автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Разработка методики проектирования и исследования оптимальных технологических процессов узловой сборки



На правах рукописи

САВИЛКИНА Ольга Александровна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УЗЛОВОЙ СБОРКИ

Специальность: 05.07.04. Технология производства летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в МАТИ - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского на кафедре «Технология производства двигателей летательных аппаратов».

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Соколов В.П.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Павлов В.В.

- кандидат технических наук, доцент Кузнецов П.М.

- АООТ «ОКБ Сухого»

Ведущее предприятие:

Защита состоится «19» июня 1998 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.063.56.03 в МАТИ - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского, по адресу: г. Москва, Берниковская наб., д. 14, ауд 111.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "19"мая 1998 года.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 103767 г. Москва, ул. Петровка, 27, МАТИ - Российский государственный технологически! университет им. К.Э. Циолковского, Ученому секретарю Совета.

Ученый секретарь диссертационного Совета профессор, д.т.н.

Шевченко И.1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Конкурентоспособность машиностроительной продукции в значительной степени зависит от качественных и стоимостных показателей изделий. Стремление достигнуть оптимального соотношения между затратами и получаемым качеством продукции приводит к необходимости развития новых математических методов моделирования технологических процессов и механизмов управления в производственной системе.

Летательные аппараты (ЛА), узлы и агрегаты, их производственные системы и системы испытания являются одним из примеров сложных технических систем. Сборочные и монтажные работы в авиационной промышленности характеризуются значительными объемами, трудоемкостью и себестоимостью, а также длительностью производственного цикла и сравнительно малой степенью механизации и автоматизации выполнения отдельных сборочных операций.

Поэтому проблема разработки методик проектирования и исследования оптимальных процессов узловой сборки, развивающих математические оптимизационные модели линейного и целочисленного программирования для повышения эффективности процесса многовариантного выбора при реализации принципа единства процессов конструирования и технологического проектирования летательного аппарата, является актуальной.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Цель представленной работы состоит в повышении эффективности технологической подготовки производства за счет применения методов проектирования, основанных на оптимизационных математических моделях, а также сокращении сроков проектирования ТП и выпуска технологической документации за счет автоматизации выполнения проектных операций.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации работы заключается:

- в разработке структуры модели объекта проектирования и отработке ее функциональной и структурной взаимосвязи с моделью исходного объекта и моделью порождающей среды;

- в создании новых комплексных форм представления и хранения технологических процессов без потери вариантов, а также форм представления заданных ограничений;

- в разработке обобщенной методики оптимизации технологических процессов сборочных работ, основанных на методах линейного и целочисленного программирования, учитывающих многокритериальный характер возможных технико-экономических оценок;

- в выборе и адаптации состава инструментальных средств и набора программных процедур, реализующих сетевые и перестановочные алгоритмы определения оптимального варианта технологических процессов сборки, в основе которых лежит непосредственный контроль технолога за процессами принятия решений.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Представленная в работе математическая модель процесса проектирования разработана с использованием основных положений теории множеств, теории графов, элементов математической логики. В основу ме-

тодики обработки модели процесса проектирования легли методы и алгоритмы линейного и целочисленного моделирования. Программно-методический комплекс оптимизации разработан с использованием объектно-ориентированных средств визуального программирования.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Методика доведена до программной реализации в виде программно-методического комплекса и используется для формирования и анализа технологических процессов узловой сборки. Созданный в результате исследований комплекс оптимизационного моделирования, входит в состав инструментальных средств обработки типовых проектных решений.

Развиваемые в диссертации методы могут быть использованы при создании математического, алгоритмического и проектного обеспечения систем имитационного моделирования технологических процессов в автоматизированной системе технологической подготовки производства ЛА.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Практическая ценность развиваемой в диссертации методики оптимизационного проектирования технологических процессов, подтверждается ее внедрением в процесс технологической подготовки производства в подразделениях предприятий авиаракето- и машиностроения (АООТ «ОКБ-Сухого», РКЗ ГКНПД им. М.В. Хруничева).

Результаты проведенных исследований использовались при выполнении научно-исследовательских тем «Разработка методов моделирования объектов конструк-торско-технологического проектирования» и «Исследование производственной системы на различных стадиях жизненного цикла и разработка концепции технологической среды параллельного проектирования» (№Л-1208 и № Л-1538Б, НИЧ МАТИ им. К.Э. Циолковского). Исследования проводились в рамках Московских Региональных программ «Конверсия-городу» и «Вузы-Москве».

Основные результаты работы используются в учебном процессе МАТИ -Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского при проведении занятий по дисциплинам «Методы моделирования технических систем и технологических процессов» и «Автоматизированные системы технологической подготовки производства» направления 5510 «Авиа- и ракетостроение».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Содержание диссертации отражено в 9 работах, опубликованных в 1995-1998 гг.

Результаты исследований, представленных в работе, докладывались на Российских научно-технических конференциях (1997, 1998 гг.), на научных семинарах в МАТИ им. К.Э. Циолковского (1996, 1997, 1998 гг.).

Материалы диссертации вошли в 3 научно-технических отчета.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (103 наименования), приложения, изложена на 245 страницах машинописного текста и иллюстрирована 72 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснованы выбор темы исследования и актуальность использования методов оптимизации технологических процессов сборочного производства на основе систем математического моделирования и интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления.

В первой главе на основе анализа отечественных и зарубежных источников определены основные задачи оптимизации технологических процессов, подходы к разработке оптимизационных моделей сложных технических систем и направления автоматизации оптимизационного моделирования.

На основе анализа работ Абибова А.Л., Бойцова В.В., Бусленко Н.П., Бабушкина А.И., Дегтярева Ю.И., Капустина Н.М., Крысина В.Н., Норенкова И.П., Павлова В.В., Саратова A.A., Советова Б.Я., Корнилова Л.Н., Шекунова Е.П., Яковлева С.А. и других ученых, выполненного по трем направлениям: конструктивно-технологическая подготовка сборочного производства; методы автоматизации технологического проектирования; основные аспекты математического моделирования, - сделаны следующие выводы.

Существующие метода! оптимизации технологических процессов можно условно разделить на две группы:

1 - методики, которые предусматривают выбор оптимального варианта технологического процесса из общего множества различных вариантов, используя метод полного перебора за одну итерацию;

2 - методики, позволяющие, на основании экспертных оценок и производственного опыта, осуществлять выбор рационального варианта технологического процесса.

Первая группа методик позволяет решать ограниченный круг технологических задач, а вторая группа не учитывает фактора многовариантности технологического проектирования.

Применение методов математического моделирования при автоматизации технологического проектирования позволяет существенно повысить эффективность и качество технологических процессов сборки.

Для адекватного отображения и анализа таких производственных задач, как упорядочивание элементов системы, выбор наиболее экономичных, выбор наилучшего по определенным критериям и др., эффективно использование одного из подклассов математических моделей, а именно - оптимизационных.

Широкое практическое применение при решении некоторых производственных и экономических задач нашли сетевые оптимизационные модели, обрабатываемые методами линейного программирования.

Процесс изготовления современного летательного аппарата состоит из ряда этапов. Одним из наиболее ответственных этапов является сборка. На этом этапе собирают узлы, панели, секции и агрегаты летательного аппарата, их стыкуют, регулируют и проверяют. Сборочно-монтажные работы характеризуются постоянно возрастающей сложностью выполняемых рабог, сравнительно невысоким уровнем

механизации и автоматизации выполнения технологических операций сборки и монтажа и, как следствие, большими затратами и трудоемкостью изготовления изделий.

Технологическая последовательность выполнения операций сборки допускает в большинстве случаев многовариантность ее осуществления, а также характеризуется определенными ограничениями, накладываемыми на выбор последовательности установки и соединения деталей в процессе сборки.

Рационально построенная последовательность сборки, с учетом конструктивно-технологических и организационных факторов, может оказать решающее влияние на использование ресурсов производства, на все технико-экономические показатели производственного процесса изготовления изделий.

В результате выполненного аналитического обзора сформулированы конкретные постановки задач, решение которых и составляет основное содержание работы:

1 - анализ алгоритмов и информационных структур автоматизированных систем технологического проектирования и выделение состава задач оптимизации;

2 - анализ оптимизационных математических моделей, применяемых в технологическом проектировании;

3 - разработка новой формы представления технологических процессов, методики генерации и хранения вариантов технологических процессов;

4 - формализация оптимизационных задач и классификация по функциональному составу, определение информационной взаимосвязи между основными блоками задач;

5 - разработка обобщенной методики проведения оптимизационных вычислений и программно-методического комплекса как структурной составляющей инструментальных средств принятия типовых проектных решений;

6 - проведение вычислительных экспериментов по апробации методики на объектах сборочного производства.

Во второй главе приведен анализ всех составляющих производственного процесса узловой сборки для построения математической модели технологического процесса. Основными объектами исследования в работе были определены технологические процессы сборки узлов и агрегатов планера летательного аппарата.

На основе анализа сборных элементов конструкции планера были определены основные конструктивно-технологические свойства элементов, выбран типовой объект сборочного производства (нормальная балочная нервюра), выделены основные конструктивные контуры исходного объекта (рис.1).

Технологические процессы сборки отличаются многовариантностью. Произведенный анализ технологического процесса сборки позволил установить причины возникновения многовариантности. Особенно велико количество структурно различных вариантов, имеющих разный состав и последовательность выполнения операций, а также разный состав оборудования, инструмента и оснастки. Количество Л^ структурно различных вариантов технологического процесса сборки изделия, состоящего из и элементов, можно укрупнено определить по формуле

М = Пуст*Пса*Псжд, (1)

а5 а8 а9

а1-стенка нервюры (Ст)

а2-профнль-нижний пояс (элемент продольного набора)№1 (Пр1) аЗ-профиль-нижний пояс (элемент продольного набора)»2 (Пр2) а4-профиль-нижняЯ пояс (элемент продольного набора)№3 (ПрЗ) а5-уголок (элемент поперечного набора)№1 (Уг1) аб-уголок (элемент поперечного набора)№2 (Уг2) а7-уголок (элемент поперечного набора)№3 (УгЗ) аЭ-стойка в виде уголка (элемент поперечного набора) N»1 (СХ) а9-стойка в виде уголка (элемент поперечного набора)№2 (С2) а10-стойка в виде тавра (элемент продольного набора)»3 (Т)

Рис.1. Эскиз нормальной балочной нервюры

где Пуст- количество возможных последовательностей установки элементов сборочной единицы,

псреднее количество вариантов базирования одного элемента, Псаед- среднее количество вариантов операций соединения элементов сборочной единицы.

Поскольку структурно различные варианты технологического процесса могут существенно различаться по технико-экономическим показателям, анализ этих вариантов в процессе технологического проектирования имеет важное значение для выбора эффективных проектных решений. Однако полный перебор и анализ всех вариантов сборки в большинстве случаев практически невозможен. Поэтому методы формализованного описания свойств изделия и технологической системы, а также методы оптимизации обеспечивают не только проектирование структурно различных вариантов сборки, но и эффективные способы сокращения числа анализируемых вариантов при сохранении характера закономерностей и факторов, действующих в процессе сборки.

Структура модели процесса проектирования, включающая модель исходного объекта Б(А), процедурно-алгоритмическую среду р, модель порождающей среды Ъ(Р), модель объекта проектирования 5(7) с учетом взаимодействия моделей приведена на рис.2.

Модели объектов проектирования представляются в форме типовых математических структур следующего вида

Б(А) = (А, И4, ЯЛ,\{>А}, (2)

Б(Р) = {Р, Р*, ЬГ, ЯР,уР}, (3)

Б(Т) = {Т, Рт, Л'г, Ят,\\1т}. (4)

оо

Модель исходного объекта 8(А)

Данные Элементы 'А

Свойства рА Параметры

Отношения Я"

Методики и алгоритмы обработки ТЛ

(Утмпутгниа

'Методики и алгоритмы обработки

тетг

. да! алго]!

; рА

Модель порождающей среды Б(Р)

Данные Элементы Р

Свойства Параметры Мр

ЙПГОЬугАШ

Процедурно-алгоритмическая среда р

Взаимодействие данных

Взаимодействие методик

рт

Входные запросы

Вариантам область

Данные Элементы Т

Свойства Рт Параметры Ят

Отношения Я.т

с*

Методики и алгоритмы обработки рт

Область форм и отчетов

Модель объекта проектирования Б(Т)

Выходные запросы

Рис.2. Взаимодействие моделей процесса технологического проектирования

Прикладной интерпретацией данной структуры для автоматизации технологического проектирования являются: Б(А) - модель изделия; З(Р) - модель производственной системы; Б(Т) - модель технологического процесса.

Модель технологического процесса с одной стороны накапливает варианты технологических процессов, а с другой стороны позволяет их обрабатывать различными оптимизационными методиками.

Основными составляющими модели технологического процесса являются:

- множество элементов модели Т— технологические операции;

- множество свойств элементов модели /?г- множество соответствий элементам модели изделия и производственной системы ;

- множество параметров модели Л'7- операционные параметры операций и параметры межоперационных переходов;

- множество отношений Лг- отношения предшествования следования операций.

Аналогичный смысл имеют, Г4,Ре, Ы4, Я4, ЯР; все у характеризуют процедурно-алгоритмическую среду р.

Ссылочное хранение составляющих модели техпроцесса, связанных непосредственно с моделью изделия и моделью производственной системы позволило резко сократить объем хранимой информации на жестких носителях и о&ьем оперативных информационных массивов.

В третьей главе рассматриваются структуры, входящие в состав модели технологического процесса, и методы выбора оптимального технологического процесса, составляющие обобщенную методику оптимизационного проектирования.

Элементами модели технологического процесса являются блоки операций Р(1) (например, для сборочного производства блоки операций могут быть следующими: "базирование", "фиксация", "доводка" и т.д.).

Каждый такой блок состоит из определенного количества вариантов операций Р(1)={Р1,Р2,...Рр...,Рт}. Например, блок "базирование" состоит из следующих вариантов операций: базирование по разметке, базирование по сборочным отверстиям, базирование по координатно-фиксирующим отверстиям и т.д.

Структурные составляющие модели технологического процесса объединены в сетевой граф вариантного проектирования, приведенный на рис.3. Операции Р являются вершинами данного сетевого графа. Рассматривая в совокупности все вершины, распределенные по уровням технологического перехода, обозначим их как Р(Ц), где переменная /=1,2,...п указывает номер уровня, а переменная ¡-=1,2,...т номер операции в блоке.

Каждая вершина обладает набором параметров 1(1,)) (операционные парамет-эы). В качестве таких параметров обычно принимаются количественные критерии ГП: трудоемкость (время), затраты (цена), себестоимость (обобщенный критерий).

Вершины предшествующих и последующих блоков связаны ориентированными дугами "каждая с каждой". Рассматривая в совокупности дуги с вершинами, >бозначим дуги как с(Р,],Рпт), где Ру - две вершины (операции), которые эта дуга -.вязывает. Дуги с(Ру,Рпт) также имеют набор параметров (межоперационные

параметры). В качестве межоперационных параметров принимаются затраты, трудоемкость и себестоимость, связанные со сменой оборудования, инструмента и приспособлений при переходе от одной операции к другой.

Целевая функция г=/(су,...,сп>п) - это критерий (параметр) оптимизации технологического процесса. Задача оптимизации ТП состоит в минимизации целевой функции г. Целевая функция достигает минимального значения в одной или нескольких точках области С/ вариантного проектирования ТП, которое предстоит найти. Учитывая сказанное, запишем условие задачи

Се IIтт{г=/(с)}, (5)

а затем перейдем к методам ее решения.

Разработаны различные методы оценки целевой функции. Особое внимание в работе уделено разработке методу оценки целевой функции с учетом элементных взаимосвязей между блоками технологических операций.

Метод первоначальной оценки целевой функции с учетом элементных взаимосвязей реализуется при помощи двух алгоритмов: диаграммного и сетевого. Их различие состоит в том, что диаграммный алгоритм позволяет произвести выбор оптимального решения задачи в диалоговом режиме при помощи диаграмм (с учетом всех критериальных параметров), а сетевой позволяет произвести автоматизированный выбор оптимального решения на основе алгоритма решения стандартной задачи исследования операций (с учетом одного критериального параметра).

Суть диаграммного алгоритма заключается в нахождении минимального пути в сети из исходного состояния в конечное с учетом операционных параметров (параметров вершин) и межоперационных параметров (параметров дуг), частичным перебором всех путей ТП. Выбор технологического процесса проводится технологом путем визуального анализа спроектированных вариантов с помощью сравнительных диаграмм основных критериальных параметров ТП. 10

Суть сетевого алгоритма заключается в нахождении минимального пути в сети из исходного состояния в конечное с учетом операционных параметров и межоперационных параметров при помощи метода выбора кратчайшего пути. Выбор минимального значения целевой функции основан на одном из алгоритмов линейного программирования - алгоритме нахождения кратчайшего маршрута в сети общего вида.

Рассмотренный алгоритм позволяет оптимизировать состав операций ТП, но при этом не учитывается возможность изменения последовательностей выполнения операций. Для расширения возможностей оптимизационного подхода разработано представление технологического процесса в виде сетевого графа перестановок операций (рис.4).

Сетевой граф, изображенный на рис.4 содержит п!=1*2*3*1*п возможных перестановок и при каждой перестановке тоГп,1=т1*т2*т3*т1*т„ возможных вариантов технологического процесса. Однако перестановок на самом деле значительно меньше чем и/, так как учитываются следующие ограничения:

Рис.4. Сетевой граф перестановок операций технологического процесса

- возможные перестановки в ТП могут быть проведены только в том случае, если два блока операций принадлежат к одному классу (к примеру первый и третий блоки операций принадлежат к классу - базирование, а второй и 1-ый к классу -фиксация);

- после определения принадлежности блоков к одному классу необходимо

проверить "возможность" перестановки, т.е. выполняются ли конструктивные, технологические и организационные ограничения (к примеру конструктивное ограничение может быть следующее (рис.1): нельзя ставить деталь аб в сборочное положение до тех пор, пока не будет установлена деталь а2 на базовую деталь а1).

Общее множество перестановок операций технологического процесса характеризуется таким свойством, как возможность его разбиения на непересекающиеся подмножества. Поэтому в основе выбора оптимальной последовательности сборки использован алгоритм позволяющий исследовать процесс ветвления, с целью исключения бесперспективных подмножеств и сокращения за счет этого объема вычислений. Минимизация целевой функции в такой постановке задачи осуществляется с помощью одного из алгоритмов целочисленного программирования - алгоритма решения задачи «коммивояжера».

В четвертой главе рассматриваются инструментальные средства в виде программных комплексов реализующие данные методы.

Общая схему функционирования подсистемы принятия типовых проектных решений в рамках системы автоматизированного моделирования конструкций и технологий "МОСКИТ" представлена на рис.5.

Чертежи и технические условия

Модель изделия (лрототин)

Модель производственной

Модель изделия (ЮТЯЛЬНОе)

Модель производственной

СИСТШЫ

Мэдсль изделия (конечное)

Модель (фоюводственной

тггт-—7;

& .И»' *>

База данных

технология еско го процесса

Технологическая * документация

База данных технологических процессов

2А»

Рис.5. Общая схема функционирования подсистемы принятия типовых проектных решений

Типовая подсистема проектирования технологических процессов формируется на базе следующих инструментальных средств:

-функционального программно-методического комплекса - структурно-параметрического моделирования по моделям типовых проектных решений (ПМК ТРИ);

- инвариантных ПМК:

- ВА2 - создания баз данных САПР конструкторского и технологического назначения Б(Л), Б(Р), 5Щ

- MIZ - формирования информационных моделей изделия S(A);

- ZAP - заполнения баз данных моделей технологического процесса S(T)~,

- KAR - формирования текстовой конструкторской и технологической документации;

Вышеперечисленные инструментальные средства дополнены программно-методическим комплексом оптимизации технологического процесса (ПМК МОР).

Программно-методический комплекс ПМК МОР реализует обобщенную оптимизационную методику технологического проектирования. На вход программно-методического комплекса поступают заполненные структуры базы данных технологического процесса.

Программно-методический комплекс ПМК МОР построен по принципу последовательного выбора оптимальных параметров вариантов технологического процесса, при помощи определенных методов и алгоритмов. Взаимосвязь основных задач, реализуемых программно-методическим комплексом показана на рис.6.

—^ Исходны данные отнмвзациоюег? проектирования ТП 2J Фазирование структур во-параметртеенэй модели ТП —1 Построение ориенпфошшюго подграфе «L, —Перенос параметров свершив та входящие луги —1 Критериальна* оценка графа ТП с учетом параметров пут

•остром«* жтКрафл

ффмиротяс замкнутого фа фа возможных путей ТП ^Удаление по констр. нтсхнол ограничениям »ера циоплькых маршруте» lejlfcHCK оптимальных перестановок выполнения операций ТП но выбрадяым цш^шы

Ирасчст от тигельных параметров ТП в формирование | азкужетацяи

Рис.6. Схема взаимосвязи задач оптимизации технологического процесса

Проектировщик, работающий с программно-методическим комплексом, осуществляет оценку и начальное управление процессом принятия оптимальных решений. Его участие в процессе проектирования позволяет формировать и корректировать исходные данные и управлять процессом заполнения баз данных.

Данный алгоритм реализует процесс автоматизированного технологического проектирования. Модульное построение ПМК позволяет осуществить постоянный контроль над промежуточными результатами проектирования и организовывать обратную связь на основных этапах обработки.

В пятой главе приведены результаты опытной эксплуатации методики.

В ходе математических экспериментов отрабатывалось: моделирование конструктивно-технологических свойств нервюры, моделирование производственной системы сборки, различные методики оптимизации технологического проектирования. Основной упор был сделан на проведении экспериментальных расчетов пбка-зателей технологического процесса по различным методам оптимизации и их последующее сравнение.

Сетевого граф сборки нервюры представлен на рис. 7. При составлении данного сетевого графа сборочные единицы были разбиты на четыре группы в соответствии с операциями установки и фиксации. Первая группа состоит только из стенки нервюры, вторая - из профилей, третья - из уголков, четвертая - из стоек. Такое группирование позволяет упростить и уменьшить модель, что необходимо для удобства оптимизационных расчетов.

На рис.8 показан фрагмент решения оптимизационной задачи при помощи метода кратчайшего маршрута.

Для всего же технологического процесса сборки нервюры просчитана следующая оптимальная последовательность: 1, 2, 4, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 21, 23,24, 25,27,32, 35, 37, 39, 40, 43, 44 и оптимальное значение трудоемкости гет„=93,70.

Рассмотрим технологический процесс сформированный после применения сетевого алгоритма оптимизации, для выделения блоков операций, к которым возможно применить алгоритм нахождения оптимальной последовательности операций технологического процесса:

- вершины 1, 44 фиктивные, для дальнейшего решения они не нужны;

- к вершинам: 20, 21, 23, 24, 25, 27, 32, 35, 36, 39, 40, 43 нельзя применить метод нахождения оптимальной последовательности выполнения операций, так как операции соответствующие данным вершинам должны быть выполнены строго по порядку;

- к вершинам: 2, 4, 7, 11, 13, 14, 16, 17 может быть применен метод нахождения оптимальной последовательности выполнения операций, так как они делятся на два класса: установки и фиксации (учет ограничений для этих вершин будем вести в процессе решения).

После оценки конструктивных, технологических и организационных ограничений получим окончательный граф возможных перестановок технологических операций (рис.9).

Для решения задачи «коммивояжера» методом ветвей и границ, а именно методом исключения подциклов, необходимо решить несколько задач о назначениях разной размерности (от 1x1 до 9x9). В результате решения всей задачи мы получаем заключительную таблицу задачи о назначениях размерности 9x9 и кратчайший маршрут соответствующие данной задаче. Оптимальное значение трудоемкости равно /т,у=0,48+0,35+2,13+1,11+0,48+0,59+0,62+0,52+1,14=7,42, а оптимальный маршрут: 1-2-3-4-6-8-5-7-9-1.

Установить Ст

■ТЗ

о

л н

П>

о

о »

й -е-

о о\ о тз

Я о •о

СП

5

13

<с

с базированием по Фиксировать Ст-

фиксаторами Установить Пр1 Пр? ПрЧ

с базированием по

Фиксировать Пр!,ГТр~2 ПрЗ фиксаторами

Установить Уг1,Уг2,УгЗ_

с базированием по

Фиксировать Уг1 ,Уг?.,Уг^—

фиксаторами Установить Г1.Г2Т1

с базированием по Фычч-ирпчят!. П Р7 Т1

фиксаторами Проконтролировать

правильность установки Прпичкссти радистку птчррг.тий по

Прпичиести рячмстуу отпсрстий_

Уг.тяппйить

Образование отверстий

Доводка и упрочнение отверстий

Образование гьгзда под

головку потайной заклепки

Упнтрптть ВИПППНРНШ_

Вставка 1п упспки

Образовании замыкающий

головки заклепки

Обработка пптайнпй

головки заклепки Контроль выполнения

Рис.8. Фрагмент решения оптимизационной задачи при помощи сетевого алгоритма

Получив оптимальное значение трудоемкости для сетевого графа изображенного на рисунке перейдем к определению общего оптимального значения всего ТП сборки нервюры. Для этого, учитывая получившиеся перестановки, представим окончательный вариант оптимального технологического процесса: 1 (начало ТП), 2 (установить стенку нервюры с базированием по фиксаторам приспособления), 4 (фиксировать стенку нервюры рычажными фиксаторами), 7 (установить профили с базированием по сборочным отверстиям), 13 (установить уголки с базированием по сборочным отверстиям), 16 (установить стойки с базированием по сборочным отверстиям), 11 (фиксировать профили технологическими болтами), 14 (фиксировать уголки контрольными заклепками), 17 (фиксировать стойки технологическими болтами), 20 (проконтролировать правильность установки сборочной единицы), 21 (произвести разметку отверстий по линейке), 23 (произвести разметку отверстий кернением), 24 (установить кондуктор), 25 (установить кондуктор), 27 (образовать отверстия сверлением), 32 (образовать гнезда под головки потайных заклепок цековкой), 35 (контроль выполнения отверстий), 36 (вставить заклепки вручную), 39 (образовать замыкающие головки заклепок прессованием), 40 (обработать потайные заклепки фрезерованием), 43 (контроль выполнения соединения), 44 (окончание ТП) и окончательное оптимальное значение трудоемкости 1т,„=90,36. 16

Полученное оптимальное значение свидетельствует о том, что применяя методику нахождения оптимальной последовательности выполнения операций можно сократить время межоперационных переходов, и, как следствие, сократить общую трудоемкость технологического процесса.

Методика, защищаемая в диссертационной работе разработана, многократно апробирована и может быть использована для автоматизации вариантного технологического проектирования не только различных узлов летательных аппаратов, но и для автоматизации механосборочных работ в машиностроении.

Экспериментальная отработка методики выполнялась в учебно-научном центре «Новые информационные технологии» департамента «Двигатели и энергетические установки» МАТИ - Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского и на предприятиях машиностроения, что подтверждено актами внедрения.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. В процессе технологического проектирования сборочных работ конструкций планера летательных аппаратов одной из основных задач является выбор оптимального технологического процесса, которую можно рассматривать в двух плоскостях:

- выбор оптимального состава технологических операций из общего множества возможных операций;

- выбор рациональной последовательности сборки с учетом конструктивно-технологических и организационных факторов.

2. В процессе анализа конструктивно-технологических свойств клепаных узлов планера и производственной системы их сборки установлено, что варианты технологических процессов предопределяются наличием, как специфических свойств конструкции - многодетальность, малая жесткость, сложность форм и обводов, так и специфическими особенностями производственной системы сборочных работ.

3. Существующие методики проектирования технологических процессов сборки слабо формализованы, в них недостаточно представлены элементы теории исследования операций и математической логики, которые широко применяются в других областях знаний. В результате анализа особенностей применения, преимуществ и недостатков различных подходов обоснована задача применения оптимизационных методик к задачам технологического проектирования процессов сборки.

4. Применение оптимизационных методов требует строгой формализации представления структурных составляющих модели технологического процесса, основанной на теоретико-множественных понятиях, понятиях теории графов и символического исчисления. Кроме этого, без организации прямых информационных ссылок на структуры моделей изделия и производственной системы невозможно организовать хранение всего множества вариантов технологических процессов.

5. Для обработки модели технологического процесса целесообразно ее представление в виде сетевого графа вариантного проектирования. Обобщенная методика оптимизации включает методы обработки сетевого графа, основанных на алгоритмах линейного и целочисленного программирования.

6. Для предварительной оценки технологического процесса применим алгоритм нахождения минимального пути в сети с учетом операционных (параметров вершин) и межоперационных (параметров дуг) параметров. Для нахождения оптимального варианта применим метод ветвей и границ, который позволяет просчитать оптимизированную последовательность выполнения технологических операций.

7. На методику оптимизации оказывает существенной влияние выбор инструментальных средств. В качестве основы для построения оптимизационных моделей применяется комплекс обработки моделей типовых проектных решений, который:

- имеет возможность дополняться новыми формами и средствами обработки;

- имеет объектно-ориентированную структуру с описанием явлений и объектов.

8. Программно-методический комплекс оптимизации технологических процессов (ПМК «МОР») предназначен для обработки модели технологического процесса. Функционирование комплекса происходит автономно. На входе формируется информационное пространство для обработки и формирования проектной технологической документации.

9. Вычислительные эксперименты на выбранном объекте исследований по разработанной методики показали:

- применение методов линейного программирования при выборе оптимального состава технологических операций с учетом межоперационных переходов позволяет сократить проектную трудоемкость техпроцесса сборки нервюры до 10% по сравнению с техпроцессом спроектированным без учета межоперационных пе-

реходов;

- применение методов целочисленного программирования при выборе оптимальной последовательности проведения сборочных операций сокращает проектную трудоемкость сборки нервюры на 5-7% по сравнению техпроцессом спроектированным лишь с учетом выбора оптимального состава операций.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Соколов В.П., Цырков A.B., Лобанова O.A. Разработка модели сборочной единицы и подготовка исходных данных для автоматизированного проектирования процессов сборки. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу "АСТПП". М.: МАТИ, 1995,18 с.

2. Соколов В.П., Цырков A.B., Лобанова O.A. Разработка модели производственной системы. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу "АСТПП". М.: МАТИ, 1995,16 с.

3. Соколов В.П., Галелюк С.Б., Лобанова O.A. Решение задачи линейного программирования симплекс-методом. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу "Системный анализ". М.: МАТИ, 1996, 11 с.

4. Соколов В.П., Галелюк С.Б., Лобанова O.A. Метод наименьших квадратов. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу "Системный анализ". -М.: МАТИ, 1996,11 с.

5. Соколов В.П., Галелюк С.Б., Лобанова O.A. Нелинейная распределительная задача динамического программирования. Метод функциональных уравнений. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу "Системный анализ". - М.: МАТИ, 1996,10 с.

6. Соколов В.П., Галелюк С.Б., Лобанова O.A. Решение задачи замены оборудования с целью предупреждения отказов. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу "Системный анализ". М.: МАТИ, 1996,11 с.

7. Галелюк С.Б., Лобанова O.A. Анализ свойств технических систем методами имитационного моделирования. - Новые материалы и технологии. Тезисы докладов Российской научно-технической конференции. Направление: «Интенсивные технологии в производстве летательных аппаратов». 4-5февраля 1997г.- МАТИ-РГТУ, М., 1997, стр.24.

8. Цырков A.B., Лобанова O.A. Процедуры формирования рациональных решений в процессах технологического проектирования. - Информационные технологии в проектировании и производстве. Научно-технический сборник. Всероссийский научно-исследовательский институт межотраслевой информации. Выпуск 4. 1997г., стр.26-33.

9. Соколов В.П., Лобанова O.A. Методика создания и обработки баз данных технологического назначения. Научно-технический сборник. МАТИ-РГТУ, М., 1997, стр.241.

' Фамилия была изменена в связи с замужеством 24.04.98

Подписано в печать 09.01.97 г. Объем 1 п.л. Заказ 1. Тираж 100

Ротапринт МГ АТУ, Берниковская наб, 14.