Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современного машиностроения невозможно без автоматизации сборочных производств. Научно-технический прогресс машиностроения характеризуется усложнением конструкций, повышением качества и технико-экономических характеристик выпускаемых изделий. Кроме того, расширяется номенклатура изделий и увеличиваются темпы сменяемости их моделей. За последние !0 лет номенклатура освоенных новых машин возросла более чем в 15 раз при сокращении времени нахождения изделий в производстве с 10-15 лет до 3-4 лет. Следствием этого является преобладание производств с малой серийностью, что создает значительные трудности при автоматизации сборочных производств.
Актуальность работ в области создания гибких автоматизированных сборочных производств (ГАСП) подтверждается тем, что трудоемкость сборочных работ составляет 25-30% от общей трудоемкости изготовления изделий и имеет тенденцию к дальнейшему росту, а стоимость этих работ в машиностроении достигает 50%.
В этих условиях противоречие между возрастающей потребностью народного хозяйства в новой, прогрессивной технике и сложностью ее освоения предприятиями, в частности, сборочными и вспомогательными подразделениями, может быть устранено лишь созданием автоматизированных производств легко переналаживаемых на выпуск новой продукции, способных изготовлять изделия небольшими партиями с требуемым качеством, достаточно высокой производительностью и сравнительно невысокой себестоимостью. Проектирование таких сложных производственных систем, имеющих четкую взаимосвязь между структурными подразделениями, связано с большими затратами интеллекта, времени, денежных средств, причем неудачное проектное решение, особенно на начальных этапах проектирования, ведет к значительным экономическим потерям в процессе эксплуатации. Все это требует принципиально нового подхода к решению задач проектирования ГАСП.
В области общесистемных исследований по проектированию производственных систем следует отметить результаты работ таких известных ученых, как Балакшин Б.С, Белоусов А.П., Бойцов В.В., Гавриленко А.П., Гавриш А.П., Горанский Г.К., Дащенко А.И., Егоров А.А., Егоров В.А., Егоров С.А., Митрофанов СП., Соломенцев Ю.М., Чарнко Д.В., Челищев Б.В. и др.
В основу создания сборочных производств закладывают технологический процесс сборки изделий. В этой области особое значение для системной разработки высокоавтоматизированных технологических процессов имеют работы таких ведущих ученых-
4 технологов как Балакшин Б.С., Гусев А.А., Дальский A.M., Капустин Н.М., Корсаков B.C., Кузнецов Л.А., Маталин А.А., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Подзей А.В., Прохоров А.Ф., Соколовский А.П., Соломенцев Ю.М., Султан-Заде Н.М., Фираго В.П., Цветков В.Д. и др.
В изучение процессов автоматической сборки изделий с использованием современных методов и средств технологического оснащения внесли вклад такие ученые, как Волчкевич Л.И., Гусаков Б.В., Гусев А.А. .Житников Ю.З., Замятин В.К., Золотаревский Ю.М., Иванов А.А., Козырев Ю.Г., Муценек К.Я., Новиков М.П., Ямпольский Л.С., однако результаты их исследований относились преимущественно только к автоматизации непосредственно процессов сборки отдельных видов изделий, а не к комплексному системному проектированию ГАСП. В этой связи возникла проблема дальнейшего развития их исследований.
Анализ работ в названных направлениях показывает, что в настоящее время объективно существует достаточно обширная область технологического проектирования, которая на протяжении большого периода времени подробно не исследовалась — это системное проектирование машиностроительных ГАСП. Причина тому — сложность самого процесса автоматизации многономенклатурной сборки изделий и сопутствующих ему вспомогательных процессов. Ориентация в настоящее время на повышение уровня гибкости современных машиностроительных предприятий приводит к необходимости решения вопросов автоматизации сборочных производств, что является той объективной причиной, которая требует выполнения фундаментальных научно-технологических разработок в данной предметной области с целью существенного повышения эффективности сборочных производств.
Цель работы. Повышение эффективности сборки изделий в условиях многономенклатурного производства, а также снижение затрат и повышение качества проектирования ГАСП.
Для достижения заданной цели в диссертации решены следующие задачи:
1. Выявлена и формализована общая проблема проектирования гибких авто-
матизированных сборочных производств.
2. Установлена система критериальных оценок на отдельных этапах проекти-
рования ГАСП.
3. Разработана методология анализа и синтеза ГАСП и его структурных под-
разделений, а также методика построения структурно-функциональной модели системы.
4. Разработаны принципы формирования сборочных позиций в гибких сбо-
рочных комплексах (ГСК), обеспечивающих требуемую точность и производительность, а также определен состав функций возлагаемых на автоматическое сборочное оборудование и рабочие места.
5. Создана методика выбора принципов формирования структурных подразде-
лений ГАСП, основанная на анализе материальных связей между оборудованием.
6. Выявлены факторы, влияющие на уровень гибкости ГАСП и основные на-
правления по его повышению, в том числе за счет планировочной гибкости и перекомпоновки оборудования на базе его модульного построения, а также определены основные технико-экономические направления поэтапного повышения уровня автоматизации процесса сборки изделий и основные требования к техническим средствам ГАСП.
7. На основе исследования процессов смены баз и действия сил на этапах сое-
динения деталей при сборке изделий предложена конструкция гибкой производственной тары, обладающей свойствами пассивной адаптации и обеспечивающей взаимосвязь между складской, транспортной и сборочной системами.
8.Создана система формального описания маршрутной технологии сборки изделий, распределения сборочных переходов по позициям и предложена методика оптимизации материальных потоков и построения оптимальных компоновочных и планировочных решений ГСК.
9.Установлены взаимосвязи между этапами проектных решений .разработана последовательность и общая методология проектирования ГАСП.
Методы исследования. Выдвинутые в диссертации научные рекомендации, выводы редложения базируются на теоретических положениях системного анализа и синтеза, ітическом анализе научно-технических разработок по данной проблеме, опыте проект-it организаций и машиностроительных предприятий, осуществляющих техническое «вооружение и реконструкцию производств, данных зарубежных исследователей и ре-ьтатах собственных исследований автора.
При выполнении работы применены методы теории систем, математического моде-ювания производственных систем, специальные разделы математического анализа в [е теории графов и ее модификаций, нелинейного булева и линейного программирова-[, метода ветвей и границ.
Основные результаты теоретических разработок были реализованы в виде специально разработанных программ для ЭВМ.
Научная новизна. Решена крупная научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в познании комплекса связей, обеспечившего создание методологии автоматизированного проектирования ГАСП, включающей выбор структур производственных подразделений и их оценку, принципов формирования производственных участков, путей и средств повышения их гибкости, оптимизацию материальных потоков в сборочных системах, построение транспортных и складских систем. Установлен комплекс связей между:
служебным назначением, функциями и структурой сборочного производства;
условиями производства и технологическим оснащением;
материальными потоками и принципами построения транспортных систем и формирования структурных подразделений;
процессами сборки, транспортирования, складирования изделий и конструкцией производственной тары;
і производственными маршрутами изготовления изделий и планировочными решениями производственных подразделений.
Практическая ценность и реализация работы. Результаты работы реализованы при проектировании промышленных предприятий и в учебном процессе в ВУЗах нашей страны и ряда зарубежных стран.
В течение ряда лет в ВУЗах СНГ используются в учебном процессе следующие учебники и учебные пособия: "Проектирование механосборочных цехов", "Проектирование автоматизированных участков и цехов", "Технологические основы ГПС", "Проектирование механосборочных цехов и участков", "Проектирование участков и цехов", которые написаны на основе разработанных автором всесоюзных программ дисциплин "Проектирование механосборочного производства" и "Проектирование автоматизированных участков и цехов" по специальности 1201.Методическое и программное обеспечение по проектированию механосборочного производства приобретено рядом ВУЗов нашей и зарубежных стран.
В материалах учебников и учебных пособий были использованы результаты совместной работы по проектированию сборочных производств с институтом АО "Гипростанок", МНПК "Авиокика" и АООТ "Знамя". Использование результатов научно-исследовательской работы в АО "Гипросганок" принесло экономический эффект в
7 мере свыше 100 млн.руб. АООТ "Знамя" предложен проект сборочного участка цеха ) для серийного выпуска шестеренчатых насосов.
юльзование опыта проектирования сборочных машиностроительных производств волило впервые в нашей стране разработать и начать читать принципиально новые циплины по специализации "Автоматизация сборочных производств" такие как: юектирование автоматизированного сборочного производства", "Испытательные ады и контрольные средства в автоматизированном производстве", "Управление обо-ованием сборочных систем".
Разработаны программа и методический материал по проектированию механосбо-ного автоматизированного производства для факультета переподготовки кадров для ших учебных заведений и промышленности.
Материалы работы нашли свое отражение в госбюджетных научно-
іедовательских работах N89-7 и №)3-О7б,выполненных в МГТУ "Станкин", а также
выполнении гранта по направлению "Сборочное производство" и программе со-
хдичества по фундаментальным исследованиям в области робототехники между
«узами СССР и ГДР.
К работе прикладываются акты внедрения.
Публикации и апробация работы. По результатам выполненных теоретических и юриментальных исследований автором опубликовано 78 работ в том числе ( 3 учебнн-: 9 методических и руководящих материалов).
Осуществляется руководство 3-я аспирантами. Получен диплом Минвуза СССР за шое руководство студентами.
Результаты исследования докладывались на 24 научно-технических международ-и республиканских конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, за-чения, списка литературы и 3 приложений. Основной текст диссертации занимает 222 іницьі, список литературы имеет 171 наименований и приложения на 75 страницах.