Введение к работе
Актуальность темы диссертации
В настоящее время активно создаются и развиваются малые производственные предприятия, которые производят небольшие серии продукции ограниченной номенклатуры. На таких предприятиях начинают широко применять современное программное обеспечение и установки быстрого прототипирования, которые позволяют изготавливать сложные детали без применения специализированного технологического оснащения. Для успешного функционирования таких предприятий и обеспечения их достаточной конкурентоспособности необходимо использовать современные формы кооперации, а также повышать эффективность решения задач технологической подготовки производства (ТПП). Широко распространённым видом кооперации, использующим как внутренние ресурсы предприятия, так и возможности его партнёров, является расширенное предприятие (РП). Эффективное функционирование РП требует упрощения организационной подготовки производства и внутренней интеграции партнёров на основе унифицированных способов представления информации. В современных условиях для эффективного решения задач ТПП необходимо повышать уровень автоматизации, что предполагает использование принципов PLM (Product Lifecycle Management - управление жизненным циклом изделия), увеличение качества внешней и внутренней интеграции, а также представление конструкторско-технологических данных в формализованном виде.
Возрастающая роль трёхмерных моделей (3D) изделия не только в конструкторской, но и в технологической подготовке производства, требует проведения исследований по повышению эффективности использования таких моделей. Уровень развития современных CAD-систем диктует необходимость применения трехмерной модели как источника не только геометрической, но и конструкторско-технологической информации об изделии. При этом трёхмерная модель изделия не только предоставляет больше возможностей для подготовки производства по сравнению с чертежом, но и обладает рядом предпосылок для повышения уровня автоматизации при решении задач ТПП.
Необходимость создания единого информационного пространства (ЕИП) выдвигает на первый план вопросы, связанные с разработкой конструкторско-технологических моделей (КТМ) изделий, на основе которых осуществляется интеграция в АСТПП. При этом ЗО-модель является неотъемлемой частью КТМ. Таким образом, необходима разработка методик формирования и применения КТМ изделий в ТПП, позволяющих повысить уровень автоматизации ТПП при решении технологических задач. Такие методики должны быть достаточно универсальными для использования в различных методах изготовления, но ориентироваться, в первую очередь, на современные виды оборудования, включая установки быстрого прототипирования и производства (Rapid prototyping I Rapid manufacturing), применяемых при мелкосерийном производстве.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования являются процессы ТІШ в расширенных предприятиях при производстве единичной и мелкосерийной продукции.
Предметом исследования являются методики использования трёхмерных моделей для решения задач ТІШ в расширенных предприятиях при проектировании и производстве единичной и мелкосерийной продукции.
Цель работы и задачи исследования
Основной целью диссертационной работы является повышение эффективности АСТПП за счёт интеграции её подсистем на основе конструкторско-технологической модели изделия.
Для выполнения поставленной цели в диссертационной работе потребовалось решить следующие основные задачи:
Исследовать способы представления конструкторско-технологической и геометрической информации об изделии, позволяющие эффективно решать задачи ТИП современного предприятия, и повысить уровень их автоматизации.
Определить способ внешнего и внутреннего информационного взаимодействия подсистем АСТПП.
Разработать методику анализа и представления геометрических элементов изделий, а также способы выявления конструкторско-технологической информации в трёхмерных моделях изделий.
Разработать методику и алгоритмы построения конструкторско-технологических элементов (КТЭ) на базе трёхмерных моделей изделий с последующим формированием конструкторско-технологической модели изделия.
Определить способы использования трёхмерной модели при поиске изделий-аналогов, выборе оборудования и последующем упорядочивании результатов на основе алгоритмов ранжирования.
Методы исследования
Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались основные научные положения теории информационных систем, теории множеств, технологии приборостроения, системного анализа, визуального и имитационного моделирования сложных систем, методологии реинжиниринга, объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна полученных в работе результатов
Предложена информационная модель АСТПП, основанная на использовании
конструкторско-технологической модели изделия, как средства интеграции
подсистем.
Разработана методика построения конструкторско-технологической модели изделия, основанная на комплексном анализе аннотированных трехмерных моделей и включающая алгоритмы формирования конструкторско-технологических элементов.
Разработана методика автоматизированного решения задач отработки изделия на технологичность при его изготовлении в среде РП, использующая алгоритмы поиска изделий-аналогов и оборудования.
Разработана методика ранжирования результатов поиска изделий-аналогов и оборудования, основанная на поэтапном анализе конструкторско-технологической модели изделия.
Предложена классификация технологий быстрого прототипирования, учитывающая особенности описания конструкторско-технологических элементов.
Практическая ценность работы
Разработаны алгоритмы анализа трёхмерных моделей изделий с разбиением
на отдельные элементы в соответствии с внутренней структурой и
последующим описанием полученных результатов для хранения и
использования при решении задач ТПП.
Разработан алгоритм поиска изделий-аналогов, основанный на сравнении
конструкторско-технологических моделей с последующим ранжированием
результатов по степени соответствия исходному поисковому запросу.
Разработан алгоритм выбора оборудования, базирующийся на комплексном анализе параметров изделия, представляемых в конструкторско-технологической модели.
Создан прототип подсистемы, решающей задачи отработки изделия на технологичность на основе трёхмерной модели, включая геометрический анализ, поиск аналогов и выбор оборудования.
Разработан классификатор оборудования быстрого прототипирования, базирующийся на структурных элементах и особенностях трёхмерных моделей.
Реализация результатов работы Разработанные автором алгоритмы и методики решения задач ТПП на основе использования трёхмерной модели изделия применены при реализации проекта организации высокотехнологичного производства изделий из полимерных материалов на базе ООО «Завод по переработке пластмасс имени «Комсомольской правды».
Результаты исследований и разработанный комплекс методов и инструментальных средств нашли применение в:
НИР «Разработка и реализация модели непрерывного повышения квалификации педагогических кадров российских технических вузов в системе «вуз - инжиниринговый центр - организация»» (СПбГУИТМО, государственный контракт № П571 от 5 сентября 2008 г. с Федеральным агентством по образованию РФ), 2008 - 2010 гг.
НИОКР № 211161 «Разработка методики контроля деталей-представителей с применением контрольно-измерительной машины Global performance модели 05.07.05».
Учебном процессе НИУ ИТМО на кафедре Технологии приборостроения.
Программном и организационно-техническом обеспечении Инжинирингового Центра СПбГУИТМО кафедры Технологии приборостроения.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
Информационная модель АСТПП, основанная на методах интеграции с использованием конструкторско-технологических моделей изделий.
Методика построения конструкторско-технологической модели изделия, основанная на анализе аннотированных трехмерных моделей.
Методика формирования конструкторско-технологических элементов изделия с использованием специализированных баз знаний.
Методика поиска изделий-аналогов и оборудования с последующим применением алгоритмов ранжирования результатов.
Классификация технологий быстрого прототипирования, учитывающая особенности геометрической формы изделия.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2010-2011 гг.); на Научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2010-2011 гг.); на Межрегиональной научно-методической конференции «Инновационные технологии в образовательной деятельности» (Санкт-Петербург, 2009 г.); в девятой сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» ИПМАШ РАН (Санкт-Петербург, 2009 г.).
Эффективность разработанных методов и средств проверялась экспериментально при создании и опытной эксплуатации АСТПП.
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов, 4 из которых опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 101 наименований, 4 приложений. Работа содержит 139 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 3 таблицы.
