автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Теоретические основы технологического проектирования сборочно-монтажного приборостроительного производства

На правах рукописи

ЛАРИН ВАЛЕРИЙ ПАВЛОВИЧ

УДК681.2.002.72.001

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВА1 \Ш СБОРОЧ1Ю-МОНТАЖНОГО ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬ! ЮГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность -05.11.14-Техцология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена б Санкт-Петербургском государственном университете взрокосмического приборостроения

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

A.И.Федотов

- доктор технических наук, профессор

B.А.Валетов

- доктор технических наук, профессор

П.И.Овсищер

Ведущая организация - ГНПК "Красная заря", г.Санкт - Петербург

Защита состоится "___"__________1998 г. в__час. на засед:

ник диссертационного совета Д 063.21.01 Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения по адресу: 190000, Санкт-Петербург, ул.Б.Морская,67.

С диссертацией нокно ознакомиться в библиотеке университет! Автореферат разослан "___"________1998 г.

Заместитель председателя диссертационного совета доктор технических наук.

Бумага тип.й 3. Печать офсетная, усл.печ.л. 2,05 Уч.-изд.л. 2,2 Тирак 100 экз. Заказ & ЦЗ

Отдел оперативной

полиграфии СПбГУАП 190000,Санкт-Петербург,ул.Б.Морская,67

профессор

Лицензия ЛР & 020341 от 05.07.97 г Подписано к печати 10.02.98 г.

Формат 60X84 1/16

_ з -

общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Объектом диссертационного исследования является сборочно-монтакное производство, предназначенное для изготовления перспективных электронных узлов приборной аппаратуры.

Сборочно-монтакное производство представляет собой наиболее сяояный этап производственного процесса изготовления электронной приборной аппаратура и для приборостроения характеризуется наличием специфических особенностей, из которых, как наиболее значимые, выделим мелкосерийность, мкогономенклатурность и большое разнообразие технологических операций с различным характером и видами технологических воздействий из объект производства. Эти особенности создаст значительные трудности автоматизация оборонно -мон тайного производства и препятствуют созданив автоматизированных управляемых сборочно-монтажных технологических систем

(сгетс).

За последнее десятилетие в сборочно-монтаккоы производстве наметились глубокие и принципиальнее изменения, определяемые стремительным развитием конструкций электронных узлов приборов и внедрением новых технологий их изготовления. Ведущие мировые фирмы, в рамках долгосрочных исследовательских программ, приступили к соз-данив сборочно-монтажных производственних систем, отвечающих современным требованиям эффективности и качества. В настоящее время известны основные концептуальные положения на основе которых должны создаваться производственные системы:

X. Интеграция этапов "проектирование-производство", обеспечивавшая сникение сроков подготовки производства.

2. Интеграция подсистем и функций производственной системы, позволяющая реализовать принципы быстрое ценности и гибкости производства.

3. Наличие системы качества в структуре производственной системы с цельо реализации принципа бездефектности функционирования.

По оценке экспертов, создание автоматизированных сборочно-монтажных производств в приборостроении на принципах компьотерно-интегрированной производственной системы (КИПС) позволит: повысить эффективность использования оборудования в 2,3 раза; уменьшить сроки освоения продукции в 1,7 раза и снизить затраты на освоение;

- ч -

повысить йусгросменкость, гиокость я производительность; повысить качество продукции и обеспечить стабильность показателей качества;

повысить эффективность всего производства в 1,3 раза.

Б отличие от заготовительных и иехакообрабативасщих производст где уа?. имеется сложившаяся теоретическая база проектирования произ ьодстхенных систем на принципах интеграции и гибкой технологии, для сборачно-моь'таккого производства такая теоретическая база отсутству Отставание теории и практик» создания сборочно-ионтазшых ГПС и КИП ас огновгенк» к заготовительным и механообрзбатывасщим производствам объясняется различными причинами экономического, социального, техно логического и технического характераЗначительна специфические особенности сборочио-ыонтакного производства не позволягг механиче ки заимствовать имеициеся теоретические разработки по создание КШС Учитывая большое число малоэффективных к убыточных ГР.С, значительно количество ошибочных решений при их создании, а такке тот факт, что для перестроения сборочпо-монтакного 'производства необходимы значительные затраты, превышающие б 1,5-2 раза затраты на создание меха-нообрабатывашщх ГПС, требуется создание такой теоретической базы проектирования, при которой достигалась бы наибольшая вероятность высокоэффективного решения.

Таким образок, актуальна научная проблема, решение которой и посвящена настоящая диссертационная работа: создание высокозффектив ных сборочно-монтакных технологических систем, соответствующих тенденциям развития приборостроения, обеспечивающих быстросменность и гибкость на основе рациональности уровней сложности и автоматизации

Важность решения данной проблемы, имеющей болыаое народнохозяй. сгвенное значение, подтверждается следующими обстоятельствами: I1. Развитие электронного приборостроения, разработка аппаратуры пятого поколения с улучшенными конструктивными, точностными и надежностными характеристиками, требует создания адекватных средств производства, позволяющих реализовать Есе достигнутые преимущества.

2, Высокая трудоемкость технологических операций сборочно-монтакног< производства и большая доля времени в общем производственном цикле определит значигельнуо часть в себестоимости изготовления электронной приборной аппаратуры, что создает перспективы высокой рентабельности при создании рациональной организационно-технологической форш автоматизированного сборочно-монтакного производства.

3. При наличии автоматизированных заготовительных и механообрабаты-

вавних производств, неавтоматизированное сборочно-монтакнсе производство преврацаетс-я в "узкое"место предприятия и не отвечает современным требованиям биетросыенности и высокого уровня управляемости. п. Технологические операции сборочно-ионтакного производства характеризуется наибольшей долей брака в общем производственно« цикле и невнеокой стабильности) качественных характеристик изделий. 5. Имеется предпосылки создания высокоавтоматизированного сборочно-монтакного производства на базе прогрессивной технологии поверхностного монтажа, которая при адаптации к условия« многономенкяатурного и мелкосерийного приборостроительного производства позволит реализовать эффекгивнур управляеиуп технологическую систему.

Современные теоретические положения и методы проектирования гибких автоматизированных производств основываются на трудах И.И.Ар-соболевского, Г.А.Шаумяна, А.Н.!йлова, П.И.Буповского, А.Я.Федптова, И.И.Волчкевича, В-П.Митрофанова, Ю.М.Соломенцева, В.С.Корсакова, I.Н.Белянина, Ю.Г.Козырева, Да.Хартли, у.Б.Хигинбогама и др.

Значительный научный вклад в создание основ автоматизации тех-юлогического проектирования сборочного и сборочно-монтажного произ-юдства внесли ученее А.И.Федотов, Н.П.Мегкив,В.Н.Фролов, я.Е.Льво-|ич, В.П.Митрофанов, К.В.Фролов, В.Г.Серебряный, Н.М.Капустин, В.П. [емин, И.П.Норенков, Г.^пур, Ф.-Л.Краузе и др.

Значительный научный вклад в создание базовых технологий совре-ецкого сборочно-монтаиного производства с его многообразием сбороч-ых, монтажных, контрольных, физико-химических процессов и операций несли учение Б.Н.Дендобренько, В.М.Суминов,В.А.Лопухин,Г.А.Блинов, . А. Лабу нов, М.С .Лапин, Ч.-Г.Мэнгин,С.Макклелланд, Р.Роуленд, А.Вудворд, .Гарднер и др.

Одной из основных задач в технологическом проектировании совре-енных автоматизированных производств является проблема обеспечения ачесгва продукции и качества функционирования производственных сис-зм. Основной научный вклад в решение этих проблем внесли А.Г.Баржа-зтяи, А.Й.Кубарев, Н.С.Данилив.В.В.Кпиев.Г.Г.Манывин, С.В.Кирпич, •В.Друнинич Ф.¡{.Кузьмин, А.И.Губинский и др.

Несмотря на большое число ученых, внесших свой вклад в становле-1е и развитие теории проектирования ШС и значительное количество )удов, посвященных данному научному направлению, можно выделить инь четыре работы(Гибкие производственные системы изготовления РЗА I.И.Артемьев,В.П.Ковеиников,м.С.Лапин и др.-М.:Радио и связь,1990. жплексная автоматизация производства в радиоэлектронной промышлен-

~ о -

ности /В Л!.Тклкпало-з, Л.П.,Алексеев, А .И.Лобавсвский и др.-М.: Машиностроение, 1990 . Проектирование автоматизированных комплексов производства радиоэлектронной аппаратура /Под ред. В.П.Деми.на ,-М>: Радио и связь,1985. Системное проектирование радиоэлектронных предприятий с гибкой автоматизированной технологией /ред. Мясников В.А. Темников Ф.Е.-К.¡Радио и связь, 1990), в которых реиаится теоретичес кие задачи проектирования сборочио-монтажных производственных систе и комплексов. Однако к эти работы не даст полной теоретической базы проектирования, так как ориентированы на серийный характер произвол ства радиоэлектронной аппаратуры,не содержат решеаил задач обеспече ния функционирования производственной системы, управления качеством поверхностно рассматривает этап концептуального проектирования и т.п

Таким образок, на настоящим момент отсутствуют работы, содержа щие комплексный подход к проектирование сборсчно-монтаниих пpoизвo^ ственных систем приборостроения, охватываовий разработку системы V решение задач обеспечения ее эффективного функционирования. Имевшие ся научные труды в данной области отражают традиционно технологии и конструкторские решения к не ориентированы на перспективу и прогрессивные тенденции развития. Большие проблемы имеются и в теоретических разработках по обеспечений качества функционирования сбороч-но-монгакных систем, бездефектности производства.

Далеко не полный список нерешенных теоретических проблем проев тирования сборочяо-монтакных систем приборостроительного произведет ва предопределил цель исследования данной диссертационной работа.

Цель исследования: разработка теоретических основ технологкчес кого проектирования сборочно-монтакных систем, обладающих высоким качеством функционирования и предназначенных для изготовления элекч ронных узлов приборной аппаратуры нового поколения. '

Для достижения поставленной цели в ходе выполнения теоретических исследований было необходи(4о реиить следусщие задачи:

- провести анализ научно-технического уровня развития сборочно-ион-такного приборостроительного производства и дать оценку его современного состояния и перспективам развития;

- проанализировать тенденции развития конструкций электронных узлоа приборной аппаратуры с целью выявления перспективных направлений ] конструировании и технологии;

- разработать методологические основы проектирования сборочно-мон-такных технологических систем (СИГС) приборостроения с учетом тенденций к направлений развития автоматизированных производственных

систем ;

- разработать систему методик анализа и обоснования выбора рациональных организационно-технологических решений на стадиях концептуального и макропроектирования СМТС;

- разработать методическою основу решения задач структурного синтеза СМТС ;

- создать теоретические основы проектирования систем, обеспечивавших функционирование CRl'C: системы технического контроля,гранейорт-но-складской система, системы инструментального обеспечения;

- разработать теоретические основы формирования качества изделий и создания системы качества в СМТС;

- разработать комплекс методик анализа и оценки качества функционирования СМТС.

Методы исследования, используемые в работе, базируется на положениях общей теории систем,теории производительности, системного анализа, автоматизированного проектирования, управления качеством, надежности.

При решении задач структурного анализа и синтеза использустся теория множеств и теория графов. В решении задач анализа и концептуального проектирования применены методы логико-структурного анализа и теории принятия решений. Для проверки решения задач структурного и параметрическогосинтеза использовано имитационное моделирование.

Научная новизна диссертационной работы заклвчается в том, что:

1. Впервые предложен и реализован комплексный подход к разработке СМТС, состоящий в совместном проектировании технологической и обеспечивавшей систем и решение задач как проектирования СМТС, так и обеспечения ее функционирования с требуемым качеством.

2. Впервые в проектирование технологических систем и их элементов введены методы анализа и принятия решений с использованием искусственного интеатекта.

3. Создана система методов и методик анализа и синтеза СМТС и ее элементов при концептуальном проектировании и проектировании на макроуровне .

t. Впервые разработаны теоретические основы обеспечения бездефектно -'о производства и управления качеством в СМТС с построением системы ¡ачества и системы технического контроля.

следующие научные и практические положения: Теоретические основы технологического проектирования сборочно-

монтакншс производственных систем приборостроения, иклочающие в себя:

- методологические основы системного анализа и структурного синтеза С МТС ;

- метод концептуального проектирования СМТС;

- метод структурного проектирования СКТС на макроуровне;

- алгоритмы и методики синтеза технологической структуры СМТС.

2. Теоретические основы проектирования систем, обеспечивавших функционирование СМТС с требуемым качеством, вклвчашцие в себя:

- методики и алгоритмы проектирования вспомогательных систем,обеспечивающих функционирование СМТС;

- методики и алгоритмы проектирования системы технического контроля СМТС;

- основы построения системы качества в СМТС.

Практическая ценность работы и реализация результатов. Полученные в работе теоретические и практические результаты является теоретической и методологической основой построения системы проектирования СМТС и обеспечения ее функционирования. Их практическая ценност! состоит в том, что они позволяют:

- определять структуру СМТС на верхней иерархическом уровне,выбират1 основные параметры системы и ее структурных, элементов при концептуальном проектировании;

- проводить структурный анализ для формирования макроуровня СЬГГС на базе типовых структурных вариантов;

- выполнять структурный синтез СМТС на макро- и операционном уровня) проекгирова ния;

- разрабатывать системы обеспечения функционирования СМТС;

- проектировать системы технического контроля СМТС;

- создавать системы качества в СМТС;

- разрабатывать инкенерные методики (стандарты предприятия) по технологическому проектирование технического контроля и обеспеченно качества функционирования СМТС;

- разрабатывать отраслевые стандарты по анализу и оценке показателе! качества функционирования СЖС';

- разрабатывать методики и пакеты программ интеллектуального технологического проектирования на основе теоретических положений, изложенных в работе ;

- выполнять имитационное моделирование при проектировании СМТС и ар] оперативном планировании производства.

Диссертационная работа обобщает исследования, выполнявшиеся на кафедре технологии авиационного приборостроения Ленинградского института авиационного приборостроения - Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения под руководство« автора диссертационной работы, в рамках хоздоговорной и госбюджетной тематик, в соответствии с разделами ВЩ1 "Гибкие автоматизированные производства": 1ЩП ГКНТ 0.16.05; КЦП ГКНТ 0.16.10, разд. 01.01.116; КЦП "Интенсификация-50", задание 01.06-01; КЦП "НОЛИКОМ-ЛИАП", а также по специальным планам отраслевых министерств. Материалы диссертации нашли практическую реализацию при выполнении 8 хоздоговорных и 2-х госбюджетах тем, 2-х работ по научно-техническому сотрудничеству, где автор являлся научным руководителем (руководителем) работ.

Темы основных научно-исследовательских работ, выполненных под руководствам автора:

- .Анализ и синтез технологических задач изготовления, сборки,контроля и испытаний приборов (Г1-20-81 "Синтез", гос .регистр. № 81030785).

- Разработка программного обеспечения автоматической контрольно-измерительной аппаратуры (НИР-581, гос.регистр. № У97730).

- Разработка принципиальных положений и методических основ для создания автоматизированных предприятий к технологических комплексов (НИР-596/1, гос.регистр. К'- 01830080325).

- Автоматизированная система технологической подготовки гибкого производства. Методическое, алгоритмическое и программное обеспечение технологического проектирования ГПС (НИР-636, гос.регистр. ® Х85862).

- Анализ предпосылок создания сборочных ЩС и разработка технических требований на проектирование (НИР-784, гос.регистр. S1- Х74830).

- Технологическое проектирование ГПС сборки устройств аппаратуры связи (НИР-784-'ТШТА", гос.регистр. Ï? Ф30677).

- Разработка основ теории производительности сборочных ГПС (Г1-45-87 "ГПС-ТЕОРИЯ", гос.регистр. ¡ü 01870018704).

- Разработка конструктивно-технологических аспектов внедрения прогрессивных методов монтажа электронных приборов НИР-928 "Поверхность',' гос.регистр. Ü' У55298).

- Разработка подсистем АСТПП опытного производства и составление прогноза яо направлениям развития элементной базы и технологии (НИР-199, гос.регистр. № 763920).

- Разработка программных модулей подсистем АСТПП опытного производства и конструкторско-техиологических аспектов проектирования изделий (НИР-284 "Технологичность", гос.регистр. ¡ü У67814).

Результаты диссертационной работы внедрены: в виде методик и программ проектирования сборочно-монтакного производства в НПО "Дальняя связь"; в виде стандартов по техническому контроле Р50-54--2-87, Р50-609-40-68, а такке использованы при подготовке справочника "Технология технического контроля" (издательство стандартов).

Научно-исследовательская работа "Автоматизация технологического проектирования" награждена дипломом конкурса ЛОС ВНТО приборостроителей, а работа "Система обеспечения технологического проектирована и функционирования ГПС" получила диплом на выставке "Ингенсификация-90".

Разработанные автором модели, методы и методики внедрены в Ленинградском институте авиационного приборостроения - Санкт-Петербургском университете аэрокосмического приборостроения во все виды учебных занятий технологических дисциплин -лекционные курсы,лабораторные практикумы, курсовое и дипломное проектирование. С использованием отдельных положений работы издано 10 учебных пособий, 9 методических указаний, используются 7 прикладных программ по проектированию и расчету элементов сборочных комплексов и моделированию функционирования технологических систем и комплексов.

Внедрение в производство и учебный процесс разработанных методов и методик позволяет существенно повысить эффективность процесса проектирования СМТС за счет сокращения сроков проектирования,уменьшения затрат в процессе проектирования, освоения и опытной эксплуатации СМТС, увеличения производительности труда проектировщиков, улучшения качества проекта и, в конечном итоге, способствует повышению качества функционирования СМТС и качества изделий.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работь докладывались на конференциях, совещаниях и семинарах, основными из которых являются:

- Всесоюзная НТК "Проблемы комплексной автоматизации механосборочных и сборочно-монтажных работ в производстве радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники" (Ленинград, 1989 г.);

- Всесоюзная НТК "Конструирование и технология микроэлектронных устройств" (г.Рига, 1986 г.);

- Всесоюзная НТК "Проблемы создания средств адаптации для гибких производственных систем" (г.Кременчуг, 1986 г.);

- Всесоюзная НТН "Проблемы создания и эксплуатации гибких автоматизированных систем в машиностроении и приборостроении" (г.Вилыюс, 1984 г.);

- Всесоюзная НТК "Пути интенсификации производстве, в приборостроении на базе ресурсо- и энергосберегающих технологий" (г.Нальчик ,1966);

- IX Всесоюзная НТК по технологии приборостроения "Технологические пути экономии трудовых и материальных ресурсов и интенсификации производства в приборостроении" (г.Суздаль,1903);

- Всесоюзная НТК "Современные проблемы технологии машиностроения" (г.Москва, IS85);

- Всесоюзное совещание-семинар "Гибкие автоматизирован кие производственные системы" (г.Ленинград,198ч) ;

- международная конференция "Экраноплен-96" (г.Казань, 1996);

- Всесоюзный постоянно действующий семинар "Современная технология производства приборов,'средсгв автоматизации и систем управления" (г.йосква, 1988 г., г.Львов, 1964 г.);

- I Всесоюзная НТК "Проблемы создания гибких производственных систеи" (г.Днепропетровск, 1983);

- Всесоюзный НТО "Автоматизация сборочных процессов в приборо- и машиностроении" (г.Львов, 1988);

- Республиканские ЦТС "Вопросы совершенствования системы технического контроля на предприятиях" (г.Горький,1988 г.), "Системы автоматизированного проектирования ГАП" (г.Киев,1985) ;

- Городские НТК и НТС "Разработка и внедрение АСУ ТП в условиях интенсификации производства" (г.Ленинград,1966 г.), "Опыт освоения и задачи совершенствования комплексных автоматизированных систем управления приборо- и аппаратостроительиого производства" (гЛенинград, 1988), "Опыт гибкой автоматизации сборочно-монтаа;ных и контрольно-настроечных операций в приборо- и аппаратостроении" (г.Ленинград, 1988 г.), "Повышение качества и надежности промышленных изделий" (г.Ленинград, 1965).

По проблеме, разрабатываемой в диссертационной работе и результатам диссертационных исследований опубликована 31 научная работа, в том числе одна монография, 2 справочника, 2 стандарта и 26 научных статей, опубликованных в тех изданиях, где могут публиковаться научные результаты диссертационных исследований.

В ВНТИЦ зарегистрировано 12 научно-технических отчетов по НИР, связанных с темой диссертационной работы и выполненных под руководством автора.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложения, содержит 393 страниц основного текста, Т9 страниц рисунков и список использованной литературы, включа-ощий 200 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕР&АНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной patío ты и важность решения поставленной научной проблемы, формируется цель исследования, оценивается научная и практическая значимость и новизна защищаемых научных аолокений.

В первой разделе диссертационной работы дана оценка современного состояния сборочно-монтакного приборостроительного производст ва и перспектив его развития. Проведен анализ международных программ и проектов ведущих промышленных стран, обзоров, решений международных конференций по проблемам создания гибких интегрирован^ них сборочно-монтажных производственных систем. Получено подтверк-дение актуальности и важности решаемой научной проблемы как проблемы, имевшей мекдународиое значение.

Тенденции развития сборочно-монтакного производства тесно свя зоны с развитием конструкций объектов приборостроительного производства и особенно с основным элементом конструкции электронной приборной аппаратуры - электронными узлами. Продукцией с новыми потребительскими свойствами является электронная приборная аппаратура на базе электронных узлов пятого поколения, которые в технической литературе классифицируются как многоуровневые многокристальные конструкции первого структурного уровня на крупноформатных монтакных основаниях, имеющие помимо поверхностно монтируемых изделий электронной техники, толстоплсночные элементы как на поверхности, так и в структурных слоях узла. В работе такие объекты изготовления названы гибридными электронными узлами (РЭУ). Проведен подробный анализ вариантов конструкций монтакных оснований и вариантов конструкций ГЭУ, что позволяет сформировать совокупность технологических процессов и операций для их изготовления.

В соответствии с сформулированной целью диссертационного исследования, необходимо разработать теоретические основы технологического проектирования СМТС, в результате чего возможно создание высокоаффективных производств изготовления ГЭУ. Если формализовать постановку задачи, то с поиощьо теоретических основ проектирования реализуется цель FnP в виде функционала FnP =У/, где Э* - эффективность функционирующей СМТС. В свою очередь эффективность функционируете« СМТС определяется =

качеством проектирования ( Е^тс) и качеством функционирования ( Е^гс) • Отсюда следует первое условие комплексно

го подхода к проектировании С111С'. совместное решение задач проектирования СМТС и обеспечения ее функционирования.

Структура производственной системы на виртуальном уровне состоит из технологической системы и систем, обеспечивавших ее функционирование. Совместное, неразрывное рассмотрение основной и вспомогательных систем является вторим условней комплексного подхода к проектирование автоматизированных СМТС.

Современное содержание понятия качества функционирования связано с таким важнейшим свойством как бездефектность. Реализация этого свойства возможна только на основе глубокого исследования всех составляющих производственного процесса, в связи с чем приведены результаты исследований материалов й технологически): операций, обладающих наибольшей потенциальной дефектность» в технологическая процессе поверхностного монтажа. К таким объектам исследований отнесены: операции нанесения проводниковых, рэзисгивных, диэлектрических, изоляционных и припойных паст; свойства и параметры паст; операции оплавления паст и сравнительные хароктеристики инфракрасной и парофазной паек; операции приклеивания компонентов к монтажному основанию; операции очистки поверхности монтакного основания после пайки.

В результате анализа сформирована исходная база для структурного проектирования СМТС, содержащая 8 структурных фаз ТП сборки и монтажа (макроэлемент СМТС), Зи типовых элементов структуры (основа для образования вариантов структуры СМТС) и более ¡Ю функций технологического преобразования (основа для формирования структуры на операционной уровне).

Информационный банк данных по исследованным операциям и материалам составляет основу пассивов и фреймов базы знаний интеллектуальной системы проектирования СМТС, которая в последующем используется для решения оперативных задач в системах качества и технического контроля СЬГГС. Основу организации базы знаний давт модели фреймов знаний, в качестве примера приведена графовая модель фрейма знаний выбора паст. Модель позволяет, следуя уровням детализации по графу с использованием интеллектуального алгоритма поиска наилучших решений, решать задачи: совместимости, обеспечения управляемости, поиска дефектов, выбора оптимальных ренсинов и т.п.

В заключение раздела выполнен анализ состояния автоматизации сборочно-монтакного производства и направлений развития для обеспечения автоматизированного управляемого производства ГЭУ.

Вгорой раздел работы посвяиен решению задач системного анализа СМТС. В связи с выявленными существенными недостатками известных автоматизированных линий и комплексов монтака, возникла задача разработки методологических принципов выполнения системного анализа СМТС.

В процессе функционирования СМТС долины реализовыввться свойства бысгросменности, гибкости и бездефектности, следовательно необходимо исследовать процесс с целы) обеспечения бездефектности производства, выполнения оперативного планирования, внесения изменений в структуру, процесс и элементы С!<ПС при определенных внешних и внутренних возмущениях.

Анализ большого числа проектов ГПС показал, что основная причина малой их эффективности или вообще убыточности состоит в отсутствии системы методов и методик проведения системного анализа, принципов и подходов при выполнении проектных работ на ранних стадиях проектирования.

В работе введены следуощие элементы и формы технологической системы: элемент технологической структуры, элементарная технологическая структура, технологическая структура, макроструктура, операционная структура.

Из пользу я общее определение технической системы, под сборочно-монтавной технологической системой будем понимать определеннус во времени и пространстве совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения и средств обеспечения функционирования, обладавших целостной структурой, системными свойствами и предназначенных для целенаправленного преобразования объектов производства.

Технологическая структура (в дальнейшей: Т-структура) СМТС вы-ракается совокупностью элементарных Т-структур (в дальнейшем: ЭТ-структур), которые определяют номенклатуру элементов Т-структуры и связи между элементами для выполнения поставленной цели. Каждая из ЭТ-структур предназначена для реализации процесса изготовления ] -го типа ГЭУ из заданной номенклатуры.

В качестве элементов Т-структуры СМТС, в зависимости от иерархического уровня ее рассмотрения, выступают технологические макроэлементы (участки, комплексы) -ТЮ или технологические функциональные элементы - ТФЭ (автоматизированные технологические модули или отдельные агрегаты). При изменении целей системы меняются реализующие их элементарные структуры и связи мекду элементами структуры.

В качество методологического подхода при оперировании знаниями и построении логики решения задач проектирования СМГС принята современная теория представления знаний с использованием элементов искусственного интеллекта. Интерпретация знаний о принципах и закономерностях построения структур и процессов в терминах фреймов позволяет использовать ЭВМ уже на ранних стадиях проектирования, при системном анализе и структурном синтезе. Для решения задач системного анализа СМТС принято сочетание системно-структурного и системно-функционального подходов, т.е. наряду с выделением наиболее общих принципов структурной организации СМТС как система,определяете я вакнейшие функциональные свойства элементов, подсистем и всей системы.

Важной задачей проектирования производственник систем является разработка принципов проектирования на базе типовых структур. Предложен метод структурного анализа, который в терминах принятия решений представляет собой структурирование, состоящее в трансформировании комбинаций типовых структурных форм, схем в ориентированную; сеть, выполняемую на основе празил принятия решений. Использование определенного типа логического вывода даег рациональное структурное образование. В логическом выводе используется принцип интеграции и какдой классифицированной категории соответствует определенный тип технологической реализации функции. Специализированное оборудование в совокупности со средствами автоматизации образует автоматизированные технологические модули, в которых реализуется принцип технической интеграции. Комплексное оборудование является основой построения автоматизированных технологических комплексов, организуемых на принципах технической и функциональной интеграции. Системное оборудование, образуощее участки и линии, объединяется и функционирует на принципах функциональной и системной интеграции.

Разработанный метод структурного анализа СМТС реализуется комплексом методик концептуального проектирования СМГС и проектирования на макроуровне.

Исходники данными и условиями для построения структуры СМГС па базе типовых структур и элементов и проведения структурного анализа являются:

- перечень автоматизируемых функций;

- массивы классифицированных элементов структуры - ТйЭ и таз;

- классифицированное категории применимости ТМЗ и ТФЭ, основанное на декларативных знаниях;

- данные ой изделиях - объектах производства и планово-производстве нные характеристики.

Необходимые деклативные знания о типовых структурных видах и формах представлены фрейм-таблицами. Для оперирования этими знаниями используются схемы поиска решений в глубину и ширину на ИЛИ-дереве структурирования и обобщенный алгоритм поиска решения при анализе типовых.структур.

Общее концептуальное решение строится в пределах определенных областей использования сборочных систем с различными структурными схемами и границ рациональной организационно-технологической формы СМТС.

В основу предлокенной методики предпроектных исследований положен многоступенчатый анализ, основанный на многокритериальных методах принятия решений с использованием системы поддеркки принятия решений. Выполняемая оценка эффективности применения (разработки) СМТС при предпроектных исследованиях относится к типу задач критериально-экспертного выбора, в которых отсутствует достаточный объем информации для построения полной систему критериев и оценок по шкалам критериев, поэтому используются знания, накопленные при работе с различными моделями оценок (экспертных, имитационных,аналитических) .

Цели создания СМТС определяются сценариями (подходами) к их проектированию. Разработана процедура формирования списка целей в зависимости от сценария проектирования СМТС, выполнено ранкирование целей по предложенным весовым коэффициентам. По логическим связям схемы формирования целей составлены таблицы "сценарии-цели", необходимые для формирования продукционных правил при выборе эффективных решений.

Методика исследования необходимого и достаточного уровня сложности и оценки степени новизны проекта СМТС построена на анализе выбора автоматизируемых функций и оценке сложности их: реализаций. Определены значения показателей эффективности реализации 12 автоматизируемых функций для построения СМТС и показатели функциональной сложности. На основе характеристик степени новизны и групп сложности, разработана процедура оценки. Каждый уровень новизны характеризуется определенными значениями показателей надежности (Р^ и стоимости (С;) и с использованием комбинаторно-аналитического метода оценивается слокность разработки для достижения требуемого эффекта.

Построена система показателей качества от, составлены таблицы "цльгернативн-критерии-покааатели" и установлены связи какдого показателя с целями создания С МТС, что позволяет определить весомость показателей качества СЬГГС по их вкладу в достижение целей с учетом сценария.

Комплексные критерии '3(х) и Н[х) соответствуют задаче проектирования и учитывают не только качество функционирования С МТС - Есмгс (критерий У(х)) , но и сложность ее реализации (критерий N(3-)). Шкала сложности строится, на основе функционала сложности Ы(ос) по условию Хес ~ ёХ' М(ЗС) -о/- } ? определяемая как система попарно пересекавшихся подмножеств А>

X/ С^ ; Х^о .

Функционал качества У(Х) задается с дискретным множеством его значений исходном множестве альтернативных вариантов

X создается система подмножеств ~1Э~ ,

которые образуют последовательность по шкале качества К-{0^}, где ранжирование происходит по дискретным значениям сг •

Цель проектирования состоит в выборе элемента минимальной сложности хев^ПХи э отвечающего требованиям к качеству относительно данной шкалы сложности N .

Рассмотрена процедура оптимизации на основе принципа сложности.

Методика анализа систем обеспечения функционирования заключается в выборе необходимой и достаточной совокупности систем обеспечения функционирования с достаточным уровнем автоматизации для реализации сформированных ранее реыений. Для этого формируется множество частных функций < , . „ . обеспечивающих систем (или одной анализируемой |-й системы). Частные функции зыраиают свойства системы, т.е. оценивают технический уровень системы и для реализации ее целевой функции р] дополняются функциями автоматизации { /, ...,/„} . Далее строится матрица Ц ? } гДе Над-

множество структурных элементов, реализующих двойки {/¿,/£} и отличающихся уровнем автоматизации. Используя описанный выше принцип сложности, последовательно решаем задачу выбора базовой структуры систем обеспечения функционирования (СОФ).

Методика обоснования автоматизации и выбора уровня автоматизации дополняет описанные выше методики с цельо корректировки решений. Методика основана на двухзтапной логической процедуре принятия решений. Целесообразность автоматизации по каждой ] -й функции оценивается на основе значимости факторов по весовым коэффициентам К; • Принятие положительного решения о целесообразности автомаги-

зации производится при для локальных задач (уровень

ТФЭ) и I К; >0,5 для уровня ТМЭ, при П=М .

На втором этапе оперируют массивами проранжированных целей ав гоматизации и факторов, определяющих выбор варианта автоматизации. Проверяется выбранный уровень автоматизации по каждой функции с учетом требований технического задания к базовым показателям СМТС.

Методика оценки технического уровня и качества функционирования завершает формирование концептуального решения. Для количественной оценки качества проекта вводятся коэффициенты качества V; по соответствующим показателям качества проектируемой системы и относительные их значимости^; . Показана целесообразность использования целевого'функционала в виде линейной комбинации частных показателей, при этом получающиеся разрывы связей в общей модели оценки заменяются ограничениями на критерии качества системы.

Лдя решения задач структурного проектирования СМТС на системном уровне (разработка технологической структуры,-далее Т-структу-ры) или на уровне ТМЭ, разработана методика выбора рациональных технологических структур.

Методика базируется на двухэташюм структурной построении Т-структури СМТС. Выбранная на первом этапе базовая типовая структура рационализируется на втором этапе. Процедура определения рациональной типовой Т-структуры СОТС базируется на теоретико-информационном подходе к макропроектированию СМТС. Использование информационных массивов и процедурных правил рассмотренных выше методик в качестве базы знаний, позволяет развить проектную систему до уровня экспертной системы с элементами искусственного интеллекта. При выполнении анализа используется база систематизированных данных по функциональным элементам Т-струкгур СМТС, для чего разработаны принципы и система классификации функциональных элементов и схем, образующих Т-структуру, а такке алгоритм анализа и выбора. Трудности решения задачи связаны с большим разнообразием технологических схем, образуемых значительным числом функциональных элементов и их сочетаниями, необходимостью принятия решений в условиях большого количества ситуаций, имеющих сугубо дискретную природу, предопределили целесообразность использования основных положений теории множеств.

Разработанные принципы построения классификатора основаны на систематизации множества функциональных элементов по классификационным признакам /с; и , характеризующих соответственно соче-

гаиия подэлеиентов и их исполнение (тип, вид). Матрица полученного универсального множества является математической моделью системы классификации функциональных элементов или их подэлементов.

Задача вибора рациональных технологических схем формулируется следующим образом. Задано множество функциональных элементов

А = {е,, е2, .. ., е.,.. . , esj t

где £j = f {ja-i, jcz-j * • • • 5 jxt-i i Ík2-j г • ■ ■»fnt-i ¡ fm-j } , a /с/,/«,••■.ч/пм/т.-- • " характеристические функции систематизации.

Из этого множества элементов /\ необходимо выбрать такой который в наибольшей степени удовлетворял бы- множеству оптимизирующих условий к -{KlfKz,'->,Ki,..Кп} . На первом этапе устанавливается соответствие между множеством оптимизирующих условий К и элементами. Для этого необходимо определить множество соответствий Г-[ГK'f ГКЗ, - . . , Г*"} , где каждое соответствие

r*'-=<Gí,Ki,A / , a G ~ K¿X А есть график соответствия. Полученные результаты по выявленным соответствиям представ-ляотся в виде таблиц 6 — 6j . Далее выбираются такие элементы e(,.--,6j множества А » которые в наибольшей степени удовлетворяли бы К. Для этого рассматривается полученное множество графиков соответствия ___, где каждый 6представляет собой отображение на множестве А подмножества элементов А"1 удовлетворявших /C¿-му оптимизирувщему условию. Поиск элементов» одновременно удовлетворяющих всем (или большинству) оптимизирующих условий, осуществляется путем пересечения подмножеств

/Гп .

¿-I

Выбор наиболее рационального решения по таблице соответствий решается с применением способа построения минимизированной граф-схемы алгоритма поиска решений. Рассмотрен алгоритм вариантов, которые могут иметь место при ренении задачи.

Применение данной методики при разработке СКТС различного предметного назначения и степени интеграции позволяет существенно сократить сроки проектирования и предотвратить потери, вызываемые ошибками концептуального характера.

Третий раздел работы содеркиг решение задач структурного синтеза С.Ч1С, проектирования оптимальной структуры системы и разработку вопросов имитационного моделирования при проектировании СМТС.

В качестве методологической основы синтеза структура С МТС пp^ пяты следующие положения и принципы: использование алгоритмически; методов синтеза ; представление СМТС как управляющей системы,оглича шцейся от традиционных информационно-управляющих систем специфически« системным пространством координат технологической среды; введение схемы решения задач анализа-синтеза для формирования многоуровневой иерархии показателей, моделей и процедур с использованием принципа декомпозиции; использование первичных информационных моделей и информационных массивов структурного анализа как базы данных синтеза модели СМТС.

Разработан метод структурного проектирования СМТС на макроуровне, основанный на разработке базового набора структурных элементов и формальном описании Г-структуры с применение« дерево целей проектируемой системы.

Процесс типового проектирования на макроуровне (на следусцих

этапах - на операционном уровне) совмещен с процессом синтеза, что является особенностью предлокенного метода.

Проектирование на макроуровне состоит из проектирования элементарных технологических структур (ЭТ-структур), на которых реализуются индивидуальные ТП изготовления ГЭУ из множества В . Совокупность ЗТ-сгруктур слукиг основой модели СМТС, построение которой является одним из основных этапов синтеза слокной Т-сгрук-туры участка производства! т.е. ТМЭ. Накдый элемент Т-структуры

0. обладает конечным множеством специализаций (назначений) У6 Мл ? характеризующих возможности элемента и представляемый декартовым произведением множеств оснащения,средств автоматизации и рекимов работы оборудования данного элемента. В рамках Т-структуры все ТФЭ обеспечены по входам ЗГ;бХ и выполняется условие Т<], ^ I эгр, где Тд, - время функционирования элемента 41 £ -

В зависимости от двух типов элементов Р-[Рк} и различаются макро- и операционные сложные Т-структуры. Маршрутный межучастковый Т^ выполняется ТМЭ (Р) , а операционный процесс ТФЭ (0) . Конечное множество ГЭУ-объекгов изготовления ])=[с1;} на входе Р1 представлено множеством комплектаций Ъ> .

Модель Т-структуры введена в виде И - [У ,11 ¡У^, , где У - множество ТФЭ; У - множество технологических цепочек изготовления ГЭУ; у/ -инциденгор; Р. - свръекгиЕНое отобравение на множествах У(И),\/¿¿6У, где У(1±) - множество вершин,ннци-

дентных ребру LL . Соръективное отображение Ra каидому элементу

QiEY(U.) (U1)) ставит в соответствие мнокество элемен-

тов ^(S'f), N(N~V-Z>~})> которые определяют место ТФЭ в ТП из-, готовления U -го гэу, тем самим R" представлено как отношение технологической упорядоченности ТФЭ, а У' - сиръекгивное расширение множества ( У'-U U S; ) .

В качестве математической модели типовои т-структуры использовано семейство взвешенных ориентированных гиперграфов, являющихся изоморфной моделью рассмотренной выше Т-сгруктуры, следующего вида:

Hi =fp,d), нг=(я,р)>

Для проведения анализа свойств Т-сгруктуры в рассмотрение введен некоторый коэффициент Kjb(Qz) пропускной способности ребра Q*'.

„ /77) - HjbfQtJ

где n<i(G*)- производительность ребра (технологического преобразования или вида пассивного действия с объектом dj ) в условный момент времени^ ; tjb(Q-r) - время прохоадения dj по ребру йг .

На этапе типового проектирования Т-структуры СМТС использован критерий максимальной пропускной способности ребра £?г Т-сгруктуры Kjs(G.<z)-~-max. Для совмещения синтеза с типовым проектированием разработана методика формирования структурно-компоновочных решений и математическая модель выбора. Задача синтеза маршрутов изготовления dj состоит в определении упорядоченного множества технологических операций [vjj воздействие которых на комплектующие {Zp} изделия dj приведет к образованию этого изделия ~lf£l{ Z}-~~dj, rfVld Vk - Определение множества вариантов маршрутов изготовления Vизделия и составляет задачу начального этапа многоуровневого синтеза структурных решений СМТС. На основе каждого элемента множества поэтапно формируется дерево возможных решений структурных схем СМТС. Далее используя метод ветвей и границ, осуществляется пошаговый целенаправленный поиск рационального варианта по уровням.

Варьируя числом элементов структурной схемы ДI , степенью концентрации операций, выполняемых этими элементами \\1п,,< зная независимые переменные - трудоемкость операции t- , техническую сложность реализации (коэффициент технического уровня) - , интенсивность потока отказов X; и интенсивность потока восстановления^ оборудования, можно оказывать влияние на производительность СМТС,

т.е. искать рациональнее структурные решения, обладавшие наилучим

ми значениями целевой функции производительности

/7 = / (Л/, \л/„л 5 í¿ , V¿ „ 71; ,/*/£ ) -^-П7ах -

Задача синтеза оптимальной Т-структуры сформулирована следуй щим образом; на множествах dj£D, Р^С р синтезир

вать такую Т-структуру (Н^ , Н1)>ко^0^йя УД0ВЛСГБ0Ряет

экстремальному значению критерия К($гу,)-~--'"'7ах яри условии, что для любого ЦцбО. выполняется ограничение Сформирована 10 критериев, которые должны достигать экстремальные значения в процессе синтеза по моделям (Н/-/ЛА Критерий максимал ной пропускной способности ребер Т-структурн адекватно интерпрети руется в виде решения задачи оптимальной загрузки производственны мощностей.

Эффективный средством проверки решений типового проектирован и структурного синтеза является имитационное моделирование. Разра ботанные имитационные модели могут быть использованы в процессе функционирования СМГС при оперативном планировании и подготовке производства к запуску нового изделия. Разработаны методические о новы оптимизационного моделирования на основе динамической имиташ онной модели СМГС. Модель позволяет учитывать все возможные собыТ! которые могут иметь место при функционировании проектируемой СКГС оценивать возникавшие ситуации.

Представлены некоторые результаты моделирования различных структур СМТС при изменении параметров элементов системы.

В четвертом разделе работы дается решение задач проектировани систем обеспечения функционирования СМГС.

Для разработки теоретических основ проектирования системы тех нического контроля в СМГС, проведено исследование процесса формиро вания качества. Основным показателем качества изделий для СМТС в работе принят уровень бездефектности, а объектом исследования явля ется проблема формирования качества на принципах бездефектности.

Основным нормативно-методологическим документом, определяющим принципы формирования качества продукции, формы и способы обеспече ния качества и методы управления качеством, является комплекс международных стандартов КСО серии 9000 и соответствующие им ГОСТЫ 40.9001-40.9004. Петля качества в стандарте ИСО 9004 (ГОСТ 40.9004' представляет собой перечисление производственных этапов без соотве ствуодих элементов (функций) системы качества, действующих на этих этапах. В связи с этим, необходимо было сформировать петле качеств;

из функций системы качества с целью вскрытия механизма воздействия системы как субъекта управления на производственный процесс. На этапах петли качества "производство" и "Контроль, испытания" информационное обеспечение системы качества осуществляется системой технического контроля. Поэтому часть функций системы качества реализуется системой контроля, основными из которых являются:обеспе-чение стабильности качества изделий при производстве; выявление отклонений от установленных требований; контроль и испытания продукции.

Ваиность перечисленных функций и нерешенность большого числа проблем кантроля в сборочно-монтакном производстве, потребовали разработки теоретических основ проектирования технического контроля в СЖС. С учетом принятого в работе подхода к проектирование технологических систем, разработаны теоретические основы создания системы автоматизированного контроля с применением автоматизированного проектирования и элементов искусственного интеллекта. Терминологическая и методическая основа проектирования технического контроля определена стандартами "Виды технического контроля" (Р50-54-2-87) и "Технологическое проектирование технического контроля" (Р50-609-40-88), разработанными с участием автора.

Разделение функций и взаимосвязи между системой автоматизированного контроля (САК) и системой автоматизированного обеспечения и управления качеством (САОУК) отражены в модели формирования качества в СМТС.

Взаимосвязь элементов процесса технического контроля исследуется с применением математического аппарата теории графов. Взаимосвязи основных структурных элементов процесса технического контроля в СМГС представлены в графе следующим образом: множество вершин изоморфно операциям, переходам и вспомогательным действиям, а множество ребер - есть соотношения вида ЕП=(С[П, описывающие технологическую упорядоченность элементов процесса контроля. Причем, ап,ап^в ай и являются подмножеством множества вершин графа. Такое поуровневое расчленение ТП способствует разработке удобных средств описания, ввода и переработки на ЭВМ исходной информации о контролируемом объекте, совокупности и последовательности действий при его контроле. Для построения системы знаний проектирования технического контроля создана методика классификации контролируемых признаков, разработаны продукционные правила

выбора требуемого обеспечения процесса проектирования технологиче кого контроля, сформирована информационно-справочная база данных системы проектирования.

Синтез состава системы технического контроля проводится на базе множества контролируемых признаков упорядоченного множества признаков универсального множества унифицированных элементов процесса контроля.

Б рамках инвариантной схемы планирования механического контр ля выполнение параметрического синтеза обеспечизае? координацию элементов синтезированной технологической программы и их локальну конкретизацию. Для выполнения параметрического синтеза система пр ектирования осуществляет преобразование Р(х,у)}тде X -унифи цированный элемент процесса контроля, У - определенный вид техщ ческого средства контроля. В обцем случае Г .)

где 2К - фрагменты знаний определенного класса для формирования и У . Формальное представление X выполняется с использованием макроблоков, в которых описание данных объединено с конструкциями языка оперирования этими данными в райках одной и той ке фреймово; формы представления знаний.

Интерпретация макроблоков, образующих макроописания системы технического контроля, и перевод их в блоки, образующие планы процесса и системы контроля,- это основная функция системы проектирования технического контроля на этапе параметрического синтеза.

Назначение процедуры структурного синтеза - построение макроописания системы контроля в форме уаорядоченной последовательности макроблоков, содержащих унифицированные элементы ТП. Разработана методика структурного синтеза.построенная на взаимодействии библиотеки унифицированных элементов ГП с логической программой, представляющей собой совокупность правил и дерева решений, связывающего эти правила. Последовательность правил однозначно определяется заранее принятым решением о принципе обхода вершин деревьев. Логич ческие программы оформляются в виде модулей, представляющих собой относительно независимые фрагменты базы знаний структурного синтеза. Критерием при объединении правил в модули слукит контролируемый признак, определяищии параметры, методы, средства и т.п. по классификационной таблице базы данных. В целом, один модуль всегда представляет собой формализованный способ (модель) решения некоторой подзадачи структурного синтеза, причем в базе знаний монет находиться несколько альтернативных модулей для решения одной и топ

ке подзадачи (вэтом случае каждый модуль представляет один из возможных способов ее решения).

Обеспечение бездефектности СМТС базируется на изучении потенциальных источников дефектов при изготовлении ГЭУ. В качестве основных потенциальных источников подвергнуты более глубокому анализу операции нанесения паст, пайки оплавлением паст, очистки монтажного основания после сборки. Результатом анализа является выявление факторов, определявших появление дефекта, виды и признаки дефектов, которые вносятся в базу знаний системы качества.

Современный подход к проектированию технического контроля предусматривает смещение акцента от выбраковывания дефектных изделий к предотвращению брака и более раннему выявлении дефектов. В связи с этим, разработана методика выбора плана контроля для дости-кения максимальных показателей качества функционирования С!СС.

В качестве общей математической модели системы управления качеством в СМТС принята модель выбора оптимального планирования контроля, минимизирующего функцию потерь £} . Каждому 5^-му плану контроля соответствует своя организация, технические средства и система обслуживания. Основным фактором, определяющим потери от принятия того или иного плана контроля является наблюдаемость параметров. Наблюдаемость выражена через параметры состоянии, управления, диагностирования и общие количества соответствующих переменных. В любом полном наборе параметров 5[ при реализации $1 -го плана контроля мокет содержаться ненаблюдаемых параметров. Каждому набору ¿Г^ присваивается условная вероятность

Р(Е)/31) '. Эти условные вероятности сводятся в таблицу-матрицу параметров системы управления качеством.

Появление некоторой технологической ситуации в СЖС при 5,- -м плане контроля предполагает наличие набора ненаблюдаемых параметров. Располагая матрицей потерь, можно для какдого предположения о составе из алана сделать соответствующие оценки производственных потерь ])[ 5* ,с1&)] . Помимо определения двух рассмотренных матриц необходимо определить соответствующие априорные вероятности Р(3с) появления наборов параметров.

Выражение для среднего значения потерь при полном наборе параметров плана контроля ¿>1 и принятии различных решений ciíz)

к-<

Полная величина потерь равняется величине Г*^) , усред-

ненной по ес&м возможным варианта« наборов параметров Si мкоиест ва планов контроля о п

Опуская выполненные преобразования и подстановки, окончатель иое выражение для потерь и затрат реализации ,S'¿ плана контроля

])п = i P(zK)[Í d[S*, d(zj]p($í/z*)].

к-.i

Одним из условий обеспечения высокой производительности СМТС является наличие в ее составе автоматизированной системы обеспечения технологической оснасткой (ACOTO"). Технологическая оснастка играет ватную роль в CIíTC в части обеспечения ритмичности, быстро-сменности, технологической гибкости, выполнения требований к качеству изделий, сокращения простоев оборудования.

Сформулированы задачи проектирования ACOTO «приведена методика проектирования, содержащая разработку технического задания, выбор базовых технических средств, синтез структуры ACOTO и обеспечение совместимости технических средств.

Для выбора технических средств формируется перечень частных (элементарных) функций ACOTO Г = { j,, /2,..., fm } . Совокупность этих функций определяется с поюцыз составленного дерева целей. Каждой частной функции /¿£ F ставится в соответствие множество A¿ технических средств, какдое из которых способно реализовать даннув функцию, L=i,IV. Возможные комплекты технических средств ACOTO определяются как прямое произведение множеств Ai,---, А-«

м=/,х кгх . - .xAtfí=l<ai,at,...1am>laieAitHsri}.

Здесь квадый набор < CLt, tt£,. й^У из М представляет собой комплект технических средств, реализуемых ACOTO, а множество всех возможных вариантов комплектов равно f^i-IAj ■

Определен состав технологической оснастки СМТС и предложен табличный способ формирования базовых технических средств (входящих одновременно во все комплекты для различных технологических модулей). Синтез структуры ACOTO сводится к выбору комплекта накопителей и другах технических средств и установлению связей мекду ними. На структуру ACOTO влияют условия производства, число разновидностей применяемых операций сборки и монгаиа, номенклатура и количество компонентов и др. Структура ACOTO представляется ориентированным графом, вершинами которого является накопители инструментов и приспособлений. Для выбора базовых вариантов структурных схем ACOTO дана их характеристика, Задача генерации многообразия

возможных структур выполняется пуагем исключения в различных сочетаниях накопителей и транспортных связей из обобщенной структуры ACOTO. Это равносильно удаление в различных сочетаниях ребер и вершин графа, в результате чего получаем многообразие всех возможных частей графа и его подграфов. Каждому подграфу в соответствие ставится структура ACOTO, обладающая вполне определенными функциональными возможностями.

Выбор оптимального проектного решения осуществляется с помощью ранжированных по степени важности частных показателей.

Разработана методика определения грех основных параметров AGOTO: требуемого числа инструментов, емкоста (вместимости) накопителей и комплектности накопителей инструментов на сборочных позициях.

Технологический процесс монтажа, состоящий из большого числа операций обеспечивается операциями транспортирования, накопления и хранения. В задачи проектирования СМГС входит определение параметров накопителей комплектации на входе, промежуточных накопителей в технологических модулях и буферных накопителей между некоторыми технологическими модулями. Задача транспортно-накопительного обеспечения СМГС заключается в создании условий бесперебойной работы системы технологических модулей за счет организации такого расписания обслуживания накопителей и определения таких объемов загружаемых или разгружаемых материальных запасов, при которых не допускается переполнения или опустошения накопителей. Решена такие задача оптимизации количества транспортных средств и определения начальных объемов материальных запасов в накопителях, необходимых для поддержания принятого расписания обслуживания.

В| пятом разделе работы решены задачи технологического обеспечения качества функционирования СМТС. Технологическое обеспечение функционирования СМГС состоит в разработке комплекса технологических мероприятий и системы методик, позволяющих СМТС выполнять свои функциональные задачи в заданном диапазоне изменений условий и ха->актеристик технологического процесса.

Все обеспечивающие системы, входящие в структуру интегрирований системы подготовки и производства объединены в две группы: системы, обеспечивающие выполнение функциональных задач,решаемых в ¡MTC и системы, обеспечивающие функционирование СМТС с требуемым 'ровней качества.

Под качеством функционирования СМГС понимается степень приспо-

соблеиности системы к выполнение поставленной задачи во всем диапазоне возмокных условий и режимов при установленных предельных значениях изменения ее выходных параметров. Проблема обеспечения качества функционирования автоматизированной СЮ?С состоит в том, чтобы поддерживать требуемые свойства системы на заданном уровне качества ъ течение определенного времени ее функционирования.Для решения проблемы проведена классификация задач обеспечения качества функционирования СМТС, определена организационно-технологическая структура всей совокупности систем, обеспечивающих функционирование (СОФ) и качество функционирования (СОКФ), раскрыты функциональные задачи системы оперативного планирования, как наиболее важных систем, вводимых в структуру и обеспечивающих реализацию заложенных в СИТС принципов быотросменности, гибкости, интегрируемости, рационального использования оснащения и т.п.

На основе анализа качества функционирования СШХЗ определены различные .уровни качества и характеризующие их состояния системы, установлено шесть различных состояний С МТС, Дана качественная характеристика функционирования СМТС в этих состояниях и введены показатели, оценивавшие результат функционирования в каждом состоянии. 1Шкдое из классифицированных состояний Н; вызывается соответствующим и однозначно определенным событием Д^ . Все ситуации.связанные с возмокныыи состояниями СОФ и СОКФ отражены графом формирования состояний СМТС, вершинами которого являются: РР(Н() и РН.Р(Невероятности работоспособного и неработоспособного состояния соответственно ; Р3(Т) - вероятность выполнения задания (безошибочно-Р^-СП и своевременно - Рс = Бер{^Т}) Р3 (Г) = Р^Т)- Рс (Т); Р^Невероятность задеркки выполнения задания; рлс - вероятность простоя системы.

Результаты функционирования предложено оценивать двумя группами показателей Э„ и Э*- З(3 . где Зи - показатели качества изделий, изготовленных в СМТС, а Зк- За - показатели, оценивающие функционирование элементов СМТС. Каждая из групп показателей определяет значение некоторого выходного эффекта Р;. =^¿1 , тем самым устанавливая зависимость выходного эффекта от состояния системы Е-Ё РСН^Яс - Выходные эффекты состояний элементов система определяются моделированием.

Полная система событий при выполнении СМТС (или ее элементом) р частных задач с П дискретными состояниями, описывается вира-

кением р

гдс Рэ^Д/И^- условная вероятность события /1 , означающего выполнение системой своих функций на некотором уровне качества, достаточном для решения ^ -й частной задачи, при нахождении системы в И,- —м состоянии.

Математическая модель качества функционирования СМТС с учетом полной системы событий, определяемых функционированием СОФ, имеет вид [р,(т) рс(Т)(А/Н1)]? .

Для выполнения моделирования построены полные матрицы состояний для всех обеспечивающих систем при их взаимодействии с СМТС, где столбцы - собственные события в С1ГГС, а строки - события в ] -й обеспечивающей системе. Пересечения дают результирующие состояния, соответствующие пяти уровням градации качества функционирования.

.Дать оценку влияния надежности системы на производительность позволяет методика расчета показателей производительности и готовности автоматизированного технологического комплекса.

В работе выполнено подробное исследование основных функциональных свойств СМТС - производительности и гибкости.

Как функциональное свойство производительность используется при проектировании СМТС (проектная или ожидаемая производительность) и при его эксплуатации (плановая производительность - при подготовке производства и фактическая - при функционировании СМТф. Как характеристика, производительность применяется при оценке качества проектирования и качества функционирования. В связи с важностью исследования проблемы производительности, проведен: подробный анализ временных составляющих операций, параметров функционирования и простоев, потерь времени, связанных с простоями,внецик-ловых потерь и т.д. Получено выражение фактической производительности СМТС выпуска годных изделий и предложена методика оценки производительности с учетом tPe^^ вРе мен и ремонта и ty. в устранения причин брака.

Проведенные исследования позволяют решать ряд прикладных частных задач, например, определения предельного числа технологических модулей комплекса, исследование производительности сбороч-ко-монтакных модулей, исследование производительности сборочно-монтажных комплексов, разработаны соответствующие модели и мето-

дики решения этих задач, проведены исследования, получены зависимости, представленные графически.

Также подробно исследована проблема обеспечения гибкости СМТС изменяемости (быстросменности), видов перестроения и направлений реализации гибкости-. Быстросненносгь определена как свойство системы, выракенное зависимостью У=/(Н,в) , где Н - частота изменений системы, а 0 - величина, характер, состав этих изменений .

Качественней сторону гибкости определяет коэффициент ,

являющийся функцией от коэффициентов структурной,технологической и организационной гибкости ог -.((^с,- > Чг.г > Чо.г) , Проведе-

ны исследования этих видов гибкости системы, определены составляющие, модели, расчетные выражения и графические зависимости.

Заключительные подразделы посвящены разработке системы качества и обеспечении качества изделий в СМТС.

Важнуо роль играет определение функций системы качества и связей функций с ({акторами, влияющими на качество в СМТС, т.е. задача, не имеющая решения в ИСО 9000. В качестве общих структурообразующих элементов системы качества приняты обеспечение, управление и планирование. Проведена привязка к СОТС общих функций системы качества и распределение этих функций по структурообразующим элементам и по соответствующим этапам петли качества. Специальной таблицей определяются взаимосвязи функций системы качества и факторов, определяющих качество в СМТС (конструкция.комплектующие,материалы, производственно-эксплуатационное обслуживание, технология, оборудование, оснастка). Определена относительная значимость этих факторов, выполнено распределение факторов по уровням программы ка чества.

При построении системы управления качеством в СМТС, для уменьшения влияния человеческого фактора на принимаемые решения, наряду с принципами сокращения расходов на качество, оперативностью управления, заложен принцип автоматизации функций управления, в общем виде цель управления качеством функционирования СМТС состоит в оптимизации функции цели решением задачи синтеза и описывается так: задана система, осуществляющая отображение и пусть

д. ;Х-ь!'У -^{¡5} -функция, отображающая множество входных управляющих и выходных элементов в множестве [в} , упорядоченное отношением. Здесь X, У - множества входных и выходных элементов системы, р - множество управляющих воздействий на управляемый

объект1. Функция д задается двумя функциями и

С:Х-Я-У{6] или $ (г}и) - б[г,и,Г(г.и)], где

уравнения связей, а С - Функция цели.

Планирование качества рассматривается в двух аспектах: планирование бездефектности и директивное планирование. Проведен анализ графиков полезности и затрат, определены характерные точки,уровни качества и рациональные зоны затрат по повышению качества. Для выполнения директивного планирования качества в СМТС сформированы таблицы-модули, которые являются исходной информацией для технологического проектирования СМТС и проведения анализа и планирования качества на этапе производства.

В заклочении подведены итоги выполненных исследований и разработок, в результате которых созданы теоретические основы проектирования высокоэффективных сборочко-монтажных производственных систем приборостроения, соответствующих прогрессивным формам организационно-технологического построения. Актуальность и перспективность результатов работы обеспечивается теми обстоятельствами,что теоретические разработки и практические методики предназначены для проектирования СМТС и обеспечения ее функционирования на принципах бнстросменности, гибкости, интегрируемости на различных структурных уровнях с использованием баз знаний и продукционных правил.

Основные теоретические результаты работы состоят в следующем: I'. Разработаны ме.одологические основы проведения системного анализа и решения задач структурного синтеза СМТС, предусматривающие комплексное рассмотрение проектирования и функционирования СМТС, определяющие принципы построения, логическую организацию и структуру решения задач создания СМТС.

2. Предложен метод концептуального проектирования и ряд практических методик последовательного системного анализа, обеспечивающих вероятность принятия эффективного решения по сравнению с существующими методиками.

3. Разработан метод структурного проектирования СМТС на макроуровне, обеспечивающий автоматизированное проектирование СМТС на основе типовых структурных вариантов и элементов, что позволяет в несколько раз снизить сроки проектирования, время оперативного планирования и тем самым максимизировать быстросменносгь и гибкость ЖС при функционировании.

П. Разработана методика синтеза оптимальной технологической структуры СМТС, отличающаяся двухуровневой процедурой и совмещением синтеза с типовым проектированием. Предложены алгоритмы, мате кати-

ческие и имитационные модели, позволяющие получить оптимальное структурное решение с экстремальными показателями функционирования.

5. Разработаны теоретические основы совместного проектирования С-МГС и систем, обеспечивавших ее функционирование (AGG, АТС, АСИО" что позволяет получить высокие значения проектных и эксплуатационных показателей.

6. Разработаны теоретические основы обеспечения требуемого качества функционирования СМТС в виде комплекса методов и методик, ис-пользуящих базы знаиий и обеспечивающих проектирование систем« технического контроля СМТС и системы качества СМТС, создание которых определяет целенаправленность функционирования СМТС на принципах бездефектности.

В качестве практических результатов диссертационной работы необходимо отметить следующие методики анализа, проектных процедур и расчетов:

- предпроектных исследований сборочно-монтакного производства ;

- исследования необходимого и достаточного уровня сложности и оценки степени новизны проекта;

- анализа систем обеспечения функционирования СМТС;

- обоснования автоматизации и выбора уровня автоматизации;

- оценки технического уровня и прогнозирования качества функционирования СМТС;

- выбора рациональных технологических структур;

- формирования стркутрно-компоновочных решений ;

- синтеза слокной технологической структуры;

- получения оптимальной совокупности элементарных технологических структур;

- имитационного моделирования СМТС и элементов;

- формирования качества изделий в СМТС;

- автоматизированного проектирования технического контроля в СМТС;

- выбора плана контроля в системе управления качеством;

- проектирования системы обеспечения технологической оснасткой;

- проектирования транспортно-накопительного обеспечения СМТС;

- обеспечения функционирования СМТС с требуемым качеством;

- анализа и оценки качества функционирования СМТС;

- анализа и оценки производительности СМТС;

- анализа и оценки гибкости Ci'TC;

- определения предельного числа технологических модулей в комплексе

- расчета показателей производительности и готовности авгомагизиро-

ванного технологического комплекса;

- модульно-матримного директивного планирования качества изделий.

Полученные теоретические и практические результаты работы являются развитием технологии приборостроения и найдут применение при создании типовых проектов сборочно-монга&ных участков и цехов приборостроительных предприятий и разработке нормативной документации в отраслевых технологических НИИ, а также на приборостроительных предприятиях при автоматизации сборочно-моятажного производства различных структурных уровней, создании систем качества, проектировании системы технического контроля и т.п.

СП ШОК 0ПУБЛИК0ВА1ШХ РАБОТ По тематике диссертационной работа выполнены следующие публикации:

Г. Буловский П.И.,Ларин В.П.(Павлова A.B. Проектирование и оптимизация технологических процессов и систем сборки радиоэлектронной аппаратуры.-Ii.: Радио и связь, IS89.

2. Воробьев Е.А.,Ларин В.П. Методологические основы проектирования технического контроля в автоматизированных производствах //Методы неразрушающего контроля в производстве микроэлекгроиной аппаратуры и ее компонентов: Меквуз.сб. /ЛИАП.-Л.,1991.- С.10-15.

3. Ларин В.П..Ильенков А.А.Проектирование сборочно-монтаиного производства с использованием экспертных систем //информационные технологии .Системы обработки и передачи информации:Межвуз.сб.научн. трудов./Рязанская госуд. радиотехн.академия.-Рязань,1996.-С.96-103.

4. Ларин В.П.»Поповская Я^А. Технология поверхностного монтажа, проблемы и перспективы //Опыт и проблемы гибкой автоматизации сбо-рочно-монтажнцх и контрольно-регулировочных работ в приборо- и ап-паратостроении: Материалы семинара /Л0 ОТО приборпром.-Л.,IS90.C.20.

5. Ларин В.П. Технологическое проектирование ГНС //Приборы и системы управления.-1987.-® 12.-С.24-25.

6. Ларин В.П. Технологическое проектирование сборочных ГПС //Научные основы технологического проектирования гибких производственных систем: Меивуз .сб./ЛИАП.-Л., 1988 .-С.29-36 .

7. Ларин В.П.,Радек С.Л. Технология поверхностного монтажа - основа повышения эффективности сборочно-монтавшого производства РЗА //Приборы и системы управления.-L99I.-P- 7.-С.26-30.

8. Ларин В.П. Нонструкторско-техиологическое проектирование роботизированных технологических комплексов.СПИАП.-Л.,1992.- 60 с.

9. Ларин В-И'. Критерии эффективности сйорочно-монтаиых ГПП /¡От. и проблемы гибкой автоматизации оборочно-монтакных и контрольно-регулировочных работ в приборо- и аппаратосгроении: Материалы семинара /Ю НТО приборпроы.-Я., IS90.-C.39.

10. Рекомендации. ЕСТПП. Виды технического контроля.Р50-54-2-87 /Шолкин В.Г. 1 Чуп.ырин В.Н.,Ларин В.П. и др. Госстандарт, 1988.-24 с,

11. Рекомендации. Технологическое проектирование технического контроля, Р30-609-40-88 /шлкин В.р.,Чупырик В.Н.,№рин В.П. и др. Госстандарт, 1989.- 36 с.

12. Аникин А.Д., Ларин В.П.,Поповская Я.А. Технология приборосгрое ния. Проектирование сборочно-монтаккых процессов приборосгроитель-кого производства. ЛИАН.-Л.,1990,- 83 с.

13. Справочник конструктора точного приборостроения /Г.А.Веркович, Е.Н.Головенкин, з.А.Голубков, в.П.&рин и др.; Под общ.ред.К.Н.Яв-ленского, Б.Н.Тимофеева,Е.Е.Чаадаевой.-Л.;Машиностроение,1989.-792 с.

14. Технология технического контроля в машиностроении: Справочное пособие /Авт.коллектив: Кузнецова Е.Л.,Ларин В.11.,Чуаь-рин В.Н. и дрг. Под общ.ред. В.Н.Чупырина.-М.: №д-во стандартов. 1990.-400 с.

15. Ларин В.П. Автоматизация процессов сборки и контроля в авиационном приборостроении.ЛИАП-ГОТИ.-Л.,1981.- 72 с.

16. Ларин В.П.,Баринова Л.В.,Симонов С.С. Имитационное моделирование при решении задач технологической подготовки производства //Опыт разработки и внедрения САПР ТП: Материалы семинара /ДЩТП. Л., 1986 .-С.50-54.

17. Ларин В.П.Долосов А.И..Пашков В.П. Технологическое обеспечение проектирования сборочко-монта&ных ГПС //Разработка и внедрение АСУ ТП в условиях интенсификации производства:Штерналы семинара /ЛДНТП.-Я.,1986.-С.4 2-46.

18. Ларин В.П.,Нахотин Е.А.,Симонов С.С.,Орлов Е.В. Автоматизация проектирования в системе технологической подготовки роботизированных ГПС //Разработка и внедрение АСУ ТП в условиях интенсификации производства: Материалы семинара /ЛДНТП.-Л., 1986.- с.46-50.

19. Ларин В.П..Симонов С.С.Автоматизация проектирования РТК //Технология и автоматизация производства приборов летательных аппаратов: межвуз.сб. /ЛИАП.-Л.,1984.-Вып. 170.- С. 19-22.

20. Ларин в.П..Пашков В.П. Принципы создания систем контроля и диагностирования ГАП /Гибкие автоматические производства в радиоаппа ратостроеции и приборостроении /ЛДНТП.-Л., 1984.- С.20-23.

21. Ларин В.П. .Лукиче® А.Н. Технологическая подготовка ГАП /Технология и автоматизация производства приборов летательных аппаратов: Неквуз'.сб. /ЛИАП.-Л..1984. Вып. 170.- С.3-8.

22. Ларин В.П.„Пашков В.П. Обеспечение качества изделий на этапе технологической подготовки производства ГПС //Интегрированные производственные системы в радиоаппарэгосгроении и электронном приборостроении /ЛДНТП.-Л..1986.- 0,39-43.

23. Ларин В.П.,Луккчев А.Н. Технологическая подготовка ГАП //Гибкие автоматические производства в радиоаппаратостроении и приборостроении /ДДНТГ1.-Л. ,1984С. 12-16.

2t. Ларин В.П.,Лукичев А .И.,Пашков В.П. Система управления качеством в ГАП //Современная технология производства приборов, средств автоматизации и систем управления: Материалы семинара ВНТО прибор-пром.-М.,1984.-С.28-33.

25. Дзрин В.П.,Пайков в.П. Система управления качеством в ГПС.-М.: ВИНИТИ, 1986.- 12 с. -ДЕП в ЦНЩГЭИ приборостроения. Реф. № 3221.

26. Ларин В.П..Пашков В.П. Методика проектирования систем автоматического контроля в ГПС.-М.:ВИНИТИ, 1906.- с. ДЕП в ЦНИИТЭИ приборостроения. Реф. № 3219.

27. Ларин В.П.,Лучкова Л.В. Проблемы очистки печатных узлов в технологии поверхностного монтажа //приборы и системы управления.-1991.- ® 8.- С.43-44.

28. йрин В.П., Попова Е.В..Симонов С.С. Управление технологической подготовкой опытного производства //Опыт и приблемы гибкой автоматизации сборочно-монтакных и контрольно-регулировочных работ в приборо- и аппаратостроекии: № тернады семинара /JD НТО прибор-пром.- Л.,1990.- С.40.

29. йрин В.П.,Лукичев л.Н. Технологическая подготовка роботизированного производства //Проблемы создания и эксплуатации гибких автоматизированных систем в машиностроении: Труди конф. /ИМАШ АН СССР. - М., 1984.- С.34-36.

30. Ларин В.П.,Пашков В.П. Эффективность системы контроля.-М.: ВИНИТИ,1986.- II е.-ДШ в ЦНИИ 13 И приборостроения .Реф. я? 3220.

31. Лзрин В.П.,Дмитриев А.Н. Проблемы построения адаптивных производственных систем //Проблемы создания средств адаптации для гибких производственных систем /ВНТО приборпром.-М.,1986.-С.92-93.

Соискатель

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

На правах рукописи

ЛАРИН ВАЛЕРИИ ПАВЛОВИЧ

АО 67 уд|^02-72-001

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБОРОЧНО-МОНТАЖНОГО ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность -05.11.14-Технология приборостроения

Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

*

С анкт-Петербург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных обозначений.................................А

Введение.............................................5

1. Анализ научно-технологического уровня развития сборочно-монтажного производства........................................./3

1.1. Оценка современного состояния сборочно-монтажного приборостроительного производства и перспектив развития........./3

1.2. Характеристика объектов сборочно-монтажного производства на современном этапе и перспективы развития..................24

1.3. Анализ характерных операций технологии поверхностного монтажа и перспективных технологий изготовления электронных узлов приборов . . 30

1.4. Анализ состояния автоматизации сборочно-монтажного производства и направлений развития..............................48

2. Системный анализ СМТС.................................

2.1. Разработка методологических основ системного анализа СМТС......53

2.2. Основы проектирования СМТС на базе типовых структур.........68

2.2.1. Метод структурного анализа СМТС......................б В

2.2.2. Методика предпроектных исследований при создании СМТС........76

2.2.3. Методика исследования необходимого и достаточного уровня сложности и оценки степени новизны проекта СМТС....................??

2.2.4. Методика анализа систем обеспечения функционирования СМТС.....В'о

2.2.5. Методика обоснования автоматизации и выбора уровня автоматизации . .8?

2.2.6. Методика оценки технического уровня и качества функционирования СМТС.......................................В г

2.2.7. Методика выбора рациональных технологических структур. . . . .....99

3. Структурный синтез СМТС................................12.-4

3.1. Методологические основы синтеза СМТС на стадии макропроектирования

3.2. Метод структурного проектирования СМТС на макроуровне........

3.2.1. Разработка базового набора структурных элементов СМТС и формальное описание Т-структуры..............................^ 5

3.2.2. Формирование структурно-компоновочных решений и разработка математической модели выбора........................."ЙЗ

3.3. Синтез технологической структуры СМТС.................../54

3.3.1. Постановка задачи синтеза оптимальной Т-структуры............/54

3.3.2. Проектирование оптимальной совокупности ЭТ-структур. . . . ......-160

3.4. Разработка методического и алгоритмического обеспечения имитационного моделирования при проектировании СМТС.........09

4. Проектирование систем обеспечения функционирования СМТС..........4 83,

4.1. Проектирование автоматизированной системы контроля в СМТС......

4.1.1. Теоретические основы формирования качества в СМТС...........^ 82.

4.1.2. Проектирование технического контроля в СМТС...... .........{86

4.1.3. Разработка обеспечения автоматизированного проектирования технического контроля в СМТС.........................

4.1.4. Представление знаний по параметрическому и структурному синтезу системы технического контроля.........................

4.1.5. Исследование дефектов монтажа........................&40

4.1.6. Методика выбора плана контроля в системе управления качеством . . . .

4.2. Проектирование автоматизированной системы обеспечения СМТС технологической оснасткой...........................ЯЯ6

4.3. Технологическое проектирование транспортно-накопительного обеспечения СМТС................................Я35

5. Технологическое обеспечение качества функционирования СМТС.........2Н5

5.1. Обеспечение функционирования СМТС с требуемым качеством......Я45

5.1.1. Состояние проблемы...............................9А5

5.1.2. Организационно-технологическая структура системы обеспечения функционирования СМТС............................2.49

5.1.3. Анализ качества функционирования СМТС...................

5.1.4. Оценка качества функционирования СМТС...................3.58

5.2. Исследование СМТС по критериям производительности и гибкости . . . . ЯбР

5.2.1. Методика анализа и оценки производительности СМТС...........«26Р

5.2.2. Методика и модель для исследования производительности сборочно-монтажных гибких модулей...........................

5.2.3. Исследование производительности сборочно-монтажных комплексов . . . Я.78

5.2.4. Методика анализа и оценки гибкости СМТС..................

5.3. Разработка системы качества и обеспечение качества изделий в СМТС . . . Я 33

5.3.1. Определение функций системы качества....................Я93

5.3.2. Обеспечение качества в СМТС.........................301

5.3.3. Управление качеством в СМТС.........................304

5.3.4. Планирование качества..............................31?

Заключение...........................................3

Приложение...........................................328

Список используемых источников...............................3$8

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ АСИО - автоматизированная система инструментального обеспечения АСК - автоматизированная система контроля АСОУК - автоматизированная система обеспечения и управления качеством

АСС - автоматизированная складская система АСУ - автоматиэированная система управления АТС - автоматизированная транспортная система ГМ - гибкий модуль

ГПС - гибкая производственная система ГЗУ - гибридный электронный узел ИК-пайка - инфракрасная пайка

изделия электронной техники

компьютерно-интегрированная производственная система монтажное основание поверхностный монтаж

поверхностно монтируемое изделия электронной техники система автоматизированного проектирования сборочно-монтакная технологическая система системы обеспечения качества функционирования технологический макроэлемент тех нологи чес кии процесс технология поверхностного монтажа технологическая система т-структура - технологическая структура ТФЗ - технологический Функциональный элемент ФЗ - функциональный элемент

ЭТ-структура - элементарная технологи ческа л структуре ЗУ - злекгоонн-й узел

ИЗТ

КИПС -

МО

пм

пмкзт -

САПР -

емге -

СС-КФ -

тмэ

тп

ТИ'! -

тс

ВВЕДЕНИЕ

Объектом диссертационного исследования является оборонно-монтажное производство, предназначенное для изготовления перспективных электронных узлов приборной аппаратуры.

Сборочно-монтащное производство представляет собой наиболее сложный этап производственного процесса изготовления электронной аппаратуры и для приборостроения характеризуется наличием специфических особенностей, основными из которых являются /15/:

- многономенклатурность и мелкосерийность;

- большое разнообразие технологических операций с различным характером (дискретные, непрерывно-дискретные), большим диапазоном используемых физических и физико-химических воздействий на объект производства;

- огромное многообразие изделий электронной техники и материалов, применяемых при монтаже электронных узлов приборов ;

- большая доля ручного труда с незначительными фрагментами автоматизации в общем цикле производства ;

- значительное количество потенциальных источников дефектов,имеющихся на выполняемых операциях и унаследованных на предыдущих-операциях производственного процесса.

Мировой теорией и практикой доказано, что для производств с мелкосерийным и многономенклатурным характером наиболее рациональной организационно-технологической формой является гибкая производственная система (ГПС) /3,4,25,26,27,42,127*/.

Передовые мировые фирмы, используя современные достижения науки и техники, успешно внедряют более совершенную форму ГПС -компьютерно-интегрированную производственную систему (КИПС) /15, 132,160,197/, в которой использованы принципы системной, функ-

циональной и технической интеграции производственных подсистем и систем "проектирование-производство".

Однако все эти формы организационно-технологического построения производственных систем преимущественно относятся к заготовительным, механообрабатывающим и в незначительной степени к механосборочным производствам, практически не затронув сборочно-монтажное производство /91-93 , 95 , 96, II, 136,150,160,174,178, 179,197/.

Отставание теории и практики создания сборочно-монтажных ГПС и КИПС по отношению к заготовительным и механообрабатываю-щим производствам объясняется различными причинами экономического, социального, технологического и технического характера.

Таким образом, имеется сложная научно-техническая проблема, состоящая в необходимости создания высокоэффективных сбороч-но-монтажных технологических систем, соответствующих тенденциям развития приборостроения, обеспечивающих быстросменность и гибкость на'основе рациональности уровней сложности и автоматизации.

Актуальность и важность решения данной проблемы объясняется следующими основными причинами.

Г. Стремительное развитие электронного приборостроения, разработка аппаратуры пятого поколения с улучшенными конструктивными, точностными и надежностными характеристиками, требует создания

адекватных средств производства, позволяющих реализовать все достигнутые преимущества.

2. Огромные инвестиции, необходимые для автоматизации и перестроения производства на современные прогрессивные формы, требуют создания такой теоретической базы проектирования, при которой достигалась бы наибольшая вероятность высокоэффективного решения, т.е. получения наилучших проектных и эксплуатационных показателей.

3. Высокая трудоемкость технологических операций с б ороч но -монтажного производства и большая доля времени в общем производственном цикле определяют значительную часть в себестоимости изготовления электронной аппаратуры, что создает перспективы высокой рентабельности при создании рациональной организационно-технологической формы автоматизированного сборочно-монтажно-го производства.

4. При наличии автоматизированных заготовительных и механообра-батывающих производств, неавтоматизированное сборочно-монтакеое производство превращается в "узкое" место предприятия и не отве-Л чает современным требованиям быстросмевностк и высокого уровня управляемости, что достижимо только на основе соответствующей теоретической базы.

5. Технологические операции сборочно-монтажного производства характеризуются наибольшей долей брака в общем производственном цикле и невысокой стабильностью качественных характеристик изделий. Кардинальное решение этой задачи, построение системы качества на принципах ИСО серии 9000 /156/ невозможно без создания специальных теоретических разработок по комплексному исследованию процесса и проектированию системы качества.

6. В силу специфических особенностей сборочно-монтакного произ- ■ водства и принципиальных отличий от других видов производств, невозможно реализовать в полной мере известные формы ГПС и КШС, относящиеся к заготовительным и механообрабатнвающим производствам, что и доказали неудачные попытки адаптации таких систем в сборочно-монтажном производстве. Поэтому необходимо создание специальной теоретической базы проектирования сборочно-мснтаж-ных технологических систем (СМТС) на принципах и с возможностями КШС. .

7. Известный традиционный путь построения автоматизированных производств на основе последовательной автоматизации отдельных технологических позиций, такке дает малоэффективные результаты, так как не используется комплексный системный подход на единой теоретической базе, позволяющий получить автоматизированную систему с оптимальными уровнями гибкости и интеграции.

Приведенные соображения позволяют сформулировать цель диссертационного исследования, состоящую в разработке теоретических основ проектирования СМТС, обладающих высоким качеством функционирования и предназначенных для изготовления перспективных электронных узлов нового поколения.

Как показал анализ, решение данной проблемы относится к числу наиболее приоритетных направлений научно-технического прогресса.

Для достижения сформулированной цели необходимо было решить комплекс задач, которые определяют направления диссертационного исследования:

1. Проведение анализа: объекта производства - перспективных электронных узлов приборной аппаратуры и технологических операций их изготовления с целью разработки требований к С МТС, выявления потенциальных источников дефектов и параметров управления.

2. Разработка методологических основ проектирования СМТС,методик анализа, обоснования и оценки автоматизации СМТС и выбора варианта автоматизации.

3. Разработка теоретических основ структурного синтеза на основе развития, известных теорий и методов и создания новых теоретических положений с применением моделирования и элементов искусственного интеллекта.

Ц-. Создание теоретической базы для проектирования систем, обе с- '

печивающих функционирование СМТС.

5. Разработка теоретических основ формирования качества в СМГС с разработкой необходимого методического обеспечения проектирования системы технического контроля и системы обеспечения и .управления качеством в СМТС.

6. Создание теоретической базы на основе системы методик, позволяющих решать задачи обеспечения функционирования СМТС.

Начиная с конца 80-х годов появились серьезные предпосылки к резкому росту автоматизации сборечнс-монтажных производств в связи с появлением поверхностно монтируемых изделий электронной техники и технологии поверхностного монтажа, что характеризуется как четвертая промышленная революция в электронике. Несмотря на достижение почти 50$ применения технологии поверхностного монтажа в сборочно-монтвкных производствах Европы и Японии в 90-х годах, прогнозы на резкое увеличение сборочно-монтайшых ГПС не оправдались. Причина заключается в отсутствии научных основ построения таких производственных систем, недостаточно разработанной теоретической базы технологического проектирования систем, соответствующих современным требованиям высокого уровня интеграции и гибкости. В этих условиях Финансирование автоматизации сборочно-монтажного производства относится к крайне рискованному вложению капитала.

Технология поверхностного монтака положена в основу разработки перспективных электронных узлов пятого поколения для электронной приборной аппаратуры. Такие электронные узлы (в дальнейшем - гибридные электронные узлы) обладая новыми потребительскими свойствами, классифицируются в зарубежной технической литературе как многоуровневые многокристальные конструкции первого структурного уровня (функциональный модуль или ячейка) на

1и

крупноформатных монтажных основаниях. Гибридность этих узлов связана с применяемой элементной базой и используемой технологией.

При разработке теоретических основ проектирования СМТС потребовалось создание системы правил, методик, позволяющих анализировать и оценивать систему в процессе эксплуатации и обеспечивать требуемое качество функционирования. Именно такой подход позволяет обеспечить высокое качество проектирования и фу нк ц ио ниро ва н ия .

Проведенные теоретические разработки выполнены на основе развития известных положений теории производительности, системного анализа, автоматизирова'иного проектирования, управления качеством, кибернетических систем, надежности и др., но во многих случаях потребовалось создание новых оригинальных теоретических положений. К числу внесенных автором в теорию создания СМГС новых научных положений можно отнести:

1. Впервые реализованное комплексное рассмотрение процесса проектирования и функционирования СМТС на основе системного подхода, обеспечивающее полноту и законченность исследования и создающее единую теоретическую базу проектирования основной технологической системы и вспомогательных систем, процесса проектировав ния и обеспечения функционирования.

2. Впервые в теоретические основы проектирования технологических систем введены методы анализа и принятия решений с ксполь-з о ва ни е м з ле м ентов и с к у с с ? ве н н о го и нт е лл е к т а о

3. Создана новая система методов и методик а на ли за , структурного и параметрического синтеза СМТС и ее элементов с использованием информационной базы и продукционных правил как эффективного инструмента решения задач шкропроектирования и обеспечения

'требуемого качества функционирования.

Разработаны принципы и методики, составляющие теоретическую базу обеспечения бездефектного производства и управления качеством в СМТС, что выполнено впервые.

5« Разработана теоретическая база для проектирования системы технического контроля в СМТС на новых принципах, с новой структурно-функциональной организацией и с использованием элементов искусственного интеллекта при автоматизированном проектировании, б. Впервые все выполненные теоретические разработки проведены для проектирования принципиально новых СМТС, предназначенных для изготовления перспективных изделий электронного приборостроения«,

На защиту выносятся следующие научные и практичес