Введение к работе
Актуальность работы. В структуре современного наукоемкого изделия наблюдается постоянное наращивание доли деталей, изготавливаемых из пластмассы. Это связано с тем, что пластмасса является уникальным материалом по своим характеристикам и свойствам. В последнее время детали, производимые из пластмасс с помощью термопластавтоматов (ТПА), находят все большее применение не только в промышленности, но и в бытовой технике. Сегодня практически нет такой отрасли хозяйственной деятельности человечества, где не применялся бы этот материал. Пластмассовые детали повсюду - в офисах, в домах, в автомобилях, телевизорах, мобильных телефонах и в бесчисленном количестве других предметов вокруг нас.
Переход к использованию пластмасс является одним из решающих факторов снижения себестоимости конечного изделия и улучшения его качества. Многие известные компании с мировым именем форсируют темпы разработки и внедрения инноваций, коммерциализации новых технологий проектирования и применения изделий из пластмасс.
Но прежде чем получить готовое изделие из пластмассы, необходимо в ходе технологической подготовки производства (ТПП) спроектировать и изготовить сложную технологическую оснастку - пресс-форму (ПФ).
В мире замечено, что динамичное развитие машиностроительного производства при расширении номенклатуры выпускаемых изделий ведет к постоянному росту потребностей в специальной технологической оснастке (пресс - формы, штампы, режущий и мерительный инструмент, приспособления и т.д.). Опыт технологической подготовки производства показывает, что при организации выпуска нового наукоемкого изделия трудоемкость проектирования и изготовления всей необходимой технологической оснастки зачастую бывает соизмерима с трудоемкостью проектирования и изготовления собственно изделия, для материализации которого в производственных условиях и предназначена последняя.
Сама целесообразность перехода от традиционного проектирования к автоматизированному проектированию и изготовлению пресс-форм для литья деталей из пластмасс под давлением с использованием информационных технологий представляется достаточно актуальной по следующим основным причинам:
массовость применения пресс - форм в современном машиностроении;
сложность и разнообразие конструкций пресс-форм, связанных с особенностями изготовления пластмассовых деталей на термопластавтоматах;
высокая трудоемкость проектирования и в особенности изготовления формообразующих частей с использованием практически всех современных возможностей оборудования с ЧПУ (высокоскоростная обработка, электроэрозионная обработка, 5 - координатная обработка и т.д.);
продолжительность сроков проектирования и изготовления;
использование разнообразных логистических цепочек, построенных на взаимодействии многих участников деятельности в ходе проектирования и изготовления пресс - формы.
Отметим, что проектирование и изготовление пресс-форм совместно с организацией производства автомобилей и самолетов во многом явилось стимулом для развития профессиональных CAD/CAE/CAM систем в машиностроении.
В разное время при проектировании и изготовлении пресс-форм возможности информационных технологий фокусировались на различных направлениях деятельности: в 1970-х г.г. на выполнении технологических расчетов; в 1980-х г.г. на создании чертежно-графических баз данных; в 1990-х г.г. на создании трехмерных графических баз данных; с 2000 г. на создании компьютерных баз знаний и мастер - процессов. Современный подход к проектированию и изготовлению пресс-форм с помощью автоматизированных систем нацелен на использование цифровых прототипов (Digital Prototyping), порождаемых семейством компьютерных моделей.
Несмотря на достигнутые серьезные успехи при проектировании и изготовлении пресс-форм, дальнейшего рассмотрения требует вопрос возможности эффективного использования на машиностроительных предприятиях России новой информационно -технологической среды на основе PLM/CAD/CAE/CAM систем, поддерживающей весь жизненный цикл совмещенного проектирования наукоемкого изделия и технологической оснастки для его изготовления в условиях системы взаимосвязанных компьютерных моделей.
Поэтому задачи, связанные с повышением качества, сокращением длительности и снижением трудоемкости проектирования сложной технологической оснастки, являются актуальными при производстве наукоемких изделий машиностроения. Успешное решение этих задач машиностроительными предприятиями может быть достигнуто только при переходе к комплексному использованию достижений информационных технологий, связанных с возможностями компьютерного моделирования в нескольких областях производственной деятельности: трехмерной графике, инженерном анализе, изготовлении сложных пространственных поверхностей на оборудовании с ЧПУ и организации совместной работы коллектива специалистов.
Процесс создания цифровых прототипов на основе компьютерных моделей улучшает деятельность тех предприятий, которые, в первую очередь, связаны с ТИП изделий из пластмасс. Использование цифровых прототипов предполагает новый подход к организации деятельности при проектировании и изготовлении пластмассовых изделий.
Подход к проектированию пресс-форм через информационное моделирование на основе набора компьютерных моделей предполагает, прежде всего, сбор и комплексную обработку в процессе проектирования и изготовления пресс-формы всей конструкторской, технологической, экономической и иной информации о пресс-форме со всеми ее
взаимосвязями и зависимостями - пластмассовое изделие, процесс литья, пресс-форма, термопластавтомат, т.е. все, что имеет к ней отношение, рассматриваются как единый информационный объект.
Целью работы является повышение качества, сокращение времени и затрат в ходе компьютерной подготовки производства технологической оснастки для получения деталей из пластмасс, изготавливаемых методом литья под давлением, на основе использования системы взаимосвязанных компьютерных моделей (в первую очередь, охватывающих трехмерное моделирование, инженерный анализ, изготовление на оборудовании с ЧПУ сложных пространственных поверхностей и организацию взаимосвязей в коллективе разработчиков).
Для достижения поставленной в работе цели потребовалось решить следующие задачи:
рассмотреть традиционные способы проектирования и изготовления пресс-форм для выделения основных объектов и информационной базы знаний;
провести системный анализ технологической системы для изготовления пластмассовых деталей с использованием термопластавтоматов для представления конструкции пресс -формы в компьютерной среде;
представить типовой сценарий деятельности по решению машиностроительных задач в компьютерной среде на примере проектирования и изготовления пресс - форм для литья деталей из пластмасс;
создать систему автоматизированной поддержки деятельности специалистов при разработке и изготовлении пресс-форм в условиях системы взаимосвязанных компьютерных моделей;
разработать методику управления проектами по созданию на заказ пресс-форм в условиях системы взаимосвязанных компьютерных моделей и итерационного характера деятельности в ходе их реализации.
Методы исследования. При выполнении работы использовались:
понятия, принципы и методы объектно-ориентированного подхода к разработке компьютерных баз знаний;
основные положения методологии проектирования и изготовления технологической оснастки в условиях компьютерного моделирования в CAD/CAE/CAM системах;
основные положения методологии программирования Model Driven Development (разработка управляемая моделями), развиваемой компанией IBM.
Научная новизна работы заключается:
в установлении двунаправленных ассоциативных связей между разрозненными
компьютерными моделями и создании на этой основе интегрированной системы
взаимосвязанных параметрических компьютерных моделей с типовыми решениями в ходе проектирования и изготовления конструкции пресс - формы на заказ;
в разработке понятийной модели, обеспечивающей процесс проектирования и изготовления пресс-формы для литья деталей из пластмасс под давлением в компьютерной среде и интегрирующей деятельность специалистов в условиях системы взаимосвязанных компьютерных моделей;
в обосновании полноты при формировании символьной и графической частей компьютерной базы знаний, обеспечивающей проектирование и изготовление пресс-форм для литья деталей из пластмасс под давлением на основе системы взаимосвязанных компьютерных моделей;
Практическая ценность работы состоит в разработке:
методических рекомендаций по использованию системы взаимосвязанных компьютерных моделей при создании пресс-форм в условиях информационно -технологической среды;
имитационной среды для поддержки деятельности специалистов при проектировании и изготовлении пресс-форм в условиях системы взаимосвязанных компьютерных моделей средствами PLM/CAD/CAE/CAM систем;
методики управления проектами по созданию на заказ пресс-форм в условиях системы взаимосвязанных компьютерных моделей;
Реализация работы. Технологическая подготовка производства деталей пресс-форм согласно предлагаемым методическим рекомендациям на основе системы взаимосвязанных компьютерных моделей была реализована на базе программных средств системы PowerSolution (фирма DELCAM, Англия). Промышленное внедрение результатов диссертационной работы проведено в инструментальном производстве ОАО «ОСВАР» (г. Вязники, Владимирской области).
Так же на основе данной работы разработаны методические указания к лабораторным работам по проектированию технологической оснастки по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления» для студентов старших курсов ФБГОУ ВПО МГТУ «Станкин».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на семинарах кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», на международных выставках Softool (2009-2010 г.г. г.Москва) и Металлообработка (2008-2010 г.г. г.Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 117 наименований и 1 приложения; изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков и 9 таблиц.
