Введение к работе
Актуальность. Современное машиностроение можно охарактеризовать следующими показателями. До 80 % общего объема выпуска изделий приходится на мелко- и среднесерийное производство. До 90 % оборота составляют новые изделия. Общей тенденцией развития является увеличение номенклатуры обрабатываемых деталей и сокращение цикла замены выпускаемых изделий новыми. В этих условиях наиболее целесообразным является применение многооперационных станков с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных систем. В связи с чем доля этого оборудования, являющегося важнейшим средством автоматизации технологических процессов и производств, в общем парке металлорежущих станков постоянно растет. Но в современных условиях возможности станков с ЧПУ используются далеко не полностью (по производительности, по мощности и т. д.). Один из способов увеличения эффективности использования подобного дорогостоящего оборудования, а значит и эффективности автоматизированных технологических процессов -это обоснованное применение на нем многошпиндельной обработки (МШО). МШО как вид известна и применяется достаточно давно, нашла свое отражение в ряде исследований. Она широко распространена в массовом и крупносерийном производстве и редко применяется в мелко- и среднесерийном (многономенклатурном), на станках с ЧПУ. Не в последнюю очередь такая ситуация - следствие отсутствия четкого математических моделей и методов оптимизации процессов МШО в условиях многономенклатурного автоматизированного производства. Со своей стороны такое положение объясняется в том числе и традиционным представлением о том, что эффективная многошпиндельная обработка - это прерогатива массового и крупносерийного производства, хотя на практике она встречается и в мелкосерийном, а по мнению специалистов и экспертов, имеет реальные перспективы расширения своего применения на станках с ЧПУ.
Существующие исследования и разработки, представляющие безусловный интерес, относятся, как правило, к области многошпиндельной обработки на автоматических линиях и агрегатных станках в условиях стабильного одно- и малономенклатурного производства с большими годовыми программами и партиями запуска деталей. Они имеют в целом частный характер, направлены в основном на изучение структурных вопросов, конструирование и отчасти на изучение проблем эффективности МШО и практически не ориентированы на мелко- и среднесерийное производство, обработку на станках с ЧПУ.
В этих условиях возникает обоснованный интерес к проведению соответствующих научных исследований.
Цель работы. Совершенствование автоматизированных технологических процессов обработки деталей на станках с ЧПУ и повышение на этой основе эффективности использования данного оборудования.
Методы исследования. Исследования проводились с использованием аппарата теории множеств, теории графов, методов оптимизации, математического моделирования, теоретических основ технологии машиностроения, экономики машиностроения, теории вероятности, теории полезности.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Разработана математическая модель и метод оптимизации для описания, исследования и выбора оптимальной структуры и параметров автоматизированных процессов МШО деталей на станках с ЧПУ в условиях многономенклатурного производства.
-
Разработана функциональная модель процесса МШО деталей на станках с ЧПУ, отвечающая требованиям современной экономической ситуации.
-
Проведены исследования модели и выявлен характер влияния её входных и внутренних параметров на выходные. Получены результаты исследований позволяющие эффективней решать задачи структурно-параметрической оптимизации процесса МШО на станках с ЧПУ.
-
Доказана потенциальная эффективность МШО в условиях многономенклатурного автоматизированного производства. Выявлены направления наиболее эффективного применения МШО на станках с ЧПУ многономенклатурном автоматизированнм производстве.
-
Разработаны, ориентированные на применение ЭВМ, этапы и процедуры структурно-параметрической оптимизации процессов МШО на станках с ЧПУ с учетом условий многономенклатурного производства и долгосрочного планирования применения МШО. Раскрыто содержание, установлена логическая и информационная взаимосвязь этапов.
-
Разработаны регрессионные зависимости для определения технико-экономических характеристик комплекта МШГ на ранней стадии проектирования процессов МШО.
-
Разработан алгоритм и программа автоматизации процедур структурно-параметрической оптимизации процессов МШО на станках с ЧПУ е условиях многономенклатурного автоматизированного производства.
Практическая ценность. Предлагаемый математический аппараї является эффективным инструментом моделирования и оптимизации процесса МШО как элемента автоматизированного технологического процесса обработки деталей на станках с ЧПУ в условиях многономенклатурного производства. Разработанное программное обеспечение позволяет автоматизировать трудоемкие процедуры оптимизации процесс; МШО.
Реализация работы. Результаты научной работы в виде методических рекомендаций по моделированию и оптимизации автоматизированных процессов MIIIO приняты к внедрению на АООТ "Ижорские заводы", на предприятиях "ВЭСТ", "ІТІПП", АОЗТ "Заря" (г. Санкт-Петербург), используются в учебном процессе на кафедре "Технология роботизированного производства в машиностроении" Ивановского государственного энергетического университета (ТРПМ ИГЭУ).
Апробация работы. Результаты работы докладывались и были одобрены на заседании кафедры ТРПМ ИГЭУ и на международных научно-технических конференциях "VIII Бснардосовские чтения", "Создание и развитие информационной среды вуза" (г. Иваново).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Работа включает 184 страницы основного машинописного текста, 28 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 157 наименований, приложения на 24 страницах. Общий объем работы - 267 страниц.