автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Теория и практика автоматизированного проектирования объектов и процессов гибкого камнеобрабатывающего производства

На правал рукописи

Павлов Юрии Александрович

УДК 518.5:[679.8.02/061-681.3] (043.3)

Теория и практика автоматизированного проектировании объеьггов и процессов гибкого Есамнеобрабатмванпцего проичводства

Специальность

05.13,12 - "Системы автоматизации проектирования (промышленность)"

Спет дальность

05,02.22 - "Органнчация производства (а горной промышленности)"

Автореферат диссертации иясоискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Московском государственном торном университете

(МГГУ)

Научный консультант; доктор технических наук, профессор

Морозов Владимир Игнатьевич

Официальные опнокенты: доктор технических наук, профессор

Рачек Валентин Михайлович: доктор технических наук, профессор Петров Олег Михайлович; доктор технических наук, профессор Бычков Геннадий Васильевич

Ведущая организации: Институт конструкторекс-технологической

информатики РАН

Зашита состоятся 25 сентября 2007 г. а 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.07 при Московском государственном гор нет университете по адресу: ! 19991, Москва, ГСП-I, Ленинский проспект, 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государе г-пенного горного университета

Автореферат разослан JQ июня 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.Т.И., гтроф. Кубртт Сергей Сергеевич

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Камнеобрабатывающие предприятия России, связанные с комплексной обработкой природного камня, испытывают острую необходимость в совершенствовании научных методов обеспечения высокого и стабильного качества выпускаемой продукции, снижения ее себестоимости, повышения эффективности производства и достижения тем самым конкурентоспособности на мировом рынке Для решения этой проблемы следует качественно повысить уровень организации произволе гвенной деятельности предприятий, который базируется на научных принципах современных промышленных, информационных и коммуникационных технологий Использование этих инновационных технологий требует выявления закономерностей и разработки баз знаний в области системных методов и средств автоматизированного проектирования объектов и процессов обработки природного камня

Модернизация камнеобрабатывающей отрасли на основе концепции гибкого компьютерно-интегрированного производства (КИП-С1М) позволяет решить многие из поставленных целевых задач, таких как возрастание мобильности, расширение номенклатуры и стабилизация качества продукции, д остижение открытости к новациям и непрерывному совершенствованию технологических и производственных процессов, повышение эффективности производства и обеспечение конкурентоспособности выпускаемых изделий

Важным этапом создания гибкого компьютерно-интегрированного камнеоб-рабатывающего производства является разработка системных методов организации процессов художественного и технического проектирования сложных промышленных изделий из камня, отвечающих непрерывно возрастающим требованиям потребителей Причем эти методы неразрывно связаны с технологической подготовкой производства новой продукции на оборудовании с программным управлением, а также с организацией и управлением проектными работами Применение мощных средств современных информационных технологий становится возможным и эффективным при хорошо структурированном и систематизированном объекте Поэтому выполнение системного анализа камнеобрабатывающего производства как объекта его гибкой автоматизации на основе современных информационных технологий становится актуальной научной проблемой

Работа выполнена в лаборатории компьютерного дизайна кафедры "Технология художественной обработки материалов" Московского государственного горного университета по плану госбюджетных НИР

Цель работы заключается в разработке научных методов системного проектирования и технологической подготовки производства сложных изделий из природного камня как первоочередной задачи создания компьютерно-интегрированного камнеобрабатывающего производства, обладающего высокой технико-экономической эффективностью и обеспечивающего конкурентоспособность продукции отечественной камнеобрабатывающей отрасли промышленности

Основная идея работы состоит в использовании в камнеобрабатывающей производстве конструкторско-технологических модулей, в разработке структуры этих модулей и их связывании в единую информационную среду автомаш-зированной системы проектирования и технологической подготовки производства сложных изделий из природного камня

Основным методологическим принципом работы является системный анализ современного камнеобрабатывающего производства с формированием иерархии классификаций, требований, методов и средств совершенствования его объектов и процессов на основе специализированных компьютерно-интегрированных систем художественно-технического проектирования сложных изделий и технологической подготовки их производства

Научные положения работы, выносимые на защиту

1 Повышение конкурентоспособности продукции камнеобрабатывающих предприятий достигается за счет широкой номенклатуры и высокой технологичности сложных изделий посредством внедрения системного метода компьютерного дизайна и технического проектирования, который основывается на разработанной многоуровневой классификации поверхностей деталей с использованием функциональных, конструктивно-геометрических и технологических признаков

2 Эффективное функционирование автоматизированной системы технологической подготовки камнеобрабатывающего производства обеспечивается применением в заготовительных, формообразующих и сборочно-монтажных процессах научного метода организации модульных технологий, который использует при индивидуальной разработке технологического маршрута типовые опе-рационно-технологические модули, формируемые, в свою очередь, на основе параметризованных стандартных программно-технологических модулей инструментальных переходов, выполняемых на станках с ЧПУ

3 Обеспечение качества конкурентоспособной продукции камнеобрабатывающих предприятий основывается на научных принципах и разработанном 2

методе компьютерного проектирования сложных изделий из природного камня, соответствующих заданным требованиям, совместно с оптимизированными модульными организационно-технологическими схемами их производства и с контролем качества на всех стадиях подготовки производства посредством разработанных алгоритмов расчета конструкторско-технологических размерных связей

4 Разработка программных приложений интегрированной компьютерной системы дизайна, технического проектирования и технологической подготовки камнеобрабатывающего производства выполняется с применением предложенного метода, который основывается на современных принципах и инструментальных средствах создания автоматизированных информационных систем, разработанных алгоритмах и системе конструкторско-технологических модулей для предложенной классификации сложных изделий из природного камня

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- корректностью постановки задач и применением современных методов системного анализа при обосновании алгоритмов их решения,

- представительным объемом используемой в работе научно-технической информации,

- использованием отечественного и зарубежного опыта решения аналогичных научно-методологических проблем в других отраслях промышленности,

- частичной реализацией разработанных методов на промышленных предприятиях, их апробацией в диссертационных работах аспирантов и в учебном процессе при подготовке дипломированных специалистов для камнеобрабатываю-щих и смежных с ними производств

Научная новизна работы состоит в следующем

- сформулированы научно-методологические принципы организации автоматизированного проектирования и технологической подготовки гибкого компьютерно-интегрированного производства сложных изделий из природного камня, обеспечивающего эффективную реализацию комплексных проектов, которые основаны на объективных потребностях рынка заказов и предложений, мировых достижениях технологии камнеобработки и возможностях современных информационных технологий,

- разработана на основе предложенных классификаций объектов и процессов камнеобрабатывающего производства адаптированная к компьютерно-интегрированному производству модульная система дизайна и технического

проектирования сложных изделий из природного камня совместно с оптимизированными модульными технологическими маршрутами и модульными технологическими операциями их изготовления,

- разработана структура, методы и алгоритмы функционирования, а также выбраны эффективные средства создания прикладных компьютерно-интегрированных систем дизайна, технического проектирования и управления проектными данными при организации конструкторско-технологической подготовки производства разных видов сложных изделий из природного камня, систематизированных на основе модульного принципа

Научное значение работы состоит в разработке методов, математических моделей и алгоритмов решения задач организации системного проектирования и технологической подготовки производства сложных изделий из камня, основанных на модульном принципе формирования всех звеньев производственной цепи и необходимых при реализации концепции гибкого компьютерно-интегрированного камнеобрабатывающего производства

Практическое значение работы заключается в создании инженерных методик, информационных и программных средств, а также рекомендаций по организации на предприятиях непрерывной дизайнерской и конструкторско-технологической подготовки производства сложных изделий из камня на основе использования базовых и специализированных прикладных программных комплексов в составе гибкого компьютерно-интегрированного камнеобрабаты -вающего производства Реализация результатов работы

1 Разработанные на основе теоретических исследований инженерные методики и рекомендации переданы для практического применения, прошли про верку при организации производства сложных изделий из природного камня и использованы при разработке программы развития ОАО "Московский камне обрабатывающий комбинат" на перспективу до 2010 года,

2 Методология дизайна, технического проектирования и технологической подготовки производства промышленных изделий из природного камня, осно ванная на системных принципах построения объектов и процессов, а также на информационной поддержке проектных работ, использована в учебной и науч ной работе кафедры "Технология художественной обработки материалов" МГГУ

Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались и публиковались в тезисах докладов, материалах конференций и сим-

позиумов, в том числе международных, обсуждались на научно-техническом совете ОАО "Московский камнеобрабатывающий комбинат", а также на совместном заседании кафедр "Организация и управление в горной промышленности", "Системы автоматизированного проектирования" и "Технология художественной обработки материалов" Московского государственного горного университета

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в монографии, 25 научных статьях, в том числе 16 - в изданиях, включенных в список ВАК, а также в учебном пособии для студентов (в 3 частях)

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 303 страницы печатного текста, 110 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 105 наименований, приложение

Основное содержание работы

Анализ тенденций развития камнеобрабатывающих производств

Современный уровень камнеобрабатывающей промышленности в ведущих для данной отрасли странах (Италии, Китае, Испании, Германии и др ) характеризуют следующие направления и тенденции развития

- непрерывное расширение номенклатуры, улучшение дизайна, усложнение конструкции и повышение качества выпускаемых изделий,

- создание и внедрение новых эффективных производственных технологий на базе высокопроизводительного автоматизированного оборудования,

- широкое использование компьютерных систем для автоматизированного проектирования сложных изделий, технологической подготовки их производства и управления технологическими и производственными процессами,

- интеграция с камнедобывающими предприятиями, с разработчиками и поставщиками технологического оборудования, оснастки и инструмента, а также с основными потребителями каменной продукции

Камнеобрабатывающие предприятия начинают приобретать свойства гибких высокотехнологичных автоматизированных производств, получивших широкое распространение в передовых отраслях промышленности, например в производстве электротехнических, электронных и других сложных изделий В настоящее время в этих и других отраслях широкое распространение получила концепция С АЬБ-технологии, обеспечивающей компьютерное управление и информационную поддержку производственной системы для всех стадий жиз-

ненного цикла изделий (ЖЦИ) Основой данной информационной технологии является компьютерная модель изделия, описание функциональных и физических параметров которой выполнено на основе международных стандартов обмена данными о промышленной продукции, позволяющих корпоративно использовать эту модель всеми разработчиками, производственниками и пользователями на протяжении всего ЖЦИ изделия

Создание единого информационного пространства камнеобрабатывающего предприятия, а также возможность включения в эту среду соисполнителей, поставщиков и заказчиков продукции должно осуществляться с помощью компьютерных средств управления данными об изделиях (Product Data Management - PDM) Такие средства имеются в составе современных интегрированных компьютерных систем конструкторско-технологического проектирования, подготовки и управления производством разнообразных изделий (программные комплексы типа CAE-CAD-CAM-PDM-ERP)

Необходимость использования камнеобрабатывающей промышленностью рассмотренных тенденций развития мирового промышленного производства требует скорейшего формирования отечественной технологической школы добычи и комплексной обработки природною камня

В настоящее время всесгоронне исследованы проблемы добычи и основные технологические методы обработки облицовочно-поделочного камня (работы Бакка Н Т, Буянова Ю Д , Бычкова Г В , Волуева И В , Казаряна Ж А, Карасё-ва Ю Г, Картавого Н Г , Косолапова А И, Назаренко С В , Першина Г Д, Сычева Ю И, Чиркова АС и др)

Вопросы экономики, организации, планирования и управления предприятий добывающего и камнеобрабатывающего комплекса с гибким автоматизированным производством разнообразных изделий наиболее полно рассмотрены в работах Ткача В Р , Федорина В Ю и Эйриха В И

Общие проблемы развития отрасли нашли свое отражение в трудах академиков Ржевского В В и Трубецкого К Н, а ее кадрового обеспечения - в учебно-методических разработках профессоров Коваленко В С , Косарева Н П, Морозова В И, Павлова Ю А и других

Созданная научно-методологическая база позволяет решать на современном уровне различные задачи проектирования карьеров, разработки эффективных технологических процессов добычи и обработки камня, организации и планирования камнеобрабатывающих предприятий и комплексов типа "карьер - за вод", прогнозирования рынка природного камня и ряда других 6

Однако целостного представления о технологической среде камнеобрабаты-вающих предприятий, охватывающей эффективные методы и средства организации процессов гибкого автоматизированного производства высококачественной продукции и его конструкторско-технологической подготовки, в настоящее время не создано Это существенно снижает эффективность производства промышленных изделий из камня и не обеспечивает конкурентоспособность российских камнеобрабатывающих предприятий на мировом рынке

В настоящее время большинство видов архитектурно-строительных, облицо-вочно-декоративных, декоративно-художественных, монументальных и мемориально-ритуальных изделий камнеобрабатывающих производств можно отнести к сложной промышленной продукции Для такой продукции характерны комплексные поставки изделий потребителю, жесткие не только технические, но и эстетические, эргономические и другие требования к ним. Изделия имеют большое разнообразие композиционных и конструктивных исполнений Их изготовление связано с многооперационными технологическими маршрутами, с использованием современного высокопроизводительного и точного технологического оборудования. Особенностью сложных изделий из камня являю гея различные, в том числе тяжелые, условия эксплуатации при жизненном длительном цикле, исчисляемом десятками и сотнями лет

Поэтому актуальным становится создание методологии системного проектирования сложных изделий из природного камня и технологической под1 отовки их гибкого автоматизированного производства

Создание компьютерно-интегрированных камнеобрабатывающих производств имеет ряд специфических особенностей, отличающих их от аналогов в других отраслях промышленности Эти особенности связаны, прежде всего, с физико-техническими и технологическими свойствами природного камня, большим разнообразием видов добываемого сырья, нестабильностью его характеристик, а также традиционной оторванностью проектировщиков сложных изделий из облицовочного и поделочного камня (архитекторов, дизайнеров) и монтажников (главным образом строителей) от производи гелей деталей и их комплектов на камнеобрабатывающих предприятиях

В соответствии со сформулированной основной идеей работы в диссертации решался комплекс задач, основными из которых являлись

- развитие научной концепции организации гибкого компьютерно-интегрированного дискретного произволе 1ва применительно к камнеобрабаты-вающей отрасли,

- систематизация изделий камнеобрабатывающих производств на основе классификации поверхностей деталей сложных изделий из камня как объектов формообразования в автоматизированных обрабатывающих комплексах с целью приведения их неограниченного множества к конечному числу типовых конструктивно-геометрических модулей,

- системное представление типовой организационной структуры технологически завершенного камнеобрабатывающего производства в виде последовательности технологических маршрутов заготовительных, формообразующих и сборочно-монтажных переделов исходного каменного сырья в готовое изделие,

- разработка алгоритмов компьютерного проектирования оптимизированных по затратам модульных технологических процессов изготовления сложных изделий из камня на базе стандартных, заданных параметрами программно-технологических модулей инструментальных переходов с целью формообразования элементов поверхностей деталей на оборудовании с ЧПУ,

- анализ организационных форм камнеобрабатывающих производств разных типов совместно с системой их технологического обеспечения, ориентированных на достижение технологической гибкости и требуемого качества продукции при высоких технико-экономических показателях,

- разработка методов обеспечения конкурентоспособности сложных изделий из природного камня на стадиях дизайна, конструкторско-технологического проектирования и изготовления посредством оценки и управления качеством этих процессов,

- анализ факторов достижения конкурентоспособности и компьютерных методов сравнительного анализа качества вновь проектируемых и приобретаемых средств технологического обеспечения для гибкого автоматизированного производства сложных промышленных изделий из природного камня,

- разработка структурной схемы построения и методологии создания компьютерной интегрированной системы дизайна, технического проектирования и технологической подготовки производства конкурентоспособных изделий из природного камня (системы типа AR.T-CAD-C.AM),

- разработка алгоритмов функционирования, информационного обеспечения и управления прикладными программными комплексами для дизайна и конст рукторско-технологического проектирования сложных видов изделий из природного камня

Концепция организации гибкого компьютерно-интегрированного камнеобрабатывающего производства базируется на научных и технико-8

экономических принципах объединения в информационном пространстве предприятия всех необходимых функциональных систем, обеспечивающих производственный процесс, начиная от анализа рынка и задания на проектирование конкурентоспособной продукции, организации технологической подготовки производства и заканчивая реализацией произведенной продукции В состав КИП входят информационные системы, обеспечивающие бизнес-процессы предприятия на всех стадиях производства (рис 1)

Бизнес - процессы предприятия

Технические Производственно-техналпгические Организационно-экономические

Концепция дизайна Конструирование и анализ Технологическая подготовка Управление технологическими процессами Оперативное управление оборудованием Управление качеством продукции Маркетинг j . ! Управление ресурсами | Снабжение Планирование Сбыт

Интегрированная система САПР-АСТПП Автоматизированная система технологического управления (АСУТП) Корпоративная система управления предприятием (АСУП)

Система управления данными на всех этапах жизненного цикла продукции (РОМ)

Система управления базами данных (СУБД)

MS Access MS SQL Server Sybase Oracle

Базовая операционная система (ОС)

MS Windows UNIX

Аппаратные средства реализации

Персональные компьютеры АРМ специалистов Серверы Рабочие станции Промышленные контроллеры

Рис 1 Структурная схема информационного комплекса для КИП

Организационно-технической основой КИП является интегрированная компьютерная система дизайна, конструирования изделий и технологической подготовки их производства (САПР-АСТПП) Создание такой информационной системы становится первоочередной задачей обеспечения эффективной производственной деятельности камнеобрабатывающих предприятий и достижения конкурентоспособности их продукции

Основным отличием организации КИП является возможность выпуска широкой номенклатуры сложных изделий на базе единого и гибкого производственного комплекса (участка, автоматической линии, цеха), содержащего необходимое многофункциональное оборудование, переналаживаемую оснастку и являющегося коллективным рабочим местом для изготовления определенной

группы изделий Таким образом, централизация производства и предметная групповая организация труда являются организационно-технологической основой гибких КИП и должны стать одним из основных направлений совершенствования организации отечественных камнеобрабатывающих производств

В основу организации КИП положено единство основных, вспомогательных и обслуживающих производственных процессов, обеспечиваемое системой управления этими процессами на базе иерархии компьютерных средств Поэтому широкая компьютеризация производства является организационно-управленческой основой гибких КИП и направлением дальнейшего совершенствования организации камнеобрабатывающих производств

Наибольшая эффективность организации КИП может быть достигнута при полной интеграции производственных процессов и непроизводственных услуг посредством кооперации гибких специализированных предприятий с проектными, финансовыми и другими организациями Такая кооперация при использовании информационных технологий стала возможной посредством объединения юридически независимых предприятий и физических лиц для обеспечения производства на основе общих экономических целей, т е путем создания корпоративных, так называемых "виртуальных" предприятий Поэтому широкая интеграция специализированных и диверсифицированных гибких производственных комплексов по добыче камня, его обработке, изготовлению заготовок, деталей и сборке (монтажу) готовых изделий совместно с проектными, сбытовыми, финансовыми организациями и другими предприятиями обусловливает организационно-экономические основы совершенствования камнеобрабатывающих производств

Целью создания КИП в конечном итоге является повышение производительности общественного труда на основе высокой эффективности всех производственных процессов и получения дополнительного эффекта от их интеграции посредством информационных систем Эффективность (Э) камнеобрабатывающего производства определялась отношением эффекта роста (в сравнении с традиционным производством) фактической производительности (аф) к требуемому для этого увеличению единовременных затрат (Сп) на создание компьютеризированных рабочих мест ИТР и внедрение автоматизированного технологического оборудования

Оценка эффективности КИП проведена на основе общей теории производительности технологических процессов и труда работников При этом исследовались как отдельные бизнес-процессы предприятия, так и вся производствен-10

ная система в целом Постоянная предельная экономическая эффективность КИП обеспечивается квадратичным повышением эффекта по отдельным составляющим роста производительности труда, связанным с увеличением выпуска продукции, уменьшением ее трудоемкости и снижением себестоимости, от возрастания затрат на компьютеризацию производства (рис 2)

О 2 10 20 100 200

Приведенные затраты, С„

Рис 2 Эффективность КИП при увеличении затрат на компьютеризацию с разным эффектом роста производительности труда Э/ - линейным,

Э2 - квадратичным

Сроки освоения компьютерных систем также являются важным фактором роста эффективности КИП Для повышения эффективности КИП планирование сложных разработок, в частности САПР-АСТПП, целесообразно вести по этапам, завершаемым быстрым внедрением системы по частям

Определение суммарного экономического эффекта от использования концепции КИП в камнеобрабатывающей отрасли представляет собой сложную динамическую задачу Сравнительно высокий уровень эффективности, достигнутый при модернизации наиболее крупных; камнеобрабатываюших предприятий, объективно предполагает возрастание средних технико-экономических показателей производства не только данной компании, но и других взаимосвязанных с ним предприятий отрасли Поэтому каждое новое высокоэффективное средство компьютерной интеграции производства, например САПР-АСТПП, должны обладать свойством внедряемости в технологическую среду других взаимосвязанных единой целевой задачей корпоративных предприятий

Систематизация изделий камнеобрабатывающих производств на основе классификации исполнительных и вспомогательных поверхностей деталей выполнена с целью приведения их неограниченного множества к конечному числу типовых конструктивно-геометрических модулей, обрабатываемых на идентичных (типовых) технологических операциях Разработанные модули

имеют общий характер для камнеобрабатывающего производства и могут применяться при изготовлении любого вида изделий

На этапе дизайнерского и конструкторского проектирования целесообразно использовать систематизацию изделий из камня по геометрическому признаку В соответствии с такой классификацией все детали изделий делятся на два класса простые (базовые) и сложные (составные) геометрические тела Геометрическая классификация отражает методы формообразования изделий с помощью компьютерных систем твердотельного моделирования, являющихся основным средством автоматизации процесса проектирования различных промышленных изделий Параметрическое описание геометрических моделей дает возможность произвольно видоизменять их начальный вид, бесконечно расширяя тем самым номенклатуру проектируемых изделий

Многообразие твердотельных геометрических моделей деталей и сборочных единиц промышленных изделий из природного камня не позволяет унифицировать их технологические системы — заготовительные, формообразующие и сборочные (монтажные) Поэтому на этапе технологического проектирования целесообразно перейти к классификации геометрических форм на основании моделей поверхностей деталей, получаемых в процессе обработки заготовок, и моделей соединения деталей при сборке (монтаже) сложных изделий

Свое служебное назначение детали изделий выполняют с помощью специально предназначенных для этого исполнительных поверхностей базирующих и рабочих Дополнительно выделяются связующие поверхности, задачей которых является объединение всех исполнительных поверхностей в единое пространственное тело - деталь и придание ей требуемой формы и размеров

Базирующие поверхности (конструкторские базы) однозначно определяют положение детали относительно другой детали изделия за счет лишения ее шести степеней подвижности В зависимости от числа ограничиваемых степеней подвижности базы деталей могут быть установочными - У (3 опорные точки), направляющими - Н (2), опорными - О (1), двойными направляющими -ДН (4) или двойными опорными - ДО (2) Поэтому, если базирующие поверхности должны обеспечивать б опорных точек, то возможны только четыре комплекта баз детали У-Н-О, ДН-О-О, У-ДО-О, ДН-ДО

Используя методологию модульного конструкторско-технологического проектирования в машиностроении, созданную д т н , проф Базровым Б М, в соответствии с конструктивно-геометрическими вариантами исполнения класс базирующих поверхностей деталей из камня разделен на пять подклассов' Б1 12

Б5. Подклассы делятся на группы. Каждая группа образована двумя подгруппами, первая из которых характеризует внутренние базирующие поверхности, а вторая - наружные. Учитывая, что в изделиях из природного камня использование базирующих поверхностей сложной формы ограничено из-за больших затрат на изготовление, число вариантов исполнения типовых конструктивно-геометрических модулей базирующих поверхностей (МПБ) равно 7.

Комплект базирующих поверхностей двух собираемых деталей с их характеристиками образует модуль соединения (МС) деталей в изделии (табл. 1),

Таблица 1

Типовые модули соединения деталей Ш камня при сборке изделий

Кол модуля кис;] и иен ин

МС1

Вид поверхностей сопряжении

С уем а Вазпрованнн

Ко нстру юти вы о-

Iеометрнчееххя схема соединения леталей

Тип

Гхмнрова-

1ШЧ

МС2

Установочная плоскость с направляющей гранью

{облицовочная плитка)

Установочная плоскость, пря-МОу1 ольггькг шип и паз (призм ап иче-екке детали)

МС5 Установочная плоскость,

КЛИНОВОЙ [11ПМ

а пая (облицовочные ПЛИТЫ, призматические детали)

МС9

Установочная плоскость и два штифта (облицовочные плиты, призматические детали)

о о

1(Б322)

II (Б321)

МС10

Установочный торец,

цилиндрический шип и штифт (детали типа тел вращения)

I(Б322)

II (Б321)

МС12

Установочная плоскость, конический шип с торцовой шпонкой и пазом (тела вращения с малым H/D)

/

1(Б422)

II (Б421)

Ограниченный состав вариантов исполнения МС и способов силового замыкания их МПБ позволяет описывать технологический процесс сборки (монтажа) изделий из камня в виде типовых технологических модулей

Рабочие поверхности выполняют основные служебные функции деталей, такие как восприятие внешних воздействий (переменных нагрузок, температурных колебаний, влаги и т д ), сопротивление изнашиванию, хранение жидкостей и другие Важным назначением рабочих поверхностей деталей из камня является обеспечение эстетического качества всего изделия за счет соответствующей формы, текстуры материала, фактурной и декоративно-художественной обработки

Из-за многообразия областей применения изделий из природного камня целесообразно классифицирован» рабочие поверхности деталей по конструктивно-геометрическому признаку (табл.2).

Таблица 2

Примеры конструктиепо-геометрическш схем модул ей рабочих поверхностей деталей изделии из природного камня

р] 11

Плоские спеши не пове рх и ости: базовые дет л и а р ч I пек-1у рно-с троит елы I ы х и д екора 111 ано-художеств еш I ы * изделий

РП2

Плоские внутренние мииерхиостн: с а и 11тя р и О-тех н и ч еск не и здел и «. ёмкости для жипкотгукй

1421

Внешние поверхн оети вращения: опорное делили

а р*нпгск ту ро о-сгроеттельны л в м оы у мснта.| п.ны л нз дел и й

Колонна

Р131

Внсш и ие л к ней но- п роф и д м I ы е по верх наспи: облицовочные и деко рати н 11 о-х уд ижестве и I»ы с изделии

к'арнш

Р222

ВIIV трен ние «о не рх н ости: ярхятектурнМ£. м* 'реальные и декорятивио-художестве 11 ны с и з л ел и н

Р132

Внутренние л имей н гигрофильные п овсрхиости ; я р.\ ите кту рно-стро и тельные в декора I и ни ок V доакестве иные из дел 11 и

Р21 \

Рыпуклые инш 01 ранние пове рх и ос! и: а р * 11 г тс--ту р11 остро и тел ы I ы с и деко ра 1 л и но- ' художестве! ш ы е ил.ч ел и« |

1*242

И С11л оск 11 е моза ич! I ы е

I и: Д^К^^А 1ЦИЛ№-художеетпе н 11 ые 11 ь^ел I мя

Р25*

Выпуклые рельефные иоверх-иисш". врхитетстурные, «СМЙ\Н1г альные и лекор^тинпо-^удожестьен и ыс 11здел I т

Поверхности простой формы делятся на три группы: плоские (Р11); осесим-метричные, полученные и ращен кем (Р12); аряейно-профильные (Р13). Эстетическое качество этих поверхностей достигается текстурой а фактурой, и висящими от выбранного материала детали к способа обработки.

Сложные поверхности в зависимости от вида художественно-конструкторского оформления можно представить несколькими группами, каждая из которых требует разработки специальной технологии изготовления

Технологическая система "Грань" позволяет разрабатывать и изготавливать детали со сложными многогранными поверхностями группы Р21, система "Гравер" - детали с гравированными поверхностями группы Р23, система "Мозаика" - изделия с мозаичными вставками (поверхности группы Р24) разных художественных стилей, система "Рельеф" - поверхности группы Р25 с объемными орнаментами (барельефы, фигурных тексты, камеи), а система "Скульптура" - скульптурные поверхности группы Р26

Класс связующих поверхностей в соответствии со служебным назначением представлен тремя подклассами С1- связующие базирующих поверхностей, С2 - связующие базирующих и рабочих поверхностей, СЗ — связующие рабочих поверхностей детали

Сочетание выполняющих соответствующую служебную функцию поверхностей детали изделия, которое позволяет придавать детали конструктивную форму, эстетическое качество и технологичность изготовления, рассматриваемое вместе с их характеристиками, определяют единым понятием модуля поверхностей (МП).

Служебное назначение модулей поверхностей придает им кодовую однозначность и высокую стабильность структурного построения деталей, а также возможность типизации их художественно-конструкторского оформления Эти свойства МП являются важными при использовании компьютерных систем дизайна и технического проектирования изделий камнеобрабатывающего производства

Системное представление типовой организационной структуры технологически завершенного камнеобрабатывающего производства выполнено в виде последовательности технологических маршрутов заготовительных, формообразующих и сборочно-монтажных переделов исходного каменного сырья в готовое изделие Современные методы компьютерного проектирования предусматривают разработку объектов по принципу "сверху-вниз" - от модели изделия и его сборочного процесса к моделям деталей с технологическими процессами обработки их поверхностей и, наконец, к моделям заготовок совместно с технологией получения их объемных геометрических форм.

Классифицировать изделия из камня в качестве объектов производства следует по признакам, определяющим требования к технологическим процессам их 16

сборки (монтажа) Использование МС в качестве основного классификационного признака деталей позволяет заменить большое число характеристик на системные, влияющие на содержание модулей технологического процесса сборки (МТС) геометрические формы соединяемых поверхностей, их размеры, класс точности и шероховатости поверхностей Последовательность осуществления МТС определяет организационно-технологическую схему (маршрут) модульного процесса сборки (монтажа) изделий из камня, который описывается ориентированным графом соединения деталей Разные схемы графов характеризуют возможные варианты маршрута сборки данного изделия Качество сборочного процесса на начальной стадии проектирования изделий определяется геометрическими характеристиками, полученными при расчете пространственных размерных цепей, которые образуются деталями, комплектами и другими сборочными единицами

Разработка организационной структуры и алгоритмов проектирования модульных технологических процессов основываегся на системном описании сложных изделий с помощью модулей соединения деталей и модулей поверхностей каждой детали Такой подход позволяет формализовать процесс индивидуальной разработки технологических процессов изготовления конкретных деталей из заготовок оптимальных форм, а также создать стандартные методы анализа их качества на ранних стадиях проектирования с использованием компьютерных программ

Организационно-технологические схемы (маршруты) обработки заготовок включают в себя определенные последовательности модулей технологических процессов изготовления (МТИ) разных ввдов МП деталей, рассматриваемые совместно с транспортными, накопительными, контрольно-измерительными и другими типовыми вспомогательными операциями Каждый МТИ характеризует, таким образом, типовую технологическую операцию изготовления соответствующего модуля поверхности детали, представляющую собой определенную последовательность основных технологических и вспомогательных переходов по обработке всех составляющих поверхностей данного МП

Существенное влияние на содержание МТИ детали оказывают такие характеристики, как вид заготовки, обрабатываемость материала, жесткость технологической системы, определяющая технологические методы и режимы обработки, производительность обработки (время изготовления МП)

Каждому МП детали и камня может соответствовать несколько модулей поверхностей заготовки (М11зь МПз2, , МПз„ , МПз„) В зависимости от фор-

17

мы, размера и качества материала заготовки количество уровней МПз для получения модуля поверхности детали из камня может быть различным

Радиус эквидистантного смещения двух смежных уровней МПз характеризует глубину обработки на соответствующем инструментальном переходе, а суммарная величина этих радиусов - значение снимаемого припуска на технологической операции обработки данного вида МП детали

Требуемая производительность обработки детали характеризуется величиной, обратной времени изготовления всех ее МП, которое становится критерием выбора технологического метода, а также схемы осуществления технологических переходов при проектировании модульных технологических операций Инструментальные переходы образуют типовые программно-технологические модули (ПТМ) обработки характерных элементов МП, заданные в параметрическом виде и поэтому инвариантные к конкретным конструктивно-геометрическим исполнениям деталей Включение в состав МТИ небольшого числа признаков, а также ограниченное количество типов модулей поверхностей деталей дает возможность создать библиотеки типовых ПТМ их изготовления с учетом специализации производства на определенных типоразмерах изделий, применяемых материалах (видах камня) и имеющихся на предприятии технологических средствах Целесообразно также иметь в базе данных варианты прогрессивных МТИ, разработанных с учетом лучших достижений мирового камнеобрабатывающего производства Такие МТИ становятся эталонами уровня развития технологических систем камнеобрабатывающего предприятия и объективно оценивают его конкурентоспособность в данном секторе рынка

Модульный технологический процесс (маршрут) обработки детали (МТП) удобно представить в виде ориентированного графа, вершинами которого являются выбранные из базы данных МТИ Типовые МТИ определяют при их параметризации величины снимаемых припусков, режимы рабочих ходов и конкретные модели станков, что позволяет достаточно точно рассчитать время обработки каждого МП детали Таким образом, на начальной стадии технологического проектирования становится возможным не только описывать различные варианты организационно-технологических схем изготовления деталей, но н оценивать качественные характеристики - производительность и себестоимость процесса изготовления детали

Методика разработки модульного технологического процесса изготовления сложных изделий из камня включает в себя выполнение ряда последовательных этапов (рис 3) 18

:

Рис. 3. Алгоритм проектирования Л/777 изготовления деталей для сложных изделий из природного камня

11а первом этапе проводится анализ исходных данных, таких как: геометрическая модель изделия; модель или чертёж Детали (в модульном исполнении)

-J

вместе с техническими требованиями, количество изделий, выпускаемых в год, и размер их партии

На основании геометрической модели формируются интегральные модули поверхностей (МПИ) детали, которые объединяют базирующие и рабочие поверхности с сопряженными с ними связующими поверхностями этой детали Каждому МПИ ставится в соответствие технологический модуль операции его изготовления, хранящийся в библиотеке МТИ Если нужный МТИ не найден, то осуществляется переход к процедуре его проектирования На основе выбранных МТИ в интерактивном режиме строится модульный технологический процесс (МТП) изготовления данной детали, а затем разрабатывается и оформляется технологическая документация

Исходными данными для разработки модульной операционной технологии является модель или чертеж детали и производственные данные об изделии

В блоке 1 модели деталей последовательно выбираются и анализируются с точки зрения возможного маршрута их изготовления в соответствии с техническими и производственными требованиями После этого в блоке 2 выбранная деталь разделяется на типовые модули поверхностей (МПд), которые затем объединяются по функциональному признаку в интегральные модули поверхностей - базирующих (МПБИ) и рабочих (МПРИ) Поиск и последующее кодирование МПИ выполняется в интерактивном режиме с использованием базы данных типовых исполнений - БД МПИд

Таким образом, два первых этапа являются общими для проектирования маршрутных и операционных модульных технологий

Поскольку изготовление каждого МПИ выполняется на одной модульной технологической операции, то выбор конкретного МПИд (/) позволяет в блоке 3 инициировать выбор, а блоке 4 - разработку операционного технологического процесса МТИ (/), имеющего аналогичное кодовое обозначение

Организация модульной технологии получения заготовок позволяет сократить расход материала и уменьшить трудоемкость механической обработки деталей Классификация модулей технологических процессов получения заготовок (МТЗ) строится на принципе, аналогичном рассмотренным выше технологическим модулям изготовления деталей. В качестве основных признаков используются характеристики объекта производства - материал, размеры и конструктивные формы заготовки Дополнительными признаками становятся внутренние особенности заготовительных процессов технологический метод и вид обработки исходного материала (блока, слэба или плиты) 20

Маршрут модульного технологического процесса изготовления детали, также как и получения заготовки, строится как единичный процесс Это позволяет наиболее полно учитывать специфику конкретной детали и ее заготовки, обеспечивая тем самым возможность оптимизации организационно-технологической схемы обработки Использование при разработке маршрутов типовых модульных технологических процессов изготовления деталей (МТИ), а также соответствующих типовых модулей заготовительных процессов (МТЗ), в которых получение всех поверхностей каждого МП и МПЗ выполняются на одной операции и за одну установку, гарантирует высокую точность относительного положения составляющих их поверхностей

Задача оптимальной организации модульного технологического процесса изготовления комплектов деталей из камня, необходимых для сборки (монтажа) заданного количества сложных изделий, сформулирована в следующем виде Планируется производство деталей К типов с годовым объемом выпуска деталей каждого типа, равным Л^ ( & = 1,К) Каждая деталь к-й группы проходит]к операций (у4 = ЛЛ) Причем число таких операций соответствует общему количеству модулей поверхностей этой детали Каждая операция может быть выполнена на одном из 5У рабочих мест - станках или рабочих позициях ГПМ с ЧПУ (г/ = 1,1,)

Технологическую производительность циклического процесса изготовления

л

детали определяет суммарное штучное время (ч) ¡шт - X <„„(_, > + 10бсл,

где 1т(1) - оперативное время, равное сумме основного технологического (4) и не совмещенного с ним вспомогательного (¿е) времени, необходимого для установочных перемещений, автоматизированной смены заготовки и инструмента, а также для наладки оборудования при выполнении операции, 1оЯсл -время периодического технического обслуживания оборудования, отнесенное к одной детали В свою очередь, оперативное время обработки детали к-й группы складывается из оперативного времени каждой 7-й операции на г-м станке Отнесенные к этой операции амортизационные отчисления от начальных затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования равны Сфк) Дополнительные переменные затраты на обслуживание г-го оборудования Со5сл(„ зависят от производственной программы годового выпуска про-

дукции по номенклатуре К, объемам выпуска деталей каждой технологиче-

к

ской группы Ык и по всей номенклатуре Мг=^Ык

Годовая программа выпуска деталей представлена матрицей {Л^}, к=1,К Реальный годовой фонд времени г-го станка при данной программе выпуска деталей составляет Тэ(у)КЩф где Ки(1.} - коэффициент использования станка

Условия не запрещают дробление годовой производственной программы выпуска деталей Л^ по различным группам станков 81} Требуется так распределить детали по станкам, чтобы при выполнении ограничений по ресурсам общие затраты на выполнение всей годовой производственной программы были минимальными Математическая модель записывается в следующем виде Критерий оптимальности

' / / л

{А\}->тгп, к = 1,К,

где хук - число модулей операционного технологического процесса 7-го типа, относящихся к к-й детали и выполняемых на г-м станке (в общем случае -на г- й рабочей позиции) Ограничения

- по технологическому маршруту

^кт ~

I, если для обработкик-й детали

используежя т-й маршрут

Щ _ _

О, в противномслучае, ^¿Ьи к = 1,К, т = 1,М

- по производственной программе

к _ _

Ш

- по реальному годовому фонду времени

к _ _

к=1

- на переменные

хф >0-целые, 1 = 1Л]> к = 1,К

Оптимизационная модель процесса изготовления комплектов деталей с использованием модульной технологии представлена сетевым графиком (рис 4)

Рис 4 Сетевая организационно-технологическая структура гибкого камнеобрабатывающего производства

В камнеобрабатывающем производстве количество технологических групп деталей при использовании модульного принципа проектирования ограничено (обычно К < 10), а число возможных вариантов маршрутов на каждую технологическую группу деталей невелико {Мк =2 3) Поэтому для решения данной оптимизационной задачи целесообразно использовать более доступный для практического применения метод ветвей и границ

Методика разработки модульной операционной технологии соответствует алгоритму, показанному на рис 5

Разработка начинается с проектирования в блоке 4 геометрических моделей поверхностей заготовки, обрабатываемых на соответствующих операциях Для изготавливаемого МПИд (/) детали определяются заготовительные модули поверхностей (МПз,) путем добавления к каждой элементарной поверхности в составе МПИд (/) припуска к, (г=7, 2, ,п), который должен сниматься одним проходом инструмента Количество (п) образуемых эквидистантных поверхностей заготовки зависит от общей величины припуска Н = , рассчитываемого для каждой поверхности данного МПИд (/) по известной в камнеобрабаты-вающей технологии методике Построение геометрической формы заготовки выполняется графическими средствами используемой в техническом проектировании программы

Рис 5 Алгоритм компьютерного проектирования модульных операций обработки поверхностей деталей из природного камня

Для однозначного определения технологического способа обработки при создании библиотеки типовых модулей операций изготовления деталей (МТИд) необходимо воспользоваться принятой классификацией видов технологических процессов по методу их выполнения Тогда классификационный признак способа обработки будет задаваться с помощью кода технологического вида обработки Принимая во внимание значения этого кода, используемые в машиностроительных отраслях, в камнеобрабатывающих производствах можно применить следующие по порядку значения кода Например, если в машиностроительных производствах технологические процессы обработки резанием определяются кодами 41 и 42, то аналогичные абразивно-алмазные процессы резания, являющиеся основными в камнеобрабатывающих производствах, будут иметь коды 43 и 44 Струйно-абразивная обработка камня имеет кодовое обозначение 45 Виброударные способы обработки камня можно идентифицировать кодом 22, дополняющим общий вид технологического процесса обработки давлением (классификационный код -21) Код для высокоэнергетических способов обработки камня (например, резание лазером) принят равным 70, т к образует новый вид технологического процесса

Применяемые в камнеобрабатывающих производствах основные и отделочные виды обработки классифицированы по видам фактуры рабочих поверхностей деталей в зависимости от технологического способа их выполнения

Методы формообразования поверхностей деталей из природного камня имеют ограниченный состав элементарных траекторных движений и мо1ут быть представлены конечным множеством программно-технологических модулей (ПТМ) Такие ПТМ образуют типовые технологические переходы, состоящие из основного и вспомогательного ходов инструмента Поэтому обработку поверхностей заготовки до получения соответствующих поверхностей детали целесообразно представить в виде нескольких однопроходных переходов, выбираемых в блоке 5 из библиотеки типовых ПТМ При этом изготовление каждого модуля поверхности детали, т е технологическая операция, требует в общем случае столько ПТМ, сколько разных типов элементарных поверхностей образуют данную классификационную разновидность МПИд и соответствующие ей эквидистантные модули поверхностей заготовки МПз, Возможно совмещение в одном типовом ПТМ нескольких проходов инструмента и создание, таким образом, стандартных многопроходных циклов обработки модулей поверхностей детали

Общая модель оптимального планирования выполнения операций на станках с ЧПУ сформулирована в следующем виде Каждая у-я операция, выполняемая на г-м станке (рабочем месте), т е станкооперация , может быть образована одним или несколькими инструментальными переходами, представленными в виде типовых заданных своими параметрами программно-технологических модулей (ПТМ) Тогда множество г=1,К таких ПТМ, используемых для обработки партии заготовок, будет задаваться основными временами ^у,) технологических переходов и их минутной стоимостью С0(1Г), произведение которых определяет себестоимость выполнения каждого такого перехода (руб)

Каждый переход еуг может быть реализован на нескольких взаимозаменяемых многоцелевых станках с ЧПУ и ГПМ Тогда графическую интерпретацию модели оптимизационной задачи можно представить в виде многосвязной сети графов (рис 6)

и>111)Со(П1) и<и2)СоШ2) *о(11г)Со(11г) иущСщщ

Рис 6 Сетевой граф планирования операций обработки деталей

на станках с ЧПУ

Вершинами графов сети являются технологические переходы еуг - единицы планирования операции Вершина Рз — сток сети характеризует время (0П(д) и себестоимость Соп(1]) станкооперации $ч Количество вершин е,, в горизонтальной ветви определяет число вариантов инструментальных наладок для соответствующей станкооперации

Дуги отражают последовательность обработки элементов поверхностей детали на станке или ГПМ, т е порядок присоединения вершин еу в процессе планирования Каждая дуга имеет оценку, равную вспомогательному времени (есп(о- умноженному на минутную стоимость наладочных работ (руб ) Состав и время переналадок (1„ер) при этом зависят от присоединяемой е1р. и того состояния станка или ГПМ, в котором он находился в момент планирования {У1г}Гпер(еу) = / \еч,,С(ец)}, где {У1Г} и („ер(е,,) — соответственно состав пути (матрица переналадок) и время операций переналадок при присоединении наладки ед6 — состояние станка (ГПМ), сформировавшееся при обработке предшествующей партии заготовок, [едх, С{еа)] — состав ресурсов, необходимых для выполнения еу

Задача планирования состоит в том, чтобы найти такую последовательность выполнения переходов при обработке партии заготовок или такой порядок построения пути на граф-сеги, чтобы обеспечить минимальное время выполнения технологических операций на станках с ЧПУ Обобщенную математическую модель можно представить следующим образом

Критерий оптимальности.

= £

1=1

ТЬуг'о(уг)Со(дг) + Чсп(уг)Свсп(уг)) г=/

{у,г} -»тщ 1 = 1,1}, ]=1,Зк,г=1Л

где ууг ~ число программно-технологических модулей, относящихся к стан-кооперации ,чу и выполняемых на г-м станке (рабочей позиции) Ограничения

- по технологической операции

1, если для ]-й операции используется 1-й путь

№г _ _

О, в противном случае, 1 =

1=1

■ по производственной программе

1=1

- по реальному годовому фонду времени

[ _ _

Ъ1о(у>)УЧг*у } = г = 1,К,

¡=1

- на переменные

уя, >0-целые, г = 1,1, / = ик, г = 1,В

Данная модель оптимальной загрузки оборудования с конечным множеством вариантов относится к задачам целочисленного линейного программирования, для решения которых при ограниченном числе вариантов использования в проектируемой операции стандартных ПТМ {\¥г =2 3) целесообразно применить более доступный для практического применения метод вегвей и границ

Анализ организационных форм камнеобрабатывающих производств разных типов и системы их технологического обеспечения, ориентированных на достижение технологической гибкости и требуемого качества продукции при высоких технико-экономических показателях, базируется на модульном принципе конструкторско-технологического проектирования сложных изделий из природного камня

В условиях крупносерийного производства модульный технологический процесс - МТП должен состоять из операций, на каждой из которых обрабатывают модули поверхностей одного типа (например, только базирующие модули детали) Для возможности одновременной обработки нескольких элементарных поверхностей в составе этого типа МПд необходимо применять специализированные многоинструментальные станки, которые также имеют агрегатно-модульное исполнение

В серийном производстве изготовление деталей сложных изделий из камня на основе модульной технологии целесообразно выполнять на гибких автоматизированных участках В составе таких участков необходимо использовать станки с ЧГТУ, настроенные на обработку модулей поверхностей нескольких типов При этом обеспечивается возможность гибко изменять технологический маршрут обработки широкой номенклатуры деталей с использованием группового метода с целью достижения лучших технико-экономических показателей производства

В мелкосерийном и единичном типах производства наиболее эффективным становится изготовление деталей на как можно меньшем количестве операций, обеспечивающих обработку модулей поверхностей разных типов При этом технологический маршрут становится коротким, что не только увеличивает производительность за счет сокращения вспомогательного времени на транспортные и загрузочно-разгрузочные операции, но и способствует повышению точности обработки деталей при снижении погрешностей их установки Такие процессы следует реализовывать на многооперационных станках типа обрабатывающих центров с ЧПУ и ГПМ, оснащенных автоматизированными загру-зочно-разгрузочными устройствами 28

Представление изделия в виде множества деталей, модулей их соединения -МС, а также модулей поверхностей каждой детали - МПд становится основой для организации системы технологического обеспечения (СТО) камнеобраба-тывающего производства на модульном принципе, не зависящей от служебного назначения и конструкции выпускаемых изделий (рис 7)

Изделие —► Типовые

МС

Типовые

МТСи

Детали

н

Типовые МПа

Заго-

товки

Типовые МПз

Типовые МТИл

Типовые МТИз

т

Системы технологического обеспечения

Оборудование, инструме чты, оснастка, контрольно-измерительные устройства

Сборочное Формообразующее | Заготовительное

Модульные технологические пвоиессы

Сборочно-монтажные | Изготовления деталей | Получения заготовок

х

Организационные формы производственного процесса

Рабочие места, производственные ячейки, участки, ланий, цеха

Сборочно-монтажные

Механообрабатывающие

Заготовительные

Рис 7 Структура производственного процесса камнеобрабатывающего предприятия на основе конструкторско-технологических модулей Камнеобрабатывающее предприятие в общем случае должно включать в себя следующие производственные подразделения (цехи, участки) заготовительные, основные механообрабатывающие и сборочные, которые могут быть вынесены, например непосредственно на строительные площадки, где осуществляется монтаж сложных изделий

Производственные подсистемы, связанные с обработкой поверхностей деталей, включают в себя соответствующие модули технологических процессов изготовления деталей - МТИд, а также модули технологических баз заготовок -МТБ, которые по возможности следует совмещать с конструкторско-геометрическими базами — МПБ изготавливаемых из них деталей

Организация производственного процесса камнеобрабогки зависит от планируемой программы выпуска по каждому наименованию продукции, схемы технологического маршрута, а также типа и размеров изготавливаемых изделий Принципиальным отличием организации производственного процесса в усло-

виях модульных технологий становится возможность применения поточного метода гибкой автоматизации при любой программе выпуска изделий

При использовании модульных технологических процессов специализация основного оборудования или рабочих мест (РМ) выполняется по принципу изготовления типовых МП и МС по заданной технологии получения заготовок, изготовления деталей и сборки - монтажа изделий При этом производственный учасгок (цех) рассматривается как гибкий технологический комплекс, состоящий из специализированных рабочих мест, между которыми перемешаются предметы труда в соответствии со своими маршругаыми технологическими процессами

Разработка методов обеспечения конкурентоспособности сложных изделий из природного камня строится на принципе контроля и управления качеством процессов на всех стадиях дизайна, конструкторско-технологического проектирования и изготовления, исходя из конечной целевой задачи удовлетворения запросов и ожиданий потребителей Формирование множества конст-рукторско-технологических требований к изделиям выполняется на основе теории нечеткой логики экспертным методом развертывания функций качества (РФК), использующим табличное представление данных

Изделие выполняет свое служебное назначение, если его детали и их исполнительные поверхности (рабочие и базирующие) занимают требуемые относительные положения, определяемые рассчитанными величинами номиналов и допусков звеньев пространственной размерной цепи (рис 8)

Рис 8 Схема пространственной размерной цепи сложного изделия

Функциональную связь между предельными (верхними и нижними) отклонениями размеров ВЬ, = {ВЬХ, ВЬУ, ВЫ), НИ, = (НЬХ, НЬу, НЬг), поворотов В©, -(ВАХ, ВВу, ВСг), НО г1 (НА., НВу, НС2) и геометрической формы Вк, = (Вкя Вку, В к,), Нк, — (Дкх, Нку, Нкг) для плоских базирующих поверхностей детали определяют следующие матричные формулы ВИ, = ВЬ, + В&, г, +Вк„ НЯ.^НЬ. + Нв.^+НИ,, где ВЛ, и НЕ., - предельные значения параметров смещения координатных систем, г, — координаты граничных точек модуля поверхности вспомогательной базы г, = (хиу„г,), г = 1,т Матрицы угловых отклонений имеют следующий вид

О -НСг ВВу 0 -ВСг, НВу,

Вв,= ВСг, 0 -НАх,, Я6>,= НСг, О -ВАх, -НВу, В Ах, 0 -ВВу, НАх, О

Приведение отклонений ВК, и НК, составляющих звеньев к замыкающему звену АЯт = ВКт - Н11т осуществляется по формуле

т-1 1=1

где АН, = ВЯ, - НК,, ¡V, - оператор приведения, имеющий следующий вид

W, =

Составляющими оператора W, являются элементы вектора Е, = (Ех„ Еуь Ez„ ЕАх„ ЕВу„ ECz,), определяющие положение замыкающего звена относительно вспомогательных баз соответствующей детали

т-1 т-1 т-1 т-1 '

Ех, = , Еу, = ^У,. > ЕВу, = J^By,, ECz, = £Cz,

i-/ i./ i-i i-i

Векторный метод выполнения комплексного расчета пространственных размерных связей сложных изделий из камня и композиций в архитектурных или других проектах требует применения специальных программ При этом можно учитывать не только погрешности изготовления деталей, но также и отклонения, порождаемые другими факторами, например погрешностью монтажа и крепления деталей

I 0 0 0 Ezt ЕУг

0 1 0 Ezt 0 Ex¡

0 0 1 Еуг Ex, 0

0 0 0 1 ECz, ЕВу

0 0 0 ECz¡ 1 EAx¡

0 0 0 ЕВу, EAx¡ 1

В работе рассмотрены компьютерные методы расчета технологических размерных цепей Размерная цепь, звеньями которой являются размеры обрабатываемой детали, получаемые при выполнении операций и инструментальных переходов технологического процесса, рассчитывается в процессе технологической подготовки производства Размерная цепь, звеньями которой являются размеры технологической системы "станок- инструмент - деталь" (СИД), существующей в процессе обработки этой детали, настраивается при наладке станка

Анализ факторов достижения конкурентоспособности и сравнительного анализа качества технологической системы гибкого компьютерно-интегрированного производства сложных изделий из природного камня строится на принципах нечетких отношений математической логики, которые являются теоретической основой метода экспертных оценок В работе приведена методика многофакторного анализа потребительского качества и оценки основных средств технологического оснащения камнеобрабатывающего производства на примере фрезерных

Целью системного анализа технологической системы камнеобрабатывающего производства стала разработка классификационных признаков, позволяющих осуществлять автоматизированный поиск ее компонентов в соответствии с требованиями конкретного технологического процесса или формировать технические требования на разработку новых технологических средств Технологическая система изготовления деталей создается для выполнения одной или группы модульных технологических операций (МТИ) при определенной организационно-технологической структуре гибкого камнеобрабатывающего производства

Разработка технологической компоновки специализированных камнеобраба-тывающих станков агрегатно-модульного исполнения должна осуществляться на основе предварительно сформированной технологической схемы обработки (ТСО) типовых модулей поверхностей деталей - МПд Для построения ТСО необходимо организовать следующую последовательность этапов проектирования МПд —>МГИ —>СФД—>ТСО, где СФД - схема формообразующих движений в станке

Формообразование сложной поверхности детали обеспечивается относительными движениями производящих геометрических линий инструмента Выполненная в работе систематизация формообразующих движений позволила выявить новые, не используемые в настоящее время варианты технологических 32

схем обработки, некоторые из которых Moryi быть эффективными » Проектируемых специализированных камнеобрабатывщ>щда станках.

Разработка интегрированного программного комплекса для дизайна (ART), технического проектирования (CAD) и технологической подготовки произведет па (САМ) сложных изделий из природного камня со средствами управления данными ой изделиях (PDM) велась в соответствии с обшей методологией проектирования автоматизированных информационных систем. Структурная схема созданного на платформе Windows учебно-жен ери ментально го программною комплекса показана иц рис.9.

КОМПАС- 1

I МемЗДЖ^р I

1.11 laf Т "д m I j FiuCV

Рис. 9. Структурная схема интегрированной компьютерной системы проектирования и подготовки производства изделий из природного камня

При разработке автоматизированных систем существенную роль играет большая группа инструментальных компьютерных ере дет и поддержки инженерных решений (Computer-Aided Support Engineering) САЙ'Е-средств. Выполненный анализ используемых CASE-средств показал, что наиболее эффективными в данной предметной области становятся триграммы разработки Программных приложений в среде Visual Basic, ориентируемой, прежде всего, на ¡заботу пользователей е информационными базами.

Классификацию приложений интегрированной системы ART- CAD-CAM для камнеобрабатывающего производства целесообразно проводить по видам модулей рабочих поверхностей деталей, используемым методам их формообразования и технологическим способам изготовления сложных изделий

Методика разработки алгоритмов функционирования, информационного обеспечения и управления прикладными программными комплексами для дизайна и конструкторско-технологического проектирования сложных видов промышленных изделий из природного камня показана на примере системы "Мозаика" (рис 10)

Исходный Сканирова- ~N Редактиро-

рисунок ние вание

Преобразование \ в векторный формат

Редактор

[ векторных

изображений

Группирование контурных элементов

Система CAD

Рис 10 Структура интегрированной компьютерной системы "Мозаика"

Особенностью данной системы является необходимость работы с большим количеством элементов (деталей), выполненных из разных материалов, которые имеют индивидуальные геометрические формы, определяемые созданной векторной графической моделью исходного изображения Выбор материала производится с помощью разработанной базы данных "Цветные камни" Проектирование структуры данных связано с систематизацией свойств камней, которые наиболее полно характеризуют их отдельные образцы и исключают дублирование атрибутов или их противоречивость Таким образом, выполняется условие соответствия каждому образцу только одного кортежа (строк нескольких взаимосвязанных внешними ключами таблиц данных) С этой целью разработана

иерархия комплекта свойств и соответствующих им характеристик разных видов камней (рис 11)

Комплект свойств

Рис 11 Комплект свойств облицовочных и поделочных камней в базе данных

"Цветные камни"

Названные характеристики не противоречат общепринятыми в минералогии Поэтому для заполнения таблиц конкретными данными можно использовать различные справочники и каталоги природных камней

В процессе разработки системы "Мозаика" решены следующие задачи, обеспечивающие возможность интеграции базовых программных средств

- выполнение программного сжатия цветовой палитры исходного растрового изображения,

- выбор и отладка программ векторизации растровых изображений,

- отладка процедуры задания текстуры контурным элементам изображения на основании интерактивной выборки материалов по их цветовой модели из базы данных,

- анализ методов и выбор компьютерного средства для штрихового кодирования элементов мозаики перед операцией вырезки на станках с ЧПУ,

- анализ возможных методов оптимального группирования (по цветовой модели) контурных элементов мозаики для экономичного раскроя заготовок,

- создание пользовательского интерфейса системы, построенного на основе диалоговых процедур

Заключение

В диссертационной работе на основании выполненных лично автором исследований изложены научно обоснованные методологические и технические решения по организации системного проектирования и технологической подготовки промышленного производства сложных изделий из природного камня с использованием компьютерных средств информатизации, практическое внедрение которых вносит значительный вклад в развитие отечественной камне-обрабатывающей отрасли промышленности

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем

1 Показано, что решение первоочередной проблемы обеспечения конкурентоспособности российской камнеобрабатывающей промышленности должно базироваться на научной методологии организации эффективной системы технологического обеспечения производственного процесса с использованием модульного принципа построения всех ее элементов

2 Разработана система классификации изделий из камня, рассматриваемых в качестве объектов гибкого компьютерно-интегрированного камнеобрабаты-вающего производства, которая позволяет на этапах дизайнерского и конструкторского проектирования использовать методы и средства современных систем графического твердотельного и поверхностного моделирования

3 Разработана система типовых модулей исполнительных поверхностей деталей из природного камня, которая дала возможность свести все конструктивно-геометрические схемы базирующих поверхностей деталей к 7 типам, создать 12 конструктивных модулей соединения деталей при сборке изделий, привести неограниченное множество рабочих поверхностей деталей к 3 группам простой и 6 группам сложной геометрической формы

4 Разработан метод компьютерного формирования геометрических моделей заготовок посредством построения эквидистантных по отношению к конструктивным модулям деталей поверхностей, последовательно обрабатываемых модулями технологических операций, которые образуют модульные технологические маршруты камнеобрабатывающего производства, моделируемые с помощью ориентированных графов

5 Предложены и реализованы алгоритмы компьютерного проектирования модульных технологических процессов изготовления деталей из природного камня с использованием библиотеки типовых операций, а гакже стандартных программно-технологических модулей инструментальных переходов, разраба-36

тываемых с учетом лучших достижений мирового камнеобрабатывающего производства, сопоставление которых с применяемыми процессами позволяют сертифицировать уровень технологического обеспечения данного предприятия

6 Разработаны общие математические модели оптимальной организации модульного технологического процесса изготовления комплектов деталей, необходимых для сборки (монтажа) заданного количества сложных изделий в установленные сроки, а также оптимизации планирования выполнения операций на камнеобрабатывающих станках с ЧПУ

7 Разработано методическое обеспечение системы автоматизированного проектирования типовых сборочных (монтажных) операций для получения конкретных видов модулей соединения сопрягаемых деталей, последовательность выполнения которых определяет маршрут сборочного процесса, моделируемый с помощью ориентированного графа

8 Разработано методическое обеспечение для системы компьютерного проектирования изделий из природного камня с одновременной оценкой качества выполнения каждого этапа посредством формирования ориентированных графов структурной модели изделия, детали или заготовки и расчета конструкторских пространственных размерных цепей.

9 Предложен метод оценки конкурентоспособного качества изделий из природного камня, а также приобретаемых предприятием средств технологического обеспечения, основанный на теории нечетких отношений при анализе экспертных данных и применении специальных информационно-аналитических систем с программами для расчета сравнительных характеристик (рейтингов) объектов производства

10 Разработана экспериментально-учебная интегрированная компьютерная система автоматизированного проектирования и организации гибкого производства промышленных изделий из природного камня, включающая в себя комплекс программных средств для дизайна, конструкторского проектирования и технологической подготовки их производства, а также базы данных для информационной поддержки и управления производственными процессами

11 Разработаны структура, алгоритмы функционирования, основные компоненты программного и информационного обеспечения для прикладной системы "Мозаика" совместно с электронным каталогом "Цветные камни"

12 Рассчитанные значения рентабельности гибкого мелкосерийного производства мозаичных изделий с рельефными элементами из цветного камня яв-

ляются характерными для современных высокотехнологичных отраслей промышленности

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях

работ автора:

1 Павлов Ю А, Ткач В Р Организация камнеобрабатывающего производства с использованием информационных технологий - М ИКФ "Каталог", 2006 -358 с

2 Павлов Ю А Анализ изделий камнеобрабатывающего производства с позиций их компьютерною проектирования // Горный информационно-аналитический бюллетень, №3 -М Изд-воМГГУ, 2004, с 128-134

3 Павлов ЮА Интегрированная компьютерная система проектирования и подготовки производства декоративно-художественных и ювелирных изделий из цветного камня // Горный информационно-аналитический бюллетень, №5

- М Изд-во МГГУ, 2005, с 273-279

4 Павлов Ю А Использование прогрессивных технологий обработки декоративно-художественных изделий в камнеобрабатывающих производствах // Горный информационно-аналитический бюллетень, №3, - М Изд-во МГГУ, 2000, с 225-229

5 Павлов Ю А Компьютерные системы проектирования и подготовки производства промышленных изделий из камня Учеб. пособие в 3-х частях Ч 1 Научные основы, методы и средства создания программных приложений - М Изд-во МГГУ, 2002 - 108 с

6 Павлов Ю А Методика системного анализа и проектирования технологических процессов камнеобрабатывающих производств // Сб "Состояние, проблемы и перспективы развития сырьевой базы и машиностроения для камнеоб-рабатывающей промышленности" Материалы I Международной научно-практической конференции "Камень-2004" - Екатеринбург Изд-во УГГУ, 2004, с 54-59

7 Павлов Ю А Модульная система технологического обеспечения производства сложных изделий из камня // Горный информационно-аналитический бюллетень №6 -М Изд-во МГГУ, 2005, с 297-303

8 Павлов Ю А Научные проблемы организации промышленного производства изделий из природного камня на основе современных информационных технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9 - М Изд-во МГГУ, 2006, с 358-366

9 Павлов Ю А Сисгема организационно-технологического управления гибкими объектами в компьютерно-интегрированном камнеобрабатывающем производстве И Горный информационно-аналитический бюллетень, № 4 - М Изд-во МГТУ, 2006, с 48-56

10 Павлов Ю А Системная классификация изделий камнеобрабатывающего производства // Камень вокруг нас, №12, 2006 - Екатеринбург Ассоциация "Центр камня", 2006, с 26-30

11 Павлов Ю А Системные принципы проектирования и выбора автоматизированного оборудования для камнеобрабатывающих производств // Сб "Добыча, обработка и применения природного камня" Материалы V Международной научно-технической конференции -Магнитогорск, 2005, с 151-172

12 Павлов Ю А Стратегия многоуровневой подготовки специалистов для камнеобрабатывающих, гранильных и ювелирных производств // Сб материалов Международной дистанционной конференции "Горное, нефтяное и геоэкологическое образование в XXI веке" -М Изд-во РУДН, 2004, с 255-259

13 Павлов Ю А , Ахрамов Д В Концепция компьютерной интегрированной технологической системы огранки кристаллов произвольной формы. // Труды IV Международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика 2000" - М Изд-во МГТУ "Станкин", т 2, с 92-94

14 Павлов Ю А, Клюкин А А Интегрированная компьютерная система художественно-технического проектирования и подготовки производства мозаичных изделий // Межвузовский сб научных трудов "Новые материалы и производственные технологии в сфере сервиса" - М Изд-во МГУС, 2000, с 87-93

15 Павлов Ю.А, Киреев В И Математические методы компьютерного моделирования сложных геометрических форм деталей промышленных изделий из природного камня // Горный информационно-аналитический бюллетень, №6 -М Изд-во МГГУ, 2006, с 343-353

16 Павлов Ю А, Кривоносов А В Методы достижения качества сложных изделий из камня на стадии художественного и технического проектирования // Сб "Технология художественной обработки материалов" - М Изд-во МГАПИ, 2006, с 51-56

17 Павлов Ю А, Лобанев С А, Шайкин П К Компьютерная база "Цветные камни" для системы автоматизированного проектирования и подготовки производства // Горный информационно-аналитический бюллетень, №9, - М Изд-во МГГУ, 2000, с 250-253

18 Павлов ЮА, Манюшин РА, Шайкин ПК Комплекс программных средств для создания и конструкторско-технологической подготовки производ-

39

ства художественных изделий // Горный информационно-аналитический бюллетень, №6 -М Изд-во МГГУ, 1999, с 123-125

19 Павлов Ю А, Пызин А В Интегрированная компьютерная система подготовки производства и управления ювелирным предприятием // Горный информационно-аналитический бюллетень, №4 - М Изд-во МГГУ, 2004, с 284-289

20 Павлов Ю.А, Шайкин П К Компьютерный дизайн и конструкторско-технологическая подготовка производства мозаичных изделий // Горный информационно-аналитический бюллетень, №3 - М Изд-во МГГУ, 2003, с 131132

21 Коржов ЕГ, Павлов ЮА Разработка структуры и общего алгоритма функционирования интегрированной компьютерной системы "Скульптура" // Горный информационно-аналитический бюллетень, №4 - М Изд-во МГГУ, 2006, с 253-257

22 Миков И Н, Дроздов В И, Павлов Ю А Компьютерная технология и оборудование для художественного гравирования облицовочных и поделочных камней // Горный информационно-аналитический бюллетень, №3 - М Изд-во МГГУ, 2000, с. 199-204

23 Миков И Н, Морозов В И, Павлов Ю А Технологические принципы растрового факсимильного механического копирования //Автоматизация и современные технологии, №3,2000, с 18-23

24 Морозов В И , Павлов Ю А Состояние и перспективы кадрового обеспечения высоких технологий в камнеобрабатывающих, гранильных и ювелирных производствах России // Драгоценные металлы Драгоценные камни, №5(125) 2004, с 126-136

25 Морозов В И , Павлов Ю А, Кривоносов А В Современные методы организации и технической подготовки ювелирного производства // Драгоценные металлы Драгоценные камни, №9 (141), 2005, с 65-71

26 Науменко И А, Павлов Ю А Системные принципы организации процессов компьютерного проектирования и изготовления гравированных изделий из разных материалов // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 5 - М Изд-во МГГУ, 2006, с 304-313

27 Осипова Л П , Павлов Ю А Разработка методики компьютерного проектирования и организации производства мозаичных изделий со смешанной техникой художественного исполнения // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6 - М Изд-во МГГУ, 2006, с 349-354

Подписано ] Объем 2,0 н.

'■¿Л

200?]

Тираж 100 экз.

Формат 60x90/16 Заказ №

Типография Московского тосударсгаеякого торного университета Ленинский проспект, д. 6

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав с выводами по каждой главе, заключения с общими выводами и рекомендациями; работа содержит 303 страниц печатного текста, 112 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 105 наименований, приложение.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Характеристика современного камнеобрабатывающего производства и анализ его научно-методологического обеспечения. Постановка цели и задач исследования б

ГЛАВА

Концепция гибкого компьютерно-интегрированного производства промышленных изделий из природного камня j и ее технико-экономическое обоснование

1.1. Задачи и перспективные направления развития отечественных камнеобрабатывающих производств.

1.2. Структура и методы моделирования бизнес-процессов камнеобрабатывающих промышленных предприятий.

1.3. Взаимосвязь задач организации, управления и планирования камнеобрабатывающего производства.

1.4. Факторы достижения технико-экономической эффективности компьютерно-интегрированных камнеобрабатывающих производств.

1.5. Методика исследования эффективности использования автоматизированных систем компьютерно-интегрированных производств.

Выводы по главе

ГЛАВА

Системный анализ и методы проектирования сложных изделий камнеобрабатывающих производств

2.1. Принцип системного анализа объектов на основе метода декомпозиции компьютерно-интегрированного производства

2.2. Многоуровневая классификация продукции камнеобрабаты

• вающих производств по назначению и способам изготовления

2.3. Классификация сложных изделий из камня по геометрическим признакам и размерным характеристикам.

2.4. Классификация поверхностей и методов построения сложных геометрических форм деталей промышленных изделий из природного камня

2.5. Математические методы компьютерного моделирования сложных геометрических форм деталей промышленных изделий.

2.6. Классификация и анализ модулей поверхностей деталей промышленных изделий из природного камня.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА

Метод модульного построения системы технологического обеспечения компьютерно-интегрированного камнеобрабатывающего производства

3.1. Структура системы технологического обеспечения камнеобрабатывающего производства.

3.2. Анализ возможности применения системных технологий в камнеобрабатывающих производствах.

3.3. Метод модульных технологий при организации промышленного производства сложных изделий из природного камня.

3.4. Системный метод проектирования технологического процесса изготовления деталей для сложных изделий из природного камня.

3.5. Методика проектирования модульного технологического процесса изготовления детали изделия из природного камня

3.6. Методы и технологические средства формообразования поверхностей деталей сложных изделий из природного камня.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА

Системные методы обеспечения конкурентоспособного качества сложных изделий из природного камня

4.1. Методы оценки конкурентоспособного качества промышленной продукции.

4.2. . Методы достижения качества сложных изделий из камня на стадии художественного и технического проектирования.

4.3. Методы технологического обеспечения качества деталей сложных изделий из природного камня.

4.4. Оптимизация производственно-технологической структуры гибкого камнеобрабатывающего производства

4.5. Достижение максимальной производительности обработки деталей на автоматизированном камнеобрабатывающем оборудовании.

4.6. Метод экспертной оценки конкурентоспособности средств технологического обеспечения камнеобрабатывающих производств.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА

5.1. Методы и средства создания интегрированной компьютерной системы проектирования и подготовки производства сложных изделий из природного камня

5.2. Структура и базовые средства программного комплекса

• для дизайна, инженерного проектирования и управления проектами.

5.3. Анализ методов и инструментальных средств создания прикладных автоматизированных систем проектирования и

5 4 подготовки производства изделий из природного камня.

Разработка компьютерной базы данных "Цветные камни" для автоматизированной системы проектирования изделий.

5.5. Разработка автоматизированной системы художественного и технического проектирования мозаичных изделий из цветных камней.

Пример практического применения компьютерной системы "Мозаика" в камнеобрабатывающем производстве.

Выводы по главе 5.

Характеристика современного камнеобрабатывающего производства и анализ его научно-методологического обеспечения.

Постановка цели и задач исследования

Природный камень занимает важное место среди обширной номенклатуры облицовочных, поделочных и ювелирных материалов. За 70 лет мировое производство природного камня увеличилось почти в 25 раз. При этом в течение последних двадцати лет ежегодный прирост производства и потребления камня в среднем составлял 7,4%. В 2003 г. прирост мирового производства камнеобрабатывающей продукции составил 11,2 %, а объем торговли этой продукцией увеличился на 16,5 % по сравнению с предыдущим годом [103]. Достигнут самый высокий за всю историю цивилизации уровень мировой добычи камня в объеме 150 млн. т., что позволило с учетом отходов начальной переработки получить 75 млн. т. сырья для камне-обрабатывающих производств. Потребление изделий камнеобрабатывающей промышленности возросло до 820 млн. м2 (в пересчете на эквивалентные плиты толщиной 20 мм) с общим товарооборотом 40 млрд. американских долларов. Цены на готовую продукцию составили в среднем от 12 дол. за эквив. м2 (в Китае) до 40 евро (в Италии).

Мировое производство камнеобрабатывающего оборудования в 2003 г. приблизилось к 210 тыс. т. при средней цене - 700 евро за 1 т. Наилучшие результаты по производству продукции камнедобывающей и обрабатывающей отрасли были достигнуты Китаем, Индией и Турцией, а по потреблению камня - США, Южной Кореей и Японией. По прогнозным оценкам на ближайшие два десятилетия этот рост продолжится, и мировая добыча природного камня увеличится более чем в 4 раза.

На российском рынке природного камня также прослеживается устойчивая тенденция роста объемов производства и потребления данного материала. Начиная с 1999 г. потребление природного камня в России возрастает в среднем на 10-12% в год. С учетом запланированных темпов экономического развития страны, предполагающими удвоение ВВП за 10 лет, можно ожидать, что к 2010 г. потребление природного камня в России возрастет почти в 2 раза и составит не мене$,7,5 млн. эквив. м2 в год. Рост потребления природного камня в России связан, прежде всего, с развитием градостроительной индустрии. Строительные компании все чаще выполняют комплексную застройку целых городских микрорайонов или поселков, когда одновременно с жильем возводятся общественные здания -магазины, медицинские и образовательные учреждения, спортивно-оздоровительные, культурные и развлекательные сооружения. К выполнению комплексных проектов привлекаются видные архитекторы, художники и дизайнеры, разрабатывающие предметы декора, интерьерные и экс-терьерные композиции, ландшафтные, садовые и мемориальные ансамбли и многое другое. Для создания благоприятного имиджа строительные компании в таких объектах повсеместно используют нестандартные архитектурные и дизайнерские решения, современные отделочные материалы, в том числе облицовочный и поделочный камень. Дополнительный импульс роста потребления природного и искусственного облицовочного и поделочного камня связан с увеличением объемов индивидуального строительства. Это обусловлено тем, что практически в каждом частном коттедже в той или иной степени используются изделия из камня - цветного мрамора, гранита, известняков и других видов горных пород, обладающих высокими декоративными свойствами. В настоящее время этот сектор лишь начинает зарождаться, но с улучшением благосостояния российских граждан можно ожидать его активного развития.

Рост потребительского спроса на природный камень и изменение его структуры в направлении расширения ассортимента и повышения качества изделий привели в последнее десятилетие к кардинальным изменениям в деятельности российских добывающих и камнеобрабатывающих предприятий. В отрасли проведены акционирование и приватизация государственных предприятий, появились новые частные фирмы, акционерные общества и холдинговые компании, осуществлена масштабная модернизация действующих карьеров и заводов [16, 86, 90, 91]. Большинство камнеобрабатывающих предприятий оснастилось высокопроизводительным импортным оборудованием. Начался период конкурентной борьбы за потребителя. При этом российские производители каменной продукции соперничают не только между собой, но и с иностранными компаниями, стремительно осваивающими российский рынок. В течение последних десяти лет стройиндустрия Росси снижает издержки предприятий под давлением конкуренции, уступая по их интенсивности только металлургии и машиностроению. В то же время конкуренция оказала сдерживающее влияние на выпуск продукции стройиндустрии, которое (по данным 2003 г.) оказалось более сильным, чем в других отраслях за исключением легкой и пищевой промышленности. Это негативное для отрасли явление произошло, несмотря на получение самого большого среди других отраслей выигрыша от дефолта 1998 г. в сдерживании влияния конкуренции на выпуск продукции.

Для удовлетворения растущей потребности внутреннего рынка в изделиях из природного камня и успешной конкуренции с зарубежными компаниями осуществленные преобразования пока оказались недостаточно эффективными. Производительность труда на российских камнеобрабатывающих предприятиях в 1,5-2 раза ниже, чем за рубежом; имеющиеся производственные мощности используются меньше, чем на 60%; ресурсная база многих камнедобывающих регионов практически не освоена. Разведанные запасы по цветовой гамме камней не отвечают потребностям современного градостроительства. Более половины от всех разведанных в России месторождений представлены камнями серых оттенков, наименее ценных по своим декоративным свойствам. В то же время на цветные виды, пользующиеся повышенным спросом, например, черные граниты и мраморы приходится всего 4,8%, а на красные - 2,4% от всего объема добычи природного камня в нашей стране. Это приводит к постоянному дефициту сырья и вызывает необходимость импорта цветного камня из стран дальнего (Скандинавия, Италия, Испания, Греция, Индия, Бразилия, Южная Африка, Китай) и ближнего (Украина, Казахстан, Узбекистан) зарубежья.

В этих условиях не исключена ситуация, при которой практически весь прирост потребительского спроса на природный камень в России будет обеспечен за счет увеличения импорта сырья и готовой продукции. Уже сегодня более трети внутреннего потребления природного камня обеспечивается за счет импортных поставок. Так в 2003 г. в Россию было ввезено 173 тыс. т. каменного сырья и продукции камнеобработки, из которых 103 тыс. т. приходится на материалы особо сложной обработки (высококачественные слэбы, плиты и готовые изделия). При этом стоимость импортируемых в Россию полуфабрикатов из цветных камней значительно превосходит их стоимость на мировом рынке. Если не предпринимать срочных мер, то уже через 2-3 года место российских камнеобрабатывающих производств на внутреннем рынке может занять иностранный производитель, прежде всего китайский.

Выходом из сложившейся ситуации является наращивание производственного потенциала российских предприятий по добыче и обработке природного камня. Для этого необходимо строить новые предприятия, переоснащать и реконструировать действующие заводы и карьеры, а главное - повышать эффективность производства, как на действующих, так и на строящихся предприятиях.,

Учитывая низкую инвестиционную привлекательность камнедобываю-щей и обрабатывающей отрасли вследствие высокой степени риска из-за длительной окупаемости капиталовложений, а также ограниченность собственных финансовых ресурсов предприятий, достичь необходимого уровня производственного потенциала исключительно за счет экстенсивного развития не возможно. Основным направлением развития отрасли становится совершенствование организации работы действующих предприятий и использование на них современных инновационных технологий, позволяющих вывести их производственные процессы на новый качественный уровень.

Современный уровень камнеобрабатывающей промышленности в ведущих для данной отрасли странах (Италии, Германии, Китае, Испании и др.) характеризуют следующие направления и тенденции развития:

- непрерывное возрастание номенклатуры, усложнение конструкции, улучшение дизайна и повышение качества выпускаемых изделий (архитектурно-строительных, декоративно-художественных, ювелирных и т.д.);

- создание и внедрение новых эффективных производственных технологий на базе высокопроизводительного автоматизированного оборудования - автоматических переналаживаемых линий, станков с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов, средств автоматического контроля и т.д.;

- широкое использование компьютерных систем для автоматизированного проектирования сложных изделий, технологической подготовки их производства и управления технологическими и производственными процессами;

- увеличение организационной гибкости производства при использовании новых информационных и коммуникационных технологий;

- интеграция с камнедобывающими предприятиями, с разработчиками и поставщиками технологического оборудования, оснастки и инструмента, а также с основными потребителями каменной продукции (архитектурно-проектными, дизайнерскими, строительными, реставрационными, художественными и другими организациями и фирмами).

Камнеобрабатывающие предприятия начинают приобретать свойства высокотехнологичных и гибких автоматизированных производств (ГАП), получивших широкое распространение в передовых отраслях промышленности, например, в машиностроении, металлообработке, производстве электротехнических, электронных и других сложных изделий [12, 17]. В настоящее время в этих и других отраслях широкое распространение получила концепция компьютерного управления и информационной поддержки производственной системы,, обеспечивающей все стадии жизненного цикла изделий (ЖЦИ). Под изделием здесь следует понимать любой технический, архитектурно-строительный, декоративно-художественный, программный или другой сложный объект, удовлетворяющий долговременные потребности многих пользователей и допускающий различные варианты его эксплуатации. Конструктивно и технологически сложные изделия из камня (архитектурно-строительные, монументальные, декоративно-художественные, ювелирные и т.д.) все в большей степени соответствуют этому определению. Эти изделия-становятся важными элементами градостроительных, архитектурных и дизайнерских проектов, фрагментами интерьеров и экстерьеров зданий, вставками в ювелирные и декоративно-художественные композиции, деталями сложных технических объектов.

Компьютерно-интегрированная производственная- система (КИП или CIM), построенная на основе концепции ЖЦИ, должна решать следующие задачи: изучение рынка и поиск сегментов для эффективного освоения (маркетинг); формулирование технических требований, разработка концепции и проектирование изделий; материально-техническое снабжение производства; разработка технологических процессов и подготовка производства; изготовление деталей, сборка или монтаж изделий; контроль, проведение испытаний и исследование выпускаемой продукций; эксплуатация изделий и техническое обслуживание; ремонт и реставрация изделий; демонтаж и утилизация отходов в конце срока службы изделий.

Информационные производственные системы, охватывающие все стадии ЖЦИ, получили название CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support - к омпьютерное сопровождение и поддержка ЖЦИ), а процесс функционирования КИП с таким информационным обеспечением называют CALS-технологией [22]. Основой данной технологии является компьютерная модель изделия, описание функциональных и физических параметров которой выполнено на основе международных стандартов для обмена данными о промышленной продукции (STEP - ISO 10303 и других), позволяющих корпоративно использовать эту модель всеми разработчиками, производственниками и пользователями на протяжении всего ЖЦИ [44]. Управление качеством промышленной продукции на всех стадиях его жизненного цикла выполняется в соответствии со стандартами серии ISO 9000 [32].

Создание единого информационного пространства камнеобрабатывающего предприятия, а также возможность включения в эту среду соисполнителей, поставщиков и заказчиков продукции должно осуществляться с помощью компьютерных средств управления данными об изделиях (Product Data Management - PDM). Такие средства имеются в интегрированных компьютерных системах конструкторско-технологического проектирования, подготовки и управления производством разнообразных изделий (программные комплексы типа CAE-CAD-CAM-PDM-ERP) [78, 79].

Современная наука и практика управления рассматривают производственную систему в виде группы взаимосвязанных бизнес-процессов, которые обеспечивают достижение целевых задач промышленного предприятия [45, 99]. Выделение бизнес-процессов, их анализ и последующее совершенствование становятся основным методом повышения эффективности работы каждого предприятия и обеспечения его конкурентоспособности. Ориентированное на требования заказчика (клиента) производство и направленные на выполнение конкретных бизнес-процессов формы организации и управления предприятием одновременно становятся системными адаптивными регуляторами совершенствования применяемых технологий и качества выпускаемой продукции.

Необходимость использования камнеобрабатывающей промышленностью рассмотренных тенденций развития мирового промышленного производства требует скорейшего формирования отечественной технологической школы добычи и обработки камня (рис.В. 1).

В настоящее время всесторонне исследованы проблемы добычи и технологии обработки облицовочно-поделочного камня (работы Бакка Н.Т.,., Бычкова Г.В., Давтяна К.Д., Каза^яна Ж.А., Карасева Ю.Г., Картавого Н.Г., Косолапова А.И., Назаренко С.В., Першина Г.Д., Сычева Ю.И., Чиркова А.С. и др.).

Многоуровневая система подготовки и переподготовки специалистов для отрасли

Анализ и программы развития камнедобывающей и обрабатывающей отрасли

Экономика и планирование камнедобывающих и обрабатывающих производств

Организация и управление камнедобывающим и обрабатывающим производством

Д.пин. Морозов В.И Акад. Ржевский В.В. Д.э.н. Харченко В.А. Д.э.н. Резниченко С.С.

Д.т.н.Коваленко B.C. (МГГУ), (МГГУ) (МГГУ)

МГГУ) Акад. Трубецкой К.Н. Д.э.н. Эйрих В.И. " Д. т.н. Ткач В.Р (МКК)

Д.пин. Косарев Н.П. . (РАН) и др. (МКК-Холдинг) и др. Д.э.и. Федорин В.Ю.

Художественный дизайн и конструирование изделий из камня

Технологическое проектирование процессов камнеобработки и сборки изделий

Технологическая подготовка камнеобрабатывающих производств

Организационно-технологическое управление камне-обрабатывающнми производствами

MlSii кнм11С<ийр.1о:1Г1>1П.11()щи\ пршижисш

Технология : эксплуатации изделий из камня

Промышленные изделия -из камня

Технология сборки (монтажа) изделий из камня

Технология художественной обработки камня

Технология размерной обработки камня

К.пин. Сычев Ю.И. (ВНИИПстромсырье К. т.н. Казарян ЖЛ. (ГК «Гранит») и др.

К.тн. Левин А.Г. Союз «Метро-спецстрой» и др.

Д.ф.-лин. Магомедов М.Х(НПФ «Сауно»). Д.иин. Миков И.Н. (МГГУ) и dD.

Д.т.н. Картавый Н. Г. (МГГУ) К.пин. Волуев И.В. (MKK)udn.

Природные камни (сырьевая база)

-Технология добычи природного камня

Технология карьерной обработки камня

Технология переработки отходов камня

Д.т.н. Банка Н.Т . (МГГРА). Д.т.н. Косолапое А.И (КрГАЦМиЗ) Д.пин. Бычков Г.В. (УГГГА) и др. .

Д.Ш.Н.Карасее Ю.Г.

Гранул) Д. т.н. ПершинГ.Д,

МагГТУ) Д.пин. Косарев Н.П. (УГГГА) и др.

К.пин. Синельников О.Б. (МГГУ) К.пин. Сычев Ю.И. (ВНИИПстромсырье) К.пин. Анощешо И.Н. (МКК-Холдинг) и др.

Рис. В. 1. Формирование научной школы технологии добычи, обработки и использования природного камня в России

Вопросы экономики, организации и планирования камнедобывающего и обрабатывающего комплекса с гибким автоматизированным производством разнообразных изделий наиболее полно рассмотрены в работах Ткача В.Р., Федорина В.Ю. и Эйриха В.И.

Общие проблемы развития отрасли нашли свое отражение в трудах академиков Ржевского В.В. и Трубецкого К.Н., а ее кадрового обеспечения — в учебно-методических разработках профессоров Коваленко B.C., Косарева ЦД., Морозова В.И., Павлова Ю.А. и других.

Созданная научно-методологическая база позволяет решать на совре-v менном уровне различные задачи проектирования карьеров, разработки эффективных технологических процессов добычи и обработки камня, организации и планирования камнеобрабатывающих предприятий и комплексов типа "карьер - завод", прогнозирования рынка природного камня и ряда других. Однако целостного представления о технологической среде камнеобрабатывающего производства, охватывающей эффективные методы и средства для изготовления высококачественной продукции, в настоящее время не создано. Не существует и единой методологии проектирования изделий из природного камня и технологической подготовки их компьютерно-интегрированного производства. Это существенно снижает эффективность производства высокотехнологичных изделий из камня и не обеспечивает конкурентоспособность российских камнеобрабатывающих предприятий на мировом рынке. Поэтому актуальной становится создание научных основ системного проектирования сложных изделий из камня и технологической подготовки их производства в условиях КИП.

Основным направлением научных исследований является разработка методологии художественно-конструкторского проектирования и технологической подготовки производства сложных промышленных изделий из природного камня, основанной на системных принципах модульного построения объектов и процессов производства, а также на информационной поддержке проектных работ посредством создания специализированных интегрированных компьютерных систем. Использование этой системной методологии совместно с существующими научно-практическими разработками в области технологии добычи и обработки камня, методами планирования и организационно-экономического управления гибким производством разнообразных изделий из природного камня ставит своей целью достижение конкурентоспособности п родукции отечественных предприятий. Она также способствует общему развитию технологической школы камнеобработки.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе сформулированы и решены следующие научные и практические задачи:

- обобщение методов системного анализа технико-экономических показателей эффективности гибкого автоматизированного камнеобрабатывающего производства, построенного на принципах интеграции его информационных систем средствами компьютерных технологий;

- систематизация изделий камнеобрабатывающих производств на основе классификации исполнительных и вспомогательных поверхностей их деталей как объектов формообразования в технологических обрабатывающих комплексах и приведение их неограниченного множества к конечному числу конструктивных модулей, обрабатываемых на идентичных (типовых) технологических операциях;

- формирование обобщенной структурно-геометрической модели сложного промышленного изделия из камня в виде совокупности конечного числа функциональных деталей разных геометрических форм, связанных между собой с помощью унифицированных модулей соединения;

- разработка метода оценки качества изделий из камня на ранних стадиях проектирования на основании построения, расчета и анализа пространственных размерных связей деталей, а также конструкторских размерных связей их модулей поверхностей;

- разработка структуры типовых операционно-технологических модулей изготовления исполнительных (базирующих и рабочих) поверхностей деталей из природного камня при разном уровне развития системы технологического обеспечения (оборудования, инструментов и оснастки);

- образование модульных технологических операций изготовления исполнительных поверхностей деталей из стандартных, заданных параметрами программно-технологических модулей инструментальных переходов для формообразования элементов этих поверхностей на оборудовании с ЧПУ;

- разработка метода формирования заготовок как геометрических тел, которые ограничены поверхностями, эквидистантными к модулям поверхностей деталей и отстоящих от них на величины расчетных припусков на многопроходную обработку;

- системное представление типовой структуры технологически завершенного камнеобрабатывающего производства в виде последовательности технологических маршрутов заготовительных, формообразующих и сбо-рочно-монтажных переделов исходного сырья в готовое изделие;

- анализ организационных форм камнеобрабатывающих производств, ориентированных на достижение технологической гибкости и требуемого качества продукции при высоких технико-экономических показателях;

- разработка методов достижения конкурентоспособности изделий из природного камня на стадиях дизайна, конструкторско-технологического проектирования и изготовления посредством управления качеством этих процессов, исходя из требования удовлетворения запросов потребителя;

- анализ факторов и компьютерных "методов сравнительного анализа качества приобретаемых или вновь проектируемых средств технологического обеспечения для гибкого автоматизированного производства сложных промышленных изделий из природного камня;

- разработка структурной, схемы и методологии создания компьютерной интегрированной системы дизайна, технического проектирования и технологической подготовки производства высокохудожественных изделий из камня (системы типа ART-CAD-CAM); iv

- анализ базовых программных средств построения системы ART-CAD

САМ и методов разработки программных приложений для дизайна, технического проектирования и технологической подготовки производства разных видов высокохудожественных изделий из камня с помощью встроенных в базовые пакеты инструментальных средств, а также специализированных интеллектуальных систем поддержки инженерных решений (CASE-средств);

- разработка алгоритмов функционирования и управления прикладными программными комплексами для дизайна и конструкторско-технологи-ческого проектирования сложных видов высокохудожественных изделий из камня (подсистемы "Грань", "Мозаика", "Скульптура" и другие).

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели и решения сформулированных научных задач использован системный метод исследования. Системный подход предполагает рассмотрение производственного процесса изготовления сложных изделий из природного камня как целостного объекта, имеющего многогранные внутренние и внешние связи, и сведение всех элементов и связей этого объекта в единую (обобщенную) теоретическую модель компьютерно-интегрированного производства (КИП), обладающую интеграционными и организационными свойствами.

Технической основой системного анализа объектов и разработки прикладных подсистем художественно-технического проектирования и технологической подготовки их производства в структуре КИП является интегрированная компьютерная среда для выполнения проектных и информационных задач. Данная инструментальная среда включает в себя базовые программные средства интегрированных компьютерных систем типа ART-CAD-CAM-PDM среднего уровня, построенные на платформе IBM-совместимых персональных компьютеров с операционной системой Windows. Важным элементом этой среды становятся инструментальные средства разработки программных приложений (CASE-средства), предназначенные для пользователей, не владеющих навыками программирования на процедурных языках. Основу CASE-средств составляют языки объектно-ориентированного визуального программирования данных и знаний, накопленных в конкретной прикладной области, позволяющие создавать интерфейсную часть программного продукта прикладного назначения в диалоговом режиме без необходимости кодирования выполняемых операций.

Такое исполнение информационной среды промышленных предприятий в сочетании с ее ориентацией, главным образом, на отечественные базовые программные средства обеспечивает доступ широкрму Kpyiy пользователей к выполненным прикладным программным разработкам. Кроме того, оно позволяет привлечь широкий круг специалистов отрасли к адаптации и расширению программных приложений для решения очередных задач камнеобрабатывающих и смежных с ним художественных, гранильных и ювелирных производств.

Выводы по главе 5

1. Выбор инструментальных программных средств для интегрированной системы ART-CAD-CAM-PDM, используемой в камнеобрабатывающих и смежных с ними производствах (гранильных, ювелирных), должен основываться на наиболее доступных базовых комплексах, ориентированных на персональные компьютеры типа IBM PC и операционную систему Windows.

2. Систему ART в камнеобрабатывающих, гранильных и ювелирных производствах необходимо строить на базе универсальных дизайнерских пакетов растровой и векторной графики, разработанных известными компаниями "Adobe", "Corel", "Kinetix-Autodesk" или "АСА".

3. При разработке системы конструкторско-технологического проектирования и подготовки производства сложных изделий из камня целесообразно использовать отечественные комплексы CAD-CAM-PDM типа "KoMnac-3D" или "T-Flex CAD", характеризуемые лучшим соотношением "цена - качество (функции)" в сравнении с зарубежными программными системами того же класса (например, "AutoCAD").

4. Классификацию приложений интегрированной системы ART-CAD-CAM в камнеобрабатывающих и смежных с ним производствах целесообразно выполнять по видам рабочих поверхностей изделий, методам их формообразования и способам изготовления, т.е. на основе модульного принципа конструкторско-технологического проектирования изделий из природного камня.

5. Наиболее доступным и эффективным инструментом разработки приложений интегрированной системы ART-CAD-CAM в камнеобрабатывающих и смежных с ними производствах является программная среда Visual Basic Application, поддерживаемая всеми графическими программами базовых пакетов; наилучшее потребительское качество приложения достигается его системной интеграцией в базовый пакет программ.

6. Проектирование компьютерной базы данных "Цветные камни" основано на объединении известных промышленных классификаторов природных и искусственных камней, а также на иерархическом построении комплекта их свойств (общих, физико-механических, химико-минералогических, технологических, эксплуатационных и коммерческих).

7. Интегрированная компьютерная система "Мозаика" является примером приложения комплекса ART-CAD-CAM для дизайна, технического проектирования и подготовки производства наиболее трудоемких декоративно-художественных мозаичных панно из цветных камней, обеспечивающего высокое и стабильное качество и снижение себестоимости изделий, сокращение срока выполнения заказов и достижение, таким образом, конкурентоспособности продукции камнеобрабатывающих предприятий.

8. Рассчитанные значения рентабельности мелкосерийного производства мозаичных изделий с рельефными элементами из цветного камня являются характерными для' многих современных высокотехнологичных отраслей промышленности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные выводы и рекомендации по результатам работы

В диссертационной работе на основании теоретического обобщения современных принципов создания и тенденций развития гибких компьютерно-интегрированных дискретных производств решена крупная научно-техническая проблема, имеющая важное для отечественной камнеобрабатывающей отрасли хозяйственное значение и состоящая в разработке методологии системного проектирования и технологической подготовки промышленного производства сложных изделий из природного камня на основе модульной конструкторско-технологической базы и компьютерных средств информатизации предприятий.

Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие основные выводы и дать практические рекомендации:

1. Особенности функционирования рынка природного камня, технологии и организации его добычи и обработки, все обостряющаяся конкуренция в отрасли обуславливают необходимость создания гибких систем организации производства, адаптированных к изменениям внутренней и внешней среды предприятий и обеспечивающих конкурентоспособность их продукции в рыночных условиях хозяйствования.

2. Анализ мирового уровня камнеобрабатывающей отрасли и тенденций ее развития показал, что современная научная школа технологии камнеобработки находится на стадии становления, в частности:

- не сформулированы системные принципы гибкой автоматизации камнеобрабатывающих производств;

- не разработаны единые принципы, методы и программные средства для комплексного использования современных информационных технологий в художественных, технических, производственно-технологических и организационно-управленческих бизнес-процессах камнеобрабатывающих предприятий.

3. Решение первоочередной проблемы обеспечения конкурентоспособности российской камнеобрабатывающей промышленности должно базироваться на следующих системных принципах:

- научной методологии создания эффективной системы технологического обеспечения производственного процесса с использованием модульного построения всех ее элементов;

- комплексного использования методов и средств компьютерных технологий на всех стадиях жизненного цикла выпускаемой продукции.

4. Базовой компонентой гибкого компьютерно-интегрированного камнеобрабатывающего производства является система автоматизированного проектирования новой продукции и технологической подготовки ее производства (CAD-CAM или САПР-АСТПП), формирующая единое информационное пространство предприятия, использование которого позволяет повысить технико-экономическую эффективность производства, определяемую:

- ростом фактической производительности труда работников за счет увеличения объема выпуска продукции;

- повышением качества изделий при оптимизации их проектных разработок и технологических процессов изготовления;

- квадратичным ростом эффекта использования требуемых финансовых затрат (инвестиций) при оптимальной стратегии внедрения компьютерных систем на действующих предприятиях;

- масштабностью внедрения и степенью распространения средств САПР-АСТПП в. среде взаимосвязанных производств на предприятиях компании.

5. Систематизация изделий из камня как объектов гибкого автоматизированного камнеобрабатывающего производства, оснащенного современным оборудованием и средствами информационных технологий, позволяет рекомендовать:

- на этапах дизайнерского и конструкторского проектирования использовать классификацию изделий из камня по геометрическому признаку, отражающую методы разработки сложных композиций и формообразования их деталей с помощью компьютерной системы графического твердотельного моделирования;

- на этапе технологического проектирования переходить к классификации геометрических форм поверхностей деталей из камня, получаемых в процессе обработки, и поверхностей соединения смежных деталей при сборке (монтаже) изделий, применяя при этом методы и средства компьютерных систем графического поверхностного моделирования.

6. Свое служебное назначение детали промышленных изделий из камня выполняют с помощью специально предназначенных для этого исполнительных поверхностей - базирующих и рабочих, вместе с объединяющими их в единое пространственное тело связующими поверхностями, классификация которых позволила:

- привести все конструктивно-геометрические схемы базирующих поверхностей деталей к 12 типам;

- разработать 14 Конструктивных модулей соединения деталей при сборке изделий, каждый из которых характеризуются его кодом, материалом соединяемых деталей, размерами базирующих поверхностей и способом соединения (типом крепления);

- привести неограниченное множество рабочих поверхностей деталей из камня по геометрическому признаку к 6 группам простой и 12 группам сложной формы, для изготовления которых может быть разработана эффективная групповая технологическая система;

- разработать систему типовых модулей рабочих поверхностей деталей, которые характеризуются их кодом, размерами, соотношением размеров пропорциями), классом точности размеров (квалитетом) и формы, фактурой (классом шероховатости);

- выделить группы рабочих поверхностей деталей из камня, требующих сложных видов декоративно-художественной обработки, а затем объединить их в специализированные интегрированные системы дизайна, конструирования и технологической подготовки производства (системы "Гравер", "Грань", "Мозаика", "Рельеф", "Ротонда" и "Скульптура").

7. Системное описание изделий с помощью модулей соединения деталей и модулей поверхностей каждой детали позволили создать методологию компьютерного проектирования конкурентоспособных изделий из камня с оценкой качества выполнения каждого этапа, в частности:

- при техническом проектировании разрабатывается твердотельная модель изделия и осуществляется в интерактивном режиме разделение ее на сборочные единицы и детали;

- затем формируется ориентированный граф структурной модели изделия и строятся конструкторские пространственные размерные цепи, при расчете которых определяются допуски на основные размеры всех входящих в изделие деталей;

- при рабочем проектировании деталей на твердотельной модели каждой из них выделяются исполнительные и связующие поверхности, которые определяются кодами соответствующих типовых модулей поверхностей и их параметрами;

- затем строятся ориентированные графы структурных моделей деталей и рассчитываются размерные цепи, координирующие модули поверхностей каждой детали, в которых замыкающими звеньями становятся основные размеры, полученные из ранее рассчитанных размерных цепей изделия, в результате определяются допуски на размеры и форму каждой детали;

- создаются в автоматизированном режиме рабочие чертежи деталей, представленные в виде взаимосвязанных модулей поверхностей, и готовится другая необходимая конструкторская документация.

8. Методология проектирования системы технологического обеспечения камнеобрабатывающего производства, не зависящего от служебного назначения и конструкции изделий, базируется на описании с помощью графов функциональных связей между компонентами иерархической структуры производственного процесса (изделие - деталь - заготовка - технологический процесс - технологическая система); каждый из этих компонент строится на модульном принципе, в частности:

- технологическое обеспечение процессов изготовления деталей включает в себя модульные технологические процессы, оборудование, инструменты и оснастку для формообразования модулей поверхностей деталей, а также модули технологических баз, с помощью которых однозначно определяется положение заготовки в технологической обрабатывающей системе "станок - инструмент —деталь".

9. Ограниченное количество типов модулей поверхностей деталей и модулей их соединения в изделиях из камня позволяет создавать компьютерные библиотеки типовых параметризованных программно-технологических модулей (ПТМ) - инструментальных переходов, разрабатываемых с учетом лучших достижений мирового камнеобрабатывающего производств;

- на базе типовых ПТМ на каждом предприятии следует выполнить разработку собственных высокоэффективных технологических модулей, сопоставимых с используемыми в качестве эталона операциями, которые могут быть использованы при сертификации уровня технологического обеспечения данного предприятия в соответствии со стандартами ISO 9001.

10. На основе системного анализа объектов и разработки модульных технологических процессов сформулированы принципы организационно-технологического проектирования камнеобрабатывающих производств с разными объемами и программами выпуска изделий, а также определены требования к автоматизированному оборудованию, инструменту и оснастке, необходимых для технологического обеспечения этих производств, в частности:

- для возможности реализации модульных технологических процессов при мелкосерийном и единичном производствах необходимы гибко переналаживаемые многооперационные камнеобрабатывающие станки типа "обрабатывающих центров" с компьютерными системами программного управления и гибкие производственные модули, которые состоят из станков с программным управлением, оснащенных автоматизированными за-грузочно-разгрузочными устройствами.

11. Конкурентоспособное качество изделий из камня, а также приобретаемых предприятием средств камнеобрабатывающего производства (материалов, технологического оборудования, инструментов и оснастки для изготовления изделий, компьютерного обеспечения для систем проектирования и подготовки производства и других) определяется степенью удовлетворения запросов и ожиданий потребителей;

- анализ требований потребителей выполняется методом экспертных оценок, основанным на научных принципах нечеткой логики и применении специальных программ маркетинговых исследований для аналитического расчета сравнительных характеристик (рейтингов) объектов производства.

12. Экспериментально-учебная интегрированная компьютерная система автоматизированного проектирования и подготовки производства промышленных изделий из камня, построенная с применением в качестве базовых средств наиболее доступных для отечественных камнеобрабатывающих предприятий графических программных систем среднего уровня интеграции на платформе Windows, включает в себя:

- комплекс программных средств дизайна (ART), конструкторского проектирования (CAD) и технологической подготовки производства (САМ) разнообразных по назначению и исполнению изделий;

- программное средство информационной поддержки и управления производственными процессами (PDM).

13. Разработаны структура, алгоритмы функционирования, основные компоненты программного и информационного обеспечения для приложений интегрированной компьютерной системы ART-CAD-CAM, предназначенных для поддержки процесса дизайна и конструкторско-техноло-гического проектирования изделий из камня со сложной геометрической формой и с разными способами художественной обработки поверхностей; программные приложения включают в себя в частности:

- систему "Мозаика", обеспечивающую дизайнерскую разработку и кон-структорско-технологическую подготовку производства мозаичных изделий с разной техникой исполнения из цветных камней;

- электронный каталог "Цветные камни", содержащий общие характеристики, графические текстуры, минералогические, физико-технические, технологические, эксплуатационные и другие свойства наиболее применяемых видов облицовочных и поделочных камней.

14. Внедрение разработанной методологии компьютерного проектирования и технологической подготовки производства сложных изделий (на примере специализированного производственного участка для мелкосерийного изготовления декоративных изделий с рельефной мозаикой из цветного камня) позволяет получить технико-экономические характеристики, соответствующие современным высокотехнологичным отраслям промышленности.

15. Освоение отечественными камнеобрабатывающими предприятиями разработанных системных принципов, научных методов и программных средств, необходимых для создания гибких компьютерно-интегрированных производств, должно осуществляться поэтапно:

- на начальных этапах необходима компьютеризация процессов проектирования и подготовки производства новой продукции посредством освоения интегрированных систем типа ART-CAD-CAE-CAM-PDM, позволяющих организовать информационные потоки предприятия на всех стадиях производственного процесса;

- на последующих этапах целесообразно встраивание этих систем в автоматизированную систему управления предприятием и планирования производства (ERP);

- важным этапом становится целевая подготовка специалистов разных направлений и уровня квалификации для камнеобрабатывающих и смежных с ним производств.

1. Аверьянов О.И. Модульный принцип построения станков с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1987. - 232 с.

2. Александров В.А. Обработка природного камня алмазным дисковым инструментом. Киев: Изд-во "Наукова думка", 1979. - 240 с.

3. Алиев В.Э. Обработка графической информации на ПЭВМ. М.: Изд-во МФТИ, 1996.-506 с.

4. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001. - 368 с.

5. Бакка Н.Т., Ильченко И.В. Облицовочный камень: Справочник. М.: Недра, 1992. - 303 с.

6. Бреховских С.М., Просолов А.П., Солинов В.Ф. Функциональная компьютерная систематика материалов, машин, изделий и технологий. М.: Машиностроение, 1995. - 552 с.

7. Будумян К.Л., Мерян Ф.А., Барсегян Э.Е. Оборудование для добычи и обработки природного камня: Каталог-справочник. М.: ЦНИИТЭСтрой-маш, 1987.-230 с.

8. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем / 2-е изд. М.: Наука, 1978.-399 с.

9. Г. Буч. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения / Пер. с англ. М.: Изд-во "Конкорд", 1992. - 519 с.

10. Ю.Бычков Г.В. Проблемы производства камнеобрабатывающего алмазного инструмента в России. // Добыча, обработка и применение природного камня: Сб. научн. трудов. Магнитогорск: МагГТУ, 2005. С. 226 -233

11. Васильев А.Л. Модульный принцип формирования техники. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 238 с.

12. Васильев В.Н., Садовская Т.Г. Организационно-экономические основы гибкого производства. М.: Высшая школа, 1988. - 271 с.

13. Викторов A.M., Викторова Л.А. Природный камень в архитектуре. -М.: Стройиздат, 1983. 160 с.

14. Волуев И.В., Сычев Ю.И., Ткач В.Р. Безотходная технология добычи и обработки блочного природного камня. М.: Недра, 1994. - 192 с.

15. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем: Учебник. С.- Петербург, Изд-во "Питер", 2001. - 384 с.

16. Ганицкий В.И., Ткач В.Р., Эйрих В.И. Проблемы организационно-технологического развития камнедобывающих предприятий. // Горный журнал, 2001, №3. С. 6 10

17. Гибкое автоматическое производство / В.О. Азбель, В.А. Егоров, А.Ю. Звоницкий и др. М.: Машиностроение, 1985. - 454 с.

18. Голованов Н.Н. Геометрическое моделирование. М.: Изд-во физико-математической литературы, 2002. - 472 с.

19. Горнев В.Ф. Информационная интеграция производств. // Компьютерная хроника, 1999, №3. С. 3 24

20. К.Ф. Грей, Г.У. Ларсон. Управление проектами: Практическое руководство / Пер. с англ. М.: Изд-во "Дело и Сервис", 2003. - 923 с.

21. Давтян К.Д., Левковский Г.Л. Технология алмазно-канатного пиления и комплексное использование минерального сырья / Под ред. акад. К.Н. Трубецкого. М.: ИПКОН РАН, 2004. - 288 с.

22. Дмитров В.И. Опыт внедрения CALS за рубежом. // Автоматизация проектирования. 1997, №1. С. 3 9

23. Добыча и обработка природного камня / Под общ. ред. Смирнова А.Г., М.: Недра, 1990. - 445 с.

24. Дружинский И.А. Концепция конкурентоспособных станков. М.: Машиностроение, 1990. - 247 с.

25. Инструментальные системы автоматизированного производства: Учебник / Р.И. Гжиров, В.А. Гречишников, В.Г. Логашев и др. С.-Петербург: Политехника, 1993. - 339 с.

26. Казарян Ж. А. Природный камень: добыча, обработка, применение / Справочник. М.: Г.К. Гранит, Петрокомплект, 1998. - 252 с.

27. Карасев Ю.Г. Технология горных работ на карьерах облицовочного камня. М.: Недра, 1995. - 198 с.

28. Картавый Н. Г., Сычев Ю.И., Волуев И.В. Оборудование для производства облицовочных материалов из природного камня. М.: Машиностроение, 1988. -240 с.

29. Киреев В.И. Интегро-дифференциальный метод приближения функций алгебраическими многочленами // Вычислительные технологии. Новосибирск, ИВТ СО РАН, т.2, №6, 1993. С. 12 - 15

30. КОМПАС решения АСКОН для проектирования и изготовления: Электронная версия на CD. - С.-Петербург: АО "АСКОН", 2004

31. Косолапов А.И. Технология добычи облицовочного камня. Красноярск: Изд-во КрГУ, 1990. - 187 с.

32. Круглов Г.А., Шишков Г.М. Управление качеством: Учеб. пособие. -М.: Изд-во МГТУ "Станкин", 1999. 234 с.

33. Кузьмин В.В., Деревьева А.Н. Моделирование размерных связей в технологических процессах механической обработки. // Сб. "Технологические проблемы в современном машиностроительном производстве". М.: МГТУ "Станкин", 1998. С. 82-89

34. Логашев В.Г. Технологические основы гибких автоматических производств. Л.: Машиностроение, 1985. - 176 с.

35. Мазур И.И., Шапиро В.Д. и др. Реструктуризация предприятий и компаний: Справочное пособие / Под ред. И.И. Мазура. М.: Высшая школа, 2000.- 587 с.

36. Мелихов А.Н., Берштейн Л.С., Коровин С .Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М.: Наука, 1990. - 272 с.

37. Миков И.Н., Дроздов В.И, Павлов Ю.А. Компьютерная технология и оборудование для художественного гравирования облицовочных и поделочных камней. // Горный информационно-аналитический бюллетень, №3.- М.: Изд-во МГГУ, 2000. С. 199 204

38. Миков И.Н., Морозов В.И, Павлов Ю.А. Технологические принципы растрового факсимильного механического копирования. // Автоматизация и современные технологии, №3, 2000. С. 18-23

39. Митрофанов С. П. Групповая технология машиностроительного производства. В 2-х т. Д.: Машиностроение, 1983. - 404 с. ( Т.1); - 376 с.( Т.2)

40. Моисеев Н.И. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981. -488 с.

41. Морозов В.И., Павлов Ю.А., Кривоносов А.В. Современные методы организации и технической подготовки ювелирного производства. // Драгоценные металлы. Драгоценные камни, №9 (141), 2005. С. 65-71

42. Морозов В.И., Павлов Ю.А. Состояние и перспективы кадрового обеспечения высоких технологий в камнеобрабатывающих, гранильных и ювелирных производствах России. // Драгоценные металлы. Драгоценные камни, 2004, №5 (125). С. 126 136

43. Нерум Ю.М. Логистика: Учебник для ВУЗов / 3-е изд. М.: Изд-во "Юнити-ДАНА", 2003. - 495 с.

44. Осколков В.А. Облицовочные камни месторождений СССР. М.: Недра, 1984. - 192 с.

45. Основы современных компьютерных технологий: Учеб. пособие / Под ред. А.Д. Хомоненко. С.-Петербург: Изд-во "Корона принт", 1998. - 448 с.

46. Оценка технического уровня и конкурентоспособности станкостроительной продукции: Рекомендации Р50-128-92. Госстандарт РФ. М.: Изд-во стандартов, 1993. - 37 с.

47. Павлов Ю.А. Анализ изделий камнеобрабатывающего производства с позиций их компьютерного проектирования. // ГИАБ, №3. М.: Изд-во МГГУ, 2004. С. 128-134

48. Павлов Ю.А. Интегрированная компьютерная система проектирования и подготовки производства декоративно-художественных и ювелирных изделий из цветного камня. // ГИАБ, №5. М.: Изд-во МГГУ, 2005. С. 273-279

49. Павлов Ю.А. Использование прогрессивных технологий обработкидекоративно-художественных изделий в камнеобрабатывающих производствах. // ГИАБ, №3, М.: Изд-во МГГУ, 2000. С. 225-229

50. Павлов Ю.А. Компьютерные системы проектирования и подготовки производства промышленных изделий из камня: Учеб. пособие в 3-х частях. Ч. 1. Научные основы, методы и средства создания программных приложений. М.: МГГУ, 2002. - 108 с.

51. Павлов Ю.А. Модульная система технологического обеспечения производства сложных изделий из камня. // ГИАБ, №6. М.: Изд-во МГГУ,2005. С. 297-303

52. Павлов Ю.А. Научные проблемы организации промышленного производства изделий из природного камня на основе современных информационных технологий. // ГИАБ, № 9. М.: Изд-во МГГУ. 2006. С. 358-366

53. Павлов Ю.А. Система организационно-технологического управления гибкими объектами в компьютерно-интегрированном камнеобрабатывающем производстве. // ГИАБ, № 4. М.: Изд-во МГГУ, 2006. С. 48-56

54. Павлов Ю.А. Системная классификация изделий камнеобрабатывающего производства. // Камень вокруг нас, №12, 2006. Екатеринбург: Ассоциация "Центр камня", 2006. С.26-30

55. Павлов Ю.А. Системные методы обеспечения конкурентоспособного качества сложных промышленных изделий из природного камня. // Известия вузов. Горная промышленность, № . Екатеринбург: Изд-во УГГУ,2006. С.- (в печати)

56. Павлов Ю.А., Ахрамов Д.В., Пызин А.В. Применение современных информационных технологий при подготовке производства и управлении ювелирными предприятиями. // Драгоценные металлы. Драгоценные камни, 2004, №7(127). С. 127 135

57. Павлов Ю.А., Лобанев С.А., Шайкин П.К. Компьютерная база "Цветные камни" для системы автоматизированного проектирования и подготовки производства. // Горный информационно-аналитический бюллетень №9 . М.: Изд-во МГГУ, 2000. С. 250 - 253

58. Павлов Ю.А., Манюшин Р.А., Шайкин П.К. Комплекс программных средств для создания и конструкторско-технологической подготовки производства художественных изделий. // Горный информационно-аналитический бюллетень, №6. М.: Изд-во МГГУ, 1999. С. 123 - 125

59. Павлов Ю.А., Кривоносов А.В. Методы достижения качества сложных изделий из камня на стадии художественного и технического проектирования. // Сб. "Технология художественной обработки материалов". -М.: МГАПИ, 2006, с. 51-56

60. Павлов Ю.А., Ткач В.Р. Организация камнеобрабатывающего производства с использованием информационных технологий. М.: ИКФ "Каталог", 2006. - 358 с.

61. Першин Г.Д., Караулов Г.А., Караулов Н.Г. Добыча блоков мрамора алмазно-канатными пилами: Учеб. пособие. Магнитогорск, Изд-во МГТУ, 2003. - 103 с.

62. Першин Г.Д., Сердюков В.В., Гуров М.Ю. Основные критерии процесса обработки природного камня алмазно-абразивным инструментом. // Сб. научных трудов "Добыча обработка, применение природного камня". -Магнитогорск, Изд-во МагГТУ, 2001. С. 109 119

63. Потемкин А. Инженерная графика / 2-е изд. М.: Изд-во "Лори", 2002.- 446 с.

64. Потемкин А. Трехмерное твердотельное моделирование. М.: Компьютер Пресс, 2002. - 296 с.

65. Пугачев Б. И. , Мещанинов А. В. Отделка зданий природным камнем.- Л.: Стройиздат, 1996. 184 с

66. Путолова Л. С. Самоцветы и цветные камня. М.: Недра, 1991. - 192 с.

67. Дж. Пьюполо. OLE: создание элементов управления. Киев, BHV, 1997.-429 с.

68. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. М.: Энергия, 1975. - 375 с.

69. Раннев В.Р. Интерьер: Учеб. пособие для архитектурных спец. ВУЗов.- М.: Высшая школа, 1987. 232 с.

70. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород: Учебник. -М.: Недра, 1984.-358 с.

71. Российский комплекс программ T-Flex CAD/CAM/CAE/PDM. М.:

72. АО "Топ Системы", 2004. 52 с.

73. Рыбаков А.В. Обзор существующих CAD/CAE/CAM-систем для решения задач компьютерной подготовки производства. // Информационные технологии, 1997, №3. С. 2 8

74. Рыбаков А.В., Евдокимов С.А., Мелешина Г.А. Создание автоматизированных систем в машиностроении: Учеб. пособие. М.: МГТУ "Станкин", 2001. - 157 с.

75. М. Дж. Салтон. Корпоративный документооборот: Принципы, методология, технология внедрения. С.-Петербург, Изд-во "Азбука", 2001. -448 с.

76. Синельников О.Б. Природный облицовочный камень: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГГУ, 2000. - 361 е.

77. Степанов А.В., Малыгин В.И., Иванов Г.И. Объемно-пространственная композиция: Учебник. М.: Стройиздат, 1993. - 256 с.

78. Сычев Ю. И., Берлин Ю.Я. Шлифовально-полировальные и фрезерные работы по камню: Учебник для СПТУ. М.: Стройиздат, 1985. - 312 с.

79. Сычев Ю.И. Достижения и перспективы технологического прогресса в промышленности облицовочного камня. // Горный журнал, 2000, №3. С. 3 5

80. Тарасов В.Г. Агенты, многоагентные системы, виртуальные сообщества: Стратегическое направление в информатике и искусственном интеллекте. // Новости искусственного интеллекта, 1998, № 2. С. 5 63

81. Технология облицовочных работ природным камнем / Под общ. редакцией А.Г. Левина. М.: Изд-во "Атолл", 2001. - 152 с.

82. Тимирязев В.А. Современные методы расчета размерных связей технологических систем и машин // Сб. "Технологические проблемы в современном машиностроительном производстве". М.: МГТУ "Станкин", 1998. С. 75-81

83. Ткач В.Р. Проблема реконструкции и технического перевооружения предприятий по добыче и обработке природного камня. // Сб. "Организация, управление и экономика добычи и переработки природных строительных материалов". М., МГГУ, 2001. С. 31 - 36

84. Ткач В.Р., Назаренко С.В., Волуев И.В. Некоторые направления научно-технического прогресса в камнеобработке. // Камень и бизнес, 2001, №3. С. 9 12

85. Ткач В.Р., Федорин В.Ю., Назаренко С.В. Организация и планирование камнеобрабатывающего производства. М.: Руда и металлы, 2003. -176 с.

86. Трапезников В.А. Управление и научно-технический прогресс. М.: Наука, 1983.-223 с.

87. Федорин В.Ю. Маркетинг природного камня: Научно-методические разработки. М.: Недра коммюникейшн ЛТД, 2001. - 200 с.

88. Федотенок А.А. Кинематическая структура металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1975. - 403 с.

89. Фролов К.В., Сергеев В.И., Гафт М.Г. Многокритериальный подход к оценке технического уровня. // Машиноведение, 1986., №6. С. 3 8

90. Черемных С.В., Семенов И.О. Ручкин Л.С. Структурный анализ систем: IDEF-технологии. М.: Финансы и статистика, 2002. - 192 с.

91. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение, 1973. - 640 с.

92. А.-В. Шеер. Бизнес-процессы: Основные понятия, теория и методы / Пер. с англ., 2-е изд . М.: Весть-Метатехнология, 1999. - 152 с.

93. Яблочников Е.И. Организация единого информационного пространства технической подготовки производства с использованием PDM "SmarTeam". // Информационные технологии в проектировании и производстве, 2001, №3. С. 22 29

94. Guide for Catalog of Natural Stones: ICONS 98. www.natural-stone.com

95. Lee H., Shino H., Ito Y. Market Competitiveness Evaluation of Machining Centers by Multidimensional Vectors. // ISME International Journal, Series C, vol.40, № 1, 1997. P. 163 -169

96. C. Montani. Stone 2004. // World marketing Handbook. Italy: Gruppo Editoriale Faenza Editrice S.p.A., 2004

97. Morosov V.I., Micov I.N., Pavlov J.A. Computer Technology of Facsimile Machine Cold Forging for Ductile Metals and Alloys. // 4 International Symposium "Mining and Environmental Protection": МЕР, 2003. Beograd University, 2003. P. 3

98. L.Piegl. On NURBS: A Survey. // IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 11, No. 1, Jan 01, 1991. P. 55-71