Введение к работе
Актуальность работы. Конкурентоспособность выпускаемой продукции машиностроительных отраслей обусловлена техническим состоянием металлорежущего оборудования, на котором она изготавливается, моральный и физический износ которого на предприятиях РФ составляет от 65% до 85%. Решение этой проблемы возможно двумя способами: с помощью обновления станочного парка или проведения ремонтных работ. Из-за недостатка финансовых ресурсов, в большинстве случаев применяют второй способ.
На большинстве отечественных предприятий действует Единая система планово-предупредительного ремонта, основанная на утвержденном в 1966 году Положении о планово-предупредительном ремонте технологического и подъемно-транспортного оборудования машиностроительных предприятий. В данной системе планируются только объемы ресурсов, необходимые для проведения очередного ремонта. При этом возникают ошибки первого и второго рода: ремонту подлежит оборудование, не израсходовавшее свой ресурс точности, или возникает необходимость проведения внепланового ремонта.
Большинство зарубежных машиностроительных предприятий широко применяют систему ремонта и технического обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию. Внедрение этой системы поддерживает практическую реализацию Всеобщего Управления Качеством. Эффективность такой системы можно существенно повысить с помощью существующих средств и методов диагностирования и прогнозирования состояний оборудования, однако их использование требует привлечения больших материальных и финансовых ресурсов.
В связи с этим актуальной проблемой является повышение качества процесса ремонта металлорежущих станков на машиностроительных предприятиях. При этом, существует необходимость определения таких показателей металлорежущих станков, которые позволили бы с минимальными затратами достоверно диагностировать и прогнозировать их техническое состояние, а также принять решение об их ремонте, обеспечивая при этом требуемый уровень качества выпускаемой продукции.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Цель работы заключается в повышении качества процесса ремонта металлорежущих станков на основе разработки и применения при его планировании процедур диагностирования и прогнозирования значений показателей геометрической точности.
Объект исследования. Этап планирования процесса ремонта металлорежущих станков.
Предмет исследования. Структура этапа планирования процесса ремонта станков и взаимосвязи между выявленными подпроцессами этапа.
Задачи исследования:
1. Разработать модель этапа планирования процесса ремонта металлорежущих станков.
2. Выявить связи между показателями геометрической точности токарно-винторезных и вертикально-фрезерных станков и параметрами точности обрабатываемых на них поверхностей деталей.
3. Предложить конструкцию образца-изделия для функциональной диагностики токарно-винторезных и вертикально-фрезерных станков.
4. Разработать метод и программное обеспечение для функциональной диагностики геометрической точности металлорежущих станков.
5. Создать математическую модель для оптимизации восстанавливаемых при ремонте значений показателей точности и разработать метод поддержки принятия решений при выборе стратегии ремонта станка и его узлов.
6. Разработать программно-алгоритмическое обеспечение для прогнозирования значений показателей геометрической точности станков.
7. Провести опытную апробацию разработанных моделей, методов и программно-алгоритмического обеспечения в производственных условиях для подтверждения их пригодности к применению.
Методы исследования, обоснованность, достоверность.
Для решения поставленных задач были использованы методы: математической статистики, оптимизации, вариационный метод расчета точности станков, расчета размерных цепей, а также принципы и концепции Всеобщего Управления Качеством.
Обоснованность применяемых методов подтверждается обширностью их использования в исследованиях в различных областях знаний.
Достоверность результатов и выводов исследования подтверждена экспериментальными исследованиями, проведенными на ОАО «Электроаппарат» (г. Курск), а также результатами внедрения предложенных разработок на ОАО «Дальэнергомаш» (г. Хабаровск) и ЗАО «Курская подшипниковая компания».
Область исследований. Содержание диссертационного исследования соответствует п.1 «Методы анализа, синтеза и оптимизации, математические и информационные модели состояния и динамики качества объектов» и п.3 «Методы стандартизации и менеджмента (контроль, управление, обеспечение, повышение, планирование) качества объектов и услуг на различных стадиях жизненного цикла продукции» паспорта научной специальности 05.02.23 – «Стандартизация и управление качеством продукции» (технические науки).
На защиту выносятся:
1. Модель этапа планирования процесса ремонта станков, включающая взаимосвязанные подпроцессы: диагностики и контроля технического состояния, прогнозирования технического состояния, поддержки выбора и принятия стратегии ремонта.
2. Конструкция образца-изделия, предназначенного для диагностики всех показателей геометрической точности формообразующих систем токарно-винторезных и вертикально-фрезерных станков.
3. Метод функциональной диагностики геометрической точности станков, использующий результаты измерений параметров точности обработки.
4. Математическая модель для оптимизации значений показателей геометрической точности станков с многокритериальной целевой функцией и ее линейной сверткой и разработанный на ее основе метод поддержки принятия решений при выборе стратегии ремонта станка и его узлов.
5. Алгоритм прогнозирования значений показателей геометрической точности станков, основанный на систематическом накоплении экспериментальных данных по их текущим значениям.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в:
1. Модели этапа планирования процесса ремонта станка, включающей выявленные подпроцессы и взаимосвязи между ними.
2. Методе функциональной диагностики геометрической точности станков, использующем результаты измерений погрешностей обработанных на них деталей.
3. Математической модели для оптимизации восстанавливаемых значений показателей геометрической точности станков и основанном на ней методе поддержки принятия решений при выборе стратегии ремонта.
Практическая значимость диссертационного исследования:
1. Выявлена частичность номенклатур показателей геометрической точности, установленных в действующих стандартах по нормам точности металлорежущих станков.
2. Предложена конструкция тестовой детали для диагностики всех показателей геометрической точности формообразующих систем токарно-винторезных и вертикально-фрезерных станков.
3. Разработан алгоритм прогнозирования значений показателей геометрической точности станков.
4. Разработано программное обеспечение для диагностики и прогнозирования состояний токарно-винторезных и вертикально-фрезерных станков.
Основные теоретические и практические результаты работы внедрены в практическую деятельность ОАО «Дальэнергомаш» (г. Хабаровск) и ЗАО «Курская подшипниковая компания» и используются в учебном процессе Юго-Западного государственного университета по направлению подготовки магистров 221400.68 «Управление качеством» по дисциплинам: «Компьютерное моделирование производственных и технологических процессов», «Методы оптимизации и принятия решений».
Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на: научных семинарах кафедры управления качеством, метрологии и сертификации ЮЗГУ (Курск, 2010-2012 гг.); 3-й международной научно-технической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)» (Брянск, 2011 г.); II Международной научно-практической конференции «Инновации, качество и сервис в технике и технологиях» (Курск, 2011 г.); VIII Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2011 г.); Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направлениям «ЭВРИКА-2011» (Новочеркасск, 2011 г.); Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2011 г.); Международном Российско-Китайском симпозиуме «Modern materials and technologies 2011» (Хабаровск, 2011 г.); Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии» (Липецк, 2012 г.); XV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии – Технология-2012» (Орел, 2012 г.), а также на других научно-технических конференциях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 научных работ, перечень которых приведен в конце автореферата, из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, 4 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, библиографического списка, включающего 212 наименований, и приложений. Объем основной части диссертации составляет 166 страниц машинописного текста и содержит 59 рисунков, 18 таблиц.
