close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Повышение технического уровня конструкторско-технологической подготовки производства на основе учета функциональных возможностей используемого оборудования.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
БЕЛОВ АЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ КОНСТРУКТОРСКОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
НА ОСНОВЕ УЧЁТА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ
ИСПОЛЬЗУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Специальности: 05.02.08 – Технология машиностроения
05.13.06 – Автоматизация и управление
технологическими процессами
и производствами (в машиностроении)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Саратов 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»
Научные руководители:
Бочкарѐв Пѐтр Юрьевич
доктор технических наук, профессор
Бровкова Марина Борисовна
доктор технических наук, доцент
Официальные оппоненты: Томашевский Юрий Болеславович
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный
технический университет имени Гагарина Ю.А.»
заведующий кафедрой «Системотехника»
Никифоров Александр Анатольевич
кандидат технических наук
ОАО «Конструкторское бюро
промышленной автоматики»,
заместитель главного технолога
Ведущая организация:
Институт проблем точной механики
и управления РАН (г. Саратов)
Защита состоится 4 декабря 2013 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный
технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054,
г. Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный
технический университет имени Гагарина Ю.А., корп. 1, ауд. 319.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ
ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина
Ю.А.».
Автореферат разослан « 1 » ноября 2013 г.
Учѐный секретарь
диссертационного совета
2
А.А. Игнатьев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Интенсивный рост и совершенствование технологического оснащения механообрабатывающих производств способствуют возможности быстрого налаживания и освоения выпуска нового вида продукции. Однако
это приводит к увеличению временных и материальных затрат на конструкторскотехнологическую подготовку производства и снижению качества принятых проектных решений при разработке конструкции деталей, особенно в условиях изменяющейся производственной ситуации. Одним из решений данной задачи является
автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства. Качество принятых проектных решений зависит от их взаимосвязанности с возможностями технологического оборудования.
Проектирование с использованием автоматизированных систем предоставляет возможность значительно сократить время конструкторской и технологической подготовки производства, а также улучшить качество проектной документации, что, в свою очередь, позволит производственным системам обладать свойством гибкости в плане принятия конструкторско-технологических решений. В
области принятия конструкторско-технологических решений и проектирования технологических процессов исследованиями занимались такие учѐные как В.И. Аверченков, Е.Н. Максимовский, Э.В. Митин, Д.В. Волошин, В.М. Базров, П.Ю. Бочкарев, Б.М. Бржозовский, Г.К. Горанский, В.Г. Митрофанов, М.Г. Косов, А.И.
Кондаков, Н.М. Капустин, А.В. Королев, С.Н. Корчак, С.П. Митрофанов, И.П. Норенков, А.П. Соколовский и другие.
В настоящее время основная методика, которая позволяет учитывать многовариантную реализацию технологического процесса, планировать технологические процессы (ТП) в условиях многономенклатурных механообрабатывающих
систем, представлена в работах П.Ю. Бочкарѐва. Она является основой разрабатываемой в Саратовском государственном техническом университете комплексной
автоматизированной системы планирования технологических процессов, обеспечивающей параллельное проектирование ТП для деталей в рассматриваемый период времени с учетом реально складывающейся производственной ситуации.
Гибкость ТП обеспечивается автоматизированной поддержкой при рассмотрении
многовариантных решений задач проектирования. Однако в настоящее время не
обоснованы методики выбора вариантов размерных взаимосвязей конструктивных
элементов детали на основе технологических возможностей имеющегося на предприятии оборудования с учѐтом складывающейся производственной ситуации.
С учѐтом вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в настоящее
время актуальной задачей является совершенствование конструкторскотехнологической подготовки производства, выполняемой в условиях многономенклатурных обрабатывающих систем, путѐм разработки методики формирования
размерных и точностных характеристик элементов детали при конструкторской
подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкретной
производственной системы с автоматизированной поддержкой принятия конструкторско-технологических решений.
Направление развития данного подхода в части учета функциональных возможностей использованного оборудования предприятия при разработке конструкции обрабатываемых деталей и реального состояния производственной системы
3
может являться основой, по которой будет осуществляться выбор вариантов размерных взаимосвязей конструктивных элементов детали на основе технологических возможностей оборудования.
Целью данной работы является повышение качества конструкторскотехнологических проектных решений при разработке конструкции детали на основе автоматизированного учѐта технологических возможностей оборудования производственной системы.
Методы и средства исследования. В теоретических исследованиях задействованы научные основы технологии машиностроения, принципы системного
подхода. Решение поставленных задач осуществлялось с использованием теории
базирования, теории множеств, дискретной математики, размерного анализа с
применением теории графов. Экспериментальные исследования проводились на
действующем участке с многономенклатурным характером производства. Разработка программного обеспечения осуществлена с использованием методов структурного проектирования программных систем и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна характеризуется следующими положениями:
1. Предложены методики формирования вариантов совокупности конструкторских решений по установлению характеристик элементов деталей на основе
технологических возможностей имеющегося оборудования с учѐтом реальной
производственной ситуации.
2. Обоснованы и определены критерии выбора вариантов конструкторских
взаимосвязей поверхностей деталей для автоматизированного принятия конструкторско-технологических решений.
3. Разработаны математические модели для формирования вариантов назначения технических характеристик деталей с учѐтом технологических возможностей конкретной производственной системы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Методика формирования размерных и точностных характеристик элементов деталей при конструкторской подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкретной производственной системы.
2. Формализованная процедура определения диапазона технических характеристик элементов деталей на основе пространственно-геометрической модели.
3. Методика формирования возможных вариантов технологических баз при
обработке поверхностей деталей с учѐтом базы знаний по технологическим возможностям оборудования.
4. Методика выполнения отсева и выбора возможных вариантов конструкторских размерных взаимосвязей поверхностей деталей на основе анализа возможного их использования в качестве технологических баз в рамках рассматриваемой производственной системы.
5. Алгоритмы
автоматизированного
принятия
конструкторскотехнологических решений по установлению характеристик элементов деталей с
учѐтом реального состояния оборудования.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработано
информационное, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной подсистемы генерации, отсева и выбора вариантов конструкторских взаимосвязей поверхностей детали на основе технологических возможностей производ4
ственного оборудования в рамках рассматриваемой производственной системы.
Результаты работы были реализованы в условиях производства ОАО НПП «Алмаз». В результате применения разработанного метода, сократилось время, затраченное на разработку конструкции детали и технологического процесса. Производство детали стало качественнее и экономичнее для данных условий, характерных
для текущего состояния конкретного многономенклатурного производственного
участка.
Апробация результатов диссертации проводилась на 5 научно-технических
конференциях: Всероссийской конференции-конкурса «У.М.Н.И.К.» (Башкортостан 2011); ХХIV Международная научная конференция «Математические методы
в технике и технологиях» (Саратов, 2011); IV Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2011),
ХХV Международная научная конференция «Математические методы в технике и
технологиях» (Саратов, 2012), V Всероссийская конференция молодых ученых и
специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ,
в том числе три статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объѐм диссертации. Диссертация состоит из введения, четырѐх глав, заключения, списка использованных источников из 108 наименований и
4 приложений. Основной текст диссертации изложен на 95 страницах, иллюстрирован 73 рисунком.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи
работы, научная новизна, приведено краткое содержание работы по каждой главе
диссертации, указана практическая ценность, представлены выводы и результаты,
полученные после практической реализации работы, и апробации результатов диссертации, сформулированы положения, выносимые на защиту.
В первой главе определены особенности конструкторско-технологической
подготовки производства, выполняемого на оборудовании в условиях многономенклатурных механообрабатывающих систем. Проведено исследование основных
методов конструкторско-технологического проектирования для механообрабатывающих систем с точки зрения возможности применения этих методов при проектировании конструкции детали во взаимосвязи с технологическими возможностями производственного оборудования.
Вместе с тем в первой главе проведѐн анализ существующих САПР, выявлены основные достоинства и недостатки, главным из которых является конструкторское проектирование без учѐта возможностей, имеющегося на предприятии
технологического оборудования и уровня его автоматизации. По аналогичным параметрам проанализирована система планирования многономенклатурных технологических процессов, разрабатываемая в Саратовском государственном техническом университете имени Гагарина Ю.А., определены основные достоинства и недостатки системы. Главными достоинствами являются высокая степень автоматизации, наличие обратной связи с производством, параллельная разработка технологических процессов для всей номенклатуры деталей, а недостатком является отсутствие методики выбора вариантов размерных взаимосвязей конструктивных
5
элементов детали на основе технологических возможностей оборудования с учѐтом складывающейся производственной ситуации.
На основании анализа структуры автоматизированной системы планирования ТП определена информация, необходимая для подсистемы генерации, отсева и
выбора конструкторских решений на основании технологических возможностей
оборудования.
В результате проделанной работы сделан вывод, что проектирование конструкции на основе возможностей технологического оборудования занимает важное место при принятии конструкторско-технологических решений, поэтому для
расширения возможностей системы планирования ТП необходимо разработать методику, а так же модели формирования размерных и точностных характеристик
элементов детали при конструкторской подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкретной производственной системы.
Вторая глава посвящена разработке методики и моделей формирования
размерных и точностных характеристик элементов детали при конструкторской
подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкретной
производственной системы.
Основой предлагаемого подхода является последовательное пошаговое
назначение отдельных конструктивных характеристик деталей с установлением
взаимосвязей между конструктивными характеристиками и технологическими параметрами их получения.
Для этого конструктору необходимо осуществить поиск и выбор рациональной схемы простановки размеров из множества их вариантов. Для осуществления
рационально выбора пространственно-геометрической связи поверхностей между
собой был разработан метод выбора простановки размеров из множества вариантов.
Подход заключается в построении множества вариантов простановки размеров детали на основе использования многовариантности простановки размеров и
теории графов. На базе технических характеристик оборудования составляется
таблица возможностей обработки на нѐм поверхностей для выбора наиболее рационального варианта. Применив графоаналитический метод, ТП представляется в
математической форме. На основе информации по поверхностям осуществляется
генерация вариантов простановки размеров и их отсев по правилам теории базирования.
Разработанный подход подразделяется на и проектные процедуры (рис. 1):
1. Формирование диапазона множеств точностных характеристик элементов
детали.
2. Формирование вариантов размерных взаимосвязей конструктивных элементов детали на основе учѐта принципов базирования.
3. Выполнения формирования совокупности вариантов конструкторских
размерных взаимосвязей элементов детали.
Так как реализация формирования вариантов размерных взаимосвязей конструктивных элементов детали на основе учѐта принципа единства баз является
сложной проектной процедурой, было принято решение разделить еѐ на две составные части:
1. Генерация возможных вариантов технологических баз при обработке отобранных поверхностей детали с учѐтом базы знаний о технологических возможностях оборудования в рамках рассматриваемой производственной системы.
6
2. Последовательный отсев и выбор вариантов размерных взаимосвязей поверхности на основе анализа конструкторских баз детали и возможностей назначения
технологических баз в процессе обработки в конкретной производственной ситуации.
Для осуществления работы проектных процедур необходимо представить
деталь в виде множества поверхностей, обладающих своими техническими характеристиками. Вся необходимая информация формируется на основании критерия
работоспособности и факторов, влияющих на сборочный узел. Таким образом,
определяются в конструктивной модели детали исполнительные, свободные поверхности и конструкторские (основные и вспомогательные) базовые поверхности.
Такие параметры как квалитет, шероховатость, отклонения формы и расположения поверхности назначаются на основе справочных данных. В результате
проведенной процедуры формируется пространственно-геометрическая модель
детали, в которой для каждой поверхности сформирован диапазон пределов технических характеристик. Для удобства дальнейшего осуществления генерации, отсева и выбора вариантов взаимосвязей модель детали представляется в виде множества поверхностей с назначенными техническими характеристиками.
Исходные данные по функциональному назначению сборочного узла можно
представить как некое множество
, где
подвижное сопряжение;
подвижное сопряжение;
без сопряжения.
Рис. 1. Общая структура методики формирования размерных и точностных характеристик
элементов детали при конструкторской подготовке производства с учѐтом технологических
возможностей конкретной производственной системы
7
Характеристики поверхностей, определяемые видом сопряжения, образуют
множества А. В область подмножества относятся поверхности, характеризуемые
подвижным, неподвижным или отсутствием типа сопряжения. Множество D характеризует совокупность всех множеств технических свойств детали. При этом
А  D. Квалитет поверхности можно представить как некое множество
, где
минимальный квалитет;
максимальный квалитет. Характеризуемые элементы детали квалитетом поверхности, образуют множества В. В
область подмножества относятся поверхности, определяемые качеством поверхности. При этом B  D. Шероховатость поверхности можно представить как некое
множество
, где
минимальная шероховатость поверхности;
максимальная шероховатость поверхности. Характеристики поверхностей,
определяемые шероховатостью поверхности, образуют множества U. В область
подмножества относятся поверхности, характеризуемые качеством поверхности.
При этом U  D. Назначение конструкции детали можно представить в виде множества базовых конструкторских поверхностей
, где
поверхности, являющиеся конструкторскими базами;
поверхности, не являющиеся конструкторскими базами. Характеристики поверхностей, определяемые
принадлежностью поверхности к базовым поверхностям, образуют множества P. В
область подмножества относятся поверхности, являющиеся и не являющиеся базовыми поверхностями. Так как деталь характеризуется совокупностью множеств
различных характеристик, множество U принадлежит области множества
. На основе выполненных процедур формируется множество вариантов
назначения характеристик конструктивных элементов детали.
На этапе формирования вариантов размерных взаимосвязей конструктивных
элементов детали на основе учѐта принципа единства баз выполняется генерация
вариантов технологических баз для рассматриваемой поверхности с учѐтом технологических возможностей оборудования для конкретного производственного
участка. Для выполнения генерации необходимой информацией является множество поверхностей с назначенными техническими характеристиками и базы данных о технологическом оборудовании в конкретной производственной ситуации,
которые были сформулированы в результате работы первой проектной процедуры.
Генерация осуществляется за счѐт попадания варианта реализации обработки рассматриваемой поверхности в заданный диапазон еѐ технических и размерных характеристик поверхности. Затем из множества сгенерированных вариантов
выбираются те, которые предоставляют возможность реализации принципа единства баз. Так как конструкторские базовые поверхности определены в 1-й проектной процедуре, попадания такой поверхности в диапазон возможных технологических баз и есть реализация принципа единства баз.
Принцип совмещения баз предусматривает в качестве технологических баз
принимать элементы детали, которые одновременно являются конструкторскими и
измерительными, а также используются в качестве баз при сборке изделий. Если
принцип совмещения (единства) баз соблюдается, то обработка деталей осуществляется по размерам, проставленным в рабочих чертежах, с использованием всего
поля допуска на размер, предусмотренного конструктором. Если принцип совмещения баз нарушается, то конструкторские размеры, указанные в рабочих чертежах, подлежат перерасчету, при наличии размерных цепей и их расчѐт.
8
Несовмещение баз, как правило, приводит к ужесточению допусков на размеры (точность может возрасти на 2-3 квалитета). В конечном счете это приведѐт к
повышению себестоимости процесса обработки, а также может стать невозможным при отсутствии в производстве оборудования требуемого класса точности.
Осуществление генерации происходит при соблюдении правила: показатели,
регламентирующие качество поверхности на предыдущем по ходу ТП технологическом переходе, должны соответствовать (или превышать) требованиям, предъявляемым к заготовке на последующем этапе обработки. Используя структурную схему
конструкторско-технологической подготовки, в которой используется определенная
последовательность технологических переходов p1, p2 ......pn, проанализируем процесс
временного преобразования наследственной информации в ходе ТП.
Технологический переход обладает наследственной информацией заключѐнной в технологических параметрах Tп , которые определяются на каждой стадии и зависят от выбранного метода воздействия на обрабатываемую поверхность
(tK1, tK2, ..., tKm  TK).
Управляющие параметры характеризуются конечным числом выходных параметров изделия yi (i = 1, ..., N), полностью описывающихся состоянием поверхности на конечных этапах ТП. Вектор
называется вектором качества:
X
, определяющий качество поверхности,
X = ( y1, y2, ..., yN)  K,
(1)
где B – пространственное состояние качества поверхности, есть декартово произведение областей допусков Gi каждого из параметров yi ,
N
B=
 Gi .
i 1
(2)
Тогда задачей создания формирования элементарной поверхности считается
задача генерации возможных вариантов перемещения вектора X в пространственное состояние поверхности из некоторого положения X K в конечное XК K по
траекториям Lj, отражающим путь j-го варианта и лежащим в области XN. При
этом соблюдается L  XN как ограничительное условие. Формирование поверхности детали осуществляется при прохождении изделием Nj технологических переходов (по j-му варианту) в процессе перехода из X в XK, каждый из которых «перемещает» качественную характеристику поверхности по области XN.
Система планирования ТП построена таким образом, что каждому виду оборудования формируется множество, включающее наборы характеристик конструктивных элементов детали, получаемых после обработки, связанное с множеством,
определяющим предельные исходные характеристики этих конструктивных элементов детали. Множества диапазонов характеристик элементарных поверхностей,
получаемых после завершающей обработки, можно представить как области входных параметров технологических переходов в виде матрицы D, в которую входят
множества A,B,U,P (для j-го варианта ТП на завершающем технологическом переходе):
9
D11 D12 ...D1t
D = D i=
j
j
D21 D22 ...D2t
,
.................
(3)
2
t
D1N DN
...DN
D – области входных параметров технологических переходов;
i = 1÷ N – выходные параметры изделия;
j= 1÷t – вариант технологического процесса на завершающем технологическом переходе. Области исходных характеристик поверхностей как области выходных параметров технологических переходов в виде матрицы С:
C11C12 ...C1t
Сj = Сji =
C21C22 ...C2t
................
.
(4)
2
t
C 1N C N
...C N
C – области выходных параметров технологических переходов.
При создании детали необходимо стремиться к максимальному использованию возможностей технологического оборудования, которое реализуется при достижении максимальной разницы между исходными и результирующими характеристиками поверхности на K технологическом переходе max {j(k) - j(k)}.
Управлять этой разницей целесообразно за счет Сj(k), т.к. ранее был рассмотрен и
обоснован подход проектирования ТП от конечной к начальной стадии обработки
поверхности.
Матрица Сj преобразуется в матрицу предельных входных параметров технологических переходов:
Cn11Cn12 ...Cn1t
Сnj
=
Сnji
=
Cn12Cn 22 ...Cn t2
.................
.
(5)
Cn1N Cn 2N ...Cn tN
Тогда процесс выбора технологических базовых поверхностей заключается
в определении варианта реализации данной поверхности в рамках конкретной
производственной ситуации, у которого все характеристики Cji соответствуют или
превосходят Dji. Это требование справедливо и для всего конечного ТП обработки
элементарной поверхности.
Следующим этапом является разработка модели последовательного отсева и
выбора вариантов размерных взаимосвязей поверхности на основе анализа конструкторских баз детали и возможностей назначения технологических баз в процессе обработки в конкретной производственной ситуации. На данном этапе происходит процесс отсева, выбора вариантов размерной взаимосвязи поверхности на основании параметров, характеризующих качество поверхности, реализуемой в рамках производственной ситуации. Используя технологическую базу (таблицу), производим формирование вариантов простановки технологических размеров на заключительных этапах обработки поверхностей детали. Для формирования используем только те поверхности, которые не связаны с другими поверхностями в конструкции детали.
10
Информационная база данных разработана в системе планирования ТП, построена таким образом, что для каждого вида оборудования, внесѐнного в эту базу,
формируется множество, включающее наборы характеристик элементарных поверхностей, получаемых после обработки, связано с множеством, определяющим
предельные исходные характеристики этих поверхностей. В каждом из множеств
существуют базовые поверхности. Поверхность можно представить в виде матрицы Х (для i-й поверхности) с j-м количеством конструкторских параметров:
E1
Di = E2
i 
i  ,
(6)
..........
Ej
i 
а области технологическими базовыми поверхностями – в виде матрицы Y(для i-го
варианта) с j-м количеством технологических параметров:
G1
Ci = G2
i 
i  ,
(7)
..........
Gj
i 
Тогда процесс выбора соответствия технологической базовой поверхности
для реализации поверхности детали будет заключаться в следующем условии:
Di ≤ Gi .
(8)
Выполнив анализ элементов базы данных на основе представленного подхода, удается сформировать все возможные варианты реализации конкретной поверхности в рамках текущей производственной ситуации, с отбором наиболее выгодных вариантов на основе принципов базирования.
В результате проведенной процедуры генерируются возможные варианты
технологических баз при обработке отобранных поверхностей детали с учѐтом базы знаний о технологических возможностях оборудования в рамках рассматриваемой производственной системы. Эти варианты пространственно-геометрической
модели детали являются исходными данными при последовательном отсеве и выборе вариантов размерных взаимосвязей поверхности на основе анализа конструкторских баз детали и возможностей назначения технологических баз в процессе
обработки в конкретной производственной ситуации.
На этапе выполнения генерации, отсева и выбора возможных вариантов
конструкторских размерных взаимосвязей поверхностей детали на основе анализа
возможного использования поверхностей детали в качестве технологических баз в
рамках рассматриваемой производственной системы генерируются все возможные
варианты размерных взаимосвязей поверхности на основе алгебры Буля и выбор
вариантов, исходя из условия наличия только одной связи рассматриваемой поверхности. Исходными данными являются множество поверхностей с заданными
диапазонами технических характеристик и технологические возможности оборудования в конкретной производственной ситуации. На основе этих исходных данных, осуществляется генерация всех возможных вариантов реализации рассматриваемой поверхности исходя из множества возможных технологических базовых
поверхностей.
11
Рассмотрим работу алгоритма при построении таблиц истинности с использованием теории алгебры Буля, который выполняет функцию генерации и отсева
вариантов размерных взаимосвязей на примере детали втулка, состоящей из 4 торцевых поверхностей (рис. 2).
Рис. 2. Деталь «втулка» и еѐ множество торцевых поверхностей
Если между поверхностями есть взаимосвязь в виде размера, это событие
является истинным (1), а если между поверхностями отсутствуют взаимосвязи –
это событие является ложью (0).
При рассмотрении каждого варианта возможной простановки размеров одним из условий является наличие только одного размера для определения местоположения поверхности в конструкции детали. Если таких поверхностей несколько, то генерацию возможных вариантов производим и для них. В данном случае
рассматривается вторая поверхность. Если одно из уравнений = 0, т.е. рассматриваемая поверхность не взаимосвязана с другими поверхностями, это означает
наличие ошибки. Каждая поверхность должна иметь как минимум одну связь.
В результате формируется таблица вариантов, состоящая из n вариантов получения рассматриваемых поверхностей детали на данном технологическом оборудовании.
∑
∑
∑
……………………………….
(9)
∑
∑
∑
где i – базовая поверхность, от которой проставляется размер;
j – поверхность, до которой проставляется размер;
– условие, при котором количество технологических баз стремится к
минимуму, т.е. это и есть принцип постоянства баз;
где К – количество вариантов простановки размеров для j-й поверхности;
12
m – количество поверхностей детали, входящих в рассматриваемую размерную
цепочку.
При отборе возможен такой вариант, когда выбор необходимо осуществить
между несколькими вариантами, в которых технологическая база совпала с конструкторской базой (рис. 3).
Рис. 3. Возможные варианты простановки размеров
с несколькими конструкторскими базами
Процесс формирования уравнений подобен процессу, который рассмотрели
ранее с использованием одинаковых поверхностей.
∑
∑
…………………………
(10)
∑
∑
∑
где f – номера базовых поверхностей, для которых технологическая база совпала с
конструкторской базой.
Используя теорию размерного анализа и теорию графов, осуществляем проверка результатов работы предложенной методики. В общем виде размерный анализ звеньев детали представляется в виде
= Р1 + Р2 + … + Рi – N1  N2  …  Nj ,
(11)
где Pi – увеличивающие звенья,
Nj – уменьшающие звенья в размерной цепи.
Или можно записать
m
n
1
1
  Рi   N j .
(12)
Предельные значения замыкающего звена (максимальное и минимальное)
можно вычислить по формулам:
max
m
n
1
1
  Pi max   N j min ;
(13)
13
max
m
n
1
1
  Pi min   N j max .
(14)
Используя варианты конструктивных взаимосвязей, припуски и поверхности формируется конструкторский граф (рис.4).
Рис. 4. Размерный анализ
Технология изготовления детали состоит из множества операций. Эти поверхности формируются в процессе обработки детали. Рассмотрим два варианта
получения поверхностей (рис.5).
Рис. 5. Технологический анализ
Основываясь на отобранных вариантах конструкторских взаимосвязей элементов детали и ТП, строится технологическая размерная схема для каждого из
вариантов. На ней представлены припуски (z), конструкторские (К) и технологические (Т) размеры. Каждая получаемая поверхность представлена в виде пронумерованных точек.
Используя технологические размеры и точки (поверхности), строится
технологический граф. Проанализировав граф, можно сделать выводы о том, что 5
поверхность является базой для образования 0, 4 и 3 поверхностей, а 3-я
поверхность – базой для 1 и 2 поверхностей. Тем самым соблюдается принцип
постоянства баз. Объединяя конструкторский и технологический граф, образуются
сомещѐные графы (рис.6). При анализе 1-го варианта выявляется, что при
получении 4, 3 и 2 поверхностей конструкторские размеры соответствуют
технологическим размерам. Во 2-м варианте – только при получении 4 и 3
поверхностей. Это говорит о том, что выполняется принцип единства баз. При
совмещении графов образуются циклы, из которых состовляются математические
уравнения.
Используя математический образ (модель), деталь представляется графически в виде некоторой геометрической фигуры. Для технологических размерных
14
расчетов используется так называемый граф-дерево. Так как рѐбра образуют замкнутые цепи, это позволяет представить ТП математическим уравнением.
Рис. 6. Совмещѐнные графы
Рис. 7. Математические модели
Математическая модель состоит из пяти линейных уравнений. Количество
уравнений соответствует количеству неизвестных (операционных размеров)
(рис.7). Чем меньше количество составляющих в уравнении, тем точнее выполняемый размер. Идеальный случай, когда конструкторский размер совпадает с технологическим размером. В 1 варианте операционный размер Т4=К2, а во 2 варианте на этот размер влияет точность ещѐ 3 составляющих. Происходит отсев вариантов ТП по критерию лишних уравнений в системе. На основе решения формируется система конструкторско-технологических графов.
Но, так как учесть всю специфику конструкции разрабатываемой детали в
автоматизированном режиме с использованием вычислительной техники затруднительно, принятие решения из уже отобранных вариантов простановки размеров
осуществляет конструктор.
Основной задачей разработанной методики являются генерация, отсев и выбор вариантов взаимосвязей между конструктивными элементами детали на основе возможностей технологического оборудования в рамках рассматриваемой производственной системы. Каждая из проектных процедур выполняет свою задачу:
формирование исходных данных о детали, генерация всех возможных вариантов,
выбор и отсев. Для каждой проектной процедуры формируются свои исходные
данные, которые преобразуются в процессе выполнения разработанной методики в
исходные данные для последующих процедур, либо в общий результат работы.
Основная задача разработанного метода – осуществление отбора вариантов
простановки размеров из множества вариантов на основе правил базирования в
15
рамках конкретной производственной ситуации. Тем самым становится возможным предоставить конструктору те варианты, которые отвечают требованиям точности, эффективности, реализации лучшего варианта обработки детали, и которые
могут быть экономично реализованы при изготовлении детали в многономенклатурном производстве на оборудовании, обладающем определѐнными техническими возможностями и имеющемся на данном предприятии.
Таким образом, в ходе исследований, проведенных во второй главе, полностью разработана методика, а также модели формирования размерных и точностных характеристик элементов детали при конструкторской подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкретной производственной системы.
В третьей главе приводится методика экспериментальной проверки разработанных моделей путем формирования алгоритмического и программного обеспечения подсистемы формирования размерных, точностных параметров и шероховатости поверхностей детали при конструкторской подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкретной производственной системы.
Разработаны модели, алгоритмы (рис. 8) и программное обеспечение для
выполнения генерации, отсева и выбора возможных вариантов конструкторских
размерных взаимосвязей поверхностей детали на основе анализа возможного использования поверхностей детали в качестве технологических баз в рамках рассматриваемой производственной системы. Спроектирована структура и разработано программно-алгоритмическое обеспечение генерации, отсева и выбора возможных вариантов конструкторских размерных взаимосвязей поверхностей детали на
основе анализа возможного использования поверхностей детали в качестве технологических баз в рамках рассматриваемой производственной системы.
Формирование вариантов по представленному алгоритму (рис. 8) осуществляется следующим образом:
 производим разделение детали на элементарные поверхности, тем самым
образуются варианты множеств поверхностей с техническими требованиями,
предъявленными к ним;
 используя разработанные математические модели, правила конструирования, теорию базирования и базу технологических возможностей оборудования,
осуществляется формирование вариантов множеств конструктивных взаимосвязей
элементов детали с учѐтом реальной производственной ситуации.
В алгоритме используются обозначения: К – код конструкторской поверхности из детали; Кт – код конструкторской поверхности из технологической таблицы; Lк – требование к расположению 0т. базовой поверхности относительно 0т.
обрабатываемой поверхности из конструкции детали; L(max.min)т – min и max
требования к расположению 0т. базовой поверхности относительно 0т. обрабатываемой поверхности из технологической таблицы; Itk – точность конструкторской
поверхности; Itт – точность конструкторской поверхности из технологической
таблицы; Raк – шероховатость конструкторской поверхности; Raт – шероховатость конструкторской поверхности из технологической таблицы; Кб – конструкторская база на детали; Тб – технологическая база из таблицы; n – количество отобранных вариантов; E – вариант взаимосвязи поверхности с другими поверхностями; m – количество поверхностей, участвующих в построении таблиц истинности.
16
Рис.8. Алгоритм формирования множеств вариантов конструктивных взаимосвязей
элементов детали на основе технологических возможностей оборудования
С помощью автоматизированной подсистемы формирования размерных,
точностных параметров и шероховатости поверхностей детали при конструкторской подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкрет17
ной производственной системы для оборудования производственного участка
сформирована база данных для выбранных моделей оборудования в условиях
ОАО НПП «Алмаз». В итоге сформированы алгоритмы, методы и подсистема программы, по которым осуществлена обработка опытных образцов, приведены в четвѐртой главе.
В четвёртой главе производится проверка работоспособности разработанной методики формирования размерных, точностных параметров и шероховатости
поверхностей детали с учѐтом технологических возможностей оборудования.
Проведѐнные экспериментальные исследования позволили сделать вывод,
что в результате применения разработанной методики повысилось качество конструкторских решений за счѐт учѐта технологических возможностей оборудования
в реальных сложившихся производственных условиях, что привело к снижению
себестоимости изготовления продукции.
Произведѐнный расчѐт технико-экономических показателей внедрения автоматизированной подсистемы генерации, выбора и отсева конструкторских вариантов на основе технологических возможностей оборудования, выполняемых на
одном из участков механической обработки в ОАО НПП «Алмаз», показал, что
они обеспечивают сокращение времени конструкторско-технологической подготовки производства.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. На основе анализа существующих подходов к конструкторскотехнологической подготовки производства, сделан вывод о том, что при проектировании конструкции деталей не учитываются возможности технологического
оборудования в реальных производственных условиях.
2. Разработаны подходы к формированию диапазона характеристик элементов деталей при конструкторской подготовке производства с учѐтом технологических возможностей конкретной производственной системы.
3. Разработана методика, алгоритмы и программное обеспечение для выполнении генерации вариантов конструкторских размерных взаимосвязей поверхностей детали на основе анализа возможного использования поверхностей деталей в качестве технологических баз в рамках рассматриваемой производственной системы.
4. Разработана методика и программно-алгоритмическое обеспечение отсева и
выбора возможных вариантов конструкторских размерных взаимосвязей поверхностей деталей на основе реального состояния технологического оборудования.
5. Разработан программно-математический комплекс обеспечивающий повышение эффективности автоматизированной поддержки конструкторскотехнологических решений в условиях изменения производственных ситуаций.
6. Результаты работы были опробованы при изготовлении деталей на производственном участке ОАО НПП «Алмаз». В результате подтвердилась работоспособность разработанной программной подсистемы, которая позволила сократить
время конструкторско-технологической подготовки в 2 раза по сравнению с существующей методикой подготовки производства, а также полнее использовать все
возможности технологического оборудования.
18
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
1. Белов А. П. Совершенствование технологической подготовки производства на
основе установления взаимосвязей между характеристиками конструктивных элементов
деталей и принятием проектных решений при разработке технологических процессов /
А. П. Белов, П. Ю. Бочкарев // Вестник Саратовского государственного технического
университета. – 2011. – № 56. – С. 23-27.
2. Белов А.П. Выбор рационального технологического процесса в условиях многономенклатурного производства на основе конструктивных связей / А. П. Белов,
П. Ю. Бочкарев // Вестник Саратовского государственного технического университета. –
2011. – № 58. – С. 9-11.
Публикации в других изданиях
3. Белов А. П. Принятие проектных решений при разработке технологического
процесса механообработки на основание конструкционных связей / А. П. Белов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении : сб. науч. тр. / СГТУ. – Саратов,
2011.– С. 14-17.
4. Белов А. П. Формирование структуры технологических процессов / А. П. Белов // Современные технологии в машиностроении : сб. ст. XV Междунар. науч.-практ.
конф. – Пенза, 2011.– С. 40-42.
5. Белов А. П. Формирование структуры технологических процессов с учетом взаимосвязей между конструктивными элементами / А. П. Белов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении : сб. науч. тр. / СГТУ. – Саратов, 2012. – С. 4-7.
6. Белов А. П. Технологическая подготовка производства на основе размерного
анализа и теории графов / А. П. Белов // Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы в наноинженерии : сб. материалов Всерос. молодежной конф., г. Саратов, 21-22
мая 2012 г. / СГТУ. – Саратов, 2012. – С. 54-60.
7. Белов А. П. Совершенствования технологической подготовки производства на
основе установления взаимосвязей между размерными характеристиками конструктивных элементов детали и принятием проектных решений при разработке технологического
процесса механообработки / А. П. Белов // Актуальные проблемы науки и техники : сб. тр.
Шестой Всерос. зимней шк.-семинара аспирантов и молодых ученых, 15-18 февр. 2011 г. /
Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Т. 2: Машиностроение, электроника, приборостроение.
Управление и экономика.– Уфа, 2011. – С. 51-52.
8. Белов А. П. Создание механообрабатывающей системы для условий многономенклатурного производства / А. П. Белов, П. Ю. Бочкарев // Математические методы в
технике и технологиях – ММТТ-24 : сб. тр. XXIV Междунар. науч. конф. Участники
школы молодых ученых и программы У.М.Н.И.К. / СГТУ. – Саратов, 2011. – С. 70-71.
9. Белов А. П. Технологическая подготовка производства, учитывающая взаимосвязи конструктивных элементов деталей при разработке технологических процессов /
А. П. Белов // Будущее машиностроения России : сб. науч. тр. IV Всерос. конф. молодых
ученых и специалистов МГТУ им. Н.Э. Баумана [Электронное издание]. М.: МГТУ им.
Баумана, 2011. С. 6.
10. Белов А.П. Технологические и размерные связи на основе анализа конструкции / А.П. Белов // Будущее машиностроения России : сб. науч. тр. V Всерос. конф. молодых ученых и специалистов МГТУ им. Н.Э. Баумана. М.: МГТУ им. Баумана, 2012. – С. 2.
11. Белов А. П. Установления технологических и размерных связей на основе анализа конструкции / А. П. Белов, П. Ю. Бочкарѐв // Математические методы в технике и
19
технологиях – ММТТ-25 : сб. тр. XXV Междунар. науч. конф. Участники школы молодых ученых и программы У.М.Н.И.К. / СГТУ. – Саратов, 2012. – С. 80-83.
12. Белов А. П. Информационное взаимодействие конструкции детали и технологических возможностей производства / А. П. Белов // Математические методы в технике и
технологиях – ММТТ-26 : сб. тр. XXIV Междунар. науч. конф. Участники школы молодых ученых и программы У.М.Н.И.К. / СГТУ. – Саратов, 2013. – С. 63-65.
Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ
13. Белов А. П. Выбор вариантов размерных конструкторских связей на основе
принципа единства баз при разработке конструкторской документации в системе сквозной конструкторско-технологической подготовки производства / А. П. Белов, П. Ю. Бочкарѐв, Л. Г. Бокова. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
№ 2013617631, 21.08.2013 г.
Подписано в печать 31.10.13
Формат 6084 1/16
Бум. офсет.
Усл. печ. л. 1,0
Уч.-изд. л. 1,0
Тираж 100 экз.
Заказ 167
Бесплатно
Саратовский государственный технический университет
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Тел.: 24-95-70; 99-87-39, е-mail: izdat@sstu.ru
20
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа