автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Управление качеством процесса проектирования технологической оснастки на основе практической стандартизации проектных решений

На правах рукописи

/и / • /

/ ! ДО' , / ■:'

ЯКИМОВИЧ Екатерина Николаевна

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ НА ОСНОВЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

Специальность: 05.02.23 - Стандартизация и управление

качеством продукции

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 1 НОЯ 2010

Тула-2010

004612079

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Ямникова Ольга Александровна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Протасьев Виктор Борисович

кандидат технических наук Губарев Павел Валерьевич

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет»

Защита состоится ноября 2010 г. в 14-00 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО "Тульский государственный университет" (300012 г. Тула, пр. Ленина, 92, 9-101)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Тульский государственный университет" (300012 г. Тула, пр. Ленина, 92).

Автореферат разослан " /-е- октября 2010 г.

Учёный секретарь . у А¿¿х/' -_

диссертационного совета • А.Б. Орлов

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы на предприятиях машиностроения отмечается рост числа деталей изделий, вызванный повышением сложности выпускаемой продукции и расширением ее номенклатуры, что приводит к необходимости разработки большего количества технологической оснастки. Рост номенклатуры оснастки влечет увеличение затрат на технологическую подготовку производства, в том числе из-за объема проектно-конструкторских работ, привлеченного персонала, задействованного оборудования, режущего и измерительного инструмента, .материалов, сортамента.

Качество применяемого в производстве технологического оснащения и технологической оснастки существенно влияет на качество новых изделий.

Уровень качества технологической оснастки и сроки технологической подготовки производства определяются преемственностью разрабатываемой конструкции, что влияет на экономию трудовых и материальных ресурсов при создании новой оснастки. Стандартизация проектных решений на предприятиях позволяет закрепить в новых конструкциях оснастки все лучшее, что создано ранее, и всесторонне проверено в производстве и эксплуатации.

В производственной практике степень стандартизации технологической оснастки определяется не только объективными причинами, но и субъективными. Среди субъективных причин снижения степени стандартизации можно выделить следующие: потеря преемственности проектных решений, отсутствие структурированности архивов и резервирования конструкторской документации.

Такой аспект практической стандартизации, как унификация, на основе установления и применения параметрических рядов, базовых конструкций, конструктивно-унифицированных блочно-модульных составных частей технологической оснастки с использованием 30 библиотек деталей и узлов не только позволяет повысить качество и сократить сроки технологической подготовки производства, но и создает условия для развития специализации и кооперирования производства, снижения себестоимости изделий основного производства.

Поэтому задача разработки комплекса мероприятий по повышению качества технологической оснастки, учитывающего практическую стандартизацию и позволяющего устранить возникающие несоответствия, а также сократить временные и трудовые потери, является актуальной.

Цель работы заключается в повышении качества проектирования технологической оснастки на основе количественной оценки состояния унификации основных узлов и деталей, агрегирования и блочно-модульного проектирования, и в сокращении сроков процесса проектирования на основе достижения преемственности проектных решений.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1. Выполнить структурно-функциональное моделирование процесса проектирования технологической оснастки с целью выявления управляющего воздействия степени стандартизации.

2. Выявить зависимость временных потерь на создание технологической оснастки от степени стандартизации и определить пути их снижения.

3. Разработать методику оценки степени стандартизации технологической оснастки на основе преемственности проектных решений.

4. Разработать модель управления процессом разработки конструкторской документации на технологическую оснастку на основе методики оценки степени ее стандартизации с помощью такого инструмента поддержки принятия решения при проектировании, как интеллектуального модуля.

5. Выполнить совершенствование процесса проектирования технологической оснастки, направленное на сокращение сроков разработки конструкторской документации, обусловленное повышением степени стандартизации.

Методы и средства исследования. При выполнении работы использовались научные положения всеобщего управления качеством, основы систе-могенетики, методологии структурно-функционального моделирования ШЕР, методологические концепции системотехники и искусственного интеллекта, методологии функционально-стоимостного анализа.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:

1. Структурно-функциональная модель процесса проектирования технологической оснастки, позволившая выявить влияние степени стандартизации технологической оснастки на качество процесса и раскрыть поэтапное воздействие несоответствий в конструкторской документации на общее время разработки технологической оснастки.

2. Пути снижения временных потерь при проектировании технологической оснастки, включающие унификацию проектных решений, агрегирование и блочно-модульное проектирование, обоснованные математической моделью временных потерь, учитывающей степень стандартизации технологической оснастки.

3. Математическая модель такого параметра качества, как коэффициент стандартизации изделия, позволяющая объективно управлять временными потерями в процессе проектирования технологической оснастки.

4. Методика оценки степени стандартизации проектных решений технологической оснастки на основе применения знаний и опыта, накопленных на производстве в процессе создания оснастки, представленных в виде 30-библиотек стандартизованных деталей и узлов изделия, позволяющая повысить преемственность конструкторских решений при проектировании оснастки.

5. Мифологическая и структурная модель процесса выбора прототипа технологической оснастки с использованием преемственности конструкций

оснастки на базе 3D моделей, ставшая основой интеллектуального модуля поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки.

6. Интеллектуальный модуль автоматизированной системы как инструментарий по повышению степени стандартизации технологической оснастки с целью снижения временных потерь при проектировании, позволивший учесть накопленный опыт на предприятии в области конструирования оснастки, сократить сроки и повысить качество разработки проектных решений за счет использования ЗЭ-библиотек стандартизованных деталей и узлов оснастки.

Научная новизна результатов исследования:

Раскрыта функциональная зависимость качества процесса проектирования технологической оснастки от степени практической стандартизации проектных решений и установлены закономерности формирования коэффициента стандартизации, учитывающего взаимосвязь процессов унификации, агрегирования и блочно-модульного проектирования.

Отличие данной работы от исследований в области стандартизации конструкций изделий, выполненных Новиковой М.В. (2006 г.), Балаше-вой Ю.В. (2007 г.), Кахутиным П.В. (2004 г.) и Красновым A.A. (2007 г.), заключается в раскрытии зависимости качества проектирования технологической оснастки от степени ее унификации, функционально-узлового проектирования и агрегирования, с учетом функциональных характеристик разрабатываемой конструкции оснастки, выявлении причинно-следственных взаимосвязей между рисками и несоответствиями, возникающих на этапах разработки технологической оснастки.

Теоретическое значение результатов работы заключается в том, что разработанная методика оценки степени стандартизации проектных решений, основанная на количественной оценке состояния унификации основных узлов и деталей, агрегирования и блочно-модульного проектирования, углубляет и конкретизирует область применения методов системогенетики.

Практическое значение результатов работы. Предложенная методика оценки степени стандартизации конструкций технологической оснастки на основе применения знаний и опыта производства, представленных в виде ЗБ-библиотек стандартизованных проектных решений, и реализованная в форме интеллектуального модуля автоматизированной системы принятия решений при проектировании оснастки, позволяет сократить сроки и повысить качество процесса технологической подготовки производства.

Реализация работы. Результаты данной работы внедрены на ОАО «НПО «Стрела» (г. Тула).

Рекомендации об использовании результатов работы. Результаты работы могут использоваться для совершенствования систем технологической подготовки производства в области проектирования технологической оснастки машиностроительных предприятий, а так же для повышения степе-

ни квалификации разработчиков технологической оснастки в машиностроительном производстве.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2007-2010 гг.; международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника» (г. Тула) в 2008 г.; международной научно-технической конференции "Автоматизация: Проблемы, Идеи, Решения (АПИР)" (г. Тула) в 2006 и 2007 гг.; международной молодежной научной конференции "Гагаринские чтения" (г. Москва) в 2006, 2007, 2008 и 2009 гг.; магистерских научно-технических конференциях ТулГУ (г. Тула) в 2006, 2007 и 2008 гг..

Публикации. По тематике исследований опубликовано 8 работ, из них 2 без соавторов и 5 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Содержит 108 страницы машинописного текста, 30 таблиц, 43 рисунков, список литературы из 108 наименований и приложений на 1 странице. Общий объем диссертации 126 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена ее структура и кратко раскрыто содержание глав диссертации.

В первой главе описано состояние исследуемого вопроса, обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования и конкретизирована задача, решаемая в диссертации. Проанализирован процесс разработки и методы управления качеством конструкторской документации, применен системотехнический подход к процессу проектирования изделия и вопросам обеспечения стандартизации технологической оснастки.

На основе обобщения производственного опыта, анализа нормативных документов по конструкторско-технологической подготовке производства и теоретических положений современной технологии машиностроения, изложенных в трудах Ю.Д. Амирова1, Д.И.Полякова, Б.Л. Бенцмана, В.Д. Битюкова, В.В. Бойцова, В.П. Копнякова, М.П. Моисеевой, A.M. Омарова, А.И. Соловьева и др., раскрыта сущность задачи стандартизации изделий. Ряд работ посвящен вопросам повышения качества проектных решений посредством обеспечения технологичности конструкций деталей машин, с учетом их технологической унификации на этапах проектирования. Это работы Новиковой М.В. и Балашевой Ю.В. Работа Григорьевой Н.С. посвящена методам повышения качества конструкторской документации изделий на основе выбора оптимальной стратегии выполнения нормоконтроля в зависимости от конкретных производственных условий.

1 Амиров Ю.Д. Основы конструирования: Творчество - стандартизация - экономика: Справочное пособие /Ю.Д. Амиров // - М,: «Издательство стандартов», 1991. - 392 с.

В работе Кахутина П.В. показана модель системы поддержки принятия решений при проектировании изделий на основе применения хранилищ данных с целью повышения качества технологической подготовки производства, а также сокращения сроков и снижения материальных затрат при формировании их технологических процессов.

Проектирование технологической оснастки с применением стандартов предприятий с учетом структуры и взаимосвязей между основными деталями конструкции наиболее полно рассмотрено в работе Краснова A.A.

В указанных работах не учитывалась многосвязность процессов, определяющих качество проектных решений. К этим процессам относят практическую стандартизацию, включающую унификацию, функционально-узловое проектирование, агрегирование деталей и узлов технологической оснастки. В представленной работе рассмотрены две разновидности унификации: внутри-проектная и межпроекгная. Внугрипроектная унификация охватывает комплекс работ по упорядочиванию применяемых материалов (марки) и составных частей исполнения (детали, сборочные единицы). Межпроектная унификация охватывает множество компонентов различных исполнений изделия, формируемых на основе его базовой модели одного вида — внутривидовая унификация.

С целью выявления многосвязности процессов стандартизации проектных решений в работе проведен анализ нормативно-технической документации и построена семантическая модель состояния стандартизации в области качества изделий (рисунок 1).

Отработка изделий, в том числе и технологической оснастки на технологичность включает в себя симплификацию составных частей и материалов изделий, унификацию, которые определяются ГОСТ 23945.0-80, а так же конструктивную преемственность, которая соответствует ГОСТ 14.004-83.

Во второй главе выполнено структурно-функциональное моделирование процесса проектирования технологической оснастки, позволившее выявить влияние степени стандартизации технологической оснастки на качество процесса и раскрыть поэтапное воздействие несоответствий в конструкторской документации на общее время разработки технологической оснастки, выявлены пути снижения временных потерь при проектировании технологической оснастки, включающие унификацию проектных решений, агрегирование и блочно-модульное проектирование, обоснованные математической моделью временных потерь, учитывающей степень стандартизации технологической оснастки, а так же разработана математическая модель такого параметра качества, как коэффициент стандартизации изделия, позволяющая объективно управлять временными потерями в процессе проектирования технологической оснастки, и разработана методика оценки степени стандартизации проектных решений технологической оснастки на основе применения знаний и опыта, накопленных на производстве в процессе создания оснастки, представленных в виде 3 D-библиотек стандартизованных деталей и узлов изделия,

позволяющая повысить преемственность конструкторских решений при проектировании оснастки.

Рисунок 1 - Семантическая модель технической подготовки производства

Технологическая подготовка производства представляет собой сложный процесс разработки и создания изделий, соответствующих требованиям заказчика. Рассмотрены возможности сокращения времени технологической подготовки производства с позиции сокращения временных потерь и повышения качества проектирования деталей технологической оснастки на основе применения стандартизации.

Для нахождения путей повышения качества проектирования технологической оснастки было выполнено структурно-функциональное моделирование процесса создания оснастки (рисунок 2), которое позволило выявить несоответствия, возникающие при ее проектировании и приводящие к временным потерям в процессе конструкторской деятельности. Деятельность конструктора начинается с представления общей структуры и принципов функционирования технологической оснастки, что трансформируется в составление морфологического описания конструкции, которое позволяет выявить главные характеристики разрабатываемого изделия и всевозможные варианты его технических решений, реализующих эти характеристики.

Соответствие технологической оснастки требованиям технического задания достигается проведением анализа и отбора наиболее рациональных конструкторских решений.

Рисунок 2 - Структурно-функциональная модель процесса проектирования конструкций технологической оснастки

Процесс проектирования технологической оснастки, сопровождающийся появлением временных потерь из-за увеличения трудоемкости конструирования, включает такие стадии как подготовка - замысел - поиск - реализация.

На увеличение временных потерь при проектировании технологической оснастки оказывают влияния факторы, представленные на диаграмме Исика-вы (рисунок 3). Повышение трудоемкости на этапах проектирования технологической оснастки является следствием роста временных потерь, находящихся в зависимости от наличия и вида прототипа конструкторской документации оснастки в архиве, степени использования стандартов и аналога оснастки, уровня квалификации конструктора, а также некорректных сроков на проектирование.

В работе была разработана математическая модель временных потерь при проектировании технологической оснастки: АТ = ЛТ^аз + АТупр —> пип, а

так же взаимосвязь временных потерь и степени стандартизации оснастки, которая характеризуется коэффициентом стандартизации, учитывающий степень как официальной, так и практической стандартизации:

10 п

АТ = АТдаз + (/ - кст)■ АТупр, где АТ^аз = ^ Х^Ау — независимые вре-

к=7 ]=1

6 п

менные потери при проектировании оснастки; АТупр = V АТщ - управ-

к=1 }=1

ляемые временные потери при проектировании оснастки за счет стандарти-

п

зации технологической оснастки; АТщ = р;/ -А1у — временные потери нау-

/=/

ом этапе; ¿йц - временные потери нау'-ом этапе из-за /-го типа причины; р^ -

вероятность возникновения временных потерь у'-ом этапе из-за /-го типа причины.

Для сокращения временных потерь и снижения трудоемкости проектирования оснастки с целью упорядочения многообразий ее проектных решений необходимо применять практическую стандартизацию, включающую дифференциацию и интеграцию конструктивных решений оснастки (таблица 1). В нашем случае методы дифференциации представлены агрегированием и блочно-модульным проектированием. К методам интеграции технических решений при проектировании технологической оснастки относят унификацию и симплификацию. Показатели качества технологической оснастки на основе практической стандартизации характеризуются коэффициентами официальной и практической стандартизации.

Материальные и временные потери на стадии изготовления и испытания

Материальные и временные потери на стадии использования ТО

Недостаточная квалификация рабочего

Отсутствие инструмента и оборудования

Отсутствие своевременных документов на поступившие изменения в КД деталей изделия

Отсутствие на складе

материала и материала-заменителя

Срывы соглашений по изготовлению деталей ТО

Некорректные сроки изготовления оснастки

Недостаточная квалификация рабочего

Отсутствие необходимого оборудования

Уровень квалификации конструктора

Уровень использований

стандартов

Извещение об изменениях в КД детали поступают с опозданием

Некорректно составленное ТЗ на проектирование ТО

Вид чертежа детали

Увеличение временных потерь при создание ТО

основного производства Наличие аналога

оснастки

Уровень использования Вид аналога ТО " аналога ТО

Некорректные сроки на проектирование ТО Форс-мажорные обстоятельства

Несоответсвия в КД технологической оснастки

Рисунок 3

- Диаграмма Исикавы увеличения временных потерь при создании технологической оснастки

Таблица 1 - Формы упорядочения конструктивных решений оснастки

Форма упорядочения Содержание методического подхода к упорядочению

Увеличение разнообразия (дифференциации) конструктивных решений Образование новых сборочных единиц путем соединения деталей технологической оснастки различных исполнений (агрегирование). Формирование новых структурных образований технологической оснастки путем соединения элементов в блок-модули с ориентированными внутренними и внешними связями (блочно-модульное проектирование).

Уменьшение разнообразия (интеграция) конструктивных решений Замена нескольких элементов различного конструктивного исполнения оснастки элементами единого исполнения (унификация). Уменьшение числа разновидностей материалов деталей оснастки (симплификация).

Коэффициенты официальной и практической стандартизации определяются:

• Коэффициент официальной стандартизации: кст п ^

1°82 Е

где ЕСт.п.=Е^стп - среднее число (удельное содержание) компонентов конструкции; Е - количество деталей в технологической оснастке; Jcm п -количество стандартизованных деталей в оснастке.

• Коэффициент официальной стандартизации: кст.п. =ЦГа-ка+ ^арх ' кар.х + ШМ ' кМ + ^у 'ку ■

Коэффициент практической стандартизации характеризуется коэффициентами вида архивации прототипа технологической оснастки, унификации, блочно-модульного проектирования и агрегирования:

• Коэффициент вида архивации прототипа технологической оснастки: I, прототип оснастки в виде конструкторско - технологической модели 0,9, прототип оснастки в виде ЗЭ модели 0,7, прототип оснастки в виде 2Б модели 0,4, прототип оснастки на бумажном носителе 0. отсутствие прототипа оснастки

• Коэффициент унификации технологической оснастки: ———,

/о£2 Е

где Еу = Е^у - среднее число (удельное содержание) компонентов в группе; Е - количество деталей в технологической оснастке; Jy - количество унифицированных деталей в оснастке.

к

яарх ~

• Коэффициент блочно-модульного проектирования технологической

оснастки: к^ = где ^М ~~ количество образовавшихся модулей; А -

количество связей между элементами, образовавшиеся в результате модулирования компонентов технологической оснастки.

1 Л, / \

• Коэффициент агрегирования: ка = 1--]Г \Ма -II, где Л/ - число

М ^ ■>

элементов в технологической оснастке до агрегирования; Ма - число агрегированных элементов; ./£1 - количество агрегированных подмножеств.

Оценка коэффициента практической стандартизации учитывает степени значимости каждого показателя качества, получаемые методом попарного сравнения: капж - м*а ■ ка + м<м ■ км + ■ ку + м'арх ■ карх.

Степени значимости представленных коэффициентов зависит от уровня конкретных производственных условий. При этом соблюдаются условия приоритетов степеней значимости каждого показателя качества: IVУ > VI',, > \\'арх > . При этом степень практической стандартизации более

важен, чем степень официальной стандартизации: и'ст „>н'с/п о. При этом

+ И'Л, + Щрх + = 1 11 ™ст.п+»'ст.о = 1 ■

Качество разработанной технологической оснастки оценивается коэффициентом стандартизации, который складывается из коэффициентов официальной и практической стандартизации, а так же учитывает степени значимости каждого показателя качества: ^ст. = ™ст.о " *ст.о + и'ст.п " Кт.п.

Определение коэффициента стандартизации технологической оснастки осуществляют по разработанной методике на основе применения знаний и опыта производства, представленных в виде ЗО-библиотск стандартизованных проектных решений. На начальном этапе реализации методики осуществляется выбор прототипа технологической оснастки из базы данных. Выбранная ЗБ сборка оснастки подвергается деталировке.

Далее происходит выявление количества наименований повторившихся в оснастке унифицированных блоков и устройств (без стандартного крепежа), относящихся к изделиям данной классификационной группы - коэффициент агрегирования; коэффициент вида архивации прототипа оснастки; выявление количества новых структурных образований технологической оснастки, полученных соединением элементов в блок-модули с ориентированными внутренними и внешними связями - коэффициент блочно-модульного проектирования; оценка унификации деталей и узлов оснастки на основе проведения сравнений геометрических параметров деталей — коэффициент унификации; выявление количества стандартизованных деталей в технологической оснастке (ГОСТ, ОСТ, СтП) - коэффициент официальной стандартиза-

ции. На завершающем этапе осуществляется определение коэффициента стандартизации технологической оснастки.

Разработанная методика оценки степени стандартизации технологической оснастки была реализована в интеллектуальном модуле автоматизированной системы поддержки принятия решений, которая является эффективным средством снижения сроков разработки конструкторской документации и повышения качества проектирования оснастки, а, следовательно, и ростом экономичности производства за счет использования субъективных знаний и опыта, накопленных на предприятии.

Предложенная структура модуля (рисунок 4) включает такие функции как оценка степени соответствия прототипа из базы данных требованиям технического задания; выбор оптимального прототипа и оценка степени его стандартизации; функционально-стоимостной анализ прототипа с целью выявления излишних затрат.

Третья глава посвящена инфологическому и структурному моделированию процесса выбора прототипа технологической оснастки с использованием преемственности конструкций оснастки на базе 30 моделей, ставшая основой интеллектуального модуля поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки, а так же разработке интеллектуального модуля автоматизированной системы как инструмента по повышению степени стандартизации технологической оснастки с целью снижения временных потерь при проектировании, позволяющего учесть накопленный опыт на предприятии в области конструирования оснастки, сократить сроки и повысить качество разработки проектных решений за счет использования ЗЭ-библиотек стандартизованных деталей и узлов оснастки.

Рисунок 4 - Структура модуля интеллектуальной поддержки проектирования технологической оснастки

Для построения базы данных интеллектуального модуля была разработана ее концептуальная модель, которая предназначена для хранения технологической оснастки (рисунок 5). Структура инфологической модели штампа состоит из четырех уровней. На нижнем уровне расположены сущности, описывающие либо детали, либо неделимые узлы.

Интеллектуальный модуль был разработай на примере проектирования специальной технологической оснастки, такой как штампы холодной листовой штамповки и пресс-формы для литья из пластмасс.

Интеллектуальный модуль используется конструктором на стадии поиска в процессе проектирования оснастки и включает анализ различных вариантов конструкций технологической оснастки и выбор оптимального из них. Для разрешения проблемной ситуации по выбору прототипа технологической оснастки, соответствующего требованиям технического задания, была выбрана логическая модель представления знаний на основе исчисления предикатов. Основные характеристики оснастки указываются технологом в техническом задании на проектирование, а конструктор принимает окончательное решение, исходя из личного опыта, а также на основе проведенных интеллектуальным модулем процедур.

Параметры, определяющие конструкцию штампа, а также их весовые коэффициенты, полученные методом попарных сравнений, характеризуют степень соответствия найденной конструкции оснастки требованиям технического задания.

Степень соответствия представляется в следующем виде:

= ^ку ■8у , где ЪI - весовой коэффициент / -го штампа; кц - весовой ко-1=1

эффициент _/ -го параметра / -го штампа;

1, если совпадает со значением переменной ду

О, в противном случае

При разработке нового изделия с помощью автоматизированной системы используется база знаний, которая хранит алгоритм решения задачи поиска оптимального прототипа оснастки.

Для реализации поиска прототипа в базе данных было использовано предложенная логическая модель описания начального состояния и условий перехода и введены обозначения переменных, а каждой переменной соответствующие значения (таблица 2). На основе правил выбора штампа из базы данных и введенных переменных и их значений, построена семантическая модель, представленная на рисунке 6.

На основе семантической модели целевая формула для штампа описывается следующим образом: В\ V Д4 V ->£2; -1.fi/v-1.B4vD2; —¡В2 V -|5з V Л3 ; —,Вз V £3; -.В^ V Е\.

Каждый параметр оказывает влияние на степень соответствия отобранного штампа требованиям технического задания.

п

— у -ыи параметр / -го штампа.

ГО дама» технологического назначения

ГО пуаисои и матрица

Детали тсхиологичсскою начначеипя

1П пуансон и матрица

Тин блока штампа Наименование Материал Твердость

11уаисон и матрица

А 10 Штамп

ГО детали т схнологнчсского назначения

Ю детали тонстршивЕото назначений

ГО съемник

Модель иеиолыусмого пресса

На ¡качение ипачня

Тип блока штампа

Кочбнинрошшйость штамда

Форма хвостовик»

Штамп

Ц) МЮСТОВИК

Форма хвостовика

Нанменипанис

Материал Твердость

Хвостовик

10 ссЬыкмк

Наименмание

Материал

Съемник

¡0 Колонка

Наименование .Материал Твердость

Колонка

ГО агулка

Наимемова Материал Твердость вис

Втулка

ГО шта та

10 козонка 10 втулке Тин блокан Тин плиты

Паннеиомт Матерная

I Ьшт.ч верхняя

ГО детали тясгрут «иного назначения

И)плита ГО хвостовик

Детали технологического назначения

Рисунок 5 - Общая концептуальная схема штампа

Степень соответствия равняется 1, если отобранный штамп полностью соответствует требования технического задания и равен 0 при абсолютном несоответствии характеристик прототипа штампа параметрам поиска.

Таблица 2 Значения переменных выбора штампа из базы данных

Переменные Параметры поиска Значения

x, Модель пресса

Л2 для разделительных операций

для гибки в2

для вьггяжки в3

для формовки в4

Совмещенного действия с,

Последовательного действия с2

Однооперационньтй с3

хц диагональное расположение направляющих А

осевое расположение направляющих в2

заднее расположение направляющих А

х5 вильчатые

с буртиком е2

с резьбой

Четвертая глава посвящена практической реализации интеллектуального модуля поддержки принятия решений при проектировании технологической оснастки, позволяющего сократить временные потери и повысить качество процесса разработки оснастки.

На основе предложенной структуры информационно!; поддержки проектирования технологической оснастки разработана программа поиска штампа по выявленным выше параметрам, позволяющая проектировать оригинальные образцы технологической оснастки на основе накопленных на предприятии опыта и знаний.

Интеллектуальный модуль в процессе разработки конструкции технологической оснастки применяется следующим образом. На входе для поиска штампа поступает картеж параметров данных, по которому осуществляется запрос системы. После работы системы программа формирует список штам-

Рисунок 6 - Семантическая модель поиска штампа в базе данных

пов, отсортированных по коэффициенту соответствия требованиям технического задания, вторичный параметр сортировки — коэффициент стандартизации. Поиск оптимального прототипа штампа осуществлялся по следующим параметрам технического задания: модель используемого пресса - пресс последовательного действия дыропробивной К21 18Б (X]); назначение штампа -для разделительных операций (х^); комбинировакность штампа - одноопера-ционный (л"з). На основе этих параметров системой были выбраны характеристики в зависимости от функционального назначения проектируемого штампа: для разделительного штампа — осевое расположение направляющих (х^) и форма хвостовика - с резьбой (Х5). По результатам работы программы системой формируется отчет с указанием параметров прототипа штампа (рисунок 7, а). На рисунке 7, б представлен внешний вид ЗО-модели найденного прототипа штампа, где стандартизованные детали обозначены Сот, , унифицированные - Ун, и оригинальные - Ор. За прототип принимается та технологическая оснастка, которая в большей степени соответствует требованиям технического задания. Если технологическая оснастка имеет равные наивысшие коэффициенты соответствия, то за прототип принимается тот штамп, который имеет выше коэффициент стандартизации.

Интеллектуальный модуль включает в себя процедуру функционально-стоимостного анализа выбранного прототипа штампа. Результаты функционально-стоимостного анализа используются конструктором при доработке прототипа технологической оснастки для снижения затрат на ее создание. Конструктор, завершив этап поиска технического решения, переходит к этапу реализации, на протяжении которого осуществляется доработка выбранного прототипа оснастки и выпуск комплекта конструкторской документации.

^Ыбрг>11НЫй ¡11 Г ЛИПЫ П|>уКПЗД|

10 Штамп [ГО -111-3700 I

Назначение штамп,« для разделительных операций

Модель используемого пресса Пресс последовательного действия дыропробивной К2Л8Б

Тип блока штампа Осевое расположение ншравляюших

Форы а хвостовик,! С буртиков

Комбннированность последовательного действия

Коэффициент 0.982

Коэффн циенг стандартизации штампа 0,34

а) б)

Рисунок 7 — Отчет по прототипу штампа с указанием его параметров

Внедрение разработанного интеллектуального модуля осуществлено на предприятии ОАО «НПО «Стрела». Проведенный анализ внедрения интел-

лектуального модуля автоматизированной системы поддержки процесса проектирования технологической оснастки показал, что его использование позволило сократить время разработки оснастки в 6 - 10 раз и повысить качество процесса проектирования за счет повышения степени стандартизации в 2-3 раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе содержится решение задачи, имеющей существенное значение для стандартизации и управления качеством проектирования технологической оснастки машиностроительного производства, заключающееся в применении унификации на основе установления и применения параметрических рядов, базовых конструкций, конструктивно-унифицированных блочно-модульных составных частей технологической оснастки, что позволило повысить качество, сократить временные потери технологической подготовки производства, и создало условия для снижения себестоимости изделий основного производства.

Проведенные теоретические исследования и их практическое использование позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Структурно-функциональная модель процесса проектирования технологической оснастки позволила выявить влияние степени стандартизации технологической оснастки на качество процесса и раскрыть поэтапное воздействие несоответствий на общее время разработки технологической оснастки.

2. Пути снижения временных потерь при проектировании технологической оснастки, включающие унификацию проектных решений, агрегирование и блочно-модульное проектирование, обоснованные математической моделью временных потерь, учитывающей степень стандартизации технологической оснастки.

3. Математическая модель такого параметра качества как, коэффициент стандартизации технологической оснастки, включающий коэффициенты унификации проектных решений, вида архивации прототипа оснастки, агрегирования и блочно-модулыюго проектирования, а так же коэффициент официальной стандартизации, позволяющая объективно управлять временными потерями в процессе проектирования технологической оснасткн.

4. Методика оценки степени стандартизации проектных решений технологической оснастки на основе применения знаний и опыта, накопленных на производстве в процессе создания оснастки, представленных в виде 30-библиотек стандартизованных деталей и узлов изделия, позволяющая повысить преемственность конструкторских решений при проектировании оснастки.

5. Инфологическая и структурная модели процесса выбора прототипа конструкторской документации с использованием преемственности конструкций оснастки на базе 30 моделей, на основе которых разработан интеллектуальный модуль поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки.

6. Интеллектуальный модуль автоматизированной системы как инструмент по повышению степени стандартизации технологической оснастки с

целью снижения временных потерь при проектировании, позволивший учесть накопленный опыт на предприятии в области конструирования оснастки, сократить сроки и повысить качество разработки проектных решений за счет использования 30-библиотек стандартизованных деталей ми узлов оснастки.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ:

1. Якимович E.H., Ямникова O.A. Информационное обеспечение унификации основных детален и узлов технологической оснастки // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 4. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 105110.

2. Якимович E.H., Ямникова O.A. Информационное обеспечение штампов холодной листовой штамповки // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 4. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 116-122.

3. Якимович E.H., Ямникова O.A. Системотехнический подход при принятии решения на этапе технологической подготовки производства // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 4.4.1. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 31-35.

4. Якимович E.H., Ямникова O.A. Функционально-стоимостной анализ штампа // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 4. 4.1. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 36-42.

5. Якимович E.H., Ямникова O.A. Функционально-стоимостной анализ конструкции штампа // Вестник тульского государственного университета. Серия «Технологическая системотехника». Вып. 16. Труды участников Седьмой Международной электронной научно-технической конференции "Технологическая системотехника - 2008". — Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 52-58

6. Ямникова O.A., Якимович E.H. Мероприятия по мобилизации резервов технологической подготовки производства на основе автоматизированных систем // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Сб. трудов международной научно-технической конференции 15-17 октября 2008 г.; под. ред. В.В. Прейса, В.Б. Морозова. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 100-102.

7. Якимовттч E.H. Менеджмент риска проектирования технологической оснастки / E.H. Якимович И тез. докл. междунар. молодежи, научн. конф. XXXV Гагаринские чтения, Москва, 7-10 апреля 2009г. - М.: «МАТИ» -РГТУ им. Циолковского, 2009,- Т. 2 - С. 182-184.

8. Якимович E.H. Банк данных основной технологической оснастки при автоматизированном проектировании // Молодежный вестник технологического факультета: Лучшие научные работы студентов и аспирантов: сб. статей. В 2-х частях. — Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - с. 224-227.

Подписано в печать 11.10.10. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага типограф. № 2 Офсетная печать. Усл. печ. л. 1.2 Уч. изд. л. 1,0 . Тираж 100 Заказ 081.

Тульский государственный университет. 300012, Тула, просп. Ленина, 92 Издательство Тульского государственного уинверептета. 300012, Тула, ул. Болдпна, 151.

Введение.

Глава 1 Процесс проектирования технологической оснастки как объект стандартизации.

1.1 Проблема стандартизации на этапе технологической подготовки производства.

1.1.1 Понятие стандартизации изделий.

1.1.2 Методы технической системогенетики при проектировании изделий.

1.1.3 Анализ методов оценки стандартизации изделий.

1.2 Процесс конструирования изделий.

1.3 Семантическая модель технологической подготовки производства.

1.4 Статистический анализ использования технологической оснастки на предприятиях.

1.5 Постановка цели и задач исследования.

2 Математическая модель оценки степени стандартизации технологической оснастки.

2.1 Менеджмент процесса проектирования технологической оснастки.

2.2 Оценка степени практической стандартизации технологической оснастки.

2.3 Автоматизированная система поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки как инструмент управления стандартизацией технологической оснастки.

2.3.1 Компоненты автоматизированной системы и их взаимодействие.

2.3.2 Структура автоматизированной системы поддержки принятия решений при проектировании технологической оснастки.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3 Интеллектуальный модуль автоматизированной системы поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки

3.1 Системотехнический подход к разработке интеллектуального модуля

3.2 Процесс разработки технологической оснастки как предметная • область интеллектуального модуля.

3.2.1 Морфологический анализ структуры типовой технологической оснасти

3.3 Информационное обеспечение интеллектуального модуля автоматизированной системы.

3.3.1 Концептуальная модель основной технологической оснастки.

3.3.2 Функционально-стоимостной анализ конструкции технологической оснастки.

3.4 Математическое обеспечение интеллектуального модуля.

3.5 Логическая модель представления знаний для задачи поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки.

3.6 Выводы.

ГЛАВА 4 Практическая реализация интеллектуального модуля.

4.1 Реализация автоматизированной системы поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки.

4.2 Анализ результатов внедрения интеллектуального модуля в производственный процесс.

4.3 Выводы.

В последние годы на предприятиях машиностроения отмечается рост числа деталей изделий, вызванный повышением сложности выпускаемой продукции и расширением ее номенклатуры, что приводит к необходимости разработки большего количества технологической оснастки. Рост номенклатуры оснастки влечет увеличение затрат на технологическую подготовку производства, в том числе из-за объема проектно-конструкторских работ, привлеченного персонала, задействованного оборудования, режущего и измерительного инструмента, материалов, сортамента.

Качество применяемого в производстве технологического оснащения и технологической оснастки существенно влияет на качество новых изделий.

Уровень качества технологической оснастки и сроки технологической подготовки производства определяются преемственностью разрабатываемой конструкции, что влияет на экономию трудовых и материальных ресурсов при создании новой оснастки. Стандартизация проектных решений на предприятиях позволяет закрепить в новых конструкциях оснастки все лучшее, что создано ранее, и всесторонне проверено в производстве и эксплуатации.

В производственной практике степень стандартизации технологической оснастки определяется не только объективными причинами, но и субъективными. Среди субъективных причин снижения степени стандартизации можно выделить следующие: потеря преемственности проектных решений, отсутствие структурированности архивов и резервирования конструкторской документации.

Такой аспект практической стандартизации, как унификация, на основе установления и применения параметрических рядов, базовых конструкций, конструктивно-унифицированных блочно-модульных составных частей технологической оснастки с использованием ЗБ библиотек деталей и узлов не только позволяет повысить качество и сократить сроки технологической подготовки производства, но и создает условия для развития специализации и кооперирования производства, снижения себестоимости изделий основного производства.

Поэтому задача разработки комплекса мероприятий по повышению качества технологической оснастки, учитывающего практическую стандартизацию и позволяющего устранить возникающие несоответствия, а также сократить временные и трудовые потери, является актуальной.

Цель работы заключается в повышении качества проектирования технологической оснастки на основе количественной оценки состояния унификации основных узлов и деталей, агрегирования и блочно-модульного проектирования, и в сокращении сроков процесса проектирования на основе достижения преемственности проектных решений.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1. Выполнить структурно-функциональное моделирование процесса проектирования технологической оснастки с целью выявления управляющего воздействия степени стандартизации.

2. Выявить зависимость временных потерь на создание технологической оснастки от степени стандартизации и определить пути их снижения.

3. Разработать методику оценки степени стандартизации технологической оснастки на основе преемственности проектных решений.

4. Разработать модель управления процессом разработки конструкторской документации на технологическую оснастку на основе методики оценки степени ее стандартизации с помощью такого инструмента поддержки принятия решения при проектировании, как интеллектуального модуля.

5. Выполнить совершенствование процесса проектирования технологической оснастки, направленное на сокращение сроков разработки конструкторской документации, обусловленное повышением степени стандартизации.

Методы и средства исследования. При выполнении работы использовались научные положения всеобщего управления качеством, основы сис-темогенетики, методологии структурно-функционального моделирования

ГОЕР, методологические концепции системотехники и искусственного интеллекта, методологии функционально-стоимостного анализа.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:

1. Структурно-функциональная модель процесса проектирования технологической оснастки, позволившая выявить влияние степени стандартизации технологической оснастки на качество процесса и раскрыть поэтапное воздействие несоответствий в конструкторской документации на общее время разработки технологической оснастки.

2. Пути снижения временных потерь при проектировании технологической оснастки, включающие унификацию проектных решений, агрегирование и блочно-модульное проектирование, обоснованные математической моделью временных потерь, учитывающей степень стандартизации технологической оснастки.

3. Математическая модель такого параметра качества, как коэффициент стандартизации изделия, позволяющая объективно управлять временными потерями в процессе проектирования технологической оснастки.

4. Методика оценки степени стандартизации проектных решений технологической оснастки на основе применения знаний и опыта, накопленных на производстве в процессе создания оснастки, представленных в виде ЗБ-библиотек стандартизованных деталей и узлов изделия, позволяющая повысить преемственность конструкторских решений при проектировании оснастки.

5. Инфологическая и структурная модель процесса выбора прототипа технологической оснастки с использованием преемственности конструкций оснастки на базе ЗБ моделей, ставшая основой интеллектуального модуля поддержки принятия решения при проектировании технологической оснастки.

6. Интеллектуальный модуль автоматизированной системы как инструментарий по повышению степени стандартизации технологической оснастки с целью снижения временных потерь при проектировании, позволивший учесть накопленный опыт на предприятии в области конструирования оснастки, сократить сроки и повысить качество разработки проектных решений за счет использования ЗО-библиотек стандартизованных деталей и узлов оснастки.

Научная новизна результатов исследования: раскрыта функциональная зависимость качества процесса проектирования технологической оснастки от степени практической стандартизации проектных решений и установлены закономерности формирования коэффициента стандартизации, учитывающего взаимосвязь процессов унификации, агрегирования и блочно-модульного проектирования.

Практическая значимость. Предложенная методика оценки степени стандартизации конструкций технологической оснастки на основе применения знаний и опыта производства, представленных в виде ЗБ-библиотек стандартизованных проектных решений, и реализованная в форме интеллектуального модуля автоматизированной системы принятия решений при проектировании оснастки, позволяет сократить сроки и повысить качество процесса технологической подготовки производства.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Содержит 108 страницы машинописного текста, 30 таблиц, 43 рисунка, список литературы из 108 наименований и приложения. Общий объем диссертации 126 страниц.