Введение к работе
Актуальность темы. Удовлетворение потребностей населения строїш в предметах массового спроса неразрывно связано с механизацией автоматизацией производственных процессов в легкой про-Wwji-'Шіосги. функциональное назначение технологического оборудо-іі--і:і.:ч ;; сл<.,ч;:];:.;<;еск направление его развития привели к тому, что Сішчі.'ія ч;нуп, машин отпади содержит рычажные*механизм».
lie случайно многочисленные исследования в области машиностроения для легкой промышленности относятся к таким механизмам.
ногообразие, структура и сложность механизмов в первую очередь пределяотся конкретным назначеньем оборудования и целым рядом собенностей технологических процессов легкой промышленности.
Эти обстоятельства привели к тому, что к настоящему времени оздан практически необозримый фонд узкоспециализированных мето-ов и объектяоориентированных моделей механизмов, машин и техно-огкческих процессов отрасли.
В последние годы продолжается интеграция науки и образования. эздаются и функционируют ассоциации, концерны, учебно-научно-эоизводственные комплексы. Вузы взаимодействуют с предприятиями і основе договоров о подготовке и переподготовке кадров и проїдений совместных научных.исследований. Эксплуатируются, разращиваются и совершенствуются промышленные системы автоматлгаро-іяного проектирования, учебно-исследоваа "-льские САПР, автсмати-рованные системы управления технологическими процессами, гибкие томатизировашше производства.
При такой ситуации возникли серьезные трудности s сфере огнозирования развития, проектирования, изготовления и эксплуа-ции отраслевого оборудования. \ Подготовка, и переподготовка к:щ-э также требует усвоения обучаемыми стремительно возрастаниях ьемов информации.
В складывающихся обстоятельствах обьектноориентированные іели рычаяных механизмов и традиционные методы их оптимизации )сят существенный вклад в формирование этих трудностей.
Направление диссертационной работы утверздено Советом Мос-ского ордена Трудового Красного Знамени технологического ин-гута легкой- промышленности (МТШШа) в соответствии с заданиями образования СССР 1.2.55 и 3.1.43 .'.і^^вузовской научяс-техничес-программн работ "Создание и развитие учебно-исследсЕателъ-
ских САПР и их подсистем в высших учебных заведениях", приказом Министерства оборонной промышленности СССР о разработке оборудования для легкой промышленности от 23.03.89 и других заданий промышленности по теме "Решение проблемных вопросов создания швейных машин и агрегатированиих рабочих мест для производства одежды и изделий из кожи", планач'й соверпеяствооанил учебного процесса в вузах легкой промышленности.
Цель работы. Разработка теоретических основ инвариантного моделирования и. оптимизации рычали :ас механизмов машин легкой промышленности и практических методик их использования в различных сферах приложения:
прогнозирование развития техники дія легкой промышленности;
проектирование оборудования по производству кожи, меха, ПШ и ИХ, обуви, одежда и кожгалантерейных изделий;
изготовление машин и аппаратов для легкой промышленности;
производство одежды и изделий из кожи;
подготовка и переподготовка кадров для легкой промнщлеяяоети.. Для достижения поставленной цели решались следущие задачи:
системный анализ технологических процессов и оборудования легкой промышленности;
анализ объектноориентированных и инвариантных методов моделирования и оптимизации технических систем легкой промышленности;
разработка методологии создания единых моделей разнород-чих технологических процессов и оборудования; их компонентов,
і ;u,!n;;cj, на систематику фуьических, химических и биологическ/х ;і ;;"(; оа;
- ооъ'доюнио j л анообразних схйм ричамшх механизмов, кине-
:,мт>:'!ссі;ях цопей; структур и геометрии поперечных v-ічсний эиеиь-
>, их контуров; рабочих чертежей; общих видов машин и т.п. в [иные модели;
создание предпосылок для формирования обойденных структур іределеішого цєлєбого назначения (отдельных машин к автоматов; шструхтивно-унифицированных рядов машин; поточных линий по про-(водству одежды и изделий из кош», кожевенных, обувных ИЛИ ШЗЄІІ-IX машин; наборов технологического оборудования для предприятий ггкой промышленности; производственных программ заводов, концер-)в, фирм, специализирующихся на проектировании и изготовлении оо'о-гдования для соответствующих отраслей промышленности; УИ САПР ву-)в легкой промышленности; аудио-визуальных пособий для изучения ютветствущих дисциплин по специальностям вузов легкой промыш-знности и т.д.);
разработка концепции получения характеристик рычажных меха-ізмов на основе метода бинарных деревьев логических возможностей;
создание методики вычи^чения характеристик, опирающейся на ючно-модульный принцип построения списковых структур объектов эделированпя и лозволявдей "просматривать" все возможные сборки, зключая "отрицательные", "мнимые" и "комплексные проекты";
разработка методики моделирования механизмов Ш и более вы-эких классов путем получения характеристик з "неявной" форме с эследущим преобразованием их к "явному" виду;
создание методики прогнозирования крайних положении рнчаж-и механизмов;
представление требуемых законов движения исполнительных яструментов машин леї-кой промышленности в виде единых моделей;
разработка метода мимикрии для формирования целевых функ-ай:
создание эвристического метода оптимизации рычажных уси-
лителсй мощности для структурного и метрического синтеза объектов проектирования;
разработка интегрального алгоритма для поиска оптимальных параметров рычажных механизмов машин легкой промышленности с помощью псевдобиологических методов, в основу которых положены упрощенные процессы (генная и хромосомная мутации, рекомбинация, селекция и изоляция) синтетической теории эволюции;
метрологический анализ типовых деталей рычажных механизмов швейных машин в производственных условиях посредством современных автоматизированных измерительных комплексов;
создание концепции моделирования процесса производства, сборки и функционирования рычажных механизмов; .
разработка методики для теоретического и практического определения кинематических, силовых,- энергетических и других функций партий механизмов машин легкой промышленности;
моделирование и оптимизация рычажных механизмов швейных и обувных машин по заданию промышленности;
создание технологии автоматизированного проектирования машин легкой промышленности в условиях учебно-исследовательской САПР;
получение ряда новых технических решений (на уровне изобретений) и внедрение их в промышленность (следящие системы, специализированная экспериментальная аппаратура, системы с разгруженными программоносителями, системы путевого управления и другие системы для легкой промышленности);
- разработка и внедрение новых методов и средств обучения.
Методология и метопы исследования» В диссертации кспользова-
ш:: сисїпміі.ііі подход, -позволшаций рассматривать предметы и явле->!,.« і: их взаимосвязи; элементы концептуальной, алгебры и теории
графов; методы исследования операций и синтетическая теория ЭВОЛЮЦИИ.
Научная новизна работы состоит в следующем:
выполнено теоретическое и практическое исследование научной проблемы по разработке методологии инвариантного моделирования и оптимизации,рычажных механизмов машин легкой промышленности, имеющей важное народно-хозяйственное значение;
впервые осуществлен структурный анализ технологических процессов и оборудования легкой промышленности на базе основных положений концептуальной алгебры, предложена методика формирования единых моделей технических систем отрасли и их компонентов;
созданы типовые инвариантные модели рычажных механизмов и разработан способ их декомпозиции на составляющие, отвечающий требованиям блочяо-модульного построения объектов проектирования;
разработаны приемы моделирования механизмов Ш и более высоких классов, опирающиеся на методы получения "неявных" функций в табулированной форме, преобразования их к "явному" виду и прогнозирования крайних положений объектов исследования и оптимизации;
создана обобщенная модель требуемых законов движения исполнительных инструментов машин легкой промышленности и сформулированы рекомендации пользователю по блочно-модульному построению функций приближения;
впервые разработан метод мимикрии для формирования критериальных функций;
впервые осуществлен структурный и метрический синтез рычажных усилителей мощности;
разработан и использован при решении практических задач эффективный и универсальный алгоритм определения оптимальных
параметров рычажных механизмов машин легкой промшленноети с . привлечением псевдобиологических мет'дов;
- выдвинута и реализована концепция моделирования процесса производства сборки и функционирования рычакных механизмов;
- выявлены детерминированные и стохастические характеристи
ки типовых объектов моделирования швейных и обуннах машин.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, представленных в диссертации, подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, выполненными под руководством и при активном участии азтора в ходе их реализации в промышленности и учебном процессе ВУЗов и техникумов; применением современных методов и средств еєдєния исследований. .
Практическая ценность и реализация работы. Научно-практические разработки, представленные з диссертации позволяют реиать комплексно конкретные задачи моделирования и оптимизация рычаж-ных механизмов машин легкой промышленности, исхода из необходимости интеграции науки, производства п образования, йти разработ-ки могут быть использованы при:
разработке новой и совершенствовании существующей техники для легкой промышленности;
создание и. модернизации методического, маїе:.іатическогс,про-гп'ташого и кнформещиошюго обеспечения СШУ, ТЛ САПР, ЛСУ ТІЇ, 1.701, VUIK;
СОЗда.ЧИй И ЧССІУГУ&їЯЦШ! УЧЄ'1'10--:Ї'.1І'"І!І'.,-:.,'ІШ;ІВ0ДС'!:Л0^ННХ
з-.'.-..'.!!Д);:і.;іш;
- Г^зГ-ЛиО'ГКО уЧЄ'5Л0-І.НУГ0даі'ії!Сі-.ІЙ ДОЛуї.іСІІ'Г'! Д'.М ,і>"і>і (іїііов
її т'^'пикумоь;
- ІІОДД'СїОЗКЄ Ц «CpdiiO№OT'Jij;
Практическая значимость работы подтверждается эффективностью внедрения ее результатов: і
концерном "Подольск";
производственным объединением "Промтвеймаш";
центральным конструкторским и исследовательским бюро спортивно-охотничьего оружия;
Солнечногорским механическим заводом;
заводом резиновых изделий "Инкарас";
научно-исследовательским институтом резиновых и латексних изделий;
центральным научно-исследовательским институтом швейной промышленности.
Экономическая эффективность от внедрения разработок в промышленность составляет около миллиона рублей.
Результаты научных исследований используются вузами легкой промышленности. Они нашли применение .в лекциях, на лабораторных и практических занятиях, курсовом и дипломном проектирован;' і, включены в типовые программы "Машины и аппараты обувного произ-водстваї для специальностей ПОЗ, ІІІЗ "Технология легкой промышленности" для специальности 0569 і учебник "Расчет и конст-руирование механизмов машин обуйных и швейных производств".
Идеология инвариантного моделирования и оптимизации рычажных механизмов оборудования для'легкой промышленности использо-
I I!
валась в процессе выполнения заданий Тособразования СССР 1.2.55
(машиностроительный раздел) и'З,
1.43 'Межвузовской научно-практи-
ческой программы работ "Создаяиг и развитие учебно-исследователь-
. і ских САПР и их подсистем в высиз х 'учебных заведениях". Она прини-
малась во внимание при заклинені МГИЛПом и концерном "Подольск!" *
договора на 1988-1993 гг. между подготовке и переподготовке
- II -
кадров и лроведешш совместных научных исследований".
Апробация Jora проводилась в СССР и за рубежом. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях, симпозиумах, семинарах в:
Московском технологическом институте легкой промышленности;
Московском текстильном институте;
Московском инженерно-физическом институте;
Московском авиационном институте;
Московском станкоияструментальном институте;
Московском зао.чном машиностроительном институте;
Московском доме научно-технической пропаганды;
Московском обществе приборостроительной промышленности; '
Киевском технологическом институте легкой промышленности;
Воронежском Государственном Университете;
Дмитровоградском филиале Ульяновского политехнического
института; .'-
- институте общей техники конструирования Рейнско-ВестфалъскоВ
ВЫСШеЙ технической ШКОЛЫ В Г.Аахене (3abUtu.t fUx AUaamfcU*
KoasttaKtloasttcWcK d«b Maschlneiv.lan«i 4«' RheutUck - WeitfStlvtHe
TecWftUche. Hochbchtila flachut») (ФРГ);
- ШоНХеНСКОМ ТеХНИЧеСКОМ УНИВерСИТеТе (TecWiAch*. Uni.V«.<ftt
Miinchen) (ФРГ);
институте "Механизмы и динамика машин" Рейнско-Вестфаль-ской высшей технической школы в г.Аахене (За&Цц1 fur &*itufc<.-teclmlLK and Hu.schi.n*aclyhcimLk itai RWIH Aachen) (ФРГ);
институте "Конструирование деталей машин и точных приборов"
і;ау:Кі}ЄІ:ГСК0ГО ТеХНИЧеСКОГО УШШерСИТете OnSit'ifcut fiU. KofcSttuKtioilS
t-hit Mr.'jt-h'i-iitft "-"J Fiti-nu-etKttemuakfe TachnLicht
fuuuiv>cWei. ~ (1і',і;.;о Люркоїш (-DatKopj-wa.i.yse. Crn&H) (ФРГ);. - техническом университете г.Карл-Маркс-штадт (TecArnScAe ;*ejsitat Kait'Maw-Steclt- ) (ГДР). Конструкторские разработки защищены девятью авторскими сви-тельствами СССР. По результатам их внедрения в народное хозяй-во автор диссертации отмечен знаком "Изобретатель СССР". Документы, подтверждающие апробацию работы; эффективность ее Объем и структура диссертации. Работа изложена на 473 страни-х. Она содержит 239 страниц машинописного текста, 54 рисунка, таблицы и состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, иска литература (215 наименований), приложения на 146 страницах.
едрения в промышленности и учебных процесс; результаты модели-
вания процесса производства, сборки и функционирования механиз-
в подачи нитки с вращательными низшими кинематическими парами
иведены в приложении. Похожие диссертации на Инвариантное моделирование и оптимизация рычажных механизмов машин легкой промышленности
