автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки многономенклатурного производства на основе автоматизации проектирования станочных систем

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Особенности технологии многономенклатурного

V6 производства.

1.2 Основные принципы автоматизации технологического проектирования станочных систем.

1.3. Этапы автоматизированного проектирования станочных систем.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Методическое обеспечение автоматизации проектирования станочных систем.

2.1. Моделирование технологического проектирования станочных систем.

2.2 Методика проектирования станочных систем многономенклатурного производства.

2.3. Выводы.

Глава 3. Построение структур станочных систем многономенклатурного производства.

3.1. Предпроектный анализ производства.

3.2. Проектирование "элементной" технологии.

3.3. Группирование технологических объектов и решений.

3.4. Проектирование состава основного технологического оборудования.

3.5. Проектирование состава транспортных средств.

3.6. Оптимизация планировочных решений станочных систем.

3.7. Выводы.

Глава 4. Проектирование средств технологического оснащения станочных систем.

4.1 Инструментальное обеспечение станочных систем.

4.2 Проектирование средств базирования и закрепления деталей.

4.3. Выводы.

Современное состояние народного хозяйства страны требует ускоренного развития машиностроительных отраслей промышленности на базе внедрения прогрессивных технологий, высокопроизводительного , оборудования с ЧПУ, робототехники, автоматизированных станочных систем

V*

АСС) и средств вычислительной техники.

Интеграция процессов создания и производства изделий основывается на совмещении процессов проектирования и производства, т.е. применении системы CAD - САМ (computer aided design - computer aided manufacturing). Системы CAD - CAM обладают следующими особенностями [41,56]: строятся на базе компьютера для целей проектирования и изготовления в автоматическом цикле, позволяют оперировать всевозможной графической информацией при исключении ручной графики, автоматически преобразуют проектную информацию в команды управления технологическим оборудованием с ЧПУ, осуществляют контроль качества выпускаемой продукции, имеют многотерминальный доступ со стороны пользователя.

Развитие направлений интегрированного компьютеризированного производства и новых информационных технологий, как отмечено в [42], способно в корне изменить технику и технологию сегодняшнего дня. Поэтому чрезвычайно актуальной представляется проблема автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства на стадии проектирования новых машин и автоматизированных станочных систем ^ (АСС) для их изготовления.

В современном машиностроении до 80 % объема выпускаемой продукции производится в условиях многономенклатурного единичного и серийного производства, которое характеризуется большим числом и разнообразием типов входящего в их состав технологического и вспомогательного оборудования, разветвленной и многосвязной структурой, значительным объемом и широкой номенклатурой деталей, сложными законами функционирования и управления.

Для многономенклатурного производства особый интерес представляет разработка интегрированных систем автоматизированного проектирования АСС (САПР АСС), а также специализированных САПР для отдельных этапов проектирования АСС [4,41,43,59,60,61,63]. При решении проблем разработки САПР АСС перед проектировщиками впервые поставлены задачи, связанные с необходимостью интеграции систем автоматизации, а также взаимосвязи не только систем и подсистем, но и элементов этих систем в процессе технологического проектирования и при выборе средств вычислительной техники [37,56]. Указанные задачи могут быть решены на основе системных принципов проектирования [4,5,13,15,19,41,53,58,59], однако в практике реального проектирования АСС увязка принятых решений на уровне различных страт (технологическая, компьютерная, алгоритмическая, системная) представляется весьма проблематичной [4,56].

В области технологического проектирования усилиями многих школ и ученых [7,9,18,24,26,30,43,46,54,64 и др.] в целом определена структура процесса проектирования многономенклатурного производства, базирующаяся на принципах его групповой организации, а также разработаны основы системно-структурного подхода к проектированию.

Однако недостаточно глубоко и конкретно с точки зрения системного

• " > подхода исследованы взаимоотношения между элементами АСС на уровне технологической страты: основным технологическим оборудованием (ОТО), I транспортными средствами, режущим и вспомогательным инструментом, технологической оснасткой.

Таким образом, необходимость исследования технологических взаимосвязей и отношений между элементами АСС является первой предпосылкой работы.

Эффективность производства во многом определяется рациональным выбором оборудования. До настоящего времени не разработаны эффективные методы выделения из общей огромной совокупности оборудования набора станков, наиболее целесообразных по технико-экономическим показателям для обработки деталей определенной номенклатуры. Поэтому необходимость исследования и разработки методов синтеза структур основного и вспомогательного технологического оборудования и комплектов инструментальной и технологической оснастки АСС предопределило вторую предпосылку работы.

Проектирование АСС представляет собой многоплановую задачу, в которой в сложной взаимосвязи находятся задачи синтеза, моделирования, оценки, анализа и оптимизации проектных решений. Такие задачи решаются с позиций системного подхода, который заключается в том, что специфика сложных объектов не исчерпывается особенностями составляющих их элементов, а заключена в характере связей и отношений между ними [14,41,47,56,65].

Исследование отношений между элементами АСС возможно только при использовании интегрированной системы проектирования, способной оценить реальные взаимосвязи в системе "деталь - станок - транспортное устройство - приспособление - инструмент". Итак, необходимость интеграции задач синтеза элементов подсистем АСС с учетом технологического назначения системы и ее технико-экономической эффективности предопределила третью предпосылку работы.

Возрастающие технические возможности персональных компьютеров, их все большая доступность и возможность соединения в сеть позволили ! сориентировать работу на применение инструментальных средств на базе компьютера. В системе "проектирование - изготовление" проектные работы по трудоемкости составляют в ряде случаев около трети всех затрат. Поэтому чрезвычайно актуальной является проблема повышения эффективности проектирования путем создания автоматизированных рабочих мест (АРМ) конструктора и технолога. Таким образом, необходимость повышения эффективности проектирования АСС на базе применения современных средств вычислительной техники и интегрированных систем автоматизированного проектирования предопределило четвертую предпосылку работы.

В связи с изложенным целью диссертационной работы является повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки многономенклатурного производства на основе применения разработанной методологии автоматизированного проектирования АСС; дальнейшего развития теории проектирования металлообрабатывающих систем; создания, практической реализации и внедрения программно- информационного комплекса САПР АСС.

На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:

1. Методология системного технологического проектирования структур станочных систем многономенклатурного производства, средств их технологического и инструментального обеспечения.

2. Теоретические положения синтеза станочных систем, основанные на исследовании структурно-технологических взаимосвязей и отношений между элементами технологической среды; а также математические модели связи между характеристиками номенклатуры деталей и технологическими свойствами элементов АСС.

3. Формализованные методики инвариантные к классам обрабатываемых деталей: группирования технологических объектов; выбора основного технологического оборудования и транспортных средств; оптимизации номенклатуры и количественного состава системы инструментального обеспечения; проектирования средств технологического оснащения; проектирования и оптимизации планировочных решений АСС; имитационного моделирования и оптимизации структуры АСС.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Повышение эффективности многономенклатурного производства достигается в значительной степени за счет автоматизации проектирования автоматизированных станочных систем и обеспечения высокого качества проектных решений.

2. При комплексной автоматизации машиностроения одним из самых важных объектов автоматизации является процесс проектирования АСС, который требует для своей реализации формализованной теории основанной на системных представлениях о станочной системе, как объекте проектирования.

3. Предложенная стратегия автоматизированного проектирования АСС позволяет учитывать многообразие проектных ситуаций и путем выполнения итерационных процедур получить квазиоптимальный технологический проект, который является базой для выполнения рабочего проекта АСС.

4. Разработанная формализованная теория автоматизированного технологического проектирования АСС обеспечила переход от эвристических процедур синтеза структур АСС к научно-обоснованным алгоритмам автоматизированного проектирования, основанных на технологических отношениях и взаимодействиях между элементами станочной системы.

5. На основе построения математических моделей связей между характеристиками номенклатуры обрабатываемых деталей и технологическими свойствами элементов АСС обоснованы методологические принципы синтеза технологической структуры АСС.

6. Теоретические положения технологического проектирования АСС являются методологической основой для создания алгоритмических процедур группирования технологических объектов и решений, выбора основного технологического оборудования, транспортных устройств, средств технологического и инструментального обеспечения.

7. Моделирование организационно-технологических ситуаций, возникающих при эксплуатации АСС, позволяет при помощи разработанной подсистемы-имитатора на этапе проектирования из множества предложенных вариантов выбрать структуру АСС, близкую к оптимальной. Оптимизацию проектных решений целесообразно проводить в соответствии с предложенной схемой многокритериальной оптимизации.

8. Задачи технологического проектирования АСС многономенклатурного производства решаются при помощи разработанной интегрированной системы проектирования, ориентированной на применение современных персональных ЭВМ и построенной на принципах универсальности, эффективности и возможности развития, совершенствования и адаптации к условиям конкретного предприятия.

9. Созданный формализованный понятийный аппарат технологического проектирования АСС является базой для формирования автоматизированных систем проектирования, основанных на использовании идей и методов искусственного интеллекта и способных генерировать технологические знания и закономерности на базе аксиоматики технологии машиностроения.

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

2. Аверьянов О.И., Дащенко А.И., Межов А.Е. Агрегатно-модульный принцип построения гибких автоматизированных линий и оптимизация их структурно-компоновочных схем// Вестник машиностроения. 1986. -N5. С. 34-40.

3. Автоматизация дискретного производства/ Б.Е. Бонев, Г.И. Бохачев, И.К. Бояджиев и др.; Под общ. ред. Е.И. Семенова, Л.И. Волчкевича. М.: Машиностроение, 1987, София: Техника, 1987. - 376 с.

4. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении/ Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, А.Ф. Прохоров и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова. М: машиностроение, 1986.-256 с.

5. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании)/ A.M. Половинкин, Н.К. Бобков, Г.Я Буш и др.: Под ред. А.И. Половинкина. М.: Радио и связь, 1981. - 312 с.

6. Автоматизированная система проектирования технологических процессов механосборочного производства/ Под ред. Е.М. Капустина. М.: Машиностроение, 1979.- 302 с.

7. Базров Б.М. Совершенствование машиностроительного производства на основе модульной технологии// Станки и инструмент. 1985.- N10.- С. 22-24.

8. Базров Б.М. Классификация станочных приспособлений // Станки и инструмент. 1989.- N3.- С. 26-31.

9. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969.-559 с.

10. Ю.Белов B.C., Грачев Л.Н., Гиндин Д.Е. Типовые технические решения и перспективы развития ГПС// Вестник машиностроения. 1985.- N 4.- С. 24-27.

11. И.Белянин П.Е. Гибкие автоматизированные производства в машиностроении/ Сб. научных трудов. НИАТ. - М.: 1982. - 186 с.

12. Блехерман М.Х. Организационно-технологическое группирование деталей в ГПС// Вестник машиностроения. 1986.-N 6.- С. 37-41.

13. Бруевич Е.Г., Белянин П.Н., Челищев Б.Е. Системы искусственного интеллекта// Машиноведение. 1983.- с. 3-15.

14. И.Васильев В.Н. Принципы построения гибких производств// Станки и инструмент. -1984. N 4. - С. 2-4.

15. Васильев В.Н. Программный подход основа современной организации машиностроительного производства// Вестник машиностроения. - 1989.-N8.-C. 62-69.

16. Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986.-312 с.

17. Гавриш А.П., Воронец В.М. Роботизированные механообрабатывающие комплексы машиностроительного производства. К.: Тэхника, 1984.- 198 с.

18. Гавриш А.П., Ефремов А.И. Автоматизация технологической подготовки машиностроительного производства. К.: Тэхника, 1982. - 216 с.

19. Гибкие автоматизированные производства: Системотехнический синтез организационной и функциональной структур/ А.А. Лескин, В.М. Пономарев, А.В. Смирнов, С.Е. Халкиопов. -Л.: ЛНИВЦ АН СССР (Препринт).- 1983.-N 76.- 38 с.

20. Гибкое автоматизированное производство/ Под общ. ред. С.А. Майорова, Г.В. Орловского, С. Н. Халкиопова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985.-454 с.

21. Гибкое автоматизированное производство/ В.О. Азбель, А.Ю. Звоницкий, В.Н. Каминский и др.; Под ред. С.А. Майорова, Г. В. Орловского. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983.- 376 с.

22. Гибкие автоматизированные производственные системы/ Под ред. JI.C. Ямпольского. К : Тэхника, 1985. -280 с.л 23.Гибкие производственные комплексы/ Под ред. П.Н. Белянина, В.А.

23. Лещенко.-М.: Машиностроение, 1984.-384 с.

24. Горанский Г.К., Бендерева Э.И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. -М.: Машиностроение, 1981.-456 с.

25. Горнев В.Ф. Проблемные вопросы технологии ГПС// Станки и инструмент. 1986.-N11.- С. 13-16.

26. Дащенко А.И., Белоусов А.П. Проектирование автоматических линий. М.: Высшая школа, 1983.-394 с.

27. Интегрированные конструкторско-технологические системы автоматизированного проектирования общего машиностроения/ Ю.М. Соломенцев, A.M. Басин, В.Н. Балаболин и др.//Вестник машиностроения.- 1983.- N1,- С. 37-41.

28. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках при помощи ЭВМ. М.: Машиностроение, 1976.- 288 с.

29. Капустин Н.М., Васильев Г.Н. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования. М.: Высшая школа, 1986.-191 с.

30. Колесов И.М. Автоматизации подлежит производственный процесс /Вестник машиностроения. -1985. N3.- С. 57-61.

31. Корчак С.Н., Кошин А.А., Ракович А.Г., Синицын Б.И. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. -М.: Машиностроение, 1988.352 с.

32. Кудинов А.В. Предпроектный анализ при создании ГПС для механообработки: Методические рекомендации. М.: ЭНИМСД987. - 24 с.

33. Кудинов А.В., Тевлин З.В. Разработка технической заявки на ГПС для механообработки: Методические рекомендации. М.: ЭНИМС, 1986.- 47 с.

34. Кулешов B.C., Локота Н.А. Динамика систем управления манипуляторами. М.: Энергия, 1971. - 302 с.

35. Лебедовский М.О., Федотов А.И. Автоматизация в промышленности. -Л.: Машиностроение, 1976.-250 с.

36. Лебедовский М.О., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ .- Л.: Машиностроение, 1970.-302 с.

37. Лескин А.А., Мальцев П.А., Спиридонов A.M. Сети Петри в моделировании и управлении. Л.: Наука, 1989. - 133 с.

38. Лищинский Л.Ю. Технико-экономический анализ и методы выбора рациональных структур гибких производственных систем: Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. М.: ВНИИТЭМР, 1985.-64 с.

39. Лищинский Л.Ю., Генис А.Л. Выбор структур гибких производственных систем// Станки и инструмент. -1989. N9. - с. 4-6.

40. Логашев В.Г. Технологические основы гибких автоматизированных производств .-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985.-176 с.

41. Макаров И.М. Системные принципы создания гибких автоматизированных производств. М.: Высшая школа, 1986. - 176 с.

42. Марчук Г.И. Научно-технические программы и задачи по их сопровождению. М.: ГКНТ, 1981.- 12 с.

43. Митрофанов В.Г., Прохоров А.Ф., Корьячев А.Н., Калинин В.В. Методика автоматизированного эскизного проектирования автоматических линий для обработки корпусных деталей/ В кн.

44. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986. -256 с.

45. Митрофанов В.Г. Особенности решения задач оптимизации для массового и мелкосерийного производства: В кн.: Адаптивное управление технологическими процессами на станках. М.: Машиностроение, 1980.256 с.

46. Митрофанов В.Г., Гульнов Ю.А., Куликов Д.Д. Автоматизация технологической подготовки серийного производства. М.: Машиностроение, 1974, 360 с.

47. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства: В 2т. 3-е изд. - JL: Машиностроение. - Ленингр. отд-ние, 1983.-Т. 1.-407 с.

48. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. -М.: Наука, 1981.-488с.

49. A.Ю. Звоницкий, В.Н. Каминский и др./ Под ред. С.П. Митрофанова. М.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986.- 294 с.

50. Организация процессов автоматизированного технологического проектирования группового производства: Методические рекомендаций. -М.: Госстандарт, ВНИИНмаш, 1981.-85 с.

51. Павлов В.В. Основы автоматизации проектирования технологических процессов. М.: МАТИ, 1975.-72 с.

52. Проектирование оптимальных технологических систем машин/ Белов

53. B.C., Васильев В.Н., Буда Я., и др.; Под общ. ред. А.И. Дащенко, Я. Буды. М.: Машиностроение, 1989.- 344 с.

54. Прохоров А.Ф., Митрофанов В.Г., Корьячев А.Н., Калинин В.В. Методика автоматизированного проектирования автоматических линий для механической обработки корпусных деталей// Вестник машиностроения. -1984. с. 49-50.

55. Пуш В.Э., Пигерт Р., Сосонкин B.JI. Автоматические станочные системы.-М.: Машиностроение, 1982.- 319 с.

56. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов/ А.Н. Доморацкий, А.А. Лескин, В.М. Пономарев и др., Под общ. ред. В.М. Пономарева. Л.: Машиностроение. Ле-нингр. отд-ние, 1986.-319 с.

57. Системы управления гибким автоматизированным производством/ А. А. Краснопрошина, В.В. Крижановский, Л.Ф. Компанец и др.: Под общ. ред. А. А. Краснопрошиной. -К : Выща школа, 1987. 383 с.

58. Скурихин В.И., Павлов А.А., Путилов, Гриша С.Н. Автоматизированные системы управления гибкими технологиями. К.: Тэхника, 1987. - 166 с.

59. Соломенцев Ю.М. Конструкторско-технологическая информатика -основа автоматизированного создания машин и технологий//Станки и инструмент. 1986. N8. -С. 5-7.

60. Соломенцев Ю.М., Прохоров А.Ф. Перспективы и проблемы развития САПР технологических систем// Вестник машиностроения, 1984.-N10. -С. 44-46.

61. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами. М.: Машиностроение, 1988.- 352 с.

62. Соломенцев Ю.М., Басин A.M., Климов С.В. Ситуативное проектирование технологических процессов в гибкой автоматизированной производственной системе// Вестник машиностроения. -1984. -N3. С 4750.

63. Технологическая подготовка гибких производственных систем/ С.П. Митрофанов, Д.Д. Куликов, О.Н. Миляев и др.: Под общ. ред. С.П. Митрофанова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.-235 с.I