Метод автоматизованого проектування технологічних процесів на основі інтегрування конструкторської і технологічної інформації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

УДК 504.056, 621.039.I, 658.012.011.56

метод автоматизованого проектування технологічних процесів на основі інтегрування конструкторської і технологічної інформації

Спеціальність 05.11. 14 - Технологія приладобудування

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеню

кандидата технічних наук

АЛЄКСЄЄВ МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Київ - 2004



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут”, на кафедрах виробництва приладів приладобудівного факультету і телекомунікаційних систем та мереж Інституту телекомунікаційних систем

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор Глоба Лариса Сергіївна, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, завідувач кафедри телекомунікаційних систем та мереж Інституту телекомунікаційних систем НТУУ „КПІ”

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Зенкін Анатолій Семенович, Київський Національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри метрології, стандартизації та сертифікації.

- кандидат технічних наук, доцент Лапковський Сергій Вікторович, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, доцент кафедри технології машинобудування Механіко-машинобудівного інституту НТУУ „КПІ”

Провідна установа: - Національний університет „Львівська політехніка”.

Захист відбудеться “ 10 “ червня 2004р. о 15:00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.18 у Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут за адресою: 03056, Київ-056, пр. Перемоги, 37, навчальний корпус №1, аудиторія 293.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, Київ, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий “ 30 “ квітня 2004р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.002.18 Бурау Н.І.



Анотація

Алєксєєв М.О. Метод автоматизованого проектування технологічних процесів на основі інтегрування конструкторської і технологічної інформації. - Рукопис. Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.11.14 - «Технологія приладобудування» - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2004. автоматизація механічний прилад конструкторський

Дисертація присвячена розробці методу автоматизованого проектування технологічних процесів механічної обробки деталей приладів, що дозволяє скоротити час технологічної підготовки виробництва за рахунок інтегрування конструкторських і технологічних інформаційних потоків, а також за рахунок автоматизації процесу прийняття технологічних рішень.

У роботі розроблено новий інтегрований інтелектуальний метод автоматизованого проектування технологічних процесів механічної обробки деталей приладів, що дозволяє сформувати замкнутий, інформаційно нерозривний, двонаправлений цикл конструкторської і технологічної підготовки виробництва, який ґрунтується на запропонованому принципово новому методі зазначення технічної інформації на тривимірних кресленнях деталей безпосередньо на етапі конструкторського проектування за допомогою кольорового кодування технічних вимог, що забезпечує формування комплексних моделей деталей приладів, котрі містять обсяг конструкторської і технологічної інформації, достатній для прийняття автоматизованим шляхом економічно обґрунтованого рішення про структуру технологічних операцій обробки поверхонь проектованих деталей приладів.

Ключові слова: технологічний процес, технологічна підготовка виробництва, система автоматизованого проектування, тривимірна електронна модель, технічна інформація, кольорове кодування, прийняття технологічних рішень.



Аннотация

Алексеев Н.А. Метод автоматизированного проектирования технологических процессов на основе интегрирования конструкторской и технологической информации. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.14 - «Технология приборостроения» - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2004.

Диссертация посвящена разработке метода автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки деталей приборов, позволяющего сократить время технологической подготовки производства за счет интегрирования конструкторских и технологических информационных потоков, а также за счет автоматизации процесса принятия технологических решений.

В работе проведен анализ современных систем управления производственной конструкторской и технологической информацией как средств, призванных объединить логически и информационно разрозненные блоки и системы автоматизации работы подразделений предприятий, что позволило сделать вывод об их функциональных возможностях как инструментальных средств для реализации сквозного автоматизированного процесса конструкторского и технологического проектирования, обеспечивающих наличие и сохранность технологической информации.

В работе разработан новый интегрированный интеллектуальный метод автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки деталей приборов, позволяющий сформировать замкнутый, информационно неразрывный, двунаправленный цикл конструкторской и технологической подготовки производства, основывающийся на предложенном принципиально новом методе указания технической информации на трехмерных черчтежах деталей непосредственно на этапе конструкторского проектирования с помощью цветового кодирования технических требований, который обеспечивает формирование комплексных моделей деталей приборов, содержащих объем конструкторской и технологической информации, достаточный для принятия автоматизированным путем экономически обоснованного решения о структуре технологических операций обработки поверхностей проектируемых деталей приборов.

В работе предложен новый метод принятия технологических решений при формировании перечня технологических операций механообробки поверхностей деталей приборов, объединяющий существующие методы расчета размерных цепей, экспертные методы принятия решений и аппарат математического программирования и позволяет технологу автоматизированно принимать решения о выборе методов обработки, обеспечивающих требуемую конструктором точность и качество поверхности при существенном снижении сроков проектирования техпроцессов и технологической подготовки производства.

Для программной реализации алгоритмов формирования комплексной конструкторско-технологической модели проектируемых деталей приборов предложен новый метод, позволяющий применить разработанные новые интегрированные интеллектуальные методы в составе практически всех CAD-систем, использующих методы solid - моделирования.

В работе предложена новая классификация CAD/CAM систем, позволяющая судить о степени полноты имеющихся в них возможностей для обеспечения сквозной конструкторской - технологической подготовки производства, что дало возможность определить перечень современных CAD/CAM систем, к которым разработанные новые методы автоматизированного проектирования ТП являются применимыми.

Внедрение результатов диссертационной работы показало возможность совместной работы инженеров-конструкторов и инженеров-технологов, упрощение процессов их взаимодействия при разработке и изготовлении деталей приборов, а также повышение эффективности (сокращение сроков) технологической подготовки производства в 1,5-2 раза за счет интеграции ее информационных потоков.

Ключевые слова: технологический процесс, технологическая подготовка производства, система автоматизированного проектирования, трехмерная электронная модель, техническая информация, цветовое кодирование, принятие технологических решений.



ABSTRACT

Alexeyev N.A. The Method Of The Technological Processes Automated Design Based On The Design And Technological Information Integration. - The Manuscript. The thesis for candidate's degree by speciality 05.11.14 - Technology of instrument making - National technical university of Ukraine «Kiev polytechnical institute», Kiev, 2004.

The goal of this study is the development of a method of the technological processes automated design of tools parts machining, allowing the reducing of technological preparation of manufacture time due to integration of design and technological information streams, and also due to automation of process of acceptance of technological decisions.

The new integrated intellectual method of the technological processes automated design of tools parts machining is developed, allowing to generate closed, informational continuous, bidirectional cycle of design and technological preparation of the manufacture, based on the offered essentially new method of the technical information instruction directly on three-dimensional parts drawings at design stage with the color coding of technical requirements that provides the formation of complex models of tools details containing volume of the design and technological information, sufficient for automated acceptance of economically proved decision on structure of technological operations of surfaces machining of projected tools parts that provides the increasing of technological manufacture preparation efficiency (reduction of terms) in 1,5-2 times due to integration of its information streams.

Key words: technological process, technological manufacture preparation, system of the automated design, three-dimensional electronic model, the technical information, color coding, acceptance of technological decisions.



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Рівень автоматизації технологічної підготовки приладобудівного виробництва в даний час неухильно зростає. В сучасних автоматизованих системах проектування технологічних процесів розроблено багато способів і підходів до проектування техпроцесів. Серед них найбільш відомі способи проектування на основі техпроцесів-аналогів або на основі так званих загальних технологічних процесів. Такі способи автоматизованого проектування дозволяють у певній мірі робити автоматизований вибір операцій, переходів і оснащення, здійснювати трудове нормування і т.п. Але незважаючи на це, у них спостерігається інформаційний розрив між конструктором і технологом, пов'язаний з недоробками в способах організації інформаційних потоків, що обслуговують етапи конструювання і розробки технологічних процесів виготовлення деталей приладо- і машинобудування. Ця ситуація ускладнюється у разі одночасного використання автоматизованих систем САПР і САПР ТП від різних розробників, що є розповсюдженим на більшості вітчизняних підприємств. Наслідком цього є повторний ввід технологом технічної інформації на етапі отримання від конструктора геометричної моделі деталі, що проектується. В свою чергу це викликає істотне збільшення термінів технологічної підготовки, збільшення кількості помилок у прийнятих рішеннях. У зв'язку з цим очевидна важливість розробки інтегрованого методу, що забезпечує нерозривність і однозначність розуміння інформації, яка обслуговує рішення комплексу задач, представлених на етапах конструювання і розробки технологічних процесів виробництва, необхідність автоматизації прийняття погоджених конструкторських і технологічних рішень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідних робіт кафедри виробництва приладів приладобудівного факультету і кафедри телекомунікаційних систем і мереж Інституту телекомунікаційних систем Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” в рамках держбюджетних тем 2435 (номер державної реєстрації 0100U000954) і 2606 (номер державної реєстрації 0103U000285).

Мета роботи: розробка нового методу ефективного автоматизованого проектування технологічних процесів на основі інтеграції конструкторської і технологічної інформації про деталі приладів, які проектуються, у єдиний інформаційний потік з використанням комплексних електронних моделей деталей, які містять у повній мірі як конструкторську так і технологічну інформацію, що дозволяє значно скоротити час проектування техпроцесів, а також технологічної підготовки виробництва в цілому.

Для досягнення цілі у дисертаційній роботі поставлені та вирішені наступні наукові задачі:

1. Проведено аналіз сучасних систем управління виробничою інформацією як засобів, покликаних зберегти технологічну інформацію, об'єднати логічно та інформаційно розрізнені блоки і системи автоматизації роботи підрозділів приладобудівного підприємства, що дозволило зробити висновок про неповноту їхніх функціональних можливостей з позицій інтеграції систем між собою, а також з CAD/CAM системами.

2. Запропоновано класифікацію CAD/CAM систем, яка дозволяє судити про ступінь розвиненості і повноти можливостей автоматизованих систем для забезпечення наскрізної двонаправленості комплексу дій конструкторської і технологічної підготовки виробництва.

3. Проаналізовано спосіб зазначення технічної інформації на тривимірних електронних моделях деталей, що застосовується в сучасних автоматизованих системах твердотілого моделювання, виявлені його недоліки і запропоновані два альтернативних методи, що дозволяють оперувати (наносити, зберігати і передавати) технічною інформацією про точносні параметри виробу, який проектується.

4. Визначено обсяг технічної інформації, що наноситься на тривимірну електронну модель деталі, достатній для прийняття інженерних рішень про методи механічної обробки поверхонь деталі в автоматизованому режимі.

5. На основі об'єднання існуючих методів розрахунку розмірних ланцюгів, експертних методів прийняття рішень і апарату математичного програмування розроблено метод прийняття рішень про склад технологічних операцій обробки поверхонь виробу, який проектується, доведена його ефективність.

6. Розроблено універсальний спосіб програмної реалізації алгоритмів зазначення технічної інформації і підтримки прийняття технологічних рішень, що дозволяє застосовувати їх у складі усіх CAD/CAM- систем.

Об'єкт дослідження: процес конструкторської і технологічної підготовки виробництва деталей приладобудування на етапах формування моделі виробу, який проектується.

Предмет дослідження: методи і математичні моделі для проектування документів технологічної підготовки виробництва деталей приладів.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях приладо- і машинобудування з використанням сучасного математичного апарату. При цьому також приймається до уваги досвід розробників автоматизованих систем конструкторської і технологічної підготовки. В експериментальних дослідженнях використовувалися експертні оцінки фахівців конструкторських і технологічних бюро підприємств приладо- і машинобудування щодо повноти й ефективності засобів програмного забезпечення, розроблених алгоритмів, заснованих на запропонованому у дисертаційній роботі методі.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Розроблено новий інтегрований інтелектуальний метод автоматизованого проектування технологічних процесів механічної обробки деталей приладів, що дозволяє сформувати замкнутий, інформаційно нерозривний, двонаправлений цикл конструкторської і технологічної підготовки виробництва, ґрунтується на запропонованому принципово новому методі зазначення технологічної інформації на тривимірних кресленнях деталей безпосередньо на етапі конструкторського проектування за допомогою кольорового кодування технічних вимог, що забезпечує формування комплексних моделей деталей приладів, які містять обсяг конструкторської і технологічної інформації, достатній для прийняття автоматизованим шляхом економічно обґрунтованого рішення про структуру технологічних операцій обробки поверхонь деталей приладів.

2. Розроблено новий метод прийняття технологічних рішень при формуванні переліку технологічних операцій механообробки поверхонь деталей приладів в процесі проектування, який поєднує існуючі методи розрахунку розмірних ланцюгів, експертні методи прийняття рішень і апарат математичного програмування, що дозволяє технологові автоматизовано вибрати методи обробки, які забезпечують задану конструктором точність і якість поверхні при істотному зниженні термінів проектування техпроцесів, а також технологічної підготовки виробництва в цілому.

3. Запропоновано новий спосіб програмної реалізації алгоритмів формування комплексної конструкторсько-технологічної моделі проектованих деталей приладів, який дозволяє застосувати розроблені нові інтегровані інтелектуальні методи у складі практично всіх CAD-систем, що використовують методи solid - моделювання.

4. Запропоновано нову класифікацію CAD/CAM систем, що дозволяє судити про ступінь повноти наявних у них можливостей для забезпечення наскрізної конструкторської і технологічної підготовки виробництва, це дозволило визначити перелік сучасних CAD/CAM систем, до яких є застосовними розроблені нові методи автоматизованого проектування ТП.

Практичне значення одержаних результатів:

1. Виконано програмну реалізацію алгоритму нанесення і передачі конструкторсько-технологічної інформації на основі кольорового кодування технічних вимог, яка може бути застосована практично для всіх систем твердотілого проектування. Це дозволило скоротити час технологічної підготовки за рахунок інтеграції інформації у єдиний інформаційний потік, а також надало можливість застосовувати розроблений метод на основі вже існуючих на сучасних вітчизняних підприємствах систем САПР и САПР ТП.

2. Реалізовано систему підтримки прийняття технологічних рішень про перелік операцій технологічного процесу механічної обробки проектованого виробу у вигляді універсальної експертної системи, що дозволило скоротити час технологічної підготовки приладобудівного виробництва за рахунок автоматизації труда технолога і врахування існуючого на конкретному виробництві досвіду.

3. Здійснено впровадження розробленої системи на базі Сумського ВАТ «Насосенергомаш» і Сумського МНВО ім.Фрунзе

Особистий внесок здобувача. Автором розроблено усі положення, що виносяться до захисту, а саме: нові інтегровані інтелектуальні методи автоматизованого проектування технологічних процесів механічної обробки деталей приладів - метод зазначення технічної інформації на тривимірних кресленнях деталей безпосередньо на етапі конструкторського проектування за допомогою кольорового кодування технічних вимог, метод прийняття технологічних рішень при формуванні переліку технологічних операцій механообробки поверхонь проектованих деталей приладів, алгоритми на їх основі і нова класифікація CAD/CAM - систем.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на науково-технічних конференціях: III Міжнародна науково-технічна конференція «Фізичні і комп'ютерні технології в народному господарстві», м. Харків, Харківський машинобудівний завод «ФЕД», 2001 р.; Міжнародна конференція по математичному моделюванню, «МКММ-2001», п.Лазурноє, Скадовского району Херсонської області, 2001р.; V Міжнародна науково-технічна конференція «Фізичні і комп'ютерні технології в народному господарстві», м. Харків, Харківський машинобудівний завод «ФЕД», 2002 р.; “Приладобудування 2002: підсумки і перспективи”, м. Київ, НТУУ «Київський політехнічний інститут», 2002 р.; «Сучасні інформаційні й електронні технології», «СІЕТ-2003», м. Одеса, 2003 р.

Робота доповідалася на наукових семінарах кафедри виробництва приладів і НДІ телекомунікацій НТУУ “КПІ”

Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 друкованих робіт, у тому числі 5 статей у фахових журналах, 1 стаття у іноземному періодичному виданні, 4 - праці та тези наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів основного змісту, переліку використаної літератури та трьох додатків. Зміст роботи викладено на 170 сторінках основного тексту, вміщує 42 рисунки, 16 таблиць. Загальний обсяг роботи 200 сторінок. У додатку В поміщено 2 акти впровадження розробленого програмного забезпечення.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми дисертаційної роботи, наводиться анотація роботи й основні положення, що визначають її наукову і практичну цінність. Приведено інформацію про апробації результатів досліджень та публікації і пропозиції, що висвітлюють основні тези дисертаційної роботи, представлена загальна характеристика дисертації й основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі «Аналіз CAD/CAM/PDM технологій» проведено аналіз робіт Б.С.Балакшина, А.Н.Гаврилова, Г.К.Горанського, В.И.Комісарова, С.П.Митрофанова, А.П.Соколовського, Д.В.Чарнко та інших авторів, присвячених розгляду питань проектування технологічних процесів механічної обробки деталей. Також проведено аналіз робіт Н.Г.Бруєвича, А.П.Гавриша, Н.М.Капустіна, А.А.Маталіна, В.Г.Митрофанова, Ю.М.Соломенцева, В.Д.Цвєткова, присвячених дослідженню різних методів рішення конструкторських і технологічних задач, що відносяться до вибору параметрів процесу обробки, його оснащення і функціонування в часі, робіт К.Дейта, Д.Діксона, А.В.Петрова, В.Д.Цвєткова та ін. по використанню методів штучного інтелекту, ситуаційного моделювання і керування, теорії прийняття рішень, спрямованих на розробку моделей процесу проектування. На основі аналізу сучасних систем керування виробничою інформацією (PDM), інструментів організації й інформаційної підтримки продукту (CALS), автоматизованих систем проектування і технологічної підготовки (CAD/CAM) у першому розділі роботи пропонується класифікація систем з позицій повноти наявних у них засобів для забезпечення наскрізної конструкторської і технологічної підготовки виробництва. Користуючись запропонованою класифікацією, розглянуті найбільш передові системи АСУ К-ТПВ. Зроблено висновки про недостатність обсягу засобів, реалізованих у цих системах, для забезпечення інформаційної цілісності процесу конструкторської і технологічної підготовки виробництва.

Другий розділ присвячено створенню комплексної конструкторсько-технологічної моделі проектованого виробу з метою наступного її використання для прийняття автоматизованим шляхом інженерних рішень у задачах технологічного проектування. Розділ містить опис пропонованих методів формування комплексної моделі. Розглянуті також запропоновані методи створення автоматизованої системи прийняття технологічних рішень про склад технологічного процесу виготовлення деталей приладів.

Як варіант рішення проблеми формування комплексної, конструкторсько-технологічної моделі проектованого виробу, пропонується нова схема нанесення умовних позначок технологічних вимог безпосередньо на тривимірну електронну модель. Він полягає в кольоровому кодуванні прийнятої системи умовних позначок технологічних вимог.

Переважна більшість сучасних тривимірних САПР оперують такою властивістю, як фотореалістичність. Тобто в залежності від оптичних властивостей поверхонь матеріалів, з яких планується виготовити деталь (колір матеріалу, його прозорість, коефіцієнт відбиття й ін.), проектована модель заливається градієнтним кольором, візуальні характеристики якого повторюють властивості реального матеріалу . При цьому характеристики кольору, а зокрема три основні його складові (червоний, зелений, синій) зберігаються у файлі системи (у внутрішньому її форматі) як властивість поверхні.

Пропонується використовувати цю особливість, але не з метою додання фотореалістичності, а для кольорового кодування технічних вимог до точності поверхонь (в основному вимог, що визначають маршрут їхньої обробки).

З законів Грасмана випливає, що колір можна виразити точкою в тривимірному просторі - так званому кольоровому просторі. У кольоровій системі координат кожний колір виражається через основні кольори.

У такому випадку для прийнятої системи RGB , що описує обробку кольорових зображень за допомогою комп'ютерів, справедливо наступне.

Ц = RR + GG + BB (1)

де Ц - деякий колір, що виражається у виді кольорового рівняння;

R, G, B - кольорові координати кольору Ц в системі основних RGB (червоного, зеленого, синього);

Таким чином, якщо співвіднести існуючі технічні вимоги та їхні чисельні значення до чисельних значень RGB, тобто закодувати технологічні вимоги по точності до поверхонь у виді кольорового коду, то, з'являється можливість зберігати їх безпосередньо у внутрішньому форматі систем САПР. А, отже, відпаде необхідність створення нового формату так званого конструкторсько-технологічного креслення, тобто комплексного інформаційного стандарту, що містить інформацію не тільки про геометрію проектованої моделі, але і технічну інформацію для розробки технологічного процесу виготовлення. Крім того, цей спосіб сприяє рішенню питання про візуалізацію технологічних вимог на тривимірній моделі.

В автоматично створюваній поряд із графічним файлом базі проекту повинні знаходитися дані про поверхню (її ID) а також весь комплекс технічної інформації, що відноситься до даної поверхні. Тоді проблема візуалізації вирішується зчитуванням даних про параметри точності поверхонь і їхніх значень. При цьому частина параметрів, що впливають на вибір маршруту побудови технологічного процесу виготовлення у максимальному ступені, може зберігатися безпосередньо у виді кольорового коду і передаватися у файлі зі структурою внутрішнього формату або стандартів обміну. При цьому більш деталізовані види технічних вимог доцільно приводити до більш узагальнених. Наприклад, величини середньоарифметичного відхилення профілю Ra можна привести до класів шорсткості (ГОСТ 2789-73). Таким чином, усі поверхні, що мають вимоги шорсткості Ra 5-10 мікрометрів будуть зафарбовані тим же кольором, що і поверхні, для яких зазначений четвертий клас шорсткості. У візуально-інформативному плані, а також з погляду формування технологічного процесу дане спрощення представляється припустимим. У випадку необхідності детальної інформації про характеристики поверхні, останні не збережені у виді кольорового коду, можливе одержання її з бази даних проекту.

Паралельно з установкою системи повинна створюватися база даних з настройки системи, оскільки це необхідно, щоб усі робочі місця її користувачів мали однакові настройки параметрів технічних вимог, які використовуються у системі, а також характеристик візуалізації.

У зв'язку з тим, що одночасна візуалізація декількох параметрів технічних вимог неможлива в силу особливостей алгоритмів завдання кольору поверхонь, використовуваних в автоматизованих системах проектування, то необхідно передбачити два режими візуалізації характеристик точності. Перший повинен бути призначений для оцінки по окремо обраному параметру, наприклад, по ступеню розмірної або геометричної точності. Але для комплексної оцінки технологічної складності проектованої деталі необхідно передбачити візуалізацію певного узагальненого показника точності, що враховував би також психологічні аспекти сприйняття кольору людиною, а також можливості людського ока.

Одним з таких аспектів сприйняття кольорових кодів норм технологічних вимог є, наприклад, відносність зорової оцінки параметрів кольору. У практичній колориметрії для візуальної оцінки властивостей хроматичних кольорів звичайно використовують метод порівняння - колір установлюють по кольоровому колу, що містить кольори певної ділянки спектра, а як еталон для ототожнення яскравості використовується шкала сірих кольорів. Аналогічним образом, поміщаючи відповідні шкали поруч з електронною моделлю, можна кількісно оцінити і характеристики кольорів, які були використані при колірному кодуванні. Природно, що такі шкали повинні перекривати тільки той діапазон кольорів і яркостей, що реально використовуються в електронній моделі.

В існуючих системах автоматизованого проектування для призначення допусків складових розмірів, як правило, використовують пряму задачу розмірного ланцюга. Така задача відноситься до проектного розрахунку (синтезу) розмірного ланцюга і полягає у визначенні по заданому номінальному значенню і допуску (відхиленням) замикаючої ланки номінальних значень допусків і граничних відхилень усіх складових ланок розмірного ланцюга. При цьому в більшості варіантів рішення прямої задачі математичні моделі побудовані з використанням принципів рівних допусків або рівних квалітетів, що не завжди виправдано, тому що одержати той самий допуск (квалітет) для однакових поверхонь можна різними способами механообробки і при цьому не завжди може бути досягнута найвища економічна ефективність забезпечення необхідної точності. Відсутність економічних критеріїв при призначенні допусків на складові розміри приводить до того, що рішення, що закладаються конструктором - користувачем САПР, будучи, можливо, найкращими з позиції проектування конструкції, не будуть оптимальними при її виготовленні.

У зв'язку з цим пропонується новий спосіб розрахунку й аналізу розмірних ланцюгів, що доповнює конструкторський і технологічний аналіз можливістю урахування техніко-економічних критеріїв.

Спосіб основується на відомому методі економічного обґрунтування допусків стосовно до розрахунку розмірних ланцюгів, запропонованому в роботах С.Г.Бондаренко і О.Н.Череднікова. Сутність існуючого методу полягає в тому, що допуски складових ланок призначають таким чином, щоб собівартість виготовлення деталей, розміри яких є ланками ланцюга, при заданому допуску замикаючої ланки була найменшою. Для розрахунку допусків по цьому методу необхідно мати дані про витрати на обробку деталей із різними ступенями точності. Собівартість виконання операцій С_0i і допуск розміру оброблюваної поверхні Т_i зв'язані гіперболічною залежністю так, що при збільшенні допуску вартість обробки зменшується. На різних ділянках кривої С_0i =f(T_i) дотична до неї має різні кути нахилу, що вказує на різну інтенсивність зміни вартості обробки в залежності від допуску. Собівартість виконання технологічної операції С_0i є також функцією номінального значення розміру, площі оброблюваної поверхні і інших факторів (матеріал деталі, її конфігурація та ін.).

Описаний у роботі метод є не завжди застосовним, тому що його основна теоретична модель будується виходячи з припущення про наявність строгої гіперболічної залежності між величиною допуску і собівартістю його забезпечення, що на практиці не завжди вірно. Крім того, він не дозволяє оперувати іншими техніко-економічними критеріями, які визначають, крім технологічної собівартості, економічну ефективність виробництва. До недоліків методу варто віднести і те, що він не дозволяє включити в розрахункову модель граничні за критерієм працездатності значення допусків, які визначають для складових ланок границі конструктивно і функціонально припустимих розмірів. Як наслідок, для досягнення оптимуму потрібні додаткові ітераційні розрахунки, не забезпечені методично проробленим алгоритмом.

Новий метод оперує двома критеріями - технологічної собівартості та ефективності обробки. Введення другого критерію обумовлене тим, що останнім часом при визначенні цілей виробництва, крім вимоги по зниженню собівартості виготовлення, у якості основної ставиться задача досягнення максимальної ефективності виробництва при одночасному забезпеченні найкращих експлуатаційних характеристик виробів. При цьому під ефективністю виробництва розуміється комплексний параметр, який, крім собівартості, містить у собі набір параметрів, що визначають доцільність застосування того або іншого способу обробки. У дисертаційній роботі він визначений як критерій ефективності S.

(2)

Криві зміни ефективності обробки S у залежності від зміни величини допуску, встановленої в переході.

При складанні математичної моделі фактичної залежності ефективності S механообробки від допуску Т можливі кілька підходів, які докладно розглянуті у публікаціях за темою дисертаційної роботи. Але в усіх них використовується дискретний опис безперервної залежності S від T. При цьому точність апроксимації буде залежати від кількості точок розбивки і від їхнього положення на числовій осі. Наприклад, з рис. 3 видно, що на різних ділянках кривої, що апроксимується, для досягнення однакової точності необхідно використовувати різну кількість точок. В результаті таку залежність можна представити як кусочно-лінійну з перемінним інтервалом варіювання Т.

Оскільки для забезпечення точності поверхонь, розміри яких складають розмірний ланцюг, можуть використовуватися різні способи обробки і, отже, їхня ефективність може описуватися різними законами зміни S, то звідси випливає кінцева мета розрахунку розмірного ланцюга - складання загальної цільової функції ефективності як суми параметрів ефективності досягнення точності для окремих складових ланок з устремлінням цільової функції до екстремуму.

В загальному виді цю задачу можна представити у вигляді графу.

Поверхні заготівки (ПЗ₁, ПЗ₂, ПЗ₃) пов'язані між собою розмірним ланцюгом з ланками - допусками різної точності (Р₁, Р₂, …), які можуть оброблятися різними способами (операціями, переходами) - 1Сп1, 2Сп1 і т. ін. Довжина ланок 1Сп1... 3Сп11211 зворотно пропорційна ефективності способів, за допомогою яких поверхні заготовки поступово перетворюються у поверхні деталі - ПД₁, ПД₂, ПД₃. Таким чином, метою способу є находження такого набору (послідовності) способів обробки поверхонь, при якому, з однієї сторони, зберігається функціональна спроможність виробу, закладена конструктором на етапі конструктивного проектування і виражена розмірним ланцюгом, з іншої - мінімізується сумарна довжина усіх ребер графу, що відповідає максимальній ефективності вибору способів обробки.

Постановка задачі знаходження оптимального рішення за цільовою функцією для запропонованого методу є наступною:

, (3)

де S_изд. - інтегральний критерій ефективності забезпечення необхідної точності; n - загальна кількість ланок, включаючи замикаючу; Тi - допуск на i-й розмір розмірного ланцюга виробу; Si - критерій ефективності забезпечення допуску складової ланки розмірного ланцюга, виражений кусочно-лінійною залежністю; k_i - передатне відношення i-ї ланки, тобто ступінь впливу зміни i-ї ланки на ступінь зміни замикаючої ланки (визначається способами, традиційними для прямої задачі, наприклад, методом диференціювання); - допуск замикаючої ланки, визначений c урахуванням передатного відношення, по допусках складових ланок; - допуск замикаючої ланки, призначений конструктором; - допуски ланок, що розраховуються, обмежених у зміні; - граничні значення допусків обмежених ланок, заданих конструктором; - граничні значення допусків, що відповідають досяжної на підприємстві точності.

При певних доробках ця модель може бути адаптована до розрахунку всіх основних типів розмірних ланцюгів (лінійні, кутові, плоскі і ін.) методами повної і неповної взаємозамінності. Наприклад, при розрахунку цієї ж задачі імовірнісним методом досить перше з обмежень записати у вигляді

, (4)

залишивши всі інші елементи моделі без змін.

Сформульований запис математичної моделі є типовим для задач математичного (динамічного) програмування.

Для отримання чисельних значень величин критерію ефективності Si у формулі 3 пропонується використовувати апарат експертних оцінок за допомогою формування класифікаційної таблиці з комірками експертних оцінок, які показують, наскільки для поточного типу поверхні для досягнення потрібної точності один спосіб є переважним відносно інших. Методика формування експертної таблиці докладно описано у дисертаційній роботі.

Виходячи з загального формулювання задачі техніко-економічного методу розрахунку та аналізу розмірних ланцюгів, перелік операцій, необхідних для одержання призначуваного допуску, є визначеним величиною критерію ефективності Si. Алгоритм прийняття інженерних рішень, оснований на данному принципі представлено на рис. 5 та 6.

В результаті проведення розрахунку отримуємо оптимальні значення допусків елементів розмірного ланцюга і найкращі значення коефіцієнтів ефективності, по яких визначаються оптимальні способи обробки поверхні.

Третій розділ присвячений розгляду особливостей побудови та програмної реалізації пропонованих методів. При цьому враховані вимоги до побудови сучасних корпоративних систем. Робиться акцент на створенні інтегрованого інженерного комп'ютеризованого середовища конструкторсько-технологічної підготовки виробництва, що легко адаптується до потреб підприємств, на яких вона може використовуватися.

Розроблена програма для забезпечення взаємодії між CAD та CAM системами повинна мати певний інтерфейс, за допомогою якого вона буде обмінюватися даними між цими системами. Оскільки на українських підприємствах паралельно використовується досить велика кількість різноманітних CAD систем, потрібно використовувати універсальний інтерфейс, який підходив би для будь-якої CAD системи.

Механізм взаємодії універсального інтерфейсу з CAD системами розділено на дві складові частини - основний модуль, що реалізує функції роботи з CAD - системами незалежно від конкретної CAD - системи, і додатковий (підвантажувальний) модуль, що виконує процес взаємодії основного модуля безпосередньо з конкретною CAD -системою. Виконання підвантажувального модуля залежить безпосередньо від вимог конкретної CAD -системи.

При цьому в базі даних зберігається інформація про типи поверхонь, види параметрів, їхні можливі значення (діапазони значень), а також про відповідні їм значення кольорового коду і т.ін. Збереження такого роду інформації в загальній базі даних обумовлюється необхідністю адекватного її відтворення на всіх клієнтських машинах, що припускає використання загальних настроювань усіма користувачами системи. Представлена також схема взаємодії CAD системи і системи технологічної підготовки виробництва. Така архітектура передбачає розробку підсистеми формування технологічних рішень за допомогою будь-якої мови програмування, що підтримує розробку web-прикладних програм. Це дозволило сформувати програмний інтерфейс за допомогою новітніх Intranet/Internet - технологій з використанням підходу «тонкого клієнта».

У четвертому розділі дисертаційної роботи розглянуті результати апробації розроблених у роботі методів. Надано результати порівняльного аналізу часу ручного і автоматизованого формування маршрутних технологічних процесів.



Загальні висновки

1. У роботі проведено аналіз сучасних систем керування виробничою конструкторською і технологічною інформацією як засобів, покликаних об'єднати логічно і інформаційно розрізнені блоки і системи автоматизації роботи підрозділів підприємств, що дозволило зробити висновок про їхні функціональні можливості як інструментальних засобів для реалізації наскрізного автоматизованого процесу конструкторського і технологічного проектування, які забезпечують наявність і збереження технологічної інформації.

2. У роботі розроблено новий інтегрований інтелектуальний метод автоматизованого проектування технологічних процесів механічної обробки деталей приладів, що дозволяє сформувати замкнутий, інформаційно нерозривний, двонаправлений цикл конструкторської і технологічної підготовки виробництва, який ґрунтується на запропонованому принципово новому методі зазначення технологічної інформації на тривимірних кресленнях деталей безпосередньо на етапі конструкторського проектування за допомогою кольорового кодування технічних вимог, що забезпечує формування комплексних моделей деталей приладів, котрі містять обсяг конструкторської і технологічної інформації, достатній для прийняття автоматизованим шляхом економічно обґрунтованого рішення про структуру технологічних операцій обробки поверхонь проектованих деталей приладів.

3. У роботі запропоновано новий метод прийняття технологічних рішень при формуванні переліку технологічних операцій механообробки поверхонь деталей приладів, що поєднує існуючі методи розрахунку розмірних ланцюгів, експертні методи прийняття рішень і апарат математичного програмування та дозволяє технологові автоматизовано приймати рішення про вибір методів обробки, які забезпечують задану конструктором точність і якість поверхні при істотному зниженні термінів проектування техпроцесів, а також технологічної підготовки виробництва в цілому.

4. Для програмної реалізації алгоритмів формування комплексної конструкторсько-технологічної моделі проектованих деталей приладів запропоновано новий метод, що дозволяє застосувати розроблені нові інтегровані інтелектуальні методи у складі практично всіх CAD-систем, які використовують методи solid - моделювання.

5. У роботі запропоновано нову класифікацію CAD/CAM систем, яка дозволяє судити про ступінь повноти наявних у них можливостей для забезпечення наскрізної конструкторської - технологічної підготовки виробництва, що дозволило визначити перелік сучасних CAD/CAM систем, до яких є застосовними розроблені нові методи автоматизованого проектування ТП.

6. Впровадження результатів дисертаційної роботи показало можливість спільної роботи інженерів-конструкторів і інженерів-технологів, спрощення процесів їхньої взаємодії при розробці і виготовленні деталей приладів, а також підвищення ефективності (скорочення термінів) технологічної підготовки виробництва в 1,5-2 рази за рахунок інтеграції її інформаційних потоків.



Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Алексеев А.Н., Алексеев Н.А. Кодирование технологических требований в трехмерных моделях // Вісник СумДУ. - 2000. - №15. - С. 63-67

Здобувачем пропонуються три можливих схеми нанесення умовних позначок технологічних вимог на тривимірну електронну модель

2. Глоба Л.С., Алексеев А. Н., Алексеев Н. А. Технико-экономический расчет размерных цепей и его приложение для выбора состава операций механообработки // Вісник СумДУ. - 2000. - №19. - С. 93-98

Здобувачем пропонується новий метод розрахунку розмірних ланцюгів, що доповнює можливості конструкторського і технологічного аналізу за техніко-економічними критеріями.

3. Л.С. Глоба, М.О.Алєксєєв. Застосовність нових принципів проектування у машинобудуванні // Вестник ХГТУ. - 2001. - №3(12). - С. 78-81

Здобувачем проведено розгляд й аналіз систем САПР і систем автоматизованого керування технологічною підготовкою підприємства (АСКТПВ) з позицій достатності засобів для вичерпної і коректної побудови технологічного процесу виготовлення виробів.

4. Глоба Л.С., Алексеев А. Н., Алексеев Н. А. К вопросу об указании технических требований на объемных чертежах.// Вісник СумДУ. - 2001. - №9(30)-10(31). - С.95-97

Здобувачем виконано опис нового методу зазначення технічної інформації на тривимірних моделях, заснованого на адаптації стандартної системи позначень, прийнятої в двовимірних кресленнях.

5. Globa L.S., Alexeyev A.N., Alexeyev N.A. Calculation of dimensional successions using technicoeconomic criteria// Buletinul Universitatii Petrol- Gaze din Ploiesti. Vol. LV, Seria tehnica, Nr.1/2003, P.103-106

Здобувачем розглянуті питання, що стосуються нового методу техніко-економічного аналізу розмірних ланцюгів

6. Глоба Л.С., Алексеев А. Н., Алексеев Н. А. К вопросу о кодировании технических требований в CAD/CAM системах //Труды Одесского политехнического университета. - 2001. - Вып.5. - С 204-208

Здобувачем розглянуті питання, що стосуються нового методу кольорового кодування технічної інформації на тривимірних моделях.

7. Глоба Л.С., Алексеев А. Н., Алексеев Н. А. Передача информации в CAD/CAM системах цветовым кодированием технических требований.//Труды 3-й Междунар. наук.-техн. конф "Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве" - Харків: ФЕД. - 2001. - С.204-207.

Здобувачем виконано опис нового розробленого ним методу кольорового кодування технічної інформації на тривимірних моделях.

8. Глоба Л.С., Алексеев А. Н., Осипов В.А., Алексеев Н. А. Технологии для организации взаимодействия CAD/CAM систем. // Труды 5-й Междунар. науч.-техн. конф "Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве " - Харків: ФЕД. - 2002. - С. 204-207.

Здобувачем розглянуті питання, що стосуються програмної реалізації алгоритмів формування комплексної моделі проектованого виробу, що містить як конструкторську, так і технологічну інформацію.

9. Глоба Л.С., Алексеев А. Н., Алексеев Н. А. Анализ технологий для организации взаимодействия различных CAD/CAM систем.// Праці наук.-техн. конф "Приладобудування 2002:Підсумки і перспективи." - Київ: НТУУ «КПІ».-.2002. - С.87-88.

Здобувачем розглянуто оригінальний підхід до програмної реалізації методу автоматизованого проектування технологічних процесів на основі інтегрування конструкторської і технологічної інформації, що дозволяє застосувати розроблені нові інтегровані інтелектуальні методи на основі практично всіх CAD-систем, що використовують методи solid - моделювання.

10. Алексеев Н. А. Интеллектуальные методы проектирования конструкторско-технологических задач // Труды 4-й Междунар.науч.-практ. конф "Современный информационные и электронные технологии"(СИЭТ2003). - Одеса:ОНПУ.-.2003. - С.199.

Здобувачем розглянуті питання, що стосуються алгоритмів методу автоматизованого проектування технологічних процесів, які дозволяють інтегрувати конструкторську і технологічну інформацію.

Размещено на Allbest.ru

...