Автоматизация процесса формирования конструкторско-технологических решений изделий машиностроения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Черемшанов, Михаил Александрович

• Черемшанов, Михаил Александрович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черемшанов, Михаил Александрович

Введение.

1 Анализ методов и технологий построения конструкторско-технологических решений.

1.1 Локализация области применения.

1.2 Закономерности построения технических систем.

1.3 Методы поиска новых технических решений.

1.3.1 Классификация методов поиска новых технических решений.

1.3.2 Характеристика поисковых стратегий.

1.3.3 Эффективность методов поиска новых технических решений.

1.4 Интеллектуальные системы автоматизации и поддержки принятия решений %

1.5 Система «человек-машина» автоматизации формирования конструкторско-технологических решений изделий машиностроения.

1.6 Задачи исследования.

Выводы.

2 Разработка инструментально-методического аппарата формализации процесса формирования конструкторско-технологических решений.

2.1 Структурная область эволюции систем.

2.1.1 Типы объектов и их свойства.

2.1.2 Структура системы.

2.1.3 Неопределенность задач построения систем.

Ф 2.1.4 Закономерности функционирования и развития технических систем.

2.1.5 Критерии завершенности построения систем.

2.2 Инструментальные возможности анализа системы «Объект — Среда обитания».

2.2.1 Информационная структура системы «Объект - Среда обитания».

2.2.2 Формирование структуры действия объекта.

2.2.3 Формирование структуры свойств среды обитания объекта.

2.2.4 Структура защиты объекта.

2.3 Формирование энергетической структуры объекта.

2.4 Формирование первичной структуры объекта-передач и.

2.5 Структура управления функционированием объекта.

2.6 Модель информационного пространства конструкторско-технологических А решений.

2.6.1 Полиструктурность и полиморфизм информационного пространства.

2.6.2 Принципы информационной организации структур системы.

2.7 Формальная структура представления информации.

2.7.1 Унификация представления свойств элементов технической системы

2.7.2 Метод анализа комбинаций размерных комплексов.

2.7.3 Формализм записи базы знаний подсистемы автоматизации формирования конструкторско-технологических решений.

2.8 Методика унификации структур вариантов проектируемого изделия.

2.8.1 Обоснование необходимости унификации.

2.8.2 Алгоритм унификации множества вариантов структур конструкторскотехнологических решений.

2.9 Алгоритм параметрической оптимизации вариантов конструкторско-технологических решений.

2.10 Подсистема автоматизации формирования конструкторскотехнологических решений.

Выводы.

3 Программная реализация подсистемы автоматизации формирования конструкторско-технологических решений.

3.1 Системная интеграция разрабатываемого программного обеспечения.

3.2 Формирование структуры программных модулей системы формирования конструкторско-технологических решений.

3.2.1 Организация системы автоматизации формирования конструкторскотехнологических решений.

3.2.2 Управляющий модуль.

3.2.3 Реализация инструментария определения структуры системы «Объект — Среда обитания».

3.2.4 Реализация алгоритма формирования энергетической структуры объекта

3.2.5 Реализация алгоритма формирования первичной структуры объекта-передачи.

3.2.6 Модуль анализа размерных комплексов.

3.2.7 Реализация механизма построения структур проектируемого объекта

3.2.8 Построение структуры связей объектов.

3.3 Динамика обработки информационных ресурсов программных модулей. 120 Выводы.

4 Методика системной генерации информационного пространства, направленного формирования и оценки потенциально реализуемых конструкторско-технологических решений и примеры ее реализации.

4.1 Содержание методики.

4.2 Формирование конструкторско-технологического решения гидропневмоамортизатора.

4.3 Формирование конструкторско-технологического решения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с дополнительным плавающим поршнем.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация процесса формирования конструкторско-технологических решений изделий машиностроения»

В основу организации разработки изделия машиностроения в ГОСТ Р 15.000-94 - «Система разработки и постановки продукции на производство. Основные положения» положены принципы целенаправленного и комплексного охвата видов выполняемых работ на стадиях жизненного цикла продукции и модульный принцип обеспечения организационно-технического механизма взаимоотношений субъектов хозяйственной деятельности. Реализация первого принципа, предполагающего интеграцию содержаний видов работ по этапам жизненного цикла изделия машиностроения, в полной мере становится возможной на основе современных возможностей, характеризующихся прогрессирующим объединением в целостный комплекс систем, ранее адаптированных к решению специфичных задач каждого из этапов (САПР, АСУ, АСУТП, АСУГТ, АСТГТП и т.д.). Примерами такой интеграции являются современные системы SolidWorks, Pro-Engineer, CATIA, AutoCad, t-flex, Компас и другие, обеспечивающие построение конструкторско-технологических решений (КТР), проведение всей совокупности инженерных расчетов (ИР), подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ, управление технологическими процессами производства, а также документальное сопровождение изделия на всех этапах его жизненного цикла. Такие возможности обеспечиваются построением систем в виде базового ядра, снабженного интегрированными с ним подсистемами-модулями специального назначения (к примеру, последние версии SolidWorks имеют более 200 подобных подсистем-модулей). Высокое качество управления всей технологией разработки изделия в таких системах обеспечивается конвертируемостью форматов представления данных (обеспечение совместимости разработок) и, главное, обеспечением корпоративного доступа к процессу специалистов-разработчиков всех профильных направлений (обеспечение системности, оперативности и гибкости процесса). Это приводит к существенному сокращению длительности разработки изделий машиностроения при одновременном обеспечении требуемых качественных характеристик.

Известно, что значительная доля (до 40%) брака изделий машиностроения связана с ошибками этап формирования КТР (на этап непосредственного производства приходится до 20% брака). Одной из причин такого положения является невозможность использования организационно-технологического потенциала современных систем автоматизации на этом этапе, обусловленная отсутствием формализмов системной генерации информационного пространства и недостаточной разработанностью инструментов управления процессом формирования КТР.

Таким образом, разработка системного инструментально-методического комплекса, обеспечивающего автоматизацию процессов формирования КТР, являющегося подсистемой интегрированной совокупности систем разработки и производства изделий машиностроения в свете требований ГОСТ Р 15.000-94, представляется актуальной задачей.

Исходя из приведенного обоснования актуальности проведения исследований, цель работы заключается в расширении возможностей современных интегрированных систем автоматизации разработки и производства изделий машиностроения посредством формирования подсистемы генерации информационного пространства и инструментального обеспечения построения и оценки КТР.

В качестве объекта исследования рассматривается совокупность процессов, определяющих этап построения КТР.

Предметом исследования является инструментальное и методическое обеспечение автоматизации процесса построения КТР.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Черемшанов, Михаил Александрович

Выводы

Разработана методика системной генерации информационного пространства, направленного формирования и оценки потенциально реализуемых конструкторско-технологических решений изделий машиностроения, регламентирующая использование информационных ресурсов и инструментов их обработки, обобщающая приемы использования разработанного инструментально-методического комплекса и его программной реализации. Основным назначением разработанной методики является организация проблемной ситуации, ее структуризация и мобилизации всех имеющихся средств ПАФКТР и интеллектуальных способностей человека.

На примере использования алгоритма формирования первичной структуры объекта передачи решена задача построения КТР ГПА. Оценка полученных результатов свидетельствует о работоспособности разработанного алгоритма и его самодостаточности (алгоритм можно использовать в качестве отдельного инструмента) и возможности технической реализации сформированного КТР.

В результате применения разработанного инструментально-методического комплекса и методики системной генерации информационного пространства для решения задачи увеличения силового воздействия на поршень ДВС получено описание конструкции ДВС с плавающим поршнем. Путем оптимизации вариантов построенных КТР выбрано решение схематически представленное на рисунке 4.10. Проведена оценка полученного решения путем построения динамической модели процесса, протекающего в камерах сгорания. Полученные зависимости (рисунок 4.11) демонстрируют наличие эффекта увеличения силового воздействия на рабочий поршень, что доказывает работоспособность описанной конструкции.

Внедрение ПАФКТР в производственный процесс, решение реальных задач и оценка полученных результатов свидетельствуют о: - работоспособности ПАФКТР; возможности ее интеграции в современные системы автоматизации разработки и производства изделий машиностроения с целью снижения дифференциации уровней автоматизации на различных этапах жизненного цикла изделия; повышении эффективности процесса формирования КТР за счет снижении временных затрат, гарантированного получения решения, накопления открытой базы знаний и ее использования в учебно-методических целях.

Заключение

Основными результатами анализа современного состояния проблемы автоматизации технологических процессов и производства изделий машиностроения являются следующие выводы.

1. В результате анализа этапов жизненного цикла изделий машиностроения, выявлен класс задач (построения КТР, в том числе, изделий машиностроения), процесс решения которых до настоящего времени является неавтоматизированным в силу специфичности применяемого инструментария.

2. Основными ограничениями инструментария решения подобных задач являются: отсутствие базы формализованной информации и инструментов ее автоматизированной обработки; доминирование алгоритмизированных процедур над творческим потенциалом пользователя; отсутствие объективных критериев отбора лучших вариантов; недостаточная автоматизация процесса решения задач в силу отсутствия конкретных механизмов, аппаратных средств и информационного обеспечения построения разветвленных и иерархически структурированных функциональных систем в интеллектуальных машинах.

3. Организационно-технологические возможности современных систем автоматизации недоступны в процессе формировании КТР изделий машиностроения, что обусловлено отсутствием формализмов системной генерации информационного пространства, недостаточностью совокупности и потенциала инструментов управления процессом формирования КТР.

На основе результатов проведенных исследований сформулированы основные задачи диссертационной работы:

- Проектирование инструментария обработки информационных ресурсов.

- Анализ и формализация знаний, используемых при формировании КТР.

- Разработка структуры базы знаний ПАФКТР.

- Формирование динамики обработки информационных ресурсов ПАФКТР.

- Реализация программной части ПАФКТР.

- Проверка работоспособности ПАФКТР.

В рамках проведенной работы получены следующие основные результаты:

1. Разработана методика системной генерации информационного пространства, направленного построения и оценки потенциально реализуемых КТР, регламентирующая использование информационных ресурсов и инструментов их обработки.

2. Разработан инструментальный аппарат формирования КТР, реализующий оригинальные методы и алгоритмы анализа и построения структуры взаимодействия ТС с окружающей средой, формирования поля допустимых КТР на основе комбинаций размерных комплексов, определения предметной области и формирования первичной структуры и описания объекта-передачи.

3. Разработан инструментальный аппарат инженерного анализа КТР, включающий алгоритм унификации множества вариантов структур КТР и алгоритм параметрической оптимизации вариантов КТР.

4. Создана подсистема автоматизации формирования КТР изделий машиностроения, ориентированная на включение в единый комплекс систем разработки и производства изделий машиностроения (САПР, АСУ, АСУПТ, АСУТПП и др.) в их современном представлении.

5. Проведены решения задач реальной практики:

- Сформировано КТР ГПА, особенностью которого является возможность управления рабочим телом - жидкостью для получения неравномерного распределения усилий (увеличение действия на подвижные части и уменьшение на неподвижные.).

- Сформировано КТР ДВС с плавающим поршнем. Разработанная конструкция позволяет управлять запоршневым пространством (первой камерой сгорания), что приводит к увеличению силового воздействия на рабочий поршень.

Внедрение ПАФКТР в производственный процесс, решение реальных задач и оценка полученных результатов свидетельствуют о:

- работоспособности ПАФКТР;

- возможности ее интеграции в современные системы автоматизации разработки и производства изделий машиностроения с целью снижения дифференциации уровней автоматизации на различных этапах жизненного цикла изделия;

- повышении эффективности процесса формирования КТР за счет снижении временных затрат, гарантированного получения решения, накопления открытой базы знаний и ее использования в учебно-методических целях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черемшанов, Михаил Александрович, 2005 год

1. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении. / Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова. М.: Машиностроение, 1986. -256 е.; ил.

2. Автоматизация процессов машиностроения: Учеб. пособие для машиностр. спец. Вузов / Я. Буда, В. Гановски, B.C. Вихман и др.; Под ред. А.И. Дащенко. М.: Высш. шк., 1991.-480 е.: ил.

3. Автоматизация поискового конструирования./Под ред. А. И. Половинкина. -М.: Радио и связь, 1981.-344 с.

4. Автоматы. Сборник статей под ред. Шеннона К. Э. и Маккарти Дж. М.: Издательство иностранной литературы, 1956.

5. Александров Е. А. Основы теории эвристических решений. М.: Сов. Радио, 1975.

6. Александров JI.B., Блинников В.И., Карпова Н.Н. Матрицы в изобретательском творчестве. М.: ВНИИПИ, 1990. - 112 с.

7. Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий. 1969.-272с.

8. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Новосибирск: Наука, 1986.- 110 с.

9. Анохин П. К. Философские аспекты теории функциональной системы. — М.: Наука, 1978.

10. Арайс Е. А., Дмитриев В. М. Моделирование неоднородных цепей и систем на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1982.

11. Арайс Е. А., Дмитриев В. М. Автоматизация моделирования многосвязных механических систем. М.: Машиностроение, 1987.

12. Аоки М. Введение в методы оптимизации. Пер. с англ. М.: Наука, 1977, 344с.

13. Балашов Е. П. Эволюционный синтез систем. М.: Радио и связь, 1985, 328 е., ил.

14. Банди Б. Методы оптимизации. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.

15. Банди Б. Основы линейного программирования. Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1989. 176 с.

16. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. М.: Советское радио, 1975. - 216 с.

17. Бойко В. В., Савинков В. М. Проектирование информационной базы автоматизированной системы на основе СУБД. М.: Финансы и статистика, 1982 г.

18. Большая медицинская энциклопедия. Т2 / Редкол. : Б. В. Петровский (гл. ред.) и др. 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1975.

19. Бородастов Г.В., Альтшуллер Г.С. Теория и практика решения изобретательских задач. М.: ЦНИИатоминформ, 1980,

20. Буш Г. Я. Рождение изобретательских идей. Рига: Лиесма, 1972. - 126 с.

21. Буш Г .Я. Методогогические основы управления изобретательством. Рига: Лиесма, 1974. 167 с.

22. Буш Г.Я. Эвристическая функция аналогии в науке и технике. Киев: Знание, 1978.

23. Буш Г.Я. Методы технического творчества. Рига: Лиесма, 1972. - 94 с.

24. Буш Г.Я. Аналогия и техническое творчество. Рига: Лиесма, 1979. - 126 с.

25. Буш Г.Я. Тезаурусы изобретательских идей. В кн.: Методы выбора и оптимизации проектных решений /Гос. ун-т. - Горький, 1977, с. 145 - 152.

26. Вагнер Г. Основы исследования операций. Том 2. Пер. с англ. М.: Мир, 1973.

27. Веников В. А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1976.

28. Волкевич Л.И. и др. Комплексная автоматизация производства. М.: машиностроение, 1983. - 269 е., ил.

29. Волков Б.Н., Кремянский В.Я. Унификация деталей машин. — М.: Издательство стандартов, 1989 г. 229 с.

30. Вольвачев Р.Т. Элементы математической логики и теории множеств: Учеб. пособие для мат. спец. вузов. Мн.: изд-во "Университетское", 1986. - 112 с.

31. Вычислительные методы выбора оптимальных проектных решений / Под ред. В.С.Михалевича. Киев: Наукова думка, 1977. - 178 с.34.35,36,37,38