автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Методы и инструментальные средства отображения схем установок объектов производства в базах технологического назначения

' <• / /

V к-/

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КОЛЫБЕНКО Евгений Николаевич

МЕТОДЫ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ СХЕМ УСТАНОВОК ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА В БАЗАХ ДАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

05.02.8 — Технология машиностроения

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук профессор М.Е. ПОПОВ

РОСТОВ-НА-ДОНУ 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение......................................................................................................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1. Определение области решения задач проектирования в системе «ТПП. Обработка резанием» ................................................................................6

1.1. Обоснование подхода к исследованию 6

1.2. Методы и средства исследования .........................................................................11

1.3. Определение места инструментального средства в процессе проектирования.....................................................................................................................................................................................15

1.4. Определение инструментального средства информационного моделирования..............................................................................................................................................................................................................24

1.5. Определение областей приложения инструментальных

средств..........................................................................................................................................................................................................................................................................27

1.6. Цель исследования в связи с решением задач ТПП....................................38

ГЛАВА 2. Обзор публикаций по проблемам теории базирования .....................................................................................................................................................................45

2.1. Обобщённое представление теории базирования 45

2.2 . Представление понятий: «теоретическая схема базирования», «базирование»..............................................................................................................................................................................................................48

2.3. Представление понятия «база» ....................................................................................................................56

2.4. Представление понятия «комплект баз» 63

2.5. Научная гипотеза о направлении развития представлений теории базирования ......................................................................................................................................................................................................66

ГЛАВА 3. Развитие представлений теории базирования..........................73

3.1. Общие положения 73

3.2. Определение комплекта баз ..............................................................................................................................77

3.3. Определение элементов наложения геометрических связей 81

3.4. Относительная предопределённость положения элементов «собственной» системы координат 90

3.5. Определение элементов наложения связей базирования ..........96

3.6. Принципиальные отличия теоретических и практических

схем базирования 104

3.7. Определение схемы базирования ..............................................................................................................110

3.8. Наложение связей «собственного» базирования 115

3.9. Наложение связей «внешнего» базирования ............................................................126

3.10. Выводы........................................................................................................................................................................................................................137

ГЛАВА 4. Инструментальные средства задания информационной модели {УСТ}..............................................................................................................................................................................................................141

4.1. Обоснование подхода к исследованию 141

4.2. Связи элементов структуры ..................................................................................................................................145

4.3. Средства задания «общей» системы координат 152

4.4. Средства задания позиционных свойств................................................................................167

4.5. Средства задания геометрических свойств 185

4.6. Средства задания структуры позиционных связей 198

4.7. Структурно-информационная схема базы данных «Установка»..........................................................................................................................................................210

4.8. Выводы............................................................................................................................................................................................................................213

ГЛАВА 5. Приложение инструментального средства {УСТ} к

созданию базы данных приспособлений для установки объектов

217

производства ......................................................................................................................

5.1. Основные направления информационного отображения сведений о конструкции приспособления........................................................................................................................217

5.2. Средства задания свойств конструкции приспособления 222

5.3. Выводы............................................................................................................................................................................................................................225

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 228

Библиографический список............................................................................................................................230

ПРИЛОЖЕНИЕ 239

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность преобразований в сфере производства, темпы экономического роста в решающей мере зависят от машиностроения. Именно в нем материализуются основополагающие научно-технические идеи, создаются новые орудия труда, системы машин, определяющие прогресс в других отраслях экономики. Возрастающее значение машиностроения требует укрепления материально-технической базы предприятий, улучшения использования «костной и мускульной системы производства» (К. Маркс) организационно-технологическими средствами.

В условиях перехода предприятий машино- и приборостроения к рыночным отношениям сохраняются общие тенденции к уменьшению объёмов выпуска изделий производства и одновременному увеличению их номенклатуры. Следовательно, возрастает нагрузка на ТПП новых изделий. ТПП - технологическая подготовка производства. В этих условиях достижение основных целей ТПП и производства приобретает всё большее значение. В дальнейшем исследовании рассматривается предметная область «ТПП. Обработка резанием».

Объекты производства (рис.1) существуют в процессах производства обработки резанием в различных состояниях: начальном (исходная заготовка детали); промежуточном (заготовка детали или сборочной единицы); конечном (деталь, сборочная единица). Детали и сборочные единицы являются конечным результатом процессов производства. Процессам производства рассматриваемых объектов предшествуют процессы проектирования объектов ТПП. Объекты проектирования ТПП (рис.2) являются основой существования процессов производства и, следовательно, основой существования самих объектов производства. Решение задач проектирования объектов «ТЦП. Обработка резанием» основано на анализе многообразных свойств объектов производства из их чертежей и эскизов. Объекты производства в процессах проектирования объектов «ТПП. Обработка резанием» относятся к классу трёхмерных геометрических объектов. В про-

цессах проектирования рассматриваемые геометрические объекты подвергаются действиям над ними с целью получения технических решений проектирования. Объекты проектирования «ТПП. Обработка резанием», так или иначе, всегда связаны с рассматриваемыми действиями над трёхмерными геометрическими объектами производства. Следовательно, действующие в технологии работ «ТПП. Обработка резанием», инструментальные средства и методы проектирования объектов ТПП также всегда связаны с действиями над трёхмерными геометрическими объектами производства.

Достижение основных целей ТПП традиционными, по существу, ручными, методами проведения работ встречает значительные трудности в практической реализации. До настоящего времени ТПП новых изделий ведётся не только традиционно, но и как бы заново, без должного заимствования «прошлого» опыта многих специалистов. Достижение основных целей требует такой организации работ ТПП, при которой возможно:

• устранение дублирования и параллелизма путём изначального информационного поиска и заимствования аналогов технических решений объектов проектирования ТПП;

• уменьшения многообразия объектов проектирования ТПП одного рода с одновременным увеличением серийности их применения путём заимствования технических решений лучших вариантов.

Издержки в организации ТПП и производства, недоиспользование закона стоимости, наличие организации ТПП и производства в отсталом виде не способствуют эффективному и экономичному использованию новейших технических средств производства.

Для достижения основных целей ТПП и производства необходимы соответствующие технические и инструментальные средства и методы проектирования. Однако, средства и методы, используемые в традиционной (без ЭВМ) технологии работ ТПП, не могут служить искомыми инструментальными средствами и методами новой (информационной) техноло-

гии работ ТПП. Автоматизированное решение задач ТПП с целью достижения основных целей требует представления в ЭВМ рассматриваемых действий над трёхмерными геометрическими объектами производства посредством специально спроектированных инструментальных средств и методов информационного моделирования решений технолога. Появление необходимых средств и методов, в свою очередь, требует соответствующих структурных преобразований в технологии проведения работ ТПП для эффективного и экономичного их использования. Такова диалектика развития производительных сил и производственных отношений.

ГЛАВА 1. Определение области решения задач проектирования в системе «ТПП. Обработка резанием»

1.1. Обоснование подхода к исследованию

Надо сказать, что к настоящему времени предложено уже достаточно много различных средств и методов решения задач ТПП в автоматизированном режиме с помощью ЭВМ. Однако, технологи-практики, повседневно встречаясь с многообразной сложностью технологической работы, критически оценивают предлагаемые им инструментальные средства, как несовершенные в вопросах разработки проблемной области и как сложные надстроечные над содержанием технологической работы по форме представления для ввода в ЭВМ. Источник всех неудачных попыток высвечивает известное положение о том, что нельзя автоматизировать «хаос».

Для того, чтобы осознано двигаться по пути автоматизации инженерного труда армии технологов и конструкторов машиностроительного производства, необходимо объективно разобраться: какие инструментальные средства и методы действительно нужны; какими свойствами должны обладать искомые инструментальные средства для достижения ос-

новных целей производства; где места приложений инструментальных средств к решению задач проблемной области ТПП; какие средства решения задач ТПП существуют в настоящее время и отвечают ли они потребностям практики; как создать необходимые инструментальные средства проблемной области «ТПП. Обработка резанием»? Ответы на эти и другие вопросы в их информационной и логической связи являются предметом научного поиска в настоящей работе.

Настоящая научная работа имеет два этапа исследований в их логической обусловленности. Работы исследования по предложенной теме связаны с автоматизацией решения задач «ТПП. Обработка резанием» на ЭВМ. Поэтому, на первом этапе проведения исследований представляется необходимым определить область автоматизированного решения задач проектирования в системе «ТПП. Обработка резанием». Результаты работ первого этапа исследований должны служить ориентирами создания инструментальных средств и методов автоматизированного решения задач ТПП на втором этапе исследований. Второй этап исследований непосредственно связан с работами по созданию инструментального средства информационного моделирования схем установок объектов на различных стадиях.

Работы исследования какой-либо предметной области требуют соответствующих этой области средств и методов исследования. Поэтому, выбор средств и методов исследования проблемной области «ТПП. Обработка резанием» определяют возможный уровень исследований и его результаты. Несомненно, выбор средств и методов исследования связан с целями и задачами исследований.

Определение области решения задач проектирования в системе «ТПП. Обработка резанием», прежде всего, связано с определённой системой понятий, служащей основой для предметного проведения' работ второго этапа исследований. Систему понятий для определения области решения задач проектирования в системе «ТПП. Обработка резанием» необходимо рассматривать как систему задач исследования. В рассматри-

ваемой системе понятий (системе задач исследования) представляется необходимым: определение места инструментальных средств в процессе проектирования; определение инструментального средства информационного моделирования; определение областей приложения инструментальных средств.

Определение места инструментальных средств в процессе проектирования прослеживает алгоритмические ограничения связности процесса проектирования на основе принципов декомпозиции исходных данных информационной модели объекта проектирования. При этом создаются ориентиры в направлении создания искомых инструментальных средств с такими свойствами, которые могли бы обеспечить действительную связность процесса проектирования.

Определение инструментального средства информационного моделирования в системе понятий проблемной области создаёт ориентиры в направлении создания и практического использования инструментальных средств решения задач проблемной области «ТПП. Обработка резанием».

Определение областей практического приложения инструментальных средств является, по существу, выявлением областей дальнейших исследований с целью теоретического обоснования их существования и проектирования.

На рис.1 отражены основные объекты машиностроительного производства. На рис.2 отражены основные объекты проектирования ТПП.

Рис. 1 Основные объекты машиностроительного производства Достижение основных целей производства посредством решения задач проектирования возможно только в том случае, если искомые инструментальные средства проектирования в проблемной области «ТПП. Обра-

ботка резанием» будут созданы на основе пересечений свойств объектов проектирования ТПП (будут хорошо организованы для достижения целей производства). Пересечения свойств рассматриваемых объектов возможны только при проектировании технологического процесса изготовления объектов производства.

Инструмент режущий, инструмент вспомогательный, приспособления

Рабочее

место,

линия,

участок,

цех,

блок цехов, предприятие

Конструкция технологического оснащения операции обработки резанием

Структура, функции и свойства производственного подразделения предприятия

Рис. 2

Основные объекты проектирования ТПП

Техпроцесс, как объект проектирования ТПП, находится во взаимосвязи и взаимовлиянии с другими объектами проектирования ТПП. В пределах техпроцесса изготовления всегда существуют два вида пересечений свойств объектов проектирования ТПП.

Первый вид пересечений связан с проектированием технологической операции. Технологическая операция обработки резанием всегда рассматривается в связи с понятиями: «метод обработки резанием»; «структура, функции и свойства технологической операции». Второй вид пересечений свойств объектов проектирования ТПП всегда связан с проектированием последовательности технологических операций по маршруту технологического процесса. Последовательность технологических операций обработки резанием всегда рассматривается в связи с понятием : «структура, функции и свойства производственного подразделения предприятия». Оба рассматриваемых вида пересечений объектов проектирования ТПП используются для получения технических решений проектирования и решения задач рационализации производства на множестве технических решений проектирования с целью достижения основных целей производства и ТПП.

В пределах настоящей научной работы рассматриваются пересечения объектов взаимодействия технологической операции обработки резанием. Представление знаний проблемной области «ТПП. Обработка резанием» в её части по теме работы на основе рассматриваемых пересечений должно быть органически основано на содержании работ практики и, на этой основе, уже не должно носить характер «надстройки» над содержанием технологических и конструкторских работ ТПП. Формализация знаний проблемной области «ТПП. Обработка резанием» на основе: организации связей объектов взаимодействия технологической операции обработки резанием в систему их взаимодействия; преобразование рассматриваемого системного объекта методом идентификации; исследования идентификаторов связи; построение инструментальных средств информационного моделирования, обладающих свойствами объективного отражения дейсгви-

тельности и практической значимости, составляют предмет исследования настоящей научной работы.

1.2. Методы и средства и