автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка и исследование централизованного функционального контроля инструментального обеспечения многономенклатурного производства

Введение.

ГЛАВА 1. Виды централизованного функционального контроля (ЦФК) в современном многономенклатурном производстве.

1.1. Основные операции, требующие инструментального обеспечения в современном многономенклатурном производстве.

1.2. Функции, выполняемые инструментальным обеспечением в современном многономенклатурном производстве.

1.3. Методы обеспечения и контроля функциональных характеристик режущего инструмента в современных многономенклатурных производствах.

1.4. Возможные виды и методы ЦФК инструментального обеспечения современных многономенклатурных производств.

ГЛАВА 2. Задача осуществления оптимального централизованного контроля инструментального обеспечения.

2.1. Современные идеи в конструировании режущего инструмента.

2.2. Современные принципы измерения функциональных параметров режущих инструментов.

2.3. Интегральные и частные показатели функционального состояния режущего инструмента.

2.4. Методы и средства формирования интегральных показателей качества.".

ГЛДВА 3. Алгоритмические принципы организации ЦФК.

3.1. Классификация сигналов отдельных инструментов, используемых для централизованного контроля.

3.2. Типовые структуры реализации ЦФК.

3.3. Формализация записи процедур ЦФК.

3.4. Оптимизация цепей ЦФК.

ГЛАВА 4. Структурные и технические принципы реализации ЦФК.

4.1. Задача исследования ЦФК.

4.2. Модели типовых структур ЦФК.

4.3. Исходные данные для моделирования ЦФК, записанные на языке SLAM II.

4.4. Исследование модели ЦФК.

Развитие страны и всего человечества во многом определяется техническим прогрессом машиностроения. Увеличение выпуска изделий машиностроения и повышение ее качества достигается в основном за счет интенсификации производства на основе использования достижений науки и техники, применения прогрессивных высоких технологий.

Повышение эффективности современного машиностроительного производства означает широкое применение автоматизированных систем и комплексов, таких как гибкие производственные системы (ГПС), роботизированных технологических комплексов (ВТК) и другого технологического оборудования, управляемого компьютерами, обеспечивающих автоматизацию механической обработки и сборки изделий.

Основной задачей производства изделий является качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами труда изготовить машину, что достигается не только улучшением конструкций машин, но и непрерывным совершенствованием технологии их производства.

Увеличение номенклатуры выпускаемых изделий, уменьшение сроков их морального старения, обусловленное возрастающей потребностью создания новых более эффективных образцов машин привело к необходимости создания многономенклатурных производственных систем, обеспечивающих автоматизированное производство деталей небольшими сериями, одной из особенностей которых является «гибкая автоматизация». Это стало возможным с развитием техники ЧПУ и средств вычислительной техники.

Развитие компьютерной техники в настоящее время имеет ярко выраженный прогрессивный характер, что позволяет использовать компьютеры в различных областях науки и техники, в том числе и при создании многономенклатурных механообрабатывающих систем на основе ГПС, работающих в условиях безлюдной технологии.

Режущий инструмент, как известно, является одним из главных звеньев в процессе изготовления деталей, от состояния которого зависит качество получаемых изделий. Также инструмент подвергается износу во много раз больше, чем другие элементы технологической системы, и выход их строя инструмента (отказ) наступает через несколько минут. Поэтому диагностика состояния режущего инструмента является остроактуальной задачей, поскольку без ее решения невозможно обеспечить высокую надежность такого дорогостоящего оборудования как ГПС многономенклатурных производств.

Современное производство характеризуется повышением точности обработки и интенсификацией режимов резания, что приводит к ряду нежелательных последствий, например, к существенному росту вибрации и тепловыделений.

Для решения возникших задач разрабатываются новые конструкции режущего инструмента на основе новых конструкционных материалов. Одним из направлений в этой области являются разработки на основе композиционных материалов.

Создание режущего инструмента с использование композиционных материалов позволяет встраивать датчики в тело инструмента в непосредственной близости от зоны резания и контролировать режущую способность инструмента.

Возможность использования встроенных датчиков в тело инструмента, позволяющих следить за состоянием и режущей способностью инструмента и с появлением современных компьютерных технологий становиться возможным создание централизованного функционального контроля (ЦФК) инструментального обеспечения многономенклатурного производства.

Создание централизованного функционального контроля инструментального обеспечения позволит реализовать наиболее полное использование ресурса инструмента, повысить качество обработки и, таким образом, достичь существенного снижения производственных издержек.

Разработка различных средств и структур такого контроля и оценка их эффективности является актуальной и сложной задачей. Решение ее положено в основу данной диссертационной работе.

Выводы на основании проведенной классификации функции режущего инструмента многономенклатурного производства установлено, что все инструменты можно разделить на три группы: по функциональной значимости на изменяющие (А), не изменяющие (В) и частично изменяющие (С) состояние системы с точки зрения ее работоспособности. Отказ элемента типа А приводит к отказу всей системы. При отказе элемента типа В эффективность функционирования вычислительной системы в течение времени восстановления этого элемента не снижается. Отказ элемента С приводит лишь к частичному снижению эффективности функционирования системы. К числу изменяющих работоспособность системы элементов относятся датчики состояния режущего инструмента при реализации ЦФК инструментального обеспечения; по степени обеспеченности средствами контроля работоспособности на элементы с самоконтролем (а), без самоконтроля (J3) и с частичным самоконтролем (т|). Применительно к ЦФК инструментального обеспечения производства можно использовать различные датчики как с самоконтролем, так и без него; • по степени зависимости функционирования от состояния других элементов на элементы независимые (а) и зависимые (Ь). Датчики состояния режущего инструмента могут быть как независимыми, так и зависимые; использование композиционных материалов в конструкции режущих инструментов позволяет размещать в них датчики контроля состояния для генерации сигналов потери режущей способности; интегральный показатель состояния режущего инструмента может быть сформирован на основании показаний указанных датчиков по предложенным формулам на основании исчисления предикатов; показано, что адекватным аппаратом описания структур централизованного функционального контроля (ЦФК) является аппарат высказывательных форм, что позволило дать рекомендации по типовым структурам компьютерной реализации ЦФК; показано, что практически реализовывать структуры компьютерного ЦФК можно с помощью универсальной программы CIMPLICITY; разработаны компьютерные интерфейсы для связи показаний датчиков с программой CIMPLICITY, позволяющей отображать состояние режущей способности инструментов в режиме реального времени.

Заключение.

Данная работа посвящена разработке централизованного функционального контроля (ЦФК) инструментального обеспечения многономенклатурного производства.

Решение данной задачи стало возможным с появлением новых образцов конструкционных материалов и созданных на их основе режущих инструментов. Новые конструкции режущего инструмента позволили встраивать непосредственно в тело режущего инструмента датчики контроля состояния режущей способности инструмента.

Современное развитие компьютерных технологий позволило использовать один компьютер для организации централизованного контроля инструментального обеспечения.

Предложенный метод реализации ЦФК инструментального контроля включает в себя разработку и формулировку общих критериев, характеризующих качественное состояние конкретного инструмента; создание новых технических средств для формирования сигналов о потери данным конкретным инструментом режущей способности; алгоритмизацию и формализацию логических связей между сигналами, характеризующими качество данного инструмента, и директивами на его замену; формализацию процедуры опроса сигналов датчиков, осуществляемых центральным компьютером; разработку структуры комплекса технических средств вычислительной системы, осуществляющей централизованный функциональный контроль состояния режущего инструменалгоритмизацию обработки информации о состоянии режущего инструмента, полученной от конкретных датчиков; программную реализацию процедуры сбора и обработки информации с датчиков состояния инструмента.

Предложенный метод ЦФК включает в себя также создание программы моделей как самой системы ЦФК, так и программных генераторов, имитирующих сигналы о потере тем или иным конкретным инструментом его режущей способности.

Так как процесс выхода инструмента из строя вследствие его работы является стохастическим, то стохастическими настраиваемыми генераторами являются и программные блоки, имитирующие соответствие с различными законами распределения поступления сигналов с датчиков, встроенных в обслуживаемые инструменты.

При создании системы ЦФК использовались имеющиеся на рынке аппаратные и программные средства - программно-аппаратный комплекс CIMPLICITY и языки программирования Visual Basic, SLAM и др., что позволило осуществить реализацию модели ЦФК инструментального обеспечения многономенклатурного производства.

1. Автоматизированные системы управления машиностроительными предприятиями. Учебник для вузов/под ред. С.У. Олейника. М.: Высшая школа, 1991. 222 с.

2. Адаптивное управление технологическими процесса-ми./Соломенцев Ю. М., Митрофанов В. Г., Протопопов С. П. и др. М.: Машиностроение, 1980. 536 с.

3. Англо-русский технический словарь. Под ред. А.Е. Дёсова. М.; «Советская Энциклопедия», 1965. 456 с.

4. Бабушкин А. 3., Новиков В. Ю., Схиртладзе А. Г. Технология изготовления металлообрабатывающих станков и автоматических линий. М.: Машиностроения, 1981. 270 с.

5. Базров Б.М. Модульная технология изготовления деталей. М.: ВНИИТЭМР, 1998. 52 с.

6. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроения. М.: Издательство стандартов, 1992. 464 с.

7. Балакшин Б. С. Теория и практика технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1982. Кн. 1. 288 е.; Кн. 2,268 с.

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

9. Беляев П. Н. Гибкие производственные системы. М.: Машиностроение, 1988.

10. Вальков В. М. Контроль в ГАП. Л.: Машиностроение, 1986. 232 с.

11. П.Васильев В. Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986.

12. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник для втузов. / А.Н. Якушев, Л.В. Воронцов, Н.М. Федоров, М.: Машиностроение, 1970. 310 с.

13. Воронин Н. М., Генин В. Б., Тартаковский Ж. Э. Автоматические линии из агрегатных станков. М.: Машиностроение, 1982. 552 с.

14. Гайдук А. Р. Алгебраические методы анализа и синтеза систем автоматического управления. Издательство Ростовского университета, 1988.

15. Гибкое автоматическое производство/Абзель В. О., Егоров В. А., Звоницкий А. Ю. и др.; Под ред. С. А. Майорова, Г. В. Орлрвско-го, С. Н, Халкиопова, М.: Машиностроение, 1985.

16. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: «Наука», 1965.

17. Гречишников В. А. Маслов А. Р., Соломенцев Ю.М. Инструментальное обеспечение автоматизированного производства. М.: «Станкин», 2000. 204 с.

18. Данилевский В.В. Справочник молодого машиностроителя. М. 1973.

19. Данилевский В.В. Технология машиностроения. М.: Машиностроение, 1984.

20. Дьяченко В.А., Тимофеев А.Н. Некоторые вопросы проектирования роботизированных технологических комплексов. Учебное пособие. JL: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1981.

21. Жданович В.Ф., Гай Л.Б. Комплексная механизация и автоматизация в механических цехах. М., 1977.

22. Жуков Э.Л., Розовский Б.Я., Чижевский А.Б., Мурашкин С.Л. Проектирование технологических процессов для универсальных станков и ГПС: Учебное пособие. Л.: изд. ЛГТУ, 1990. 80 с.

23. Игопшн В. И. Математическая логика и теория алгоритмов. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1991.

24. Каган Б.М., Каневский М.М. Цифровые вычислительные машины и системы. М.: «Энергия», 1970

25. Карданская Н. Л., Чудаков А. Д. Системы управления производством: анализ и проектирование: учебное пособие. М.: Русская деловая литература, 1999. 240 с.

26. Касперчик А. Н. Методика организации централизованного контроля металлорежущего инструмента, М.: ВИНИТИ, 2002. 20 с. № 765 -В2002.

27. Клочков В.И. Мехатронные структуры основы будущего производства// Вестник машиностроения, 1992. № 5. С.40

28. Ковшов А. Н. Технология машиностроения. М.: Машиностроение, 1987. 318 с.

29. Козырев Ю. Г. Промышленные роботы: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 374 с.

30. Колев К.С. Технология машиностроения. М.: Высшая школа, 1977. 256 с.

31. Комплексный анализ и моделирование гибкого производства. Сб. научных трудов./ Отв. ред. И. М. Макаров, С. В. Емельянов. М.: Наука, 1990. 179 с.

32. Королева Е. М., Калистратов С. С., Пуртова Л. И., Никишина Н. А. Средства управления техническим объектом. «Машиностои-тель» № 12,1999.

33. Косилова А. Г. Точность обработки деталей на автоматических линиях. М.: Машиностроение, 1976.

34. Косов М.Г., Протопов С.П., Брюханов В.Н. Принципы создания интеллектуальной технологии// Вестник машиностроения, 1991. № 8. С. 39-41.

35. Коутс, Роберт, Влеймник И. Интерфейс «человек компьютер»: Пер с англ./под ред. В. Ф. Шаньгина. М.: Мир, 1990. 501 с.

36. Кузнецов Н. А., Кульба В. В., Косяченко С. А. Оптимальные модульные системы реального времени (анализ и синтез). М.: ИППИ РАН, 1999.

37. Кузнецов Н. А., Кульба В. В., Ковалевский С. С., Косяченко С. А. Методы анализа и синтеза модульных информационно-управляющих систем. М.: Фихматлит, 2002. 800 с.

38. Кузнецов Ю. И., Маслов А. П., Банков А. Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 359 с.

39. Кузнецов Ю. И. Состояние и тенденции развития оснастки для оборудования ГПС мелкосерийного производства. М.: ВНИИ-ТЭМР, 1985.

40. Лавриненко М.В. Технология машиностроения и технологические основы автоматизации. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982. 320 с.

41. Лшцинский Л. Ю. Гибкие производственные системы Японии. М.: Машиностроение, 1989.

42. Лихтарников Л. М. Математическая логика. Санкт-Петерберг: «Лань», 1997.

43. Локтева С.Е. Станки с программным управлением. М.: Машиностроение, 1979.

44. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. М.: Финансы и статистика, 1984, 196 с.

45. Маталин А. А. Технология машиностроения. Л.: Машиностроение, 1985. 512 с.

46. Машиностроительные материалы. Краткий справочник // В.М. Раскатов, B.C. Чуенков, Н.Ф. Бессонов, Д. А. Вейс. М.: Машиностроение, 1980.

47. Механическая обработка материалов. / А.М. Дальский, B.C. Гав-рилюк, Л.Н. Букарин и др.: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1981. 263 с.

48. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства. Л.: Машиностроения, 1983. Т. 1 404 е., т.2. 376 с.

49. Михеев Ю. Е., Сосокин В. Л. Система автоматического управления станками. М.: Машиностроение, 1978. 261 с.

50. Моделирование и управление в ГПП и системах автоматического управления./Под ред. Макарова И.М. М.: Машиностроение, 1990.

51. Мосталыгин Г.П., Толмачевский Н.Н. Технология машиностроения. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.

52. Невельсон М. С. Обеспечение заданной точности станочной обработки в гибких производственных системах. Л.: ЛДНТП, 1985.

53. Новиков П.С. Элементы математической логики. М.: Наука, 1973.

54. Обработка металлов резанием. Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н. Г. Бойм и др.; Под. ред. А.А. Панова. М.: Машиностроение, 1988. 736 с.

55. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. М.: Азбуковик, 1997.

56. Организационные предпосылки гибкого производства. М.: ВНИИТЭМР, 1986. (Н.Э. технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства, сер. 1, вып. 1).

57. Организационно-технологическое проектирование ГПС/В. О. Аб-зель, А. Ю. Звоницкий, В. Н. Каминский и др.; Под общ. ред. С. П. Митрофанова. JL: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1986.

58. Основы автоматизации производства: Учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения»/Е. Р. Ковальчук, М. Г, Косов, В. Г. Митрофанов и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1995.

59. Основы технологии машиностроения/ Под ред. Корсакова B.C. , М.: Машиностроение, 1977. 416 с.

60. Патент РФ № 2016708. Позняк Г.Г., Рогов В.А. Резец для станка-автомата. 1994.

61. Плотников В. Н., Зверев В. Ю. Принятие решений в системах управления. М.: МГТУ, 1994.

62. Подлесный Н. И., Рубанов В.П. Элементы систем автоматического управления и контроля. Киев: «Выща школа», 1991.

63. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык СЛАМII: Пер. с англ.- М.: Мир, 1987. 646 с.

64. Программное управление станками и промышленными роботами/Косовский В. Л., Козырев А. Н., Ковшов В. А. и др. М.: Высшая школа, 1986. 287 с.

65. Проектирование технологии автоматизированного машиностроения: Учеб для машиностроит спецю вузов/Баранчукова И. М., Гусев А. А., Крамаренко Ю. Б. и др.; Под ред. Соломенцева Ю. М. М.: Высшая школа, 1999. 416 с.

66. Пуш В. Э., Пигерт Р., Сосонкин В. Л. Автоматические станочные системы/Под ред. В. Э. Пуша, М.: Машиностроение, 1982. 318 с.

67. Ратмиров В.А., Рашкович П.М. Программное управление зубооб-рабатывающими станками. М.: Высшая школа, 1988. 190 с.

68. Рогов В.А., Чудаков А.Д., Касперчик А.Н. Задача ЦФК инструментального контроля инструмента, в кн. Проблемы теории и практики в инженерных исследованиях. Сборник научных трудов РУДН. - М.: Изд. АСВ, 2000 г. С. 34-35.

69. Рогов В.А. Разработка изделий из синтеграна для машиностроения. М., 2001 г.

70. Системное проектирование интегрированных АСУ ГПС машино-строения/Ю. М. Соломенцев и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломен-цева. М.: Машиностроение, 1988. 487 с.

71. Скраган В.А., Амосов И.С., Смирнов А.А. Лабораторные работы по технологии машиностроения. Л.: Машиностроение, 1974,192 с.

72. Соколов Н.А. Управление гибким автоматизированным производством. М.: Машиностроение, 1991.

73. Солнышкин Н.П. Технологическое обеспечение качества изделий в машиностроении. Л.: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1979. 50 с.

74. Солнышкин Н.П., Чижевский А.Б. Основы проектирования технологических процессов в машиностроении. Л.: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1979. 65 с.

75. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. М.-Л.: Гос. научно-техн. изд. маш. литерат., 1955. 515 с.

76. Справочник технолога-машиностроителя/Под ред. Косиловой А. Г., Мещерякова Р. К. М.: Машиностроение, 1985. Т. 1. 656 е.; Т. 2. 496 с.

77. Станки с программным обеспечением. Справочник. Т. 1-2. М.: Машиностроение, 1984.

78. Сыроегин А.А., Калашников С.Н. Автоматизация и механизация производства зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1985.123 с.

79. Схиртладзе А.Г., Зубарев Ю.М., Куцанов Л. А. Основы технологии механической обработки: Учебное пособие СП.: Издательство СПбИМаш, 1994. 150 с.

80. Технологические процессы в машиностроении: Учебное поео-бие/Н.П. Солнышкин, А.Б. Чижевский, С.И. Дмитриев; Под общ. ред. Н.П. Солнышкина, Спб.: изд-вл СПбГТУ, 1998. 277 с.

81. Тимирязев В. А. Применение адаптивных систем на станках с ЧПУ. М.: НИИМАШ, 1974. 123 с.

82. Технология машиностроения (специальная часть). Картавов С.А., Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1984. 272 с.

83. Тимирязев В. А. Управление точностью гибких технологических систем. М.: НИИМАШ, 1983. 65 с.

84. Типовые комплексно-автоматизированные участки типа АСВ из оборудования с ЧПУ с применением ЭВМ: Методические рекомендации. М.: НИИМАШ, 1985. 41 с.

85. Хетагуров Я. А., Древе Ю. Г. Проектирование информационно-вычислительных комплексов. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1987.

86. Циммерман М., Веденеева К. Русско-английский научно-технический словарь переводчика. М.: Наука, 1991.

87. Чижевский А. Б. Элементы технологии роботизированного производства и ГПС: Учебно-методическое пособие, Псков, 1988.

88. Чудаков А. Д. Системы управления гибкими комплексами механообработки. М.: Машиностроение, 1990. 237 с.

89. Чудаков А.Д., Касперчик А.Н., Структура систем централизованного функционального контроля инструментального обеспечения многономенклатурного производства. // СТИН № 8. - 2002 г. С. 3-7.

90. Чудаков А.Д., Касперчик А.Н. Формализованное описание централизованного контроля инструментального обеспечения многономенклатурного производства.\\СТИН № 10. - 2002 г.

91. Чудаков А. Д., Касперчик А.Н. Компьютерная реализация централизованного контроля режущего инструмента^ СТИН № 12.

92. Шонбергер Р. Японские методы управления производством. Сокр. пер. с англ. науч. ред. и авт. предисл. Л.А. Конарева. М.: Экономика, 1988. 251 с.

93. Юревич Е. И. Гибкая автоматизация и промышленные роботы. Л.: ЛДНТП, 1982, с. 3-13.

94. Якобе Г. Ю., Якоб Э. Я., Кохан Д. Оптимизация резания/Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1981. 281 с.

95. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технологические измерения. М.: Машиностроение, 1979. 344 с.

96. Ящерицын П.И. Основы технологии механической обработки и сборки в машиностроении. Минск: Высшая школа, 1974. 599 с.

97. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Аверченков В.Н. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск: Наука и техника, 1977. 256 с.

98. Cochran, W. G. Sampling Techniques, Third Edition, John Wiley, 1977.

99. Bredenbeck, J. E., M. G. Ogdon, III, and H. W. Tyler, "Optimum Systems Allocation: Applications of Simulation in an Industrial Environment", Proceedings.

100. Kelly D. "Year 2000 and The Engineer" Engineers Journals, № 10,1997.

101. Miles, G. E., R. M. Peart, and A.A. Pritsker, "CROPS: A GASP IV Based Crops Simulation Language", Proceedings, Summer Computer Simulation Conference, 1976, pp. 921-924.

102. Shampine, L. F. and R. C. Allen, Jr., Numerical Computing: An Introduction, W. B. Saunders, 1973.

103. Paul Grant "Machine Tool Builders Export Nearly All Their Production" Engineers Journals, № 10,1997.

104. Pritsker A.A., "Three Simulation Approaches to Queuening Studies Using GASP IV", Computers & Industrial Engineering, Vol. 1, 1976, pp. 57-65.

105. Wolf N., Sand J. "A Bright Horizon for Machine Tool Technol-Manufacturing Engineers, Ш 3,1996, pp. 12-17.