автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Синтез технологических процессов механосборочного производства на основе анализа взаимодействий конструктивно-технологических элементов производственной среды

Введение

Глава 1. Анализ содержания задачи синтеза технологических процессов механосборочного производства и постановка задачи исследования.

1.1 Состояние рассматриваемой проблемы. 10.

1.2 .Анализ содержания задач и закономерностей технологии механосборочного производства.

1.3 Определение состава и содержания целевых функций формирования технологического процесса механосборочного производства.

1.4 Выводы по главе.

1.5 Постановка задачи исследования.

1.6 Характеристика объекта исследования.

Глава 2. Анализ и описание взаимосвязей объектов технологии через систему отношений между ними.

2.1 .Информационная модель проектирования технологии механосборочного производства.

2.2. Классификация и формализованное описание отношений между элементами технологического процесса механосборочного производства.

2.3. Анализ и формализованное описание взаимодействий элементов конструкции изделий машиностроения.

Глава 3. Построение логической модели процесса решения задач проектирования технологических процессов.

3.1 Построение логической модели формирования истинных отношений между элементами технологического процесса механосборочного производства.

3.2. Построение логической модели формирования структурных элементов технологического процесса: операций и переходов.

3.3.Построение логической модели формирование структурных элементов изделия при технологическом членении.

Глава 4. Методика решения задач автоматизированного проектирования технологического процесса механической обработки и сборки.

4.1. Структура и содержание общей методики построения технологического процесса механической обработки.

4.2. Описание алгоритмического процесса построения последовательности переходов и операций в технологии механической обработки.

4.3. Структура и содержание общей методики построения технологического процесса сборки.

4.4.Описание алгоритмического процесса выявления кратчайших замкнутых цепей ограничений перемещений.

4.5 Описание алгоритмического процесса технологического членения.

4.6 Описание алгоритмического процесса формирования порядка сборки.

Глава 5. Реализация выполненной научной разработки в промышленности.

5.1. Характеристики реализованных разработок в виде систем автоматизированного проектирования.

5.2. Эффективность выполненных разработок.

Автоматизация технологической подготовки производства (ТПП) является ключевым фактором конкурентоспособности в рыночных условиях. Быстрая подготовка производства для выпуска новой продукции и постоянной модернизации старой невозможна без автоматизации решения основных задач ТПП. К важнейшим из этих задач относится задача проектирования технологических процессов на изготовление новых изделий и модернизацию старых. Решение этих задач характеризуется большой трудоемкостью и потребностью значительного числа дефицитных высококвалифицированных кадров.

Вместе с тем, современное производство ориентированно на интеграцию в единое информационное поле с ведущими фирмами промышленно развитых стран, где уже значительное время используется документооборот проектно-технической информации в электронном виде. Отсутствие электронного представления технологической документации в общепринятых стандартах и средств их обработки становится причиной изоляции наших промышленных предприятий от мирового рынка технологий.

К настоящему времени накоплен большой опыт создания систем автоматизированного проектирования технологий различного назначения. Исследованы, определены и классифицированы основные факторы, включая свойства конструкции, влияющие на изготовление, определены многие методы формализованного представления технологической информации, определены методы автоматизированного решения многих частных технологических задач. Однако, системы, построенные на основе этих исследований, носят ограниченную область применения и не обеспечивают в полной мере требований современного производства. Это связано с недостаточным уровнем формализации технологических знаний и отсутствием достаточно полной и универсальной модели, включающей описание решения всего комплекса задач при технологическом проектировании. В частности, недостаточно исследованы вопросы определения, обобщения и формализации функциональных связей взаимодействия элементов конструкции между собой и с элементами производственной среды в комплексе с функциями проектирования структурных элементов технологии. Поэтому генерация структуры технологического процесса перекладывается на технолога или выбирается из базы типовых технологических решений.

Метод синтеза технологического процесса строится на основе изучения задач технологии с точки зрения их внутреннего содержания, определения закономерностей их решения через взаимосвязи объектов технологии. Существо технологических задач определяется путем рассмотрения взаимодействий объектов технологического процесса, вид и тип которых могут быть описаны через отношения и условия их выполнимости.

Анализ функциональных связей объектов технологии, предопределяющих выбор технологических проектных решений, позволяет систематизировать и формализовать основные закономерности проектирования технологии.

На первом этапе определяются общие функциональные зависимости проектных решений от исходных взаимосвязей объектов технологии. На втором этапе определяются отношения объектов проектирования на предметных областях. На следующем этапе определяются условия существования истинных отношений и формируются процедуры построения элементов проекта и проекта в целом. Построенные функции описывают целевые установки процессов проектирования и характеризуются взаимосвязью друг с другом.

Одним из основных и наиболее важных вопросов при определении методики синтеза технологического процесса является определение состава целевых установок по этапам проектирования, функции их достижения, а также качественных и количественных оценок путей решения, обеспечивающих их целенаправленность.

Необходимо также иметь ввиду, что технология машиностроения изучает сложные взаимодействия, различные факторы, определяющие функционирование производства и при проектировании технологии решаются разнообразные задачи различной сложности - от простых вычислений до сложных логических рассуждений, то есть выполняются как творческие процессы проектирования, так и рутинные - типа вычислений, поиска справочных данных, построения технологических чертежей [23].

Процесс проектирования технологии механообработки и сборки является одним из наиболее трудоемких в комплексе задач технологической подготовки производства и его автоматизация - одно из основных направлений сокращения цикла и повышения эффективности ТПП.

Целью исследования в представленной работе является повышение эффективности производства за счет сокращения цикла ТПП, повышения его гибкости и унификации путем использования многорежимных систем автоматизации проектирования технологии. Многорежимность обусловлена необходимостью адаптироваться к области применения -изготовление сложных оригинальных по конструкции изделий или конструктивно и технологически подобных.

Разработка метода автоматизированного синтеза структурных элементов проекта технологического процесса механообрабатывающего и сборочного производства на основе исследования закономерностей технологии, построения формализованных моделей взаимодействия объектов технологического процесса и процесса его проектирования и, таким образом, расширить область автоматизации технологического проектирования на наиболее сложные и трудоемкие процессы.

Осуществление перехода на электронный документооборот и обеспечение возможности интеграции в единое информационное поле комплекса систем автоматизации технологической подготовки и управления производством без дополнительных интерфейсов.

Научная новизна работы состоит в том, что разработаны формальные структуры и определены логические связи технологии и процесса проектирования, основу которых составляют взаимодействия элементов конструкции и производства, которые выражаются посредством отношений и изучаются с помощью логических функций. Логические функции содержат абстрактное представление взаимодействий объектов технологии, характеризуют закономерности технологии и описывают логику принятия решений на различных этапах технологического проектирования. Разработана модель структуры технологического процесса и методы синтеза структурных элементов.

Определены закономерности взаимодействия элементов конструкции и построена математическая модель процесса определения соединений, технологического членения и формирования последовательности сборки.

Разработана методика синтеза технологической структуры изделия (соединений и технологических сборочных единиц) и построения последовательности сборки на основе математической модели, описывающей закономерности взаимодействий элементов в конструкции.

Практическая ценность работы заключается в том, что проведенные исследования позволили разработать инженерную методику автоматизированного синтеза структуры технологических процессов сборки и механообработки для мелкосерийного производства на основе индивидуального, группового и типового методов проектирования. Использование этих методов при создании систем автоматизированного проектирования технологии позволило автоматизировать решение наиболее сложных задач построения последовательности и структуры технологического процесса.

Таким образом, на защиту выносятся:

• комплекс научных и практических результатов по разработке метода синтеза технологических процессов механосборочного производства на основе определения и формализации взаимодействия элементов конструкции и производственной среды;

• реализация этих методов в виде конкретных систем проектирования технологических процессов механообработки и сборки.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов, списка литературы, включающего 32 наименования и 2 приложений.

Основные выводы и результаты

1. Для создания объективных критериев проектирования технологии механической обработки и сборки синтез технологических процессов необходимо выполнять на основе закономерностей взаимодействий конструктивно-технологических элементов производственной среды.

2. Методика формирования структуры и содержания технологического процесса должна быть основана на выявлении и формализации взаимодействия объектов конструкции изделия и производственной среды.

3. Определены и формализованы закономерности синтеза структурных элементов технологии мелкосерийного и серийного производства, что необходимо для построения системы решающих процедур проектирования технологических процессов механической обработки и сборки.

4. Построена система технологических правил и на их основе математических зависимостей, которые необходимо использовать путем последовательного применения для получения данных о технологии изготовления изделия на основании сведений о его конструктивно-технологических свойствах.

5. Разработана методика проектирования, которую следует применять для обеспечения направленности синтеза проекта, что достигается, при решении целевых функций, введением последовательных оценок на истинность получаемых отношений на каждом этапе формирования множеств.

6. Разработаны методики синтеза технологической структуры изделия (соединения, сборочные единицы), а также построения последовательности сборки на основе математической модели, описывающей закономерности взаимодействий элементов в конструкции. Данные методики рекомендуется использовать для автоматизированного решения задачи определения последовательности сборки изделия.

7. Разработана методика построения технологических процессов механической обработки и сборки, которая включает алгоритмический процесс определения структуры и упорядочения элементов конструкции и технологического процесса. Методику целесообразно использовать в мелкосерийном и серийном производстве при проектировании индивидуальных и групповых технологических процессов.

8. Реализация разработанных методов выполнена при создании систем автоматизированного проектирования технологии механообработки и сборки на основе: генерации проектных решений; групповой технологии и типовых технологических модулей. Данные системы внедрены на ряде машиностроительных предприятий: Пермский карбюраторный завод им М.И. Калинина, ММЗ «Знамя труда», ОАО «ОКБ Сухой», Днепропетровский агрегатный завод, РКЗ ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и ДР

1. Гонсалес-Сабатер А. К вопросу формирования процессов механической обработки с использованием ЦВМ. Сб. Труды НИАТ N 368 "Вопросы автоматизации технологического проектирования". 1975г.

2. Гонсалес-Сабатер А. Методические основы автоматизации проектирования технологии сборки. Сб. Труды НИАТ N 381 "Вопросы автоматизации технологического проектирования ",1978г.

3. Махлин Е.И., Челищев Б.Е, Гонсалес-Сабатер А. Автоматизацияпроектирования технологических процессов изготовления деталей электроагрегатов. Сб. НИТИ г. Саратов к 60-летию Октября,

4. Бруевич Н.Г., Белянин П-Н., Челищев Б.Е., Гонсалес-Сабатер А., Математическая теория технологии сборки. ДАН, том 246 N6,1979 г.

5. Бруевич Н.Г., Белянин П.Н., Челищев Б.Е., Гонсалес-Сабатер А. Математическая теория технологии процессов сборки. Сб. Труды, НИАТ N 396 "Вопросы теории автоматизации технологического проектирования". 1980г.

6. Гонсалес-Сабатер А., Белянин П.Н. Математическое описание алгоритмического процесса проектирования технологии сборки. Сб-к Труды НИАТ N 396 "Вопросы теории автоматизации технологического проектирования". 1980г.

7. Гонсалес-Сабатер А., Челищев Б.Е. Автоматизация процесса проектирования сборки агрегатов. Приложение к ж-лу "Авиационная промышленность" №4, 2, 1981г.

8. Гонсалес-Сабатер А., Белянин П.Н. Теоретические основы автоматизации проектирования технологических процессов сборки деталей и узлов в машиностроении. М.Юб. сборник НИАТ "Технология авиационного производства." 1980 г.

9. Белянин П.Н., Боброва И.В., Гонсалес-Сабатер А. Проблемы синтеза САПР-Т для ГПС. Известия АНСССР. Техническая кибернетика N3, 1987г.

10. Челищев Б.Е. .Боброва И.В., Гонсалес-Сабатер А. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении. М. Машиностроение, 1987г.

11. Гонсалес-Сабатер А. Метод автоматизированного формирования описания сборочных операций в САПР технологии сборки. Научно-технический сб. "Вопросы авиационной науки и техники". Серия: Авиационная технология, выпуск 2(5). М. 1988г.

12. Гонсалес-Сабатер А., Боброва И. В. Требования к автоматизации систем классификации, группирования и проектирования групповой технологии. Сб. ВИМИ " Автоматизация проектирования", № 3, 1988 г.

13. Гонсалес-Сабатер А. , Золотых Б.Н., Столбунов А.С. Автоматизация проектирования техпроцессов сборки. Уч. пособие. МИЭМ Москва 1988г.

14. Белянин П.Н. , Гонсалес-Сабатер А., Боброва И. В. Формализация процесса проектирования основных машиностроительных технологий. Тезисы докладов 1-ого Всесоюзного съезда технологов машиностроителей. Москва, 1989г.

15. Белянин П.Н., Боброва И.В., Гонсалес-Сабатер А. Принципы построения интеллектуальных систем технологического проектирования. Материалы международной конференции IFIP "Искусственный интеллект промышленное применение". Ленинград, 1990г.

16. Гонсалес-Сабатер А. Система автоматизированного проектирования технологии инструментального производства. Машиностроитель №4 , Москва, 1999г.

17. Другие работы, на которые в работе даны ссылки:

18. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения. Москва, Машиностроение, 1982.

19. Белянин П.Н. О научных основах машиностроительных технологий. Москва, НИАТ, 1988.

20. Буловский П.И. Основы сборки приборов. Москва, Машиностроение, 1970.

21. Бруевич Н.Г. Основы автоматизации умственного труда человека. Сб. «Автоматизация умственного труда в машиностроении». Москва, Наука, 1969.

22. Горанский К.Г. К теории автоматизации инженерного труда. Минск, изд. АН БССР, 1962.

23. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. Москва, Машиностроение, 1976.

24. Клини С. Математическая логика. Москва, Мир, 1973.

25. Митрофанов С. П., Гульнов Ю.А., Куликов Д.Д. Автоматизация технологической подготовки серийного производства. Москва, Машиностроение, 1974.

26. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. Москва, Машиностроение, 1980.

27. Павлов В. В. Основы автоматизации проектирования технологических процессов сборки летательных аппаратов. Москва, изд. MATH им. К.Э. Циолковского, 1975.

28. Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Минск, Наука и техника, 1979.

29. Цветков В.Д., Петровский А.П., Толкачев А.А. "Проблемно-ориентированные языки систем автоматизированного технологического проектирования под редакцией Ящерицина П.И., Минск, Наука и техника, 1984г.

30. Челищев Б.Е., Боброва И.В. Автоматизированные системы технологической подготовки производства. Москва, Энергия, 1975.