автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка метода проектирования оптимальных структурно-компоновочных схем агрегатных станочных систем для групповой обработки деталей в автоприборостроении

Введение

Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования . &

1.1. Основное направление автоматизации технологических процессов в автоприборостроении

1.2. Существующие методы проектирования технологических процессов на основе концентрации операций и агрегатирования оборудования.^

Цель и задачи исследования

Глава 2. Формирование совокупности технически целесообразных вариантов структуры группового технологического процесса и групповых структурно-компоновочных схем агрегатных станочных систем

2.1. Особенности функционирования агрегатных станочных систем при групповой обработке деталей и математическая модель оптимизации

2.2. Разработка.группового технологического маршрута .^

2.3. Построение вариантов структуры процесса и групповых структурно-компоновочных схем станочных систем.

2.4. Метод определения стоимости малых.агрегатных. станков. и автоматических линий . М

Глава 3. Оптимизационный синтез структурно-компоновочной схемы агрегатной станочной.системы для групповой . обработки деталей . ^

3.1. Метод направленного поиска и синтеза станочной, системы с оптимальной концентрацией операций

3.3. Оптимизационный синтез структурно-компоновочной схемы станочной системы для групповой, обработки оснований спидометров и тахометров.

Глава 4. Метод определения трудоемкости переналадки агрегатных станочных систем при групповой обработке деталей

4.1. Разработка структуры процесса переналадки

4.2. Расчет трудоемкости переналадки станочных. систем

4.2.1. Расчет нижних оценок

4.2.2. Расчет верхних оценок . 1М

4.2.3. Расчет точных оценок

4.3. Определение оптимальной очередности обработки. деталей

Глава 5. Экспериментальное исследование жесткости системы

СПИД малогабаритного.переналаживаемого.агрегатно-. го станка .*. ^

5.1. Методика экспериментального исследования

5.2. Результаты экспериментального исследования жесткости узлов и системы СПВД.переналаживаемого. агрегатного станка

Постановлением ХХУ1 съезда КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990.года" в качестве одного из направлений автоматизации серийного производства перед наукой и промышленностью поставлены задачи: "Создавать многофункциональные машины и оборудование, переналаживаемые при изменении технологических процессов.", "широко применять при создании новых машин, оборудования. модульный принцип с использованием унифицированных узлов и агрегатов"; значительно увеличить выпуск высокопроизводительных переналаживаемых агрегатных станков и автоматических линий.

Для решения проблемы комплексной автоматизации машиностроительного производства все более важной становится задача проектирования гибких производственных систем. Многообразие типов производства - от мелкосерийного, где очень широка и неустойчива номенклатура обрабатываемых деталей, до крупносерийного и массового, где деталь или группа деталей изготавливаются в больших количествах в течении длительного времени, обуславливает различные принципы построения гибких производственных систем. Рациональный уровень концентрации операций и степень универсальности (уровень гибкости) технологического оборудования решающим образом зависят от характера производства.

Для серийного производства в автоприборостроении характерно изготовление большого количества подобных по конструктивно-технологическим признакам групп деталей с устойчивыми программами выпуска, конетрукция. которых неизменна.в течении многих лет (фиксированных групп). При.серийном производстве фиксированных групп деталей необходим обоснованный компромис между уровнем гибкости и производительностью оборудования. В этих условиях актуальной является задача проектирования групповых технологических процессов по методу концентрации операций и.агрегатирования оборудования, что обеспечивает большие возможности, варьирования уровнем концентрации операций и уровнем гибкости для обеспечения наиболее эффективной обработки.

Проектирование группового технологического процесса - сложная и многовариантная технико-экономическая задача. Большое количество технически целесообразных вариантов структуры процесса и. схем построения агрегатного оборудования, многообразие и сложная взаимосвязь факторов, определяющих технико-экономическую эффективность процесса, необходимость решения целого ряда частных задач, а также, трудности с информационным обеспечением на ранней стадии проектирования не позволяют установить наилучшее решение подробной проработкой и оценкой всей возможных вариантов. Вместе с тем, простое сравнение лишь нескольких вариантов не гарантирует выбор оптимального. Поэтому одной из важнейших задач теории проектирования групповых технологических процессов по методу концентрации операций и агрегатирования оборудования является разработка методов оптимизации, позволяющих определить-оптимальный, вариант структуры процесса и схемы построения оборудования посредством "неполного перебора и проработки технически целесообразных вариантов.

Анализ существующих методов проектирования групповых технологических процессов на агрегатном оборудовании свидетельствует, что вопросы выбора оптимальной структуры процесса и соответствующей структурно-компоновочной схемы агрегатной станочной системы нельзя считать разрешенными. Разрабатывается один или несколько вариантов группового.технологического процесса, а поиск оптималь^ ного осуществляется точной.оценкой всех сформированных вариантов. Как правило проектируется групповой технологический процесс обработки деталей на,одном агрегатном станке, тогда как наиболее эффективной может оказаться.поточная линия из нескольких станков (станочная система). Практически не разрабатывается структура процесса переналадки. Работы, посвященные групповой обработке, содержат главным образом описание переналаживаемых узлов и простое перечисление переналадочных работ.

Разработке метода проектирования оптимальной структуры группового технологического процесса и структурно-компоновочной схемы агрегатной станочной системы для обработки фиксированной группы деталей посвящена диссертационная работа. Она состоит из пяти глав.

В первой главе определено основное направление автоматизации серийного производства в автоприборостроении, проведен обзор литературы. На основании анализа состояния вопроса и сделанных выводов определена цель и поставлены задачи исследования, намечены пути их решения.

Во. второй главе построена математическая модель оптимизации, рассмотрены вопросы проектирования-группового маршрута и формирования технически целесообразных вариантов групповых схем построения агрегатных-станочных систем, изложен метод определения стоимости малых агрегатных станков.

ОБЩИЕ ВЬШОДЫ

1. Разработан метод проектирования групповых технологических процессов обработки деталей на агрегатном оборудовании, включающий формирование совокупности технически целесообразных вариантов процесса, направленный поиск и синтез оптимальной структурно-компоновочной схемы агрегатной станочной системы.

2. Получены зависимости приведенных затрат на обработку фиксированной группы деталей от основных параметров технологического процесса, уточняющиеся по мере проработки вариантов при направленном поиске оптимального решения и учитывающие особенности функционирования групповых поточных линий из переналаживаемых агрегатных станков.

3. Разработан метод отбора из группы деталей экономически целесообразных подгрупп и построения структурно-компоновочных схем агрегатного оборудования для независимых технологических потоков станочной системы, предназначенных для обработки отдельных подгрупп деталей. Он обеспечивает выбор эффективного варианта группирования деталей по критерию общности маршрутов их обработки с учетом фактической схемы построения системы, применяемых инструментальных блоков и ограничений, налагаемых конкретными условиями обработки.

Разработан метод определения структуры процесса переналадки и расчета трудоемкости переналадки агрегатных станочных систем при групповой обработке деталей, в основу которого положена система классификации переходов переналадки в зависимости от компоновочных схем оборудования и места выполнения переналадочных работ. Метод позволяет выбрать структуру процесса переналадки, оценить трудоемкость работ и затраты времени на переналадку различных станочных систем по результатам однократного конструктивно-технологического анализа деталей группы, проведенного безотносительно к вариантам построения агрегатного оборудования.

5. Для сокращения трудоемкости работ и затрат времени на переналадку агрегатных станочных систем разработан метод выбора оптимальной очередности запуска партий деталей в обработку, основанный на решении задачи о коммивояжере.

6. Применение указанных методов позволяет выполнить разработку на ранней стадии проектирования оптимального группового технологического процесса посредством "неполного" перебора, проработки и оценки технически целесообразных вариантов, что обеспечивает выбор наилучшего решения с наименьшей трудоемкостью при минимально возможных исходных данных:

- основная масса вариантов не подлежит оценке;

- подробно проектируется не более 3-х вариантов процесса;

- остальные сопоставляемые варианты (до 7-8) разрабатываются укрупненно.

7. Результаты экспериментальных исследований позволили получить некоторые исходные данные для решения задачи обеспечения заданной точности при проектировании технологических процессов обработки деталей автоприборостроения. С целью повышения точности при групповой обработке деталей разработаны конкретные рекомендации по совершенствованию конструкции силовых и других узлов малогабаритных переналаживаемых станков, что обеспечило увеличение жесткости системы СПИД и параметрической надежности агрегатного оборудования.

8. Использование разработанных методов позволило внедрить в ПО "Автоприбор" групповой технологический процесс, обработки "клемм" с годовым экономическим эффектом 7,1 тыс.рублей. Спроектирован оптимальный групповой технологический процесс обработки оснований спидометров и тахометров автомобилей, положенный в основу разработки и изготовления переналаживаемой агрегатной станочнай системы, годовой экономический эффект от внедрения которой составит 32,3 тыс.рублей.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года. Материалы ХХУТ съезда КПСС. М., Политиздат, 1982, 223 с.

2. Аверьянов О.И., Скляревская Е.И., Шумяцкий Б.Л. Области применения переналаживаемого агрегатного оборудования для серийного производства корпусных деталей. Станки и инструмент, 1981, Ü II, с. 22-24.

3. Акоф Р., Сасиени М. Основы исследования операций. М., Мир, 1971, 534 с.

4. Артоболевский И.И., Ильинский Д.Я., Капустин И.И. О синтезе схемных решений машин-автоматов. В сб: Теория машин-автоматов и пневмогидроприводов. М., Машиностроение, 1970., 343 с.

5. Бакис К.Я. Экономическая эффективность автоматических станочных линий в машиностроении. М., Машиностроение, 1972, 144 с.

6. Бакис К.Я. Эффективность автоматизации производства (Me-, тодические вопросы планирования, оценки, анализа). М., Экономика, 1982, 104 с.

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

8. Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин. Изд. 3-е, М., Машиностроение, 1973, 384 с.

9. Автоматизация процессов в машиностроении, М., Высшая школа, 1973, 456 с.

10. Бесов А.С., Межов А.Е. Определение трудоемкости переналадок станочных систем при групповой обработке деталей. Тезисы докладов научно-практического семинара "Системное проектирование гибких автоматизированных производств". Владимир, 1983, с. 73-76.

11. Бесов А.С. Стойки к силовым головкам малогабаритных бы-стропереналаживаемых агрегатных станков. Информационный листок » 84-17. Владимир, ЦНТИ, 1984, 4с.

12. Бойцов В.В. Механизация и автоматизация в мелкосерийном и серийном производствах. Издание 2-е, М., Машиностроение, 1971, 416 с.

13. Брон Л.С. Автоматизация обработки деталей приборостроения с применением малогабаритных агрегатных станков. Станки и инструмент, 1972, № 2, с. 21-23.

14. Брон Л.С., Васильев B.C. Переналаживаемое автоматическое и автоматизированное металлорежущее оборудование. Станки и инструмент, 1980,.I- 3, с. 3-8.

15. Брон Л.С. Металлорежущее оборудование для гибких производственных систем массового производства. Станки и инструмент, 1983, № II, с. 4-7.

16. Васильев B.C. Принципы построения гибких производств. Станки и инструмент, 1984, S 4, с. 4-6.

17. Васильев Г.А. Экономическая эффективность комплексной автоматизации производства. М., Экономика, 1978, 191 с.

18. Ватащук В.М. Направленный поиск вариантов процессов обработки деталей на агрегатных станках. Кандидатская диссертация. Одесса.ОПТИ, 1969, 202 с.

19. Ватащук В.М. Критерии группирования деталей при обработке на агрегатных станках. В сб: Прогрессивные методы технологической подготовки серийного производства. Под ред. С.П. Митрофанова, Л., Машиностроение, 1971, 304 с.

20. Волчкевич Л.И., Ковалев М.П., Кузнецов М.М. Комплексная автоматизация производства. М.,. Машиностроение, 1983, 269 с.

21. Волчкевич Л.И., Кузнецов М.М., Усов Б.А. Автоматы и автоматические линии. Часть I, М., Высшая.школа, 1976, 230 с.

22. Волчкевич Л.И., Тусупбеков М.Р. Выбор оптимального варианта автоматической линии. Станки и инструмент. № 12, 1976, с.4-6.

23. Волчкевич Л.И. Где использовать роботы. Социалистическая индустрия, $ 117, 1984, с.2.

24. Вороничев Н.М., Генин В.Б., Тартаковский 1.Э. Автоматические линии, из агрегатных станков. Издание 2-е, М., Машиностроение, 1979, 487 с.

25. Гёбель X. Компоновка агрегатных станков и автоматических линий. М., Машгиз, 1959, 189 с.

26. Гурин Ф.В., Клепиков В.Д., Рейн В.В. Технология автотракторостроения. 2-е изд., М., Машиностроение, 1981, 295 с.

27. Дащенко А.И. Жесткость и точность фиксации агрегатных полуавтоматов. М., ЦИТЭИ, I960, 47 с.

28. Дащенко А.И. Влияние жесткости агрегатных станков и их узлов на точность обработки. Металлорежущие и деревообрабатывающие станки. М., НИИмаш, 1971, Ш 3.

29. Дащенко А.И., Белоусов А.П. Проектирование автоматических линий. М., Высшая школа, 1983, 328 с.

30. Дащенко А.И., Бухтеева И.В. Технологическая надежность автоматических линий и ее влияние на производительность. Механизация и автоматизация производства, 1976, № 4, с. 29-30.

31. Дащенко А.И., Грозданова С.Г. Моделирование и оптимизация структур технологических систем. Механика машин, вып. 55,

32. АН СССР, Наука, 1979, с. 102-111*

33. Дащенко А.И., Мамакаев P.M. и др. Точность и стабильность обработки деталей.на агрегатном станке с высокой концентрацией операций. Металлорежущие станки и автоматические линии. М., НИИмаш, 1972, Р 2, с. 23-25.

34. Дащенко А.И., Мамакаев P.M. Влияние жесткости станков на качество обработки деталей. В кн: Ремонт и техническое обслуживание оборудования. М., МДНТП им. Ш.Э.Дзержинского, 1977, 154 с.

35. Дащенко А.И., Нахапетян Е.Г. Проектирование, расчет и исследование основных узлов автоматических линий и агрегатных станков. М., Наука, 1964, 237 с.

36. Дащенко А.И., Шмелев А.И. Конструкция и наладка агрегатных станков. Изд. 3-е, М., Высшая школа, 1977, 350 с.

37. Дащенко А.И., Шмелев А.И. Конструкция агрегатных станков Изд. 4-е, М., Высшая школа, 1982, 176 с.

38. Демьянюк Ф.С. Технологические основы поточно-автоматизи-рованного производства. Издание 3-е, М., Высшая школа, 1968, 700с.

39. Зонненберг С.М. Малые агрегатные станки, М., Машгиз, 1962, 292 с.

40. Инструкция по определению экономической эффективности и лимитных цен новых металлорежущих универсальных и специализированных станков. М., ЭНИМС, 1977.

41. Киселев Г.А. Переналаживаемые технологические процессы в машиностроении. М., Издательство Стандартов, 1980, 272 с.

42. Кован В.М., Корсаков B.C. и др. Основы технологии машиностроения. М., Машиностроение, 1977, 416 с.

43. Корбут A.A., Финкелыптейн Ю.Ю. Дискретное программирование. М., Наука, 1969, 368 с.

44. Косилова А.Г. Точность обработки деталей на автоматических линиях. М., Машиностроение, 1976, 224 с.

45. Ламин И.И. Исследование основных технологических параметров силовых головок малых агрегатных станков. Кандидатская диссертация. М., МАМИ, 1969, 250.с. .

46. Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация в промышленности. Л., Лениздат, 1976, 252 с.

47. Литтл Дж., Мурти К., Суини Д., Кэрел К. Алгоритм для решения задачи о коммивояжере. Экономические и математические методы, 1965, I, © I, с. 94-107.

48. Львов Д.С., Седов В.И., СиськовВ.И. Стандарт и качество М., Издательство стандартов, 1975, 368 с.

49. Мамакаев P.M. Исследование влияния жесткости системы СПИД на точность обработки на малых агрегатных станках. Кандидатская диссертация. М., МШИ, 1972, 221 с.

50. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. М., Машиностроение, I97Q, 390с.

51. Меламед Г.И., Цветков В.Д., Айзман Д.С. Агрегатные станки. М., Машиностроение, 1964, 422 с.

52. Методика определения оптовых цен на новую продукцию производственно-технического назначения. М., Прейскурантиздат, 1974, 33с.

53. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М., Экономика, 1977, 45 с.

54. Методика расчета экономической.эффективности внедрения новых станков и автоматических линий. М., ЭНИМС, 1963, 151 с.

55. Методика расчета экономической эффективности новой техники в машиностроении. Под ред. K.M. Великанова. Л., Машиностроение, 1967, 499 с.

56. Методические указания. Организация процессов автоматизированного технологического проектирования группового производства (1-ая редакция). М., ГОССТАНДАРТ, ВНИИНМАШ» 1979, 83 с.

57. Митрофанов С.П., Высокодворский И.А. Использование агрегатных станков при групповом методе обработки деталей. Л., ЛДНТП, 1965, 40 с.

58. Митрофанов С.П. Научные.основы технологической подготовки группового производства. М.-Л., Машиностроение, 1965, 396 с.

59. Митрофанов С.П. Научная организация машиностроительного производства. Изд. 2-е,. Л., Машиностроение, 1976, 712 с.

60. Мудров В.И.Задача о коммивояжере. М., Знание, 1969, 59с.

61. Нахапетян Е.Г., Степанов B.C. Проверка жесткости агрегатных станков. М., ЦИТЭИ, 1959, 31 с.

62. Немировский II.3., Тартаковский Ж.Э., Борозина Е.А. Определение показателей надежности унифицированных узлов автоматических линий. Станки и инструмент. 1980, & I, с. 3-5.

63. Нечай Т.А. Оценка затрат на новую технику. (Методы предварительных расчетов). М., Экономика, 1978, 118 с.

64. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство. М., Машиностроение, 1974, 136 с.

65. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на.металлорежущих станках. М., Машиностроение, 1974, ч.1 416 е., ч. И - 200 с.

66. Организация группового производства. Под ред. С.П. Митрофанова и В.А. Петрова. Л., Лениздат, 1980, 288 с.

67. Парамонов Ф.И. Автоматизация управления.групповыми поточными линиями. М., Машиностроение, 1973, 392 с.

68. Петров Ф.Г. Экономическое обоснование проектируемых металлорежущих станков и автоматических линий. М., МВТУ им. Баумана, 1968, 46 с.

69. ПивинФ.С. Оперативно-гпроизводственное планирование в серийном машиностроении. М.-Л., Машгиз, 1962, 260 с.

70. Плашей Г.И. Унификация.и агрегатирование станков и автоматических, линий. Станки и инструмент, 1975, № 8,.с. 25-26.

71. Прейскурант № 18-09. Оптовые цены на агрегатные металлорежущие и специальные отделочно-расточные станки. М., Прейскурант-издат, 1981, 94 с.

72. Проников A.C. Надежность машин. М., Машиностроение, 1978, 591 с.

73. Режимы резания металлов. Справочник под ред. Ю.В. Барановского. Изд. 3-е, М., Машиностроение, 1972, 407 с.

74. Рябко Х.Г. Переналадиваемые малогабаритные агрегатные станки. Станки и инструмент, 1972, №2, с. 26-28.

75. Снегирев П.И. Разработка и исследование методики и средств агрегатирования оборудования в мелкосерийном производстве. Кандидатская диссертация. М., НИТИ, 1972, 233 с.

76. Справочник.технолога-машиностроителя в 2-х томах. Под ред. А.Н. Малова,.М., Машиностроение, 1972, 694 е., 567 с.

77. Старец A.C. Алгоритмизация процесса группирования деталей, обрабатываемых на агрегатных станках. В сб: Прогрессивные методы технологической подготовки серийного производства. Под ред.

78. С .П. Митрофанова, JI. , Машиностроение,. 1971, 304 с .

79. Старостинецкий Ю.С. Наладка и эксплуатация агрегатных станков. М.,Машиностроение, 1978, 76 с.

80. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под ред. А.Н. Гаврилова. М., Машиностроение, 1973, 312 с.

81. Хоанг ван Диеу. Автоматизация процессов серийного производства на основе концентрации операций. Кандидатская диссертация. М., МАМИ, 1966, 381 с.

82. Чарнко Д.В. Основы выбора технологического процесса механической обработки. М., Машгиз, 1963, 320 с.

83. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М., Машиностроение, 1973, 639 с.

84. Шевляков И.М., Мельниченко В.Д. Обработка деталей на агрегатных и специальных станках. 2-е изд., М., Машиностроение, 1981, 224 с.

85. Шушкевич В.А. Основы электротензометрии. Минск, Вышэй-шая школа, 1975, 352 с.

86. Land А., Doig A. An automatîK melhod of solving discrete programming proßiems. EconomeirLca'\ 28, N'3,1960.

87. OpiizH., GraatmannH., Micheês H Entwick^unpiendenzen and dem G-eêiet der ProduKtionsitchni«. „VDl-Z" Wh, Hl, iS72.