Введение к работе
Актуальность проблемы» Па современном этапе интенсивного развития общественного производства первостепенное значение приобретает экономное расходование материальных ресурсов. Необоснованные затраты - одна из основных причин тормозящих развитие экономики; причем расточительность в одной отрасли неминуемо приводит к изменениям в смежных отраслях, где из-за недостатка ресурсов возникают перебои и. замедляется рост.
Действительно, расход материалов на многие изделия отечественного машиностроения все еще остается высоким по сравнению с расходом на технику того же назначения лучших зарубежных фирм. На протяжении последних лет коэффициент использования проката черйых металлов практически не изменился и в целой по машиноотроению а металлообработке составляет низкую величину. Низкий коэффициент использования металла свидетельствует об образовании большого объема' отходов, идущих на дальнейшую переработку. В то же время отечественное машиностроение располагает большими резервами экономии материалов. Одна из главных задач оостоит в том, чтобы выявить и полнее попользовать эти резервы. Комплексный, системный подход к проблеме материалоемкости требует применения экономических критериев и методов оптимизации.
Оптимизация материалоемкости машин и повышение эффективности использования металла является сложной научной проблемой. Следует указать, что при высокой сложности машин и технологических процессов решение проблемы материалоемкости традиционными методами уже не представляется возможным. Они могут быть получены лишь на основе глубокого теоретического анализа, ма-
тематической формализации и оптимизации конструктивно-технологических решений по критериям материалоемкости.
Значение этих исследований возросло в связи с тем, что в нашей промышленности начинается новый, более высокий, этап автоматизации производства - использование гибких производственных систем, систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем управления технологическими про -цеосами, которые требуют разработки математических моделей, алгоритмов и программ оптимизации объектов производства и технологических процессов не только по критериям производительности, трудоемкости, себестоимости, но и материалоемкооги. Это особенно важно, если учесть тот факт, что доля затрат на материалы в общей себестоимости продукции составляет до 70J6 и непрерывно увеличивается.
Как известно, предметом технологии машиностроения является учение об изготовлении машин заданного качества и в установленной производственной программой количестве при наименьших затратах живого и овеществленного труда. Однако, если технологическим основам достижения качества и экономии живо-го труда в технологии машиностроения уделялось значительное внимание (разработаны те.ория точности, теория производительности и т.д.), то технологические основы экономии овеществленного труда разработаны значительно в меньшей степени.
Все изложенное позволило определить научную проблему данной работы как - комплексная оптимизация технологических процессов и изделий машиностроительного производства по показателям материалоемкости и себестоимости.
Исследования выполнялись в рамках общесоюзной комплексной программы снижения металлоемкости национального дохода "Металлоемкость11, по планам целевой комплексной программы "Зерноуборочный комбайн" (ОЦ.0.48, задание 01.07), по заданию ГННТ СССР (Постановление ПИТ. СССР от 21 мая 1980 г. К 194) и республиканской научно-технической программы "Повышение качества деталей машин при механической обработке", раздел І.П.З координационного плана НИР АН УССР на І982-І985 гг.
Цель работы - развитие на базе системного подхода научных основ материалоемкости машиностроительного производства} изложение научно-методических принципов проектирования и организации производственного процесса, оптимального по критериям материалоемкости; теоретическое обобщение, способствующее решению важной народнохозяйственной и научной проблемы экономного и рационального использования металла в машиностроении.
Методика выполнения исследований. При решении задач оптимизации конструктивно-технологических решений по показателям материалоемкости попользованы основные положения технологии машиностроения, системно-структурного анализа, теории алгоритмов и множеств, исследования операций, тэории вероятт нооти, аналитической и прикладной геометрии, методов отая -дартизацйи и унификации. Основные научные результаты в работе получены теоретически и экспериментально. Решение задач огруктурной и параметрической оптимизации конструктивно-технологических решений выполнялось с помощью ЭВМ о попользованном созданной библиотеки прикладных программ. Экспериментальные результаты получены в лабораториях Ростовскрго-на -Дону, инотитуга сельхозмашиностроения и на предприятиях в процессе внедрения.
Автор защищает результаты научно-исследовательской работы, выразившиеся в разработке:
общей методологии исследования и моделирования материалоемкости и эффективности использования металла в машиноот-роекииі
методов оптимизации конструктивно-технологических решений по показателям материалоемкости}
методов проектирования оптимальных по раоходу металла технологических процессов изготовления деталей*
теории и методов управления процессами производства машин по показателям материалоемкости.
Научная новизна. Работа направлена на решение крупной научной проблемы экономного и рационального использования материальных ресурсов, в которой впервые в общем виде оформу-лирована и научно обоснована проблема оптимизации материало*» емкости на всех стадиях создания машин - при проектировании,
технологической подготовке и производстве машин. Разработана ее общая кибернетическая модель и инвариантные модели решения ряда типовых проектных задач оптимизации конструктивно-технологичеоких решений по показателям материалоемкости. Разработаны алгоритмы и структурные схемы автоматизации проектирования оптимальных по расходу металла технологических процессов изготовления деталей машин. Научно обоснованы закономерности появления конструктивно-технологических резервов онижения материалоемкости машин и предложены формализованные методы их выявления.
Полученные результаты могут рассматриваться как определенная научная и методическая база для решения вопросов, связанных о.разработкой математического, информациоішого и методического обеспечения соответствующих подсистем интегрированных САПР изделий и технологических процеооов.
Практическая ценность работы. Выявлена относительная значимость основных направлений снижения материалоемкости машин, дана оценка области эффективного, по расходу металла, применения различных методов изготовления деталей, разработаны алгоритмы формирования комплексных заготовок и определены области их аффективного применения в условиях ШС.
Разработаны математические модели и алгоритмы оптимизации припусков и размеров заготовок в комбинированных технологических процессах изготовления деталей. На этой основе разработаны и внедрены малоотходные технологические'процессы изготовления деталей ППД взамен обработки резанием. Получены зависимости для оценки снижения материалоемкости машин при использовании упрочняющей поверхностной обработки деталей.
Разработаны методы и алгоритмы структурно-факторного и функционально-стоимостного анализа резервов экономии металла. Разработанная методика комплексного анализа конструктивно-технологических резервов экономии металла позволяет составлять научно-обоснованные планы оргтехмероприятий по економш металла на текущий период и на перспективу и таким образом управлять экономией металла и материалоемкостью производства машин.
Результаты исследований могут быть использованы в учебных процессах по подготовке инженеров по специальности "Технология машиностроения", а также на факультетах повышения квалификации специалистов машиностроения и приборостроения.
Реализация результатов работы. Полученные в работе теоретические и практические результаты воплощены в промышлен-но функционирующих технологических процессах и оастемах автоматизированного проектирования, которые используются во многих предприятиях и организациях страны. 3 частности внедрены новые технологические процессы изготовления втулок холодным пластическим деформированием в жестких обоіімах взамен обработки резанием, процессы изготовления полых валов сельхозмашин обкатыванием и обжатием из трубных заготовок взамен сварных конструкций, процессы изготовления деталей машин из технологических отходов.
Обобщенные зависимости, математические модэли и алгоритмы были использованы при: создании автоматизированных систем технологической подготовки производства, систем автоматизированного проектирования технологических процессов, разработке нормативов расхода металла и допусков на массу изделий, решзнии задач управления процессами производства машин по показателям материалоемкости. Фактический- экономлчеокий эффект внедрения превысил один млн .руб.
Материалы диссертации включены в учебные поообия "Оптимизация припусков и размеров заготовок на машиностроительных предприятиях" (РИЖІ, 1982) и-0сновы САПР технологических процессов упрочняющей обработки"(РИЗХМ, 1987) и "Проектирование и производство заготовок" (РИЗХЫ, 1989), а также были использованы при подготовке к изданию текстов лекций "Методы получения заготовок деталей машин" (РИЗХМ, 1978), "Обработка деталей методами поверхностного пластического деформирования" (РИСЯМ, 1986) и "Упрочняще-калибрувдне а отделочные методы обработки в сельхозмашиностроении" (РГОЖ 1984) для студентов специальности "технология машиностроения". На ее основе подготовлены рекомендации для руководящих работников и специалистов Шнтракгоросельхозмаш СССР "Экономическое обоснование выбора заготовок п тракторном а
сельскохозяйственном машиностроении" (Ростов н/Д, ШК ИГР, 1976) и "Рекомендации по определению оптимальных припусков и размеров заготовок на машиностроительных предприятиях" (Ростов н/Д, ИНК ИГР, 1977).
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обоуадены на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Новая технология и специализация в кузнечно-штамповочном производстве", Харьков, 1965} "Прогрессивная технология, механизация и автоматизация кузнечно-штамповочного производства", Ростов нД, І967; "Конструирование и производство сельскохозяйственных машин", Ростов н/Д, 1982; "Проблемы снижения материалоемкости силовых конструкций", Горький, 1984 ; "Механизация и автоматизация процессов пластического формообразования и упрочнения тонкостенных деталей", Казань, 1984; "Конструирование и производство, сельскохозяйственных машин" , . Ростов нД, 1985; "Интенсификация и автоматизация отделочно-зачистной обработки детачей машил и приборов", Ростов н/Д, 1988} "Конструктивно-технологические методы повышения, надежности и их стандартизация", Тула, 1988.
На республиканских и зональных научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях: "Упрочняюще-калибрующие и формообразующие методы обработки деталей", Ростовн/Д, 1970; "Повышение производительности и эффективности использования технологического оборудования", Андропов, 1982; "Безотходные и малоотходные технологические процессы в машиностроении", Таганрог, 1983; "Малоотходные процессы обработки деталей - резерв экономии металла и снижения трудоемкости", Киев, 2935; "Создание гибких производственных систем механической обработки на базе станков о ЧПУ и промышленных роботов" , Киев, 1986j "Современные методы металлообработки с применением оборудования с ЧПУ", Таганрог, 1985; "Методы повышения производительности и качества обработки деталей на оборудовании автоматизированных производств", Андропов, 1985; "Обеспечение точности обработки я качества поверхностного слоя на стадии конструкторско-технологичаокой подготовки производства", Андропов, I9B7; "Математическое обеспечение и автоматическое управление высокопроизводительными
процессами механической" и физико-химической обработки изделий машиностроения", Андропов, 1988j "САПР сборки, оптимиза ция технологических процессов, их механизация и автоматизация", Ижевск, 198Э.
На научно-технических советах ПО "Ростсельмага", Бердян-икого производственного объединения по каткам, НПО "Атои-котломаш", ВШИ "Градиент", Ш1ИГ0П, ШМГМ (Ростов нД), а также на ежегодных научно-технических конференциях РЮХМ с 1965 по 1980гг.
Полное содержание диссертации обсуждалось на кафедре "Технология машиностроения" PJEXM, на научно-техническом совете Тульского политехнического института, на кафедре "Технология машиностроения" и научно-техничеоюм совете Московского станкошютрументалъного института.
Изложенные в диссертации результаты работ были отмечены грамотами и премиями СКНЦ ВШ и Ростовского областного НТО
Машпрома.
Публикации. По результата!,! исследований опубликовано 95 работ, среди них 5 монографий, Ю брошюр, 80 статей.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из основной чаоти и приложения. Основная часть включает введение, 6 глав и заключение. Главы диссертации рассматривают постановку проблемы материалоемкости, вопросы оптимизации конструктивно-технологических решений по показателям материалоемкости, выбор оптимальных по расходу металла методов изготовления деталей, методы оптимизации расхода металла при проектировании технологических процессов механической обработки заготовок, вопроси снижения материалоемкости мащин упрочняющей поверхностной обработкой деталей, принщпн управления процессами производства машии по критериям мата -риалоемкости. В основной части 317 страниц текста, 73 рисунка, 13 таблиц и описок литературы (225 наименований). В приложении, представленном озцельной книгой, даны опйоат ния алі'оритмов и программ, сведения об использовании работы, а также копии докумеыов, иодтверадающих внедрение результатов научно-исследовательских работ.
