автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Управление качеством процессов производства компрессорных лопаток на основе единой информационной модели

Суворов Олег Евгеньевич

На правах рукошЛи

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КОМПРЕССОРНЫХ ЛОПАТОК НА ОСНОВЕ ЕДИНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ

МОДЕЛИ

Специальность 05 02 23 - Стандартизация и управление качеством продукции

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□озототзв

Рыбинск - 2007

003070738

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П А Соловьева»

Научный кандидат технических наук, доцент

руководитель Шилков Евгений Васильевич

Официальные доктор технических наук, профессор

оппоненты Брагин Вениамин Васильевич

кандидат технических наук Чирков Алексей Павлович

Ведущая организация

ОАО «НПО «Сатурн» г Рыбинск

Защита состоится 28 мая 2007 г на заседании диссертационного совета ДМ 212 210 02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П А Соловьева» по адресу 152934, г Рыбинск, Ярославская область, ул Пушкина, 53,ауд Г -237

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П А Соловьева»

Автореферат разослан 27 апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

НадеждинИ В

Актуальность работы. В современном авиадвигателестроении важной задачей является управление качеством производства сложнопрофильных деталей, к каким относятся лопатки компрессора и турбины, которые определяют параметры воздушного потока Главной характеристикой качества таких деталей являются точность формирования профиля пера и расположения профиля пера относительно замковой части лопатки Применяемые технологические методы обеспечения точности являются затратными, т к связаны с использованием дорогостоящей оснастки, с применение пробных обработок и не позволяют реализовать автоматизированные функции управления качеством Методы, предлагаемые в научных работах Леонова Б H, Полетаева В А, Уварова JI Б не используют широкие возможности информационных технологий для исключения появления погрешностей на отдельных этапах производственного процесса или на отдельных операциями Поэтому направления исследований диссертационной работы являются актуальными, т к позволят реализовать функции управления качеством на базе единой информационной модели

Работы по созданию комплексных автоматизированных систем на базе CAD/CAM/CAE систем, (Братухин А Г, Елисеев Ю С, Норенков И П ) охватывают в основном вопросы проектирования изделий В диссертационной работе решается вопрос комплексного использования современных информационных технологий для решения задачи управления качеством производства на основе единой информационной модели, формируемой на этапе проектирования изделия

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка методологии управления качеством обработки лопаток газотурбинных двигателей на основных этапах жизненного цикла продукции

Указанная цель реализуется

1 Путем решения технологических задач исследование характеристик и причин несоответствий, возникающих на этапах производственного процесса изготовления компрессорных лопаток

2 Разработкой комплексной автоматизированной системы управления качеством производства компрессорных лопаток, в состав которой входят информационная система управления качеством обработки деталей на базе единой CAD модели детали, математические модели корректировки системы координат заготовки детали в рабочем пространстве станка с ЧПУ и расчета рационального количества точек при контроле профита лопаток на координатно-измерительной машине, методика управления качеством производства компрессорных лопаток

Научная новизна работы

1 Разработана структура алгоритма построения информационной системы управления качеством обработки сложнопрофильных деталей на базе единой CAD модели детали

2 Разработаны математические модели корректировки системы координат заготовки детали в рабочем пространстве станка с ЧПУ в зависимости от точности положения базовых элементов заготовки, расчета рационального количества точек при контроле профиля лопатки на координатно-измерительной машине

Практическая значимость. Разработанные математические модели использованы в реальном производстве математическая модель корректировки системы координат заготовки детали в рабочем пространстве станка с ЧПУ в зависимости от точности положения базовых элементов заготовки используется операторами станков с ЧПУ при управлении качеством обработки лопаток компрессоров газотурбинных двигателей, математическая модель расчета рационального количества точек используется операторами кординатно-измерительных машин при контроле профиля лопаток Основные положения математических моделей содержатся в методике по управлению качеством сложнопрофильных деталей

Реализация работы. Разработанная методика управления качеством внедрена на предприятиях ОАО «НПО «Сатурн» и ЗАО «ВолгАэро» и используется в производстве сложнопрофильных деталей и оснастки для их изготовления Внедрение материалов работы обеспечило значительное повышение качества деталей и стабильность процессов их обработки

Вероятность появления несоответствующей продукции, благодаря разработанных мероприятий и корректирующих действий снизилась с 21 % до 1,5 %

Достоверность полученных результатов и основных положений диссертации подтверждены теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями с использованием методов статистики и пространственной геометрии Автор защищает:

1 Автоматизированную информационную систему управления качеством обработки компрессорных лопаток на базе единой CAD модели детали

2 Математические модели расчета корректировки системы координат заготовки детали в рабочем пространстве станка с ЧПУ и расчета рационального количества точек при контроле профиля лопаток на координатно-измерительных машинах

3 Методику управления качеством производства компрессорных лопаток на базе CALS-технологий

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в пяти печатных работах, в т ч две статьи в центральных журналах и основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г Рыбинск, 2005) и на 4 Международной школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (г Рыбинск, 2006)

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения и 5 глав, заключения, списка использованных источников и 4 приложений Диссертация изложена на 149 страницах (не включая приложений) машинописного текста, иллюстрирована 50 рисунками, содержит 5 таблиц, библиографический список включает 76 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы направления, цель и задачи работы

В первой главе проведен анализ требований предъявляемых к качеству изготовления лопаток компрессора, основанный на научных исследованиях проведенных в работах

Суслова А Г и Дальского A M Проблемы обработки разделены на две категории общетехнические, связанные с особенностями обработки специальных материалов и с обеспечением специфических требований к качеству деталей (например, к параметрам поверхностного слоя деталей), зависящие от использования единой исходной информации на отдельных этапах производственного процесса

Выполнен обзор существующих автоматизированных систем проектирования и изготовления деталей (работы Братухина А Г, Елисеева Ю С , Норенкова И П и др ), из которого сделан вывод, что большинство ошибок, возникающих в производстве, обусловлено отсутствием информационной системы, ориентированной на CALS-технологии и обратной связи между подразделениями предприятия, занимающимися проектированием, изготовлением сложнопрофильных деталей и оснастки Важнейшим направлением повышения конкурентоспособности наукоемких изделий авиационной техники на внутреннем и внешнем рынках является создание автоматизированных систем менеджмента качества (АСМК), соответствующих стандартам ИСО 9000 версии 2000 г и принципам CALS-технологий

Рассмотрена проблема внедрения CALS-технологий в системе управления качеством процессов производства компрессорных лопаток Решение данной проблемы возможно только при наличии квалифицированных инженерных кадров, умеющих использовать основные концепции CALS-технологий на базе единой CAD модели детали

Рассмотрены методики улучшения качества обработки компрессорных лопаток на станках с ЧПУ и определены основные факторы, влияющие на стабильность обработки погрешность изготовления базовых элементов, неравномерность распределения припуска по профилю пера лопатки, деформация детали и инструмента в процессе обработки, стабильность технологических систем

По результатам анализа проблем в области управления качеством определены направления основных этапов исследований

1 Исследование характеристик и причин несоответствий, возникающих на этапах

производственного процесса изготовления лопаток

2 Разработка структуры информационной системы управления качеством

производства и математических моделей решения отдельных технических проблем

3 Создание комплексной методики управления качеством производства лопаток

Во второй главе проведен анализ основных видов дефектов и причин появления несоответствий, возникающих при обработке сложнопрофильных деталей ГТД, разработаны корректирующие действия для устранения появления несоответствий и намечены пути их решения

Для оценки стабильности и качества изготовления сложнопрофильных деталей ГТД, проведен статистический анализ данных (с использованием ГОСТ Р 50779 44 - 2001) геометрический отклонений партии окончательно обработанных лопаток, полученных по результатам измерения профиля компрессорных лопаток на координатно-измерительной машине Обработка данных показала, что процесс изготовления лопаток находится в

неудовлетворительном состоянии, вероятность появления несоответствующей продукции от 19 ло 21 % (каждая 5 лопатка может иметь отклонения).

Недостаточная точность обработки проточной части лопаток, обусловлена следующими дефектами (рис. I):

в г

Рис. I Дефекты базовых элементов слажнопроф ильных деталей а - смещение и разворот окончательно обработанной замковой части лопатки; б - смешение технологической сферической бобышки на хвостовике лопатки; в - смешение конических элементов на хвостовике лопатки; г - смещение технологической бобышки на конце профиля пера

Основными причинами появления отклонений при изготовлении с лож но лрофн льн ых деталей являются:

- ошибки в технологии, обуславливающие возникновение отклонения профиля пера лопатки от CAD модели;

- несогласованные методы базирования лопаток, на стадии проектирования CAD моделей;

- отсутствие четких информационных систем и математических моделей управления качеством обработки сложнопрофильныч деталей на базе единой CAD модели:

- не выполнение корректировки технологической системы на основе причинно-следственного анализа несоответствий, выявляемых при изготовлении сложнопрофильных деталей.

В диссертационной работе задача управления качеством изготовления сложпопрофнльных деталей решается но следующим направлениям:

1. Обоснование выбора технологического процесса и соответствующего анализа технологической системы на этапе технологической полготовки производства.

2. Статистический анализ и регулирование технологической системы на основе систематического наблюдения за изменением характеристик продукции,

3. Корректировка технологической системы на основе причин но-сл едет венного анализа появления несоответствий,

4. Применение математической модели управления качеством обработки профиля компрессорных лопаток па базе единой CAD модели детали, входящей в состав комплексной методики.

В третьей главе разработана комплексная информационная система управления и обеспечения качества, которая согласуется с основными принципами C'ALS-технолсгий и адаптирована на решение основных задач, возникающих в современном производстве при изготовлении сложнопрофильных деталей.

На этапах проектирования конструкторской документации, технологической подготовке производства и в производстве, информацию необходимо представить в электронном виде. Эта задача может быть успешно выполнена, если используется объемная математическая модель детали (CAD модель), описывающая профиль лопатки в трехмерном пространстве (рис. 2).

Рис 2 CAD модель лопатки в системе UNÏGRAPHICS

Рассмотрены и обобщены важные аспекты при формировании и разработке методологии обеспечения единства информации на различных этапах жизненного цикла изделия, в том числе:

- обеспечение единства CAD модели и рабочей документации:

- обеспечение качества технологической подготовки производства:

- оптимизация хранения и доступа к информация САПР.

Что|й обеспечить сходимость информации на различных этапах изготовления сложнопрофильных деталей ГТД и решить задачу обеспечения единства CAD модели, предлагается реализовать комплекс следующих мер (рис. 3).

Корректировка процедуры

Рис 3 Схема алгоритма работ по обеспечению единства первичного источника информации

Схема позволяет определить последовательность действий, направленных на определение первичного источника информации, разработать процедуры по его использованию регламентирующие процессы использования CAD моделей и рабочих чертежей, обеспечивая сходимость информации на различных этапах производства сложиопрофильных деталей ГТД н хранения информации.

Предполагаемый алгоритм обеспечения единства CAD модели описывается более подробно, если между рабочим чертежом и CAD моделью существует связь; через базу данных, т. е. проекции чертежа сохраняют ссылки на действующую редакцию модели и при ее изменений происходит автоматическое редактирование рабочего чертежа и информирование об этом всех участников производственного процессе

Все изменения конструктивных особенностей CAD модели должны производиться только конструктором разработчиком, па основании необходимой документации.

В четвертой главе разработаны математические модели управления качеством при серийном производстве сложиопрофильных деталей ГТД.

Модель расчета корректировки системы координат профиля заготовки в рабочем пространстве станка с ЧПУ в зависимости от фактического положения базовых элементов заготовки. Решение данной проблемы существенно повышает качество обработки деталей, за счет компенсации отклонения совмещения физической и математической моделей (рис. 4).

CAD модель '

Сложность управления погрешностью установки заготовки заключается главным образом в расчете ее значения и компенсации отклонений. Судить о положении заготовки можно либо по положению комплекта технологических баз, на которые она установлена в приспособлении, либо косвенно но положению каких-то других базовых поверхностей.

Произвести непосредственны с измерения, показывающие отклонения положения технологических баз в пространстве относительно профиля пера, технически трудно, но возможно, при условии специализированного измерительного оборудования и наличия соответствующей методики расчета.

Комплекс работ содержит три этапа:

1. Замер расположения базовых элементов заготовки лопатки в пространстве относительно профиля пера.

Фактический

положение

профиля

заготовки

Рис. 4 Созмещение физической и математической модели (CAD модели)

2 Расчет линейных и угловых погрешностей положения базовых элементов

3 Корректировка программы для станка с ЧПУ по информации об отклонении положения базовых элементов

После выполнения необходимых расчетов и преобразований, выходные данные для коррекции системы координат заготовки имеют следующий вид (рис 5) Нелинейная В начале смещается центр системы координат ру юоо

микрон

/

микрон

г

- микрон а градус Р градус V 'град\с

1000 1000 180 я 180 71 180

( X > л микрон '-21 8763066053264 '

^микрон 40 608463298э65

7 ^микрон -28 2558949839233

а градус -0 03 143908204<Ъ2

Р градус 0 014473901652904

„ 0 01468878958417

„ 'градус

Нелинейная В начале производится поворот системы координат ! Ру юоо

Л микрон 1 микрон

7

микрон а градус Р градус 1 градус

1000 180

180

180

( X

микрон

/

микрон

1

- микрон градус градус ' градус

а

Р

-21 89385^2340795 40 5873503959764 -28 2726511461222 -0031439082047824 0 014473901654442 0 014688789582762

Рис 5 Линейная и нелинейная математическая модель корректировки системы координат заготовки в пространстве станка с ЧПУ

Использование линейной и нелинейной модели определяется исходя из точности изготовления заготовки и погрешности изготовления базовых элементов

Модель расчета рационального количества контролируемых точек профиля сложнопрофильных деталей в зависимости от его кривизны и требованиям по точности Решение данной проблемы позволит существенно уменьшить непроизводительную загрузку техночогического оборудования

Схема расчета имеет следующий вид (рис 6)

Рис 6 Схема расчета расположения контролируемых точек

На рис 7 приведены результаты расчета рационального числа точек на длине контура 10 мм для диапазона кривизны от 200 до 8,5 м ' и диапазона допусков на изготовление контура от 0 01 до 0 4 мм

§ а

I

г

( 1

(

1

ч

». -

* - — СГ

Гп 1- А - —г.

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,08 0,1 (1 - допуск на форму профиля

0,2 0,4

Рис 7 Результаты расчета рационального количества точек — кривизна профиля 200 м 1 кривизна профиля 100 м'1 кривизна профиля 50 м'1 кривизна профиля 16,67 м 1 кривизна профиля 8,5 м"1

В пятой главе предложена комплексная методика управления качеством при производстве сложнопрофильных деталей ГТД Методика содержит разделы

1 Функции персонала при управлении качеством сложнопрофильных деталей ГТД, с обзором основных факторов и причин появления возможных несоответствий, а также вариантами корректирующих действий

2 Информационная схема управления качеством сложнопрофильных деталей, где предложен алгоритм движения информационных потоков и обеспечения их прослеживаемости в производственных процессах

3 Методика управления качеством обработки компрессорных лопаток на станках с ЧПУ путем расчета корректировки системы координат обрабатываемой заготовки в рабочем пространстве станка при обнаружении отклонений базовых элементов Приведены результаты апробации работы, подтверждающие правильность разработанных теоретических положений Полученные результаты контроля геометрии профиля лопаток подчиняются закону нормального распределения и находятся в пределах верхней и нижней контрольной границы Возможный процент появления деталей, имеющих несоответствия уменьшился с 21 до 1,5 %, что является очень значимым в условиях высокой стоимости компрессорных лопаток

4 Методика оценки качества изготовленных компрессорных лопаток обобщает методологию построения процесса контроля Применение разработанной методики позволяет значительно уменьшить время работы координатно-измерительных машин Этап технологической подготовки производства должен быть неотъемлемо связан с

предыдущими этапами организации производства, так как входной информацией для технологической подготовки производства являются данные CAD модели детали Назначение этапов технологической подготовки производства предлагается свести к решению следующих задач

- разработка технологии изготовления детали, инструментов, приспособлений и т д на основе CAD моделей, полученных на этапе проектирования (с согласованием различных схем базирования заготовки детали на различных этапах производства),

- подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ по CAD моделям и технологиям,

- контроль качества управляющих программ с помощью специальных программных продуктов,

- обработка заготовки детали на станке с ЧПУ по карте наладки

Для четко определения последовательности действий различных служб организации, задействованных в проектировании и изготовлении сложнопрофильных деталей, исключения ошибок в исходных данных, а также для функционирования единой информационной модели управления качеством производства сложнопрофильных деталей предлагается использование схемы на рис 8

Предложения по корректировке CAD модели

Начало процесса

Проектирование CAD модели лопатки

Конструкторские службы

Согласование CAD модели

Гл технолог, Гл конструктор

т

Разработка рабочего чертежа лопатки Конструкторские службы

CAD модель,

документ

согласования

Рабочий чертеж лопатки

Предложения по уточнению техпроцесса

О ©

Перемещение CAD модели лопатки и рабочего чертежа в конструкторскую базу

_панных ГЭлектронный архива_

Сетевой администратор

Технологическая подготовка производства

Технические службы Гл технолога

Техпроцесс, Заказ на проектирование и изготовление оснастки

Проектирование CAD модели штамповки или отливки на базе CAD модели лопатки

—► CAD модель штамповки или отливки

Технические службы Гл металлурга

L---

©

Рис 8 Блок-схема алгоритма работ по управлению качеством сложнопрофильных деталей ГТД Начало

О ©

Предложения по корректировке CAD модели штамповки или отливки

©

Проектирование рабочего чертежа штамповки или отливки

Технические службы Гл металлурга

Рабочий чертеж штамповки и отливки

Перемещение CAD модели штамповки или отливки в металлургическую базу данных (Электронный архив)

Сетевой администратор

Проектирование оснастки

Служба гл технолога

Утвержденный

перечень

оснастки,

ЧРПТРЖИ

Изготовление оснастки

Вспомогательное производство

Комплект оснастки

Разработка управляющих программ по CAD модели детали для технологического и измерительного оборудования

©

Редактирование

управляющих

программ

Рис 8 Блок-схема алгоритма работ по управлению качеством сложнопрофильных деталей ГТД Продолжение

Анализ техпроцесса и возможных ошибок

Изготовление тестовой лопатки

Механический цех

1 г

Контроль геометрии лопатки на координатно-измерительной машине Протокол измерения

Механический цех, службы Директора по качеству

Оформление отчета о контроле первого изделия —» Отчет о контроле

Службы директора по качеству первого изделия

Декларация соответствия

1'

(^Конец процесса

Рис 8 Схема алгоритма работ по управлению качеством сложнопрофильных деталей

ГТД Окончание

Схема охватывает процедуры обеспечения прослеживаемости информации, корректировки технологической документации, чертежей заготовок и оснастки при изменении CAD модели детали, формирование отчетной документации о качетве деталей в процессе производства

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 Выполнена классификации основных причин и видов дефектов, возникающих при обработке сложнопрофильных деталей ГТД, что является актуальной задачей, т к от качества профиля деталей существенно зависят эксплуатационные характеристики двигателя в целом

2 Усовершенствована существующая информационная система и технология обработки сложнопрофильных деталей ГТД, которая согласуется с основными требованиями стандартизации и управления качеством в CALS - технологиях и автоматизированных производственных системах

3 Предложенная в качестве исходной базы на различных этапах жизненного цикЛ'а изделия, единая CAD модель детали, обеспечивает прослеживаемость исходной информации на различных этапах производственного процесса

4 Разработанные математические модели корректировки управляющих программ технологического оборудования по положению реальной заготовки в рабочем пространстве станка с ЧПУ и расчет рационального количества точек профиля на координатно-измерительной машине позволяют существенно повысить качество деталей и коэффициент использования оборудования

5 Разработанная методика управления качеством сложнопрофильных деталей ГТД, отвечает основным требованиям стандартов ИСО 9000 версии 2000 г и является оптимальным методическим материалом, с точки зрения процессного подхода к управлению качеством

6 Выполненная апробация работы в реальных производственных условиях обеспечила снижение вероятности появления несоответствующей продукции с 21 до 1,5%

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1 Безъязычный, В. Ф. Решение технологических проблем производства сложнопрофильных деталей ГТД на базе информационных технологий [Текст] /

В Ф Безъязычный, Е В Шилков, О Е Суворов // Известия Волгоградского государственного технического университета // Межвуз сб научн ст - Из-во «ВолгГТУ», 2006 -№4г-С 8-11

2 Суворов, О. Е. Применение информационных технологий для сокращения сроков и повышения качества технологической подготовки производства сложнопрофильных деталей ГТД [Текст] /ОБ Суворов // Тезисы докладов XXIX конференции молодых ученых и студентов - Рыбинск РГАТА - 2005 - 222 с

3 Шилков, Е. В К вопросу обеспечения точности измерения сложнопрофильных деталей на координатно - измерительной машине [Текст] /ЕВ Шилков,

О Е Суворов // Авиационная и ракетно - космическая техника с использованием новых технических решений Материалы Международной школы-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов им П А Соловьева и В Н Кондратьева -

4 4 - Рыбинск РГАТА, 2006 -146 с

4 Шилков, Е. В. Исследование причин несоответствий качества обработки сложнопрофильных деталей и пути их устранения [Текст] /ЕВ Шилков, О Е Суворов // Авиационная и ракетно - космическая техника с использованием новых технических решений Материалы Международной школы-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов им П А Соловьева и В Н Кондратьева -

4 4 -Рыбинск РГАТА, 2006 - 148 с

5 Безъязычный, В. Ф. Оптимизация работы технологического оборудования при обработке и контроле сложнопрофильных деталей [Текст] / В Ф Безъязычный,

Е В Шилков, О Е Суворов И Вестник компьютерных и информационных технологий -М Из-во «Машиностроение», 2006 -№5 -С 34-36

Зав РИО М А Салкова Подписано в печать 27 04 2007 Формат 60x84 1/16 Уч-издл 1 Тираж 100 Заказ 23

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им П А Соловьева (РГАТА) Адрес редакции 152934, г Рыбинск, ул Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, в Рыбинск, ул Пушкина, 53

Перечень условных сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРИ

ПРОИЗВОДСТВЕ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ОРГАНИЗАЦИОННЫХ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ

КАЧЕСТВОМ ОБРАБОТКИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ.

2.1 Анализ качества производства сложнопрофильных деталей.

Выявление причин появления несоответствий.

2.2. Технологические особенности обеспечения стабильности производственного процесса при изготовлении и контроле сложнопрофильных деталей.

2.3 Управление качеством обработки заготовок лопаток на станках с программным управлением.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСА РАБОТ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ И УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ

ДЕТАЛЕЙ.

3.1 Методология обеспечения единства CAD модели на различных этапах производственного процесса.

3.2 Разработка модели организации информационного обмена при проектировании и изготовлении сложнопрофильных деталей на базе CAD модели.

3.3 Организация хранения и доступа к информации САПР.

Защита информации.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ОБРАБОТКИ И КОНТРОЛЯ

СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ.

4.1. Математическая модель управления качеством обработки компрессорных лопаток путем корректировки системы координат заготовки.

4.2 Математическая модель расчета рационального количества точек при контроле профиля компрессорных лопаток на координатноизмерительной машине.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНАЯ МЕТОДИКА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ.

5.1 Функции персонала при управлении качеством сложнопрофильных деталей ГТД.

5.2 Информационная система управления качеством сложнопрофильных деталей.

5.3 Управление качеством обработки компрессорных лопаток на станках с ЧПУ. Итоги апробации работы.

5.4 Рабочая методика контроля компрессорных лопаток на координатно-измерительной машине.

Выводы по главе 5.

Актуальность работы. В современном авиадвигателестроении важной задачей является управление качеством производства сложнопрофильных деталей, к каким относятся лопатки компрессора и турбины, которые определяют параметры воздушного потока. Главной характеристикой качества таких деталей являются точность формирования профиля пера и расположения его относительно замковой части лопатки. Применяемые технологические методы обеспечения точности являются затратными, т. к. связаны с использованием дорогостоящей оснастки, с применением пробных обработок и не позволяют реализовать автоматизированные функции управления качеством. Методы, предлагаемые в научных работах Леонова Б. Н., Полетаева В. А., Уварова Л. Б. не используют широкие возможности информационных технологий для исключения появления несоответствий на отдельных этапах производственного процесса или между отдельными операциями. Поэтому направления исследований диссертационной работы являются актуальными, т. к. позволят реализовать функции управления качеством на базе единой информационной модели.

Работы по созданию комплексных автоматизированных систем на базе CAD/CAM/CAE систем, (Братухин А. Г., Елисеев Ю. С., Норенков И. П.) охватывают в основном вопросы проектирования изделий. В диссертационной работе решается вопрос комплексного использования современных информационных технологий для решения задачи управления качеством производства на основе единой информационной модели, формируемой на этапе проектирования изделия.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка методологии управления качеством обработки лопаток газотурбинных двигателей на основных этапах жизненного цикла продукции.

Указанная цель реализуется:

1. Путем решения технологических задач: исследование характеристик и причин несоответствий, возникающих на этапах производственного процесса изготовления компрессорных лопаток.

2. Разработкой автоматизированной системы управления качеством производства компрессорных лопаток, в состав которой входят: информационная система управления качеством обработки деталей с использованием CAD модели детали; математические модели корректировки системы координат заготовки детали в рабочем пространстве станка с ЧПУ и расчета рационального количества точек при контроле профиля лопаток на координатно-измерительной машине; комплексная методика управления качеством обработки компрессорных лопаток.

Научная новизна.

1. Разработана структура алгоритма построения информационной системы управления качеством обработки сложнопрофильных деталей на базе единой CAD модели детали.

2. Разработаны математические модели: корректировки системы координат заготовки детали в рабочем пространстве станка с ЧПУ в зависимости от точности положения базовых элементов; расчета рационального количества точек при контроле профиля лопатки на координатно-измерительной машине.

Практическая значимость. Разработанные математические модели использованы в производстве компрессорных лопаток: математическая модель корректировки системы координат заготовки в зависимости от точности положения базовых элементов используется операторами станков с ЧПУ при управлении качеством обработки лопаток компрессоров газотурбинных двигателей; математическая модель расчета рационального количества точек используется операторами координатно-измерительных машин при контроле профиля лопаток. Основные положения математических моделей содержатся в комплексной методике по управлению качеством обработки сложнопрофильных деталей.

Достоверность полученных результатов и основных положений диссертации подтверждены теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями с использованием методов статистики и пространственной геометрии.

Автор защищает:

1. Автоматизированную информационную систему управления качеством обработки компрессорных лопаток на базе единой CAD модели детали.

2. Математические модели расчета корректировки системы координат заготовки детали в рабочем пространстве станка с ЧПУ и расчета рационального количества точек при контроле профиля лопаток на координатно-измерительных машинах.

3. Комплексную методику управления качеством обработки сложнопрофильных деталей на базе CALS-технологий.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в пяти печатных работах, в т. ч. одна статья в журнале утвержденном перечнем ВАК. Основные положения диссертации докладывались: на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Рыбинск, 2005) и на 4 Международной школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Рыбинск, 2006).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и 5 глав, заключения, списка использованных источников и 4 приложений. Диссертация изложена на 149 страницах (не включая приложений) машинописного текста, иллюстрирована 50 рисунками, содержит 5 таблиц, библиографический список включает 76 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Выполнена классификация основных причин и видов дефектов, возникающих при обработке сложнопрофильных деталей ГТД, что является актуальной задачей, т. к. от качества профиля деталей существенно зависят эксплуатационные характеристики двигателя в целом.

2. Разработана информационная система и методология качества обработки сложнопрофильных деталей ГТД, которая согласуется с основными требованиями стандартизации и управления качеством в CALS -технологиях и автоматизированных производственных системах.

3. Предложенная в качестве исходной базы на различных этапах жизненного цикла изделия, единая CAD модель детали, обеспечивает прослеживаемость исходной информации на различных этапах производственного процесса.

4. Разработанные математические модели корректировки системы координат заготовки в рабочем пространстве станка с ЧПУ и расчет рационального количества точек профиля на координатно-измерительной машине позволяют существенно повысить качество деталей и коэффициент использования оборудования.

5. Разработанная комплексная методика управления качеством обработки сложнопрофильных деталей ГТД, отвечает основным требованиям стандартов ИСО серии 9000:2000 и является методическим материалом, с точки зрения процессного подхода к управлению качеством.

6. Выполненная апробация работы в реальных производственных условиях обеспечила снижение появления несоответствующей продукции с 21 до 1,5%.

141

1. Корсаков, В. С. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении Текст. / В. С. Корсаков, Н. М. Капустин,

2. К. X. Темпельхоф и др.; под общ. ред. Н. М. Капустина. М.: Машиностроение, 1988.-303 с.

3. Амиров, Ю. Д. Научно-техническая подготовка производства Текст. / Ю. Д. Амиров. М.: Экономика, 1989. - 230 с.

4. Амиров, Ю. Д. Ресурсосбережение и качество продукции Текст. / 10. Д. Амиров, Г. А Янковский. М.: Изд - во стандартов. - 1987.

5. Базров, Б. М. Модульная технология в машиностроении Текст. / Б. М. Базров.-М.: Машиностроение, 2001.-368 с.

6. Базров, Б. М. Новый метод организации производства Текст. / Б. М. Базров // Справочник. Инженерный журнал. 2003. - №3.

7. Балакшип, Б. С. Теория и практика технологии машиностроения Текст. / Б. С. Балакшин. Избранные труды в 2-х книгах. - М.: Машиностроение, 1982.

8. Баранников, В. И. Обработка специальных материалов в машиностроении Текст. / В. И Баранников, А. С. Тарапанов, Г. А.Харламов // Справочник. Библиотека технолога. М.: Машиностроение. - 2002. - 264 е., ил.

9. Брондз, Л. В. Технология и обеспечение ресурса самолетов Текст. / Л. В. Брондз. М.: Машиностроение. - 1983. - 568 с.

10. Васильев, А. С. Технологические основы управления качеством машин Текст. / А. С. Васильев [и др.]. М.: Машиностроение, 2003.

11. Епифанов, В. В. Экономическое обоснование выбора станков с ЧПУ для изготовления деталей типа тел вращения Текст. / В. В. Епифанов,

12. B. В. Ефимов // Вестник машиностроения. 2002. - №7.

13. Информационные технологии в наукоемком машиностроении Текст. / Под ред. А. Г. Братухина. Киев «Техника» 2001.

14. Кондаков, А. И. К вопросу об автоматизации выбора исходных заготовок Текст. /. А. И. Кондаков, А. В. Маштаков // Изв. ВУЗов. Машиностроение. 1990. - № 5. - С.129 - 133.

15. Кондаков, А. И. Формирование информационной основы проектирования маршрутных процессов изготовления деталей Текст. /

16. А. И. Кондаков // Справочник. Инженерный журнал. 2001. - №3.1. C.15 -20.

17. Кондаков, А. И. Автоматизация синтеза процессов изготовления деталей машин Текст. / А. И. Кондаков // Справочник. Инженерный журнал приложение №11.- 2002.

18. Кондаков, А. И. Структурное наследование и подобие технологических объектов Текст. / А. И. Кондаков // Вестник МГТУ. Машиностроение, 1997. -№ 2. С.89 - 95.

19. Кондаков, А. И. Геометрическо-технологическое моделирование предметов производства в генеративных САПР ТП Текст. / А. И. Кондаков // Известия ВУЗов. Машиностроение, 1997. № 4. - С. 90 - 95.

20. Дальский, А. М. Технология изготовления деталей машин: Энциклопедия Текст. / А. М. Дальский, А. Г. Суслов, 10. Ф. Назаров [и др.]; под общ. ред. А. Г. Суслова. М. Машиностроение, 2000. - Т. 1 11-3. - 840 с.

21. Осадчий, Н. В. Определение технических условий обработки резанием по заданному значению усталостной прочности деталей ГТД Текст.: Дисс. канд. тех. наук / Н. В. Осадчий. Рыбинск, 2002. - 206 с.

22. Полетаев, В. А. Комбинированная обработка поверхностей тел вращения фрезерованием и фрезоточением с учетом технологического обеспечения их динамической устойчивости Текст.: Дисс. канд. тех. наук / В. А. Полетаев. Рыбинск, 2001.- 493с.

23. Системный анализ. Теория и практика Текст. Кострома: Изд-во Костром, гос. технол. универ-та, 2001. -208с.

24. Системное проектирование интегрированных АСУ ГПС машиностроения Текст. / Под ред. Ю. М. Соломенцева, В. А. Исаченко,

25. В .Я. Полыскалина.-М.: Машиностроение. 1988.-487с.

26. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов Текст. / Под ред. В. М. Пономарева. Л.: Машиностроение, 1986.-319 е., ил.

27. Братухин, А. Г. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей Текст. / Под ред. А. Г. Братухина, Г. К. Язова, Б. Е. Карасева. -М.: Машиностроение, 1997. 416.: ил.

28. Соломенцев, Ю. М. Управление гибкими производственными системами Текст. / Ю. М Соломенцев, В. Л. Сосонкин. М.: Машиностроение, 1988.-351с.

29. Сорокин, В. М. Анализ технологий обработки цилиндров Текст. /

30. В. М. Сорокин, С. П. Антропов; сб. матер, всероссийской кон.

31. Технологии в Машино и приборостроении на рубеже XXI века» Н -Новгород: 2000. с. 120 - 126.

32. Сорокин, В. М. Пути повышения качества распределительных валов двигателей Текст. / В. М. Сорокин, В. В. Белоглазов, Е. А. Тарасова // «Качество машин» сб. тр. 4-й междунар. науч.-техн. конф. Брянск. - Ч. 2.: -2001.-С. 236-237.

33. Дальский, А. М. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.1 Текст. / под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова, А. Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 2001. 912 с.

34. Старков, В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве Текст. / В. К. Старков. М.: Машиностроение, 1989.-295с.

35. Суслов, А. Г. Совершенствование существующих и разработка новых методов обработки для повышения качества поверхностного слоя Текст. / А. Г. Суслов // Инженерный журнал. 2001. - № 10. - С. 22 - 24.

36. Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения Текст. / А. Г. Суслов, А. М. Дальский. М: Машиностроение, 2002. - 684 е., ил.

37. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин Текст. / А. Г. Суслов. М.: Машиностроение, 2000. 320с.

38. Суслов, А. Г. Лекции по наиболее сложным темам курса «Основы технологии машиностроения» Текст. / А. Г. Суслов // Приложение к инженерному журналу справочнику. - 2003. - №3.

39. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин Текст. / А. Г. Суслов. М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

40. Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей Текст. / Под ред. Б. Н. Леонова, А. С. Новикова. -Рыбинск, 2000.

41. Дальский, А. М. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве Текст. / А. М. Дальский, Б. М. Базров, А. С. Васильев [и др.]; под ред. А. М. Дальского. М.: Изд-во МАИ, 2000. -364 с.

42. Соломенцев, Ю. М. Технологические основы гибких производственных систем Текст. / Под ред. 10. М. Соломенцева. Изд. 2-е исправл. - М: Высшая школа, 2000. - 255 с.

43. Технологические процессы механической и физико-механической обработки в авиадвигателестроении Текст. / Под общ. ред. В. Ф. Безъязычного. М.: Машиностроение. 2001.

44. Васильев, А. С. Технологические основы управления качеством машин Текст. / А. С. Васильев, А. М, Дальский, С. А. Клименко,

45. JI. Г. Полонский, М. JI. Хейфиц, П. И. Ящерицын. М.: Машиностроение, 2003. -256 е., ил. (серия «Библиотека технолога»).

46. Феднжин, В. К. Методы оценки и управления качеством промышленной продукции Текст. / В. К. Федюкин, В. В. Федюкин,

47. В. Д. Дурнев, В. Г. Лебедев. Изд. 1-е перераб. и доп. - М.: «Филинь». Рипант, 2001.-328 с.

48. Хейфиц, М. Л. Процессы самоорганизации при формировании поверхностей Текст. / М. Л. Хейфиц, М. Л. Кожуро, Ж. А. Мрочек. -Гомель: ИММС НАИБ, 1999. 276с.

49. Братухин, А. Г. CALS в авиастроении Текст. / А. Г. Братухин,

50. В. Давыдов, Ю. С. Елисеев, Ю. Б. Павлов, В. И. Суров, под научной редакцией А. Г. Братухина. М.: Изд-во МАИ, 2000. - 304 с.

51. Братухин, А. Г. Основные направления реализации CALS -технологий в авиастроении России Текст. / А. Г Братухин, В. И Дмитров, В.И Суров // Авиационная промышленность. 2000. - № 3.

52. Братухин, А. Г. Технологическое обеспечение высокого качества, надежности, ресурса авиационной техники Текст. / А. Г. Братухин. М.: Машиностроение, 1996. - Т. 1. - 520 е.; Т. 2. - 298 с.

53. Информационная поддержка наукоемких технологий. CALS -технологии Текст. /М.: Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.

54. Наренков, И. П. Основы автоматизированного проектирования Текст. / И. П. Наренков. М.: Из-во МГТУ им. Баумана 2002. 366с.

55. Елисеев, Ю. С. Технология производства авиационных газотурбинных двигателей Текст. / Ю. С. Елисеев, А. Г. Бойцов, В. В. Крымов, JI. А. Хворостухин. М.: Машиностроение, 2003. 512 е., ил.

56. Конти, Т. Качество в 21 веке. Роль качества в обеспечении конкурентоспособности и устойчивого развития Текст. / Под. Ред. Т. Конти, Ё. Конгдо, Г. Ватсона-2005.

57. Адлер, Ю. П. Система экономики качества Текст. / Ю. П Адлер, С. Щепетова. -2005.

58. Григорович, В. Г. Информационные методы в управлении качеством Текст. / В. Г. Григорович, С. В. Юдин, Н. О. Козлова, В. В. Шильдин-2001.-200 с.

59. Гличев, А. В. Основы управления качеством продукции Текст. / А. В. Гличев. 2-е изд. перераб. и доп. - 2001. - 424 с.

60. Панов, А. Н. Как победить в конкурентной борьбе. Гармоничная система качества основа эффективного менеджмента Текст. / А. Н. Панов. -2003.-272 е., ил.

61. Андерсен, Б. Бизнес-процессы. Инструменты для совершенствования Текст. / Б. Андерсен. 2003. - 272 е., ил.

62. Растимешин, В. Е. Упорядочение. Путь к созданию качественного рабочего места Текст. / В. Е. Растимешин, Т. М. Куприянова. М.: РИА «Стандарты и качество», 2004. - 174 е., ил.

63. Репин, В. В. Процессный подход к управлению. Моделирование бизнес процессов Текст. / В. В. Репин, В. Г. Елиферов. М.: РИА «Стандарты и качество», 2004. - 405 е., ил.

64. Белобрагина, В. Я. Японский прогноз развития науки, техники и технологии до 2005 года Текст. / Пер. с анг. под ред. В. Я. Белобрагина и

65. Л. Г. Дубицкого. М.: Изд-во АСМС, 2001.

66. Шапиро, В. Д. Управление качеством Текст. / В. Д. Шапиро, И. И.

67. Мазур. М.: Высшая школа, 2002.

68. Чекмарев, А. Н. Статистические методы управления качеством Текст. / А. Н. Чекмарев, В. А. Барвинок, В. В. Шалавин. М.: Машиностроение, 1999.

69. Чайка, И. И. Конкурентная борьба предприятий это соревнование системы управления качеством Текст. / И. И. Чайка // Стандарты и качество. 1996. № 12. с. 55-59.

70. Фейгенбаум, А. Контроль качества продукции Текст. /

71. А Фейгенбаум: Пер. с англ. под научн. ред. А. В. Гличева. М.: Экономика, 1994.

72. Хитоси, Кумэ. Статистические методы повышения качества Текст. / Пер. с англ.; под ред. Хитоси Кумэ. М.: Финансы и статистика, 1990.

73. Крылова, Г. Д. Заружебный опыт управления качеством Текст. / Г. Д. Крылова. М.: Изд. Стандартов, 1992.

74. Версан, В. Г. Интеграция производства и управления качеством продукции Текст. / В. Г. Версан, В. И. Сиськов, J1. Г. Дубицкий, Н. 3. Солодилова, С. X. Екшембиев. -М.: издательство стандартов, 1995.

75. Горленко, О. А. Создание систем качества в организации Текст. / О. А. Горленко, В. В. Мирошников. М.: Машиностроение - 1,2002.

76. Версан, В. Г. Интеграция управления качеством продукции: новые возможности Текст. / В. Г. Версан. М.: Издательство стандартов, 1994.

77. Васильев, В. А. Системный подход к качеству Текст. / В. А. Васильев, Ш. И. Каландаришвили, И. И. Чайка: Под ред. В. А. Васильева. -М.: МАТИ-РГТУ, 2001.

78. Кондо, И. Управление качеством в масштабах компании. Становление и этапы развития Текст. / Й. Кондо. М.: Приоритет, 2002.

79. Вермель, В. Д. Геометрическое моделирование и программирование обработки на станках с ЧПУ Текст. / В. Д. Вермель, С. Г. Зарубин, П. М. Николаев // «Компьютер Пресс». №4. - Москва, 1997 г.

80. Вермель, В. Д. Программирование фрезерной обработки сложных поверхностей на станках с ЧПУ с повышенной точностью и производительностью Текст. / В. Д. Вермель // Журнал «САПР и графика». -№4, изд. «Компьютер Пресс», Москва, 1998 г.

81. Петренко, С. Информационная безопасность. Экономические аспекты Текст. / С. Петренко, С. Симонов, Р. Кислов // Jet Info Online. -№10.-2003.

82. Росс, Г. В. Моделирование производственных и социально-экономических систем с использованием аппарата комбинаторной математики Текст. / Г. В. Росс // М.: Мир, 2001 21.7 п. л.

83. Полетаев, В. А. Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей Текст. / В. А. Полетаев. М.: Машиностроение, 2006. - 256 е.: ил.

84. ГОСТ Р 50779.44 2001. Статистические методы. Показатели возможностей процессов. Основные методы расчета Текст. - Введ. 2002 -01 - 07. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001. - 20 с.

85. Внедрение методики позволило снизить трудоемкость работ по подготовке лопаток к измерению и по измерению профиля лопаток. Производительность труда контролеров повысилась на 30-35%.1. Члены комиссии:

86. Директор по качеству Паско Р.

87. Главный контролер С ^^lAj^ — Мельникова О.И.