Повышение эффективности технической подготовки производства на основе моделирования и автоматизации проектирования технологического оборудования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Утешев, Геннадий Владиславович

• Утешев, Геннадий Владиславович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Утешев, Геннадий Владиславович

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Технологические процессы многономенклатурного производства.

1.2 Проектирование автоматизированных станочных систем.

1.3. Алгоритм автоматизированного проектирования станочных систем.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Исследование задачи автоматизации проектирования станочных систем.

2.1. Моделирование технологического проектирования станочных систем.

2.2 Методика проектирования станочных систем многономенклатурного производства.

2.3. Выводы.

Глава 3. Структурные модели технологического оборудования многономенклатурного производства.

3.1. Предпроектный анализ производства.

3.2. Проектирование укрупненной технологии.

3.3. Группирование технологических объектов и решений.■

3.4. Проектирование состава основного технологического оборудования.

3.5. Проектирование состава транспортных средств.

3.6. Оптимизация планировочных решений станочных систем.

3.7. Выводы.

Глава 4. Разработка средств технологического оснащения систем оборудования.

4.1 Инструментальное обеспечение станочных систем.

4.2 Проектирование средств базирования и закрепления деталей.

4.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности технической подготовки производства на основе моделирования и автоматизации проектирования технологического оборудования»

Современное состояние народного хозяйства страны требует ускоренного развития машиностроительных отраслей промышленности на базе внедрения прогрессивных технологий, высокопроизводительного оборудования с ЧПУ, робототехники, автоматизированных станочных систем «

АСС) и средств вычислительной техники.

Интеграция процессов создания и производства изделий основывается на совмещении процессов проектирования и производства, т.е. применении системы CAD - САМ (computer aided design - computer aided manufacturing). Системы CAD - CAM обладают следующими особенностями [41,56]: строятся на базе компьютера для целей проектирования и изготовления в автоматическом цикле, позволяют оперировать всевозможной графической информацией при исключении ручной графики, автоматически преобразуют проектную информацию в команды управления технологическим оборудованием с ЧПУ, осуществляют контроль качества выпускаемой продукции, имеют многотерминальный доступ со стороны пользователя.

Развитие направлений интегрированного компьютеризированного производства и новых информационных технологий, как отмечено в [42], способно в корне изменить технику и технологию сегодняшнего дня. Поэтому чрезвычайно актуальной представляется проблема автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства на стадии проектирования новых машин и автоматизированных станочных систем (АСС) для их изготовления.

В современном машиностроении до 80 % объема выпускаемой продукции производится в условиях многономенклатурного единичного и серийного производства, которое характеризуется большим числом и разнообразием типов входящего в их состав технологического и г вспомогательного оборудования, разветвленной и многосвязной структурой, значительным объемом и широкой номенклатурой деталей, сложными € законами функционирования и управления.

Для многономенклатурного производства особый интерес представляет разработка интегрированных систем автоматизированного проектирования АСС (САПР AGC), а также специализированных САПР для отдельных этапов проектирования АСС [4,41,43,59,60,61,63]. При решении проблем разработки САПР АСС перед проектировщиками впервые поставлены задачи, связанные с необходимостью интеграции систем автоматизации, а также взаимосвязи не только систем и подсистем, но и элементов этих систем в процессе технологического проектирования и при выборе средств г вычислительной техники [37,56]. Указанные задачи могут быть решены на основе системных принципов проектирования [4,5,13,15,19,41,53,58,59], однако в практике реального проектирования АСС увязка принятых решений на уровне различных страт (технологическая, компьютерная, алгоритмическая, системная) представляется весьма проблематичной [4,56].

В области технологического проектирования усилиями многих школ и ученых [7,9,18,24,26,30,43,46,54,64 и др.] в целом определена структура процесса проектирования многономенклатурного производства, базирующаяся на принципах его групповой организации, а также разработаны основы системно-структурного подхода к проектированию. Однако недостаточно глубоко и конкретно с точки зрения системного подхода исследованы взаимоотношения между элементами АСС на уровне технологической страты: основным технологическим оборудованием (ОТО), транспортными средствами, режущим и вспомогательным инструментом, технологической оснасткой.

Таким образом, необходимость исследования технологических взаимосвязей и отношений между элементами АСС является первой предпосылкой работы.

Эффективность производства во многом определяется рациональным выбором оборудования. До настоящего времени не разработаны эффективные методы выделения из общей огромной совокупности оборудования набора станков, наиболее целесообразных по технико-экономическим показателям для обработки деталей определенной номенклатуры. Поэтому необходимость исследования и разработки методов синтеза структур основного и вспомогательного технологического оборудования и комплектов инструментальной и технологической оснастки АСС предопределило вторую предпосылку работы.

Проектирование АСС представляет собой многоплановую задачу, в которой в сложной взаимосвязи находятся задачи синтеза, моделирования, оценки, анализа и оптимизации проектных решений. Такие задачи решаются с позиций системного подхода, который заключается в том, что специфика сложных объектов не исчерпывается особенностями составляющих их элементов, а заключена в характере связей и отношений между ними [14,41,47,56,65]. е

Исследование отношений между элементами АСС возможно только при использовании интегрированной системы проектирования, способной оценить реальные взаимосвязи в системе "деталь - станок - транспортное устройство - приспособление - инструмент". Итак, необходимость Интеграции задач синтеза элементов подсистем АСС с учетом технологического назначения системы и ее технико-экономической эффективности предопределила третью предпосылку работы.

Возрастающие технические возможности персональных компьютеров, их все большая доступность и возможность соединения в сеть позволили сориентировать работу на применение инструментальных средств на базе компьютера. В системе "проектирование - изготовление" проектные работы по трудоемкости составляют в ряде случаев около трети всех затрат. Поэтому чрезвычайно актуальной является проблема повышения эффективности проектирования путем создания автоматизированных рабочих мест (АРМ) конструктора и технолога. Таким образом, необходимость повышения эффективности проектирования АСС на базе применения современных средств вычислительной техники и интегрированных систем автоматизированного проектирования предопределило четвертую предпосылку работы.

В связи с изложенным целью диссертационной работы является повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки tr многономенклатурного производства на основе применения разработанной методологии автоматизированного проектирования АСС; дальнейшего развития теории проектирования металлообрабатывающих систем; создания, практической реализации и внедрения программно- информационного комплекса САПР АСС.

На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:

1. Методология системного технологического проектирования структур станочных систем многономенклатурного производства, средств их технологического и инструментального обеспечения.

2. Теоретические положения синтеза станочных систем, основанные на исследовании структурно-технологических взаимосвязей и отношений между элементами технологической среды; а также математические модели связи между характеристиками номенклатуры деталей и технологическими t свойствами элементов АСС.

3. Формализованные методики инвариантные к классам обрабатываемых деталей: группирования технологических объектов; выбора основного технологического оборудования и транспортных средств; оптимизации номенклатуры и количественного состава системы инструментального обеспечения; проектирования средств технологического оснащения; проектирования и оптимизации планировочных решений АСС; имитационного моделирования и оптимизации структуры АСС.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Утешев, Геннадий Владиславович

8. Результаты работы могут быть рекомендованы для машиностроительных предприятий и КБ, проектирующих автоматизированные станочные комплексы, а также использованы в учебном процессе для специальностей 220200 и 210200.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Утешев, Геннадий Владиславович, 2010 год

1. Аверьянов О.И. Модульный принцип построения станков с ЧПУ. -М.: Машиностроение, 1987.-232 с.

2. Аверьянов О.И., Дащенко А.И., Межов А.Е. Агрегатно-модульный принцип построения гибких автоматизированных линий и оптимизация их структурно-компоновочных схем// Вестник машиностроения. 1986. - N 5. С. 34-40.

3. Автоматизация дискретного производства/ Б.Е. Бонев, Г.И. Бохачев, PI.K. Бояджиев и др.; Под общ. ред. Е.И. Семенова, Л.И. Волчкевича. М.: Машиностроение, 1987, София: Техника, 1987. - 376 с.

4. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении/ Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, А.Ф. Прохоров и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова. М: машиностроение, 1986.- 256 с.

5. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании)/ A.M. Половинкин, Н.К. Бобков, Г.Я Буш и др.: Под ред. А.И. Половинкина. М.: Радио и связь, 1981. - 312 с.

6. Автоматизированная система проектирования технологических процессов механосборочного производства/ Под ред. Е.М. Капустина. М.: Машиностроение, 1979.- 302 с.

7. Базров Б.М. Совершенствование машиностроительного производствана основе модульной технологии// Станки и инструмент. 1985.- N10.- С.22.24.

8. Базров Б.М. Классификация станочных приспособлений // Станки и инструмент. 1989.- N3.- С. 26-31.

9. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969.- 559 с.

10. Белов B.C., Грачев Л.Н., Гиндин Д.Е. Типовые технические решения и перспективы развития ГПС// Вестник машиностроения. 1985.- N 4.- С. 24-27.

11. Белянин П.Е. Гибкие автоматизированные производства в машиностроении/ Сб. научных трудов. НИАТ. - М.: 1982. - 186 с.

12. Блехерман М.Х. Организационно-технологическое группирование деталей в ГПС// Вестник машиностроения. 1986.-N 6,- С. 37-41.

13. Бруевич Е.Г., Белянин П.Н., Челищев Б.Е. Системы искусственного интеллекта// Машиноведение. 1983.- с. 3-15.с

14. Васильев В.Н. Принципы построения гибких производств// Станки и инструмент. -1984. N 4. - С. 2-4.

15. Васильев В.Н. Программный подход основа современной организации машиностроительного производства//Вестник машиностроения.1989.-N8.-C. 62-69.

16. Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986.-312 с.

17. Гавриш А.П., Воронец В.М. Роботизированныемеханообрабатывающие комплексы машиностроительного производства. -К.: Тэхника, 1984.- 198 с.

18. Гавриш А.П., Ефремов А.И. Автоматизация технологической подготовки машиностроительного производства. К.: Тэхника, 1982. - 216 с.

19. Гибкие .автоматизированные производства: Системотехнический синтез организационной и функциональной структур/ А.А. Лескин, В.М. Пономарев, А.В. Смирнов, С.Е. Халкиопов. -Л.: ЛНИВЦ АН СССР (Препринт).- 1983.-N 76.- 38 с.

20. Гибкое автоматизированное производство/ Под общ. ред. С.А. Майорова, Г.В. Орловского, С. Н. Халкиопова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985.-454 с.

21. Гибкое автоматизированное производство/ В.О. Азбель, А.Ю. Звоницкий, В.Н. Каминский и др.; Под ред. С.А. Майорова, Г." В. Орловского. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983.- 376 с.

22. Гибкие автоматизированные производственные системы/ Под ред. Л.С. Ямпольского. К : Тэхника, 1985. -280 с.

23. Гибкие производственные комплексы/ Под ред. П.Н. Белянина, В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1984.-384 с.

24. Горанский Г.К., Бендерева Э.И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М.: Машиностроение, 1981.- 456 с.

25. Горнев В.Ф. Проблемные вопросы технологии ГПС// Станки и инструмент. 1986.-N11.- С. 13-16.

26. Дащенко А.И., Белоусов А.П. Проектирование автоматическихtлиний. М.: Высшая школа, 1983.-394 с.

27. Интегрированные конструкторско-технологические системы автоматизированного проектирования общего машиностроения/ Ю.М. Соломенцев, A.M. Басин, В.Н. Балаболин и др.//Вестник машиностроения.-1983.-N1,-С. 37-41.

28. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках при помощи ЭВМ. М.: Машиностроение, 1976.- 288 с.

29. Капустин Н.М., Васильев Г.Н. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования. М.: Высшая школа, 1986.-191 с.

30. Колесов И.М. Автоматизации подлежит производственный процесс /Вестник машиностроения. -1985. -N3.- С. 57-61.

31. Корчак С.Н., Кошин А.А., Ракович А.Г., Синицын Б.И. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, йриспособлений и режущих инструментов. -М.: Машиностроение, 1988.-352 с.

32. Кудинов А.В. Предпроектный анализ при создании ГПС для механообработки: Методические рекомендации. М.: ЭНИМСД987. - 24 с.s

33. Кудинов A.B., Тевлин З.В. Разработка технической заявки на ГПС для механообработки: Методические рекомендации. М.: ЭНИМС, 1986.- 47 с.

34. Кулешов B.C., Локота Н.А. Динамика систем управленияманипуляторами. М.: Энергия, 1971. - 302 с.

35. Лебедовский М.О., Федотов А.И. Автоматизация в промышленности. -Л.: Машиностроение, 1976.-250 с.

36. Лебедовский М.О., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ .Л.: Машиностроение, 1970.-302 с.

37. Лескин А.А., Мальцев П.А., Спиридонов A.M. Сети Петри в моделировании и управлении. Л.: Наука, 1989. - 133 с.

38. Лищинский Л.Ю. Технико-экономический анализ и методы выбора рациональных структур гибких производственных систем: Технология,соборудование, ' организация и ■ экономика машиностроительного производства. М.: ВНИИТЭМР, 1985. - 64 с.

39. Лищинский Л.Ю., Генис А.Л. Выбор структур . гибких производственных систем// Станки и инструмент. -1989. N9. - с. 4-6.

40. Логашев В.Г. Технологические основы гибких автоматизированных производств Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985.-176 с.

41. Макаров И.М. Системные принципы создания гибких автоматизированных производств. М.: Высшая школа, 1986. - 176 с.

42. Марчук Г.И. Научно-технические программы и задачи по их сопровождению. М.: ГКНТ, 1981.- 12 с.

43. Митрофанов В.Г. Особенности решения задач оптимизации для массового и мелкосерийного производства: В кн.: Адаптивное управлениетехнологическими процессами на станках. М.: Машиностроение, 1980.- 256 с.

44. Митрофанов В.Г., Гульнов Ю.А., Куликов Д.Д. Автоматизация технологической подготовки серийного производства. М.: Машиностроение, 1974, 360 с.

45. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства: В 2т. 3-е изд. - Л.: Машиностроение. - Ленингр. отд-ние,1983.-Т. 1.-407 с.

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

47. Ныс Д.А., Шумяцкий Б.Л., Еленева Ю.А. Выбор оптимального состава оборудования гибких автоматизированных технологических систем для обработки корпусных деталей // Станки и инструмент, 1983.- N6.- С. 4-6.

48. Общесистемный классификатор технологических операций в машиностроении и приборостроении. М.: ВНИИНмаш, 1975. - 52 с.

49. Организационно-технологическое проектирование ГПС /В.О. Азбель, А.Ю. Звоницкий, В.Н. Каминский и др./ Под ред. С.П. Митрофанова. М.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986.- 294 с.

50. Организация процессов автоматизированного технологического проектирования группового производства: Методические рекомендаций. -М.: Госстандарт, ВНИИНмаш, 1981.- 85 с.

51. Павлов В.В. Основы автоматизации проектирования технологических процессов. М.: МАТИ, 1975. 72 с.

52. Проектирование оптимальных технологических систем машин/ Белов B.C., Васильев В.Н., Буда Я., и др.; Под общ. ред. А.И. Дащенко, Я. Буды.-М.: Машиностроение, 1989.-344 с.г

53. Прохоров А.Ф., Митрофанов В.Г., Корьячев А.Н., Калинин В.В. Методика автоматизированного проектирования автоматических линий для механической обработки корпусных деталей// Вестник машиностроения.1984. с. 49-50.•е

54. Пуш В.Э., Пигерт Р., Сосонкин B.JI. Автоматические станочные системы.- М. : Машиностроение, 1982.-319 с.

55. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов/ А.Н. Доморацкий, А.А. Лескин, В.М. Пономарев и др., Под общ. ред. В.М. Пономарева. Л.: Машиностроение. Ле-нингр. отд-ние, 1986.-319 с.

56. Системы управления гибким автоматизированным производством/ Д. А. Краснопрошина, В.В. Крижановский, Л.Ф. Компанец и др.: Под общ. ред. А. А. Краснопрошиной. -К : Выща школа, 1987. 383 с.

57. Скурихин В.И., Павлов А.А., Путилов, Гриша С.Н. Автоматизированные системы управления гибкими технологиями. К.:Тэхника, 1987. 166 с.

58. Соломенцев Ю.М. Конструкторско-технологическая информатика -основа автоматизированного создания машин и технологий//Станки. и инструмент. 1986. N8. -С. 5-7.

59. Соломенцев Ю.М., Прохоров А.Ф. Перспективы и проблемы развития САПР технологических систем// Вестник машиностроения, 1984.-N10.- С. 44-46.

60. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами. М.: Машиностроение, 1988.-352 с.

61. Соломенцев Ю.М., Басин A.M., Климов С.В. СитуативноетГпроектирование технологических процессов в гибкой автоматизированной производственной системе// Вестник машиностроения. -1984. -N3. С 47- 50.

62. Технологическая подготовка гибких производственных систем/ С.П. Митрофанов, Д.Д. Куликов, О.Н. Миляев и др.: Под общ. ред. С.П. Митрофанова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.-235 с.

63. Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М.: Машиностроение, 1972,-240 с.

64. Чачин В.Н., Коновалов И.В. Современная технология важное звено научно-технического прогресса. - Минск.: Беларусь, 1988. -80 с.

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