автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка автоматизированной подсистемы проектирования операций токарной обработки в системе планирования технологических процессов при стохастической неопределенности производственной ситуации

10-5 736

На правах рукописи

Шалунов Вячеслав Викторович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДСИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ В СИСТЕМЕ ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СТОХАСТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИТУАЦИИ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АВТОРЕФЕРАТ

Саратов 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет».

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Бочкарёв Пётр Юрьевич

доктор технических наук, профессор Васин Алексей Николаевич

кандидат технических наук, Сигитов Евгений Александрович

Институт проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов

Защита состоится « 30 » июня 2010 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический

университет».

Автореферат разослан «25» мая_2010 г.

Учёный секретарь /

диссертационного совета _ ^_ А. А. Игнатьев

"50ССИИСКАЯ I

ГУДАРСТВЕННАЯ

Библиотекам

--ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В современных условиях многономенклатурного машиностроительного производства рыночные механизмы ведения хозяйственной деятельности позволяют промышленному предприятию добиться успеха на рынке и получить преимущество перед конкурентами-производителями только при соблюдении ряда условий, среди которых - постоянное совершенствование производимой продукции и обновление ее модельного ряда, сокращение сроков проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства (ТПП), снижение материало-, энерго- и трудоемкости производства на всех стадиях его подготовки.

Проектирование технологических процессов (ТП) в настоящее время невозможно без участия технологов, что приводит к субъективному подходу при принятии решений на стадии ТПП и, как следствие, снижению показателей эффективности работы производственных систем при реализации ТП. Особенно это проявляется в условиях многономенклатурного производства, поэтому совершенствование подходов к проектированию технологических операций, направленное на создание методов, обеспечивающих формализацию всех проектных процедур на стадии создания технологии и базирующихся на информации о реальном состоянии производственной системы, является важным направлением развития ТПП механообрабатывающих производств.

Наиболее эффективное направление решения этой задачи - комплексное внедрение систем автоматизации подготовки производства. Автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП) повышают эффективность производства за счет применения современных методов оперативного планирования, основанных на оперативной информации, получаемой в ходе ТПП. При этом комплексная автоматизация предприятия представляет собой целостную интегрированную систему взаимосвязанных инструментальных модулей, способных функционировать на различных технических платформах и оперативно реагировать на изменения производственной ситуации.

Существующие АСТПП не позволяют в полной степени учитывать особенности производственных условий на момент проектирования и реализации ТП, либо разработаны на основе методов диалогового проектирования, что подразумевает низкую степень автоматизации и существенно увеличивает затраты времени на ТПП.

Исследованиями в области организации и проектирования технологических процессов занимались А.П. Соколовский, С.П. Митрофанов, Г.К. Горанский, Н.М. Капустин, P.A. Алик, С.Н. Корчак, В.М. Базров, В.И. Аверченков, И.П. Норенков и другие.

Одним из подходов, позволяющих автоматизировать ТПП, является концепция гибких ТП, основные требования к которой представлены в работах А. В. Королёва и Б. М. Бржозовского. Развитие данного подхода в части учета многономенклатурного характера производства и реального состояния производственной системы является основой, по которой будут изготавливаться изделия произвольной номенклатуры. Он является основой разрабатываемой в Саратовском государственном техническом университете автоматизированной сис-

темы планирования технологических процессов, обеспечивающей параллельное проектирование ТП для деталей в рассматриваемый период времени с учетом реально складывающейся производственной ситуации. Разрабатываемые ТП обладают свойством гибкости за счёт наличия многовариантных решений задач проектирования, что в условиях стохастической неопределенности функционирования многономенклатурного производства, связанной с изменением номенклатуры деталей, объемом партии и временем поступления партии на обработку, является принципиальным отличием и преимуществом по сравнению с существующими системами автоматизированного проектирования ТП. Поэтому разработка автоматизированной подсистемы проектирования технологических операций для деталей типа тел вращения, обрабатываемых на оборудовании токарной группы, позволяющей получать качественные технологические решения является актуальной задачей.

Цель данной работы состоит в совершенствовании технологической подготовки механообрабатывающих производств на основе создания методики и автоматизированной подсистемы проектирования технологических опера-ций(АППТО), выполняемых на станках токарной группы в системе планирования многономенклатурных технологических процессов в условиях стохастической неопределенности производственной ситуации.

Методы и средства исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, принципов системного подхода, кластерного анализа, математического аппарата теории множеств, аппарата теории сетей Петри. Экспериментальные исследования проводились в условиях действующего участка токарного оборудования, при разработке необходимого программного обеспечения были применены методы структурного проектирования и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна характеризуется следующими положениями.

1. Разработан метод совершенствования технологической подготовки многономенклатурного производства на основе создания одного из элементов АСТПП - автоматизированной подсистемы проектирования технологических операций, выполняемых на станках токарной группы, базирующейся на математических моделях формализации исходных данных и алгоритмизации процесса принятия проектных решений.

2. Разработана методика и получены модели группирования технологического оборудования с позиции однородности проектных процедур для определения рациональной структуры подсистем планирования технологических операций, выполняемых на станках токарной группы.

3. Разработана структура базы технологических возможностей оборудования токарной группы в системе планирования многономенклатурных технологических процессов.

4. Разработаны модели формирования структур технологических операций с учетом возможностей параллельной обработки поверхностей деталей с применением аппарата теории сетей Петри.

Практическая ценность и реализация работы. Разработаны информационные, алгоритмические и программные средства автоматизированной подсистемы проектирования технологических операций для оборудования то-

карной группы, позволяющие принимать рациональные проектные решения в изменяющейся производственной ситуации в условиях многономенклатурного автоматизированного производства.

Выполнено проектирование в автоматизированном режиме технологических операций, выполняемых на станках токарной группы оборудования в условиях производства ФГУП «Саратовский агрегатный завод». Время разработки технологических операций сократилось в 2,3 раза.

Апробация результатов диссертации проводилась на международных научно-технических конференциях: «Автоматизация и информатизация в маши-ностроении»(Тула, 2000, 2001) «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17» (Кострома, 2004), ММТТ-18 (Казань, 2005), ММТТ-20 (Ярославль, 2007), «ММТТ-21» (Саратов, 2008), «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 2006), «Системы проектирования технологической подготовки производства и управления жизненного цикла промышленного продукта»(Москва, 2007), «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2007), «Инновации, качество и сервис в технике и технологиях» (Курск, 2009), на Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе три статьи в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 118 наименований и 8 приложений. Основной текст диссертации изложен на 149 страницах, иллюстрированных 48 рисунками, и содержит 8 таблиц.

Положения, выносимые на защиту:

1) модель автоматизированной подсистемы проектирования технологических операций для токарной группы оборудования, являющейся составной частью системы планирования технологических процессов;

2) методика и модели группирования технологического оборудования с позиции однородности проектных процедур на основе кластерного анализа с целью определения рациональной структуры подсистем планирования технологических операций, выполняемых на станках токарной группы;

3) модели формирования структур технологических операций с учетом возможностей параллельной обработки поверхностей деталей с применением аппарата теории сетей Петри;

4) структура базы данных по технологическим возможностям оборудования токарной группы;

5) результаты проведения испытаний созданных методик и моделей, разработанных алгоритмов и программных средств в условиях действующего производства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и научная новизна работы, указаны практическая ценность и перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ существующих систем автоматизированного проектирования технологических процессов и автоматизированных систем технологической подготовки производства с позиции используемых в них подходов к проектированию ТП. Рассмотрены существующие методики проектирования ТП и организации производства в части формирования последовательностей обработки поверхностей деталей.

Исследованиями в области проектирования технологии и организации ТП занимались С.П. Митрофанов (групповой подход к проектированию ТП), А.П.Соколовский (типовой подход), В.М. Базров (модульная технология), A.B. Королев, Б.М. Бржозовский, П.Ю. Бочкарёв (планирование многономенклатурных ТП).

Методы проектирования ТП в условиях стохастической неопределенности производственной ситуации должны приводить к алгоритмам, которые возможно и удобно реализовать при помощи ЭВМ, с учетом реально складывающейся производственной ситуации. Поэтому были исследованы методы организации "Ш на пригодность в плане возможности выполнения автоматизированной технологической подготовки производства.

Проведенный анализ методов организации ТП и проектирования технологии позволил выбрать в качестве основания для построения автоматизированной системы технологической подготовки производства систему планирования многономенклатурных технологических процессов, основанную на концепции гибких технологических процессов.

В работе рассмотрены преобладающие на сегодняшний день в сфере автоматизированного проектирования ТП и ТПП программные комплексы: «Вертикаль» компании АСКОН, T-FLEX Технология компании ТопСистемс, ADEM, ИНТЕРМЕХ TechCard, в плане предоставляемых ими возможностей по автоматизации проектирования. Все эти комплексы предоставляют в общей части реализации проектных задач технологического характера возможность диалогового режима проектирования. В этом режиме технолог на основе собственных знаний и опыта проектирует ТП, а система обеспечивает предоставление справочных данных, средства автоматизированного расчета припусков, режимов, норм времени, средства оформления технологической документации. Все системы предоставляют возможность проектирования в полуавтоматическом, либо диалоговом режиме на основе существующего типового технологического процесса, либо типовых блоков. ADEM и T-FLEX Технология позволяют производить проектирование в автоматическом режиме на основе обобщенного ТП, представляющего собой спроектированный ранее техпроцесс с введенными в него условиями выбора технологических переходов и операций в зависимости от значений параметров детали. Внесение изменений в конструкцию детали приводит к необходимости корректировки технологического процесса в полуавтоматическом либо диалоговом режиме. Во всех рассмотренных системах последовательности технологических переходов обработки поверхностей деталей формируется на уровне включения переходов в технологическую операцию и выбора последовательности технологических операций.

Рассмотренные системы проектирования не позволяют полностью автоматизировать технологическую подготовку производства, их применение в

условиях многономенклатурных серийных и мелкосерийных производственных систем является малоэффективным. Поэтому создание АСТПП базирующейся на концепции гибких ТП способной оперативно реагировать на изменения производственной ситуации является наиболее перспективным направлением.

Вторая глава посвящена созданию методики группирования технологического оборудования с целью определения рациональной структуры системы планирования технологических операций и построению моделей группирования токарного технологического оборудования в соответствии с диапазоном и видом обрабатываемых поверхностей, технологическими возможностями оборудования, использованием отдельных проектных процедур при разработке операционной технологии.

Цель рациональной -структуризации заключается в создании унифицированных проектных процедур для различных технических и технологических условий (технологическое оборудование, оснастка, технологические переходы и т.д.), что обеспечит исключение непредсказуемого увеличения количества проектных процедур в процессе создания, развития, и насыщения системы.

Определение рациональной структуры проектных процедур строится на совокупности свойств и характеристик технологического оборудования, для которого ведется разработка технологии. К этой совокупности свойств и характеристик необходимо отнести три группы показателей в соответствии со своим функциональным назначением: отражающих широту обработки элементарных поверхностей деталей в плане их вида, диапазона конструктивных размеров и характеристик поверхностного слоя; отражающих технологические возможности оборудования в аспекте рационального построения структуры технологических операций и эффективной реализации запланированной обработки; отражающих исследование отдельных проектных процедур при разработке технологии для данного оборудования.

Исходя из этого, предлагается последовательность группирования технологического оборудования с целью определения рациональной структуры системы планирования технологических операций, включающая в себя три структурно независимых блока, объединенных на основе общности информационной базы и по мере перехода от одного блока к другому, осуществляющих последовательное дробление множества оборудования на отдельные подмножества.

Задача группирования технологического оборудования решена в три шага.

На первом шаге в качестве объектов указаны наименования технологического оборудования, а в качестве свойств объекта отмечалась возможность реализации технологического перехода по обработке конкретной элементарной поверхности с заданными размерными характеристиками и показателями, определяющими состояние поверхностного слоя. Результаты выполненных операций представлены в виде матрицы Кц, в которой множество строк / представляет множество единиц оборудования в рамках производственного участка, а множество столбцов 1 - элементы, отражающие возможность изготовления конкретного вида элементарную поверхность в определенном диапазоне конструктивных размеров и характеристик поверхностного слоя. Элемент (ц) матрицы Ки содержит информацию в виде логического описания, что диктуется характером описываемого объекта, элементы матрицы равны 0 или 1 в булевском

смысле: К[ц]=1 означает, что / с оборудование может изготовить элементарную поверхность, характеризуемую у м признаком. В качестве математического аппарата для решения этой задачи группирования был использован кластерный анализ.

Кластеризация основана на переборе множества кластеров-претендентов по критериям непротиворечивости с целью выбора рациональной структуры. Исходной для кластерного анализа как метода автоматической классификации является матрица расстояний или различий, вычисляемая из исходной матрицы Кц.

0.9379 Ь 0.90953 0.6723/. 0.0162.1 0.79931 0.69-193 0.65456 0.5232? 0.01168 о.ьогао

0.46600 0.36039 0.34491 0.26001 0.2440/ 0.22339 0.22103 0.21560 0,20943 0.17602 0.13397 0.09711 0.0&.Ш 0.01739 0.00432 0.00260 0.00000

XI

Дг

гп

Г1

Номер едимся технологического оборудования

Рис. 1 .Дендограмма группирования технологического оборудования в соответствии с видом обрабатываемой поверхности и ее размерными и точностными характеристиками

Для вычисления расстояний были проанализированы наиболее часто используемые и цитируемые в научной литературе зависимости, и в качестве наиболее подходящей для решения данной задачи была выбрана формула Очаи

1-и/(«,«;)',

11=11 (¡У) - когда / и /' имеют одну и ту же характеристику у еЗ\

- число случаев, когда элемент / представлен в ки.

УeJ

Построение дендограммы последовательного объединения технологического оборудования (рис. 1) в кластеры выполнялось на основе результатов, полученных с использованием разработанной автоматизированной программы.

В качестве осей использованы уровень индекса иерархии (8=1-V, где V - стандартный индекс иерархии, аналогичный расстоянию или показателю близости) и номера единиц технологического оборудования.

Следующий этап решения задачи - определение оптимального количества создаваемых классификационных групп (кластеров). Поиск этих групп осуществлялся посредством определения среднего количества единиц технологического оборудования, объединенных в один кластер; максимального количества единиц технологического оборудования в одном из кластеров; количества сформированных кластеров. Результаты такого анализа, представленные на рис. 1,2, позволяют сделать заключение, что наиболее рациональным разбиением является классификация на уровне у-0,500, так как на данном уровне сформировано 10 устойчивых кластеров, разность индексов иерархии между предыдущей и последующей единицей технологического оборудования, объединенных в один кластер, на уровне у=0,500 составляет 0,09, после - 0,305, среднее количество единиц технологического оборудования, объединенных в один кластер равно 4,32, а максимальное количество единиц в одном из кластеров -10.

Следующий этап группирования оборудования связан с оценкой технологических возможностей в плане рационального построения структуры

Среднее количество единиц оборудования в одном кластере

0,05 0.1 0,15 0 2 О.З 0.4 0,5 0.6 0.7 0 6 < Уровни классификации

а)

Максимальное количество единиц оборудования в одном кластере

/

/

/

«к. .Л

0.05 0.1 015 0.2 0,25 0.3 0.4 0.5 О.С 0 7 0.8 0 9 1 Уровни классификации

б)

количество кластеров

V s

ч V V

8 S 5

О О О О © О О

Уровни классификации

В)

Рис. 2 Соотношения между уровнями классификации и: а) средним количеством единиц технологического оборудования, объединенных в один кластер; б) максимальным количеством единиц технологического оборудоппния в одном кластере; п) количеством сформированных кластеров.

технологических операций. В качестве свойств объекта были выделены следующие характеристики: вид движения детали, вид движения инструмента, подача инструмента по координатам, количество координат, по которым ведется обработка, максимальное количество одновременно устанавливаемых обрабатывающих инструментов в одной позиции, количество инструментальных суппортов, количество рабочих позиций для закрепления инструментов, максимальное количество обрабатывающих инструментов, возможность фиксированного поворота обрабатываемой детали в плоскостях, программируемость обработки, возможность пересечения времени установки и обработки деталей, возможность изготовления нескольких деталей из одной заготовки, категория ремонтной сложности Я.

Кластеризации подвергалась группа, объединившаяся на предыдущем этапе, что объясняется целью выполняемой работы и сформированными задачами исследования. В результате определения оптимального количества создаваемых классификационных групп, аналогичного анализу, проведенному на первом шаге, наиболее рациональным разбиением является классификация на уровне у=0,55.

Заключительный этап группирования оборудования связан с анализом использования отдельных проектных процедур системы проектирования операционной технологии для каждой единицы технологического оборудования, для каждого кластера, сформированного на предшествующих этапах. В качестве свойств объекта были выделены следующие разделы и проектные процедуры: определение типоразмера устаиовочно-зажимного приспособления, типоразмеров обрабатывающего и вспомогательного инструмента, контрольных инструментов, определение возможности использования параллельной обработки^ установление последовательности выполнения технологических переходов, определение схемы наладки, определение времени реализации технологической операции, определение вариантов режимов обработки, оптимизация холостых и рабочих перемещений обрабатывающих инструментов, оптимизация вспомогательных приемов, связанных со сменой, поворотом и изменением ориентации обрабатывающего инструмента.

Результаты выполненного группирования позволяют объединить технологическое оборудование в системе автоматизированного проектирования технологических операций по признаку максимального использования однотипных проектных процедур и обеспечивает определение рациональной структуры системы в двух аспектах: распределение технологического оборудования по программным блокам разработки технологических операций, определение содержания проектных процедур в каждом программном блоке.

Выполненные исследования позволяют строго обосновать структуру системы проектирования технологических операций на основе разработанных моделей, обладающих свойством наглядности на всех этапах ее определения.

В третьей главе представлен метод совершенствования технологической подготовки многономенклатурного производства на основе создания АППТО, выполняемых на станках токарной группы, базирующейся на математических моделях формализации исходных данных и алгоритмизации процесса принятия проектных решений, позволяющий получить проектные решения в ав-

томатизированном режиме, приведены общая последовательность проектирования технологических операций, разработанная для сформированных групп технологического оборудования, математические модели, алгоритмы и программное обеспечение создания операционных технологий для станков токарной группы. Выполнена разработка информационного обеспечения данной подсистемы на основе создания базы данных по технологическим возможностям оборудования токарной группы.

Представлена пошаговая реализация на примере модели формирования вариантов структуры технологических операций, выполняемых на автомате продольного точения с использованием аппарата сетей Петри, позволяющего моделировать параллельные взаимосвязанные процессы (рис. 3).

Р'э---- Р'з

— ---- г\ ^—___"р3б -----—

/1\ © © ^ ^ ^ ^ с щ Г/

Т1, /т'а

тк^ _____

"" К'1(1)П5

р'9

пл1т1з 1А< I К'7_

Л\

К |(1)П4

Рис. 3. Фрагмент спроектированной сети Петри.

Шаг 1. Исходная маркировка спроектированной сети заключается в том, что каждому событию из множества {Р,,Р2,Р3,...} присваивается метка,

соответствующая описанию одного из компонентов системы(К"(^- компонент

системы, описывающий возможность обработки г-й элементарной поверхности на у'-м технологическом переходе И-м инструментом, 5/ -

инструментальный суппорт, Пь - инструментальная позиция на соответствующем суппорте). В диапазон задач, решаемых на первом шаге сети, входит анализ возможности размещения обрабатывающего инструмента в позициях станочной системы:

- реакция множества сетевых переходов |Т,,Т2,Т3,...} зависит от возможности установки инструмента в одном из трех суппортов, регламентированной множеством событий |Р,0,Р°,Р3°} 5

Результатом моделирования на данном шаге определяются все допустимые решения по размещению инструментов и, как следствие, варианты привязки каждого компонента системы к инструментальным позициям станка.

В дальнейшем производится последовательное объединение комплексов в варианты технологической операции. С этой целью выполняются действия по определению потенциальных возможностей для создания инструментальных наладок из данных, заключенных в множестве событий {Р3,Р,3,Р3,...}.

Посредством сконструированной структуры сети и закреплением за множествами сетевых переходов {т,2, Т22, Т3\...} > {Т3,Т3,Т3,...},-

специфических функций, происходит объединение комплексов не использующих одни и те же инструментальные позиции. Количество множеств сетевых переходов, используемых в данной процедуре, зависит от числа комплексов системы, заданных при исходной маркировки сети, и соответствующих числу технологических переходов в рассматриваемой технологической операции. Последовательный спуск по сети обеспечивает наращивание информации, заключенной в метках, и дополняет формирующиеся варианты размещения инструментов по позициям станка новыми комплексами.

Таким образом, на заключительном этапе определяются все возможные варианты, маркировка каждого из которых включает все комплексы. Этот признак является одним из показателей правильности выполнения моделирования спроектированной сетью.

Следующей стадией разработки структуры технологической операции является задача установления последовательности выполнения технологических переходов. Эта задача отличается также многовариантностью решений, так как при одной инструментальной наладки последовательность реализации технологических переходов могут быть различны. Первоначально устанавливались варианты реализации технологических переходов по последовательности их выполнения посредством следующих проверок:

- комплексы системы, описывающие обработку одной и той же поверхности должны быть расположены по порядку реализации технологических переходов, что определяется по значению индекса 3 в описании компоненты

(к!(х-опк) (к;;х)пк) -»(к"(х+1)пк),

- учет пространственных ограничений, касающихся пространственного расположения поверхностей (например: отверстие - внутренняя канавка, наружная цилиндрическая поверхность - шлицевая поверхность), производится на основе данных о конструкции обрабатываемой детали.

- анализируются характерные особенности по расположению отдельных технологических переходов в структуре технологической операции (например: отрезка, центровка).

Эти процедуры также проводились с применением теории сети Петри. Сеть позволяет учесть все сочетания, включая анализ ограничений не только между двумя комплексами (множество состояний системы |Р1°,Р2(),Р",...|), но и

между группами уже сформированных последовательностей комплексов на основе индивидуального исследования взаимодействия каждого сочетания комплексов из двух групп. Результатом таких процедур является реакция сетевых переходов и изменения в маркировке сетевых событий.

Сформированные последовательности выполнения технологических переходов проверяются на возможность использования параллельной обработки

если р' = {р,',^,..,^} - допустимое множество вариантов режимов обработки для технологического перехода, а р = {р/^,..,^ | - допустимое

множество вариантов режимов обработки для .р технологического перехода, то назначение параллельной реализации технологических переходов возможно в случае выполнения условия р0'^ = р1ф { } ,т.е. множество, образующееся

в результате пересечения множеств Р' и FJ не должно быть пустым.

Окончательный выбор структуры технологической операции производится по критериям, отражающим экономическую эффективность выполнения обработки. В качестве такого обобщающего показателя на данном этапе планирования ТП для автомата продольного точения выбран показатель времени реализации технологической операции.

В качестве другого примера выбрано проектирование технологической операции для многошпиндельных токарных полуавтоматов, заключающееся в разработке структурных решений, связанных с рациональным распределением обрабатывающих инструментов по инструментальным гнездам. В начале производится синтез возможных вариантов реализации для каждого технологического перехода с установкой инструмента, выбранного для его реализации, в одной из инструментальных позиций станка. Характер данной процедуры требует параллельное протекание вычислительного процесса, поэтому в качестве математического аппарата выбрана теория сетей Петри. В качестве исходной маркировки сети имеется множество, представляющее собой

символьное описание технологических переходов .

Переход сети из множества {Т,,Т2,Т3,...ТП} находится в состоянии

"открыт" в том случае, если возможно выполнение ]-го технологического перехода при размещении обрабатываемой детали в позиции, соответствующей событию из множества {8Р82,83,84,85,86} для 6-шпинделыюго полуавтомата

И ^„З^^^З^Л} для8-шпиндельного.

Производится анализ возможности размещения обрабатывающих инструментов на продольном (событие р(3 с меткой С, ) и поперечных (событие

Р22 с меткой С2 ) суппортах. Переход сети из множества из множества

{Т.'.Т,*,...} В структуре сети или в формализованном ее описании при

регистрации значений кратности после сетевых переходов из множества {Т,',Т,',...} учтены ограничения, предусматривающие размещение на

продольном суппорте и на поперечных суппортах в каждой позиции не более определенного числа интсрументов.

В результате выполнения проектных действий с использованием спроектированной сети формируются события из множества {Р,5,Р2

определяющие возможности реализации технологического перехода имеющего

символьное описание в 8а-ой позиции станка с размещением

обрабатывающего инструмента на С„-ом суппорте и в Ис-ой инструментальной ячейке. Вся эта информация концентрируется в метке результирующих событий, рождающейся в процессе последовательного прохождения сети.

Последующие проектные действия связаны с определением рациональной схемы наладки оборудования и включают генерацию допустимых вариантов и их анализ. С этой целью производится формирование множеств комплексов, созданных на уровне событий |Р,5,Р2,...}, с позиции их непротиворечивости

друг другу в том плане, чтобы при размещении инструментов по ячейкам конкретные инструментальные позиции использовались не более одного раза.

Объединение комплексов заканчивается в том случае, если в маркировке последнего события в сети количество комплексов соответствует количеству технологических переходов в операции. Или число уровней по объединению на данном шаге сети на единицу меньше количества технологических переходов.

Окончательная проверка варианта структуры технологической операции заключается в определении области допустимых параметров реализации технологических переходов р' = {р,',^,...,^ | и проверки условия

Р5 = Р1 П Р2 П Р3 ^ { } (5 - номер поверхности) сначала для всех позиций станка, а затем для оборудования в целом Р = ^ ГЩ ГЩ ГЩ ПР5 ГЩ ^ { } > исключая инструментальные ячейки для которых возможно автономное назначение режимов.

Варианты, удовлетворяющие представленным требованиям, образуют допустимое множество решений по структуре технологической операции. И последующие проектные действия заключаются в выборе из них лучшего с позиции обеспечения удовлетворительных показателей технологической надежности и наивысших экономических критериев выполнения операции.

В работе созданы формализованные описания проектных процедур, необходимых при проектировании технологических операций, выполняемых на механообрабатывающем оборудовании токарной группы. Проектные процедуры охватывают вопросы выбора рациональных средств технологического оснащения, расчет оптимальных режимов резания, нормирование

технологических операций, формирование технологической документации и управляющих программ.

В четвёртой главе представлена методика проверки работоспособности разработанной автоматизированной подсистемы проектирования технологических операций для оборудования токарной группы в условиях многономенклатурного производства изготовления деталей типа тел вращения ФГУГТ «Саратовский агрегатный завод».

С этой целью сформирована база данных по технологическим возможностям оборудования токарной группы, используемого в производстве ФГУП «САЗ»(рис. 4), в которую вносятся: общее описание станка, наименование станка, информация о количестве и расположении шпинделей, инструментальных суппортах, диапазонах частот вращения шпинделей и диапазонах подач, информацию о возможных схемах базирования на данном станке, размерных и точностных характеристиках обрабатываемых заготовок, о возможных технологических переходах, реализуемых на данном станке.

Рис. 4. Фрагмент базы данных по технологическим возможностям оборудования

На основе занесенных данных об обрабатываемых деталях (рис. 5) с использованием созданных моделей, алгоритмов и программного обеспечения было выполнено автоматизированное проектирование технологических операций токарной обработки и сформированы комплекты технологической документа-

ции, по которым выполнялась обработка деталей. По результатам реализации спроектированных технологических операций сделан вывод о работоспособности разработанной автоматизированной системы проектирования технологических операций для оборудования токарной группы. Опытное использование системы позволило снизить время технологической подготовки производства на разработку технологических операций в 2,3 раза и повысить производительность обработки деталей за счет повышения загрузки технологического оборудования и повышения качества проектных решений.

Рис. 5. Данные об элементарных поверхностях детали

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выполненный анализ известных автоматизированных систем ТПП с позиции их использования при проектировании технологических операций, выполняемых на станках токарной группы, позволил в качестве базовой выбрать разрабатываемую в Саратовском государственном техническом университете автоматизированную систему планирования ТП. В качестве обоснования выбора системы планирования ТП выдвинуты возможность полной формализации проектных процедур на всех стадиях ТПП и учет особенностей функционирования многономенклатурных производственных комплексов.

2. Разработан метод совершенствования технологической подготовки многономенклатурного производства на основе создания одного из элементов АСТПП - АППТО, выполняемых на станках токарной группы, базирующейся на математических моделях формализации исходных данных и алгоритмизации процесса принятия проектных решений, позволяющий получить проектные решения в автоматизированном режиме.

3. Разработана методика и получены модели группирования технологического оборудования с позиции однородности проектных процедур для технологических операций, выполняемых на станках токарной группы, позволяющие обосновать рациональную структуру создаваемой системы.

4. Разработана структура базы данных технологических возможностей оборудования токарной группы в системе планирования многономенклатурных технологических процессов.

5. Разработаны модели формирования рациональных структур технологических операций, выполняемых на станках токарной группы, с учетом возможностей параллельной обработки поверхностей деталей с применением аппарата теории сетей Петри.

6. Разработаны информационные, алгоритмические и программные средства автоматизированной подсистемы проектирования технологических операций для оборудования токарной группы, позволяющие принимать рациональные проектные решения в условиях стохастической неопределенности производственной ситуации.

7. Проведены испытания, подтверждающие работоспособность спроектированной подсистемы в условиях действующего производственного участка на ФГУП «Саратовский агрегатный завод», спроектированы в автоматизированном режиме операции токарной обработки деталей типа тел вращения. В результате было зарегистрировано сокращение сроков ТПП за счёт снижения времени разработки технологических операций для оборудования токарной группы в 2,3 раза по сравнению с существующими нормами времени.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Шалунов В.В. Модель группирования технологического оборудования в соответствии с диапазоном и видом обрабатываемых поверхностей / ШО. Бочкарев, В.В. Шалунов Н Вестник Саратовского государственного технического университета. 2006. № 3(14). - С.49-55 .

2. Шалунов В.В. Проектирование технологических операций механообработки в системе планирования технологических процессов / П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2009. № 3(40). - С.46-54.

3. Шалунов В.В. Общие принципы построения автоматизированной системы планирования технологических процессов в условиях многономенклатурных механообрабатывающих систем/ ШО. Бочкарев, Д.А. Елисеев. В.В. Шалунов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2009. № 3(41) .-С.33-35.

Публикации в других гаданиях

4. Шалунов В.В. Повышение надежности функционирования многошпиндельных токарных полуавтоматов на основе совершенствования планирования технологических операций / П.Ю.Бочкарев, В.В.Шалунов, К.Н.Мороз // Исследования станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 1996. С.29-35.

5. Шалунов В.В. Формализация процесса выбора рациональной структуры технологических операций, выполняемых на многошпиндельных токарных полуавтоматах / П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, К.Н. Мороз // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 1997. С.84-90.

6. Шалунов В.В. Модель выбора средств технологического оснащения технологических операций / П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, К.Н. Мороз // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения : межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 1999. С.49-52.

7. Шалунов В.В. Группирование технологического оборудования в системе автоматизированного планирования технологических процессов механообработки / П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, К.Н. Мороз // Управляющие и вычислительные комплексы в машино- и приборостроении: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 1999. С. 10-12.

8. Шалунов В.В. Планирование технологических операций механообработки /В.В. Шалунов // Региональные особенности развития машино- и приборостроения, проблемы и опыт подготовки кадров: сб.тр. Всерос. конф. Саратов, 2000. С.309-311.

9. Шалунов В.В. Методические аспекты планирования технологических операций в условиях многономенклатурных производственных систем механообработки / В.В. Шалунов // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения : межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2001. С.28-30.

10. Шалунов В.В. Формализация процедуры выбора установочно-зажимных приспособлений при планировании технологических процессов механообработки / П.Ю. Бочкарев, А.Ф. Гущин, В.В. Шалунов // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения : межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2001. С.32-39.

11. Шалунов В.В. Формирование схем обработки элементарных поверхностей деталей / П.Ю. Бочкарёв, A.B. Кочедаев, A.B. Пластинкин, В.В. Шалунов // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения : межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С. 31-33.

12. Шалунов В.В. Алгоритм формирования последовательностей кортежей технологических переходов / П.Ю. Бочкарев, A.B. Кочедаев, В.В. Шалунов// Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-18 : сб. тр. 18 междунар. науч. конф. Т.5. Казань: Казан, гос. технолог, ун-т. 2005. С.55-59 .

13. Шалунов В.В. Математическое обеспечение формирования схем обработки поверхностей деталей при планировании производства / В.В. Шалунов, П.Ю. Бочкарев, A.B. Пластинкин И Математические методы в технике и технологиях ММТТ-18 : сб. тр. 18 междунар. науч. конф. Т. 5. Казань: Казан, гос. технолог. ун-т. 2005. С.126-130.

14. Шалунов B.B. Требования к технологическому обеспечению многономенклатурных производственных систем механообработки / В.В. Шалунов // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы : сб. ст. междунар. науч.-техн. кснф. Волжский: ВИСТ, 2006. С.32-34 .

15. Шалунов В.В. Оценка технологичности деталей в системе планирования многономенклатурных технологических процессов механообработки / П.Ю. Бочкарев, Л.Г. Бокова, В.В. Шалунов // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения : сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2007. С. 151-153.

16. Шалунов В.В. Принципы создания АСТПП многономенклатурных производственных систем механообработки / П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, A.B. Кочедаев, A.B. Пластинкин // Системы проектирования технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/ CAM/PDM - 2007) : докл. междунар. конф. М: Ин-т проблем управления РАН, 2007. С. 277-279.

17. Шалунов В.В. Алгоритмическое обеспечение подсистемы проектирования технологических систем / П.Ю. Бочкарев, A.B. Кочедаев, A.B. Пластинкин, В.В. Шалунов // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21 : сб. тр. 21 междунар. науч. конф. в 10 т. Саратов: СГТУ. 2008. Т. 4. С.60-65.

18. Шалунов В.В. Подсистема формирования схем обработки элементарных поверхностей деталей в САПР технологических процессов механообработки / A.B. Пластинкин, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении : сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2009. С. 162-166.

19. Шалунов В.В. Автоматизированное планирование технологии как инновационная составляющая развития машиностроительных производств / П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова // Общество в эпоху перемен: формирование новых социально-экономических отношений : материалы междунар. на-уч.-практ. конф. Саратов: СГТУ, 2009. Ч. 1. С. 65-67.

20. Шалунов В.В. Проектирование технологических операций в системе планирования технологических процессов механообработки в условиях многономенклатурного производства / В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова, П.Ю. Бочкарев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении : сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2009. С.251-254.

21. Шалунов В.В. Автоматизированное проектирование технологических операций, выполняемых на автомате продольного точения АПТ-901// Прогрессивные направления развития технологии машиностроения : межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2009. С.107-113.

22. Шалунов В.В. Разработка операционных технологий в системе планирования технологических процессов / П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: материалы I Междунар. науч.-практ. конф. Курск: Курск, гос. техн. ун-т. 2009. Ч. 1.С. 46-48.

23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009614760 Программа формирования схем обработки элементарных поверхностей деталей в системе планирования многономенклатурных технологических процессов механообработки/ П.Ю. Бочкарев, A.B. Пластинкин, A.B. Кочедаев, Д.В. Елисеев, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова.- 03.09.2009.

10-176 8 9

24. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2009620505 База данных по изготавливаемым изделиям и используемым заготовкам системы планирования маршрутов технологических процессов механообработки / ILIO. Бочкарев, A.B. Пластинкин, A.B. Кочедаев, Д.В. Елисеев, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова. - 09.10.2009.

25. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2009620506 База данных по технологическим возможностям производственного оборудования системы планирования маршрутов технологических процессов механообработки / П.Ю. Бочкарев, A.B. Пластинкин, A.B. Кочедаев, Д.В. Елисеев, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова. - 09.10.2009.

200Э0620ЭЭ

Шалунов Вячеслав Викторович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДСИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ В СИСТЕМЕ ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СТОХАСТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИТУАЦИИ

Автореферат

Корректор Л.А. Скворцова Подписано в печать 13.05.10 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 160 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул.. 77 Тел.: 99-87-39, E-mail: izdat@sstu.ru

2009062099