Введение к работе
Актуальность работы. Современное производство должно обладать количественной и качественной гибкостью, что является необходимым требованием в условиях рыночной экономики. В условиях жесткой конкуренции предприятие должно оперативно и адекватно реагировать на поступающие заказы, быстро и в широких пределах изменять объемы и ассортимент выпускаемой продукции. Для этого существует необходимость в кратчайшие сроки разработать конструкторскую документацию на изделие и эффективную технологию его изготовления. Одним из направлений решения данной задачи является автоматизация проектирования технологических операций.
Автоматизация проектирования даёт возможность значительно сократить время технологической подготовки производства и улучшить качество проектных решений, что, в свою очередь, позволит производственным системам обладать свойством гибкости в плане конструктивного и технологического разнообразия обрабатываемых деталей. Исследованиями в области организации и проектирования технологических процессов занимались такие учёные как В.И. Аверченков, Р.А. Алик, В.М. Базров, П.Ю. Бочкарев, Б.М. Бржозовский, Г.К. Горанский, А.А. Игнатьев, Н.М. Капустин, А.В. Королев, С.Н. Корчак, С.П. Митрофанов, И.П. Норенков, А.П. Соколовский и другие.
Современный уровень развития информационных технологий позволяет создавать и реализовывать качественно новые подходы к проектированию, направленные на разработку систем автоматизированного проектирования (САПР) технологических процессов (ТП), учитывающих особенности многономенклатурного производства. Основная цель создания САПР ТП заключается в экономии труда технологов, ускорении перехода от технологической подготовки производства непосредственно к реализации технологического процесса изготовления деталей.
В машиностроительном производстве на оборудовании сверлильной группы осуществляется механическая обработка различными методами, проектирование технологических операций для оборудования данной группы имеет ряд особенностей: режущий инструмент (РИ) является мерным, что накладывает определенные требования к содержанию операции и последовательности выполнения переходов; соответственно и выбор инструмента зависит от необходимой последовательности обработки. От рационально выбранной структуры операций зависят время изготовления и стоимость обработки.
Анализ наиболее известных САПР ТП с точки зрения возможностей автоматизации проектирования технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, показал, что использование в данных системах диалогового проектирования дает невысокую степень автоматизации и ограничивает возможности проектирования, при этом затраты времени на проектирование ТП сокращаются незначительно. Кроме того, существующие САПР ТП не позволяют учитывать особенности производственной системы на момент проектирования и реализации технологических процессов.
Приведённые недостатки отсутствуют в системе планирования многономенклатурных технологических процессов, разработка которой осуществляется в Саратовском государственном техническом университете имени Гагарина Ю.А. Данная система позволяет выполнять проектирование ТП изготовления детали в кратчайшие сроки за счёт автоматизации всех этапов проектирования, а наличие связи между подсистемой проектирования и подсистемой реализации ТП, а также многовариантные решения задач проектирования дают возможность быстро адаптировать ТП к условиям производственной системы.
С учётом вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в настоящее время актуальной задачей является совершенствование технологической подготовки операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, путём разработки системы автоматизированного проектирования, учитывающей особенности конкретной производственной системы.
Целью данной работы является повышение качества проектных решений при разработке технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, и эффективности их реализации на основе гибкого реагирования на изменение производственной ситуации.
Методы и средства исследования. Теоретические исследования выполнены с помощью научных основ технологии машиностроения, принципов системного подхода. Решение поставленных задач осуществлялось с использованием теории сетей Петри, теории множеств, теории цветных графов, теории динамического программирования. Экспериментальные исследования проводились на действующем участке с многономенклатурным характером производства. При разработке программного обеспечения были применены методы структурного проектирования программных систем и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна характеризуется следующими положениями:
1. Разработана и обоснована модель подсистемы проектирования технологических операций для оборудования сверлильной группы. Предложенная модель отличается структурной последовательностью проектных процедур и возможностью учёта складывающейся производственной ситуации.
2. Разработана структура базы данных технологической оснастки для оборудования сверлильной группы, отражающая технологические взаимосвязи между элементами, участвующими в процессе проектирования операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, и позволяющая генерировать множества возможных вариантов технологической оснастки в автоматическом режиме.
3. Формализованы этапы проектирования технологических операций для оборудования сверлильной группы, в том числе:
процедура генерации возможных вариантов технологической оснастки для оборудования сверлильной группы с использованием теории сетей Петри;
процедура генерации возможных вариантов структур технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, на основе применения теории цветных графов;
процедура выбора рациональных вариантов технологической оснастки и структур технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, с применением аппарата динамического программирования.
Практическая ценность и реализация работы. Разработано информационное, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной подсистемы проектирования технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы. Результаты работы были реализованы в условиях производства в ОАО «Саратовский агрегатный завод». С использованием разработанной подсистемы проектирования технологических операций получены технологии обработки отверстий выбранных деталей в автоматизированном режиме. Это позволило сократить сроки технологической подготовки за счёт снижения времени разработки технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы на 48%.
Апробация результатов диссертации проводилась на 8 научно-технических конференциях: XV Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция (Казань, 2007); «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2007), «Методы и средства управления технологическими процессами» (Саранск, 2007), «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21» (Саратов, 2008), «Современные технологии в машиностроении МК-117-111» (Пенза, 2011), «Современные материалы, техника и технология» (Курск, 2011), «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2012).
Соответствие диссертации паспорту специальности.
Диссертация посвящена решению научной задачи, связанной с совершенствованием технологической подготовки проектирования технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, поэтому содержание диссертации соответствует специальности 05.02.08 – Технология машиностроения.
Область исследований соответствует следующим пунктам паспорта специальности: методы проектирования и оптимизации технологических процессов; математическое моделирование технологических процессов и методов изготовления деталей и сборки изделий машиностроения.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе три статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получены два свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ и одно свидетельство о государственной регистрации базы данных.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников 110 наименований и 5 приложений. Основной текст диссертации изложен на 155 страницах, иллюстрирован 26 рисунками и содержит 15 таблиц.
Положения, выносимые на защиту:
1. Модель подсистемы автоматизированного проектирования технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, в рамках системы планирования технологических процессов.
2. Формализованная методика генерации вариантов технологической оснастки для оборудования сверлильной группы с использованием аппарата сетей Петри.
3. Модель автоматизации процедуры генерации структур технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, с использованием теории цветных графов.
4. Способ формализации процедуры выбора рациональных комплектов технологической оснастки и структур технологических операций, выполняемых на оборудовании сверлильной группы, с использованием аппарата динамического программирования.
5. Результаты экспериментальных исследований разработанных программных средств в условиях действующего многономенклатурного производства.
