Автоматизация проектирования универсально-сборных приспособлений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат технических наук Серков, Евгений Александрович

• Серков, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Серков, Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНО-СБОРНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ.

1.1 Характеристика методов проектирования приспособлений.

1.1.1 Задачи процесса проектирования.

1.1.2 Общая классификация методов Проектирования.

1.2 Направления унификации при проектировании универсально-сборных приспособлений.

1.3 Анализ существующих систем автоматизированного проектирования технологической оснастки.

1.3.1 Роль систем автоматизированного проектирования технологической оснастки в единой информационной поддержке этапов жизненного цикла изделий.

1.3.2 Классификация систем автоматизированного проектирования.

1.3.3 Обзор систем автоматизированного проектирования общего назначения.

1.3.4 Обзор специализированных систем автоматизированного проектирования универсально-сборных приспособлений.

1.4 Анализ современных исследований в области автоматизированного проектирования станочных приспособлений.

1.5 Анализ методов решения некоторых специфических задач проектирования универсально-сборных приспособлений.

1.6 Выводы по результатам анализа методов и средств проектирования универсально-сборных приспособлений.

1.7 Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. СТРУКТУРА, МЕТОДИКИ И МОДЕЛИ ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.

2.1 Функции и структура программно-методического комплекса.

2.2 Методика проектирования групповых универсально-сборных приспособлений.

2.3 Методика генерации ЗБ-моделей сборок универсально-сборных приспособлений.

2.4 Методика применения библиотек ЗЭ-моделей компонентов универсально-сборных приспособлений.

2.5 Методика автоматизированного проектирования зажимных устройств.

2.5.1 Расчет сил и моментов резания.

2.5.2 Расчет и проектирование силовых механизмов зажимных устройств.

2.6 Методика автоматизированного проектирования конструкции установочных элементов универсально-сборных приспособлений

2.7 Учет задействованных компонентов универсально-сборных приспособлений при автоматизированном проектировании.

2.8 Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ЯЗЫК ОПИСАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНО-СБОРНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ. АЛГОРИТМЫ ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.

3.1 Разработка языка описания информационных моделей.

3.1.1 Обозначение составляющих элементов конструкции универсально-сборных приспособлений.

3.1.2 Правила описания конструкции универсально-сборных приспособлений.

3.1.3 Разработка элементов языка описания содержимого базы знаний.

3.2 Алгоритмы работы программно-методического комплекса.

3.2.1 Алгоритм автоматизированной генерации ЗБ-моделей сборок универсально-сборных приспособлений.

3.2.2 Алгоритм автоматизированного проектирования с применением библиотек ЗБ-моделей компонентов универсально-сборных приспособлений.

3.2.3 Алгоритм расчета исходного усилия и проектирования силовых механизмов зажимных устройств.

3.2.4 Алгоритм автоматизированного проектирования конструкции установочных элементов универсально-сборных приспособлений.

3.3 Целесообразность применения методики генерации ЗБ-моделей сборок универсально-сборных приспособлений при использовании его в рамках существующего метода синтеза приспособлений.

3.4 Описание структуры взаимосвязей составляющих программно-методического комплекса.

3.5 Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.

4.1 Разработка библиотек ЗБ-моделей компонентов универсально-сборных приспособлений.

4.2 Разработка приложения для автоматизированного расчета сил и моментов резания.

4.3 Разработка приложения для расчета исходного усилия и проектирования силовых механизмов зажимных устройств.

4.4 Разработка интерфейса оболочки базы знаний автоматизированного проектирования конструкции установочных элементов универсально-сборных приспособлений.

4.5 Оценка эффекта от применения программно-методического комплекса в рамках предлагаемого подхода к организации проектирования и применения универсально-сборных приспособлений на предприятии.

4.6 Выводы по четвёртой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация проектирования универсально-сборных приспособлений»

Актуальность исследования. В настоящее время для промышленного производства характерен ряд особенностей.

Прежде всего, это сокращение долговечности и времени эксплуатации изделий: «Промежуток времени, в течение которого продукция пользуется спросом на рынке и приносит прибыль, по мнению ведущих исследовательских институтов за последние 20 лет, уменьшился примерно вдвое. Различные исследования показывают, что этот процесс продвигается примерно на 5 % в год.» [12, с. 23] (очевидно, что данная тенденция будет наблюдаться еще в течение какого-то промежутка времени, пока длительность периода спроса не достигнет своего предела). Как показывает практика, важным фактором, влияющим на прибыль, при этом становится время, прошедшее с момента принятия решения о проектировании до момента появления изделия на рынке [12, с. 27].

Кроме того, происходит расширение номенклатуры изделий, изготовление их в соответствии с индивидуальными запросами пользователя [12, с. 23].

Также наблюдается рост сложности выпускаемых изделий [41].

Еще одним фактором является возрастающая роль конкуренции в глобальных масштабах, на мировом уровне [12, с. 24].

Следует отметить также возрастающую роль информационных технологий во многих областях деятельности человека. Комплексное применение информационных технологий может дать предприятию качественное преимущество как за счет повышения эффективности выполнения различных задач, существующих на разных этапах жизненного цикла изделия (ЖЦИ), так и за счет появления для этого принципиально новых инструментов и методов.

По этим причинам особенно важно сокращение сроков и стоимости технологической подготовки производства (ТПП), изменение её качественного уровня, а, в частности, стоимости и сроков проектирования технологической оснастки (ТО), повышения её эффективности. Существенную роль при этом играет использование современных информационных технологий.

Отметим, что перечисленные особенности современного производства и существующие требования к нему носят противоречивый характер.

Система универсально-сборных приспособлений (УСП), относящаяся к одной из разновидностей ТО, согласно рекомендациям государственных стандартов (ГОСТов) и технической литературы, как раз и ориентирована на применение в условиях существующих противоречивых требований и тенденций.

Поэтому одним из способов обеспечения конкурентоспособности предприятия является увеличение эффективности использования системы УСП за счет сокращения сроков и уровня качества её проектирования на основе автоматизации с использованием современных информационных технологий.

Состояние проблемы. Вопросы теории проектирования ТО и, в частности, системы УСП, разработки методов и систем автоматизированного проектирования (САПР) упоминаются во многих работах, посвященных вопросам проектирования ТО и автоматизации ТПП. В этом направлении проводили исследования такие ученые как Ракович А.Г., Митрофанов С.П., Горанский Г.К., Кузнецов B.C., Аверченков В.И, Ващенко Ю.Л., Мясников Ю.И., Ильицкий В.Б. и ряд других.

Проведенные ранее исследования позволили разработать к концу 80-х годов XX века ряд специализированных САПР, предназначенных для проектирования различных систем ТО. Эти системы и лежащие в их основе принципы, как и всякие решения, обладали определенным набором преимуществ и недостатков. Однако произошедший в 1991 г. распад СССР и последовавший за ним длительный экономический и политический кризис привели к тому, что полученные результаты не получили существенного развития в рамках появления в мире качественно новых инструментов и возможностей информационных технологий. В частности, на сегодняшний день о не существует системы автоматизированного проектирования универсально-сборных приспособлений (САПР-УСП), построенной на основе современных информационных технологий и нашедшей применение в промышленности.

Рассмотренные вопросы актуальности и состояния проблемы послужили основой для формулировки цели и задач исследования.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности автоматизированного проектирования УСП.

Для достижения этой цели был поставлен ряд задач, перечень которых приведен ниже.

1. Разработка методики проектирования групповых УСП, заключающейся в проектировании специальных деталей сменных наладок групповых УСП, а также подбора сменных наладок из унифицированных компонентов УСП на основе создания групповых компоновок с использованием ЗБ-модели комплексной заготовки.

2. Разработка методики автоматизированной генерации ЗБ-моделей сборок УСП.

3. Разработка методики применения библиотек ЗО-моделей компонентов УСП с возможностью автоматизированного задания сопряжений для различных типов конструктивных элементов.

4. Разработка методики автоматизированного проектирования зажимных устройств, включающей в себя:

-автоматизацию расчетов сил и моментов резания;

-автоматизацию расчетов исходного усилия закрепления заготовки и генерации ЗБ-модели силового механизма зажимного устройства с требуемыми параметрами.

5. Разработка методики проектирования конструкции установочных элементов УСП.

6. Разработка методики учета доступного для компоновки множества элементов УСП в качестве дополнительного ограничения при автоматизированном проектировании.

7. Описание специфики организации процесса проектирования У СП с использованием системы автоматизированного проектирования (САПР).

Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследования выступает проектирование ТО. К предмету исследования относятся методы автоматизированного проектирования УСП.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач были использованы научные положения теории автоматизированного проектирования приспособлений, технологии приборостроения, групповой технологии, дискретной математики, аналитической геометрии, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна.

1. Предложена методика проектирования групповых УСП.

2. Предложена методика автоматизированной генерации ЗБ-моделей сборок УСП.

3. Предложена методика автоматизированного проектирования УСП с использованием библиотек ЗБ-моделей компонентов УСП.

4. Предложена методика автоматизированного проектирования зажимных устройств УСП.

5. Предложена методика автоматизированного проектирования конструкции установочных элементов УСП.

Практическая значимость исследования. Практическая значимость исследования заключается в разработанных методиках и реализованных на их основе программных продуктах для автоматизированного проектирования УСП. Данные методики и программные продукты образуют в совокупности программно-методический комплекс автоматизированного проектирования УСП. Остановимся на практической значимости более подробно.

Прежде всего, можно выделить следующие возможные области применения результатов работы:

- создание на основе предложенных методик специализированных приложений для проектирования УСП в организациях-разработчиках современных интегрированных САПР с использованием ЗБ-моделирования;

- создание тех же приложений, ориентированных на конкретное предприятие, в подразделениях предприятий, обеспечивающих внедрение и применение информационных технологий;

- проведение дальнейших научных исследований в области проектирования ТО;

- применение полученных результатов непосредственно в практической работе конструкторов ТО.

Применительно к первым двум областям применения отметим следующее.

Методика автоматизированной генерации ЗБ-моделей сборок УСП является одной из методик, обеспечивающих разработку следующих видов специализированных приложений:

- библиотеки ЗБ-моделей компонентов УСП с возможностью автоматизированного задания сопряжений для различных типов конструктивных элементов;

- библиотеки автоматизированного проектирования силовых механизмов зажимных устройств;

- база знаний автоматизированного проектирования конструкции установочных элементов УСП.

Кроме того, в основу разработки перечисленных приложений положены соответствующие методики автоматизированного проектирования, упомянутые выше.

Дополнительное повышение эффективности проектирования обеспечивает методики учета доступного для компоновки множества элементов УСП.

Другое направление применения методики автоматизированной генерации ЗБ-моделей сборок УСП - это его использование при разработке специализированной САПР-УСП, обладающей расширенной п. функциональностью (вплоть до полностью автоматического синтеза конструкции У СП). В этом случае данная методика обеспечивает реализацию одного из этапов проектирования конструкции приспособления -генерирование ЗБ-модели сборки УСП на основе внутреннего представления конструкции УСП в САПР.

Что же касается последней области применения результатов работы, то разработанное приложение для автоматизированного расчета сил и моментов резания может быть непосредственно использовано в инженерной практике.

Тоже самое можно сказать про разработанные отдельные образцы библиотек: библиотеку ЗБ-моделей болтов пазовых и библиотеку автоматизированного проектирования для типовой конструкции винто-рычажного силового механизма зажимного устройства.

Также конструкторами ТО может быть использована методика проектирования специальных деталей сменных наладок групповых УСП.

Результаты исследования были внедрены в процесс технологической подготовки производства ОАО «ЛЕНПОЛИГРАФМАШ», а также использованы в учебном процессе СПбНИУ ИТМО на кафедре «Технология приборостроения».

Апробация результатов. Результаты работы были представлены в форме докладов на ряде конференций, перечень которых приведен ниже.

1. XXXVIII XXXIX и научные и учебно-методические конференции СПбГУ ИТМО (СПб, СПбГУ ИТМО, 2009, 2010 г.)

2. VII и VIII Всероссийские межвузовские конференции молодых ученых (СПб, СПбГУ ИТМО, СПбНИУ ИТМО, 2010, 2011 гг.)

3. Четвертый Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (СПб, СПбГПУ, 2010 г.)

4. XL и XLI научные и учебно-методические конференции национального университета информационных технологий, механики и оптики (СПбНИУ ИТМО, 2011,2012 гг.)

Заключение диссертации по теме «Технология приборостроения», Серков, Евгений Александрович

В заключение сделаем следующие промежуточные выводы.

1. Повышение эффективности проектирования УСП может быть достигнуто за счет проведения унификации конструкции сборок УСП по различным направлениям.

2. Различные направления унификации для УСП соответствуют созданию групповых УСП, унифицированных функциональных фрагментов и типовых конструкций УСП.

3. Эти направления унификации имеют тесную связь с методами конструирования и методами автоматизированного проектирования (см. раздел 1.1.2), поэтому проведение предварительной унификации может стать важными предпосылками, определяющими структуру и основы функционирования САПР.

4. Направления унификации будут использованы в качестве одной из основ для разделения исследования на ряд областей.

1.3 Анализ существующих систем автоматизированного проектирования технологической оснастки

1.3.1 Роль систем автоматизированного проектирования технологической оснастки в единой информационной поддержке этапов жизненного цикла изделий

В современной практической деятельности на различных этапах ЖЦИ все большую роль играет комплексный подход к решению возникающих задач. Его важность при создании сложных автоматизированных систем в машиностроительном и приборостроительном производстве начала осознаваться еще в 70-х годах XX в [18, с. 12-14, 72, с. 3].

Во всем мире сегодня это привело к возникновению концепции единой информационной поддержки ЖЦИ, получившей оформление в методологии и принципах CALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support* - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта) [1, 32, 66, 71, с. 29, 72, с. 3-4] и ряде международных и российских стандартов [см. например 2, 25].

В области подготовки производства, включающей конструирование и ТПП, принципы CALS нашли свое отражение в создании ряда приложений, обеспечивающих комплексную поддержку этапов ЖЦИ на основе концепции PLM (Product Life-cycle Management - управление жизненным циклом продукта). Базовыми системами, обеспечивающими реализации стратегии PLM, являются системы классов CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing - компьютерное проектирование и изготовление), CAE (Computer Aided Engineering - компьютерный инженерный анализ), PDM (Product Data Management - управление данными разработки) [71, с. 15-29, 72, с. 4-7].

Существуют и другие расшифровки аббревиатуры CALS, близкие к приведенной в тексте работы по смыслу [72, с. 4]. т>

1.3.2 Классификация систем автоматизированного проектирования

В отечественной инженерной практике классификация САПР нашла отражение в соответствующем ГОСТе [21]. Однако данный стандарт не регламентирует явным образом (но и не исключает) сложившуюся современную российскую и международную терминологию, а также современные концепции роли САПР в единой информационной поддержке ЖЦИ (см. раздел 1.3.1). Это необходимо учитывать при работе с классификацией САПР. В качестве классификационных признаков в стандарте используют тип и разновидность объекта проектирования, уровень автоматизации проектирования, комплексность автоматизации проектирования, характер выпускаемых документов и др. Перечисленные признаки наиболее важны для дальнейших оценок САПР, приводимых в данной работе.

В качестве основного вида САПР в работе будут рассматриваться САПР-ТО, однако с учетом тенденций к интеграции САПР различного назначения САПР-ТО зачастую будут являться неотъемлемой составной частью интегрированной САО/САМ/САЕ/РБМ-системы.

Поскольку современные интегрированные САПР являются результатом работы больших коллективов, и во многих из них есть инструменты для создания пользовательских приложений, то в данной работе будет проводиться дополнительная условная классификация САПР на системы общего назначения и специализированные пользовательские САПР. К последним условно будут отнесены также специализированные САПР, разработанные с нуля и обладающие оригинальным пользовательским интерфейсом, средствами работы с графическими изображениями, конструкторской документацией и т.д. Указанные системы разрабатывались на ранних этапах развития САПР, когда системы со средствами разработки пользовательских приложений еще не получили широкого распространения или даже не существовали.

Данная классификация приведена в качестве основы для дальнейшего анализа возможностей и недостатков существующих САПР-ТО.

Ч Л

1.3.3 Обзор систем автоматизированного проектирования общего назначения

При анализе российского рынка САПР достаточно сложно найти исчерпывающую информацию, однако можно привести ряд данных. Одной из причин сложности анализа является высокий уровень пиратства, который, по некоторым данным, в 2007 составлял 73% [28].

На рынке машиностроения нет выраженного лидера, и можно говорить о том, что примерно по 25% контролируют «Аскон» и Dassault Systèmes, около 20% - Autodesk и примерно 10% - Siemens PLM Software и РТС. Оставшиеся 10% занимают другие производители [56].

Что же касается распределения продаж между различными программными продуктами, то данные по продажам рабочих мест популярных пакетов на мировом рынке представлены на рисунке А. 1 приложения А.

На основании этого делаем вывод, что программный продукт SolidWorks компании Dassault Systèmes получил широкое распространение на мировом рынке и может занимать значимую позицию на российском рынке легального и нелегального программного обеспечения (ПО).

Анализ существующих САПР показал, что в настоящее время отсутствуют инструменты для проектирования УСП (приложения, библиотеки), поставляемые в составе САПР общего назначения. Поэтому для проектирования УСП возможно применение универсальных средств САПР общего назначения или разработка и использование специализированных приложений и библиотек.

Основным критерием отбора САПР для анализа была принадлежность разработчика программного продукта к одному из пяти вышеперечисленных в сочетании с поддержкой ЗО-моделирования. В качестве дополнительных критериев, на основе которых приложения могли быть отобраны для анализа, использовались: поддержка концепции ЗБ-моделирования и возможность интеграции программного продукта в единую систему CAD/CAM/CAE/PDM, поставляемую одним разработчиком.

Учитывая сложность выбора базовой САПР для решения практических задач конкретного предприятия и возможную необходимость проведения перед этим предварительного анализа* [72], отметим, что в данной работе задача однозначного и строгого обоснования такого выбора программы для выполнения задач работы решаться не будет. Дополнительным критерием, влияющим на выбор САПР, будет наличие у программы широкого набора функциональных возможностей.

В качестве примера в таблице Б.1 приложения Б перечислен ряд характеристик системы SolidWorks 2010, важных в т.ч. и для проектирования и изготовления ТО. Эти характеристики удовлетворяют вышеупомянутому дополнительному критерию выбора на основе широкого набора функциональных возможностей.

На основании анализа информации из указанной таблицы и с сайта разработчика [3] отметим, что система ЗоШ'^огкз 2011 обладает такими функциональными возможностями, которые позволяют отнести ее к классу интегрированной САБ/САМ/САЕ/РОМ-системы, что удовлетворяет критерию, приведенному в конце раздела 1.3.1.

Система 8оНсГ№огк8 2010 по функциональным возможностям незначительно отличается от системы 8оНс1\Уогк8 2011, что легко подтвердить на основе изучение встроенных справок двух версий программного продукта.

Все это позволило выбрать систему ЗоНсГ^огкв 2010/2011 в качестве базовой в нашей работе для разработки методов проектирования и специализированных САПР. Данная задача может возникнуть при внедрении на предприятии автоматизированной системы технологической подготовки производства

АСТПП), что и рассматривается в работе [72].

1.3.4 Обзор специализированных систем автоматизированного проектирования универсально-сборных приспособлений

Идеи создания специализированных САПР для определенных классов станочных приспособлений появились уже достаточно давно и были реализованы в целом ряде разработок.

Для удобства сравнения существующих приложений в дополнение к классификации раздела 1.3.2 введем разделение специализированных САПР по ряду дополнительных признаков. Общая схема применяемых классификационных признаков представлена на рисунке 1.3.4.1:

Рисунок 1.3.4.1 - Классификационные признаки специализированных

САПР

Для каждого из вариантов классификационных признаков на рисунке даны порядковые номера. Обозначим тип специализированной САПР в зависимости от значения всех признаков. Обозначение типа образовано записью трех порядковых номеров в соответствии с расположением признаков на рисунке при просмотре его слева направо (например, тип 111).

Следует отметить, что такая классификация не претендует на полноту и характеризует программные продукты, прежде всего, в контексте трудоемкости их разработки и оценивает с позиции применяемой концепции моделирования (2D или ЗО-моделирование), т.е. делается оценка общего уровня развития информационных технологий, на основе инструментов которого разрабатываются специализированные САПР. Другой важной составляющей, влияющей на целесообразность разработки и применения программного продукта, является набор методов, алгоритмов и математических моделей, обеспечивающих автоматизированное проектирование с тем или иным уровнем функциональности. Этот набор может напрямую зависеть от уровня развития информационных технологий.

Охарактеризуем существующие специализированные САПР для проектирования УСП более подробно.

Тип 111. Примером ранних разработок приложения указанного типа может быть программно-информационный комплекс проектирования компоновок УСП - «УСП-1 ЕС», охарактеризованный в [13, 14]. Комплекс позволяет получать компоновочные схемы без участия конструктора в оперативном режиме по параметрическому описанию обрабатываемой заготовки и оснащаемой технологической операции. Проектирование компоновок возможно для двух схем установки заготовок:

- по трем взаимно перпендикулярным плоскостям;

- по плоскости и двум или одному цилиндрическим отверстиям.

Результат проектирования - комплект конструкторской документации.

В целом, для того уровня развития информационных технологий была возможна разработка различных САПР, позволяющих выполнять проектирование как полностью автоматически в пакетном режиме, так и другими путями с меньшей степенью автоматизации [36].

Типы 121 и 122. Появление пакетов 20-моделирования, относящихся к САПР общего назначения (например, AutoCAD), стало основой для разработки множества пользовательских приложений представляющих из себя либо набор библиотек типовых изображений деталей станочных приспособлений либо приложений, написанных на специализированных языках программирования и выполняющих решение ряда задач процесса проектирования.

Что касается разработки таких приложений для УСП, то пример этого приведен в работе [45]. САПР-УСПО-V предназначена для проектирования близкой по свойствам к УСП системы оснастки - универсально-сборной переналаживаемой оснастке (УСПО). Результат проектирования - сборочный чертеж и ведомость входящих в приспособление стандартизованных элементов УСПО-V. Система поддерживала два основных метода проектирования (см. раздел 1.1.2): метод преобразования аналога и метод синтеза. Последний метод заключается в синтезе приспособления из графических описаний элементов, хранящихся в базе.

Типы 221 и 222. Для концепции 3D-моделирования также характерно наличие тех или иных программных продуктов, предназначенных для автоматизации проектирования УСП.

В качестве разработок, относящихся к типу 222 и обладающих начальной степенью автоматизации, можно рассматривать библиотеки ЗБ-моделей УСП. Так, для системы Компас-ЗБ была создана библиотека ЗБ-моделей деталей УСП на основе группирования деталей по геометрической форме, создания для групп параметрических моделей, сохранения информации о параметрах моделей в файле Excel и подключении полученных файлов к «Менеджеру шаблонов» системы Компас-ЗБ [26].

Другой путь автоматизации проектирования, также относящийся к типу 222 - это создание ЗБ-моделей типовых сборок на основе библиотек, подобных вышеупомянутой. Процесс проектирования в этом случае сводится к выбору нужных конфигураций или исполнений деталей сборки. Описание такого решения для проектирования УСП приведено в [33, 34]. Что же касается приложений, относящихся к типу 221, то проведенный анализ показал, что на сегодняшний день таких приложений для проектирования УСП не существует.

- 2Я

1.4 Анализ современных исследований в области автоматизированного проектирования станочных приспособлений

Как было показано в предыдущем разделе 1.3.4, на сегодняшний день существуют САПР-УСП, относящиеся к группе типов 221 и 222, и соответствующие им методы проектирования. Эти САПР обладают начальной степенью автоматизации.

Однако на сегодняшний день также существует ряд современных исследований, направленных на разработку методов проектирования СП и соответствующих им САПР. В нашей работе представляется целесообразным проанализировать данные исследования.

Для этого условно разделим эти исследования на две группы. Первая из них включает исследования, направленные на весь процесс проектирования в целом. Вторая включает исследования, направленные на решение отдельных задач проектирования СП.

Анализ исследований, относящихся к этим группам, показал, что несмотря на полученные в них результаты, остается ряд нерешенных задач автоматизированного проектирования УСП. Результаты данного анализа напрямую связаны с выводами в разделе 1.6 и с постановкой задачи исследования в разделе 1.7. Более подробно с результатами анализа можно ознакомиться в приложении Р.

1.5 Анализ методов решения некоторых специфических задач проектирования универсально-сборных приспособлений

Одна из групп специфических задач относится к проектированию групповых УСП.

Одна задач, входящая в эту группу - это передача сведений о всех заготовках группы в ЗБ-модель сборки. При этом остается нерешенной задача разработки эффективной методики передачи сведений о всех заготовках группы в ЗБ-модель сборки.

Другая задача проектирования групповых УСП, - это проектирование сменной части группового приспособления, состоящей из унифицированных или специальных деталей.

При использовании универсальных инструментов САПР общего назначения может возникнуть необходимость разработки комплекта документации на специальные детали сменной наладки. В этом случае использование традиционных методов ЗБ-моделирования подразумевает рутинное ручное редактирование параметров конструкции специальных деталей сменной наладки.

Однако в данном случае может наблюдаться высокая степень типизации решений и возможность формализованного описания функциональных связей между параметрами обрабатываемой заготовки и параметрами сменной части приспособления. Отметим, что для подобных случаев возможно создание типовых компоновок. В таких компоновках функциональные связи задаются с помощью универсальных инструментов параметризации САПР общего назначения, а изменение параметров ЗБ-моделей и чертежей для каждого набора исходных данных происходит автоматически. Идеи подобного рода существовали ранее и нашли применение на практике [31, 43]. Однако остается нерешенным вопрос количественной оценки области эффективного применения данного подхода, а также разработки методики задания параметрических зависимостей, учитывающей специфику системы УСП. Кроме -5П. того, в этом случае необходимо сформулировать конкретные указания методического характера применительно к системе ЗоНсГ^ЪгкБ.

Перейдем теперь к рассмотрению некоторых особенностей системы УСП.

В связи со спецификой системы в процессе автоматизированного проектирования может возникнуть необходимость учета доступных для применения в проектируемом приспособлении компонентов, поскольку ряд компонентов может быть задействован в уже собранных конструкциях. На сегодняшний день не существует алгоритма и методики учета при автоматизированном проектировании доступных для компоновки компонентов.

Еще одним проблемным вопросом является сама организация процесса проектирования УСП. В практике применения УСП на предприятиях организовывались специальные участки, где работали слесари-сборщики высокого разряда (5.6). При этом традиционный этап проектирования с разработкой конструкторской документации отсутствовал, что увеличивало длительность цикла их сборки [47]. В свою очередь, решение задачи разработки конструкторской документации целесообразно только в том случае, если процесс разработки будет отвечать определенным ограничениям по времени. Кроме того, разработка конструкторской документации позволит снизить требования к квалификации сборщика. Отсюда вытекает возможность повышения эффективности системы УСП за счет автоматизации проектирования с проведением соответствующего экономического обоснования организации процесса проектирования с использованием САПР.

Рассмотрим теперь следующий вопрос. Как уже упоминалось в разделе 1.3.4, ранее существовали САПР-УСП, которые обладали возможностью синтезировать УСП в оперативном режиме без вмешательства конструктора [13, 14]. Одной из последних задач, решаемых при этом, была задача преобразования внутреннего представления (модели) конструкции УСП в плоский двухмерный чертеж. Однако на сегодня отсутствуют методы решения такой задачи с целью получить на выходе ЗЭ-модель САБ-системы.

Непосредственно с предыдущим вопросом связан следующий. На сегодняшний день в составе САПР общего назначения могут поставляться библиотеки ЗО-моделей различных типовых компонентов. Существует также возможность создания пользовательских библиотек компонентов. Однако в этой области остается возможность дальнейшего повышения эффективности применения библиотечных ЗЭ-моделей при компоновки. Отметим, что в существующих библиотеках заложена возможность автоматизированного задания сопряжений для лишь одного вида сочетания конструктивных элементов модели библиотеки и компонента сборки. В свою очередь, для системы УСП характерен ограниченный набор возможных сочетаний конструктивных элементов. Поэтому в этой области возможна разработка библиотек, которые обеспечивают автоматизированное указание сопряжений для нескольких типов сочетаний конструктивных элементов. Однако такие библиотеки на сегодняшний день не существуют.

Рассмотрим еще одну задачу, носящую универсальный характер. Традиционный расчет сил и моментов резания заключается в трудоемком поиске по таблицам справочной литературы [64] всех необходимых исходных данных и последовательном вычислении требуемых величин по нескольким формулам.

Следует отметить, что указанная область обладает высокой степенью формализации и, следовательно, для нее возможна автоматизация расчетов на основе разработки приложений с пользовательским интерфейсом, обеспечивающим значительное удобство ввода исходных данных.

На сегодняшний день существует попытка решения указанной задачи [29], однако она морально устарела и не отвечает современному уровню развития информационных технологий, на который ориентирована наша работа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Серков, Евгений Александрович, 2012 год

1. CALS (Поддержка жизненного цикла продукции): Руководство по применению. Министерство экономики РФ : НИЦ CALS-технологий "Прикладная логистика" : ГУН "ВИМИ", 1999.- 44 с.

2. ISO/IEC 10303. Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP).

3. SolidWorks Russia Электронный ресурс. .- Режим доступа : http://www.solidworks.ru .-(дата обращения 12.11.2010).

4. Аверченков В. И. Автоматизация проектирования приспособлений Текст. : [Учеб. пособие] / Брян. ин-т трансп. машиностроения. Брянск : БИТМ, 1989 .- 173 с. : ил. - 500 экз. - ISBN 5-230-05672-Х.

5. Ансеров М. А. Приспособления для металлорежущих станков Текст. -Изд. 4-е, исправл. и доп. JL : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1975 .- 656 с.

6. Геннадьевич ; Белгор. гос. технол. ун-т им. В. Г. Шухова. .- Москва, 2009 .- 17 с. : ил. -Библиогр.: с. 17 (7 назв.).

7. Валетов В. А., Бобцова С. В. Новые технологии в приборостроении Текст.: учебное пособие: / М-во образования Рос. Федерации ; СПбГУ ИТМО, Каф. ТПС .- СПб. : СПбГУ ИТМО, 2004 120 с. : ил. ISBN 57577-0145-5.

8. Г7. Корн, Т. Корн. Справочник по математике. Для научных работников и инженеров Текст.- М., 1974 .- 832 с. : ил.

9. Гагарина JI. Г., Кокорева Е. В., Виснадул Б. Д. Технология разработки программного обеспечения Текст. : учебное пособие / под ред. Л. Г. Гагариной .- М. : ИД «ФОРУМ» [и др.], 2008 .- 400 с. : ил. -(Высшее образование).

10. Горанский А. К, Бендереева Э. И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах технологической подготовки производства Текст. -М. : Машиностроение, 1981 -456 с.

11. Горохов В. А. Проектирование и расчет приспособлений Текст. : Учеб. пособие для студентов вузов машиностроительных спец. Мн. : Высш. шк, 1986 .-238 с. : ил.

12. ГорошкинА.К Приспособления для металлорежущих станков Текст. : Справочник -М.: Машиностроение, 1979 -384 с.

13. Интеграция данных об изделии на основе ИПИ/CALS-технологий. Часть I Текст. -М. : "Европейский центр по качеству", 2002 .- 174 с.

14. Калачее О. Н., Чумак Е. А. Автоматизация проектирования в MCAD-системе сборок типовых приспособлений для механообработки // Автоматиз. и соврем, технол. 2004 .- №6 С. 18-25.

15. ЗА.Калачее О. Н., Яблочников Е. И. Методика использования CAD/CAM Cimatron для интерактивного проектирования сборок технологической оснастки // Приборы и системы: упр., контроль, диагност. 2001 .- №12 .- С. 7-11, 14 .- Библ. 3, рус.; рез. англ.

16. Каталог деталей и сборочных единиц универсально-сборных приспособлений с пазами 8 мм (УСП-8) М. : НИИ информации по машиностроению, 1975.

17. Кузнецов В. С. Применение системы универсально-сборных приспособлений в машиностроении 1958, №М-58-272 1958 (Тема 10. Обработка металлов резанием. №39).

18. Кузнецов В. С., Пономарев Б. А. Универсально-сборные приспособления. Альбом монтажных чертежей Текст. .- М. : Машиностроение, 1974 .156 с. : с ил.

19. Кузнецов Ю. И., Маслов А. Р., Байков А. Н. Оснастка для станков с ЧПУ Текст. : Справочник .- 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1990 .-512 л. : ил.-ISBN 5-217-01114-9.

20. Максим Конев. Проектирование технологической оснастки в SolidWorks // САПР и графика .- 2007 №2 .- С. 82-84.

21. Мирошников А. С., Бойков С. И. Система автоматизированного проектирования приспособлений САПР УСПО-V // Вестн. машиностр. -1991 .-№9 .-С. 45 .-Рус.

22. AI.Мясников Ю. И., Ефимов С. А. Принципы проектирования переналаживаемых станочных приспособлений (ПСП) // Прогрес. технол. в машиностроении. Челяб. Гос. Техн. Ун-т .- Челябинск, 1996 .- С. 27-32, 129 .-Рус.

23. Орлов П. И. Основы конструирования Текст. : Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. П. Н. Учаева .- Изд. 3-е, испр. - М. : Машиностроение, 1988. - 560 с. : ил. - ISBN 5-217-002220.

24. ОСТ 37.002.0173-74. Информационно поисковая система (ИПС) станочных приспособлений. Основные положения Текст. .- Введ. 01.03.75 -М. : Министерство автомобильной промышленности [и др.].

25. Палей М. А., Романов А. Б., Брагинский В. А. Допуски и посадки Текст. : Справочник. В 2 ч. Ч. 2 .- 8-е изд., перераб. и доп. - СПб : Политехника, 2001 608 с.: ил. - ISBN 5-7325-0514-8 (Ч. 2) ISBN 5-7325-0512-1.

26. СерковЕ. А. Автоматизация процесса проектирования групповых станочных приспособлений // Приборостроение .- 2010 .- №08 С. 56 -59.

27. Справка по SolidWorks 2010 Электронный ресурс. .- SolidWorks® Office Premium 2010 х64 Версия, SP5.0.

28. Справка. KoMnac-3D V12 Электронный ресурс. .- KoMnac-3D V12 SP1 .Конфигурация Машиностроение SP1.

29. Справка: Excel Электронный ресурс. -Microsoft® Office Excel® 2007.

30. Справочник технолога-машиностроителя Текст. : в 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Суслова, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова .- 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение-1, 2001 944 с. : ил.

31. Станочные приспособления Текст. : Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б. Н. Вардашкин (пред.) и др. М. : Машиностроение, 1984 .- Т. 1 / Под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова, 1984 .- 592 с. : ил.

32. Судов И. В., Левин А. И. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России Текст. .- M : НИЦ CALS "Прикладная логистика", 2002 .- 130 с.

33. Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации (проектирование технологического оснащения) : утв. постановлением Госкомтруда СССР, секретариата ВЦСПС от 17.03.1986 N 93/6-6.

34. Цисарж В. В., Марусик Р. И. Математические методы компьютерной графики Текст. .- К.: Факт, 2004 .- 464 с. : ил.

35. Шпур Г., Ф.-Л.Краузе. Автоматизированное проектирование в машиностроении Текст. / Пер. с нем. Г. Д. Волковой и др. ; Под ред. Ю. М. Соломцева, В. П. Диденко -М. : Машиностроение, 1988 .- 648 с.

36. Яблочников Е. И. Методологические основы построения АСТПП Текст. .- СПб : СПбГУИТМО, 2005 .- 84 с.