Автоматизированная система управления технологическим процессом распределения припуска: На примере гребных винтов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Лаптева, Евгения Николаевна

• Лаптева, Евгения Николаевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лаптева, Евгения Николаевна

Введение.

1. Анализ методов и средств контроля распределения припусков.

1.1. Проблемы базирования на первой операции.

1.2. Особенности контроля геометрических параметров точечно-заданных фасонных поверхностей (на примере гребного винта).

1.3. Способы и технические средства измерения фасонных поверхностей.

1.4. Существующие математические методы воссоздания поверхности по набору точек.

1.5. Выводы по главе 1 и постановка задач исследования.

2. Разработка методики получения пространственной формы объекта на основе трехмерных координат точек его поверхности.

2.1. Теоретическое обоснование математического метода.

2.2. Разработка математического описания измеренного объекта.

2.3. Разработка математического описания эталонного объекта.

2.4. Разработка методики сравнения измеренной и эталонной моделей

3. Разработка методики начального распределения припусков.

3.1. Составление математической модели эталонного винта.

3.2. Проведение стереофотограмметрического измерения координат точек поверхности заготовки.

3.3. Составление математической модели измеренной заготовки.

3.4. Расчет имеющихся припусков и анализ оптимальности их распределения.

3.5. Анализ распределения припусков.

3.6. Алгоритм работы АСУТП.

4. Апробация методики начального распределения припусков.

4.1. Анализ работы математической методики.

4.2. Анализ работы алгоритма распределения припуска.

5. Расчет дохода от внедрения АСУТП «Оптима».

5.1 Расчет затрат на внедрение АСУТП.

5.2 Расчет экономического эффекта от внедрения АСУТП.

5.3. Расчет срока окупаемости.

5.4 Расчет дохода от внедрения АСУТП.

Выводы и основные результаты работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная система управления технологическим процессом распределения припуска: На примере гребных винтов»

Современное промышленное производство характеризуется высокой степенью автоматизации и информатизации технологического процесса изготовления изделий. Применение вычислительных машин позволяет повысить точность изготовления деталей, а также увеличить долговечность и надежность эксплуатации механизмов и машин, что в свою очередь позволит не только увеличить производительность процесса за счет уменьшения объема пригоночных операций, но и позволяет снизить трудоемкость механической обработки, уменьшить размеры припусков на обработку деталей, и в конечном итоге приводит к экономии металла.

В настоящее время одним из приоритетных направлений совершенствования методов металлообработки является снижение удельного расхода металла путем уменьшения отходов при обработке. Более точное базирование заготовок на первых операциях механической обработки позволяет уменьшить «запас» материала на заготовительных операциях и тем самым снизить расход металла на изготовление единицы изделия.

В связи с этим особую важность приобретает начальное распределение припусков, так называемое автоматическое «вписывание» изделия в заготовку при механической обработке сложнопрофильных деталей с точечно-задаваемыми поверхностями, в частности, гребных винтов. Именно при первой операции обработки детали ее поверхности необходимо правильно ориентировать по отношению к технологическим базам [30].

Разнообразие геометрических форм и размеров гребных винтов, отсутствие каких-либо закономерностей в профилях отдельных сечений и методики расчетов и проектирования делает невозможным применение общепринятых способов базирования. Универсальное решение данной задачи, подходящее ко всем типам и размерам гребных винтов, может быть получено при решении математической задачи нахождения наилучшего способа вписывания теоретической геометрической формы гребного винта в имеющуюся заготовку. Это особенно актуально для такого мелкосерийного, а зачастую и штучного производства, как изготовление гребных винтов.

Важность решения поставленной задачи определяется и тем, что ошибочное начальное распределение припусков может привести к выбраковке заготовки, поскольку для гребных винтов высшего и особого классов коррекция изделия наплавлением металла недопустима по акустическим и ходовым требованиям [28].

В течение ряда лет Севмашвтузом совместно с ФГУМП "Звездочка" проводились теоретические и практические исследования с целью разработки автоматизированной системы управления технологическим процессом распределения припуска - АСУТП «Оптима». Настоящая диссертационная работа является составной частью общего комплекса разработки и реализации данной АСУТП, отображая вопросы разработки математического и алгоритмического обеспечения начального распределения припусков заготовки гребного винта на основе стереофотограмметрического метода измерений и компьютерной обработки полученной информации.

В данной работе выполнен анализ существующего состояния проблемы распределения припуска, рассмотрены особенности контроля геометрических параметров точечно-задаваемых поверхностей, проведен анализ технологического процесса изготовления гребных винтов, рассмотрены различные координатно-измерительные устройства, применяемые в настоящее время для измерения геометрической формы крупногабаритных конструкций, разработан алгоритм преобразования трехмерных координат точек поверхности объекта в перечень расхождений геометрической формы измеряемой заготовки и эталонной формы гребного винта, разработан метод начального базирования гребного винта, работоспособность которого подтверждена лабораторными и цеховыми испытаниями стереофотограмметрического комплекса.

Отдельные разделы работы и вся работа в целом обсуждались на заседаниях кафедр «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» РУДН, «Технология металлов и машиностроения» Севмашвтуз; на международных научно-технических конференциях «Ломоносовские чтения», Севмашвтуз, 1999 год и «Стратегические интересы и актуальные проблемы России на европейском севере», Архангельский филиал Московского института управления, 2000 г. Основные результаты опубликованы в 7 печатных работах.

На защиту выносятся:

- Метод равномерного распределения припуска на обработку, основанный на стереофотограмметрическом контроле формы поверхности и последующей компьютерной обработки полученных значений, заложенный в основу АСУТП «Оптима».

- Математический метод преобразования трехмерных координат точек поверхности в оценку расхождения геометрической формы измеряемой заготовки с точечно-заданной формой поверхности готовой детали.

- Оценка стабильности и точности получения результатов при помощи разработанной методики.

- Результаты работы методики начального распределения припусков.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Лаптева, Евгения Николаевна

Выводы и основные результаты работы

Данная работа является комплексным исследованием, посвященным разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом распределения припуска на обработку крупногабаритных, сложнопрофильных изделий с точечно-задаваемлй поверхностью, таких как гребные винты.

1. Разработана автоматизированная система управления технологическим процессом распределения припусков для механической обработки поверхностей сложной формы.

2. На основе приведенного анализа способов контроля геометрической формы крупногабаритных конструкций установлено, что наиболее перспективным является бесконтактный стереофотограмметричекий метод, позволяющий производить контроль геометрической формы изделия на рабочем месте в режиме реального времени.

3. На основании анализа существующих математических методик воссоздания и сопоставления поверхностей разработана единая математическая методика построения и совместного анализа математических моделей измеренного и эталонного объекта.

4. Разработанная математический алгоритм позволяет сопоставлять рассчитанные математические модели измеренного и эталонного объектов и вычислять имеющиеся значения припусков для последующей механической обработки.

5. Точность и стабильность получения результатов при помощи математического алгоритма подтверждена лабораторными испытаниями и статистической обработкой полученных данных.

6. Разработанная методика начального распределения припуска позволяет произвести полный комплекс операций от измерения геометрических параметров объекта до выработки рекомендаций по перемещению заготовки для последующей обработки.

7. Работоспособность автоматизированной системы распределения припуска, основанной на разработанной методике и предложенном математическом алгоритме подтверждена производственными испытаниями и внедрением разработанной АСУТП в производственный процесс цеха №2 ФГУП «МП Звездочка».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лаптева, Евгения Николаевна, 2004 год

1. Александровский Н. М., Егоров С. В., Кузин Р. Е. Адаптивные системы автоматического управления сложными технологическими процессами. - М.: Энергия, 1973. -272 с.

2. Балакшин Б. С. Теория и практика технологии машиностроения. В 2-х кн. -М.: Машиностроение, 1982. Кн. 1.- 283 е.; Кн. 2. 268 с.

3. Балакшин Б. С.Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969.-556 с.

4. Беклемишев Д. В. Дополнительные главы линейной алгебры. М.: Высшая школа, 1983.-335с.

5. Бискуп Б. А., Терлецкий Б. М., Никитин М. Н. Прочность гребных винтов. -Л.: Судостроение, 1973. 165 с.

6. Богород И. И., Кауфман И. М. Производство гребных винтов. Справочник. -Л.: Судостроение, 1976.- 191 с.

7. Боярский А. Я. Статистика и оптимальное планирование. М.: Статистика, 1977.-264 с.

8. Брандт 3. Анализ данных. Статистические и вычислительные методы для научных работников и инженеров. М.: ACT, Мир, 2003. - 686 с.

9. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука. Физматлит, 1980. — 976 с.

10. Ю.Валуев С.А., Волкова В. Н., Градов А. П. Системный анализ в экономике и организации производства. Л.: Политехника, 1991 г. 396 с.

11. Вальков В. М., Вершинин В. Е. Автоматизированные системы управления технологическим процессом. Л.: Политехника, 1991.-268 с.

12. Васильков Ю. В., Василькова Н. Н. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании.- М.: Финансы и статистика, 1999. 256 с.

13. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей. М.: Наука, 1973. -368 с.

14. Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении. / под. ред. В. П. Короткова. М.: машиностроение, 1972. - 616 с.

15. Воднев В. Т., Наумович А. Ф, Наумович Н. Ф.Основные математические формулы. Минск: Вышейшая школа. 1988. - 270 с.

16. Волкова В. Н. К методике проектирования автоматизированных информационных систем //Автоматическое управление и вычислительная техника. Вып. II.- М.: Машиностроение, 1975. С. 289 - 300.

17. Волкова В.Н., Денисов А.А. Системный анализ и его применение в АСУ. JL: ЛПИ, 1983 г.-83 с.

18. Выгодский В. Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука. Физматлит, 1961.-695 с.

19. Высоцкий А.В. Основные направления развития средств линейных измерений, контроля и управления в машиностроении. // Измерительная техника, 1983 № 4, С. 35-36.

20. Горский В.Г., Адлер Ю. П., Талалай A.M. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1978. - 112 с.

21. ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. — Введ. 01.01.77. — М.: Изд-во стандартов, 1987. 35 с.

22. Дальский А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 120 с.

23. Дамдинова Т. Ц. Автоматизация процессов восстановления и распознавания плоских объектов сложной формы по цифровым изображениям. Дис. канд. техн. наук. М: 1998. - 170 с.

24. Директор С., Рорер Р. Введение в теорию систем. М.: Мир, 1974. - 464 с.

25. Евдокимов В.В. Технология проектирования АСУП. JL: Машиностроение., 1981 г.-269 с.

26. Игнатьев М. А. Гребные винты судов ледового плавания . (Особенности проектирования). JL: Судостроение, 1966. - 113 с.

27. Карпелевич Ф.И., Садовский JI. Е. Элементы линейной алгебры и линейного программирования. М.: Наука, 1965 г. 275 с.

28. Кауфман И. М. Совершенствование технологий механической обработки гребных винтов. -JI.: ЦНИИ «Румб», 1978. 128 с.

29. Квасов В.М. Методы построения обобщенных В-сплайнов и их свойства. //Доклады РАН. М.: Издательство РАН, 1995. -№ 6, С. 744 -748.

30. Колкер Я.Д., Руднев О.Н. Базирование и базы в машиностроении.- Киев: Высшая школа, 1991. 100с.

31. Комаров Ф. В. Основы автоматизации производства и управления в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981. - 205 с.

32. Комплекс общеотраслевых руководящих методических материалов по созданию АСУ и САПР. М.: Статистика, 1980. - 119 с.

33. Координатно-измерительные машины и их применение. / В.А Тапшись., А.Ю. Каспарайтис, М.Б. Модестов и др. М.: Машиностроение, 1988. -328 с.

34. Королюк В. С., Портенко Н. И., Скороход А. В., Турбин А. Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистке. М.: Наука. Физматлит, 1985.-640 с.

35. Корсаков В. С. Автоматизация промышленного производства. М.: Высшая школа, 1978.-285 с.

36. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. М.: Машиностроение, 1976 - 288 с.

37. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975. - 648 с.

38. Краснощеков П. С., Петров А. А. Принципы построения моделей. — М.: МГУ, 1983.-264 с.

39. Куклин О.С. Ширшов И.Г., Стогов Д. Г. Влияние точности изготовления деталей на пригоночные работы при сборке корпусных конструкций. — JI.: ЦНИИ «Румб», 1979. 112 с.

40. Лаптева Е.Н. Черепенин Ф. В. Метод гомоморфной фильтрации применительно к стереофотограмметрической обработке изображений.//

41. Сборник статей, посвященный Ломоносовским чтениям. Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 1999. - С. 10-13.

42. Лаптева Е.Н., Мансуров Д.В., Черепенин Ф. В. Метод определения двумерных координат точек стереопар.// Сборник статей, посвященный Ломоносовским чтениям. Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 1999. -С. 14-17.

43. Лаптева Е.Н., Мансуров Д.В., Черепенин Ф. В. К вопросу о калибровке видеограмметрической системы. // Вопросы технологии, эффективности производства и надежности. Северодвинск: типография ГУП ПО СМП, 1999. - Вып. 17. ч. И. - С. 78-85.

44. Лаптева Е.Н. Рогов В.А. Автоматизированная система управления технологическим процессом распределения припуска. // Проблемы корабельного машиностроения. Северодвинск: типография ГУП ПО СМП, 2004. - Вып. 3.-С. 52-57.

45. Лаптева Е.Н. Методика получения и анализа пространственной формы объекта на основе трехмерных координат точек его поверхности. М.: 2004. - Деп. в

46. Лаптева Е.Н. Рогов В.А. Автоматизированная система управления технологическим процессом распределения припусков. М.: 2004. - Деп. в

47. Лебедев К. П., Соколдов Л. Н. Технология производства гребных винтов. -Л.: Судостроение, 1973.-372 с.

48. Ли Т.Г., Адаме Г. Э., Гейнз У. М. Управление процессами с помощью вычислительных машин. Моделирование и оптимизация. М.: Советское радио, 1972.-312 с.

49. Максарев Р. Ю., Борнштейн М. Ю. АСУТП в машиностроении: методы обоснования. М.: Машиностроение, 1984. - 183 с.

50. Мамиконов А.Г, Цвикун А. Д., Кульба В.В. Автоматизация проектирования АСУ. М.: Энергоиздат, 1981 г. - 328с.

51. Мамиконов А.Г. Основы построения АСУ. М.: Высшая школа, 1981 г. -248с.

52. Маневич В.А., Котов И.И., Зенгин А.Р. Аналитическая геометрия с теорией изображений. М.: Высшая школа, 1969 г. - 304 с.

53. Марков A.M. Повышение производительности и обеспечение точности изготовления деталей с пространственно-сложными поверхностями путем совершенствования технологических систем. Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Барнаул: 2002. - 32 с.

54. Маталин А. А. Технология машиностроения. Д.: Машиностроение, 1985.495 с.

55. Маталин А. А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. JL: Машиностроение, 1979.-320 с.

56. Математическое моделирование в технике. / под. ред. В. С. Зарубина, А. П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. - 496 с.

57. Мерчуков Б. А. Проектирование систем автоматизированного управления технологическим процессом. М.: Машиностроение, 1981. 280 с.

58. Моисеев Н. Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

59. Нормирование точности в машиностроении. / под. ред. Ю. М. Соломенцева. -М.: Высшая школа, 2001.-335 с.бО.Основы автоматизации машиностроительного производства. / под. ред. Ю. М. Соломенцева. М.: Высшая школа, 1999. - 312 с.

60. ОСТ 5.0317-80. Винты гребные фиксированного шага морских судов. Правила математического представления поверхности лопасти. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 24 с.

61. Перегудов Ф. И. Основы системного проектирования АСУ организационными комплексами. Томск: ТГУ, 1984 г.

62. Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989 г. — 367 с.

63. Петров В.В. Совершенствование методов высокоточного обмера крупногабаритных объектов сложной формы с применением теодолитных координатно-определяющих систем: Дис. канд. техн. наук. СПб: 1996. -200 с.

64. Пономарев В.П., Батов А.С., Захаров А.В. Конструкторско-технологическое обеспечение качества деталей машин.- М.: Машиностроение, 1984. 184 с.

65. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. -М.: Наука, 1988.-288 с.

66. Райбман Н. С., Чадеев В. М. Построение моделей процессов производства. -М.: Энергия, 1975. -375 с.

67. Репин В.М. Оптимизация обработки деталей сложной формы на трехкоординатных фрезерных станках с ЧПУ. Дис. . канд. техн. наук. Иркутск: 1999.- 180 с.

68. Соколовская Г. А. Себестоимость продукции в планировании и управлении промышленностью. М.: Экономика, 1987. - 136 с.

69. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применения. М.: Наука, 1980. - 454 с.

70. Сурков О. С. Прогнозирование и обеспечение точности изделий сложной конструктивной формы. Дис. канд. техн. наук. Самара: 1996. 181 с.

71. Точность производства в машиностроении и приборостроении. / под ред. А. Н. Гаврилова. М.: Машиностроение, 1973 - 568 с.

72. Тямшанский Н. Д. Экономика и организация научно-исследовательских работ в машиностроении. JL: машиностроение, 1967. - 195 с.

73. Федоренко Р. П. Приближенное решение задач оптимального управления. -М.: Наука, 1978.-488 с.

74. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973.-957 с.

75. Шевелев А. С. Структурно-логическая схема обеспечения показателей качества. М.: ИВ УЗ. Авиационная техника № 1, 1977. С. 117 - 24.

76. Юдин Э.Г. Системный подход и принцип деятельности. Методологические проблемы современной науки. М.: Наука, 1979. - 391 с.

77. Hany Farid, Его P. Simoncelly. Optimaly Rotation-Equivariant Directional Derivative Kernels. New-York, USA: www-dbv. informatik/OREDDK.de. 1997. -5 c.

78. John S. Mossin., Timothy D. Ross.An Evaluation of SAR ATR Algorithm Perfomance Sensitivity to MSTAR Extended Operating Condition. Ohio, USA.,: www. mbvlab. wpsfb. af. Mil/ papers/AEoSAAPStMEOC/ index.html, 2001. 9 c.

79. Karty Oksaanen. The design And Simulation Of Video Digitizing By Using Three Dimensional CAD-models. Institute of fotogrammetry, Otakaary, Finland: www. mbvlab. wpsfb. af. Mil/ papers/koksanen.html, 2001. - 8 c.

80. Leica digital photogrammetric systems by Helava Printed in Switzerland Leica AG, Heerbrugg, Switzerland, 1996. -10 c.

81. Oily Jokinen, Henric Haagen. Relative Orientation Of two Disparity Maps In Stereo Vision. Otakaary, Finland: www. mbvlab. wpsfb. af. Mil/ papers/Relor.html, 2002. 13 c.