автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Проектирование процессов и систем механообработки на основе разрешения неопределенности технологической информации

Тульский государственный университет

Л _ На правах рукописи

0«

' И 1СЗЗ

УДК 621.9:658.512.4:681.3

ИНОЗЕМЦЕВ Александр Николаевич

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ МЕХАНООБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ РАЗРЕШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Специальности: 05.02.08 - Технология машиностроения;

05.03.01 - Процессы механической и физико-

технической обработки, станки н инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула - 1998

Работа выполнена в Тульском государственном университете.

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Васин С.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гречишников В. А.

доктор технических наук, профессор Клусов И.А.

доктор технических наук, профессор Степанов Ю.С.

Ведущая организация ОАО "Тяжпромарматура" (г. Алексин)

Защита состоится " ^" декабря 1998 г. в М на заседании диссертационного совета Д063.47.03 в Тульском Государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТулГУ. Автореферат разослан" Iь ноября 1998 г.

Ученый секретарь ______о

лисссртациощюго совеча —" А.Ь.Орлов

Актуальность работы обусловлена возрастанием роли и сложно сги, расширением многообразия чалач технологического проектирования в современном машиностроении.

Одна из важнейших проблем в этой области - недостаточный уровень познания основных свойств технологической информации и информационных связей в производственной процессе изготовления машины. Изучение природы, состава, содержания технологической информации и информационных связей в производственном процессе представляет одно из основных направлений в современной технологии машиностроения. Сформировавшиеся к настоящему времени предсгав-"лення о семантических свойствах информации позволяют сделать вывод о том. что основным ее свойством является неопределенность." Развитие большинства современных наук связано с анализом свойств неопределенности и разработкой методов се разрешения.

Интуитивное понимание неопределенности и связанного с ней риска известны любому участнику производственного процесса. Неопределенность заставляет люде» принимать решения "наугад, то есть идти на риск и, следовательно, заведомо закладывать в спои.действия возможность совершения ошибок (неблагоприятных исходов). Изучение неопределенности может увеличить знания о предмете пли явлении, с которыми эта неопределенность связана. Неопределенность пор< хлпег несоответствие между тем, чего люди ожидают, и тем. что дейстшиель-но происходит. Количественным выражением этого несоответствия н является прибыль (или убыток).

Технологическое проектирование является неотъемлемой частью производственной деятельности человека. Разработка технологических проектных решений, предусматривающих целенаправленное разрешение неопределенностей п производственном процессе, обеспечивает снижение неопределенности а положении предприятия, повышает его конкурентоспособность н привлекательность для инвестиции.

Таким образом, совершенствование методов идентификации и разрешения неопределенности в задачах технодо!'.ческою проектирования следует рассматривать как одни из важнейших (¡¡акторов, опред > ляюших эффективность производственного процесса изготовления .машины. С одной стороны, изучение неопределенноеIи технологической информации и меюдов ее рарешения ил основе общенаучных пр.пшн нов позволяет повысить уровень фундаментальных исследований в области технологии машиностроения, С другой стороны, исследование неопределенности технологической информации, имеет важное знале пне с шчкн зрения производственного процесса изготовления машины так как только конкрешопь технологической информации орсспс пишет создание.конкретных связей свойст мак'рналоа и рат'рит с"-пем в машине, согласованность денсIвнй всех учаепшкон прон н<члс [и-.-нно ■ го процесса.

Поэтому разработка методов технологического проектирования на основе общенаучных принципов разрешения неопределенности технологической информации является научной проблемой, имеющей важное значение для развития отечественного машиностроения.

Цель работы состоит в снижении себестоимости, повышении производительности и качества обработки деталей в технологических системах механообработки за счет рационального использования'временных и материальных технологических ресурсов в процессе производственной реализации технологических проектных решений, разрабатываемых на основе общенаучных принципов разрешения неопределенности технологической информации.

*й Методика исследований. При выполнении работы использовались научные основы технологии машиностроения, теории надежности, резания, системного анализа, информации, вероятностей, экономического риска, математической статистики, реляционной алгебры и реляционного исчисления, методы статистического моделирования, эксплуатационные исследования технологических систем в действующем машиностроительном производстве, систематическое изучение ежедневной профессиональной практики технологов, статистические данные о размерной применяемости исходных материалов.

Научная новизна. В работе решена проблема проектирования процессов и систем механообработки на основе общих принципов разрешения неопределенности технологической информации, предусматривающих идентификацию вида и степени неопределенности в задачах технологического проектирования, выбор адекватных методов и моделей решения технологических задач и эффективное многоаспектное и многоуровневое использование получаемых проектных решений.

На этой основе получены и выносятся на защиту следующие научные результаты.

« результаты концептуального исследования системы неопределенностей в задачах технологического проектирования, устанавливающие в качестве важнейших стохастическую, эпистемологическую (основанную на субъективности суждений и оценок) и лингвистическую неопределенности;

® структурное разрешение лингвистической неопределенности исходных данных для технологического проектирования, основных проектных' операций, процедур и решении на основе реляционного представления технологической информации и информационных связей в производственном процессе, обеспечивающее построение интегрированной модели технологического проекта изготовления машины;

« экспертно-аналитнческн.: методы разрешения эпистемологической неопределенности при решении комплексных технологических задач. npíVtycMd гришпошне 11 рук1у|мк>-ф> цщяо!юлы!ыи анализ систем обсс (u-v;'ii(ui njvnniio;:cu>--iit!.>iо iij\'j¡;.';.va 'слн.ло! нческимп ресурсами, t,u-

явление межаепектных противоречий и их разрешение на основе получения количественных оценок и сопоставления степени полезности технологических проектных решений, с решениями, относящимися к другим аспектам производственного процесса изготовления машины; а методы разрешения стохастической неопределенности в системе инструментального обеспечения производственного процесса на основе использования вероятностной меры риска, обеспечивающие опенку ресурсов режущих, инструментов, необходимых для обеспечения требуемой меры риска, оптимизацию режимов резания исходя из установленного значения вероятностной меры рис!<а при выполнении производственного задания, стабилизацию параметров режима обработки на основе стохастического рекурсивного самообучения технологической системы с целью достижения требуемого ресурса работоспособности режущих инструментов и оптимизацию параметров планово-предупредительного восстановления режущих инструментов;

«•' методы анализа и оптимизации детерминированных временных связей в многостаночных технологических системах, обеспечивающие установление зависимости эффективности обслулшвания от количественных характеристик системы, структурно-компоновочных решений и дисциплины обслуживания и исключение потерь временных ресурсов технологической системы на ожидание обслуживания;

«методы анализа и результаты исследования стохастической компоненты временных связей в технологической системе,"обеспечивающие установление зависимости экономической меры риска от напряженности производственного задания и оптимизацию временных связей па этой основе:

® методы анализа а результаты исследования зависимости гарантированного с заданной вероятностной мерой риска объема выпуска изде-"лин многостаночной технологической системой от ее количественных характеристик и дисциплины обслуживания, обеспечивающие установление оптимальных областей применения ситуационного и детерминированного обслуживания;'

» методы интеграции проектных решен»« по выбору количественных характеристик многостаночной технологической системы и параметров режима резания, обеспечивающие разработку оптимального проектного решения на основе его экономической оценки;

о принципы разработки ситуационных проектных решений, обеспечивающих управление режимами резания в многостаночной технологической системе на,основе априорной идентификации ее возможных состояний в зависимости от работоспособности;

9 общие принципы построения распределенных систем технологического проектирования, обеспечивающих акпшгое ¡1 полезно взаимодействие всех участников разработки технологического проекта с целью эффективною разрешения всех рилов неопределенности технологической

информации и противоречий'между уровнями и аспектами разработки технологических проектных решений. ■

Практическая ценность работы заключается в разработке принципов построения распределенных систем технологического проектирования, обеспечивающих практическую реализацию методов разрешения неопределенности технологической информации в повседневной профессиональной практике технолога.

Практическая реализация результатов работы осуществлена в рамках серии договоров на разработку и передачу научно технической продукции в Тульском научно-исследовательском технологическом институте, ОАО "Станкотехника" АК "Туламашзавод", НПО "Комплекс" (г. Тверь), ОАО "Тяжпромарматура" (г. Алексин).

Апробация диссертации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Второй Всесоюзный съезд по теории машин и механизмов (г. Киев 1982 г.); Всесоюзная на-учно-гехническая конференция "Конструктивно-технологические методы повышения надежности и их стандартизация" (г. Тула, 1988 г.); Рес-* публиканская научно-техническая конференция "САПР конструкторской и технологической подготовки автоматизированного производства в машиностроеиип"(г. Харьков, 1990 г.); Республиканская научно-техническая конференция "Автоматизация и диагностика технологических процессов" (г. Луцк, 1990 г.); Международная научно-техническая конференция "Механика машиностроения" (г. Набережные Челны, 1995 г.); Международная .научно-техническая конференция "Инновационное проектирование в образовании, технике и технологи;!" (г. Волгоград,

1995 г.); Российская гаучно-техническая конференция "Социально-экономические проблемы управления производством, создание прогрессивных технологий, конструкций и систем в условиях рыночной экономики" (г. Калуга, 1995 г.); 3-й международный конгресс 'ЧСонсфукюрско-гехнологнческая информатика" - КТИ-96 (г. Москва,

1996 г.); Юбилейная международная научно-техническая конференция "Вопросы совершенствования технологии механической обработки и сборки изделий машиностроения" (г. Тула, 1996 г.), па Выставке-ярмарке 1ульских товаров в г. Смоленске (1998 г.), а также на выездной сессии Головного совета но машиностроению Министерства общего п профессионального образования (г. Тула, 1997 г.), па межвузовских и региональных научно-технических и научно-практических конференци-' ях, семинарах и совещаниях, секциях научно-технических конференций профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университет с 1985 по 1997 гг.

Публикации: По теме диссертационной работы опубликованы 52 научные работы, включая тезисы докладов на международных, республиканских и региональных научно-технических конференциях.

Структура И объем диссертации. Диссертация состоит из введе1 нйя, семи разделов, списка литературы и приложения, содержит 290 страниц машинописного текста, 144 рисунка, 23 таблицы И библиографический список из 256 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе рассмотрены актуальные проблемы проектирования технологических систем механообработки в машиностроении. На основе анализа эволюции науки о технологии машиностроения и современных исследований в этой области установлено, что в настоящее время наука о технологии машиностроения переживает этап становления новой научной парадигмы, которую профессор Колесов И.М. назвал системной технологией.

Широкий диапазон исследовании, относящихся к системной технологии, представлен работами В.И. Аверченкова, О.И. Аверьянова. В.В. Бойцова, Б.М. Бржозовского, Л.И. Вочкевича, Б.А. Голоденко,

B.А. Гречишникова, Р.И. Гжирова, В.Ф. Горнева, A.M. Дальского, А.И. Дащенко, Н.М. Капустина, И.А. Клусова, И.М. Колесова, A.B. Кудино-ва, С.Н. Корчака, A.A. Лсскина', Н.Г. Наянзина, В.Г. Митрофанова,

C.П. Митрофанова, A.B. Мухина, Н.И. ГГась'ко, \.И. Половинкина, В.М. Пономарева, A.C. Проникова, А.Ф. Прохорова. A.B. Пуша, Ю.М. Соломенцева, В.Л. Сосонкина, Ю.С.Степанова, Б.Е. Челишева, Б.И. Черпакова, Г.В. Шадского, В.Д. Цветкова и др.

В развитие идей системной технологии в последнее время выполнили оригинальные работы A.A. Кутин, В.В. Мартынов, П.Ю. Бочка-рев, И.В Богуславский и др.

В качестве общих тенденций в современной теории технологического проектирования необходимо отметить

• широкое применение системно-аналитических представлений при решении технологических задач, исследование и устранение противоречий между уровнями и аспектами технологического проектирования, интеграцию проектных решений, относящихся к различным уровням и аспектам производственного процесса;

• целенаправленное исследование информационного аспекта производственного процесса изготовления машины, свойств и методов обработки технологической информации как при разработке, так и при производственной реализации технологических проектных решений;

• использование трудноформализуемы.ч и слабоструктурированных. Технологических знаний для решения прикладных задач;

• поиск критериев эффективности технологических проектных рен1 лшн. адекватно отражающих конечную цель проншодст^чшого процесса изготовления машины;

• широкое использование средств »• методов компьютерной информационной технологии в повседневной профессиональной практике гс^-

полога, интеллектуализация компьютерных средств технологического проектирования;

• широкое и целенаправленное использование результатов и методов фундаментальных наук и общенаучных принципов построения системы технологических знаний.

Поэтому назрела острая необходимость в обобщении методов техйологического проектирования на основе общенаучных категорий, к которым относится и категория неопределенности. Необходимы научные концепции, обеспечивающие общность методов исследования технологических задач и интерпретации получаемых результатов. Категория неопределенности может стать основой актуальной парадигмы теории технологического проектирования. Ее использование позволяет построить систему понятий, раскрывающих содержание неопределенности, как существенной черты действительности, выбрать исходную концептуальную схему, модели постановки проблем и их решения, методы исследования.

Во втором разделе рассматриваются научно-методологические аспекты разрешения неопределенности в задачах технологического проектирования.

Логика современной концепции технологического проектирования должна исходить из того, что в соответствии с действующим государственным стандартом технологическая система - это совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства' заданных технологических процессов или операций. Для отражения сущности задач технологического проек-•тирования использовано следующее теоретико-множественным представление технологической системы:

(1)

ёеГ

где Е - множество элементов системы, образованное как пересечение множеств средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей, Я - множество связей (отношений) между ними (связей свойств материалов, размерных, временных, информационных), Z - цель, Совокупность или структура целей (в установленный срок выпустить заданное количество продукции определенного наименования, с требуемыми качеством и себестоимостью), - внешняя среда (регулярность поступления предметов производства, параметры энергоснабжения, параметры окружающей среды и др.), Е - множество возможных состояний системы; ДТ - интервал (период) времени, в течение которого будут существовать система и ее цели.

Установлено, что в соответствии с нормативно установленными представлениями в общем случае технологические системы механообработки являются многостаночными, многооперационными, многоно-

менклатурнымн, многоуровневыми и многоаспектными. В технологической системе существенную роль играют временной и организационно-экономический факторы. Особо отмечена важная роль при функционировании и проектировании технологических систем эпистемологического фактора, обусловленного субъективностью суждений и оценок, совершаемых человеком как участником производственного.процесса и процесса технологического проектирования.

Рисунок! - Структура неопределенности в задачах техноло! пческого

проектирования

Показано, что перечисленные обстоя¡ельстаа являются причиной неопределенное ген, с которыми сталкивается технолог при разработке проектных решений. Поэтому технологическое проектирование должно предусматривать идентификацию вида и степени неопределенности, выбор адекватной модели или метода разрешения этой неопределенности и разработку проектного решения с необходимой в данных условиях степенью неопределенности. В результате концептуального исследования неопределенности в задачах технологического проектирования принята следующая еб системология (рисунок !).

Обосновано, что стохастическая неопределенность является причиной риска при производственной реализации технологических проектных решений. Риск рассматривается, как возможно:п. отклонения

¡и

каких либо показателей производственного процесса от ожидаемых значений или возможность наступления каких-либо ожидаемых, но нежелательных событий при производственной реализации проектного решения. Показано, что для измерения степени риска может использоваться вероятностная мера риска, которая интерпретируется, например, как вероятность превышения значением контролируемого показателя производственного процесса х установленного для него регламентированного значения хР: - .

СО

Рк = |{-(х)с!х. (2)

хр

Использование вероятностной меры риска в качестве критерия позволяет осуществлять целенаправленную разработку проектных решений, обеспечивающих снижение степени риска при Их производственной реализации. Использование категории риска при постановке технологических задач имеет важное значение для выбора регламентированных условий производства, так как вероятностная мера рнска существенно зависит ог регламентированного значения хР контролируемого показателя х (рисунок 2,а). Характер цлн степень стохастической неопределенности, характеризуемый распределением вероятностей, также оказывает существенное влияние на вероятностную величину вероятностной меры риска (рисунок 2,6).

Показано, что вероятностная мера риска может быгь нспользова-' на как основа для применения к оценке технологических проектных решений экономической меры риска Сд, которая является некоторой функцией от вероятностной меры рнска и средней величины экономического ущерба в, случае неблагоприятных исходов вэ при производственной реализации проектного решения:

Ся = Г(Рд,0,). (3)

Использование экономической меры риска в качестве критерия • эффективности проектных решений дает подход к разрешению стохастической неопределенности в технологических системах, так как позволяет установить оптимальную степень риска проектного решения.

Установлено, что эпистемологическая неопределенность в наибольшей степени свойственна комплексным технологическим задачам, охватывающим различные аспекты производственного процесса и решаемым технологами совместно с другими профессиональными группами специалистов. Такие задачи, как правило, требуют межаспектного согласования проектных решений в условиях противоречий в оценке полезности проектных решений с позиций различных аспектов производственного процесса. Поэтому необходим эффективный механизм, противопоставления аргументов технологического аспекта аргументам других Аспектов разрабатываемых проектных решений.

Предложено использовать для разрешения межаспектной эпистемологической неопределенности оригинальный экспертно-аиалитический метод, предложенный известным математиком Т. Саати (Питсбургский университет). Данный метод предназначен для анализа, оптимизации и синтеза сложных систем. При этом система рассматривается как иерархия ряда объектов и их атрибутов. У системы имеется цель деятельности и набор акторов (участников процесса разработки проектного решения). У каждого актора имеется своя ультимативная (локальная) цель поведения, необязательно направленная на достижение глобальной цели системы, и свой сценарий'поведения, направленный на достижение цели актора.

Анализ систем при помощи метода анализа иерархий позволяет выявлять противоречия, вызванные разными целями акторов, и принимать меры по их разрешению. Элементы задачи сравниваются попарно по отношению к интенсивности их воздействия на общую для них характеристику. Степень интенсивности определяется опросом экспертов.

Метод основан на генерации квадратной матрицы попарных сравнений следующего вида:

1

(4)

1 1

а2| а3! ап1

г 1 1

а12 ап2

а32 1 ' '' а3п

а21 а31

^ап1 ап2 апЗ

1

Размерность матрицы определяется числом признаков, по которым сравниваются рассматриваемые решения. В матрице попарных сравнс-

ний а:: = —. Это отражает следующее свойство объектов в системе: ее-аИ

ли Л лучше В в N раз, то и В хуже А в N раз.

Для применения метода попарных сравнений разрабатывается набор признаков (факторов), общих для обоих сравниваемых объектов (решений)." Тем самым рассматриваемый метод увязывает между собой технологические факторы с факторами других аспектов разрабатываемого проектного решения. Далее группа экспертов проводит сравнение, пользуясь балльной шкалой." Для окончательной оценки важности.того или иного фактора вычисляются оценки компонент е2,..., еп собственного вектора матрицы:

С) а12 '• ••31П

е2 ' а22 '• ••'а2п

е'з ~ \/ап1 ап2 ••'апп .

которые затем нормализуются для получения ректора приоритетов (Е|,Е2,...Е;,...,Еп), где

• (6)

¡=1 , ' '

Полученный вектор приоритетов определяет, какой фактор является решающим. Исходя из определения решающего фактора, принимается решение, наиболее полезное с точки зрения глобальной цели системы.

На основе анализа структуры технологического проектирования в машиностроительном производстве установлено, что для эффективного разрешения всех видов неопределенности технолог должен иметь эффективные средства манипулирования информационными ресурсами, создаваемыми в результате технологического проектирования, что предполагает наличие развитой информационной инфраструктуры технологического проектирования, обеспечивающей информационную поддержку процессов разработки и производственной реализации технологических проектных решений. Такая инфраструктура строится на основе использования интегрированной базы проектных решений.

Показано, что при проектировании технологических процессов необходимо использовать технологическую базу знаний в виде множества разработанных ранее проектных решений для заимствования аналогов, разработки модульных, типовых, групповых проектных решений и пр. В это»! случае технолог принимает решгнил не .в условиях полной

неопределенности, а в условиях недоопределенности, когда имеются не точные описания проектных решений, а множества, которым эти описания принадлежат, или неадекватности, когда для проектных решений имеются лишь замещающие их описания.

На основе теоретико-множественного представления лигвистиче-ской неопределенности обосновано, что множество разработанных ранее проектных решений приобретает качество базы знаний как минимум в то« случае, когда оно структурировано и упорядочено в соответствии с представлениями технолога о предметной области. Структурирование базы технологических знаний позволяет снизить уровень лингвистической неопределенности в виде омонимии, когда отображаемые одним и тем же словом объекты проектного решения существенно различны и перейти к нечеткости, когда одинаковое наименование имеют сходные . объекты. Разрешение такого рода лингвистической неопределенности возможно на основе средств, обеспечивающих итерационное упорядочение проектных решений и'их элементов в соответствии с принятой в конкретной профессиональной среде классификацией. Такая классификация, как правило, имеет свою эволюцию по мере накопления технологических. знаний, профессионального опыта, изменений в технологической системе предприятия и т.д. Поэтому соответствующие средства информационной технологии должны обеспечивать не единовременное структурирование множества проектных решений, а итерационное. . Процесс технологического проектирования должен включать две равнозначные компоненты: первая - непосредственно разработка новых проектных решении, вторая - систематизация и упорядочивание ранее разработанных проектных решений. В работе предложена реляционная модель иерархически упорядоченного множества проектных решений, обеспечивающая формализованное представление всех логических операции, выполняемых технологом при построении, структурировании и реструктуризации множества проектных решений по мере эволюции его представлений о семантике предметной области.

В третьем раи)еле рассматривается применение метода разрешения межаспектной эпштомо.югической неопределенности в системе обеспечения производственного процесса исходными материалами. На ос шве структурно-функционального анализа'системы показано, Что противоречие между конструкторекочехнологнческпм и логистическими аспектами возникает при решении задачи о построении размерных рядов исходных материалов, таких как металлический прокат-. Противоречие обусловлено тем, чю технологически обоснованные ряды исходных материалов по инициашве службы материально-технического обеспечения, как правило, подвергаются симштификацни - сокращается количество разрешаемых к применению сортаментов (марок и размеров). При этом доминируют логистические факторы, такие как необходимость сокращения количества поставщиков и поставок, снижение.

рисков и процессе материально-технического обеспечения, удобство взаиморасчетов с поставщиками ц т.д.

Цель

Обеспечение служебного назначения деталей в изделии

Обеспечение требований по точности и качеству обработки при минимальных припусках

Снижение числа поставщиков и разнообразия . закупаемых материалов

I

Сценарии

Выбор материалов в строгом соответствии

со служебным назначением деталей в изделии

Размерный ряд исходных материалов соответствует распределению ' размеров заготовок

«-Т

Размерный ряд исходных материалов

сокращен с учетом соотношения объемов поставки ■

Рисунок 3 - Схема иерархии межаспектногр противоречия по методу Т.Сацти при разработке размерных рядов исходных материалов

Система факторов, . относящихся к конструкторско-ге.чнологическому и логистическому аспектам производственного процесса изготовления машины, гфедставлеиа в виде иерархии по методу Т. Саати (рисунок 3).

Для наиболее эффективного противопоставления технологических факторов логистическим, первье представлены их количественными оценками. Такие колнчепвенные оценки сдедацы на основе интегрированною критерия - величины потерь материала, вызванного симпдифи-

кацией Wj-. Например, для круглого проката величина таких потерь определяется следующей зависимостью: '

N Dj со

. ' | •Jf(D3,L)-Wr(D3,D|)dbdL> (7)

1=1Ц_! О

где f(D3 ,L) - функция распределения (плотность распределения) диаметров и длин заготовок, полученная в соответствии с производственной программой предприятия ira заданный период времени, DM - размер материала, исключенный из нормативно установленного размерного ряда в результате симплификации; D, - следующий за размером Dm размер исходного материала в нормативно установленном размерном ряду.

Показано, что на основе аналитического представления функции f(D3 ,L) можно оперативно оценить величину WT. На основе статисти-че:кий анализа размеров заготовок, выполненного по данным интегрированной базы проектных решений, получаемых в результате автоматизированной разработки норм расхода производственных материалов на Предприятии, установлено, что распределение размеров соответствует, логарифмически-нормальному теоретическому распределению случайных величин. Это позволило с заданным уровнем значимости использо вать вместо эмпирической, функции' f(D3,L) теоретическую. В результате разработана математическая модель, информационное и программное обеспечение для оперативной оценки величины потерь исходного материала.__

Анкетирование экспс-ртов

Решающий фактор

ТЕХНОЛОГ

специалист МТО

Включить рассматриваемый размер в размерный ряд

Исключить рассматрмгмемый*ра?мгр и рээчерого рчд

Рисунок 4 - Схема процедуры построения размерного ряда исходны?, материалов

^Использование математико-статистической оценки средних потерь материала позволяет получить количественную оценку технологических факторов, таких как повышение материалоемкости, трудоемкости, . энергоемкости производственного процесса, расхода режущего инструмента (особенно ценного), повышение степени риска невыполнения производственных заданий и т.д. На этой основе осуществляется их сопоставление с логистическими факторами при согласовании и выработке компромиссных проектных решений (рисунок 4).

Применение метода в производственной практике позволило установить его полезность и эффективность при решении комплексных технологических задач, таких как обеспечение производственного про-, цесса исходными материалами и полуфабрикатами с заданными свойствами, разработка организационно-технических решений по обеспечению идентификации и прослеживаемости предметов производства р производственном процессе и т.д.

В четвертом разделе рассматриваются задачи разрешения стохастической неопределенности в задачах инструментального обеспечения производственного процесса.

Показано, что фактор стохастической неопределенности ресурса работоспособности режущих инструментов имеет важное значение при решении задачи инструментального обеспечения производственного задания по обработке партии деталей в технологической системе операции. Расход инструмента на партию деталей, если суммарное время резания при неизменных режимах резания равно I, является случайной величиной К^), зависящей от I. Установлено, что распределение этой случайной величинь? выражается через распределение случайной величины Б,., равной суммарному ресурсу г инструментов, то есть

8г=т(,>+Т^+...+Т^+....+Т<г\ (8)

где Т^ - ресурс 1 -го инструмента. А именно

РСК(0 < г) = Р(8Г > 0, (9)

то есть вероятность того, что фактический расход инструмента будет-меньше г, равна тому, что.суммарный ресурс г инструментов будет больше Д?

На основе положений теории восстановления установлено, что при ограниченных объемах партии обрабатываемых деталей для определения распределений случайной величин 11(4) необходимо рассматривать два случая: первый - когда обработка партии деталей начинается новым инструментом (простой процесс восстановления и соответственно расход К<п>(1)): второй - когда первым используется инструмент, оставшийся после обработки предыдущей партии деталей (стационарный процесс восстановления и соответственно расход Н-'-'Я)).

Параметры распределения расхода инструмента за время резания г при постоянных режимах резания определяются в результате решении следующих интегральных уравнений: средняя величина расхода I

(10)

о .

= ~ ' 01)

и дисперсия расхода

I .

о

. (13)

О ,0' = , _

'Т' I Т

^ VII/ ^

Конечно-разностные аналоги этих интегральных уравнений используются для расчета параметров распределения расхода режущих инструментов на персональном компьютере в случае, когда I < 2Тг, характерном при инструментальном обеспечении индивидуальных производственных заданий для технологической системы операции. 1

Показано, что закон распределения расхода инструмента за время резания I с ростом I асимптотически приближается к нормальному распределению. Плотность распределения в асимптотике имеет вид:

(V (г) = -====- ■ ехр

(14)

2-Оа(0

Полученные асимптотические решения интегральных уравнений при I > 2Те имеют следующий вид:

для среднего расхода режущего инструмента

К<п)(0 = ~ + 0,5.(\'2 1); = (15)

для дисперсии и коэффициента вариации расхода

(16)

Формулы (15)-(1б) удобны для практического использования не только своей простотой, но и тем, что они не требуют знания в явном виде плотности распределения ресурса инструмента ^(Ч). Достаточно

знать только два.параметра: среднее значение и коэффициент вариации ресурса. ■

При решении задачи инструментального обеспечения производственного задания по обработке партии деталей в технологической системе операции при оценке эффективности проектных решений целесооб-рашо использовать вероятностную меру риска. В этом случае в качестве критерия оценки проектного решения следует рассматривать следующее условие:

■ •■Р(Щ1)<И/) = у, (17)

то есть рассматривается как вероятность того, что фактический расход Я(1) не превысит величины Ку. Если учесть, что

то гамма-процентный расход К, определяется из уравнения

~У • 09)

где численная интерпретация закона распределения ЩЯу) может быть

получена на основе статистического моделирования при зада ном распределении стойкости режущего инструмента.

Для достаточно больших I можно воспользоваться нормальной аппроксимацией. Тогда для Ку удается получить явное выражение, а

именно

- К(1) -(1 + 5у (20)

где - квантиль нормированного нормального распределения.

2Е0 200

о А 10 О

с

О Ч.О 1- «Г4

И

о г;

§" 8 юо

« а

50 0

\

\

\ "V

\ \

—

100 ' 300 600 700

Объем партии, шт.

-Е00

Рисунок 5 - Зависимость дополнительного ресурса, необходимого для компенсации риска, от обьема пар ген деталей

Асимптотическое решение в явном виде показывает, что для инструментального обеспечения производственного задания по обработке партии деталей с заданной мерой риска необходим дополнительный ресурс. Исследования показали, что величина этого ресурса существенно зависит от объема партии (рисунок 5), а также от регламентированного значения вероятностной меры риска.

В случае переменных режимов резания при определении ресурса работоспособности режущих инструментов необходимо оперировать приведенным временем резания'. '

1' = £^=11ГКТ1, (21)

¡=1 Ч ¡=1 •

где п - количество интервалов постоянства режима*-реза'ния, ^ - длительность ¡-го интервала, Т,< - нормативное значение периода стойкости, Т, -фактическое значение стойкости в интервале ^ К^ - коэффициенты

приведения, характеризующие интенсивность потери стойкости и ресурса работоспособности инструмента в соответствующих периодах времени ^

Показано, что разрешение стохастической неопределенноеш стойкости и ресурса работоспособности режущих инструментов необходимо и при решении задачи оптимизации режима резания при выполнении производственного задания по обработки партии деталей. Разработана математическая модель, позволяющая решать эту задачу на основе применения вероятностной меры риска. В качестве интегрирован' пой характеристики степени стохастической неопределенности в инструментальной подсистеме используется приведенный коэффициент вариации

V,, = № + V?« , (22)

гдз уи - коэффициент вариации периода стойкости режущего инструмента; Уме - коэффициент вариации времени восстановления режущего инструмента.

Используются следующие критерии эффективности проектных решений:

гамма-процентное время выполнения задания по обработке партии деталей: _

Ч + , (23)

то есть время, необходимое для обработки партии деталей обьемом N при заданной величине вероятности у;

вероятностная мера риска - вероятность невыполнения задания по обработки партии деталей обьемом N за.установленное. время Ц:

где I), - дисперсия времени обработки партии деталей:

ц^^^л/т,

(25)

где Т„ - среднее время восстановления режущего инструмента; tp• - среднее время рабочего хода на рабочей подаче; Л - коэффициент, учитывающий подвод, врезание, перебег; Т - средняя стойкость инструмента.

Показано, что оптимальное значение периода стойкости и гамма-процентное • время обработки партии детали существенно зависят от степени стохастической неопределенности в инструментальной подсистеме. Причем эти зависимости однозначные - с возрастанием степени. стохастической неопределенности увеличиваются оптимальный период стойкости и гамма-процентное время обработки партии деталей (рисунки 6 и 7).

На основе аналитических исследований и численного моделирования установлено, что вероятностная мера риска невыполнения производственного задания также существенно зависит от степени стохастической неопределенности в инструментальной подсистеме (рисунок. 8). Однако эта зависимость неоднозначна. В одних случаях значение вероятностной меры риска возрастает с ростом степени стохастической неопределенности, а в других, наоборот, уменьшается.

Эти результаты имеют важное практическое значение, так как при ограниченном объеме обрабатываемой партии деталей, стохастическая неопределенность времени обработки партии определяется в основном стохастической неопределенностью в инструментальной подсистеме. .Использование этих результатов в производственной практике позволя-. ет сократить количество нарушений ритмичности тфоизвОдственного процесса за счет выбора слтимальных режимов резашш.

По классификации неопределенностей (рисунок 1) задача назначения режима резания,. обеспечивающего требуемую стойкость инструмента, ссдержит неопределенность в виде недостаточности информации (отсутствие стойкостной зависимости) или в виде неадекватности ис: пользуемой модели (имеющиеся стойкостные зависимости не адекватны реальным условиям).

Для разрешения этой неопределенности предложено использовать метод рекурсивного стохастического самообучения технологической системы операции, предусматривающий установление режима резания, обеспечивающего требуемое значение периода стойкости, на основе рекурсивного алгоритма самообучения (рисунок 9).

0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 Приведенный коэффициент вгриации

Рисунок 6 - Зависимость оптимального периода стойкости Т от приведенного коэффициента вариации v при различных значениях времени

восстановления инструмента Та.

100

гч

з Г0

а.

ео

о

'

а а.

!г 70 и

(3 и

ео

"""""

г--""" — <—-

РН

|в=

0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 Призаденный коэффициент зариации

Рисунок 7 - Зависимость наименьшего гамма-процентного времени выполнения парши деталей от приведенною коэффициента вариации V,, при различных значениях времени восстановления инструмента Тп.

0

0,8

• Вг

и I

О.

«

а. <" С

V \

\

. -

4— и ..—

Тв=10

Т0=7

Тв=5

Тве3

О 0,5 1 1,5 2

(Приведенный коэффициент еаригции

Рисунок 8 - Зависимость наименьшего риска невыполнения партии деталей К" от приведенного коэффициента вариации v,, при различных временах восстановлешш.инструмента Т„

Самообучение- .может осуществляться на основе рекурсивных функций Роббннса-Монро:

I *

или Невельсона-Хасьминского:

Т(УП + сп) -Т(УП -сп). ■ 2с1 ' '

(26)

(27)

(28)

V -у'" 1 Т(У„ + с,,) + Т(УП - сп) П+1 .ЛУП ' / '2 •

(29)

где п количество итераций самообучения; Уп и Уп+1 - предыдущее и следующее значения скорости резания; Т* -требуемое значение периода стойкости; Т(У„) - период стойкости при скорости У„; сп - константа проведения экспериментов такая, что сп--*0 при п->оо и

1(-т-)2<-. -

£1 » Сп

Ввод предварительных значений скорости розания и периода стойкости

Корректировка режима резания и эксплуатация инструмента со скоростью резания Уп+1 до момента его затупления

Ввод фактического значения периода стойкости

¡Вычисление нового значения скорости резаний по зависимости

(Условна прекращения [процесса самобучения

Рисунок 9 - Схема процедуры рекурсивного самообучение технологической системы

80 70 60 50

Роббиис-Ианра |'!ав8льсс!,!-Хасьм<шек!«й ОоШгковяенив рсгресснн

20.

40"

' 60

Рисунок 10 - Зависимость скорости резания от числа периодов стойкости инструмента^

Кроме того в качестве математической основы самообучения может быть использована аппроксимация регрессионной стойкостной зависимости определенного вида по методу наименьших квадратов. В этом случае после каждой итерации уточняются параметры этой зависимости.

Исследования показали хорошую сходимость процесса самообучения (рисунок 10), которая может оцениваться ча основе использования в качестве критерия сходимости статистической оценки среднего 1 квадратичного отклонения контролируемого параметра режима резания. Практическая.реализация самообучения может производиться непосредственно в производственных условиях с применением портативного персонального компьютера. При этом фактически учитывается весь комплекс факторов, влияющих не только на среднее значение периода стойкости, но н на степень его стохастической неопределенности.

Пятый раздел посвящен анализу и оптимизации временных связей в многостаночной технологической системе операции.

При решении задачи оптимизации напряженности производственного задания по обработке партии деталей предлагается учитывать две

компоненты времени выполнения задания Тш - детерминированную Тш

п стохастическую Тпз, то есть

Tro = tnj + fn3 . (30)

Неопределенность детерминированной компоненты обусловлена многовариантностью структурно-компоновочных решений многостаночных технологических систем (особенно автоматизированных), а стохастической - фактором случайности в процессе функционирования систем (прежде всего отказами средств технологического оснащения).

Наличие стохастической компоненты обусловливает необходи-■ мость использования категории риска api г оценке эффективности проектных решений по выбору напряженности производственного задания.

Вероятностная интерпретация риска (рисунок 2,а) дает вероятностную меру риска невыполнения производственного задания за установленный плановый период T¡a:

сс

P¿=Jf(t)dt, (31)

где f(t) - плотность распределения стохастической компоненты времени выполнения производственного задания. Откуда следует, что риск при увеличения планового периода снижается, а при сокращении планового периода - увеличивается. Риск увеличивается ц при увеличении детерминированной компоненты времени выполнения задания.

На основе анализа экономических связей производственного.процесса на уровне технологически!'; системы операции установлено, что

для экономической интерпретации риска необходимо учитывать два вида потерь. Потери первого рода обусловлены недоиспользованием фонда времени технологической системы в случае выполнения производственного задания раньше установленного срока и выражаются зависимостью ~

-пд

8, = С, |Г(1)(Тпл-1)си,

(32)

где 0) - потери в денежном выражении, С( - удельная стоимость потерь первого рода. В простейшем случае величину С] составляют амортизационные отчисления от стоимости оборудования и производственного здания за единицу, времени, арендная плата за оборудование и производственную площадь и т.д. Потери второго рода связаны с ущербом в случае невыполнения производственного задания в установленный срок й определяются зависимостью

02 = с2 |Ш)0-Тпл)си.

(33)

В простейшем случае величина С2 определяется затратами на оплату внеурочных работ. При более детальном экономическом анализе может учитываться ущерб, связанный с выплатой неустоек и штрафных санкций, возможным расторжением договоров и пр. Тогда выражение для экономической меры риска может быть представлено в следующем виде:

•пл ^

= е, +е2 = с, }Г(ТПЯ)(ТПЛ-0Л+С2 /Г(0(1-Тпл)ё1.

(34)

Это выражение раскрывает сущность альтернативы выбора между производственными заданиями с высокой и низкой напряженностью, поэтому может решаться задача оптимизации, например на основе ста-• тистического моделирования. В этом случае полученное после многократного моделирования процесса множество значений фактического времени выполнения производственного задания {Т;} используется для расчета статистических оценок потерь первого й второго рода по следующим формулам;

6*~СГ 1(Т;-ТЦЛ) УГТ(>ТП1) .

уоит^)

(35)

е; = с2 • 1(тпл - т -) / У(Т, < Тпл )|, (36)

• у(1(<ТП1) .

где У(Т( > Тпл) - подмножество значений 1-, для которых фактнческо-: время выполнения производственного задания не превышаем плановое:

^ > ) - подмножество значений Т,, превышающих плановое вре-

1

мя выполнения задания Тпл.

На конкретных примерах разработки проектных решений показано, что оптимальная напряженность производственного задания существенно зависит от степени стохастической неопределенности времени его выполнения. #

Показано, что разрешение неопределенности детерминированных временных связей в многостаночных технологических системах операции, обслуживаемых роботами, возможно на основе использования понятия "цикл обслуживания1'. Это последовательное однократное обслуживание роботом всех станков системы. Тогда разрешение неопреде-< ленности временных связей заключается в анализе соотношения:

Тебе - Т+ Т„, (37)

где Т^ - длительность цикла обслуживания; Т - продолжительность безостановочной работы станка (например, время обработки одной или комплекта деталей); Тв - время, затрачиваемое на восстановления станка после остановки (например, перезагрузка станка). Если условие (36) выполняется имеет место обслуживание станкой^без потерь времени на ожидание, в противном случае возникают дополнительные потери времени на ожидание обслуживания. Показано, что на эффективность детерминированного обслуживания многостаночных технологических систем существенно влияет компоновка системы и последовательность обслуживания. Для каждой компоновки может быть установлена зависимость количества включаемых в систему станков, обслуживаемых без ожидания, от геометрических характеристик компоновки И цикловых временных характеристик системы. Корректная идентификация детерминированной компоненты временных связей в многостаночной технологической системе операции позволяет правильно установить смещение распределения стохастической компоненты, зависящего от (30) и соответственно произвести оценку вероятностной меры риска невы-4 нолнения производственного задания по обработке партии деталей.

На дснове теоретико-вероятностного представления временных связей в многостаночных технологических системах операции показано, что исследование вл! яния степени стохастической неопределенности на эффективность обслуживания станков, целесообразно осуществлять на основе метода статистического моделирования. При этом в соответствий с (1) необходима идентификация состояний элементов и системы в целом в зависимости от ее работоспособности и дисциплины обслуживания.

На практике возможны различные два вида обслуживания: детерминированное (например, по заданному маршруту) и ситуационное (например, но дистанционному или временному приоритету). Анализ

производственной практики показал, что при эксплуатации многостаночных технологических систем необходимо учитывать затраты времени, совершаемые исполнителями на перемещение. Особенно это актуально в случае использования высоконадежного оборудования. Для идентификации возможных состояний многостаночной технологической системы с учетом ее работоспособности, дисциплины обслуживания и затрат времени на перемещение исполнителей использованы сети Петри.

Рисунок 11 - Зависимость степени случайного разброса времени выполнения производственного задания технологической системой операции от количества станков в системе и вариации времени обслуживания станка ;

Исследования выполненные на основе разработанных математических моделей показали, что эффективность конкретной дисциплины обслуживания существенно зависит ог степени стохастической неопределенности как времени безотказной работы, так и времени обслуживания станков. Установлена зазнспмосчь эффективности различных лис-

циплин обслуживания от количества станков в технологической системе. Например, при увеличении количества станков в технологической системе эффективность одной дисциплины обслуживания повышается, а другой - наоборот снижается. Установлено также и существенное* влияние количества станков в технологической системе операции на степень стохастической неопределенности времени выполнения производственного задания по обработки партии деталей (рисунок 11). Причем при увеличении количества станков, выделяемых для выполнения производственного задания при фиксированном количестве исполнителей, случайный разброс времени выполнения, задания, а следовательно, и риск невыполнения задания могут увеличиваться. Показано, что соотношение количественных характеристик многостаночной технологической системы существенно влияет на эффективность проектного решения. Это обусловливает актуальность задачи оптимизации количественных характеристик технологической системы операции, т.е. количества станков и количества исполнителей, выделяемых для выполнения производственного заданця.

Шестой раздел посвящен проблеме структурно-параметрического проектирования многостаночных технологических систем механообработки.

Пример неопределенности между уровнями технологического проектирования дает задача выбора оптимальных количественных характеристик технологической системы операции и параметров режима резания. Традиционные методики, как правило, предполагают что количественные характеристики системы рассчитываются после выбора режима резания. При э^ом искусственно сокращается количество альтернатив при поиске оптимального проектного решения. В работе на основе системно-аналитического представления альтернатив между количественными характеристиками системы и уровнем режима резания при заданных показаниях выпуска изделий предложен метод разработки интегрированного проектного решения, предусматривающий установление оптимального соответствия между количественными характеристиками системы Ц параметрами режима резания.

Цель разработки проектного решения формулируется следующим образом:

|©(М,Ы,п) шп;

[Оу(М,Кп,1|1л,у)>0[Ш. " (38)

где М и N - количественные характеристики технологической системы (соошек'твенно, количество станков и исполнителей); п - вектор параметров режима резания; в(М,Т^,п) - экономическая оценка эффектив-НОС1Н проектного решения; - планово-учетный период;

Оу(М,Ы,п,^пл,у) - гарантированный с заданной вероятностной мерой

риска у объем выпуска изделии за период времени ъ,л.

Математическая модель, системы строится на основе формальной декомпозиции ее структуры по признаку характера расходования ресурса работоспособности а выделяет следующие объекты: станочные модули, подсистему циклического действия, подсистему непрерывного действия, рабочие позиции транспортно-накопнтельной подсистемы и подсистему обслуживания в виде бригады наладчиков.

Процесс функционирования системы описывается как марковский случайный процесс с непрерывным временем, обладающий свойством эргодичности и стационарности. В качестве основы для построения рекурсивной модели разрешения стохастической неопределенности состояний системы используется цепь Маркова. Состояния системы идентифицируются в зависимости от ее работоспособности (рисунок 12).

Вероятности состояний системы рассчитываются с использовани-. ем рекурсивных функций следующего вида.

Ро'-О; *

Р, =-[!>_! тт(НМ-1 + 1) + (Р^, +'Р£|)тт(М- 1,М-1 +1)];

»Р

р=Р1цЧ-Р|'.1ат^-1,М-4 + 1)

1 у' + атт(1Ч-1,М-1) р„_ Р^'Ч + Р;:,а тт(М- 1,М-1 +1) ' у" + атт(М-1,М-0

V

у м

V

м

Через вероятности состояний рассчитываются средняя производительность системы и гарантированный с заданной вероятностной мерой риска объем выпуска изделий за период времени гпл:

3 = 2; оу = - 5УкА д/1^). (40)

¡=1 ■

Синтез локального проектного решения при фиксированных параметрах режима резания рассматривается как задача целочисленного программирования на множестве кортежей Оптимальное соотношение между количественными характеристиками системы пр.\ а ш-тч-

Рисунок 13 - Графическая интерпретация процедуры поиска оптимального проект но го решения для токарной операции из двух переходов: л, и пз частоты вращения шпинделя при выполнении соответственно первого и второго переходоь

ется порождением комбинаторного алгоритма, использующего идею метода ветвей и границ. Исследование поведения экономической оценки проектных решений в зависимости от параметров режима резания (рисунок 13) позволило разработать эффективные схемы поиска оптимальных проектных решений для систем из токарных с.танков различного типа.

Полная работоспособность системы

Qh

QT

QIOI)

Qi(H)

-ZJ

Лил

Q*(t|)

итирук перацк

щая я

Неполная работоспособность системы

Ли

Qi(t2)

Q2C2)

цитирующая операция

Q3O2)

Q*(tj)

Состояние 1

Состояние 2

Рисунок 14 - Диаграмма производительностей участков в состояниях, соответствующих разным работоспособностям системы: Q¡(tO и О.(ь) -потенциальные производительности участков в состояниях 1 и 2 соответственно; i - номер участка (операции)

Во многих случаях неопределенность технологических проектных решений связана с тем, что они разрабатываются без идентификации возможных .состояний технологической системы в процессе ее функционирования. Проектное решение, рациональное для одного состояния технологической системы, может оказаться i:s рациональным для другого ее состояния. В частности изменение состояния технологической системы может быть Связано с изменение:! ее работоспособности. Например, состояние многостаночной многооперапношюй технологической системы типа автоматической линии изменяется в случае отказа или восстановления работоспособности станков. Отказы станков или их восстановление вызывают изменение текущего значения производительности системы, которая определяется производигельностью лимитирующего участка. Отказы станков вызывают изменение положения лимитирующего участка (рисунок 14). Соответственно другие участки имеют при этом избыточную потенциальную производительность, позволяющую занизить режим резацйя в пределах, допустимых техническими и технологическими ограничениями. На этом основана'идея ситуационного управления режимами резаная в зависимости от рабою-

способности системы. Априорная идентификация состояний технологической системы и оценка эффективности ситуационных проектных решений могут быть осуществлены на основе марковской модели процесса ее функционирования. Аналитические исследования и расчеты по результатам эксплуатационных исследовании, выполненных на предприятии, показали, что в результате производственной реализации управления режимами резания в зависимости от работоспособности автоматической линии снижаются инструментальные затраты примерно на 10% и снижается риск невыполнения сменных заданий.

Седьмой раздел посвящен практической реализации результатов исследования на основе распределенной компьютеризированной системы технологического проектирования процессов и систем механообработки.

Основная цель заключалась в устранении одного из важнейших недостатков традиционной информационной технологии проектирования, когда проектные решения локализуются в отдельных технологических документах и недоступны для интеграции, систематизации и анализа, обеспечивающего эффективное разрешение неопределенности при технологическом проектировании. Электронное представление проектных решении позволило создавать н поддерживать электронную модель изделия на всех этапах производственного процесса.

Показано, что идея централизованной обработки конструкторско-технологической информации вступила в противоречие с'неизбежной локализацией процесса разработки проектных решений в рамках различных профессиональных групп специалистов, отвечающих за разные аспекты проектирования и производства.

Это противоречие разрешено на основе концепции распределенных систем проектирования. Ее главная идея заключается в том, что проектирование рассматривается как процесс взаимодействия распределенных интеллектуальных узлов. При широком истолковании интеллектуального узла распределенной системы подразумевается любой сценарий взаимодействия человека с компьютерной системой, что характерно особенно для систем проектирования. Человек управляет процессом разработки и принятия проектных решений, компьютерная сиаема выполняет функции информационной поддержки процесса'проектирования, а также телекоммуникационные и навигационные функции.

На основе использования принципа распределенных систем обеспечивается взаимодействие разработанных подсистем технологического проектирования с разработанными на самих предприятиях системами авгомшпзашш конструкторской подготовки производства. При этом реалишвйно практически полное распознавание и исправление аномалии в конструкторских данных, передача изменений в конструкторских проектных решений для их отработки технологами. Именно идея распределенной снсчемы технолотческош. проектирования позволила

объединить в единой информационно-логической среде разработку ординарных проектных решений, их систематизацию и упорядочение, «процедуры экспертно-аналитического разрешения межаспектной неопределенности, расчеты и оптимизацию режимов резания, объемов производственных заданий для технологических систем операций и процессов, разработку ситуационных проектных решений, структурно-параметрическую оптимизацию технологических'систем, создаваемых для выполнения производственных заданий.

Такая информационная инфраструктура была создана в результате внедрения в практику технологического проектирования ряда компьютеризированных подсистем.

Подсистема разработки норм расхода производственных материалов предусматривает автоматизацию расчета припусков и технологических отходов, локализацию комплекта проектных решений, относящихся к одному изделию в форме ведомости применяемости и интеграцию этих решений в едином банке данных, обеспечивающем их оперативное заимствование при работе над другими проектами. Предусмотрен расчет норм расхода на проведение испытаний, а также с учетом возможных замен- материалов. Проектные решения могут выдаваться в виде ведомости материалов или передаваться в электронном виде в АСУП предприятия, в УМТО, управление технического контроля, заготовительное производство и т.д. Математико-статистическая обработка данных базы проектных решений создаех информационную основу для решения задачи построения размерных рядов исходных материалов, рассмотренную в разделе 3.

При выполнении проекта по автоматизации межцеховой маршрутизации производственного процесса на ОАО "Тяжпрэмарматура" удалось обеспечить высокий уровень адекватности формализованного представления логических операций выполняемых технологами в процессе расцеховки. Предусмотрено и автоматическое формирование ведомости технологических маршрутов на несколько исполнений изделия, заимствование ранее выполненных проектных решений по маршрутизации, назначению технологических деталей, образцов для испытаний, комментариев, конкретизирующих маршрутизацию, данных о допустимых заменах при комплектовании сборки с учетом совместной применяемости деталей и сборочных единиц и т.д. Формируемые при решении этой задачи машинокомплекты поступают в цеха, где на их основе создается информационное обеспечение для разработки и оптимизации производственных заданий, расчетов объемов инструментального обеспечения, производственных заданий, оптимизации количественных характеристик технологических систем, формируемых при разработке производственных заданий и т.д.

Система проектирования маршрутно-онераниошн,к технологических процессов имеет следующие отличительные оголенное! и.

Реализована оригинальная схема хранения данных одного технологического процесса в системе ОВН-файлов. Это решение получено на основе реляционной модели описания технологического процесса, рассмотренной в разделе 2. .

Предусмотрена возможность ведения интегрированного банка проектных решений на основе классификатора спроектированных технологических процессов в соответствии с любой системой, учитывающей специфику конкретного предприятия. Причем степень детализации классификации может развиваться по мере накопления проектных решений на основе эволюционного разрешения лингвистической неопре: деленности в соответствии с моделью, рассмотреной в разделе 2,

База данных о технологической оснастке оснащена графическими меню, обеспечивающими визуальное представление чертежей оснастки. База содержит данные о стандартной оснастке из более чем двухсот ГОСТов.

Предусмотрено проектирование типовых технологических процессов с конкретизацией средств технологического оснащения.

Система операций с фрагментами описания технологического процесса обеспечивает любые комбинации заимствования решений как в-рамках одного описания, так и из описания-аналога.

Имеется модуль для формирования любых форм технологических документов, как предусмотренных ЕСТПП, так и нестандартных.

Модуль расчета норм времени использует нормативно-технические данные НИИтруда для основных видов станочных работ.

Подсистема проектирования технологических процессов в полном объеме реализована на ОАО "Тяжпромарматура", Она эксплуатируется уже несколько лет.

Технология параметрического проектирования технологической оснастки отработана на примере автоматизированного проектирования пресс-форм для изготовления резиновых колец и манжет. Это позволило повысить производительность труда конструктора в несколько раз.

Информационно-поисковая система для измерительной оснастки типа шаблонов и калибров позволяет вести в электронном виде группот вые чертежи этой оснастки.

Для разработки и согласования разделов проекта системы технологического проектирования по отдельным аспектам производственного процесса, выполненных на основе единого стандарта, разработаны и реализованы проекты автоматизированного конструкторско-технологнческого документооборота в технологической службе предприятия (рисунок 15) и информациоршой инфраструктуры системы обеспечения производственного процесса материалами и полуфабршеа-" тамн с заданными свойствами, . •

г

Рисунок 15 - Схема обмена конетрукгореко-технологическими документами на предприятии

С целью внедрения системы управления проектом в рамках автоматизированного документооборота разработан компьютерный менеджер технологических проектов, обеспечивающий разработку плана проекта с необходимой степенью его детализации, выдачу исполнителям заданий на выполнение работ и мониторинг процесса выполнения отдельных работ и всего проекта в целом.

Система разработки и производственной реализации технологических проектных решений па основе интегрированной спецификации изделия и увязка ее с организационно-экономическими задачами реализована в виде средств для структурно-иерархического анализа изделия и формирования технологических спецификаций, создающих информационную основу для задач обеспечения производственного процесса материалами и полуфабрикатами, его межцеховой маршрутизации, комплектования сборки одновременно нескольких исполнений изделия с учетом допустимых замен и совместного применения дег; лей и сборочных единиц, проведения единовременных изменении в проектных решениях и т.д. Проект системы обеспечения производственного процесса

исходными материалами и полуфабрикатами с заданными свойствами как раз и предусматривает увязку, к.онструкторскр-технологических и организационно-экономических задач. Предусматривается взаимодействие узлов конструкторского и технологического проектирования, отделов главного сварщика и металлурга, управления . материально-технического обеспечения, планово-экономической службы, заготовительного производства и др. служб предприятия. Разработка и реализация этого проекта позволила разрешить целый ряд противоречий и неопределенностей в производственном процессе, особенно в плане реализации горизонтальных связей в его организационной структуре.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В работе решена важная для развития научных основ технологии машиностроения проблема проектирования процессов и систем механообработки на основе общенаучных принципов разрешения неопределенности технологической информации; предусматривающих идентификацию степени и вида неопределенности в задачах технологического проектирования, выбор адекватных методов и моделей решения технологических задач и эффективное многоаспектное и многоуровневое использование получаемых проектных решений. Выполненное в работе концептуальное исследование системы неопределенностей в задачах технологического проектирования, позволило выделить в качестве важнейших следующие виды неопределенности: стохастическую, эиистомо-логическую (основанную на субъективности суждении и оценок) и лингвистическую. _ •

2. Установлено, что эпистемологическая неопределенность в наибольшей степени свойственна комплексным технологическим задачам, охватывающим различные аспекты производственного процесса изготовления машины и решаемым технологами совместно с другими, профессиональными группами. Разработан экспертно-аналитнческий метод разрешения эиистомологическон межаспектной неопределенности на основе попарного сравнения и экспертной оценки факторов, относящихся к разным аспектам производственного процесса. Этот метод обеспечивает обоснованное противопоставление аргументов технологическою аспекта аргументам других производственных аспектов для согласования проектных решений при реализации комплексных и многоаспектных технологических задач. Практическая реализация метода на примере разрешения противоречия между технологическими и логистическими проектными решениями при построении размерных рядов исходных мшериалов показала его полезность и эффективность с точки зрения практики гехнологического проектирования.

3. Исследование стохастической неопределенности в технологических системах и процессах ыеханообрагнлки показало, что она обуслов-

ливает необходимость использования вероятностной и экономической-мер риска для оценки эффективности проектных решений. Вероятностная мера риска оценивает вероятность наступления неблагоприятного исхода, а экономическая - является .некоторой функцией от вероятностной меры риска и экономических потерь, вызванных неблагоприятными исходами при производственной реализации проектных решений. Показано, что использование экономической меры риска создает условия для оптимизации степени риска при разработке проектный решений.

4. Исследование структуры и свойств информационных связей'в процессе проектирования и производственной реализации технологии показало, что построение компьютеризированных систем технологического проектирования и создание развитой информационной инфраструктуры производственного процесса изготовления машины требуют разрешения лингвистической неопределенности технологической информации. Разрешение лингвистической неопределенности технологической информации на основе аппарата реляционной алгебры позволило создать единую математическую-основу представления исходных данных для технологического проектирования, проектных операций, процедур и решений и интеграции технологической информации в рамках технологического проекта изготовления машины.

5. Аналитические исследования, выполненные на основе разработанных математических моделей и методов разрешения стохастической неопределенности в системе инструментального обеспечения производственного процесса позволили установить 'следующее. Размеры дополнительного ресурса, необходимого для обеспечения требуемой степени риска при оснащении рабочих мест режущим инструментом существенно зависят от объема партии обрабатываемых деталей и значения вероятностной меры риска. Величина оптимальной стойкости режущего инструмента при обработке партии деталей существенно зависит от степени стохастической неопределенности в инструментальной подсистеме. Выбор параметров режима резания, обеспечивающих требуемую стойкость режущего инструмента при отсутствии или недостоверности стой-костной зависимости возможно на основе рекурсивного стохастического самообучения непосредственно в производственных условиях.

6. Исследование неопределенности временных связей в многостаночных технологических системах показало, что при проектировании многостаночной технологической системы операции необходимо различать детерминированную и стохастическую компоненты времени выполнения производственного задания по обработке партии деталей. Установлено, что при анализе детерминированных временных связей в роботизированных системах следует использовать категорию цикла обслуживания и условие обслуживания без потерь на ожидание. Это позволяет.в зависимости от компоновки системы и временных характеристик цикла обслуживания определить количественные характеристики

системы, при которых обеспечивается обслуживания без ожидания. Количество станков, обслуживаемых без ожидания и длительность цикла обслуживания зависят от компоновки станков в системе и последовательности их обслуживания.

7. Показано, что наличие стохастической компоненты временных связей в многостаночной технологической системе операции обусловливает необходимость использования экономической меры риска для оптимизации напряженности производственного задания по обработке партии деталей с учетом экономических потерь, вызванных преждевременным выполнением и невыполнением производственного задания в установленный срок. Установлено, что оптимальное Проектное решение существенно зависит от вида распределения времени выполнения производственного задания.

8. Разработанные модели анализа стохастических временных связей в многостаночной технологической системе обеспечивают идентификацию состояний системы в зависимости от ее работоспособности, дисциплины обслуживания станков и затрат времени на перемещения. исполнителей. Установлено, что степень стохастической неопределенности существенно влияет на выбор дисциплины обслуживания и эффективность ситуационного обслуживания по временному I! дистанционному приоритетам.

9. Предложенный метод интеграции проектных решений предусматривает разрешение неопределенности между уровнями технологического проектирования при' выборе оптимальных количественных характеристик многостаночной технологической системы и параметров режима резания, обеспечивает повышение эффективности проектного решения за счет установления оптимального соответствия между количественными характеристиками системы и параметрами режима резания при ограничении объема выпуска изделий.

10. Предложенный принцип разработки ситуационных проектных решений, основанный на априорной идентификации возможных состояний технологической системы обеспечивает эффективное управле-. ние режимами резания в многостаночной многооперационной технологической системе в зависимости от ее работоспособности. При этом снижается, расход режущего инструмента и риск невыполнения производственных заданий.

11. Обосновано, что практическая реализация предлагаемых методов разрешения неопределенности технологической информации возможна в условиях распределенных компьютеризированных систем технологического проектирования, обеспечивающих независимое функционирование различных проектирующих узлов при эффективном 'их взаимодействии для согла!. звания проектных решений.'

12. Практическая реализация результатов исследования осуществлена в рамках работ по созданию компьютеризированных систем технологического проектирования, в Тульском научно-исследовательском технологическом институте. ОАО "Стаикотехника" АК

"Туламашзавод", ОАО "Тяжпромарматура" (г. Алексин) и НПО "Комплекс" (г. Тверь) на основе серии договоров на разработку и передачу научно-технической продукции. Применение разработанных методов решения технологических задач позволили па 23% сократить количество единовременных изменении в технологических проектных решениях, на 5,8% - расход металлического проката, на 18 % - количество срывов выполнения производственных заданий, в 4 раза снизить трудоемкость разработки типовой технологической оснастки.

Основные положения диссертации отражены в следующих рабо-

.' тах:

1. Шадский Г.В., Иноземцев А.Н. Имитационная модель автоматизированного станочного комплекса // Автоматические манипуляторы и

■ металлообрабатывающее оборудование с программным управлением. -Тула: ТГШ, 1981. С. 46-58.

2. Пасько Н.И., Иноземцев А.Н. Алгоритм совместной оптимизации режимов резания и структуры участка поточной линии // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием. - Тула: ТПИ, 1982. С.' 113-119.

3. Пасько Н.И., Иноземцев А.Н. Оптимизационный синтез участка автоматической линии с учетом факторов'надежности оборудования и режущего инструмента // Исследования в области технологии механической обработки и сборки. -Тула: ТГШ, 1983. С. 111-118.

4. Иноземцев А.Н., Пасько Н.И. Особенности оптимизации режимов обработки при проектировании автоматических линий // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием. - Тула: i ПИ, 1983. С. 66-74.

5. Иноземцев А.П., Пасько Н.И. Моделирование роботизированных авгомагнчелшг линии с некоторыми структурными особенностями.// Автоматические манипуляторы' и металлообрабатывающее оборудование с программным управлением. - Тула: 1983. С. 6-17.

6. Иноземцев А.Н. Оптимизация режимов резапил и структуры участков токарной обработки в условиях гибкого цианирования выпуска изделий // Автоматизация проектирования и машинное моделирование технологических процессов в машиностроении: Тез. докл. науч.-практ. конф. (ноябрь 1987 г.) Свердловск, 1987. С. 14.

7. Дмитриев Л.Б., Иноземцев Л.И. Структурно-параметрический синтез участков из станков с программным управлением // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1987. С. 5-10.

8. Иноземцев А.Н. Влияние параметров различных иерархических уровней на роультаты структурно-параметрического синтеза станочной системы // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1988. С. 21-26.

9. Иноземцев А.Н. Определение оптимальной надежности автоматических станочных модулей на стадии структурно-парам-етрического проектирования станочных систем // Конструктивно-технологические методы повышения надежности и их стандартизация: Тез. докл. Всесоюзной науч.-технич. конф. Тула, 1988. С. 33.

10. Иноземцев А.И. Эффективность структурно-параметрического синтеза автоматических станочных линий // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1989. С. 7177. .

11. Иноземцев А.Н. Интерактивные программные средства для прогнозирования загрузки станочного парка автоматизированного производственного подразделения // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1990. С. 52-56..

12. Иноземцев А.Н. Управление режимами работы станков в автомагической линии в зависимости от их работоспособности // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1.990. С. 92-102.

13. Анцев В.Ю., Иноземцев А.Н., Пасько Н.И. Автоматизация нормирования расхода стального и цветного проката // Автоматизированные сишочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1993. С. 7-15. '

'14. Иноземцев А.Н., Пасько Н.И. Автоматизированная система one-' раишного управления производством II Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1993. С. 54-64.

15. Анцев В.Ю., Иноземцев А.Н., Пасько Н.И, Автоматизированное формирование технологических -документов // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПК, 1994. С. 47-55.

!6. Акимов И.В., Иноземцев А.Н. Информационно-логический аспект компьютерного нормирования процессов обработки резанием Н Ароматизированные станочные системы и роботизация производства. -Тула: ТПИ, 1994. С. 56-61.

17. Иноземцев А.Н., Троицкий Д.И. Семантический анализ пденгн-фикаифов в конструк'шрскр-технологическпх документах // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства." - Тула: ТПИ, 1994. С. 87-94.

18. Аннев Б.Ю., Иноземцев А.Н., Пасько Н.И. Компьютерная технология разработки норм расхода материалов на- изделия машиностроения // Автоматизированные станочные системы и роботизация нуоизводства! - Тула: ТПИ, 1994. С. 126-136.

19. Иноземцев А.Н. Научно-методологические принципы компьютерной констр^кторско технологической подготовки производства /Л Приборы и приборные системы: Тез. докл. межвуз. совещания-семинара, Тула: ТулП'У. 1994. С. 60.

20. Иноземцев А.Н., Пасько H.H. Математическая постановка зада-1 чи симплификацни сортаментов машиностроительных материалов // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1995. С. 14-21.

21. Аицев В.Ю., Иноземцев А.Н., Троицкий Д.И. Концептуальное моделирование предметной области "Разработка материальных норм в машиностроении"// Автоматизированные станочные системы и роботизация производства. - Тула: ТПИ, 1995. С. 156-161.

22. Анцев В.Ю., Иноземцев А.П., Пасько H.H. Информационно-логический аспект интегрированных конструкторско-технологических систем в приборостроении // Оборонная техника. Ежемесячный научно-технический сборник, 1995, № 6, с. 21-25.

23. Иноземцев А.Н. Проблем!,i компьютерной автоматизации технологической подготовки машиностроительного йроизводства // Российская научно-техническая конференция "Социально-экономические проблемы управления производством, создание прогрессивных технологий, конструкций и систем в условиях рынка.": Тезисы докладов - Калуга: Калужский филиал МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1995. С. 138.

24. Иноземцев А.Н. Принципы интеграции системы конструкторско-технологическон подготовки машиностроительного производства // Механика машиностроения: Тезисы докладов Международной ш.уч.чо-технической. конференции. (28-30 марта 1995 г.) - Наб.Челны: ТЬд-во Камского политех, пн-та, 1995. С. 208.

25. Иноземцев А.Н., Пасько Н.И. Математическое описание фактора риска в технологической среде при обработке резанием // Совершенствование конструкций инструмента и метрологические аспекты производства: Сборник научных трудов. - Тула: ТулГУ, 199о. С. 27-35.

26. Иноземцев А.IT. Интегрированная информационно-логическая среда конструкторско-технологической подготовки машиностроительного производства // 3-й международный конгресс "Конструкторски-технологическая'информатика" - КТИ-96. - М.: МГТУ "Станкин", 1996. С. 66-67.

27. Иноземцев А.Н., Пасько Н.И'., Троипкий Д.И. Симилификапия номенклатуры материалов, используемых h машиностроительном производстве // Сборник научных трудов межвузовской научно-технической программы "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" - М:МГААТМ, 1996. - с. 77-81.

28. Иноземцев А.П., Пасько H.H., Троицкий Д.П. Снижение маге рпалоемкости при' автомапиированном проектировании изделии машиностроения // Сборник научных трудов межпуюнской научи» гсхпической программы "Рес>рс ocfvpeiаюшмс технологии и чаш.(настроении" - М.'МГААТМ. 1996. - C.S2-S7.

29.Анпеи В.Ю.. Иноземцев A.Ii.. ■! 1 tei-eo 11 И. Коисстш'т ^imüv,,-¡ернон коне; рук iop,.Ko-re\i;o ¡ei ачес: а ,и> ;, а» шт:: . r---i

тельного производства И Избранные труды ученых Тульского государственного университета. Тула: ТулГУ, 1997. - С. 128-139.

30. Иноземцев А.Н. Проектирование технологических процессов на базе интегрированных оценок риска проектных решений // Международная юбилейная научно-техническая конференция "Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, металлорежущих станков и инструментов": Сборник трудов - Тула: ТулГУ, 1997. С. 93.

31. Иноземцев А.П., Троицкий Д.И. Структурно-иерархический анализ изделий машиностроения К Известия Тульского государственного университета. Серия "Машиностроение". Выпуск 2. - Тула: ТулГУ; 1997. С. 189-192. .

32. Аииев В.10., Иноземцев А.Н., Троицкий Д.И. Автоматизированное проведение изменений проектных решений в комиьтернзпровашюй системе конструкторско-технологической подготовки производства // Известия Тульского государственного университета. Серия "Машиностроение". Выпуск 2. - Тула: ТулГУ, 1997.С. 196-202.

33. Иноземцев А.Н., Савушкин В.И. Компьютерная технология разработки групповых - чертежей техноло1 ической оснастки // Известия Тульского государственного университета. Серия "Машиностроение". Выпуск 2. - Тула: ТулГУ, 1997.С. 207-216.

"34.' Акимов И.В., Иноземцев А.И., Пасько Н.И. Обоснование адаптивной методики укрупненного нормирования трудоемкости изделий станкостроения // Известия Тульского государственного университета. Серия "Машиностроение". Выпуск 2. - Тула: ТулГУ, 1997. С. 216-221.

35. Васин С.А., Сангартен Л.М., Иноземцев „А.Н., Анцев В.Ю. Функциональный анализ системы обеспечения производственного процесса материалами и полуфабрикатами с заданными свойствами /У Известия Тульского государственного университета. Серия "Машиностроение". Выпуск 2. - Тула: ТулГУ, 1997. С.226-233.

36. Васин С.А., Иноземцев А.П.. Мельников В.А., Троицкий Д.И. Статистический анализ соркшентной применяемости материалов в машиностроении // Известия Тульского государственного университета. Серия "Машиностроение". Вмпуск 2. - Тула: ТулГУ, 1997. С.243-250.

. 37. A.C. № 1164039 (СССР). Способ управления режимами работы станков в автоматической линии / Пасько Н.И.,'Иноземцев А.II,, Токмаков Ю.В., Михайлов Ю.Д. // Б.И., 1985, №24.

38. Storr А., Schadski G., Inozeintsev A. Simulationsmodel) eines flexiblen Fcriigungs.syste.ni // wt-Zeiischriftfür Industrialle Fertigung 70(1980) Ш-77В.

J

Подписано а печать '! 98. Формат бума!и 6<Ь84 1/16. Бумага типограф. Ла 1 Офсетная печать. Усл. пп. л. 7 ч. Усл. юр. птт. - . Уч. н ¡д. л.„' г. Тираж 100 жз. Заказ с т о-,

Тульский государственный университет. ЗОПЛОО, Гула, просп. Ленина. Подразделение оперативной полнгряфнн Тульскою юсударешгнпого ¡шшречтг м. 300600, Тула, ул. Ьил.шна, 151.

4 /

I? /

ч/ У

/ / У

I ' >

¿>/<23?- 3У^/оУ

йши~университет

През

идиум ВАК россин й

(решение от

ггрисудшл ученую стшешь

19

На правах рукописи

иаук¡УДК621.9:658.512.4:681.3 "" России

тнГйколаевич

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ МЕХАНООБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ РАЗРЕШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Специальности: 05.02.08 - Технология машиностроения;

05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант -доктор технических наук, профессор Васин С.А.

Тула -1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 9

1. АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ МЕХАНООБРАБОТКИ............................. 21

1.1. Анализ современной концепции технологического проектирования в машиностроении.............................................................. 21

1.2. Цель и задачи исследования.............................................................. 37

2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ РАЗРЕШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В ЗАДАЧАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ......................................................................... 41

2.1. Структура неопределенности в задачах проектирования технологических систем механообработки........................................ 41

2.1.1. Роль неопределенности в задачах технологического проектирования........................................................................................... 41

2.1.2. Системные представления как средство разрешения неопределенности в задачах технологического проектирования....... 43

2.2. Критерии оценки проектных решений в условиях стохастической неопределенности...................................................................... 57

2.3. Экспертно-аналитическое разрешение эпистемологической неопределенности............................................................................... 65

2.4. Разрешение лингвистической неопределенности при проектировании процессов механообработки............................................ 70

2.4.1. Реляционная модель описания технологического процесса... 70

2.4.2. Эволюционное разрешение неопределенности в иерархически структурированных множествах технологических проектных решений................................................................................ 74

2.5. Выводы.................................................................................................. 82

3. РАЗРЕШЕНИЕ МЕЖАСПЕКТНОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА ИСХОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ........... 85

3.1. Концепция системы обеспечения производственного процесса материалами и полуфабрикатами с заданными свойствами.... . 85

3.1.1. Технико-экономический аспект задачи обеспечения технологической системы предприятия исходными материалами.. 85

3.1.2. Структурно-функциональная интеграция Системы................. 89

3.1.3. Согласование решений в Системе................................................. 94

3.1.4. Структурно-функциональная схема проектной процедуры материального нормирования....................................................... 95

3.2. Построение размерного ряда исходных материалов для технологической системы машиностроительного предприятия.... 99

3.2.1. Выявление межаспектных противоречий при разработке технологических проектных решений.......................................... 99

3.2.2. Построение технологически оптимального размерного ряда исходных материалов...................................................................... 103

3.2.2.1. Математико-статистическая формулировка задачи............. 103

3.2.2.2. Статистический анализ размеров заготовок на предприятиях машиностроения............................................................... 104

3.2.2.2.1. Методика сбора и обработки данных................................... 105

3.2.2.2.2. Аппроксимация распределения размеров заготовок......... 106

3.2.3. Симплификация размерного ряда исходных материалов....... 113

3.2.3.1. Логистические факторы симплификации................................ 113

3.2.3.2. Технологические последствия симплификации...................... 114

3.2.3.3. Оценка полезности проектного решения при помощи метода попарных сравнений.......................................................... 120

3.2.3.4. Примеры разработки симплификационных решений при формировании размерного ряда исходных материалов .... 127

3.3. Проектная процедура материального нормирования................................130

3.3.1. Определение общих припусков на механическую обработку 130

3.3.2. Определение потерь на отрезку и зажим материала..................................133

3.3.3. Детерминированная модель материального нормирования металлопроката..................................................................................................................................................................135

3.3.3.1. Нормирование длинномерного проката....................................................................137

3.3.3.2. Нормирование листового проката........................................................................................141

3.4. Выводы....................................................................................................................................................................................................145

4. РАЗРЕШЕНИЕ СТОХАСТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В СИСТЕМЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА..........................................................147

4.1. Математическое обеспечение задач прогнозирования расхода режущего инструмента............................................................................................................................................147

4.1.1. Расход инструмента при неизменных режимах резания....................147

4.1.1.1. Ресурс работоспособности инструмента как случайная величина..........................................................................................................................................................................................147

4.1.1.2. Расход инструмента на партию деталей....................................................................148

4.1.1.3. Параметры распределения вероятностей расхода инструмента..............................................................................................................................................................................................151

4.1.1.4. Решение интегральных уравнений для определения параметров расхода режущих инструментов..................................................................152

4.1.1.5. Асимптотические решения....................................................................................................................153

4.1.1.6. Гамма-процентный расход инструмента..................................................................155

4.1.1.7. Практическая оценка расхода режущих инструментов................156

4.1.2. Расход инструмента при переменных режимах резания....................158

4.1.2.1. Приведенное время резания..............................................................................................................158

4.1.2.2. Расчет приведенного времени резания по нормативам режимов резания............................................................................................................................................................161

4.2. Разрешение стохастической неопределенности стойкости ре-

жущих инструментов при оптимизации времени обработки

партии деталей.................................................................................... 163

4.3. Разрешение стохастической неопределенности на основе планово-предупредительного восстановления режущих инструментов................................................................................................... 174

4.3.1. Математическая модель системы планово-предупредительного восстановления режущих инструментов 174

4.3.2. Оптимизация системы ППВ режущих инструментов.............. 179

4.4. Управление режимом обработки в технологической системе операции на основе рекурсивного самообучения....................... 183

4.5. Выводы.................................................................................................. 190

5. АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ СВЯЗЕЙ В

МНОГОСТАНОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 194

5.1. Оптимизация планового периода выполнения производственного задания для технологической системы операции........ 194

5.1.1. Плановый период и время выполнения производственного задания............................................................................................... 194

5.1.2. Вероятностная интерпретация риска невыполнения производственного задания...................................................................... 195

5.1.3. Экономическая интерпретация риска невыполнения производственного задания..................................................................... 197

5.1.4. Статистическая оценка экономической меры риска на основе имитационного эксперимента.................................................. 199

5.2. Детерминированные модели временных связей в многостаночных технологических системах................................................. 205

5.2.1. Многостаночная технологическая система операции как объект обслуживания...................................................................... 205

5.2.2. Цикл обслуживания......................................................................... 207

5.2.3. Количество станков, обслуживаемых без ожидания................ 208

5.2.4. Количество наладчиков, обслуживающих М станков без ожидания............................................................................................ 209

5.2.5. Исследование схем автоматического обслуживания многостаночной технологической системы операции........................ 209

5.2.5.1. Особенности автоматического обслуживания параллельно работающих станков................................................................... 209

5.2.5.2. Обслуживание многостаночной технологической системы

операции двуруким роботом................................................... 211

5.2.5.3. Обслуживание многостаночной технологической системы

операции двумя однорукими роботами................................ 217

5.2.5.4. Сравнение схем обслуживания двуруким и двумя однорукими роботами.............................................................................. 224

5.3. Вероятностные модели многостаночных технологических систем операции................................................................................ 225

5.3.1. Формализованное представление временных связей в многостаночной технологической системе операции................... 225

5.3.1.1. Спецификация математической модели.................................. 225

5.3.1.2. Моделирование временных связей на основе сетей Петри.. 232

5.3.1.3. Точность моделирования............................................................ 236

5.3.2. Исследование влияния стохастической неопределенности длительности обслуживания на эксплуатационные показатели технологической системы.................................................... 240

5.3.3. Сравнительная оценка эффективности дисциплин обслужи-

вания................................................................................................. 248

5.4. Выводы................................................................................................... 250

6. СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

МНОГОСТАНОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

МЕХАНООБРАБОТКИ................................................................. 252

6.1. Интеграция проектных решений по выбору количественных

характеристик системы и режима резания........................................................................252

6.1.1. Системно-аналитическое представление задачи................................................252

6.1.2. Критерий эффективности проектного решения..................................................256

6.1.3. Математическое описание проектной задачи........................................................257

6.1.3.1. Расчет показателей инструментальной подсистемы............................257

6.1.3.2. Собственные показатели станочного модуля..................................................261

6.1.3.3. Математическая модель многостаночной технологической системы операции для расчета объема выпуска деталей........................................................................................................................................................................................................263

6.1.3.4. Оптимизация количественных характеристик системы..............271

6.1.3.5. Схема разработки интегрированного проектного решения 276

6.1.4. Разработка интегрированных проектных решений для технологических систем из станков с программным управлением......................................................................................................................................................................................................280

6.1.4.1. Исследование зависимости количественных характеристик системы от режима резания............................................................................................280

6.1.4.2. Схема синтеза интегрированного проектного решения..............286

6.1.4.3. Примеры синтеза интегрированных проектных решений... 290

6.2. Управление режимами резания в технологической системе в зависимости от ее работоспособности....................................................................................296

6.2.1. Теоретическое обоснование способа управления............................................296

6.2.2. Обоснование технической реализации способа управления... 304

6.2.3. Оценка эффективности управления режимами резания в многооперационных технологических системах..............................................308

6.3. Выводы....................................................................................................................................................................................................312

7. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 314 7.1. Компьютеризированная система конструкторско-техноло-

гического документооборота..................................................................................................................321

7.1.1. Принципы функционирования системы..................................... 321

7.1.2. Автоматизированное проведение изменений в проектных решениях.......................................................................................... 327

7.2. Узел обработки конструкторских спецификаций на изделие.... 331

7.3. Узел разработки норм расхода производственных материалов.......................................................................................................... 333

7.4. Автоматизация проектирования маршрутно-операционной технологии........................................................................................... 344

7.4.1. Узел межцеховой технологической маршрутизации................ 346

7.4.2. Автоматизация разработки маршрутно-операционных технологических процессов................................................................. 349

7.5. Параметрическое проектирование технологической оснастки 362

7.5.1. Компьютерная технология разработки групповых чертежей технологической оснастки.............................................................. 362

7.5.2. Система параметрического проектирования пресс-форм для резинотехнических изделий типа колец и манжет.................... 368

7.6. Организация параллельной работы специалистов предприятия над технологическим проектом............................................. 373

7.7. Информационная технология проведения входного контроля материалов.......................................................................................... 375

7.8. Информационная технология сбора, обработки, анализа и предоставления информации о браке............................................ 381

7.9. Выводы................................................................................................. 386

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ............. 387

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................. 392

ПРИЛОЖЕНИЯ. Документы о практической реализации результатов работы................................................................ 420

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время привычному представлению о непрерывном эволюционном развитии наук противопоставляется циклическая схема их развития [141]. Цикл начинается со становления парадигмы - набора понятий, исходных положений и установок, принимаемых научным сообществом. Парадигма включает в себя не только точные утверждения (типа законов Ньютона), но и психологические факторы: своеобразное целостное видение далеких целей и устойчивую уверенность в том, что их можно достичь на основе принятых исходных посылок. "Когда ученый может принять парадигму без доказательств, ему не приходится в своей работе перестраивать всю область заново, начиная с исходных принципов, и оправдывать введение каждого нового понятия". После установления парадигмы возникает этап "нормальной науки" - развертывание широкого фронта работ, основанных на данной парадигме. В ходе этих работ постепенно накапливаются данные, не укладывающиеся в нее. Вначале они воспринимаются как естественные проблемы нормальной науки, которые со временем будут решены. Однако, если эти проблемы не решаются и продолжают накапливаться, то они начинают восприниматься как серьезные аномалии. При определенном уровне накопления аномалий возникает кризис: сама парадигма перестает быть бесспорной. Начинается процесс ее пересмотра, который завершается установлением новой парадигмы. Именно такой этап развития переживает сейчас технология машиностроения.

Технология машиностроения нормативно определена как наука, охватывающая разнообразные аспекты производственного процесса [135]. Объективно обусловленное сочетание интенсивного и экстенсивного развития технологической науки привело к тому, что возникли определенные проблемы взаимопонимания между профессиональными группами, исследующими различные аспекты технологии

машиностроения. Особенно эта проблема обострилась в связи в интенсивным развитием компьютеризированной технологии проектирования и производства [1].

Значительное место в современной научной парадигме технологии машиностроения уделяется информационному аспекту производственного процесса изготовления машины. Информация в производственном процессе - это средство, приводящее, поддерживающее и направляющее его действие. В конечном счете обширная информация, которой оперирует технолог, перерабатывается в решения о построении технологических процессов изготовления изделий. Эти решения охватывают самые разнообразные аспекты производственного процесса.

Одновременное осуществление технологических процессов изготовления деталей, доставка технологической оснастки и предметов производства к рабочим местам, отправка готовой продукции на склад, широкий круг задач по обеспечению требуемой точности деталей, непрерывный анализ хода производственного процесса, его диспетчеризация и многое другое требует своего бесперебойного информационного обеспечения.

Особенно сложной оказывается разработка информационного обеспечения для автоматизированного производства, где физическая и умственная деятельность человека во многом замещается техническими средствами, управляющими программами и пр. При построении автоматизированного производственного процесса не должна быть упущена ни одна самая малая из производст