Разработка и исследование системы компактного интеллектуального производства деталей летательных аппаратов на базе скоростной технологии контурного послойного синтеза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Рыцев, Сергей Борисович

• Рыцев, Сергей Борисович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рыцев, Сергей Борисович

введение.

1. Анализ проблемы повышения эффективности изготовления деталей летательных аппаратов и формообразующих элементов оснастки с применением методов послойного синтеза. Постановка задачи исследования Принятые сокращения

1.1. Тенденции развития производства изделий, деталей и формообразующей оснастки методами технологии послойного синтеза в авиастроении

1.2. Конструктивно-технологический анализ изделий и формообразующей оснастки, пригодной для технологии послойного синтеза

1.3. Сравнительный анализ технологий послойного синтеза деталей

1.4. .Основные принципы построения компактного интеллектуального производства деталей, моделей и формообразующей оснастки методами технологии послойного синтеза

1.5. Постановка задачи исследования

2. Экспериментальная отработка технологических процессов деталей авиационной техники на базе технологий послойного синтеза

2.1. Разработка технологического процесса формообразования листовых деталей с аэродинамическими поверхностями

2.2. Разработка технологического процесса изготовления перчаток космического скафандра

2.3. Разработка технологического процесса изготовления электродов-инструментов для электрохимической обработки

2.4. Разработка технологического процесса изготовления лопаток авиационного двигателя

2.5. Экономическая эффективность новых технологических процессов на базе применения зарубежных установок послойного синтеза

2.6. Разработка технических требований к опытному образцу установки контурного послойного синтеза

3. Разработка скоростной технологии построения прототипируемых объектов методом контурного послойного синтеза. Исследование влияния режимов технологического процесса на производительность и качество объектов из листовых материалов.

3.1. Устройство и принцип работы стенда

3.2. Разработка технологии построения объектов методом контурного послойного синтеза

3.3. Определение технологических параметров прототипирования

3.4. Расчет режимов резки листового материала СОг-лазером

3.5. Расчет параметров листового материала для построения моделей

3.6. Расчет программы построения объекта на установке КПС

4. Проектирование установки контурного послойного синтеза на базе линейных двигателей с применением методов системного анализа

4.1. Методика построения структурных моделей

4.2. Проект установки контурного послойного синтеза - как гиперкомплексная динамическая система

4.3. Гиперкомплексный граф установки КПС

4.4. Разработка конструкции установки модели УПС

5. Обобщенное определение эффективности технологии послойного синтеза. Совершенствование технологической подготовки производства

5.1. Общая характеристика и источники образования экономической эффективности ТПС

5.2. Критерии эффективности контурного послойного синтеза.

5.3. Особенности технологического процесса изготовления формообразующей оснастки на базе технологии контурного послойного синтеза

5.4. Определение эффективности контурного послойного синтеза Общие выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование системы компактного интеллектуального производства деталей летательных аппаратов на базе скоростной технологии контурного послойного синтеза»

В настоящее время в отечественном авиастроении создаются новые образцы авиационной техники с применением традиционных средств автоматизации- САПР, компьютеризации, оборудования с ЧПУ, и почти не применяются технологии быстрого прототипирования.

Как показывает мировой опыт, внедрение технологии послойного синтеза (ТПС) в конструкторской и технологической подготовки производства (КПП и Hill), в том числе на западных авиационных фирмах Боинг (США), Аэрбас (Европейский консорциум), и других, пока еще небольшого числа отечественных предприятий, в том числе ОАО «ОКБ Сухого», ведет к сокращению сроков, снижению стоимости и повышению качества новых изделий.

Это могут быть автономные установки ТПС и их сочетание с прогрессивными способами холодного напыления металлов, средствами бесконтактных измерений и другими технологиями в составе компактного интеллектуального производства (КИПр) [1].

В 1982 году Горюшкиным В.И., Исаевым В.К., Ситниковым В.П. и Скородумовым C.B. [84,85], был начат комплекс НИОКР в области ТПС в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). В Витебском политехническом и Московском авиационном институтах были созданы экспериментальные установки для послойного синтеза изделий из листовых материалов.

В области разработки промышленных образцов КПС известны исследования Генералова H.A. [82], Вейко В.П [83] и за рубежом М. Фегина и других.

В этих исследованиях скоростные и точностные параметры построения прототипов ограничены и не соответствуют требованиям отечественного авиастроения. Установки западных фирм дороги и имеют высокие эксплуатационные затраты.

В связи с этим целью работы является разработка скоростной, высокоточной технологии контурного послойного синтеза из листовых композиционных материалов и создание опытного образца установки на базе этой технологии.

В результате выполнения данной работы разработаны технологические процессы и построены ряд объектов на импортных установках ТПС с реализацией бесплазовой, малоэнергоемкой технологии.

Разработана технология построения прототипов и деталей контурным послойным синтезем из листовых композиционных материалов (ЖМ) для отечественной установки, являющаяся ноухау, изготовлен опытный образец установки скоростного послойного синтеза.

На основе методов системного анализа проведена технико-экономическая оценка технологий разработки и изготовления авиационной формообразующей оснастки.

На основании разработанных моделей основных узлов установки КПС разработана прогрессивная конструкция установки, основанная на передовых технических решениях, в том числе на линейных модулях.

Разработана методика сопоставления различных показателей эффективности ТПС.

Технология КПС деталей из ЛКМ на базе технических средств для ее реализации при производстве конструкторских прототипов и формообразующих деталей оснастки дает возможность комплексно подойти к проблеме автоматизации мелкосерийного и единичного производства изделий сложной пространственной формы, обеспечивая повышение производительности труда и качество выпускаемой продукции.

Создаваемые изделия должны наиболее полным образом удовлетворять запросам и требованиям потребителей и быть конкурентоспособными на мировом уровне, а значит процесс их разработки и изготовления должен быть на современном уровне.

Разработка и внедрение на отечественных предприятиях ТПС, которые по своим технико-экономическим показателям превосходят западные аналоги, позволяет успешно конкурировать на промышленном рынке высокотехнологичной продукции, что является актуальным.

Положения выносимые на защиту:

- технологические процессы на базе технологий послойного синтеза на импортной установке ЬОМ-1015, отличающиеся от традиционных процессов изготовления конструкторских моделей и . технологической оснастки сокращением цикла подготовки производства и уменьшением себестоимости;

- технология построения прототипов и деталей контурным послойным синтезом из листовых материалов, отличающаяся от западного аналога точностью построения объекта и увеличением скорости раскроя более, чем в 2 раза;

- гиперкомплексые графовые и матричные модели установки КПС и ее основных узлов, отличающиеся от других системных методов анализа большей наглядностью и универсальностью представленных связей, и конструкция установки скоростного КПС;

-методика определения обобщенной эффективности контурного послойного синтеза.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Рыцев, Сергей Борисович

Общие выводы.

1. В результате проведенного анализа технологий послойного синтеза выявлено, что наиболее перспективным для ускорения КПП и IIШ с повышением качества деталей ЛА является создание скоростных установок контурного послойного синтеза и компактного интеллектуального производства на их основе.

2. Разработана компьютерная технология контурного послойного синтеза, основанная на послойном представлении прототипируемого объекта и последовательном формировании изделия с точностью прототипирования ±0.05 мм и производительностью построения объекта 3-5дм.куб/час или скоростью раскроя 1м/с, которая в том числе является основой для создания и других технологий послойного синтеза.

3. Примененный метод системного анализа, основанный на построении гиперкомплексных графов и матриц, позволил оптимальным образом с выявлением механических, электрических и информационных связей разработать конструкцию узлов установки послойного синтеза.

4. В результате разработки лазерно-оптической системы с применением оптико-акустического модулятора для управления энергией лазерного излучателя удалось обеспечить высокоскоростной лазерный раскрой по сложному контуру листовых и пленочных материалов для различных технологических процессов.

5. Разработана установка контурного послойного синтеза из листовых и пленочных материалов на принципах точного и жесткого станка с ЧПУ в отличие от западных аналогов, имеющих плоттерную конструкцию.

6.Разработанная технология делает возможным параллельное изготовление отдельных узлов технически сложных изделий, вместо длительных итерационных последовательных процессов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рыцев, Сергей Борисович, 2004 год

1. Скородумов C.B. Создание и развитие систем КИПр / Литейное производство № 7. 1999. с. 28-30

2. Братухин А.Г., Сироткин О.С. Современные технологии М.: Машиностроение, 1999. - 832 с.

3. Васенков A.B., Скородумов C.B. Труды Международной конференции CAD/CAM/PDM 2001г.

4. Рыцев С.Б. Уровень дизайна весомый аргумент на рынке бытовой техники / Информационный журнал-справочник - 1998 №8(17)-с.62.

5. Строение и свойства авиационных материалов: / Под ред. А. Ф. Белова, В.В. Николенко. М.: Металлургия, 1989. - 368 с.

6. Шичков Г. С. Структурные классификации технологического процесса. Вестник машиностроения, 1990, N2, с. 46-51.

7. Ю.Кошкин JI. Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. М.: Машиностроение, 1986. - 320 с.

8. Н.Волков Ю. С., Лившиц А. Л. Введение в теорию размерного формообразования электро-физико-химическими методами. -Киев.: Высшая школа, 1978. 120 с.

9. Дружинский И. А. Сложные поверхности. Л.: Машиностроение 1985.- 168 с.

10. Горюшкин В.И. Основы производства деталей машин и приборов. Мн.: Наука и техника, 1984. - 222 с.

11. Алесковский В.Б. Стехиометрия и синтез твердых соединений. -Л.: Наука, 1974.-205 с.

12. Большая Советская энциклопедия. Изд. 3-е, М.: Советская энциклопедия, Т. 16, 1971, с. 472 - 473.

13. Композиционные материалы: В 8-ми томах. / Пер. с англ. под ред. Л. Браутмана, Р. Крока. М.: Машиностроение, 1978, Т. 3. Применение композиционных материалов в технике. / Под ред. Б. Нотона, 1978.-511 с.

14. П.Боголюбов В. С. «Формообразующая оснастка из полимерных материалов» М.: Машиностроение, 1979. 178 с.

15. Композиционные материалы: В 8-ми томах. / Пер. с англ. под ред. JI. Браутмана, Р. Крока. М.: Машиностроение, 1978, Т. 3. Применение композиционных материалов в технике. / Под ред. Б. Нотона, 1978.-511 с.

16. Сутормин В.И., Ерощенков М.В. Повышение производительности и качества резки композиционных материалов. "Механизация и автоматизация производства", 1989, №8, с. 13-18.

17. Росс. Д. SADT-методология структурного анализа ипроектирования. 1979.

18. Крысин В. Н. Технологическая подготовка авиационного производства. М.: Машиностроение 1984. - 200 с.

19. Рыцев С.Б,.Витоль Л.Я Создание специализированного производства формообразующих деталей со сложнофасонными поверхностями для КИПр/Информационные технологии в проектировании и производстве 1999. № 1 с.62

20. Зайцев Б.Г., Рыцев С.Б. Справочник молодого токаря. — М.: Высш.Шк., 1988. 336 е.: ил.

21. Сергеев В.И. Логистика в бизнесе: Учебник. — М.: ИНФРА-М, 2001. 608 с. - (серия «Высшее образование»).

22. Емельянова А.П. Технология литейной формы. М.: Машиностроение, 1979. 240 е., ил.

23. Литье по выплавляемым моделям / Под редакцией Я.И.Шкленника и В.А.Озерова. М., Машиностроение, 1971. 436 с.

24. Новые методы создания прототипов деталей и изделий изделий и изготовления технологической оснастки / Материалы семинара на выставке "Машиностроение'97". Москва, 24-28 ноября 1997 -ВВЦ "Сокольники".

25. Материалы фирмы Z Corporation(CILLA) на выставке "Машиностроение 2001"

26. Электроэрозионная и электрохимическая обработка (Часть 2).1. Москва, ЭНИМС, 1980.

27. Приспособления для электрофизической и электрохимической обработки. Машиностроение, 1988.

28. Попилов Л.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. Справочник, М. Машиностроение, 1982.

29. Технология и экономика электрохимической обработки. Сборник под редакцией проф. Ф.В.Седыкина, М. Машиностроение, 1980.

30. Папилов Л.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. Справочник, М. Машиностроение, 1982.

31. Иванов А.П. Основы прогрессивной технологии и рациональные методы обработки деталей авиационных двигателей. М.: Машиностроение. 1975. 374 с.

32. Рахмарова М.С., Мирер Я.Г. Влияние технологических факторов на надежность лопаток газовых турбин. М.: Машиностроение, 1966. 223 с.

33. Состояние и перспективы производства синтетической бумаги. БелНИИ информации, серия химической технологии. Минск, 1982.

34. Крылов К.И. и др. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. Ленинград, «Машиностроение», л.о. 1978.

35. Синтетические бумагоподобные пленки и бумаги на их основе. НИИТЭХИМ, вып. 16,1980.

36. Примаков С.Ф. Производство бумаги. М. 1987.

37. Термопластичные клеи и склеивание термопластов. М. 1975.43 .Крылатое Ю. Материалы для проклейки бумаги и картона. М. 1982.

38. Полимерные пленочные материалы для упаковки пищевых продуктов в СССР и за рубежом. М. 1975.

39. Оборудование для производства бумагоподобных материалов из синтетических и минеральных волокон. ЦИНТИХИМ, М. 1985.

40. Сборник «Технологическая документация по изготовлению рулонных облицовочных и кромочного материалов на основе бумаг, пропитанных композиционными составами. 1988.

41. Адлер Ю.П., Ратнер А.И., Лещинская Г.Ф. Об активно-пассивном эксперименте. Научные труды Гиредмета, 1969, т.27. М., изд-во «Металлургия», стр. 16.

42. Х.Гуд, Р.Э.Макол. Системотехника. Введение в проектирование больших систем. М., изд-во «Советское радио», 1962. 49J.von.Neumann, O.Morgenstern. Theory of games and economic behaviour. Princeton University Press, 1947.

43. Добкин B.M. Выбор экономических критериев оптимизации режимных и конструктивных параметров реакторов. Химическая промышленность, 1968, № 3.

44. Рыцев С.Б., Кувшинов В.В., Филиппов Е.И. Компактное интеллектуальное производство деталей на базе скоростнойтехнологии контурного послойного синтеза. Информационные технологии в проектировании и производстве, 2003, №3.

45. Марше Ж. Операционные усилители и их применение. JL, 1974. -216 с.

46. Матросов В. М., Анакольский JI. Ю. Васильев С. Н. Метод сравнения в математической теории систем. Новосибирск, 1980. -480 с.

47. Михалевич В. С. Волкович В. Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М., 1982. 288 с.

48. Малюта А. Н. Анализ соотношения гиперкомплексных неопределенностей. Львов, 1984. — 12 с. Рукопись деп. в УкрНИИНТИ, № 1398 Ук-84Деп.

49. Малюта А. Н. Модели и матрицы проводимостей основных видов операционных усилителей//Изв. ЛЭТИ. 1979. № 243. С. 109112.

50. Малюта А. //.Определение расстояния в гиперкомплексном пространстве. Львов, 1984. С. 8. Рукопись деп. в УкрНИИНТИ, № 1384Ук-84Деп.:

51. Малюта А. Н. Основной закон замкнутых гиперкомплексных динамических/систем. Львов, 1984. С. 7. Рукопись деп. в УкрНИИНТИ,. № 181Ук-84Деп.

52. Малюта А. Н. Планетарная модель гиперкомплексной динамической системы. Львов, 1984. С. 6. Рукопись деп. в УкрНИИНТИ, № 119Ук-85Деп.

53. Малюта А. Н. .Разомкнутые гиперкомплексные динамические системы,-Львов. 1984.— С.

54. Оптнер С. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. М., 1969. — 216 с.

55. Шатихин Л. Г. Структурные матрицы и их применение для исследования систем. М., 1974. — 247 с.

56. Эллис Д. Людвиг Ф. Строгое определение понятия системы // Исследования по общей теории систем. М., 1969. с. 267-283.

57. Янг С. Системное управление организацией. М., 1972. 455 с.

58. Амиров Ю.Д. Организация и эффективность научно-W исследовательских и опытно-конструкторских работ. М.:1. Экономика, 1974. 237 с.

59. Гусаков М.А. Эффективная организация процесса «Исследование производство». - М.: Экономика, 1978. - 120 с.

60. Левин Г.И. Эффективность затрат в строительство производственных объектов. М.: Экономика, 1971. - 279 с.

61. Метт Г.Я. Анализ эффективности затрат на новую технику. М.: Финансы. 1968. - 63 с.

62. Проскуряков A.B. Организация создания и освоения новой техники. М.: Машиностроение, 1975. - 222 с.

63. Смирницкий Е.К. Экономика и машина. М.: Экономика, 1970. -391 с.

64. ГОСТ 2.116-71. ЕСКД. Карта технического уровня и качество продукции. М.: Изд-во стандартов, 1983. Т. 3, с.110.

65. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1983. Т. 3, с.87.

66. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977.-54 с.

67. Ржига Л. Экономическая эффективность научно-технического прогресса. М.: Экономика, 1969. — 310 с.

68. Зотова Л.В. Критерий эффективности долговечности и надежности техники. М.: Экономика, 1973г. - 103 с.

69. Скородумов C.B., Шведова В.В. Среднесрочный прогноз развития технологий быстрого прототипирования./ Изобретатели машиностроению, №1, 1999

70. Материалы института в г. Фраунхофен (Германия).

71. Kochan D. Solid Freeform Manufacturing Advanced Rapid m Prototyping. Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, London, New1. York, Tokyo 1993

72. Rapid Prototyping Report, January 1995, Volume 4, Number 1, CAD/CAM Publishing,Inc., San Diego, CA.

73. Jacobs P. Stereolithography and other RP&M Technologies / Society of Manufacturing Engineers, New York. 1996, p.392

74. Генералов H.A., Кедров А.Ю., Соловьев Н.Г. и др. Установка для лазерного трехмерного синтеза методом послойной склейки.

75. Конференция по лазерным и лазерно-иформационным технологиям. Суздаль, 2001 с.90

76. Вейко В.П., Яковлев Е.Б. и др. Пятилетний опыт эксплуатации первой отечественной ЬОМ-установки «Карат-200» в промышленности. Конференция по лазерным и лазерно-иформационным технологиям. Суздаль, 2001 с.93

77. В.И.Горюшкин, В.К.Исаев, О.С.Мурков, О.С.Сироткин, С.В.Скородумов, В.В.Хорощев, А.Г.Василевский. Способ изготовления изделий. Изобретение. Заявка № 4368279/3205/017266. Пол. решение от 20.10.1988г.

78. В.К.Исаев. Геометрические основы построения автоматизированной системы изготовления аэродинамических моделей. Докт. диссертация. ЦАГИ-МАИ, 1991г.