Содержание к диссертации
Оглавление 3
Перечень условных обозначений 7
Введение 8
1 Анализ информационного обеспечения систем автоматизированного управления качеством 14
1.1 Анализ современных автоматизированных систем управления
процессов формообразования 14
1.1.1 Тенденции развития автоматизированных систем управления объектами машиностроительной отрасли 14
1.1.2 Система требований к АСУ 18
1.1.3 Анализ управляющих систем станочного оборудования 24
1.2 Анализ информативности измерений стандартизованных показателей точности элементов деталей 29
1.3 Адекватность современных математических моделей отклонений точности при формообразовании 41
1.3.1 Размерные цепи 41
1.3.2 Системы координат в технологических и измерительных комплексах 46
1.3.3 Модели тепловых деформаций 51
1.4 Информативность современных статистических методов управления точностью 55
1.5 Анализ данных обзора и постановка задач 58
2 Систематизация формирования отклонений показателей точности 62
2.1 Система требований к информационному обеспечению АСУ.. 62
2.1.1 Требования и система задач управления точностью в
современном производстве 62
2.1.2 Характеристики идеальной продукции 67
2.2 Модель процесса формирования измеряемого отклонения показателя точности 71
2.2.1 Схема процесса формообразования в технологической системе координат 71
2.2.2 Система циклов базирования в технологической системе координат 79
2.2.3 Общая схема идентификации положения взаимодействующих модулей 85
3 Математическое моделирование процессов формообразования партии деталей 90
3.1 Идентификация условий формообразования партии деталей... 90
3.1.1 Методика идентификации системы исходных данных партии заготовок 90
3.1.2 Идентификация модулей технологической системы... 98
3.2 Определение уравнения траектории движения полюсов формообразования 103
3.2.1 Заготовительная ветвь 103
3.2.2 Инструментальная ветвь 110
3.3 Расчёт отклонений в точке траектории движения полюсов в процессе формообразования 112
3.3.1 Расчёт координаты положения инструментального полюса 112
3.3.2 Расчёт координаты положения заготовительного полюса 118
4 Управление точностью с применением АСУ 126
4.1 Систематизация функций АСУ 126
4.2 Пример решения прямой задачи (выполнение ответственного заказа) 130
Заключение 149
Библиографический список используемой литературы 152
Приложение 172
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Необходимость поддерживать свою конкурентоспособность и выполнять требования стандартов по системе менеджмента качества требует от машиностроительных предприятий систематического улучшения качества продукции. Для процессов формообразования деталей на металлорежущих станках улучшение означает постепенное уменьшение диапазона и разброса отклонений показателей точности, приближение их значений к нулю или середине поля допуска при минимуме затрат и максимальной оперативности проведения мероприятий по повышению точности.
До последнего времени от заводов требовалось только обеспечивать требуемую точность, выдерживая стандартные допуски. Соответственно, информационное обеспечение современных АСУ базируется на стандартизованной технологической документации, направленной на решение исключительно этой задачи, а математический аппарат для автоматизированного управления точностью обеспечивает только расчёты попадания в допуск.
Для систематического повышения точности технологу, на этапе проектирования, важно заранее прогнозировать конечный результат обработки на имеющемся оборудовании с известными характеристиками точности, а в процессе выпуска продукции прослеживать и анализировать изменения величин отклонений на основе систематических измерений. Следовательно, резко возрастает объём обрабатываемой информации, и без АСУ эта задача не может быть решена.
Эффективность применения АСУ, в том числе с применением развивающихся CALS технологий, дающих новые возможности обработки информации, для современных задач управления требует разработки математических моделей, позволяющих рассчитать значения отклонений точности при воздействии комплекса технологических факторов, создания для них методов автоматизированного формирования исходных данных, а также методов автоматизированного планирования действий по повышению точности выпускаемых деталей.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности автоматизированного управления точностью формообразования деталей на этапах технологического проектирования и выпуска продукции, на основе моделирования процессов формирования отклонений показателей точности в операционной технологической системе.
Для решения поставленной цели работы и на основании данных обзора сформулированы задачи работы:
1. в целях осуществления наиболее эффективного автоматизированного управления процессами проектирования и изготовления партии деталей разработать схему процесса формирования отклонений для каждого из комплекса единичных показателей точности обрабатываемой детали в технологической системе формообразования по этапам её жизненного цикла;
2. для реализации математического моделирования процесса формообразования средствами АСУ разработать методику автоматизированной подготовки системы исходных данных по точности модулей технологической системы с использованием стандартных статистических методов;
3. для повышения степени автоматизации процессов управления разработать математические модели формирования отклонений комплекса показателей точности единичных деталей в процессе выполнения задания на рабочем месте, оценки степени их критичности, а также модели измерения и контроля этих показателей;
4. формализовать систему прямых и обратных задач управления действующими технологическими процессами с применением АСУ, обеспечив автоматизированную оценку критичности отклонений и проектирование действий по повышению точности.
Объектом исследования являются процедуры подготовки и содержание процессов формообразования в операционных технологических системах.
Предмет исследования составляют: содержание процессов выполнения заданий на рабочих местах, характеристики точности технологических модулей, методы формирования исходных данных для математического моделирования процесса ФО, методы математического моделирования процессов ФО, процедуры функционирования АСУ.
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования процессов, системный анализ, вероятностный анализ, статистические методы управления точностью, концепция жизненного цикла изделия.
Научную новизну работы составляют следующие положения:
1. Формализована схема формирования отклонений комплекса показателей точности обрабатываемой детали из технологических составляющих, возникающих на этапах жизненного цикла технологической системы, позволяющая автоматически учесть вклад каждого её модуля, а также заготовки в измеренное итоговое отклонение.
2. Разработана методика автоматизированной подготовки комплекса исходных данных для математического моделирования процесса ФО на основе статистических законов распределения, позволяющая, в отличие от известных, задавать конкретные значения характеристик показателей точности модулей технологической системы, а также очередной обрабатываемой заготовки в объёме партии.
3. Для автоматизированного решения задач управления точностью при проектировании и в действующем производстве разработаны математические модели расчёта отклонений полюсов формообразования в технологической системе координат, учитывающие погрешности модулей технологической системы, возмущения от действия сил резания, износа формообразующего элемента и позволяющие прогнозировать величину отклонения для каждого из комплекса показателей точности.
4. Разработана имитационная модель процесса формообразования партии деталей для управления точностью обработки на этапах подготовки и выпуска продукции, включающая методики автоматизированной оценки степени критичности отклонений, автоматического планирования корректирующих действий и позволяющая обеспечить наибольшую результативность решения задач повышения точности. Практическая значимость работы:
1. Разработана и алгоритмизирована процедура автоматизированного формирования численных значений показателей точности модулей технологической системы ФО с применением методов статистического анализа для программной реализации процедур проектирования технологической операции.
2. Разработанная методика структурирования отклонений показателей точности на технологические составляющие по данным координатных измерений заготовок и обработанных деталей, позволяет обеспечивать однозначное определение лимитирующих факторов возникновения отклонений в процессе ФО.
3. Разработанная методика автоматизированного проектирования действий по подавлению лимитирующих факторов отклонений в технологической системе ФО, обеспечивает высокую эффективность управления повышением точности.
4. Разработана методика имитационного машинного моделирования процессов формообразования для применения в учебном процессе.
Реализация результатов: - Методика управления точностью на этапах проектирования альтернативных вариантов технологических операций и отладки технологического процесса с учётом текущего состояния модулей технологической системы передана для использования в технологическую службу ОАО "КамАЗ-Дизель".
- Разработанная математическая модель расчёта отклонений полюсов ФО в технологической системе координат передана для внедрения в программные продукты АО "Sprutechnology".
- Основные положения диссертации используются в учебном процессе и дипломном проектировании на кафедре Автоматизации и информационных технологий в Камской государственной инженерно-экономической академии.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: межвузовской научно-практической конференции "Автоматизация и информационные технологии" (Наб. Челны, 2002); межвузовской научно-практической конференции "Наука и практика. Диалоги нового века" (Наб. Челны, 2003); VIII международной научно-технической конференции "Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков" (Пенза, 2003); международной научно-практической конференции "Автомобиль и техносфера" (Казань, 2003); международной научно-практической конференции "Силовые агрегаты двигателей КамАЗ" (Наб. Челны, КамАЗ, 2003), расширенном заседании кафедры АиИТ Камской государственной инженерно-экономической академии.
Публикации. По результатам работы опубликовано 9 работ, общим объёмом 33,9 страниц (2,1 листов), в т.ч. 6 статей, 2 труда конференций и 1 тезис докладов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка литературы. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 8 таблиц. Список литературы включает 155 наименований.
В первой главе приведены данные литературного обзора. По тематике работы были использованы труды: Соломенцева Ю.М., Митрофанова В.Г., Косова М.Г., Бушуева В. В., Колесова И.М., Маркова Н.Н., Шептунова С.А. Проникова А.С., Базрова Б.М., Пуша А.В., Юркевича В.В. и других специалистов.
Во второй главе на примере подготовки и выполнения операции наружного обтачивания на токарном станке с ЧПУ представлены теоретические положения, необходимые для разработки информационных моделей автоматизированного управления точностью обработки.
В третьей главе изложена методика математического моделирования процесса формирования отклонений в рамках производственного задания на изготовление партии деталей на рабочем месте.
В четвёртой главе представлены задачи автоматизированного управления с применением разработанного математического аппарата, а также процедура её функционирования на этапах подготовки производства и в действующем технологическом процессе.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность доктору физико-математических наук, профессору Котляру Леониду Михайловичу за помощь в написании и подготовке диссертации к защите.
