автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Повышение эффективности технической подготовки производства гнутых деталей в условиях компьютеризации производства

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ГНУТЫХ ДЕТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность — 05.13.07 "Автоматизация технологических процессов

и производств" (промышленность)

Научный руководитель: к.т.н. Давыдкин A.C.

УДК 658.512:681.3.067

На правах рукописи

ШАВЫРИН Валерий Валентинович

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ГНУТЫХ ДЕТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА..... .......9

1.1. Предпосылки к автоматизированному решению задачи технической подготовки производства штамповой оснастки....9

1.2. Системы автоматизированного проектирования........................10

1.2.1. Общая характеристика существующих систем автоматизированного проектирования конструкторско-технологического назначения......................................10

1.2.2. Экспертные системы проектирования...................................12

1.2.3. Интегрированные интеллектуалвные-'(М<?"Гемы.....................16

1.2.3.1. Представление знаний в ин^р$Шнтальной среде

ИнИС............................................................................21

1.3. Системы автоматизированного проектирования технологических

процессов холодной листовой штамповки деталей, получаемых методом гибки в штампах........................................................25

1.4. Новый подход к созданию автоматизированных систем проектирования гибочных штампов......................................26

1.5. Постановка задачи к созданию системы автоматизированной поддержки действий проектировщика при проектировании гибочных штампов...........................................................27

1.6. Комплекс задач, требующих отражения при создании системы автоматизированной поддержки действий проектирорвщика при проектировании и расчете гибочных штампов.....................29

1.6.1. Формализация задачи проектирования.........................29

1.6.2. Задачи проектирования гибочных штампов в рамках системы автоматизированной поддержки действий проектировщика......................................................31

1.6.3. Применение функционально-физического анализа в проектировании гибочных штампов...............................................32

1.7. Выводы к первой главе....................................................................34

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИЙ ГНУТЫХ ДЕТАЛЕЙ НА СПОСОБЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.............................................35

2.1. Общее состояние вопроса............................................................35

2.2. Технологический анализ деталей получаемых гибкой

в штампах..................................................................................36

2.2.1. Технологичность - общие сведения..................................36

2.2.2. Технологичность конструкции изделия с точки зрения автоматизации.......................................................................38

2.2.3. Методы определения параметров технологичности гнутых деталей................................................................................39

2.3. Анализ влияния конструктивно-технологических параметров гнутых деталей на способы выполнения операций технологического процесса.................................................42

2.4. Анализ факторов, влияющих на выбор технологических процессов холодной листовой штамповки гнутых деталей.........47

2.5. Автоматизация отработки на технологичность гнутых деталей......................................................................50

2.6. Решение задачи проектирования одноугловых гибочных штампов в компьютерной среде.................................................59

2.7. Выводы ко второй главе...................................................................60

ГЛАВА 3. ФУНКЦИОНАЛЬНО-ФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

КОНСТРУКЦИЙ ГИБОЧНЫХ ШТАМПОВ.................................62

3.1. Основы функционально-физического анализа при проектировании штамповой оснастки........................................62

3.2. Функциональный анализ и синтез структуры гибочных штампов......................................................................................65

3.3. Выводы к третьей главе............................................................92

ГЛАВА 4. КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧ

ОТРАБОТКИ ГНУТЫХ ДЕТАЛЕЙ НА ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ,

РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИБОЧНЫХ

ШТАМПОВ............................................................................93

4.1. Основные вопросы, требующие отражения при компьютерной реализации отработки гнутых деталей на технологичность, расчете и проектировании гибочных штампов......................................................................93

4.2. Информационный состав системы автоматизированной поддержки инженерных решений..............................................95

4.3. Состав системы автоматизированной поддержки инженерных решений САПИР/ГШ.......................................................99

4.4. Особенности проектирования и расчета гибочных штампов в конструкторской поддсистеме САПИР/ГШ...........................107

4.5. Выводы к четвертой главе............................................................111

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ...................................113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРА..............................114

ПРИЛОЖЕНИЕ..................................... ................................................125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Основа автоматизации проектирования — это моделирование деятельности инженера. При традиционном проектировании инженеру приходится анализировать большое количество информации и находить наиболее лучшее решение на основе своих знаний и опыта, а это требует зна- ' чительных затрат времени. Здесь-то и выявляются преимущества ЭВМ, заключающиеся в ее способности перерабатывать огромную массу количественной информации. Задачей же инженера при работе с ЭВМ остается выбор наиболее правильных решений на основе своих знаний и опыта.

Изготовление новых видов продукции в любых отраслях промышленности связано с различными этапами технической подготовки производства (ТПП). Как известно, в цикле технической подготовки производства важное место занимает один из ее этапов — процесс проектирования и изготовления технологической оснастки, отличающийся значительной трудоемкостью и требующий участия большого числа специалистов по оснастке — конструкторов, технологов и инженеров — производственников. При проектировании штамповой оснастки конструктор в своей повседневной работе использует стандарты и руководящие материалы как опору для проектирования, а само проектирование осуществляет на основе своих личных (субъективных) знаний и опыта. Такое положение объясняется недостаточной глубиной проработки существующих методов анализа конструкций штампов, процесса их проектирования и изготовления, что не

i

дает возможности своевременно создавать и корректировать стандарты предприятия, методические рекомендации и другие руководящие материалы по проектированию штампов, пригодные для использования в повседневной практике конструкторов.

В современном машиностроении удельный вес деталей, получаемых листовой штамповкой колеблется от 30 до 95% [13]. Из этого числа значительная доля, около 30-40% [12,13], приходится на детали, получаемые методом гибки. Однако отсутствие стандартов на проектирование гибочных штампов, недостаточность рекомендаций в технической литературе по выбору конструктивного построения штампов данного вида, затрудняет их проектирование. Это приводит к удлинению цикла технической подготовки производства, а, следовательно, и к снижению конкурентоспособно- , сти предприятия. С развитием вычислительной техники (ВТ) и появлением интеллектуальных систем проектирования появилась возможность для создания и эксплуатации пользовательских программных приложений поддержки решений слабоформализованных задач. К таким задачам можно отнести и проектирование гибочных штампов. Вследствие этого, проблема автоматизации проектирования гибочных штампов, с целью сокращения времени проектирования и повышения качества проектов, становится весьма актуальной.

Цель работы 1

Целью диссертационной работы является сокращение сроков и повышение качества технической подготовки производства гнутых деталей путем компьютерной поддержки действий проектировщика при отработке деталей на технологичность, расчёте и проектировании гибочных штампов.

Для решения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать действия конструктора при ручном проектировании гибочных штампов, для определения тех видов его деятельности, которые можно автоматизировать;

• проанализировать конструкции гибочных штампов, применяемые в производстве, с целью выявления наиболее используемых конструктивных схем и типовых конструкций штампов;

• провести функционально-физический анализ выбранных конструкций гибочных штампов с целью выявления и формализации связей между его элементами;

• разработать алгоритм отработки гнутых деталей на технологичность (на примере одноугловой гибки) в компьютерной среде;

• разработать методику проектирования гибочных штампов в : компьютерной среде;

• осуществить компьютерную реализацию задач отработки гнутых деталей на технологичность и проектирования гибочных штампов.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

1) в выявлении и формализации связей между элементами гибочного штампа, на основе функционально-физического анализа с возможностью их использования при компьютерной реализации;

2) в формализации процесса отработки гнутых деталей на технологичность в компьютерной среде; 1

3) в разработке методики проектирования гибочных штампов в компьютерной среде;

4) в формализации процесса проектирования гибочных штампов в компьютерной среде.

Автор благодарен коллективу СКИБ в содействии выполнения данной работы. Контакты автора с В.И. Пичугиным оказали значительное влияние на решение технологических вопросов рассматриваемых в данной работе. Материалы, предоставленные Давыдкиным A.C. и его рекоменда- '

ции, в значительной мере способствовали решению задачи конструктивно-функционального взаимодействия между элементами гибочного штампа.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ГНУТЫХ ДЕТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Предпосылки к автоматизированному решению задачи

технической подготовки производства штамповой оснастки

Освоению производства любой штамповой оснастки предшествует очень сложный и трудоемкий процесс технической подготовки производства. В современных условиях выживания отечественной промышленности вопрос о необходимости максимального сокращения длительности цикла и трудоемкости подготовки производства особенно важен. Одним . из основных методов решения этой задачи в современных условиях, является комплексная автоматизация труда конструкторов и технологов на основе средств вычислительной техники.

Автоматизация технической подготовки производства обеспечивает сокращение сроков подготовки технической документации, снижение себестоимости проектных работ и повышение качества проектов. Она позволяет также рационализировать труд инженерно-технических работников. В разрабатываемых системах автоматизированного проектирования (САПР) предполагается решение на ЭВМ задач технологического проек- 1 тирования, выполнения комплекса инженерных и технико-экономических расчетов, подготовки информации и планирования ТПП изделий.

Работы по автоматизации проектирования ведутся в нашей стране и за рубежом уже более 30 лет [24,25,45,59,99]. За это время получены теоретические основы построения, создания и применения САПР. Накоплен практический опыт их разработки, внедрения и эксплуатации. Разработка автоматизированных систем базируется на ряде технологических и конструкторских параметров обрабатываемых деталей (сложности контура де-

талей, свойств материала, типе используемой оснастки, раскрое штампуемого материала и т.д.), которые при ручном проектировании не всегда достаточно полно учитываются. Автоматизированное проектирование учитывает технические требования к штампуемой детали и экономические факторы, определяющие выбор того или иного варианта изготовления деталей. В методическом плане эти разработки опираются на достижения науки в области создания САПР, формализации вопросов принятия проектных решений, моделирования процессов проектирования, на разработки по языкам описания машиностроительных объектов, машинной графике, организации диалога человека с ЭВМ.

1.2. Системы автоматизированного проектирования ;

1.2.1. Общая характеристика существующих систем автоматизированного проектирования конструкторско-технологического назначения

В настоящее время существует достаточно широкий спектр систем, работающих в направлении автоматизированного проектирования. В первую очередь — это системы CAD и САМ.

CAD-системы предназначены для автоматизации конструкторских работ. С помощью CAM-систем готовят управляющие программы для 1 станков с ЧПУ. Интегрированные CAD/CAM-ситемы объединяют в себе как конструкторские, так и технологические функции. В конце 80-х начале 90-х годов CAD-системы четко разделялись на два основных класса: "легкие" и "тяжелые". В основе "легких" систем лежит плоское 2D моделирование, базирующееся под системой MS-DOS. К "легким" зарубежным CAD/CAM-системам разработки конструкторско-технологической документации относятся AutoCAD, Dragon, MasterCAM, KAT-RAN, CAD-KEY.

Это мощные системы, требующие значительных аппаратных средств при стоимости в несколько тысяч долларов [45,55,100]. К отечественным разработкам "легких" CAD/CAM-системам относятся такие как: КОМПАС, АДЕМ, T-FLEX CAD-2D, ГеММА-ЗБ (версия DOS) и другие [7,8,55]. Данные системы созданы с учетом требований отечественных стандартов, 1 а стоимость их на порядок ниже зарубежных, причем качество получаемых проектов не уступает по качеству проектам, полученным с использованием зарубежных CAD/CAM-систем данного уровня.

Класс "тяжелых" CAD/CAM-систем базируется на рабочих станциях под операционной системой UNIX. К ним относятся: С ATI A, Pro/ENGINEER, С ADDS 4Х, EUCLID, EDS UNI GRAPHICS и т.д. Все они обладают прекрасными возможностями и множеством функций, способными удовлетворить любое требование конструкторско-технологического проекта-

i

рования, но с другой стороны стоят несколько десятков тысяч долларов [27,46,55,71,73].

Разделение на классы "легких" и "тяжелых" систем было закономерно, т.к. мощность и ограниченные возможности компьютера не позволяли создать набор функций для серьезной профессиональной работы. Технический прорыв, совершенный за счет новейших достижений в информационных технологиях, начался с появлением операционных систем Windows 95/NT, которые реально сформировали на обычном компьютере многозадачную и многопользовательскую среду. Это привело к созданию CAD-систем "среднего" класса [73]. К ним можно отнести зарубежные системы: Solid Works, AMD, Eureka и т.д. К отечественным системам "среднего" класса относятся T-FLEX CAD-3D, reMMa-3D (версия Windows) и др.

Рассматривая современные CAD/CAM-системы можно сделать вывод, что за последние двадцать пять лет развития проработано огромное

количество задач, решение которых так или иначе было связано с автоматизацией. При этом каждая из задач решалась отдельным программным продуктом, который в общем случае не совместим ни с каким другим. Встает серьезная проблема обмена данными между отдельными программными модулями при решении комплексной задачи. Таким образом возрастает потребность в создании единой среды с поддержкой сквозного ' проектирования, базирующейся на идеологии плоского моделирования, т.е. на идеологии "легких" или "средних" САБ/САМ-систем.

1.2.2; Экспертные системы проектирования

Экспертная система — это вычислительная система, оперирующая знаниями специалистов в определенной предметной области и способная принимать решения на уровне этих специалистов [68,80,102,104].

В большинстве работ, посвященных экспертным системам, говорится, что основу их архитектуры составляет запас знаний о конкретной проблемной области. При этом знания понимаются как совокупность правил, определяющих характер обработки данных, и в результате применения которых может продуцироваться новая совокупность данных. Характерными понятиями для экспертных систем являются такие, как "данные" и "знания".

"Данные" в экспертных системах — это с наперед заданной точностью закодированные образы реального мира, имеющие количественную меру. Наличие количественной меры говорит о возможности сопоставления объектов.

"Знания" — это отношения между измеримыми объектами реального мира. Наиболее распространенными формами представления знаний являются логические, семантические и продукционные модели.

По мнению, изложенному в источнике [68], систему можно назвать экспертной если:

• принимаемые с ее помощью решения соответствуют уровню эксперта-профессионала,

• способы принятия решений в любой момент жизни системы воспроизводятся в форме, понятной как эксперту, так и пользователю,

• система обладает возмо