Забезпечення якості і прискорення технологічної підготовки механоскладального виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.02.08 - технологія машинобудування

Забезпечення якості і прискорення технологічної підготовки механоскладального виробництва

Сімута роман русланович

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології машинобудування Національного технічного університету України “КПІ”.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Пасічник Віталій Анатолійович,

Національний технічний університет України “КПІ”, м. Київ, доцент кафедри технології машинобудування

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Глоба Лариса Сергіївна

Національний технічний університет України “КПІ”, м. Київ, завідуюча кафедрою телекомунікаційних систем та мереж.

кандидат технічних наук, доцент

Кирилович Валерій Анатолійович

Житомирський державний технологічний університет, м. Житомир, декан факультету інформаційно-комп'ютерних технологій.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут авіаційної технології (м. Київ)

Захист відбудеться "20" січня 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.11 у Національному технічному університеті Україна “КПІ” за адресою: м. Київ, пр. Перемоги, 37, корп. 1, ауд. 214.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “КПІ” за адресою: м. Київ, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий "18" грудня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор Майборода В.С.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Якість технологічної підготовки виробництва, зокрема, механоскладального, суттєво впливає на собівартість виробів, а в умовах швидкої зміни попиту на продукцію, від часу, витраченого на технологічну підготовку виробництва, залежить наскільки швидко нові вироби з'являться на ринку. Тому, в умовах зміни і розширення номенклатури виробів, що випускаються, актуальною є задача забезпечення якості і прискорення технологічної підготовки механоскладального виробництва.

Розробка теоретичних основ і перших систем автоматизованого проектування технологічних процесів складання (САПР ТПС) почалася ще у 70...80 рр. ХХ сторіччя. Суттєвою вадою САПР ТПС того часу була практична відсутність методів автоматизованого формування математичних моделей складальних виробів. Ці моделі формувалися людиною в ручному режимі, що призводило до виникнення помилок у початкових даних і до збільшення часу проектування.

Сучасний рівень технічного прогресу дозволяє створити високопродуктивні САПР ТПС, але і до сьогодні вузьким місцем залишається формування математичної моделі складального виробу. Відсутність або недосконалість формалізованих методів визначення конструктивно-технологічних властивостей елементів складального виробу призводить до створення неповної або неточної математичної моделі виробу.

Одним із шляхів подолання цих недоліків є автоматизоване виявлення конструктивно-технологічних властивостей складального виробу, які суттєво впливають на якість і швидкість технологічної підготовки виробництва, зокрема, на автоматизоване проектування ТПС, із його тривимірної моделі, створеної у системі тривимірного моделювання (3D CAD системі).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Напрямок досліджень дисертаційної роботи є продовженням держбюджетних тем № 2201 і № 2511, які виконувались на кафедрі технології машинобудування НТУУ „КПІ” у відповідності з тематичним планом Держбюджетних науково-дослідних робіт НТУУ “КПІ”, який затверджено департаментом координації наукових досліджень вищих навчальних закладів та зведеного планування Міносвіти та науки України в 2000 році за пріоритетним напрямом “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” по науково-експертній Раді за фаховим напрямом “Машинобудування”.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є забезпечення якості і прискорення технологічної підготовки механоскладального виробництва шляхом автоматизації формування математичної моделі складального виробу через інтеграцію САПР виробів і САПР ТПС за допомогою програмного забезпечення, яке дозволяє врахувати особливості конструкції виробу і технології його складання.

Для досягнення даної мети необхідно вирішити наступні основні задачі:

Класифікувати конструктивно-технологічні властивості виробу, які впливають на процес проектування технології складання.

Визначити зміст, структуру та представлення початкових даних про складальний виріб, які впливають на якість технологічної підготовки і необхідні для автоматизованого проектування ТПС.

Розробити математичну модель складальних виробів, яка б не тільки враховувала конструктивно-технологічні властивості елементів складальних виробів, а і можливості їхнього представлення в 3D CAD системах.

Розробити формально-логічні залежності, які б дозволяли шляхом аналізу конструкції виробу формувати математичну модель виробу, тобто виявляти дані, необхідні для автоматизованого проектування ТПС.

Розробити методи, алгоритми, програмне і методичне забезпечення, яке забезпечуватиме безпомилкове автоматизоване формування початкових даних для САПР ТПС.

Провести експериментальну апробацію технологічних можливостей розробленого програмного забезпечення і розробити практичні рекомендації щодо автоматизованого проектування ТПС.

Об'єкт дослідження - технологічна підготовка механоскладального виробництва.

Предмет дослідження - структура і зміст математичної моделі складальних виробів.

Методи дослідження. Дослідження чинників, які впливають на якість і продуктивність технологічної підготовки механоскладального виробництва, проводилося на основі системного підходу і декомпозиції. При розробці принципів формування математичної моделі складальних виробів і методів виявлення даних, які необхідні для автоматизованого проектування ТПС, використовувались ідеалізація, формалізація, положення аналітичної геометрії і математичної логіки. Апробація технологічних можливостей розроблених алгоритмів, програм і методик проводилась методом комп'ютерного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

· Вперше розроблено математичну модель складальних виробів яка враховує зв'язок між конструктивно-технологічними властивостями елементів складального виробу, можливостями їхнього представлення в 3D CAD системах і даними, необхідними для технологічної підготовки механоскладального виробництва, що дозволило реалізувати наскрізну інтеграцію 3D CAD систем і САПР ТПС.

· Вперше визначено зміст, структуру та формалізовано представлення даних про складальний виріб, які впливають на якість автоматизованого проектування технологічних процесів складання.

· Для автоматизованого формування математичної моделі складальних виробів вперше розроблені формально-логічні залежності автоматизованого виявлення конструктивно-технологічних властивостей виробу із його тривимірної моделі, які поширюються на всі деталі, незалежно від ступеня складності їхньої форми, і дозволяють в автоматичному режимі виявити всі необхідні дані для подальшого проектування технології складання та скоротити об'єми представлення цих даних.

Практичне значення одержаних результатів:

· Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє контролювати коректність складального виробу шляхом аналізу його моделі, створеної у 3D CAD системі.

· Розроблена методика автоматизованого формування математичної моделі складального виробу.

· Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє шляхом аналізу 3D моделі складального виробу в автоматичному режимі безпомилково виявляти конструктивно-технологічні властивості складального виробу і формувати цю інформацію у вигляді, придатному для автоматизованого введення до САПР технологічних процесів складання.

· Результати дисертаційної роботи впроваджені на ВАТ „УХЛ-Маш” (м. Київ), при проектуванні лабораторного обладнання і замків, та у компанії „Делкон Україна” (м. Київ), при проектуванні касет.

· Розроблені методика та програмне забезпечення використовуються у навчальному процесі при виконанні лабораторних робіт з курсу „Складальні процеси у машинобудуванні” в НТУУ „КПІ” та можуть бути використані іншими розробниками САПР ТПС.

Особистий внесок здобувача. Автором удосконалені принципи формування математичної моделі складального виробу, зокрема, формалізований зв'язок між конструктивними властивостями складального виробу і вихідними даними для проектування технологічних процесів складання. Особисто автором отримані формально-логічні залежності: визначення віддалених обмежень рухливості елементів складального виробу; визначення усіх можливих осей складання, та виділення серед них значущих; автоматичної ідентифікації різьбових та пресових з'єднань.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були заслухані та обговорені на науково-технічних конференціях „Інформаційні технології у виробництві та освіті” (2000-2002 рр., м. Хмельницький), І-й міжнародній науково-технічній конференції „Інформаційно-комп'ютерні технології 2002” (м. Житомир), на науково-технічних конференціях студентів і молодих вчених „Машинобудівник” (1998, 2000-2002 рр., НТУУ „КПІ” м. Київ) і на науково-методичних семінарах кафедри технології машинобудування НТУУ „КПІ”.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 наукових праць, серед них 7 статей в провідних фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 101 найменування та додатків. Повний обсяг дисертації 176 сторінок, включаючи 53 рисунки, 1 таблицю і 4 додатки.

основний зміст роботи

У вступі представлена актуальність і доцільність виконання досліджень, сформульовані мета і задачі досліджень, наголошено на науковій новизні і практичному значенні роботи, виділено особистий внесок.

У першому розділі проаналізовані особливості технологічної підготовки механоскладального виробництва, методи формалізованого опису технологічних процесів складання і їхнє використання в САПР ТПС, а також встановлено тенденції і перспективи подальшого розвитку теоретичних основ автоматизованого проектування технологічних процесів складання.

У роботах Гавриша А.П., Костюка В.І., Ямпольського Л.С. розглянуті питання автоматизації технологічної підготовки роботизованого механоскладального виробництва, формалізації опису її складових елементів.

Дослідженнями Павлова В.В., Челіщева Б.Є., Капустіна М.М. визначено, що на зміст автоматизованого проектування технологічних процесів складання впливають як властивості виробничої системи, так і конструктивно-технологічні властивості виробу. При цьому, процес автоматизованого проектування полягає в комп'ютерному моделюванні поведінки виробничої системи складання із урахуванням інформації про конструктивно-технологічні властивості виробу, яка вводиться до САПР у вигляді математичної моделі складального виробу. При аналізі цих робіт акцентовано увагу на методах визначення і представлення початкових даних, особливо на методах опису характеру руху і визначення інформації про просторовий взаємозв'язок елементів складального виробу, які формуються з умов доступу і базування, та виявлено, що використання ручного формування інформації про конструктивно-технологічні властивості виробу обумовлює застосування спрощених, але більш економних, методів. А це, в свою чергу, суттєво впливає на якість і продуктивність технологічної підготовки складального виробництва.

У роботах зарубіжних вчених (R. Wilson, R. Jones, S. Nof) представлені методи автоматизованого визначення початкових даних, які використовують, крім методів аналітичної геометрії та математичної логіки, більш продуктивні методи комп'ютерного моделювання. При цьому, основним джерелом інформації для наповнення змістом математичної моделі складального виробу є його тривимірна модель, побудована у власному 3D модулі САПР ТПС (наприклад, у системах STAAT та Archimedes). Аналіз цих робіт показав, що, внаслідок обмежених можливостей власних модулів 3D моделювання САПР ТПС (в порівнянні із сучасними 3D CAD системами), використовуються спрощені 3D моделі складальних виробів, а це призводить до використання недосконалих математичних моделей виробів і негативно впливає на якість подальшого проектування, обмежуючи номенклатуру виробів, які аналізуються.

У роботах Давигори В.М. та Пасічника В.А. формалізовано синтез технологічно доцільних послідовностей складання виробів на основі інформації про обмеження рухливості елементів складального виробу.

В результаті проведеного аналізу виявлено, що математична модель складального виробу потребує удосконалення в частині формалізації зв'язку між конструктивно-технологічними властивостями елементів складального виробу, можливостями їхнього представлення в сучасних 3D CAD системах та даними, необхідними для технологічної підготовки механоскладального виробництва. А це в свою чергу потребує удосконалення методів автоматичного визначення даних, необхідних для автоматизованого проектування технологічних процесів складання.

У другому розділі “Вплив конструктивно-технологічних властивостей складального виробу на проектування ТПС” проведено теоретичні дослідження, спрямовані на визначення змісту, структури і представлення початкових даних про виріб, визначення конструктивно-технологічних властивостей складального виробу, які впливають на проектування послідовностей складання. Особлива увага приділена математичній моделі складального виробу в частині формалізації зв'язку між конструктивно-технологічними властивостями складального виробу, можливостями їхнього представлення в 3D CAD системах і даними, необхідними для технологічної підготовки механоскладального виробництва.

Автоматизоване проектування технологічних процесів складання розділяється на два етапи: формування послідовності складання і розробку операційного технологічного процесу. При вирішенні усіх задач цих етапів використовується математична модель складального виробу.

Як правило, кількість елементів математичної моделі є суттєво меншою, ніж у об'єкта, що моделюється, оскільки при її розробці розглядаються тільки ті властивості об'єкта, які суттєво впливають на вирішення даної задачі. Тому, після аналізу початкових даних, необхідних для автоматизованого проектування ТПС, була розроблена їхня класифікація, визначені конструктивно-технологічні властивості виробу, які впливають на процес проектування, і особливості їхнього представлення в 3D CAD системах.

Множину початкових даних I_Input можна поділити на дві підмножини: множину змінної інформації I_var та множину умовно-постійної інформації I_const, тобто:

.

Умовно-постійною є інформація, загальна для будь-якого складального виробу, наприклад, дані про загальні типи з'єднань, бібліотеки елементів, стандарти і т.д. Це довідкова інформація, яка зберігається у базах даних.

Змінними є дані, які притаманні лише конкретному виробу, і які містить в собі 3D модель складання у явному чи неявному вигляді. Змінна інформація I_var, яка необхідна для проектування послідовності складання, поділяється на первинну інформацію I_prim, яку можна отримати безпосередньо із тривимірної моделі виробу, і вторинну інформацію I_sec, яку можна отримати, аналізуючи первинні і умовно-постійні дані.

В свою чергу, первинну інформацію складають дані, які можна отримати як без застосування (множина I_N), так і з застосуванням спеціальних методів виявлення конструктивно-технологічних властивостей складального виробу (множина I_S).

Наведена класифікація початкових даних є основою для удосконалена відомої математичної моделі складального виробу у частині формалізації зв'язку між конструктивно-технологічними властивостями складального виробу і особливостями їхнього представлення у тривимірній моделі виробу.

У відповідність множині I_N можна поставити наступні елементи математичної моделі складального виробу: структура і склад виробу А; номенклатура елементів виробу N; розмірні характеристики R; параметри положення P; фізичні характеристики F.

Структура виробу і його склад, в залежності від способу формування тривимірної моделі, описуються наступними залежностями:

-як множина деталей виробу:

, (1)

де n - загальна кількість деталей складального виробу

-як множина елементів будь-якого рівня складання (виробу, вузла, складальної одиниці, деталі):

, (2)

де Q - індекс рівня декомпозиції;

k - індекс підскладання рівня декомпозиції Q;

- деталі виробу, що входять до k-го підскладання рівня декомпозиції Q;

- підскладання наступного рівня декомпозиції.

Загальну структуру виробу, яка відображає його склад і ієрархію його елементів.

Множину властивостей виробу у загальному випадку можна представити у наступному вигляді:

, (3)

де I_a^Q+1 - множина відповідних властивостей деталей, I_А^Q+1 - властивостей підскладань наступного рівня декомпозиції.

При цьому змінна I певної властивості виробу може набувати наступних значень: N - назва виробу або його елемента, R - розмірні характеристики, P - параметри положення, F - фізичні характеристики виробу і його складових елементів.

Множина усіх можливих напрямків складання описується наступним рівнянням:

, (4)

де - множина осей можливих напрямків складання монтажної групи елементів виробу , яка відповідає їхній приведеній системі координат; К - кількість приведених систем координат. При цьому, кожна вісь складання характеризується трьома напрямними косинусами відносно глобальної системи координат виробу.

Умова належності елемента E_k виробу А монтажній групі елементів G_i, тобто групі елементів виробу, системи координат яких можна привести до однієї, записується наступним чином:

(5)

Всі ці елементи математичної моделі складального виробу можна визначити безпосередньо із його 3D моделі без застосування спеціальних методів.

Множині змінної первинної інформації I_S, яку можна отримати із тривимірної моделі виробу тільки із застосуванням спеціальних методів виявлення його конструктивно-технологічних властивостей, відповідають бінарні відношення обмеження рухливості і бінарні відношення спряженості елементів складального виробу.

Бінарні відношення обмеження рухливості (БВОР) елементів складального виробу {T}. Розрізняють безпосередні (контактні) відношення обмеження рухливості {T_Cont}, та віддалені {T_Rem} БВОР. Для складального виробу, який містить n елементів, для заданого напрямку dD, матриця M^d_T бінарних відношень матиме розміри nn. Домовимось кожен елемент (m^d_i,j)_T матриці позначати так: “0” - якщо j-й елемент виробу не обмежує i-й або якщо i=j; “1” - якщо j-й елемент виробу обмежує переміщення i -го елемента у напрямку d контактно; “8” - якщо віддалено, тобто:

 (6)

Бінарні відношення спряженості (БВС) {S} елементів виробу описуються матрицею спряженості M_S. Кожен елемент (m_i,j)_S матриці M_S може набувати значень:

(7)

Інформація про просторовий взаємозв'язок елементів складального виробу є основною при проектуванні послідовностей складання.

Множині змінної вторинної інформації I_sec відповідають:

· значущі напрямки складання елементів виробу;

· технологічні групи елементів виробу;

· з'єднання, що забезпечують нероз'ємність складального виробу.

Значущі напрямки складання (ЗНС) елементів виробу - це напрямки осей вздовж яких виконується складання елементів виробу. Всю множину можливих осей складання D_i можна поділити на дві підмножини:

, (8)

де D_i^prim - множина осей значущих напрямків,

D_i^sec - множина осей, вздовж яких складання не виконується.

З'єднання, що забезпечують нероз'ємність складального виробу (ЗЗН) гарантують, що кожен елемент підскладання займає чітко визначене положення відносно інших елементів і забезпечують цілісність підскладання чи виробу. ЗЗН є основою для декомпозиції складального виробу і технологічного членування. Формально їх можна описати наступною залежністю:

, (9)

де - група елементів, які утворюють з'єднання;

T^Q - множина параметрів, що характеризують тип з'єднання (різьбові, пресові і т.д.);

Технологічні групи (ТГ) елементів виробу - це групи елементів виробу однієї номенклатури, які можна встановити чи видалити одночасно в одному напрямку, і які мають наступні властивості:

1. деталі повинні входити до однієї монтажної групи, тобто {E_p,...,E_q}G_i;

2. деталі повинні бути однієї номенклатури;

3. початкові точки систем координат деталей повинні мати однакові координати по осі, яка представляє значущі напрямки складання, тобто

;

4. деталі повинні мати однакові контактні БВОР або з однією деталлю виробу, яка не входить до жодної ТГ, або із деталями іншої ТГ, тобто:

або

5. деталі щонайменше однієї ТГ повинні утворювати ЗЗН або із однією деталлю виробу, що не входить до жодної ТГ, або із відповідними деталями іншої ТГ.

Представлена у цьому розділі математична модель складального виробу (1-9) є подальшим розвитком відомих моделей в частині формалізації зв'язку між конструктивно-технологічними властивостями елементів складального виробу, можливостями їхнього представлення в 3D CAD системах і даними, необхідними для технологічної підготовки механоскладального виробництва. Вона дозволяє: врахувати усі основні конструктивно-технологічні властивості виробу, які мають безпосередній вплив на якість технологічної підготовки механоскладального виробництва, а саме: структуру і склад виробу, номенклатуру його елементів, розмірні і фізичні характеристики, параметри положення, дані про просторовий взаємозв'язок елементів виробу, можливі осі і значущі напрямки складання, типи з'єднань, що забезпечують нероз'ємність виробу. Крім того, вона дозволяє виявити монтажні і технологічні групи елементів виробу, що значно полегшує подальший синтез послідовностей складання.

У третьому розділі “Розробка методів автоматизованого формування математичної моделі складального виробу із його тривимірної моделі” вирішена задача визначення основних конструктивно-технологічних властивостей складального виробу із його 3D моделі. Розроблені і удосконалені методи визначення даних про просторовий взаємозв'язок елементів виробу, значущих напрямків складання, технологічних груп елементів виробу та з'єднань, що забезпечують нероз'ємність складального виробу. нероз'ємний складальний виріб технологія

Метод визначення контактних бінарних обмежень рухливості {T_Cont}. Оскільки всі елементи складального виробу є матеріальними об'єктами, то в одному і тому ж місці простору можуть знаходитися точки лише одного об'єкта, тобто множини точок цих об'єктів не перетинаються. Ця властивість записується у вигляді умови неперетину геометричних фігур в просторі. В той же час, елементи тривимірної моделі виробу є віртуальними об'єктами, і для них ця умова може не виконуватися. Ця властивість 3D моделі стала основною при розробці методів визначення БВОР елементів складального виробу.

Так, якщо певному елементу E_i тривимірної моделі складального виробу надати віртуальне переміщення у заданому напрямку dD на гранично малу величину переміщення ^d_Cont, то виникне область перетину між даним елементом і елементами, що обмежують його контактно у заданому напрямку. Аналіз 3D CAD систем показав, що, при побудові 3D моделі виробу за номінальними розмірами, величина ^d_Cont обумовлюється точністю графічного середовища і становить, в залежності від системи, 10^-4...10^-3 мм.

Після попереднього аналізу 3D моделі виробу (блок 1), при якому визначаються дані, що належать до множини I_N, у послідовному циклі (блок 2), кожному елементу E_i моделі виробу надається віртуальне переміщення на величину ^d_Cont у заданому напрямку d (блок 3).

Далі, у вкладеному циклі (блоки 4...7), попарно перевіряється наявність області перетину переміщеного елемента з усіма іншими. Наявність області перетину(блок 6) свідчить про існування контактного обмеження між двома елементами, і, отже, у відповідний елемент матриці БВОР заноситься “1”, а елемент E_j, який контактно обмежує елемент E_i, заноситься до множини обмежуючих елементів C_i^d (блок 7).

Метод визначення віддалених обмежень є удосконаленням методу визначення контактних БВОР, при якому виконується не одне, а декілька послідовних переміщень елемента E_i, і після кожного переміщення визначається наявність області перетину з елементами E_j. При цьому, сумарна величина переміщення на кожній ітерації збільшується на величину ітераційного переміщення ^d_Rem. Якщо область перетину існує, тобто елемент E_j обмежує віддалено елемент E_i, то у відповідний елемент матриці обмежень заноситься “8”, а елемент виробу E_j додається до множини R_i^d елементів, що обмежують E_i віддалено. Цикл ітерацій завершується, якщо елемент E_i виходить за габарити виробу або всі інші елементи виробу входять до обмежуючих множин C_i^d та R_i^d.

Для підвищення продуктивності виявлення віддалених БВОР розроблено ще один метод визначення віддалених обмежень побудовою допоміжних елементів, який є удосконаленням відомих методів аналізу проекцій. Суть цього методу полягає у тому, що спочатку визначаються поверхні елемента виробу E_i які будуть видимими при його проеціюванні на площину, перпендикулярну заданому напрямку. Далі, на основі цих поверхонь, будується допоміжний елемент (E^d_Доп)_i, який можна отримати витягуванням видимих поверхонь за габарити моделі виробу у заданому напрямку. Наявність області перетину допоміжного елемента із усіма іншими елементами виробу свідчить про існування віддаленого обмеження

Інформація про просторовий взаємозв'язок елементів виробу, яка міститься у матрицях БВОР, є основою для визначення наступних складових математичної моделі виробу: значущих напрямків складання, технологічних груп елементів виробу та з'єднань, що забезпечують нероз'ємність.

Проведені дослідження дозволили сформулювати умову визначення значущих напрямків складання: якщо матриця контактних обмежень рухливості деталей складальної одиниці не є симетричною відносно своєї головної діагоналі, то напрямки осі, яку вона представляє є значущими, тобто:

Аналіз різноманітних з'єднань, що забезпечують нероз'ємність елементів виробу дозволив формалізувати залежності їхньої автоматичної ідентифікації із матриць бінарних відношень обмеження рухливості елементів складального виробу, а для різьбових, пресових і зварних з'єднань - безпосередньо із його 3D моделі.

Наведені у цьому розділі методи і формальні залежності дозволяють в автоматичному режимі формувати математичну модель складального виробу на основі його тривимірної моделі, побудованої у одній із 3D CAD систем.

У четвертому розділі „Практична перевірка і впровадження результатів дослідження” наведено етапи методики автоматизованого синтезу послідовностей складання виробу, представлено програмний засіб, який дозволяє в автоматичному режимі формувати математичну модель складального виробу, наведено порівняльний аналіз ручного і автоматизованого формування математичної моделі.

Виконання етапів методики автоматизованого синтезу послідовностей складання виробу гарантує всебічний аналіз складального виробу та генерацію технологічно доцільних послідовностей складання. Ця методика складається із трьох блоків: аналізу складального виробу і формування його математичної моделі, генерації послідовності розкладання виробу та синтезу послідовності його складання.

Аналіз складального виробу і формування його математичної моделі полягає у наступному. На першому етапі визначається склад і структура виробу, номенклатура його елементів, розмірні характеристики, параметри положення, фізичні характеристики елементів виробу, можливі напрямки складання та монтажні групи елементів виробу, тобто інформація, яка при автоматизованому формуванні математичної моделі складального виробу може бути визначеною із його 3D моделі без застосування спеціальних методів. На другому етапі, використовуючи розроблені методи визначення контактних та віддалених обмежень рухливості, визначається інформація про просторовий взаємозв'язок елементів виробу і формуються матриці БВОР. На третьому етапі, використовуючи дані про просторовий взаємозв'язок і відповідні методи, визначаються: значущі навпрямки складання для кожної монтажної групи, технологічні групи елементів виробу, склад і тип з'єднань, що забезпечують нероз'ємність складального виробу. При автоматизованому формуванні математичної моделі складального виробу на основі його 3D моделі можлива також автоматична ідентифікація різьбових, пресових і зварних з'єднань.

Результатом цього блоку методики є сформована математична модель складального виробу, яка використовується в якості початкової інформації для подальшого аналізу і синтезу.

Генерація послідовності розкладання виробу відбувається на основі сформованої математичної моделі і складається із наступних етапів. Спочатку „руйнуються” ЗЗН. При такому „руйнуванні”, у математичній моделі виробу відповідні елементи матриць бінарних відношень рухливості замінюються нулями. Наявність нульових стовпців чи рядків свідчить про можливість видалити одночасно або послідовно відповідні елементи виробу. При відсутності у матрицях нульових стовпців або рядків виконуються процедури виявлення комплектів або з'єднань, що видаляються складними переміщеннями.

Результатом цього блоку є варіанти послідовностей розкладання виробу.

Синтез можливих послідовностей складання виробу відбувається або інвертуванням отриманих послідовностей розкладання виробу, або застосуванням відомих методів генерації послідовностей складання на основі отриманої математичної моделі складального виробу.

У дисертаційній роботі розглянуто приклад застосування запропонованої методики для складального виробу “Пристрій для обробки магнітопроводу”. Цей виріб характерний тим, що за досить простої конструкції і невеликої кількості деталей, у ньому присутні усі складові елементи запропонованої математичної моделі. Для тестового виробу побудовано тривимірну модель, на основі якої сформована його математична модель. Використовуючи наведені у дисертаційній роботі методи, залежності і програмне забезпечення в автоматичному режимі отримані наступні результати: визначено, що для виробу із 29 деталей існує 12 можливих осей складання і чотири монтажні групи деталей; отримано 12 матриць БВОР, відповідно до кожного можливого напрямку складання, і матрицю спряженості деталей виробу; визначено, що для кожної монтажної групи деталей існує лише один значущий напрямок складання; визначено, що 16 деталей монтажної групи G₀ можуть утворювати 4 технологічні групи деталей, які можна встановлювати як паралельно, так і послідовно; виявлено, що 17 деталей виробу утворюють 10 різьбових з'єднань; у формалізованому вигляді отримано можливі послідовності розкладання; інвертуванням можливих послідовностей розкладання отримано можливі послідовності складання даного виробу, які є основою для подальшого проектування технологічного процесу складання даного виробу.

Для автоматизації формування математичної моделі виробу на основі його 3D моделі було розроблено програмне забезпечення, яке реалізоване для середовища Windows із використанням мови програмування Visual Basic. За допомогою технології OLE Automation програмний модуль з'єднується із 3D CAD системою і отримує всю необхідну інформацію про складальний виріб із його тривимірної моделі. При цьому у відповідних процедурах реалізовані наступні методи: визначення контактних обмежень рухливості; визначення віддалених обмежень рухливості ітераційними переміщеннями; визначення можливих напрямків складання і монтажних груп елементів виробу; визначення типів і складу з'єднань, що забезпечують нероз'ємність елементів виробу.

При розробці програмного модуля виявлено, що його можна використовувати для аналізу коректності побудови тривимірної моделі складального виробу. У роботі також показано, що можливості розроблених методів і програмного забезпечення не обмежуються лише технологією складання. Програмний модуль можна, з відповідною доробкою, поширити на інші типи САПР, зокрема, САПР обробки різанням, зварювання та ін.

У дисертаційній роботі наведені результати порівняння автоматизованого та ручного формування математичної моделі складального виробу. В результаті експериментальних досліджень виявлено, що для виробів із невеликою кількістю деталей (до 20) час на автоматизоване формування математичної моделі виробу є у декілька разів (в залежності від конструкції виробу) меншим, ніж при ручному її формуванні. Із збільшенням кількості деталей, час автоматизованого формування математичної моделі суттєво збільшується і для деяких конструкцій виробів може зрівнятися із часом ручного формування, але при цьому гарантується повна відсутність помилок, що практично неможливо при ручному формуванні математичної моделі виробу.

Висновки

1. У дисертаційній роботі наведене теоретичне узагальнення і нове розв'язання проблеми забезпечення якості і прискорення технологічної підготовки механоскладального виробництва шляхом автоматизації формування структури і змісту математичної моделі складальних виробів і автоматизації виявлення конструктивно-технологічної інформації про складальний виріб із його тривимірної моделі. Визначення змісту, структури та проведення класифікації конструктивно-технологічних властивостей елементів складального виробу дозволило систематизувати і формалізувати чинники, які впливають на якість технологічної підготовки і необхідні для автоматизованого проектування технологічних процесів складання.

2. Структура і зміст математичної моделі складальних виробів повинні враховувати конструктивно-технологічні властивості елементів складального виробу і можливості їхнього представлення у 3D CAD системах. Зокрема, слід враховувати геометричні параметри, параметри положення і просторового взаємозв'язку елементів складального виробу, їхні фізичні характеристики, специфічні ознаки виконання з'єднань, що забезпечують нероз'ємність елементів складального виробу тощо.

3. Розробку методів аналізу складального виробу доцільно виконувати використовуючи можливості сучасних 3D CAD систем, зв'язуючись із ними за допомогою технології OLE Automation.

4. Доведена можливість отримання даних, необхідних для автоматизованого проектування технологічних процесів складання із тривимірної моделі складального виробу, розроблені формально-логічні залежності і програмне забезпечення виявлення інформації про просторові взаємозв'язки елементів складального виробу, ознаки специфіки виконання з'єднань, які забезпечують нероз'ємність, значущі координатні напрямки складання і технологічні групи елементів виробу.

5. Експериментальні дослідження розробленого програмного забезпечення показали, що при його використанні забезпечується безпомилковість виявлення початкової інформації, а рівень його продуктивності перевищує продуктивність ручного формування таких даних.

6. Показано, що можливості розроблених методів і програмного забезпечення не обмежуються лише технологією складання. Розроблений програмний модуль придатний для аналізу коректності складання у 3D CAD, а також його можна, з відповідною доробкою, поширити на інші типи САПР, зокрема, САПР обробки різанням, зварювання та ін.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Давигора В.М., Пасічник В.А, Сімута Р.Р. Спосіб визначення взаємних обмежень рухливості деталей у складальній одиниці // Вісник Технологічного Університету Поділля. - 2000. - №3 / ч. 2. - С. 157 - 161. Автором удосконалена ідея визначення контактних обмежень рухливості деталей і поширена на визначення віддалених обмежень.

2. Кореньков В.М., Пасічник В.А, Сімута Р.Р. Аналіз з'єднань, що забезпечують нероз'ємність складальних одиниць та виробів, і деякі способи визначення таких з'єднань // Вісник Технологічного Університету Поділля. - 2002. - №4 / ч.1. - С. 48 - 52. Автором запропонована ідея визначення з'єднань першого типу та методи автоматичної ідентифікації різьбових та пресових з'єднань.

3. Пасічник В.А., Сімута Р.Р. Аналіз стану і перспектив інтеграції 3D CAD систем із САПР ТП складання // Вісник ЖІТІ. - 2002 / Спеціальний випуск / ІКТ 2002. - С. 152 - 157. Автором проведені дослідження сучасних САПР ТПС і 3D CAD систем і проведена класифікація методів їхньої інтеграції.

4. Пасічник В.А, Сімута Р.Р. Виділення значущих координатних напрямків і технологічних груп деталей у складанні // Вісник ЖІТІ. - 2002 / Спеціальний випуск / ІКТ 2002. - С. 158 - 161. Автором запропоновані методи автоматизованого визначення усіх можливих напрямків складання та визначення серед них значущих.

5. Пасічник В.А, Сімута Р.Р. Використання технологій взаємодії між програмами у САПР технологічних процесів складання // Вісник Технологічного Університету Поділля. - 2001. - №5. - С. 147 - 152. Автором була реалізована ідея використання технології OLE Automation для інтеграції САПР ТПС та 3D CAD систем.

6. Сімута Р.Р. Аналіз та класифікація початкової інформації для систем автоматизованого проектування технологічних процесів складання // Вестник НТУУ „Киевский политехнический институт”. Машиностроение. - 2001. - № 41. - С. 186 - 191.

7. Сімута Р.Р. Визначення бінарних відношень обмеження рухливості деталей складальної одиниці в напрямках, які не є колінеарними головній системі координат // Наукові вісті НТУУ „КПІ”. - 2002. - №6. - С. 89 - 93.

8. Сімута Р.Р. Визначення взаємних обмежень рухливості деталі у складальній одиниці // Машинобудівник - 2000. Тези доповідей науково-технічної конференції студентів і молодих вчених. Київ: НТУУ КПІ. - 2000. - С. 18.

9. Сімута Р.Р. Класифікація початкової інформації для САПР ТПС // Машинобудівник - 2001. Тези доповідей науково-технічної конференції студентів і молодих вчених. Київ: НТУУ КПІ. - 2001. - С.17 - 18.

10. Сімута Р.Р. Особливості використання промислових роботів у механоскладальному виробництві // Машинобудівник 98. Тези доповідей науково-технічної конференції студентів і молодих вчених. Київ: НТУУ КПІ. - 1998. - С. 17.

11. Сімута Р.Р. Програмний засіб виявлення початкової інформації для САПР складання // Машинобудівник - 2002. Тези доповідей науково-технічної конференції студентів і молодих вчених. Київ: НТУУ КПІ. - 2002. - С. 13 - 14.

АНОТАЦІЯ

Сімута Роман Русланович. Забезпечення якості і прискорення технологічної підготовки механоскладального виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. - Національний технічний університет України “КПІ”, Київ, 2003.

Дисертація присвячена вирішенню питань забезпечення якості і прискорення технологічної підготовки механоскладального виробництва шляхом автоматизації формування математичної моделі складального виробу через інтеграцію САПР виробів і САПР ТПС за допомогою програмного забезпечення, яке враховує особливості конструкції виробу і технології його складання.

У дисертаційній роботі проведені теоретичні дослідження, направлені на визначення змісту, структури і представлення початкових даних про виріб, визначення конструктивно-технологічних властивостей складального виробу, які впливають на технологічну підготовку виробництва і проектування послідовностей складання. Вирішена задача визначення основних конструктивно-технологічних властивостей складального виробу на основі його тривимірної моделі. Розроблені нові і удосконалені деякі існуючі методи визначення даних про просторовий взаємозв'язок елементів виробу, значущих напрямків складання, технологічних груп елементів виробу і з'єднань, що забезпечують нероз'ємність виробу.

Ключові слова: технологічна підготовка, технологічний процес складання, САПР ТПС, математична модель, складальний виріб.

THE SUMMARY

Roman Ruslanovich Simuta. Maintenance of quality and acceleration of technological preparation of machine-assembling manufacture. - the Manuscript.

Thesis on cosearching for a scientific degree of candidate of technical sciences on profession 05.02.08 - engineering techniques. - National technical university of Ukraine “KPI”, Kyiv, 2003.

The dissertation is devoted to solving of questions of maintenance of quality and acceleration of technological preparation of machine-assembling manufacture by automation of formation of mathematical model of assembly products.

The competitor leads the theoretical researches directed on definition of the content, structure and representation of the initial data on a product, definition of constructive and technological properties of the assembly product influencing technological preparation of manufacture and designing of balances of assembly. The task of definition of the basic constructive and technological properties of an assembly product from its three-dimensional model is solved. Methods of definition of the data on spatial interrelation of elements of a product, significant directions of assembly, technological groups of elements of a product and the connections providing integrity of a product are developed and advanced.

Keywords: technological preparation, technological process of assembly, CAD, mathematical model, an assembly product.

АННОТАЦИЯ

Симута Роман Русланович. Обеспечение качества и ускорение технологической подготовки механосборочного производства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. - Национальный технический университет Украины “КПИ”, Киев, 2003.

Диссертация посвящена решению вопросов обеспечения качества и ускорения технологической подготовки механосборочного производства путем автоматизации формирования математической модели сборочного изделия посредством интеграции САПР изделий и САПР ТПС при помощи программного обеспечения, учитывающего свойства конструкции изделия и технологии его сборки.

В первом разделе проведен анализ особенностей технологической подготовки механосборочного производства, методов формального описания технологических процессов сборки, методов формирования математических моделей сборочных изделий и их использования в САПР ТПС, а также установлены тенденции и перспективы дальнейшего развития автоматизированного проектирования ТПС.

Во втором разделе проведены теоретические исследования, направленные на определение содержания, структуры и представления исходных данных об изделии, определение конструктивно-технологических свойств сборочного изделия, влияющих на качество и производительность технологической подготовки производства и, в частности, на проектирование последовательностей сборки. Особое внимание уделено математической модели сборочного изделия в части формализации связи между его конструктивно-технологическими свойствами, возможностями их представления в 3D CAD системах и данными, необходимыми для технологической подготовки производства.

В третьем разделе решена задача определения основных конструктивно-технологических свойств сборочного изделия из его трехмерной модели. Разработаны новые и усовершенствованы ранее известные методы автоматического определения данных о пространственной взаимосвязи элементов изделия, значимых направлений сборки, технологических групп элементов изделия и соединений, обеспечивающих нераспадаемость изделия. В частности, усовершенствован метод определения контактных бинарных отношений ограничения подвижности деталей сборочного изделия путем виртуального перемещения трехмерной модели одной из деталей и проверки наличия области пересечения с другими, и расширен на определение удаленных ограничений. Также усовершенствован известный метод определения удаленных ограничений при помощи анализа проекций. Предложены методы определения возможных направлений сборки и выявления среди них значимых. Усовершенствован метод определения технологических групп деталей. Предложены новые и усовершенствованы известные методы автоматической идентификации соединений, обеспечивающих нераспадаемость изделия.

В четвертом разделе приведены основные этапы методики автоматизированного синтеза последовательностей сборки изделия, выполнение которых гарантирует всесторонний анализ сборочного изделия и генерацию технологически целесообразных последовательностей сборки. Показаны возможности разработанного программного приложения, которое позволяет в автоматическом режиме формировать математическую модель изделия на основе его 3D модели. Приведены результаты автоматизированного и ручного формирования математической модели сборочного изделия. Выявлено, что для изделий с небольшим количеством деталей (до 20) время автоматизированного формирования их математических моделей в несколько раз меньше времени ручного формирования. С увеличением количества деталей это время существенно возрастает и может сравниться со временем ручного формирования, но при этом гарантируется отсутствие ошибок.

Ключевые слова: технологическая подготовка, технологический процесс сборки, САПР ТПС, математическая модель, сборочное изделие.

Размещено на Allbest.ru

...