Повышение эффективности автоматизированного проектирования технологической оснастки на основе создания математической модели, учитывающей влияние точности звеньев технологической системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Забиякин, Станислав Валерьевич

• Забиякин, Станислав Валерьевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Забиякин, Станислав Валерьевич

Введение.

Глава

Постановка задачи исследования.

1.1. Теория и практика автоматизированного проектирования технологической оснастки машиностроительного производства

1.2. Анализ и систематизация видов технологической оснастки.

1.3. Цели и задачи исследования.

Выводы.

Глава

Выявление взаимосвязи между элементами технологической системы.

2.1. Формирование размеров и точности изготовляемого изделия в технологической системе

2.2. Пути изменения технологической системы для сокращения размерных связей

2.3. Выбор схем базирования заготовки

2.4. Выявление общности конструктивных решений для автоматизированного проектирования различной технологической оснастки.

Выводы.

Глава

Математическое моделирование технологической оснастки и ее конструктивных элементов.

3.1. Выбор математической модели для описания элементов технологической оснастки

3.2. Методы преобразования в пространстве математических моделей элементов технологической оснастки

3.3. Универсальные конструктивные элементы

3.4. Выбор функции описания универсальных конструктивных элементов.

3.5. Математическая модель для описания технологической системы.

Выводы.

Глава

Выявление взаимосвязи между математическими моделями технологической системы.

4.1. Выявление рациональной последовательности проектирования технологической оснастки

4.2. Установление взаимосвязи между технологическими параметрами и параметрами математической модели изготовляемой детали.

4.2.1. Назначение операции и обрабатываемой поверхности

4.2.2. Определение движений формообразования

4.2.3. Выявление характера, направления и величин сил, действующих на объект производства

4.2.4. Выбор базовых поверхностей и рациональной схемы базирования заготовки.

4.3. Соответствие между схемами базирования и вариантами установки заготовки.

4.4. Формулирование критериев подобия математической модели синтезированных элементов оснастки математическим моделям библиотеки данных

4.5. Соответствие геометрических размеров и точности оснастки от параметров технологической системы

Выводы.

Глава

Разработка системы автоматизированного проектирования технологической оснастки.

5.1. Требования к системе автоматизированного проектирования.

5.2. Интерфейс системы автоматизированного проектирования технологической оснастки

5.3. Требования к структуре баз данных.

5.4. Структура системы автоматизированного проектирования технологической оснастки .;.

5.5. Пошаговый анализ работы системы автоматизированного проектирования при конструировании конусной оправки

5.6. Этапы разработки технологической оснастки системой автоматизированного проектирования

Выводы.

Глава

Технико-экономическая эффективность системы автоматизированного проектирования технологической оснастки.

6.1. Область рационального применения системы автоматизированного проектирования технологической оснастки.

6.2. Экономическая эффективность внедрения системы автоматизированного проектирования технологической оснастки.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности автоматизированного проектирования технологической оснастки на основе создания математической модели, учитывающей влияние точности звеньев технологической системы»

В последнее время наметилась стабилизация и частичный подъем отечественного промышленного производства. В связи с этим на первый план выходит проблема своевременного обеспечения производственных процессов необходимым количеством отечественных высококачественных станочных, сборочных и др. приспособлений.

Современные технологические приспособления (технологическая оснастка) представляют собой широко распространенную разновидность промышленных средств производства, от которых во многом зависит эффективность и качество изготовления новых машин и приборов. Конструкции оснастки в общем случае представляют собой сложные, многокомпонентные иерархические структуры со сложными взаимосвязями составляющих элементов. Разнообразие технологических процессов порождает большое многообразие конструкций оснастки, отличающихся по конфигурации, выполняемым функциям, степени универсальности и типизации .

Производство технологической оснастки носит резко выраженный индивидуальный характер. Это отражается на методах, целях, задачах и структуре процессов технической подготовки их производства.

Удельный вес технологической оснастки в себестоимости продукции машиностроения составляет 10-12%. По данным 1985г., на ее проектирование и изготовление в стране ежегодно затрачивалось порядка 2 млрд. руб. (что в современных ценах составляет около 14 млрд. руб.). Только в машиностроении выпускалось 4 0 млн. единиц технологической оснастки в год и ее производством занималось 0,5 млн. квалифицированных специалистов, в том числе и проектировщиков.

Процесс технической подготовки производства оснастки включает два вида проектной деятельности: конструирование и технологическое проектирование. Конструирование охватывает процессы разработки оснастки и получения документации на нее. Технологическое проектирование содержит процессы разработки маршрутных технологий изготовления деталей и сборки приспособлений, нормирования работ, выбор заготовок и покупных изделий, полуфабрикатов, оборудования и оснастки для их изготовления, определение статей затрат, технико-экономические расчеты себестоимости изготовления оснастки, стоимости материалов и полуфабрикатов.

Труд конструктора и технолога, занимающихся технологической оснасткой, требует значительных затрат времени и средств на поиск исходных данных, проведение расчетов, построение графиков, выполнение чертежей, надписей к ним, составление таблиц, спецификаций и других текстовых документов в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД. Некоторые работы содедержат рутинные операции, занимающие до 90% времени от общего времени проектирования. Это особенно существенно при проектировании несложных или типовых конструкций оснастки и технологических процессов. Диаграмма средних трудовых затрат на конструирование оснастки приведена на рис. 1. Наибольший удельный вес в них падает на разработку общего вида конструкций и на выполнение рабочих чертежей деталей.

Трудоемки процессы поиска, анализа и отбора необходимой информации: чертежей-аналогов, справочных данных, стандартов и др., для отбора которых в разрозненных, иногда

Ознакомение с заданием на проектирование 3,5%

В Поиск информации 16,3%

Выполнение необходимых расчетов 5,5%

Разработка чертежа общего вида 38,3%

В Деталировка 26,8%

Составление спецификаций 3,5%

Ш Сверка калек 3,1%

Контроль 3%

Рис. 1, Диаграмма трудовых затрат на ручное конструирование технологической оснастки.

Рис. 2. Взаимосвязь проектирования технологической оснастки с другими производственными процессами. противоречивых источниках требуется немало времени, опыта и знаний.

Проектирование технологической оснастки осуществляют в тесной взаимосвязи с другими процессами (рис. 2). Информация о них играет важную роль при разработке конструкций технологической оснастки.

Конструкторская документация технологической оснастки, как правило, выполняется на одной совмещенной стадии технического проекта и рабочей документации. Затраты времени необходимые на разработку [53]:

Т=098Т1+Т2 (1) где 7/ - заираты времени на разработку технического проекта; Т2 - затраты времени на разработку рабочей документации (табл. 1).

Таблица 1. п/п Наименование Формат Время, ч. Примечания

Технический проект

1. Сборочный чертеж А1 48, 7

2. Деталировка АЗ 31 10 деталей

3. Расчеты А4 89,1 20 листов

4 . Сверка А4 10,2 68 форматок

Итого: 179

Рабочая документация

1. Сборочный чертеж А1 31,5

2. Деталировка АЗ 16 10 деталей

3. Спецификация А4 17, 5 5 форматок

4 . Сверка А4 8 53 форматки

Итого: 73

Таким образом, затраты времени на разработку конструкторской документации технологической оснастки средней сложности, состоящей из 10 деталей, составляет Т = 0,8 • 179 + 73 = 216 часов. То есть при 8 часовом рабочем дне и 22 рабочих днях в месяц, требуется 1,23 человек • месяц.

Во многих случаях такая документация служит один раз, как правило, для изготовления одного - двух изделий. Поэтому степень детализации получаемых инженерных решений невысокая, а время, отводимое на проектирование - небольшое. Следовательно потребуется большой штат конструкторов.

Для обеспечения конкурентоспособности изделий отечественного машиностроения первоочередной задачей является снижение себестоимости продукции и сроков проектирования. Оснастка должна обладать требуемым качеством, обеспечивать гибкость и ускоренную переналаживаемость оборудования при освоении новых видов продукции. Необходимо существенно повысить производительность труда работников, занятых технической подготовкой инструментального производства, и рабочих, изготавливающих средства технологического оснащения.

Существует несколько неальтернативных путей решения снижения себестоимости технологической оснастки: широкое внедрение прогрессивных систем сборно-разборных приспособлений; оснащение инструментального производства новейшей специализированной техникой; применение передовой технологии изготовления оснастки; улучшение организации труда работников, занятых ее конструированием и изготовлением, и др.

Успехи в области вычислительной техники послужили основой для моделирования процесса мышления человека при инженерном творчестве. Для сокращения сроков технологической подготовки производства создаются специальные автоматизированные системы проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники. Созданы системы автоматизированного проектирования (САПР) расчета размерных цепей, режущего инструмента, станков, режимов резания и др. Ведутся работы и по созданию САПР технологической оснастки.

Главной технико-экономической предпосылкой автоматизации проектирования технологической оснастки явились условия сложившиеся внутри машиностроительного производства, когда проектирование и изготовление приспособлений явилось лимитирующим звеном в цикле технологической подготовки машиностроительного производства.

Значительное сокращение сроков проектирования и изготовления приспособлений, снижение себестоимости проектных работ и повышение качества создаваемых конструкций с одновременным повышением уровня нормализации конструкций приспособлений и увеличения степени оснащенности технологических процессов могут быть достигнуты в результате использования автоматизированного проектирования с применением современной вычислительной техники.

Автоматизация проектирования приспособлений и построение соответствующих систем автоматизированного проектирования требует расширения исследований, направленных на обобщения опыта и существующих методов проектирования, на разработку соответствующей теории и методик. Необходимы глубокие структурно-функциональные исследования конструкций технологической оснастки, требуется анализ взаимодействия оснастки со средой в процессе выполнения своих функций и на основе этого создание программного обеспечения системы автоматизированного проектирования технологической оснастки.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Забиякин, Станислав Валерьевич

Выводы

Анализ возможностей системы автоматизированного проектирования технологической оснастки показал, что алгоритм положенный в основу САПР выполняет все необходимые функции, и способен автоматизировать процесс проектирования технологической оснастки. При этом отсутствуют ограничение на вид и сложность проектируемой оснастки, на оборудование и инструмент и технологические операции. Если существующие САПР разрабатывались для проектирования оснастки определенного вида, то рассматриваемая САПР, в основу которой положена математическая модель заготовки, детали, базовых поверхностей станка и самой оснастки, благодаря тому, что математическая модель строится на основе УКЭ, способная моделировать объекты любой сложности, является универсальным инструментом проектирования технологической оснастки.

Расчеты экономической эффективности показали, что внедрение одного рабочего места, оснащенного данной системой автоматизированного проектирования, на предприятие с программой выпуска более 14 проектов в год дает положительный годовой эффект, равный 6,4 тыс. руб. с каждого проекта. При полной же загрузке автоматизированного рабочего места годовой эффект должен составить 0,8 млн. руб.

Заключение

В работе предложены пути, разработаны методы и сформулированы принципы повышения эффективности автоматизированного проектирования.

• На основании обобщения предшествующего опыта предложена структура универсальной САПР, способной разрабатывать широкий круг технологической оснастки.

• Выявлены основные зависимости параметров математической модели и параметров обрабатывающего комплекса, формализованы связи между изделием, его точностью, оборудованием и инструментом для проектирования технологической оснастки на ЭВМ.

• Предложен простой, наглядный вид входной информации, который мог бы стать основой для стандартизации входной информации при автоматизированном проектировании технологической оснастки.

• Активно использовалась перспективная идея построения специальных приспособлений по принципу УСП.

• Разработана целостная концепция методики автоматизированного проектирования.

На основании результатов сделаны соответствующие выводы и даны практические рекомендации.

Разработанная демонстрационная версия универсальной системы автоматизированного проектирования технологической оснастки подтверждает правильность сделанных выводов, а экономические расчеты показали значительный экономический эффект. Таким образом, задачи, поставленные в данной работе, решены, а цель - достигнута.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Забиякин, Станислав Валерьевич, 1998 год

1. А. Г. Гривачевский, А.Г. Ракович, Б. И. Синицын "Автоматизация проектирования технологической оснастки и инструментов." Мн., 1978.

2. В.В. Адамчик, А.Г. Ракович, С.А. Юревич "Методические материалы по автоматизации приспособлений." Мн., 1975.3. "Разработка и внедрение систем автоматизированного проектирования технологической оснастки" Рига, 1984.

3. А.Г. Ракович "Разработка и исследование метода автоматизированного проектирования приспособлений с использованием ЭЦВМ.", автореферат кандидатской диссертации Мн.: ИТК АН БССР, 1966.

4. А.Г. Ракович "Автоматизация проектирования приспособлений для металлорежущих станков." М.: "Машиностроение", 1980.

5. А.Г. Ракович "Основы автоматизации проектирования технологических приспособлений." Мн.: "Наука и техника", 1985.

6. И.Ю. Ардова "Автоматизированное проектирование технологической оснастки." Мн., 1987.12. "Автоматизация проектирования технологической оснастки ." Мн.: ИТК АН БССР, 1987.

7. В.А. Трайнев "Экономика автоматизации инженерных работ." М.: "Энергия", 1975.

8. Г.К. Горанский и др. "Элементы теории автоматизации машиностроительного проектирования с помощью вычислительной техники." Мн.: "Наука и техника", 1970.

9. А.Н. Дашкевич, Г.В. Махнач, А.Г. Ракович "Программа преобразования исходной информации для автоматизированного проектирования приспособлений." Мн.: 1980.

10. B.C. Балакшин "Теория и практика технологии машиностроения." В 2-х кн. / Под ред. Б.М. Базрова, И.М. Колесова, Ю.М. Соломенцева и др. М.: "Машиностроение", 1982 .

11. Г.К. Горанский "Формальный метод распознавания размерных цепей конструкций при автоматизированном проектировании." В кн.: "Вычислительная техника в машиностроении." -Мн., 1967.

12. В.П. Фираго " Основы проектирования технологических процессов и приспособлений." М.: "Машиностроение", 1973.

13. A.B. Проскуряков "Технико-экономические основы нормализации и унификации приспособлений." М.: "Машгиз", 1963.

14. В.А. Блюмберг, В.П. Близнюк "Переналаживаемые станочные приспособления." JI.: "Машиностроение", 1978.

15. В.И. Захаров "Технология токарной обработки." JT. : "Лениздат", 1972.

16. B.C. Кузнецов, В.А. Пономарев "Универсально-сборочные приспособления в машиностроении." М.: "Машгиз", 1955.

17. A.A. Гусев "Адаптивные устройства сборочных машин." -М.: "Машиностроение", 1979.

18. ОСТ 3-3781-77. "Цепи размерно-точностные. Методы расчета на ЭВМ." Издание официальное, 1978.27. "Справочник технолога машиностроителя." / под ред.

19. М.А. Ансеров "Приспособления для металлорежущих станков." / под ред. Н.Г, Гутнер Л.: "Машиностроение", 1975.

20. Н.И. Зависляк "Приспособления к металлорежущим станкам." Л.: "Машиностроение", 1967.

21. К.В. Игнатов "Возможности использования универсально-сборных приспособлений (УСП) в машиностроении." Мн., 1970.

22. A.B. Коваленко, Р.Н. Подшивалов "Станочные приспособления." М.: "Машиностроение", 1986.

23. Н.П. Косов "Станочные приспособления." М.: "Машиностроение", 1968.

24. Н.П. Косов "Станочные приспособления для деталей сложной формы." М.: "Машиностроение", 1973.

25. А.П. Абрамов "Основы конструирования станочных приспособлений." Новосибирск, 197 6.

26. В.А. Горохов "Проектирование и расчет приспособлений."- Мн.: "Вышэйш. шк.", 1986.

27. B.C. Корсаков "Основы конструирования приспособлений."- М.: "Машиностроение", 1983.

28. А.И. Половинкин, Г.С. Чумаков "Поисковое проектирование и конструирование станочных приспособлений." Волгоград, 1987.

29. А.П. Драгун, С.Г. Карпов и др. "Прогрессивная оснастка, приспособления и инструмент." Л.: "Лениздат", 1979.43. "Прогрессивные конструкции станочных приспособлений." / под ред. Блюмберга Л.: "Машиностроение", 1968.

30. А.И. Жабин, Г.П. Холод и др. "Универсально-сборная и переналаживаемая оснастка." Киев: "Техника", 1982.

31. Ю.А. Цопорин "Механизмы технологической оснастки." -М.: "Машиностроение", 1964.50. "Станочные приспособления." В 2х томах / под ред. Б.Н. Вардашкина и A.A. Шатилова М.: "Машиностроение", 1984 .

32. А. Жаров "Железо IBM" М.: "Микроарт", 1994.

33. М.Я. Выгодский "Справочник по высшей математике." -М.: "Наука", 1972.

34. ОНТП 24-84 М.: МВД СССР, 1986.59. "Естественное и искусственное освещение." СНиП II-4-79- М.: "Стройиздат", 1979.60. "Правила устройства электроустановок." М.: "Энергоатомиздат", 1985.

35. Е. В. Шикин, А. В. Воресков, А. А. Зайцев "Начала компьютерной графики" М.: "Диалог-МИФИ", 1993.

36. Б. С. Балакшин "Основы технологии машиностроения." -М.: "Машиностроение", 1969.

37. John С. Larkin, John Larkin "Practical Problems in Mathematics for Drafting and CAD", "Delmar Pub", 1996.

38. Britt Rorabaugh "Mechanical Devices for the Electronics Experimenter", "Tab Books", 1995.

39. John G. Bollinger, Neil A. Duffie "Computer Control of Machines and Processes", "Addison-Wesley Pub Co", 1988.70. "Concurrent Engineering : Automation, Tools, and Techniques", под ред. Andrew Kusiak, "John Wiley & Sons", 1992.

40. J. F. Whidborne, G. P. Liu "Critical Control Systems : Theory, Design and Applications (Engineering Systems Modelling and Control, No 2)", "John Wiley & Sons", 1993.

41. Alan M. Christie, A. M. Christie "Software Process Automation : The Technology and Its Adoption", "Springer Verlag", 1995.

42. Andrzej Cichocki, Abdelsalam A. Helal, Marek Rusinkiewicz, d Woelk "Workflow and Process Automation : Concepts and Technology (Kluwer International Series in Engineering and Computer Science, Sees 432)", "Kluwer Academic Pub", 1997.

43. В. П. Вороненко, С. В. Забиякин "Повышение эффективности механосборочного производства за счет минимизации грузопотока." Тезисы докладов конференции "Качество и эффективность процессов производства." Краматорск, 1993.

44. В. П. Вороненко, С. В. Забиякин "Оптимизация грузопотока в механообрабатывающих производствах." М.: "Машиностроение", "Автоматизация и современные технологии", №8, 1994.

45. С. В. Забиякин "Глобальная информатизация и ее социальные последствия." М.: "Image Publishing", "Компьютер и жизнь", №5, 1997.

46. С. В. Забиякин "Повышение эффективности проектирования технологической оснастки механосборочного производства." М.: "Машиностроение", "Автоматизация и современные технологии", №12, 1997.

47. С. В. Забиякин "Автоматизированное проектирование технологической оснастки механосборочного производства." -М: "Машиностроитель", "Информатика машиностроения", №3, 1997 .