционных (типовых) инженерных расчетов.

Подходы дополняют друг друга, обеспечивая возможность реализации логи-;ских схем решения прикладных (инженерных) задач непрограммирующими спе-1алистами.

4. В процессе разработки математических моделей производственных систем гханообработки и сборочно-сварочных работ был определен набор инструмен-льных средств подсистемы технологического проектирования, обеспечивающий мление поставленной задачи, основу которого составляют программно-гтодические комплексы: структурно-параметрического моделирования (обработка ¡вариантного информационного ядра); обслуживания баз данных конструкторско-:хнологического назначения; формирования технологической документации.

5. Экспериментальная отработка методики показала, что разработанные моде-1 объектов производства и технологических систем можно использовать для рвения различных задач функционирования АСТПП

- при создании системы: организация технологической базы данных изделий шалогов; обеспечение взаимосвязи и взаимодействия моделей и результатов пробирования;

- при подготовке производства: разработка технологических процессов и >еспечение документирования проектных решений;

- при производстве: моделирование процессов изготовления изделий, расчет ¡жимов обработки и технико-экономических показателей;

- при информационном сопровождении: формирование технологических баз :аний в виде настраиваемых, уточняемых моделей объектов, порождающих систем проектных решений, аккумулирующих инженерный опыт предприятий и особен->сти индивидуальных стратегий проектирования.

6. Эффект от применения предложенной методики достигается за счет увеличе-!я производительности инженерного труда при технологической подготовке произ-|дства в 1,5-^2 раза и подтверждается актами передачи в опытную эксплуатацию и [едрения компонентов подсистем проектирования технологических процессов на 4 >едприятиях.

7. Результаты применения методики показали возможность ее адаптации к зличным технологическим процессам и объектам производства. Дальнейшие ис-едования целесообразно осуществлять в направлениях расширения области при-:нения созданной методики и совершенствования методов обработки технологи-ских баз знаний.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях :

1. Торпачев A.B., ЦырковА.В. Интеграция задач технологического проекта рования в автоматизированных системах. : В сб. Информационные технологии i проектировании и производстве. Вып. 1. - М.: ВИМИ, 2000, - с. 32-38.

2. Цырков А.В, Торпачев A.B. Моделирование технологических операций. : Е сб. Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып. 3. - М. ВИМИ, 1998,-с. 69-72.

3. Цырков A.B., Торпачев A.B. Методологическое обеспечение системы про ектирования технологических процессов.: Учебное пособие. -М.:МАТИ, 1997.- 48с.

4. Цырков A.B., Торпачев A.B., Чефранов C.B. Модель процесса проектирова ния в АС 11Ш. : В сб. Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып. 2. - М.: ВИМИ, 1999, - с. 67-72.

5. Цырков A.B., Иосифов П.А., Торпачев A.B. Разработка подсистем интегрированной АСТПП. : В сб. Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып. 4. -М.: ВИМИ, 1998, - с. 53-59.

6. Бирюков Г.П., Цырков A.B., Зброжек Ю.М., Торпачев A.B., Тетерев А.В Автоматизированные методы технического диагностирования объекта как средстве повышения качества на этапах жизненного цикла.: Учебное пособие. - М.: МАТИ, 1997. - 84 с.

7. Цырков A.B., Лобов Е.Д., Торпачев A.B., Ахатов P.P. Информационные модели стадий создания сложной технической системы. : В сб. Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып. 4. - М.: ВИМИ, 1999, - с. 59-66.

8. Торпачев A.B., Ахатов P.P., Чефранов C.B. Моделирование стадии технологической подготовки производства. : В сб. Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. Вып. 3 (75). -М.: ЛАТМЭС - МАТИ, 2000, - с. 251-256.

9. Цырков A.B., Торпачев A.B. Представление технологической документации в среде IDEF-методологии. : В сб. Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского, Вып. 1 (73). -М.: ЛАТМЭС - МАТИ, 1998. - с. 209-214.

10. Цырков A.B., Торпачев A.B. Структурно-параметрическое моделирование элементов конструкции (на примере узлов поршневого гидравлического насоса НП72М). : Учебное пособие. - М.: МАТИ, 1997. - 40 с.

11. Цырков A.B., Торпачев A.B. Геометрическое моделирование элементов конструкций. -М.: МАТИ, 1997. - 19 с.

12. Цырков A.B., Торпачев A.B., Шнайдин М.О. Новые формы и модели технологических документов. Депон. рукопись № Д 08714.1 - М.: ВИМИ, 1997. - 27 с.

Подписано в печать 25.02.2000 г. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз.

Ротапринт МАТИ им. К.Э. Циолковского, Берниковская наб., д. 14, стр. 2