Моделі та методи автоматизації проектування технологічного процесу формоутворення деталей

Размещено на http://allbest.ru

Харківський національний університет радіоелектроніки

.13.12 - Системи автоматизації проектувальних робіт

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Моделі та методи автоматизації проектування

технологічного процесу формоутворення деталей

Євсєєв Владислав В'ячеславович

Харків - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному університеті радіоелектроніки

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

Невлюдов Ігор Шакирович,

Харківський національний університет

радіоелектроніки, завідувач кафедри технології та

автоматизації виробництва радіоелектронних та

електронно-обчислювальних засобів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Жолткевич Григорiй Миколайович,

Харківський національний університет

ім. В.Н. Каразіна, декан механіко-математичного факультету;

кандидат технічних наук, професор

Крищук Володимир Миколайович,

Запорізький національний технічний університет,

завідувач кафедри конструювання та технології виробництва радіоапаратури.

Захист відбудеться “ 10_”__червня__ 2008 р. о _1400_-й годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.052.02 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, просп. Леніна, 14.

З дисертацією можно ознайомитися у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків,просп. Леніна,14.

Автореферат розісланий “_8_” __травня__ 2008 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Безкоровайний В.В. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Проектування технологічних процесів для виробництва деталей радіоелектронного приладобудування є складним науково-технічним завданням через великий набір різноманітних геометричних форм деталей та способів технологічної обробки. Під час розробки технологічних процесів розглядаються не тільки різні варіанти проектування послідовності операцій, але й створення інтегрованих систем автоматизації проектування (САПР).

Процес проектування у сучасних САПР розділено на етапи: моделювання 3D-моделі деталі, проектування технологічного процесу, розробка керуючої програми для станків із числовим програмним керуванням (ЧПК). Цей підхід до проектування знижує економічний ефект застосування САПР та можливість їх адаптації під ресурси конкретного підприємства і не дозволяє розробляти повністю інтегровану САПР.

У зв'язку з цим розв'язання задачі інтегрування систем автоматизованого проектування дозволяє спростити етап передачі даних про деталі між САПР шляхом об'єднання усіх етапів проектування деталей у єдиний інтерфейс на одному робочому місці інженера-технолога. Зазначений підхід знижує час і можливість виникнення помилок при передачі даних між етапами проектування, а також дозволяє досягти мінімальної трудомісткості виробництва.

Найскладніші науково-технічні задачі виникають під час розробки САПР, які пов'язані зі створенням математичних моделей декомпозиції складального креслення та ідентифікацією конструкторсько-технологічних елементів (КТЕ), що адекватно описують геометричні форми деталей для подальшого проектування технологічних процесів та отримання програм для систем з ЧПК.

Значні труднощі, що виникають під час розробки інтегрованих САПР, пов'язані зі створенням та реалізацією інтерактивної системи об'єднання усіх етапів проектування, можливістю передачі інформації між етапами всередині однієї системи з адаптацією математичних моделей та методів автоматизованого проектування на підприємствах. У зв'язку з цим інтеграція усіх етапів проектування від моделювання деталі до підготовки керуючих програм для станків з ЧПК в одній САПР є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких викладено у дисертації, проводилися відповідно до держбюджетних та госпдоговірних тем НДР, які виконувалися у Харківському національному університеті радіоелектроніки:

1. Держбюджетна тема №189-1 „Теоретичні основи створення перспективних компонентів та нових технологій їх виробництва для широкого класу волоконно-оптичних систем” (МОНУ № 960 від 22.12.04 р., ДР №0105U002739).

2. Господарський договір №04-05 про науково-технічне співробітництво з Державним науково-дослідним центром нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України від 01.09.04 р. „Автоматизована система визначення технічно обґрунтованих норм праці та трудомісткості виготовлення виробів” (ДР №0104U009289).

3. Господарський договір №06-10 про науково-технічне співробітництво з Державним науково-дослідним центром нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України від 01.03.06 р. „Автоматизована система нормування витрат праці на механічні роботи”(ДР №0106U009106).

4. Господарський договір №3 про створення науково-технічної продукції з Міністерством промислової політики України від 08.06.07 р. (ДР №0107U007577).

5. Господарський договір №07-59 про науково-технічне співробітництво з Державним науково-дослідним центром нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України від 1.11.07 р. „Розробка математичного забезпечення для автоматизації проектування виводу залежності норм праці та режимів різання від конструктивно технологічних факторів” (ДР №0108U001430).

Під час виконання роботи за вказаними темами та господарськими договорами автор був виконавцем, розробником технічного завдання НДР, методів проектування програмних засобів та верифікації об'єктів проектування.

Мета дисертаційної роботи - розробка та узагальнення математичних моделей, методів автоматизації проектування технологічного процесу формоутворення деталей для підвищення ефективності проектування та зниження трудомісткості виготовлення виробів на етапах технологічної підготовки виробництва.

Для досягнення мети сформульовано такі завдання:

- провести аналіз існуючого математичного опису технологічного процесу формоутворення деталей і методів автоматизованого проектування технологічних процесів;

- розробити математичні моделі розпізнавання конструкторсько-технологічних елементів та декомпозиції складального креслення;

- розробити метод проектування технологічного процесу на базі розпізнаних конструкторсько-технологічних елементів;

- розробити метод формалізації операційного переходу, що містить геометричні та технологічні параметри деталей;

- розробити інтегровану систему автоматизованого проектування технологічного процесу.

Об'єкт дослідження - процес автоматизованого проектування технологічних процесів формоутворення деталей.

Предмет дослідження - моделі та методи автоматизації проектування технологічного процесу формоутворення деталей.

Методи дослідження: методи теорії нечітких множин для розпізнавання конструкторсько-технологічних елементів, теорії графів для розробки послідовності декомпозиції складального креслення та конструкторсько-технологічних елементів першого та другого рівнів, а також теорія алгоритмів, методи організації графічного діалогу та побудови інтерфейсу користувача.

Наукова новизна отриманих результатів. У роботі отримано такі наукові результати: автоматизація формоутворення деталь розпізнавання

- вперше розроблено математичну модель декомпозиції складального креслення на конструкторсько-технологічні елементи, що дозволяє знизити трудомісткість проектування 3D-моделі;

- вперше розроблено математичну модель ідентифікації конструкторсько-технологічних елементів, яка дозволяє створити граф приналежності конструкторсько-технологічних елементів до конкретного класу, що зменшило час розпізнавання конструкторсько-технологічних елементів;

- удосконалено метод автоматизації проектування технологічного процесу формоутворення деталей на базі розпізнаних конструкторсько-технологічних елементів, що дозволяє проектувати оптимальний шлях технологічного процесу;

- отримали подальший розвиток методи розрахунку науково-обґрунтованих технічних норм часу виконання технологічного процесу виготовлення деталі, що підвищує точність розрахунків та знижує трудомісткість виготовлення виробу.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені математичні моделі, методи автоматизації проектування та програмний продукт можуть бути використані у технологічній підготовці виготовлення виробів радіоелектронного приладобудування. Підтвердженням цьому є широка апробація результатів на підприємствах Міністерства промислової політики України та впровадження у Державному науково-дослідному центрі нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України. Практичний результат дозволяє забезпечити зменшення часу проектування технологічного процесу та зниження трудомісткості під час виготовлення деталей радіоелектронного приладобудування (акти впровадження від 25.03.05, 8.11.06, 20.12.07).

Особистий внесок здобувача. Усі основні наукові положення, результати, висновки та рекомендації дисертаційної роботи отримано автором самостійно [1]. У друкованих наукових роботах, що опубліковані у співавторстві, автору належить: в [2] - розробка структури автоматизованої системи розрахунку науково обґрунтованих норм праці та трудомісткості виготовлення виробів, розробка методу автоматизованого розрахунку трудомісткості операцій; програмне, інформаційне та методичне забезпечення; у [3] - розробка математичних моделей ідентифікації конструкторсько-технологічних елементів другого рівня та графа декомпозиції, що дозволяє зменшити час на етапі діалогового проектування 3D-моделі деталі; у [4] - розробка окремих елементів системи автоматизованого проектування трудомісткості виготовлення виробів, побудова функціональної моделі системи, що розробляється; у [5] - розробка узагальненого автоматизованого розрахунку витрат трудомісткості на виробництві; у [6] - удосконалення алгоритмів автоматизованого формування технологічного маршруту обробки деталей, розробка окремих компонентів програмного та інформаційного забезпечення автоматизованої системи технологічної підготовки виробництва, що дозволяють в інтерактивному режимі визначити маршрут обробки і структуру операцій, виконати необхідні інженерні розрахунки, сформувати технологічну документацію; у [7] - визначення складу та напрямку передачі інформації у процесі визначення витрат трудомісткості на виробництві; у [8, 9] - розробка структури баз даних автоматизованої системи, розробка методу прогнозування похибки при зміні параметрів деталей.

Апробація результатів дисертаційних наукових досліджень проводилася на семінарах кафедри технології та автоматизації виробництва радіоелектронних та електронно-обчислювальних засобів Харківського національного університету радіоелектроніки та на таких наукових конференціях та семінарах: 2-му Міжнародному радіоелектронному форумі „Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку” (Харків, 2005), Proceeding of IEEE East-West Design & Test Workshop (EWDTW'06), Proceedings of the IXth International Conference CADSM 2007, а також на науково-технічних семінарах та конференціях у Державному науково-дослідному центрі нормативно-технічних матеріалів з праці Міністерства промислової політики України, у Державному підприємстві „Науково-дослідний інститут приладобудування”, м. Харків, на постійно діючому семінарі кафедри конструювання та технології виробництва радіоапаратури Запорізького національного технічного університету.

Публікації. З теми дисертації надруковано 9 наукових праць, у тому числі 3 статті у виданнях, які входять до переліків, затверджених ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота містить 211 сторінок, 63 рисунків, 20 таблиці та включає: вступ, чотири розділи, висновки, перелік використаних джерел із 101 найменування на 9 с., 7 додатків на 41 с.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність завдань, які вирішуються у дисертаційній роботі, сформульовано мету дослідження, а також викладено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі проводиться аналіз існуючого математичного опису технологічного процесу формоутворення деталей. Виконується аналіз методів автоматизації проектування технологічного процесу у сучасних САПР і структури операційного технологічного процесу, а також обґрунтовується вибір напрямку дослідження.

У процесі аналізу встановлено, що інтеграція систем автоматизації проектування технологічного процесу є складним науково-технічним завданням, і для його вирішення необхідно дослідити:

- існуючі математичні моделі опису технологічного процесу формоутворення деталей;

- методи автоматизації проектування технологічного процесу у сучасних САПР;

- структуру операційного технологічного процесу.

Існуючі методи та математичні моделі не дозволяють знизити трудомісткість проектування деталей радіоелектронного приладобудування, що, у свою чергу, не дає можливості створення інтегрованої системи автоматизованого проектування технологічних процесів.

На основі проведеного аналізу існуючих математичних моделей та методів проектування технологічного процесу формоутворення деталей сформульовано мету та завдання дослідження.

Другий розділ дисертації присвячений розробці математичного забезпечення процесу декомпозиції та ідентифікації деталей і їх параметрів. Для декомпозиції 3D-моделі складального креслення та виділення в ній конструкторсько-технологічних елементів запропоновано такі математичні моделі:

для деталей типу «об'єкт обертання»

; (1)

- для деталей типу «корпус»

; (2)

- для деталей типу «стрічка»

; (3)

де - присутність діаметра в основі деталі обертання;

- довжина деталі;

- висота деталі;

- кут нахилу;

- параметр зміни товщини на всій протяжності довжини деталі.

У зв'язку з різноманіттям форм деталей не можливо визначити однозначну чи початкову форму приналежності деталі до конкретного класу ЄСКД за геометричними параметрами, використовуючи тільки чіткі ступені належності. Тому при декомпозиції складального креслення на геометричні моделі деталей та деталей на конструкторсько-технологічні елементи зручним є застосування теорії нечітких множин, яку запропонував Л.А. Заде і яка є математичним апаратом для формалізації неточної, недовизначеної, суперечної інформації. Це дозволяє розробити „гнучку” математичну модель з можливістю адаптації до вимог підприємств радіоелектронного приладобудування. На базі розроблених математичних моделей складено граф з лінгвістичними правилами декомпозиції складального креслення.

Для проведення дослідів розпізнавання деталей, які отримано після декомпозиції складального креслення, був обраний сімдесят перший клас деталей - „об'єкт обертання ” відповідно до класифікатора ЄСКД.

Вибір ґрунтується на тому, що деталі типу „об'єкт обертання” можуть бути виділені у три типові групи, які об'єднують у середньому 67% усіх деталей, які виготовляються у радіоелектронному приладобудуванні. При цьому вони розподіляються у такий спосіб: вали, осі, стрижні та вал-шестірні - 16,5%; диски, колеса, кільця, зубчаті колеса - 26,5%; втулки, циліндри - 24%. Таким чином, це дослідження стосується більшої частини деталей радіоелектронного приладобудування. Для математичного опису деталей типу „об'єкт обертання” запропоновано таку математичну модель:

, (4)

де - довжина деталі КТЕ відносно осі оберту деталі;

- діаметр КТЕ;

- відношення вісьової довжини КТЕ до загальної вісьової довжини деталі;

- кут між спрямовуючими поверхнями та віссю обертання деталі;

- присутність матеріалу за межами діаметральних розмірів;

- формоутворююча деталі;

- місцеположення елемента у деталі;

- набір параметрів КТЕ другого рівня.

Для того, щоб прийняти рішення щодо належності КТЕ до конкретного типу деталей, необхідно визначити закон належності. У межах даної роботи запропоновано використовувати схему наближених розмірковувань на основі моделі баз даних та нечіткого прийняття рішень.

Нехай - система правил виду:

, (5)

де - вхідні параметри нечіткої моделі.

Запропонована математична модель дозволяє прийняти рішення щодо приналежності розпізнаного об'єкта до певного виду КТЕ. На базі розроблених математичних моделей побудовано граф структурного поділу деталей на КТЕ першого рівня

Набір параметрів включає у себе додатковий опис математичної моделі формалізації КТЕ другого рівня (шпоночні канавки, лиски), яка дозволяє більш достовірно розпізнати структуру деталі. Структурний граф декомпозиції КТЕ деталей другого рівня наведено на рис.2.

Таким чином, запропоновані математичні моделі процесу декомпозиції та ідентифікації деталей та їх параметрів дозволяють розробити граф структурного розподілу конструкторсько-технологічних моделей деталей та прискорити процес розпізнавання та передачі даних для автоматизованого проектування технологічного процесу.

Третій розділ присвячений розробці методу проектування технологічного процесу та методу формалізації операційного переходу для множин КТЕ , (де n=37) та тридцяти двох стандартних токарських переходів, які характерні для обробки „об'єктів обертання” .

На базі множини КТЕ побудовано максимально широку множину , яка доповнена множиною елементів - „заготовками”. Під „заготовками” розуміють не тільки не оброблені, але й будь-які КТЕ, з яких шляхом обробки вийде кінцева деталь. Така множина доповнена „проміжними” елементами - результатом застосування можливих операцій над „заготовками”. Внаслідок цього отримано множину , подану формулою:

, (6)

де - скінченна послідовність із множин послідовностей довільної довжини, яка складається із натуральних чисел ;

- добуток відповідних операцій;

- початкові елементи „заготовки”;

- кількість операцій, де ().

На отриманій множині елементів () уведено відношення порядку (), яке породжується множиною операцій та відношенням часткового порядку .

Як результат отримали мережу з „початковими”, „проміжними” та „кінцевими елементами”.

Для визначення послідовності переміщення мережею визначено термін „шлях ” на мережі як - впорядкований набір її елементів:

. (7)

Далі введено визначення маршруту та визначення циклу. Визначення маршруту враховує той факт, що одночасно ми можемо виконувати операцію тільки для одного КТЕ з деталі, що дозволяє виключити можливість одночасного виконання таких двох операцій на одному КТЕ як установка та повздовжнє точіння.

Цикл визначений як маршрут, у якого початок та кінець збігаються. Показано, що за умови існування шляху, а відповідно й маршруту, можна отримати множину станів технологічного процесу, у якій необхідно знайти оптимальні маршрути для можливих шляхів.

Для операційного переходу з огляду досліджуваного завдання складено формалізований запис:

, (8)

де - довжина поверхні, яка обробляється за один прохід;

- діаметр поверхні, яка обробляється за один прохід;

- глибина обробки;

- матриця коефіцієнтів (точність обробки, шорсткість поверхні і т. ін.).

Для визначення способу задання вхідних параметрів частину виразу (8) виділено в окремі групи і . Групу задано шляхом застосування нечітких множин. - набір матриць коефіцієнтів (точність обробки, шорсткість поверхні і т. ін.), що задані за допомогою чітких множин. Структура єдина для всіх операцій . Вона визначає, чи є можливим застосування цієї операції до деталі у поточному стані та, якщо так, то скільки разів. Також забезпечує отримання коефіцієнтів, які разом із є необхідними при розрахунку часу, який витрачається на виконання переходу - . Для будь-якої операції з тридцяти двох стандартних наведемо опис її вхідних даних на базі досліджень на прикладі переходу повздовжнього точіння.

- довжина поверхні, яка є нечітким поняттям і може бути формалізована за допомогою лінгвістичної змінної , де множина термів = {«припустима», «неприпустима» }). На відміну від нечіткої довжини деталі, також залежить від конкретного технологічного процесу, який параметризований матрицею у яку входять:

, (9)

де - матриця коефіцієнтів, що враховують точність обробки;

- матриця коефіцієнтів, що враховують шорсткість поверхні;

- матриця коефіцієнтів, що враховують матеріал обробки;

- матриця коефіцієнтів, що враховують потужність станка;

- матриця коефіцієнтів, що враховують матеріал ріжучого інструмента;

- матриця коефіцієнтів, що враховують поверхню обробки;

- матриця коефіцієнтів, що враховують вихід інструмента.

Діаметр () поверхні, яку обробляють на даний момент, як нечітка змінна може змінюватися після кожного одноразового виконання операції повздовжнього точіння, але як нечітка змінна, яка характеризується і має терм-множину = {„припустима”, „неприпустима” }),залишається незмінним до того моменту, доки ми не порушимо технологічний процес і не вийдемо за припустимі межі роботи.

Такий підхід до визначення операції повздовжнього точіння, що ґрунтується на нечітких множинах, дозволяє говорити не про сукупність елементарних операцій, які відрізняються одна від одної лише значенням змінних і , а також деяких параметрів з , а про одну нечітку операцію, терм-множина якої обмежена значеннями „припустима”, „неприпустима”.

Для знаходження оптимального маршруту на базі даних досліджень побудовано основні кроки з використанням цінової функції та вартісної матриці.

Таким чином, проведені дослідження дозволили удосконалити метод проектування технологічного процесу з можливістю вибору оптимального маршруту на базі розпізнаних конструкторсько-технологічних елементів, що дає можливість інтеграції етапів проектування 3D-моделі і технологічного процесу.

Четвертий розділ дисертації присвячений програмній реалізації автоматизації проектування технологічного процесу та експериментальним дослідженням, які підтверджують достовірність отриманих результатів. У процесі розробки логічної структури бази даних проведено аналіз початкової інформації та досліджено ступінь залежності зв'язків у ній. У межах цього дослідження вирішено розподілити БД на структурні елементи, які дозволять спростити структуру та зменшити ймовірність втрати чи дублювання інформації всередині БД. Підсистема БД „Примітивів” зберігає інформацію про примітиви, які наведено в додатку А, їх основні геометричні параметри, описані на базі нечітких множин, лінгвістичний опис і 3D - вид кожного елемента. Кожний елемент БД „Примітивів” взаємопов'язаний із БД „Довідкова”, у якій перебуває інформація про тип операцій і список універсальних верстатів, що використовуються на підприємствах. Списки універсальних верстатів містять назви переходів як основного, так і допоміжного часу.

Кожний технологічний перехід має основні параметри розрахунку: - діаметр, - довжина тощо, які задаються вручну як допоміжні параметри, подані в матриці , такі як точність, квалітет шорсткості, залежно від виду переходу. „Накопичувальна” БД розроблена для зберігання інформації про послідовність технологічного процесу для кожної деталі, розробленої в цій САПР, що дозволяє не тільки зберігати послідовність операцій і переходів, які виконуються над заготовкою для одержання готового виробу, а також зберігати і розраховувати часові характеристики під час розрахунку норм трудомісткості як за кожним переходом, так і за кожною операцією з підсумовуванням часу на виготовлення одного виробу. БД „Накопичувальна” пов'язана однобічним зв'язком із БД „Довідкова”, що дозволяє обмежити можливість втрати й дублювання інформації.

Для зберігання замовлень або складальних вузлів агрегатів розроблено БД „Замовлень”, що зберігає інформацію про номер замовлення або складального вузла, назви деталей і послідовності операцій, необхідні для виготовлення кожної деталі. Необхідність цієї інформації зумовлена тим, що в будь-який момент часу можна внести зміни в послідовність виготовлення будь-якого елемента замовлення, додати нову операцію або змінити послідовність переходів. Це збільшує універсальність САПР і дозволяє зменшити втрати часу під час створення нового замовлення з „нуля”.

Встановлено, що розроблена логічна структура повністю відповідає основним законам створення реляційних баз даних та має мінімальну кількість зв'язків. Це забезпечує надійність та швидкість доступу до інформації за мінімальний проміжок часу, з можливістю швидкої зміни та взаємодоповнення. Тому у межах даного комп'ютерного експерименту прийнято рішення обрати динамічний інтерфейс, який дозволяє розділити програмне забезпечення на дві частини: перша призначена для адміністратора баз даних з можливістю додавання та редагування інформації у реальному часі, а друга - для користувача щодо створення нових деталей із примітивів з автоматизованою розробкою операційного технологічного процесу.

Під час експериментальної перевірки необхідно провести порівняльний аналіз системи з аналогами, які поширені на території України та СНД. Аналогом для порівняння обрано розробку КОМПАС ЗD фірми „АСКОН” для отримання тримірного виду деталей та САПР ТП „ТехноПро” для моделювання технологічного процесу. Вибір зумовлений не тільки значним поширенням цих САПР, але й максимальною адаптацією до сучасного виробництва. Під час вибору основних показників для оцінки ефективності розроблених моделей і методів є важливою не тільки кінцева ціна програмного продукту, але й ще ряд критеріїв:

трудомісткість розробки 3D-моделей деталі;

трудомісткість розробки технологічного процесу виробництва деталей;

похибка під час розрахунку трудомісткості;

сумарна трудомісткість розробки деталі.

За досліджувану деталь обраний „Вал”, який може бути частиною більшої деталі. Вибір деталі обґрунтований її достатньою простотою і можливістю наглядної демонстрації етапів ідентифікації КТЕ за розробленою математичною моделлю на базі лінгвістичного опису геометричних параметрів.

Проведені експерименти показали:

а) трудомісткість розробки деталі на етапі проектування 3D-моделі зменшилася на 29,5%, що дозволяє прискорити процес проектування;

б) розроблена САПР виключає етап передачі 3D-моделі до САПР ТП, що підвищує рівень інтеграції і виключає можливість виникнення помилок у процесі передачі даних із САПР КОМПАС 3D до САПР ТП „ТехноПро”;

в) розроблена САПР зменшує витрати часу на етапі задання вихідних даних для проектування технологічного процесу на 74,6% завдяки можливості задання параметрів на етапі діалогового моделювання 3D-деталі;

г) розроблена САПР, порівняно з аналогом, використовує менший обсяг ресурсів ЕОМ під час автоматизованого проектування технологічного процесу, що зменшує ступінь прив'язки САПР до сучасних ЕОМ і надає можливість використання недорогого обладнання;

д) під час розрахунку трудомісткості похибка розробленої САПР складає 0,12% від номінальної, на відміну від аналога - 24,8%.

Встановлено, що точність розрахунків розробленої системи перевищує характеристики порівняльної САПР ТП “ТехноПро”. Для наочності на рис. 5 наведено точковий графік розходжень значень похибок.

У межах цих експериментальних досліджень проведено порівняльний аналіз сумарного часу проектування деталі типу „Вал”.

Діаграма починається з моменту початку проектування 3D-моделі від ескізу до завершення проектування технологічного процесу з розрахунком норм праці.

Як видно з діаграми, наведеної на рис. 6, розроблена САПР об'єднує етап проектування 3D-моделі та етап проектування технологічного процесу в одному програмному продукті, що дозволяє уникнути етапу передачі даних.

На етапі задання вихідних даних для автоматизованого проектування технологічного процесу основні геометричні параметри задаються на етапі проектування 3D-моделі у вигляді співвідношення нечіткої лінгвістичної змінної і чітких значень геометричних розмірів деталі, що зменшує трудомісткість проектування. Етап проектування технологічного процесу йде без участі людини і залежить від характеристик ЕОМ й складності деталі, що проектується. Розрахунок трудомісткості на останньому етапі відбувається у діалоговому режимі, і час виконання у більшості випадків залежить від кваліфікації і досвіду роботи з САПР інженера-технолога.

Результати експерименту показали, що САПР, розроблена на базі отриманих математичних моделей та методів, дозволяє прискорити процес проектування, виключає етап передачі даних, зменшує витрати трудомісткості.

У додатках наведено: акти впровадження результатів дисертаційної роботи; математичний опис та операційний технологічний процес для досліджуваних КТЕ; таблиці поправочних коефіцієнтів для токарно-револьверних робіт із горизонтальною віссю обертання головки; формули розрахунку основних норм часу для токарно-револьверних робіт із горизонтальною віссю обертання головки; формули розрахунку допоміжних норм часу для токарно-револьверних з горизонтальною віссю обертання головки (установка та зняття заготовки вручну й за допомогою крана) (додаток Д); звіт з моделювання операційно-технологічного процесу й розрахунку норм праці; технічні характеристики токарно-обробного центру SBL 500 фірми TRINC

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичний аналіз, узагальнено й отримано нові розв'язки науково-технічних завдань, пов'язаних з інтеграцією систем автоматизованого проектування технологічних процесів для виробництва деталей радіоелектронного приладобудування. Отримані результати дозволяють підвищити ефективність розрахунку трудомісткості під час виробництва деталей та об'єднати всі етапи моделювання та проектування в одній САПР на одному робочому місці, що дозволило отримати високу економічну ефективність розробки.

1. Виконано аналіз існуючих САПР та методів проектування 3D-моделей деталей на базі сучасного твердотільного ядра моделювання. Під час аналізу виділено та проаналізовано основні недоліки сучасних САПР. Розглянуто методи автоматизованого проектування технологічних процесів і розрахунку трудомісткості виробництва. Виділено основні фактори, які знижують ефективність проектування і не дозволяють домогтися максимальної інтеграції сучасних САПР.

2. Розроблено математичну модель декомпозиції складального креслення на базі нечітких множин для деталей типів „об'єкт обертання” та „об'єкт необертання” (тип „корпус”, тип „стрічка”) відповідно до ЄСКД. Запропоновано математичну модель декомпозиції складального креслення за лінгвістичними правилами у вигляді графа, що дозволяє прискорити процес декомпозиції шляхом візуального аналізу. На базі розробленого графа запропоновано алгоритм декомпозиції складального креслення з використанням чіткого ступеня належності параметрів, що дозволяє провести декомпозицію за чітким ступенем приналежності деталей. Розроблено математичну модель на основі нечітких множин для ідентифікації конструкторсько-технологічних елементів для деталей типу „об'єкт обертання”. Відповідно до моделі описано тридцять сім конструкторсько-технологічних елементів, що дозволяє спростити та прискорити етап проектування 3D-моделі деталі. Запропоновано метод розпізнавання конструкторсько-технологічних елементів другого рівня, що дозволяє провести ідентифікацію деталей з елементами типу ”лиска”, ”шпоночна канавка”, ”сегментна канавка” та ”різьба”. Розроблена математична модель дозволила зменшити витрати часу на етапі розробки 3D-моделі на 29,5% порівняно з аналогом.

3. Удосконалено метод проектування технологічного процесу на базі розпізнаних конструкторсько-технологічних елементів, що дає можливість інтегрувати етап проектування 3D-моделі і технологічного процесу, а також виключити етап передачі даних 3D-моделі у САПР ТП і скоротити час проектування технологічного процесу на 74,6% порівняно з аналогом, завдяки можливості задання параметрів на етапі діалогового моделювання 3D-деталі.

Запропоновано метод проектування технологічного процесу на будь-якій стадії формоутворення заготовки, що дозволяє використовувати будь-яку початкову форму заготовки для отримання завершеної деталі, а також обирати оптимальний маршрут під час побудови технологічного процесу з можливістю повернення до найближчого вузла графа технологічного процесу без повернення до вершини графа, що знижує час проектування технологічного процесу і зменшує обсяг використаних машинних ресурсів.

4. Запропоновано метод формалізації параметрів для операційного переходу, у якому поєднані параметри геометричних розмірів КТЕ на базі нечітких множин з технологічними особливостями, які притаманні усім видам переходів, що дозволяє розробити універсальну математичну модель переходу з можливістю розрахунку трудомісткості виробництва деталей.

Отримали подальший розвиток методи розрахунку трудомісткості, що враховують геометричні особливості деталей, які забезпечують зменшення кількості похибок під час розрахунку трудомісткості виробництва деталей радіоелектронного приладобудування. Під час розрахунку трудомісткості похибка розробленої САПР складає 0,12% від номінальної, на відміну від аналога - 24,8%. Точність розрахунків дозволить знизити час простою обладнання та досягти максимальної ефективності виробництва.

5. На базі розроблених математичних моделей та методів формоутворення деталей створено інтегровану систему автоматизованого проектування технологічних процесів, яка дозволяє вирішувати конструкторсько-технологічні завдання розробки деталей для виробництва радіоелектронного приладобудування. Можливість інтегрування усіх етапів моделювання та проектування деталі дозволяє не тільки знизити час проектування технологічного процесу виробництва деталей, але й розрахувати трудомісткість виробництва. Гнучкість математичних моделей та методів проектування дозволяє адаптувати розроблену САПР до специфіки підприємства без зміни початкових кодів програми та купівлі нових модулів. Розроблена САПР у порівнянні з аналогом використовує менший обсяг ресурсів ЕОМ під час автоматизованого проектування технологічного процесу, що зменшує ступінь прив'язки САПР до сучасних ЕОМ і дає можливість використання недорогого обладнання. Можливість підключення до розробленої САПР інтегрованого модуля проектування програм для станків з ЧПК на базі системи Heidenhain дозволяє зменшити час написання програми для деталей, що розробляються у САПР, а також підвищити рівень інтеграції з виробництвом.

Економічний ефект у використанні даної розробки підтверджений актами впровадження і складає 30.000 грн. на одне робоче місце.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Евсеев В.В. Метод декомпозиций сборочного чертежа на базе нечетких множеств // Технология приборостроения. - 2006. - № 2. - С. 40-45.

Литвинова Є.І., Євсєєв В.В., Невлюдова В.В., Хіль М.І. Автоматизована система визначення технічно обґрунтованих норм праці та трудомісткості виготовлення виробів // Технология приборостроения. - 2004. - № 2. - С. 30-37.

Невлюдов И.Ш., Плотникова З.В., Евсеев В.В. Модель идентификаций конструкторско-технологических элементов второго уровня // Радиотехника. - 2007. - № 151. - С. 278-282.

Невлюдов И.Ш., Полушкин В.Т., Литвинова Е.И., Евсеев В.В. Автоматизированная система учета научно-обоснованных норм труда и трудоемкости изготовления продукции // Вісті Академії інженерних наук України. - 2004. - № 4(24). - С. 139-145.

Невлюдов И.Ш., Литвинова Е.И., Евсеев В.В., Жуванова Ю.В.Автоматизация технического нормирования технологических операций в САПР // Вісті Академії інженерних наук України. - 2005. - № 3(26). - С. 81-86.

Невлюдов И.Ш., Литвинова Е.И., Евсеев В.В., Пономарева А.В. Применение методов адаптивного и нового планирования для решения задач автоматизированной технологической подготовки производства // Вісті Академії інженерних наук України. - 2006. - № 3(30). - С. 178-182.

Невлюдов И.Ш., Литвинова Е.И., Евсеев В.В. Решение задачи автоматизации нормирования труда на машиностроительном предприятии // 2-й Международный радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития. - Харьков, Украина, сентябрь 19-23. - 2005, Т.1. -С. 134-137.

Nevludov I.Sh., Litvinova E.I., Evseev V.V., Ponomarjova A.V. Application of adaptive and new planning methods to solve computer-aided manufacturing problems // Proceeding of IEEE East-West Design & Test Workshop (EWDTW'06), Sochi, Russia, September 15-19. - 2006. - P. 472-476.

9. Nevludov I.Sh., Litvinova E.I., Evseev V.V. Solving of computer-aided manufacturing problems // Proceedings of the IXth International Conference CADSM 2007, Lviv-Polyana, Ukraine, February 20-24. - 2007. - P. 543-545.

АНОТАЦІЯ

Євсєєв В.В. Моделі та методи автоматизації проектування технологічного процесу формоутворення деталей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2008.

Дисертація присвячена розробці моделей, методів автоматизації технологічного процесу формоутворення виробів. На основі теорії нечітких множин запропоновано модель декомпозиції складального креслення відповідно до ЄСКД на деталі типів “об'єкт обертання”, “корпус”, “стрічка”, розроблено граф декомпозиції за лінгвістичними змінними. На базі об'єктів обертання побудовано математичну модель декомпозиції деталі на конструкторсько-технологічні елементи першого та другого рівня. Розроблена математична модель має велику гнучкість застосування для різних типів виробництва. На базі розпізнаних конструкторсько-технологічних елементів удосконалено методи автоматизації технологічного процесу формоутворення деталей, що дозволяє інтегрувати знаходження оптимального маршруту графа і моделювання технологічного процесу. Розроблена модель формалізації операційного переходу об'єднує геометричні параметри КТЕ на базі нечітких множин із технологічними особливостями, властивими всім видам переходів під час виготовлення виробів.

Ключові слова: технологічний процес, конструкторсько-технологічні елементи, формоутворення деталей, складальне креслення, нечіткі множини, лінгвістичні змінні.

АННОТАЦИЯ

Евсеев В.В. Модели и методы автоматизации проектирования технологического процесса формообразования деталей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 - системы автоматизации проектных работ. -Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2008.

Диссертация посвящена разработке моделей, методов автоматизации технологического процесса формообразования изделий. В основе исходных данных лежит сборочный чертеж изделия (нулевого уровня), выполненный в современной САПР. В соответствии с ЕСКД существуют 71,72,73,74,75 классы деталей. Для проведения исследования и отработки методов были выбраны наиболее часто встречающиеся типы деталей, которые изготавливаются в общих отраслях радиоприборостроения и составляют в среднем до 90 - 91% от всех деталей. Для декомпозиции 3-D модели сборочного чертежа и выделения в ней конструкторско-технологических элементов предложена модель декомпозиции на базе нечетких множеств и лингвистического описания для класса деталей следующих типов: “объект вращения”, “лента”, “корпус”.

На базе предложенной модели на основе топологических и геометрических особенностей конструкторско-технологических элементов и их верификации в соответствии с предопределенными правилами построен граф декомпозиции сборочного чертежа по лингвистическим правилам и разработан алгоритм декомпозиции сборочного чертежа с использованием четкой степени принадлежности параметров.

На базе распознанных конструкторско-технологических элементов был выбран семьдесят первый класс деталей тел вращения, выделенных в три типовые группы, которые объединяют в среднем 67% всех деталей, изготовляемых в общих отраслях радиоприборостроения. Они разделятся следующим образом: валы, оси, стержни и вал-шестеренки ? 16,5%; диски, колеса, кольца, зубчатые колеса - 26,5%; втулки, цилиндры - 24%. Таким образом, проводимое исследование затрагивает большую часть деталей радиоприборостроения. Для декомпозиции деталей на конструкторско-технологические элементы предложена математическая модель описания геометрических свойств (первого и второго уровня) на базе теории нечетких множеств, формализованная с помощью лингвистических переменных. Было отобрано тридцать семь конструкторско-технологических элементов, наиболее распространенных в современных САПР. На базе предложенной математической модели построен граф структурного деления деталей на конструкторско-технологические элементы первого и второго уровня, и построены графы структурного деления по ряду признаков. Разработанная математическая модель обладает большой гибкостью применения для разных типов производства, что позволяет упростить распознавание конструкторско-технологических элементов и уменьшить затраты времени при проектировании.

Усовершенствован метод автоматизации проектирования технологического процесса на базе распознанных конструкторско-технологических элементов, позволяющий проводить моделирование на любой стадии формообразования заготовки. Усовершенствованный метод учитывает оптимальное построение последовательности операционных переходов, что позволяет находить оптимальный маршрут графа и проектировать технологический процесс. Предложен метод формализации операционного перехода, который объединяет геометрические параметры конструкторско-технологических элементов на базе нечетких множеств с технологическими особенностями (точность, шероховатость, материал режущего инструмента), присущими всем видам переходов с возможностью нормирования трудоемкости по таблицам научно-обоснованных норм труда. Это позволяет создать универсальную модель технологического процесса для интегрированных САПР. Экспериментальные исследования разработанной САПР показали наглядное сокращение потерь времени на этапе проектирования 3D-модели и технологического процесса, а также возможность исключения этапа передачи данных из САПР К в САПР ТП и возможность интеграции разработанной САПР с системами ЧПУ.

Ключевые слова: технологический процесс, конструкторско-технологический элемент, формообразование деталей, сборочный чертеж, нечеткие множества, лингвистические переменные.

ABSTRACT

Evseev V. V. Models and methods of automation designing the technological process of shaping the details. - Manuscript.

Thesis for candidate of technical sciences` degree on the speciality 05.13.12 - computer aided design works systems. - Kharkiv National University of Radioelectronics, Kharkiv, 2008.

The work is devoted the development of models, methods of automation designing the technological process of shaping the details. On the basis of fuzzy-set theory the mathematical model of decompositions the mechanical drawing is offered in accordance with USCD (uniform system of computer documentation) on the detail type object of rotation, body, type ribbon. The graph of decompositions has been developed using the linguistic variables. On the basis of object the rotation the mathematical model of the identification of thirty seven main types of engineering and design elements of this type has been built. The designed mathematical model has a great flexibility of application for the different types of production. The graph of decompositions the elements of first and second levels has been built on this model. It allows simplifying the identification of engineering and design elements and decreasing the time costs during designing, regulation and production of the detail. The proposed mathematical model of operation branch unifies the geometrics DTE (design technological element) on the basis of fuzzy-set with technological properties that reside to all types of transfers during the details production.

Key words: technological project, design elements, details shaping, assembly drawing, fuzzy-set, linguistic variables.

Размещено на Allbest.ru