Введение к работе
Актуальность темы. Реализация «Стратегии инновационного развития
Российской Федерации на период до 2020 года» предполагает непрерывное
развитие машиностроительных предприятий, предусматривающее создание в
них новых и реконструкцию действующих механосборочных и
вспомогательных цехов и участков. Цехи и участки машиностроительных
предприятий представляют собой достаточно сложные технологические
системы, структуры и деятельность которых непосредственно зависят от
сложности и разнообразия выпускаемой продукции, характера
производственного процесса ее изготовления и объема производства.
Реализуемый ими производственный процесс изготовления
машиностроительной продукции включает следующие основные стадии: получение и складирование заготовок, доставка их к рабочим местам, выполнение различных видов обработки, перемещение полуфабрикатов между рабочими местами, контроль качества, хранение на складах, сборка изделий, многие из которых связаны с подъемом и транспортированием грузов. Повысить эффективность производственного процесса возможно только на основе комплексной механизации и автоматизации его основных и вспомогательных процессов и операций.
Одним из важнейших этапов решения задачи комплексной механизации и
автоматизации основных и вспомогательных процессов и операций
производственного процесса изготовления машиностроительной продукции
является разработка систем подъемно-транспортных машин механосборочных
и вспомогательных цехов и участков. При этом выявляются функции системы
подъемно-транспортных машин (СПТМ) и исходные данные для ее
проектирования, разрабатывается стратегия подъемно-транспортных операций,
обеспечивающая бесперебойное функционирование производственного
процесса, выбирается вид и определяется состав подъемно-транспортного
оборудования, разрабатывается планировка технологического, измерительного
и подъемно-транспортного оборудования, выявляется состав подъемно-
транспортных операций, производится членение их на элементарные действия
и разрабатываются структура информационных и временных связей
производственного процесса и технические требования к системе подъемно-
транспортных машин. Поэтому комплексная механизация и автоматизация
производственного процесса изготовления машиностроительной продукции
достигается на основе структурно-параметрического синтеза системы
подъемно-транспортных машин, включающей подъемно-транспортные
машины, наиболее полно соответствующие характеру производственного процесса и обеспечивающие сокращение затрат труда и объемов потребляемых материальных и энергетических ресурсов.
Парк подъемно-транспортных машин огромен и функционален. Это
вызывает трудности формирования и анализа альтернативных вариантов
систем подъемно-транспортных машин при организации нового
машиностроительного производства или реконструкции действующего и
приводит к повышенному простою технологического оборудования вследствие низкой эффективности СПТМ. Одним из возможных путей для преодоления таких трудностей является применение интеллектуальных информационных систем, реализующих концепции автоматизированных систем структурно-параметрического синтеза технических решений.
Таким образом, актуальной является научно-техническая задача совершенствования методов структурно-параметрического синтеза систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий.
Степень разработанности темы. Вопросы разработки методов
проектирования производственных систем, в том числе и систем подъемно-
транспортных машин, исследовали Алиев Р.А., Антипова Л.В., Анцев В.Ю.,
Беклешов В.К., Безъязычный В.Ф., Бойцов Б.В., Васильев В.А., Васин Л.А.,
Волчкевич Л.И., Вороненко В.П., Вторушин Д.П., Дорофеев С.Ю., Егоров В.А.,
Егоров М.Е., Зуев В.М., Ильина Н.М., Иноземцев А.Н., Казюлин Г.П.,
Косов М.Г., Кудрявцев Е.М, Лобуз В.В., Мельников Г.Н., Насретдинов А.В.,
Наянзин К.Н., Наянзин Н.Г., Сердюкова Л.О., Смехов А.А., Соломенцев Ю.М.,
Схиртладзе А.Г., Трушкевич А.И., Тычин А.В., Тюгай И.М., Чарнко Д.В.,
Хабаров Н.Н., Шадский Г.В., Ямпольский Е.С. и др. ученые. При этом много
исследований посвящено вопросам проектирования автоматизированных
транспортно-накопительных систем гибких автоматизированных производств и
формированию структуры парка подъемно-транспортного оборудования
складских систем тарно-штучных грузов, и задача структурно-
параметрического синтеза систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий не нашла окончательного решения.
Цель работы заключается в повышении эффективности
производственного процесса изготовления машиностроительной продукции на основе формирования оптимальных структур систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:
-
проведен анализ методик формирования структуры систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий;
-
разработана математическая модель структурно-параметрического синтеза систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования;
-
разработана методика формирования и оценки эффективности структур систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования;
-
разработано программное обеспечение, реализующее результаты научных исследований.
Объект исследования – системы подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий.
Предмет исследования – структурно-параметрический синтез систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий.
Соответствие паспорту специальности – содержание диссертации соответствует п. 1 «Методы оптимизационного синтеза машин, их функциональных механизмов, комплектов и систем» Паспорта научной специальности 05.05.04 – «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины» (технические науки).
Научная новизна результатов исследования заключается разработке
математической модели структурно-параметрического синтеза систем
подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования, учитывающей влияние характеристик системы подъемно-транспортных машин на простой основного технологического оборудования.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что
разработанная методика формирования и оценки эффективности структур
систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных
предприятий, предусматривающая использование аппарата генетических
алгоритмов, углубляет и конкретизирует область применения методов
дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин, как области науки
и техники, в сфере решения задач комплексной механизации и автоматизации
основных и вспомогательных процессов и операций изготовления
машиностроительной продукции.
Практическая значимость работы заключается в создании
методического и программного обеспечения, предназначенного для
формирования систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий.
Реализация работы. Результаты данной работы внедрены в заготовительном производстве ОАО «Тулаточмаш» и используются при подготовке студентов специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование» в ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет».
Методология и методы диссертационного исследования. При
выполнении работы использовались методы теории проектирования
транспорта, системного анализа, целочисленной оптимизации,
многокритериального анализа, имитационного моделирования, генетические алгоритмы, а также обобщение опыта ряда машиностроительных предприятий Тульского региона по созданию в них новых и реконструкции действующих механосборочных и вспомогательных цехов и участков.
Положения, выносимые на защиту:
1) математическая модель структурно-параметрического синтеза систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных
предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования на основе использования аппарата генетических алгоритмов;
-
методика формирования и оценки эффективности систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их проектирования, учитывающая организационно-производственные и технологические параметры реализуемого ими производственного процесса;
-
алгоритм и реализующее его математическое обеспечение для ЭВМ структурно-параметрического синтеза систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий.
Степень достоверности результатов. Достоверность полученных результатов обусловлена использованием фундаментальных теоретических положений, адекватностью разработанных математических моделей реальным процессам, использованием объективных исходных данных о структуре парка подъемно-транспортных машин СПТМ, полученных в заготовительном производстве ОАО «Тулаточмаш».
Апробация результатов. По теме диссертации автором опубликовано 23 научные работы (14 - единолично, остальные – в соавторстве), в том числе 4 статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, общим объемом 7,7 п. л., в том числе авторских – 5,9 п. л.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на
конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2012-2016 гг.
на XVI-XX Московских международных межвузовских научно-технических
конференциях студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых
«Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и
робототехнические комплексы» (г. Москва, 2012-2016 гг.), VII и VIII
молодежных научно-практических конференциях Тульского государственного
университета «Молодежные инновации» (г. Тула, 2012-2013 гг.), 3-й
Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие
образования, науки и технологий» (г. Тула, 2012 г.), XVII-XIX международных
научно-технических конференциях «Автоматизация: проблемы, идеи, решения»
(г. Тула, 2012-2014 гг.), XV международной научно-технической конференции
«Фундаментальные проблемы техники и технологии – Технология-2012»
(г. Орел, 2012 г.), XXXVIII Международной молодежной научной конференции
«Гагаринские чтения» (г. Москва, 2012 г.), XI Всероссийской научно-
технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых
ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (г. Тула,
2012 г.), V Международной научно-технической конференции
«Машиностроение – основа технологического развития России (ТМ-2013)» (г. Курск, 2013 г.), международной дистанционной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и производства» (г. Кемерово, 2014 г.), Международной научно-технической конференции «Наземные транспортно-технологические комплексы и средства» (г. Тюмень, 2015 г. и 2016 г.), II-ой Международной молодежной научно-практической конференции «Качество продукции: контроль, управление, повышение,
планирование» (г. Курск, 2015 г.), выставке «Экология и ресурсосбережение: инновационные технологии» (г. Тула, 2013 г.), выставке «Изобретатель и рационализатор» (г. Тула, 2014 г и 2016 г.). Работа представлена на Конкурс 2015 года на соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых России.
Личный вклад соискателя заключается в разработке математической
модели структурно-параметрического синтеза систем подъемно-транспортных
машин цехов и участков машиностроительных предприятий; методики
формирования и оценки эффективности систем подъемно-транспортных машин
цехов и участков машиностроительных предприятий на ранних стадиях
процесса их проектирования, учитывающей организационно-производственные
и технологические параметры реализуемого ими производственного процесса;
критерия оптимальности; разработке программного обеспечения,
реализующего результаты научных исследований; апробации результатов исследования; подготовке публикаций по выполненной диссертационной работе.
Личный вклад соискателя в работы, опубликованные в соавторстве:
/1/, /2/, /22/ разработка математической модели структурно-
параметрического синтеза системы подъемно-транспортных машин;
/3/, /16/, /17/, /20/ разработка методики формирования и оценки
эффективности систем подъемно-транспортных машин цехов и участков
машиностроительных предприятий на ранних стадиях процесса их
проектирования, учитывающая организационно-производственные и
технологические параметры реализуемого ими производственного процесса;
/5/, /6/ разработка алгоритма и реализующего его математического обеспечения для ЭВМ структурно-параметрического синтеза систем подъемно-транспортных машин цехов и участков машиностроительных предприятий.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения и общих выводов, библиографического списка из 145 наименований и приложений. Работа включает 115 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 25 таблиц и приложения на 27 страницах. Общий объем диссертации составляет 179 страниц.