автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Разработка средств автоматизации расчета режимов резания и норм времени механообрабатывающеего производства деталей авиационной техники

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Общее описание предметной области.

1.2 Технологическая подготовка производства и организационно-технические условия предприятия.

1.3 Влияние технологических параметров режимов резания на норму времени.

1.4 Средства автоматизации.

1.5 Задачи и основные направления совершенствования организации расчета режимов резания и норм времени в отрасли.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

2. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

2.1 Выделение целей разработки ПМК САПР НТ.

2.2 Описание предметной области.

2.3 Общее описание системы

2.4 Методология разработки методического обеспечения.

2.5 Методологические основы разработки методического обеспечения при интеграции ПМК САПР ТП <-> ПМК САПР НТ.

2.5.1 Общие сведения.

2.5.2 Информационная модель.

2.5.3 Глобальное информационное общение. Интеграция двух программно методических комплексов.

2.6 Выбор критериев оптимизации конструирования ПМК САПР НТ.

2.6.1 Общие положения.

2.6.2 Оптимизация объема исходных данных.

2.6.3 Оптимизация разрабатываемых интерфейсов.

2.6.4 Анализ внутренней рабочей среды ПМК.

2.7 Методическое обеспечение ПМК САПР НТ.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

3. ЛИНГВИСТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

3.1 Общие сведения.

3.2 Элементы языка описания входных данных.

3.3 Табличный алгоритмический язык.

3.4 Элементы языка описания базы данных.

4. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

4.1 Методология формирования информационного обеспечения.

4.2 Каталог базы данных.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

5. ТЕХНИЧЕСКОЕ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ

5.1 Техническое и программное обеспечения.

5.2 Анализ организационно-технических условий заказчика.

5.3 Этапы внедрения.

5.4 Объем внедрения.

5.5 Результаты внедрения.

5.5.1 Режимы резания.

5.5.2 Нормы времени.

5.5.3 Экономический эффект.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.

Переход к рыночной экономике резко изменил методы хозяйствования: проблемами планирования, прогнозирования и политики ценообразования уже полностью занимаются руководители предприятий, при полном отсутствии централизованного руководства со стороны государственных органов. Это в корне изменило требования к рациональной организации производства и, самое главное, создало совершенно новую ситуацию распределения ответственности.

На сегодняшний день, рентабельность производства определяется конкурентоспособностью производимой продукции. Конкурентоспособность, в основном, определяется качеством и ценой изделия. Цена, как овеществленная в денежной единице измерения величина, определяется вложенными затратами (как настоящими, так и прошлыми). Если прошлые затраты (в виде полуфабрикатов, материалов и незаконченных изделий) имеют, практически, фиксированную величину цены, то этого нельзя сказать о настоящих затратах, связанных с текущим моментом производства. Затраты, связанные с производством могут варьироваться в достаточно широком диапазоне, в зависимости от рациональности организации производственного процесса. Производственный процесс характеризуется множеством материальных и информационных потоков, рациональность которых достигается своевременным движением этих потоков. Следовательно, можно сказать, что рациональная организация производственного процесса - это оптимальная ориентация этих потоков во времени и в пространстве. В настоящее время существуют определенные математические методы, позволяющие выявлять различные оптимальные варианты, но особенностью любого математического аппарата является то, что для его отработки необходимы исходные данные. Получить эти исходные данные можно только в процессе нормирования труда, т.е. нормирование как процесс, а норма времени как характеристика трудового процесса, являются исход5 ной точкой во всем многообразии методов и способов рациональной организации производства. Вполне очевидно, что эффективность всего многообразия математических моделей, используемых при организации производства и эффективность работы тех специалистов, которые применяют эти математические модели в своей производственной деятельности, полностью зависят от качества исходных данных, т.е. качества норм времени.

Операционная норма времени, по своей структуре, не тривиальна, а состоит из нескольких составляющих. В механообрабатывающем производстве она во многом зависит от технологических режимов работы оборудования, т.е. от режимов резания. Режимы резания (число проходов, подача инструмента, частота вращения шпинделя) определяют одну из основных составляющих операционной нормы времени - основное время, величина которой составляет от 50% до 85% в общей доле оперативного времени [89, стр. 355]. От качества расчета режимов резания (через величину основного времени) зависят и другие составляющие нормы, например: время обслуживания рабочего места, время на отдых и физпаузы, которые определяются в процентах от оперативного времени. Помимо влияния на норму времени, режимы резания определяют норму расхода режущего инструмента. В результате этого, точность режимов резания оказывает существенное влияние на цену изделия.

В настоящее время, на подавляющем большинстве предприятий, используются опытно статистические нормы времени, что естественно не способствует качественной организации производственного процесса. Безусловно, этому способствуют ряд объективных причин: например, тот факт, что количество инженеров нормировщиков на всех предприятиях резко сокращается. На некоторых предприятиях практически не осталось специалистов понимающих эту предметную область в должной мере. Общая картина сложилась таким образом, что расчет режимов резания и норм времени традиционным образом (вручную по нормативам) имеющийся штат технологов и нормировщиков не в состоянии выполнить. Поэтому, 6 единственным способом выхода из создавшегося положения является использование для расчета режимов резания и норм времени современных компьютерных технологий.

Решению этой проблемы и посвящена'данная диссертационная работа. 7

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1

В этой главе проведен анализ проблем, связанных с расчетом режимов резания и норм времени. Рассмотрено состояние дел по разработкам систем автоматизированного расчета режимов резания и норм времени. Показаны различные сочетания этапов, организационно-технических условий и способов расчета режимов резания, и норм времени, с выделением тех сочетаний, которые охваченные данной системой. Описаны предварительные подходы к методу структуризации инструментальных средств представленных в диссертационной работе.

Расчет режимов резания, как этап проектирования технологических процессов и как этап подготовки данных для расчета основного времени, а также нормирование труда в целом, являются базой во многих процедурах принятия решений для рациональной организации производства. Только на базе технически обоснованных норм времени возможны: планирование и прогнозирование производства, объективный контроль расходов и доходов, оплата по труду, стабилизация политики ценообразования. В этом заключается актуальность совершенствования методов и способов нормирования труда.

На предприятиях авиационной промышленности, характеризующихся мелкосерийным типом производства, сложностью изделий, повышенными требованиями к качеству, объемы операционных норм составляют порядка ста тысяч. Это приводит к тому, что имеющийся на предприятиях штат технологов и нормировщиков, число которых резко сократилось, не в состоянии выполнять технически обоснованные расчеты.

В связи с этим стали появляться различные системы автоматизации расчета режимов резания и норм времени. Одними из первых, при разработке таких систем являются: институт технической кибернетики Академии наук Беларуссии (Горанский Г.К., Владимиров Е.В., Ламбин Л.Н.), и бывший Казанский НИАТ - Государственный институт промышленности,

26 бизнеса и приватизации - Госинпром-КНИАТ (Афанасьев А.К., Исмагило-ва P.A.).

Помимо вышеперечисленных организаций, задачей автоматизации расчета режимов резания и норм времени занимались и другие организации: (Таллинский НИПТИ, институт ВИТстройдормаш (г. Куйбышев), Одесский политехнический институт, Челябинский политехнический институт, Московский станкостроительный завод, Ленинградский ВПТИ-электро, Уралмашзавод.

По оценкам НИИТруда (г. Москва) [35, стр. 23] установлено, что наиболее полной системой, обеспечивающей получение наиболее точных норм времени является система разработанная Казанским НИАТом.

Несмотря на достаточно большое количество различных систем автоматизации расчета режимов резания и норм времени, следует отметить, что далеко не все вопросы, связанные с автоматизацией исследованы в должной мере. Мало проработаны вопросы построения рациональных структур, сточки зрения адоптации систем к изменяющимся организационно-техническим условиям производства (появление нового металлорежущего оборудования, обрабатываемых материалов, материалов режущего инструмента, смазочно-охлаждающих жидкостей и т.д.). Проблема заключается не вводе новых элементов, а вводе знаний по расчету режимов резания и норм времени для вновь вводимых элементов. Не достаточное внимание уделено сервисным возможностям при формировании входных данных, а также возможности их определения автоматизированным путем, с целью сокращения времени их подготовки. Совсем не прорабатывались вопросы по формам представления знаний и надежности системы в разрезе появления ошибок в случае различных корректировок.

Все эти проблемы и были рассмотрены в данной диссертационной работе.

27

2. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

2.1. Выделение целей разработки ПМК САПР НТ

Максимальный эффект от использования любой системы достигается только в том случае, когда она разрабатывается с учетом пересечения целей всех заинтересованных лиц. При разработке ПМК САПР НТ для определения целей были выделены следующие категории заинтересованных лиц: разработчик, заказчик, пользователь, производственный коллектив заказчика.

Производственный коллектив заинтересован в том, чтобы любое новшество способствовало повышению производительности труда, что приводит к увеличению выпускаемой продукции, снижению себестоимости и, в конечном счете, - повышению уровня заработной платы коллектива. Немаловажным является то, что при внедрении систем, изменяющих организацию производства (а ПМК САПР НТ относится к этой категории систем) и тем более затрагивающих стимулирующие факторы (в данном случае это заработная плата), особо важным является стабильность производственного микроклимата, обеспечивающаяся объективностью принимаемых решений. На основании вышеизложенного, можно сформулировать следующие требования со стороны производственного коллектива, предъявляемые к разрабатываемым системам и, в конечном счете, предъявляемые разработчику: повышение производительности труда тех категорий работающих, которые задействованы при эксплуатации системы; исключение субъективизма в принимаемых решениях (в части величины нормы времени).

Заказчика можно разделить на три уровня заинтересованных лиц: руководство предприятия; специалисты, применяющие внедряемую систему в качестве инструмента для расчета режимов времени и норм времени

28 инженеры технологи и инженеры нормировщики); специалисты, использующие результаты расчета в своей практической деятельности (рабочие станочники).

Цели руководства полностью пересекаются с целями трудового коллектива, так как они в полной мере способствуют стабилизации производственного процесса. Единственным моментом можно выделить тот факт, что их интересует не просто повышение производительности труда, а обеспечение нужной производительности при имеющихся трудовых и технических ресурсах. Учитывая тенденцию широкого внедрения на производстве средств вычислительной техники, постоянно увеличивающийся объем задач, решаемых автоматизированными системами и ориентацию на комплексную автоматизацию, для руководства заказчика важно, чтобы внедряемая система могла эксплуатироваться в системах более высокого уровня автоматизации. Это может быть достигнуто только способностью внедряемой системы функционировать совместно с другими системами, решающими смежные задачи в объеме всей технологической подготовки производства (ТПП). Для второго уровня заинтересованных лиц заказчика можно выделить следующие цели: повышение производительности труда; простота в эксплуатации системы; гибкость системы в условиях изменяющегося производства. Третий уровень заказчика заинтересован в достижении следующих целей: обеспечение повышения производительности труда; объективность решений, принимаемых специалистами вышестоящего уровня.

Разработчика также можно представить в виде нескольких уровней заинтересованных лиц: руководство; исполнители. Руководство исполнителя заинтересовано в актуальности выбранного направления, в котором планируется проводить разработки. Актуальность направления подтверждается возможностью разрабатываемой системы решать задачи, направленные на обеспечение планомерного развития предприятия для повышения эффективности работы производственного коллектива заказчика. Ис

29 полнитель заинтересован в достижении следующих целей: максимальная производительность системы (для повышения заинтересованности заказчика во внедрении системы); максимально допустимая автоматизация (для обеспечения минимума исходной информации и простоты эксплуатации, что снижает сроки освоения и внедрения системы); возможность предусмотреть перспективы развития системы; минимальные трудовые затраты при разработке и внедрении системы; максимальное удовлетворение интересов всех заинтересованных лиц.

Способы возможной реализации поставленных целей представлены в табл. 2.1.

1. Зк2 = Зл U Змпс U Зи2 (2.10)1. Зл = R (Зрмн, Змс(2-11) Змпс= R (Зс, Змс) (2.12)1. Зи2 = R (Зл U Зшс) (2.13)

2. Зи2 это интегративные знания, воссоединяющие в единое целое совокупность вторичных знаний.

3. Змпс это также не простая совокупность Знаний Зс и Змс, а отношение между ними, моделирующее эту совокупность, в результате чего часть знаний может быть потерянной.

4. Совокупность первичных и вторичных знаний образуют комплексные знания (Зк) о предметной области.3k = 3kiu3k2U3h (2.14)

5. Зи это интегративные знания, дополняющие и воссоединяющие в единое целое первичные и вторичные знания.

6. Вначале, прежде чем приступить к структуризации и способу представления знаний, определим формы их существования. Знания можно представить в виде данных, фактов и правил 121, стр. 27. Данные это множество:

7. D= {рьр2,рз,. ,Рш} ш=Ш (2.15)где рщ технологические параметры или их характеристики (количественные или качественные).

8. Факты это определенные отношения между данными, а именно, процесс преобразования данных.

9. F = R (pi, р2, рз,. ,pm) ш=1,М (2.16)где R отношения между данными.

10. Следует отметить, что после определения факта F, его значение, уже в дальнейшем может выступать как "данные", т.е. можно говорить, что: F = R (рь р2, рз,., Рт) -» F = D (2.17)

11. Правила это предикативные отношения между данными и фактами, представление которых возможно или через кванторы всеобщности, или - кванторы существования.1. P = Vpm(pm->F) (2.18)1. P = Vpm(F->F) (2.19)

12. Р = Vpm (pm v F) F. (2.20)

13. P = Vpm (pm л F) F. (2.21)1. P = 3pm (pm F) (2.22)1. P = 3pm (F1 -» F) (2.23)p = 3pm (pm V F) -> F. (2.24)

14. P = 3pm (рщА F') -> F. (2.25)

15. Здесь F'- промежуточный факт, необходимый для определения иско-мого факта Г.

16. Следующий этап структуризация знаний. Для этого все множество комплексных знаний (Зк) необходимо разбить на множество классов зна441. НИЙ.3к = 3ь32,3з,.,31 1 = Т7ь (2.26)

17. В общем виде, факт можно представить, как:1. Р = Ау ПР^4' + 1В, (2.27)где: Ау постоянный коэффициент;

18. Ру данные (в данном случае технологические параметры);ау- показатель степени;

19. Ву коэффициент пропорциональности.

20. При Ву = 0, имеем степенную зависимость.1. Р = АуПР^ (2.28)13 .

21. При а,у = 0, имеем линейную зависимость.1. Б^Ау+ХВу Р„ (2.29)1 j

22. По содержанию, факты 'Т" можно представить также в двух аспектах: по функциональному назначению; по параметрическому назначению. В обоих случаях форма фактов 'Т" одинакова, согласно (2.28 2.29).48

23. Зк = {З1,3г ,3з,. 31} {= Ниск.д (2.30)где: Ниск.д количество искомых данных, включая промежуточные данные (сгруппированные различным образом и необходимые для определения искомых данных).

24. Зк= {3Ь 32, 33, .,3Р} р = Нт.п (2.31)где: Нт.п количество технологических параметров, используемых при нахождении искомых данных.

25. В данном случае, под этими технологическими параметрами понимаются: чистота, точность и состояние обрабатываемой поверхности; жесткость системы СПИД; габариты детали; характеристика режущего инструмента и т.д.

26. Преимуществом второго способа является более высокая гибкость базы знаний, в части ее корректировки и, наверное самое главное, создание такой структуры, которая позволит реализовать в системе «режим самообучения».

27. В системе, представляемой в данной диссертационной работе, используется как первый, так и второй способы.