автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса монтажа крышек с использованием резьбовых деталей путём разработки оптимального компоновочного решения гибкой автоматической позиции

Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса теории и практики проектирования компоновочного решения гибких автоматических позиций для монтажа крышек с использованием резьбовых деталей. Цель и задачи исследования

1.1. Особенности структурно-компоновочных схем автоматического сборочного оборудования

1.2. Анализ структуры операции монтажа крышек и средства её автоматизации

1.3. Структура временных связей процесса монтажа крышек

1.4. Особенности переналадки автоматического сборочного оборудования

1.5. Методологические подходы к построению сборочных систем для монтажа крышек

1.6. Цель и задачи исследования

Глава 2. Кинематическая структура процесса монтажа крышек

2.1. Представление процессов монтажа и переналадки

2.2. Анализ технологичности соединяемых компонентов

2.3. Выявление основных и вспомогательных переходов процесса монтажа крышек, а также параметров сборочных движений

2.4. Методика выявления кинематической структуры сборочных переходов процесса монтажа

2.4.1. Определение центра главной системы координат (ГСК) сборочной позиции

2.4.2. Характер движения и вид его траектории

2.4.3. Направление движения

2.4.4. Выбор элемента, реализующего сборочный переход

2.4.5. Параметры движения соединяемых компонентов по траектории

2.4.6. Определение исходной точки сборочного перехода

2.5. Выводы

Глава 3. Разработка оптимального варианта временной структуры сборочных переходов

3.1. Установление временных связей между движениями, необходимыми для реализации процесса функционирования

3.2. Выявление оптимального варианта временной структуры сборочных переходов

3.3. Выводы

Глава 4. Разработка рациональной структуры процесса переналадки сборочной позиции

4.1. Выявление факторов, вызывающих необходимость переналадки сборочной позиции

4.2. Разработка кинематической структуры процесса переналадки

4.3. Выявление рациональной временной структуры процесса переналадки

4.4. Выводы

Глава 5. Разработка оптимального компоновочного решения гибкой автоматической позиции для монтажа крышек с использованием резьбовых деталей на основе оптимальной структуры функционирования сборочной 124 позиции

5.1. Разработка оптимальной структуры функционирования позиции монтажа крышек

5.2. Пространственный синтез компоновочного решения позиции монтажа

5.2.1. Формирование пространственных связей позиции монтажа

5.2.2. Разбиение рабочей зоны позиции монтажа на сектора

5.2.3. Положение секторов на позиции монтажа между собой

5.2.4. Взаимное положение элементов внутри сектора

5.3. Применение методики разработки оптимального компоновочного решения гибкой автоматической позиции для монтажа крышек с использованием резьбовых деталей

5.4. Выводы 160 Основные выводы и результаты 168 Список литературы 169 Приложения

Автоматизация производства позволяет повысить производительность и снизить себестоимости изготовления продукции, а также определяет уровень развития и конкурентоспособность машиностроительного производства.

В современном промышленном производстве отмечается низкий уровень автоматизации сборочных работ при значительной доле трудоёмкости сборочных операций в изготовлении изделий, который приводит к росту себестоимости продукции и снижению его качества [22, 25, 29, 90]. Автоматизация мелко- и среднесерийного сборочного производства представляет значительную трудность, одна из причин которой заключается в сложности проблемы создания автоматических сборочных систем, обладающих высокой гибкостью как в отношении объектов производства, так и в отношении содержания сборочных операций и применяемых сборочных устройств. Поэтому повышение производительности труда в сборочных процессах, повышение их эффективности требует создания бысгропереналаживаемых автоматических систем.

Одним из основных этапов проектирования таких систем является разработка их оптимального компоновочного решения. Эффективность его разработки характеризует оптимальную эксплуатацию системы, что сказывается на затратах при изготовлении продукции. Поэтому необходимо устанавливать все взаимосвязи, возникающие как между отдельными элементами системы, так и между протекающими в ней процессами.

Анализ изделий машиностроения показывает, что монтаж крышек с использованием резьбовых деталей является одним из превалирующих процессов и характеризует конструкцию многих видов изделий, таких как, коробки скоростей, редуктора, электродвигатели, гидравлические насосы и т.д. Это связано с широким использованием вращающихся элементов, требующих применения подшипниковых узлов, для которых характерны различные виды крышек. При этом трудоёмкость установки резьбовых компонентов, обеспечивающих закрепление крышек, ввиду своих конструктивных особенностей, составляет 30-35% общей трудоёмкости изделий. В связи с этим автоматизация процесса монтажа крышек позволяет повысить его производительность, а также стабильность качества собираемой продукции.

Научная новизна работы:

• Определено влияние структур переходов процесса монтажа на состав элементов позиции, а также на положения центров их исполнительных систем координат;

• Установлена связь между структурами переходов процесса монтажа крышек и переналадки позиции, что позволило выявить последовательность разработки оптимальной структуры функционирования позиции монтажа крышек;

• Разработана математическая модель компоновок сборочной позиции на основе оптимальной структуры её функционирования;

• Предложена методика разработки оптимального компоновочного решения позиции монтажа крышек, основанная на разработке оптимальной структуры её 5 функционирования с проведением пространственного синтеза компоновочного решения.

На защиту выносится:

• методика проектирования оптимального компоновочного решения гибкой автоматической сборочной позиции для монтажа крышек с использованием резьбовых деталей;

• алгоритм разработки оптимальных структур сборочных переходов процесса монтажа крышек;

• последовательность разработки рациональных структур переналадки позиции монтажа крышек;

• последовательность разработки временных структур переналадки элементов позиции;

• алгоритм разработки оптимальной структуры функционирования позиции монтажа крышек;

• математическая модель построения компоновок сборочной позиции.

Основные выводы и результаты

1. Предложена методика проектирования оптимального компоновочного решения гибкой автоматической сборочной позиции для монтажа крышек с использованием резьбовых деталей, в основу которой положены установленные зависимости между структурами процесса монтажа крышек и переналадки позиции, позволяющая сократить время на проектирование и повысить эффективность её эксплуатации;

2. При выборе технологических баз на последних операциях механической обработки соединяемых компонентов следует учитывать вариант их базирования на спутниках в процессе сборки, что сокращает вспомогательное время, связанное с их складированием, ориентацией и установкой на позиции сборки;

3. Выявлен алгоритм разработки оптимальных структур сборочных переходов процесса монтажа крышек, на основе установленных связей между параметрами движений и элементов, реализующих эти движения, который позволяет определить оптимальный состав элементов, а также положения центров их исполнительных систем координат;

4. На основе факторов, вызывающих необходимость переналадки элементов позиции и с учётом изменения габаритных размеров элементов, выявлена последовательность разработки рациональных структур переналадки позиции монтажа крышек, устанавливающая положение центров базирующих систем координат элементов;

5. Установлена последовательность разработки временных структур переналадки элементов позиции, учитывающая степень значимости переналадочных работ, их количество, а также число переходов, реализуемых каждым элементом, на базе которой возможно определить суммарную трудоёмкость переналадки позиции для всей номенклатуры изделий;

6. На основе связей между структурами процесса монтажа и переналадки выявлен алгоритм разработки оптимальной структуры функционирования позиции монтажа крышек, являющийся основой пространственного синтеза компоновочных решений позиции;

7. Разработана математическая модель построения компоновок сборочной позиции, позволяющая определять взаимное положение элементов, а также их положения относительно главной системы координат позиции;

8. Применительно к выпускаемым ОАО «ММЗ «ЗНАМЯ» шестеренным насосам, на основе разработанной методики, спроектирован оптимальный вариант компоновочного решения гибкой автоматической позиции для монтажа двух крышек, с использованием резьбовых деталей типа «болт», обеспечивающий по сравнению с ручным выполнением повышение эффективности процесса монтажа на 30%, с сокращением трудоёмкости проектирования позиции.

1. Автоматизация процессов машиностроения / Буда Я., Гановски B.C., Вихман B.C. и др. Под ред. А.И. Дащенко. М. Высш. шк. 1991. - 480 с.

2. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении / Ю.М. Соломенцев, М.Г. Митрофанов, А.Ф. Прохоров и др. М. Машиностроение, 1986. -255 с.

3. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЭС / В.Н. Фролов, Н.П. Меткин и др. М. Высш. шк., 1991. - 463 с.

4. Автоматические линии в машиностроении: Справочник. Т. 1, 2, 3 / Под общ. ред. А.И. Дащенко. М.: Машиностроение, 1984. -312 с.

5. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов, И.М. Рыбкин, В.А. Тимирязев, М.: Машиностроение, 1980, 535 с.

6. Артоболевский П.П., Ильинский Д.А. Основы синтеза систем автоматического действия. М.: Наука, 1983. - 280 с.

7. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. ГОСТ 21495 76, М., Госстандарт, 1982.

8. Базров Б.М. Совершенствование машиностроительного производства на основе модульной технологии // Станки и инструмент, 1985. №10. - с. 22-25.

9. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969. -358 с.

10. Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем. -М.: Радио и связь, 1985. 220 с.

11. Башта Т.М. Объёмные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1974. - 606 с.

12. Беллман Р. Введение в теорию матриц. М.: Наука, 1969, 367 с.

13. Бельчиков М.З. Математическое моделирование и оптимизация производительности сборочного центра: Дис. канд. техн. наук. JL, 1991. - 184 с.

14. Ботез И.Г. и др. Механизация и автоматизация сборочных работ / И.Г. Ботез, В.К. Замятин, В.М. Попа. Кишинёв: Картя Молдовеняскэ, 1987. - 213 с.

15. Ботез И.Г., Чупина J1.A. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. Кишинёв: Университас, 1991. - 244 с.

16. Бусленко Н.М. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1968.

17. Вайнберг М.А., Лебедовский М.С. Оценка степени подготовленности изделий к автоматизированной сборке машин. М.: Машиностроение, 1976. - 254 с.

18. Владзиевский А.П. Автоматические линии в машиностроении. М.: Машгиз, 1958.

19. Волчкевич Л.И., Ковалёв М.П., Кузнецов М.М. Комплексная автоматизация производства. М.: Машиностроение, 1983. -269 с.

20. Воробьёв Е.И. и др. Промышленные роботы агрегатно-модульного типа / Е.И. Воробьёв, Ю.Г. Козырев, В.И. Царенко; Под общ. ред. Е.П. Попова. М.: Машиностроение, 1988. - 240 е.: ил.

21. Вороненко В.П., Серов A.A. Компоновочные решения автоматического оборудования для сборки резьбовых соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении. -2000, №6, с. 37-41.

22. Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков: (Основы компонетики). -М.: Машиностроение, 1978. -206 с.

23. Гавриш А.П., Ямпольский JI.C. Гибкие робототехнические системы. К.: Выща. шк. Головное издательство, 1989. - 407 с.

24. Гантмахер Г.К. Теория матриц. М.: Наука, 1967, 525 с.

25. Герасимов А.Г. Технологические основы построения систем на сборочных позициях в автоматизированном производстве: Дис. д-ра техн. наук. JI., 1988. - 415 с.

26. Гибкие производственные комплексы / Под ред. П.Н. Белянина. М.: Машиностроение, 1984. -384 с.

27. Гибкие сборочные системы / Под ред. У.Б. Хегинботама; Пер. с англ. Д.Ф. Миронова; Под ред. A.M. Покровского. М.: Машиностроение, 1988. - 400 с.

28. ГПС сборки / П.И. Алексеев, А.Г. Герасимов, Э.П. Давыденко и др.; Под ред. А.И. Федотова. Л.: Машиностроение, 1989. - 25 е.: ил.

29. Гибкое автоматизированное производство / Под ред. С.А. Майорова. М.: Машиностроение, 1985. - 456 с.

30. Гибкое автоматизированное производство. Зарубежный опыт. Вып.7. Автоматизация сборки. ВНИИТЭМР. Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. Серия 6, 1986. с. 7-9.

31. Гусев A.A. Адаптивные устройства сборочных машин. М.: Машиностроение, 1979, -208 е., ил.

32. Гусев A.A., Гусева И.А. Выбор вида и организационной формы технологического процесса сборки изделий II Автоматизация и современные технологии, 1997, №8, с. 11-21.

33. Дащенко А.И., Белоусов А.П. Проектирование автоматических линий. М. Высш. шк., 1983.-328 с.

34. Диалоговое проектирование технологических процессов / Н.М. Капустин, В.В. Павлов, Л.А. Козлов и др. М.: Машиностроение, 1983. - 255 с.

35. Дьяченко В.А., Тимофеев А.Н. Некоторые вопросы проектирования РТК. Учебное пособие. Л.: ЛПИ, 1981. - 65 с.

36. Жданович В.Ф., Гай Л.Б. Комплексная механизация и автоматизация в механических цехах. М.: Машиностроение, 1976. 288 с.

37. Жуков К.П., Гуревич Е.Ю. Проектирование деталей и узлов машин. М.: изд-во «Станкин», 1999. - 615 с.

38. Замятин В.К. Технология и оснащение сборочного производства машиноприборостроения: Справочник М.: Машиностроение, 1995. - 608 е.: ил.

39. Итоги науки и техники. Технология и оборудование механосборочного производства, Т.5 / С.И. Мишкинд, A.B. Фомин. -М.:ВИНИТИ, 1982.

40. Камышный H.A. Автоматическая загрузка станков. М.: Машиностроение, 1977, 288 с.

41. Капустин Н.М., Павлов В.В., Козлов Л.А. и др. Диалоговое проектирование технологических процессов. М.: Машиностроение, 1983. - 255 с.

42. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. -392 е.: ил.

43. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. -М.: Машиностроение, 1997. 592 е.: ил.

44. Королёв A.B., Болкунов В.В. Совершенствование методов проектирования технологических процессов в гибком автоматизированном производстве. -М.:ВНИИТЭМР. Вып.1. 1989. - 60 с.

45. Корсаков B.C. Автоматизация производственных процессов. Учебник для вузов. М., «Высш. школа», 1978.

46. Корсаков B.C., Алексеев A.B., Попов М.Л. Выбор структуры гибкой сборочной системы с промышленными роботами // Механизация и автоматизация производства. 1985. -№8.-с. 31-34.

47. Корсаков B.C. и др. Сборка и монтаж изделий машиностроения: Справочник. В 2-х томах, т.1 / П.П. Алексеенко, М.Л. Гельфанд, Б.Г. Гольдштейн. М.: Машиностроение, 1983.

48. Косилов В.В. Технологические основы проектирования автоматического сборочного оборудования. М.: Машиностроение, 1976. -248 с.

49. Кузнецов М.М. и др. Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учеб. Пособие для вузов / М.М. Кузнецов, Б.А. Усов, B.C. Стародубов. М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

50. Кузьмиченко В.М. Методы и средства создания агрегатно-модульной системы роботизированного сборочного оборудования в приборо и машиностроении: Дис. д-ра техн. наук. Саратов, 1999. - 425 с.

51. Лебедовский М.С., Вейц В.Л., Федотов А.И. Научные основы автоматической сборки. -Л.: Машиностроение, 1985. -316 с.

52. Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ. Л., Лениздат, 1970, 445 с.

53. Лехмус М.Ю. Автоматизированный синтез компоновок металлорежущих станков: Дис. канд. техн. наук. М., 1992. - 120 с.

54. Марков Ю.Г. Функциональный подход в современном научном познании. -Новосибирск: Наука, 1982. 258 с.

55. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. Технология сборки в машиностроении. Т. III-5 / A.A. Гусев, В.В. Павлов, А.Г. Андреев и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева, 2001. 640 е., ил.

56. Мельников Г.Н., Вороненко В.П. Проектирование механосборочных цехов; Учебник для студентов машиностроит. Специальностей вузов / Под ред. A.M. Дальского. М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.

57. Металлорежущие станки и автоматы: Учебник для машиностроительных втузов / Под ред. A.C. Проникова. М.: машиностроение, 1981. -479 с.

58. Меткин Н.П., Лапин М.С., Клеймёнов С.А., Критский В.М. Гибкие производственные системы. -М.: Издательство стандартов, 1989. -310 с.

59. Меткин Н.П., Щёголев В.А. Математические основы технологических процессов гибкого автоматизированного производства. М.: Издательство стандартов, 1985. -256 с.

60. Модели и методы проектирования производств в машиностроении / Карпов А.И. и др. М.: ВНИИТЭМР, 1985.-42 с.

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

62. Муценек К.Я. Автоматическая сборка изделий. Рига, изд-во АН Латвийской ССР, 1964, 161 с.

63. Муценек К.Я. Оценка технологичности конструкций сборочных единиц для условий сборки на роторном оборудовании и РТК. В кн. «Технология сборочных работ, средства механизации и автоматизации», М., 1989.

64. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1980. - 592 с.

65. Павлов В.В. Пространственная взаимосвязь элементов изделия в процессе сборки // Научные основы автоматизации сборки машин / Под ред. М.П. Новикова. М.: Машиностроение, 1976.-е. 54-62.

66. Перспективы фирмы BOSCH, Flexible Automation. FMS-DAS Flexible Montage System, 1987.

67. Перспективные средства роботизации производства// Робототехника. ЭИ, 1986. №25. -с. 9-12.

68. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1988. -386 с.

69. Полуянов В.Г. Системно-структурный подход как средство повышения эффективности технологии сборочных работ // Сб. Комплексная механизация и автоматизация сборочных и монтажных работ. JL: ЛДНТР, 1978. - с. 15-21.

70. Проектирование технологии: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / И.М. Баранчукова, A.A. Гусев, Ю.Б. Крамаренко и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1990.-416 с.

71. Промышленная робототехника / JI.C. Ямпольский, В.А. Яхимович, Е.Г. Вайсман и др. -К.: Техника, 1984.-264 с.

72. Рапопорт Г.Н., Солин Ю.В. Применение промышленных роботов. М.: машиностроение, 1985. -272 с.

73. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9-ти кн. Кн.1. / И.М. Марков. Системные принципы создания гибких автоматизированных производств: Учебное пособие для втузов. М.: Высш. шк., 1986. - 175 с.

74. Саркисян С.А. и др. Экономическое прогнозирование развития больших технических систем. -М.: Машиностроение, 1977. 318 с.

75. Серов A.A. Повышение эффективности гибких автоматических позиций для монтажа крышек с использованием резьбовых деталей II Сборка в машиностроении, приборостроении. -2003, №6, с. 10-12.

76. Серов A.B. Управление эффективностью и качеством работы машин в условиях эксплуатации. М.: Издательство стандартов, 1979. 148 с.

77. Серов A.B., Миляков В.В., Назаренко A.C. Техническая эксплуатация лесозаготовительного оборудования. Учебник для вузов. - М.: Лесн. Пром-сть, 1987. -272 с.

78. Силантьева С.М. Выбор структуры технологической системы для автоматизированной сборки винтовых соединительных деталей: Дис. канд. техн. наук. М., 1999. - 304 с.

79. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов / Под ред. Пономарёва В.М. Л., 1986.- 318 с.

80. Советский энциклопедический словарь. М.: «Советская энциклопедия», 1979. -1600 с.

81. Состояние и развитие гибких производственных систем: Труды III Международного совещания по гибким производственным системам, г. София, 1986. М.: ВИНИТИ, 1987.-389 с.

82. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Корн Г., Корн Т. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984.

83. Справочник по промышленной робототехнике: В 2-х кн. / Ш. Нофа; Пер. с англ. Д.Ф. Миронова и др. М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.

84. Сысоев В.В. Автоматизация проектирования линий и комплектов оборудования полупроводникового и микроэлектронного производства. М.: Радио и связь, 1982. -120 с.

85. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М.: Наука, 1967, 479 с.

86. Технологические основы агрегатирования сборочного оборудования: А.И. Дащенко, Ю.М. Золотаревский, И.И. Ламин и др. М.: Машиностроение, 1991. - 272 е.: ил. -(Основы проектирования машин).

87. Технологические основы оптимизации сборочных процессов в приборостроении / В.М. Митин, Б.М. Сошников, И.И. Шрайбман //М.: Машиностроение, 1979. 128 с.

88. Тимирязев В.А. Повышение эффективности гибких технологических систем путём комплексного управления размерными связями: Дис. д-ра техн. наук. М., 1994. -359 с.

89. Федотёнок A.A. Кинематические связи в металлорежущих станках. М.: Машгиз, 1960.-299 с.

90. Хартли Дж. ГПС в действии. -М.: Машиностроение, 1987. с.326.

91. Храбров A.C. Совершенствование процессов автоматизации сборочных работ. Л.: Машиностроение, 1983. - 255 с.

92. Чарнко Д.В. Основы выбора структуры технологических операций и компоновок оборудования (мех. обработка): Дис. д-ра техн. наук. М., 1964. - 291 с.

93. Черпаков Б.И., Давыгора В.Н. ГПС для сборочных работ / Под ред. Б.И. Черпакова. -М.: Высш. шк., 1989. 110 с.

94. Яхимович В.А. и др. Автоматизация сборки резьбовых соединений / В.А. Яхимович, В.Е. Головащенко, И.Я. Кулинич; Под общ. ред. В.А. Яхимовича. Львов: Вища школа, 1982. - 158 с.

95. Nowak Н. Rationalisierung der Reihenfolgebestimmung der Bauelemente // Fertigungstechnik und Betrieb. 1974. - No.5. - S. 263-266.

96. Scharf P. Strukturen flexiblex Fertigungssysteme. Gestaltung und Bewertung. Mainz, 1976, 144 p.

97. Schraft R.D., Weiss K. Angebotslücken und Entwicklungstendenzen in der Handhabungstechnik, Proc. Int. MHI Congress, Hanover, April 1983.

98. Warnecke H. I. Industrial Robots: application, experience. Mainz, London: Krauskopf -Verlag, 1982.-532 p.

99. Warnecke H. I., Springler I. Industrieroboter Ein Mittel zur flexiblen Automatisirrung. Proc. Int. Conf. Die Industrieroboter, Linz, September 1982.

100. Witte K.W. Flexibel automatisierte Montage Notwendigkeit, Voraussetzungen, Lösungen Ind. Anz. 104(1982) 11, S. 81-85.175