Введение к работе
Актуальность теш. Развитие научно-технического прогресса осуществляется в соответствии с принятыми направлениями по комплексной механизации и автоматизации производства в рамках ЕСТПП: автоматизация технологических процессов и инженерно-технических работ, а также обеспечение точности производства. Эта крупная научная проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение, реализуется по пути автоматизации технологических процессов, а также через повышение качества изделии, т.е. обеспечение заданной точности разработкой и внедрением перспективных средств контроля.
Особенность современной технологии производства ЛА состоит в переходе от плазово-шаблонного и эталонного метода к независимому изготовлению агрегатов. При этом широко используется изготовление изделий по их математический моделям с активным'применением автоматизированных средств, но только частично, при выполнении отдельных технологических процессов и операций, а не в комплексе всего производственного цикла.
Таким образом, традиционная методология построения автоматизированных технологических процессов из-за многосвязанности и многозвенности работает только для реализации частных малооперационных процессов, трудно стыкуемых между собой организационно, математически и методологически.
/спешное решение указанной проблема базируется, поезде всего, на системном подходе к исследованиям закономерностей и взаимосвязей, которые должны лечь в основу комплексной автоматизации и механизации на основа универсальных по отношению к форме и размерам ЛА способов. При этой необходимо учитывать сложность стоящей проблеми. Она определяется отсутствием решений ряда вакнейших исследовательских задач методологического и технологического характера, лежащих на сетке технологических вопросов автоматизации и обеспечения точности в подготовке производства. Необходимость новых комплексных решений указанной проблемы авиастроения обосновывается требованиями снижения топливных затрат при эксплуатации, производственных ресурсов, материалоемкости изделия и технологической оснастки.
Комплексность обеспечивается применением шаговых способов и накладных устройств как базовых моделей для автоматизированных''- -процессов и в виде технологической оснастки, начиная от эскизного проектирования и кончая летными испытаниями в различных средах. Особенность и отличие предлагаемой методологии состоит' также'в комплексном взаимосвязанном решении вопросов автоматизации на основе
адаптивных связей изготовления и контроля, реализуемых через активное предоперационное я послеоперационное контрольное взаимодействие устройства и объекта во время технологических операций.
Шаговые способы и накладные устройства имеют ряд существенных преимуществ перед известными технологическими методами и оборудованием с ПУ. Превосходя последние по ряду технических и экономических характеристик, они тем не менее еще не достаточно исследованы и в связи с этим не имеют оптимальных структурных решений. Трудности в проведении исследований проявляются в отсутствии: теоретических проработок шаговых способов для одно-, двух-, трех и многоопорных систем, экспериментальных исследований контактного взаимодействия опор накладных устройств, решений задач статической и динамической устойчивости на различных поверхностях (наклонных, вертикальных, потолочных), задач точной ориентации накладных устройств огноситель но заданной системы координат и т.д.. Известные шаговые способы и накладные приборы не удовлетворяют требованиям современной автоматизированной технологии.
Отсюда вытекает актуальность темы исследования шаговых способов и разработки структур и конструкций накладных устройств универсального типа, способных перемещаться и ориентироваться на технических поверхностях любой формы при различных вариантах управления, технологических принципов их применения в производства М.
Об актуальности и важности решения проблемы говорит тот факт, что эта работа была включена и выполнялась по координационным планам АН и МИНВУЗА СССР 1980-1990г.г. и до 2000 г. комплексной программы 0.16.09 по направлениям 0.16.21.7 (II.8, II.9) "Роботы и ро-бототехнические системы" и соответствует научному направлению Московского Государственного авиационного института (МАИ).
Целью диссертационной работы является создание технологического комплекса шаговых способов й НИУ автоматизации контроля изготовления криволинейных поверхностей без ограничения по габаритам, форме и расположению.
Исходя из обозначенной цели в работе определены следующие задачи исследования:
-
Разработка методологии создания и применения комплексных методов автоматизации контроля изготовления и обеспечения точности технологических процессов производства ЛА на основе адаптивных режимов и разностно-шаговых принципов взаимодействия накладных устройств и технологической поверхности.
-
Разработка основных теоретических положений разностно-шаго-вого взаимодействия накладных устройств с поверхностью ЛА и техно-
логической оснастки.
-
Разработка принципов, алгоритмов и программ формирования информационных моделей поверхностей, переработки измерительной, технологической и информации управления устройствами.
-
Разработка функциональной системы комплексной автоматизации контроля формы и размеров в ТІШ ЛА на основе НИУ и шаговых способов.
-
Разработка математических и программных моделей технологических параметров точности и качества аэродинамических обводов ЛА и создание единой методологии оценок авиационных поверхностей.
-
Исследование погрешностей шагового информационного взаимодействия НИУ о поверхностью ЛА при измерении ее геометрических параметров.
-
Техническая реализация принципов и средств автоматизации контроля изготовления ЛА с помощью шаговых способов и НИУ.
Методы, исследования. В работе использованы методы системного анализа, имитационного моделирования, дискретного программирования и оптимального проектирования технологических процессов.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
предложен новый подход к оптимизации базирования через элементарную специфическую точку, которой присваиваются размерные характеристики координации и состояния поверхности, что является информационной базой;
построена иерархическая классификация методов и средств контроля изготовления изделий шаговыми способами и КГЇУ, отличающаяся достаточностью и минимизацией в информационной системе о качестве изделия;,
, созданы принципиально новые способы и устройства накладных шаговых приборов, отличающиеся возможностями оптимизации положения опорных точек я программирования оптимального положения рабочих баз для последующих, шагов, что позволяет обеспечить качественную сшивку отдельных мест конструкций с перепадом соседних участков в пределах заданных допусков;
информационные модели описания поверхностей по результатам измерения НИУ с активным контролем и дальнейшей алгоритмической обработкой информации для адаптивного управления 1Ш в последующих шагах, отличающиеся тем, что дан управления перемещенлек НИУ используются модели реальной поверхности;
использования биразносгных функций для аппроксимации информационного точечного ряда реальной поверхности, расположенной вне шага дискретизации, что позволяет прогнозировать оптимальное поло-
жениє НИУ и его технологических узлов в пределах зоны сканирования на различных шагах взаимодействия;
методы метрологического обоснования опорного взаимодействия НИУ и поверхности, учитывающие взаимное влияние отдельных составляющих погрешности взаимодействия на погрешность измерения НИУ;
методы оптимизации вибрационных и других воздействий на гибкие стержневые конструкции НИУ с целью измерения геометрических параметров криволинейных поверхностей;
обоснования возможности автоматизации измерений деформации вы-соконагруженных конструкций на основании локальных измерений перемещений поверхности в зонах между и вне опорных точек НИУ;
алгоритмы, позволяющие связать реальную поверхность, полученную в процессе обработки, с теоретически заданной конструктором, путем установления критериев перехода выходных параметров измерения реальной поверхности на начальные параметры программы обработки криволинейных поверхностей с адаптивным управлением процессом;
новые способы создания и применения НИУ, позволяющие обеспечить минимальную погрешность но всем координатам, что ранее было невозможно при измерении с помощью КИМ.
Практическая ценность. Разработаны принципиально новые способы и конструкции НИУ, защищенные авторскимя свидетельствами и патентами реализующие метода оптимизации щагов и заданную точность измерения поверхностей инвариантной формы любой протяженности, которые явились теоретической и практической базой для автоматизации технологических процессов изготовления агрегатов ДА "Буран" на Тушинском машиностроительном заводе и НПО "Молния" и других предприятиях МАЛ СССР. Реализованы: возможность замены дорогостоящих КИМ на более дешевые и простые в обслуживании НИУ, обеспечивающие более высокую точность по всем координатам сложных поверхностей неограниченных размеров, возможность автоматического прогнозирования выбора оптимального положения НИУ и минимизации погрешности взаимодействия при перемещении БИУ в новую'позицию измерений, возможности получения оптимальной геометрии стыковочных поверхностей путем выявления аномальных точек и участков с помощью разработанных методов оцеькк поверхностей. Кроме того, предложенные в работе принципы и средства автоматизации контроля и изготовления, обеспечения точности ЛА на основе шаговых способов и НИУ, представлены на примерах построения системы контроля размеров и формы в процессе изготовления, производственных испытаний НИУ, произведенных на заводах, в организациях отрасли, подтвержденных актами и протоколами технической и экономической эффективности применения.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты кссергационной работы реализованы в производстве различных предпри-гий отрасли, исследованиях отдельных НИИ других промъгаибнностей, кадемии наук, высших учебных заведениях России, а также в курсах зкций на ФПК, диссертациях, курсовых и дипломных работах студентов, ни подтверждены актами внедрения и испытаний, протоколами совещаний, отзывами специалистов Ульяновского авиациошо-промышленного комп- . экса, Экспериментального машиностроительного, Тушинского машиност- р. эительного, Горьковского авиационного и Казанского вертолетного и ругих заводов и КБ авиастроения и других отраслей.
Разработанные НИУ и материалы по шаговым способам контроля пред-гавлялись на выставках АМИК-70, "Математика и механика - народному эзяйству" ВДНХ СССР в 1970, 1978 и 1980 г.г..
Подтвержденный реальный суммарный годовой экономический эффект хтавил более 350,0 тыс.руб., ожидаемый - более 1,5 млн.руб. з ценах 80-х годов).
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждаясь на симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях, в.том деле я на 5-ти международных. Среди них можно отметить:
Симпозиумы, сессии, школы: Юбилейная сессия ИШЕРТ-78, "150 лет резденскому техническому университету" (Дрезден, ГДР, 1978), Юбилей-эя сессия "25-летие ВИММЕСС" (НРБ.ВИШЕСС,РУСЕ, 1979), ІУ-й Ленян-радский симпозиум по теории адаптивных систем (Ленинград,1979), ,71 и УП симпозиумы по логическому управлению в промышленности , -с\Алушта,1982;г.Тбилиси,1983), Заседание всесоюзных школ "Примэнение зияслигельной техники в народном хозяйстве" я "Применение математи-эских методов я САПР в народном хозяйстве" (ВДНХ,СССР,Москва,1980).
Конференция: Международные конференции "Интеграция системы целе-эй подготовки специалистов я автоматизированных технических систем ззличного назначения" (Ш1,Алушга-Москва,ТЭ90-92гг.), Юбилейная аучно-техническая конференция МАИ (МИ,Москва, 1970), Республаканс- ' зя конференция по прикладной геометрии я инженерной графике (Нау-эва думка,Киев,I97G), Республиканская конференция по комплексному римененито ТСО и ЗНЛ в учебном процессе (ОМПИ,Омск,1978), Паучно-рактическая конференция "ИГИ-производству, практике" по проблеме-эвышэния эффективности ткацкого оборудования и его производства" Климовский машзавод,Носква-Климовск,І98І), Российская научно-гех-ическая конференция "Наукоемкие технологии в машиностроении и при-оростроении" (РАТИ,Рыбинск,1994).
Семинары: Шагающий робот (МГУ.Москва,1979), Технология прояз-одства ЛА (КАИ,Казань,1979), Современные метода проектирования и ,
-прогрессивная технология для руководителей и ведущих специалистов МИНПЕПЕИЩЕМАША СССР (МТИ,Москва, 1981), Точность измерения линейных и угловых размеров в машиностроении (Москва,ГДДНТП,1982), Контроль размеров в машиностроения (ЩНТП,Москва, 1976,1977,1980,1982).
Совещания: Межвузовское совещание "Совершенствование преподавания общеянженерных дисциплин в авиационных высших учебных заведениях" (МАИ,Москва,1978), Совещание до проблеме "Современные методы синтеза машин-автоматов и ях систем" (ТИХМ,Тамбов, 1981), Научно-методическое совещание-семинар заведующих кафедр и ведущих лекторов по начертательной геометрии и инженерной графике вузов Волго-Вятской Центрально-Черноземной и Поволжской зон (Йошкар-Ола, 1982).
Выставки ВДНХ: АМИК-70, "Математика-механика народному хозяйств (1980), НТС и совещания по вопросам автоматизации плазово-шаблонных работ (ЭЩ,Жуковский,1976 и УАПК,Ульяновск,1979-84гг.), на предприятиях МАП СССР и других отраслей.
Публикации. Основное содержание Диссертации отражено в 89 научных трудах, включающих 58 печатных работ, 8 авторских свидетельств и 23 отчета по научно-исследовательским работам, проводившимся под руководством и при непосредственном участии автора.
Объем работы. Работа состоит из 2-х томов. Том I содеркит: Введение, 6 глав, Обще заключения и вывода, Литературу. Текста -264 стр., рисунков - 62, таблицы - 2, литература - 217 наименований.
Том 2 - Перечень символов - 5 стр., схем, рисунков и фото- 72, таблиц - 5, Актов внедрения и испытаний, протоколов совещаний специалистов и расчетов экономической эффективности - 61 стр..
