Автоматизация технологической подготовки производства для малых инновационных предприятий в машиностроении

Рис. 9. Функциональная схема виртуальной лаборатории

Однако, в рыночной экономике возникает возможность появления нового механизма обеспечения предприятий необходимыми сборными приспособлениями для металлообработки через создание региональных коммерческих центров внедрения УСП (РЦ УСП) на базе МИП при университетах (по 217 ФЗ от 02.08.09).

Стоит отметить следующие моменты, создающие эту возможность:

1. Срок службы комплекта УСП от 12 до 15 лет.

2. Один комплект УСП, в зависимости от комплектации, позволяет собирать до 1000 приспособлений в год.

3. Существует потребность в качественных станочных приспособлениях, гарантирующих требуемую точность, как у малых, так и у крупных машиностроительных предприятий.

4. Глобальная сеть Интернет предоставляет возможность существенно сокращать время заказа, сборки и доставки приспособления заказчику.

5. Наличие централизованного хранилища и специалистов по проектированию и сборке УСП позволит достичь стабильного качества агрегатирования.

Учитывая данные особенности, в работе были рассмотрены аспекты создания таких региональных центров, а также методы эффективной организации автоматизированной системы информационного обеспечения, проектирования и сборки оснастки на основе УСП.

На рис. 10 представлена предлагаемая схема взаимодействия региональных центров внедрения УСП с машиностроительными предприятиями.

Рис. 10. Схема взаимодействия региональных центров УСП с машиностроительными предприятиями

РЦ УСП является хранителем комплектов УСП и знаний по технологической оснастке. Его основной задачей является предоставление коммерческих услуг по изготовлению, доставке и предоставлению в аренду сборных технологических приспособлений из УСП. Основой функционирования такого центра является автоматизированная система управления, включающая ряд задач по управлению складом, сетевому взаимодействию с заказчиками, управлению информационными потоками внутри центра для взаимодействия его подразделений.

Автоматизированная система строится как комплекс, в основе которого лежит электронная база данных, содержащая сведения о количестве элементов УСП, их резервировании и использовании в собранных приспособлениях, а также сведения о заказчиках. Исследования показали, что наилучшим способом разработки подобной системы является применение модифицируемых информационных комплексов, таких как «1С Торговля и склад».

Эти системы характеризуются отлаженными СУБД, настраиваемыми интерфейсами и возможностями создания надстроек. Инженерная часть была представлена одной из отечественных CAD-систем (КОМПАС-3D V12).

На рис. 11 представлен алгоритм взаимодействия рассматриваемой автоматизированной системы с заказчиками.

Рис. 11. Алгоритм взаимодействия автоматизированной системы РЦ УСП с заказчиками

Алгоритм показывает движение информационных потоков от начала заказа технологической оснастки из УСП до возврата использованного приспособления в центр. Также в работе рассматривается экономическое обоснование создания РЦ УСП, что является концепцией коммерчески прибыльной бизнес-идеи, реализация которой может решить на уровне региона проблему обеспечения машиностроительных предприятий качественной технологической оснасткой.

Также в работе рассматриваются вопросы разработки и применения систем мониторинга научно-технической информации в Интернет в области конструкторско-технологической подготовки производства в деятельности МИП.

В настоящее время основным источников конструкторско-технологической информации, наряду с традиционными (справочники, базы данных, нормативные документы и др.), становится Интернет. Ресурсы сети Интернет особенно актуальны для МИП, т.к. они не имеют возможности содержать отделы со справочниками и актуальными стандартами. Информация в Интернет характеризуется избыточностью, повторяемостью, высокой степенью зашумленности и низким соответствием запросу. Поиск необходимой и релевантной в изучаемой области информации зачастую требует существенных временных затрат. Динамическое изменение и увеличение объемов информации требует систематизации и структурирования. В связи с этим, возникает необходимость осуществления в Интернет быстрого поиска, мониторинга и анализа информационных ресурсов в области конструкторско-технологической информации, призванные помочь осуществить накопление и обработку знаний инженеров в области машиностроения при решении ими различного рода задач.

Для решения поставленных проблем в исследовании проводилась разработка автоматизированной интеллектуальной системы нового типа с использованием многоагентной стратегии, позволяющей проводить проблемно-ориентированный поиск в Интернет и предоставлять пользователю документы релевантные не только к поисковому запросу, но и к выбранному направлению.

В общем виде модель информационно-поискового запроса в выбранной предметной области Zp можно представить в виде кортежа:

Zp=<OP, RT, TZ, PS>,

где OP - описание конструкций запросов поисковых систем, RT - математический ретранслятор универсального языка в языки внешних поисковых систем, TZ - тезаурус предметной области, PS - поисковая схема.

OP представлет собой набор правил позволяющих интерпретировать запросы на универсальном языке из поисковой схемы в набор уникальных запросов к конкретным поисковым системам.

OP=<VO, AD, PA>,

где VO={ID, MA, PR} - массив операций понимаемых внешней поисковой системой с указанием следующих параметров: идентификатор соответствующей операции на универсальном языке ID; маска для определения синтаксической конструкции операции MA; приоритет операции при анализе запроса во внешней поисковой системе PR. AD - информация об адресе поисковой системы, PA - информация о параметрах принимаемых ей.

Тезаурус предметной области математически описывается в виде множества тематических блоков Tn, включающих термины ti, связанные с предметной областью.

TZ={T1, T2, ..., Ti},

где Ti{t1, t2, ..., ti}.

Поисковая схема PS представляет собой составленное экспертом множество выборок термов V из тезауруса TZ, дополненную связями SV в виде универсальной логики поисковых машин, ее можно описать в виде множества:

PS={V{t1, t2, ..., ti}, SV}.

Первичный индекс документов содержит информацию о документе D, которую можно описать следующим образом:

где n - число слов в документе, SLi - i-тое слово в документе, Р1 - позиция i-того слова в документе, Р2 - позиция i-того слова в абзаце, Р3 - позиция i-того слова в предложении, NA - номер абзаца i-того слова в документе, NР - номер предложения i-того слова в документе, GR - набор граммем i-того слова (род, число, падеж и пр.), L - набор возможных лемм для i-того слова, Т1 - тип блока i-того слова (обычный текст, уровень заголовка), Т2 - тип выделения i-того слова (жирный, курсив и пр.).

На основе предложенного подхода была разработана автоматизированная система, настроенная на работу с данными по конструкторско-технологической информации в интересах МИП. В качестве информационной основы системы используется разработанная онтология основных понятий предметной области, представленной в виде семантической сети. Система применяется в работе нескольких региональных МИП, а также в научном и учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ».

С применением результатов диссертационного исследования при ФГБОУ ВПО «БГТУ» был создан ИЦ ВТМ, являющийся центром компетенции в области машиностроения и обеспечивающий консультационную и информационно-техническую поддержку деятельности машиностроительных МИП региона в освоении производства инновационной продукции.

В шестой главе описывается применение разработанных методик, подходов и автоматизированных систем в условиях МИП.

Рассмотрено применение виртуальных моделей оборудования и инструмента в производственных процессах МИП (на примере ООО «ИЦ ВТМ»), создание виртуальных моделей технологического оборудования, приспособлений и инструмента, показано применение разработанных автоматизированных систем и подходов в подготовке производства наукоемких изделий на примере детали «Фланец синхротрона».

При изготовлении этого изделия была применена методика автоматизации технологической подготовки производства, рассмотренная в диссертационной работе. Были проведены следующие этапы подготовки производства и изготовления:

1. Выбор метода получения заготовок и изготовление заготовок.

2. Разработка 3D-модели детали.

3. Распознавание КТЭ и формирования КТМ детали (глава 3).

4. Передача КТМ детали в САПР ТП «ТехноПро» (глава 3).

5. Автоматизированная разработка техпроцесса на изделие.

6. Автоматизированный подбор инструмента для точения и назначение режимов резания (глава 4).

7. Выбор инструментальной стратегии обработки осевого отверстия (глава 4).

8. Разработка управляющей программы.

9. Отработка процесса изготовления на виртуальных моделях оборудования и инструмента.

10. Изготовление пробного образца изделия.

В приложении представлены акты о внедрении полученных результатов на ряде МИП региона. Проведенный анализ результатов внедрения подтвердил адекватность полученных моделей и алгоритмов, а автоматизированные системы возможно рекомендовать к применению в условиях машиностроительных МИП и других предприятий, а также в учебном процессе технических вузов.

Заключение

1. Проведенные диссертационные исследования показали, что традиционный подход к ТПП для крупных машиностроительных предприятий, в условиях МИП машиностроения, себя не оправдывает по причинам широкого применения в МИП современного высокотехнологичного оборудования и инструмента с новыми возможностями, небольшого инженерного коллектива с ограниченным коллективным опытом, сжатыми сроками на технологическую подготовку и производство изделий, высокого уровня кооперации, отсутствии возможностей приобретать дорогостоящие многофункциональные CAD/CAM/CAE-системы и переподготавливать кадры на регулярной основе. Как следствие, такие машиностроительные МИП имеют несистематизированный процесс технологической подготовки производства без его комплексной автоматизации, но, как правило, с применением недорогих широко распространенных коммерческих автоматизированных систем и программных комплексов.

2. В работе предложены новые решения, позволяющие организовать и комплексно автоматизировать процесс технологической подготовки производства для современного высокотехнологичного оборудования с применением в производственном процессе последних достижений науки и техники. В основе предложенных решений лежит разработанный метод организации АСТПП машиностроительных МИП на основе пересмотра традиционных этапов технологического проектирования и разработки новых моделей, алгоритмов и программных комплексов для комплексной автоматизации процесса ТПП МИП, заключающийся в выделении этапов интеграции САПР ТП и CAD-систем, подбора современного высокопроизводительного инструмента, выбора стратегий обработки, как объектов автоматизации с целью снижения производственных затрат машиностроительных МИП и повышении конкурентоспособности выпускаемых изделий.

3. Для автоматизации процесса подготовки исходных данных для автоматизированного проектирования технологических процессов с ориентацией на отечественные САПР ТП разработан метод автоматического распознавания конструкторско-технологических элементов (КТЭ) из 3D-модели и 2D-чертежа на основе графа декомпозиции, заключающийся в выделении КТЭ из геометрически заданных поверхностей, линий, сплайнов 3D-модели детали и 2D-чертежа в стандартных форматах обмена данными с применением предложенной математической модели на основе нечетких множеств для формализованного описания КТЭ. Разработан программный комплекс для декомпозиции геометрической 3D-модели детали и 2D-чертежа на КТЭ и построения конструкторско-технологической модели детали (КТМ), а также её передачи в САПР ТП «ТехноПро», позволяющий в условиях машиностроительных МИП существенно сократить время на подготовку исходной информации для технологического проектирования.

4. Предложен метод автоматизированного подбора рационального металлорежущего инструмента, заключающийся в автоматическом анализе распознанной КТМ детали для выявления наиболее рациональных по геометрическим инструментов и ранжировании полученного списка на основе использовании теории решения многокритериальных задач на нечетком множестве альтернатив для выбора наиболее подходящих из них в заданных условиях. Разработана автоматизированная система подбора рационального металлорежущего инструмента, на примере токарного инструмента со сменными неперетачиваемыми пластинами, позволяющая, при применении в ТПП машиностроительных МИП, существенно снизить затраты на приобретение инструмента и повысить эффективность металлообработки.

5. Для учета новых возможностей современного высокотехнологичного металлообрабатывающего оборудования и инструмента в ТПП машиностроительных МИП предложено и обосновано введение понятий инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей. Разработан метод выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей деталей, позволяющий автоматически генерировать возможные варианты обработки указанных элементов с учетом возможностей современного инструмента и оборудования и рассчитывать для них экономические затраты на обработку. Разработан метод выбора кинематической стратегии обработки поверхностей деталей, позволяющий выбирать траекторию движения режущего инструмента в процессе формообразования на основе автоматизированного анализа условий обработки с передачей полученных данных в CAM-системы для разработки управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ. Создан программный комплекс по выбору инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей, применение которого в ТПП машиностроительных МИП позволяет повысить производительность обработки и существенно снизить себестоимость продукции.

6. Для решения проблем в ТПП машиностроительных МИП (решение которых выходит за пределы возможностей МИП), связанных с недостаточной компетенцией в области применения современного оборудования и инструмента, с переподготовкой кадров, с обеспечением сборной технологической оснасткой в работе обосновано создание интеграционных структур нового типа для поддержки деятельности машиностроительных МИП в рамках отдельных регионов в виде инновационных центров высоких технологий в машиностроении при технических университетах (в том числе предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г.) и региональных центров УСП, как самостоятельных структур с предложенной и обоснованной архитектурой автоматизированной системы управления их деятельности. При ФГБОУ ВПО «БГТУ» был создан ИЦ ВТМ, являющийся центром компетенции в области машиностроения и обеспечивающий консультационную и информационно-техническую поддержку деятельности машиностроительных МИП региона в освоении производства инновационной продукции.

7. Для решения актуальных задач проведения различных экспертиз, измерений, оценок, произведенной в условиях машиностроительных МИП продукции с целью коррекции технологических процессов ее изготовления, на таком специализированном оборудовании, как измерительные комплексы, микроскопы, испытательные установки, предложен и обоснован метод построения автоматизированных систем научных исследований для удаленного доступа МИП к указанному оборудованию через сеть Интернет на основе микропроцессорных систем управления рабочими органами оборудования и программного комплекса, выполняющего преобразование команд удаленных операторов в команды управления оборудованием. Новизна предложенного метода заключается в применении технологий удаленного доступа через Интернет к специализированному машиностроительному оборудованию в интересах машиностроительных МИП. Предложенный метод построения АСНИ с возможностью коллективного доступа апробирован на примере созданной АСНИ на базе металлографического микроскопа Leica Dmirm с предоставлением коллективного доступа для МИП, используемой для проведения металлографических исследований специалистами региональных МИП. В отличие от существующей схемы исследований, экспертный анализ образцов проводится работниками МИП, а не собственника оборудования, что существенно снижает затраты МИП на проведение исследований.

8. Результаты проведенных исследований внедрены на ряде машиностроительных МИП. Применение предложенных в работе методик и программных комплексов позволило снизить сроки ТПП в среднем на 20…30%, уменьшить затраты на инструмент 15…25%, уменьшить машинное время изготовления деталей на 30…50%.

Полученные результаты нашли применение в учебном процессе ФГБОУ ВПО «БГТУ», в том числе по программам дистанционного университета.

Литература

1. Аверченков А.В. Применение многоагентных технологий в автоматизации мониторинга и анализа распределенной информации в Интернет / Аверченков В.И., Аверченков А.В., Леонов Е.А., Кравцов Д.В. // Известия ТулГУ. Серия Технологическая системотехника. Вып. 14. Труды участников Пятой международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника - 2006». - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - С. 33-42.

2. Аверченков А.В. Высокие технологии в машиностроении как новые механизмы взаимодействия науки, образования и промышленных предприятий/ Аверченков В.И., Аверченков А.В. // Справочник. Инженерный журнал. - 2009. - № 10. - С.38-44.

3. Аверченков А.В. Автоматизация выбора оптимального режущего инструмента для многофункционального технологического оборудования с ЧПУ / Аверченков А.В., Терехов М.В. // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 1 (25). - С. 13-21.

4. Аверченков А.В. Создание виртуальной модели станка DMU 125 P duoBLOCK в системе VERICUT / Аверченков В.И., Беспалов В.А., Шкаберин В.А., Аверченков А.В., Терехов М.В., Парихина Е.А. // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 2 (26). - С. 66-73.

5. Аверченков А.В. Автоматизация формирования управляющих программ для многофункциональных станков с ЧПУ на основе выбора оптимальной стратегии обработки/ Аверченков А.В., Симуни А.Е. // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 2 (26). - С. 15-21.

6. Аверченков А.В. Подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ в интегрированной САПР Pro/ENGINEER с применением виртуальных моделей оборудования, режущего инструмента и станочных приспособлений/ Аверченков А.В., Симуни А.Е., Терехов М.В., Шкаберин В.А. // Информационные системы и технологии - 2010. - №4 (60). - С. 89-94.

7. Аверченков А.В. Аспекты автоматизации производственных процессов малого инновационного машиностроительного предприятия/ Аверченков А.В., Аверченкова Е.Э // Информационные системы и технологии. - 2010. - №3 (59). - С. 109-116.

8. Аверченков А.В. Автоматизированная подготовка производства инновационных изделий в условиях малых машиностроительных предприятий/ Аверченков А.В., Аверченкова Е.Э. // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 3 (27). - С. 49-57.

9. Аверченков А.В. Программно-аппаратный комплекс виртуальной лаборатории для микроструктурного и микрогеометрического анализа / Аверченков А.В., Чмыхов Д.В., Филиппов Р.А., Пыриков И.Л., Дорош А.П. // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2010. - № 3 (27). - С. 78-83.

10. Аверченков А.В. Механизмы создания региональных центров универсально-сборочных приспособлений для решения задачи обеспечения качественной технологической оснасткой малых инновационных предприятий/ Аверченков А.В., Ильицкий В.Б. // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2011. - № 1 (29). - С. 91-94.

11. Аверченков А.В. Автоматизация выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей/ Аверченков А.В., Терехов М.В., Мартыненко А.А. // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (30) - С. 86-92.

12. Аверченков А.В. Математическое обеспечение процедуры выбора оптимального режущего инструмента / Аверченков А.В., Терехов М.В., Мартыненко А.А. //Инфор-мационные системы и технологии. - 2011. - №5 (67). - С. 5-10.

13. Аверченков А.В. Кинематическая и инструментальная стратегии обработки конструкторско-технологических элементов деталей / Аверченков А.В. // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2011. - № 9 (82). Выпуск 11. - С. 126-130.

14. Аверченков А.В. Повышение эффективности виртуальной подготовки производства на основе выбора оптимального режущего инструмента и стратегий обработки / Аверченков А.В. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2011. - №3. Том 17. - С. 767-774.

15. Аверченков А.В. Малые инновационные предприятия в сфере наукоемкого машиностроительного производства / Аверченков А.В., Терехов М.В., Мартыненко А.А. // Справочник. Инженерный журнал. - 2011. - №11. - С. 54-56.

16. Аверченков А.В. Автоматизация процедуры выбора современного фрезерного металлорежущего инструмента / Аверченков А.В., Кукло Е.Ю// Вестник Брянского государственного технического университета. - 2011. - № 4 (32). - С. 81-85.

17. Аверченков А.В. Автоматизированная подготовка производства малого машиностроительного предприятия / Аверченков А.В., Аверченкова Е.Э. // Известия ТулГУ. - 2011. - Вып. 6. - Тула: Изд-во ТулГУ. - С. 250-255.

18. Аверченков А.В. Инновационные центры высоких технологий в машиностроении: монография/ Аверченков В.И., Аверченков А.В., Беспалов В.А., Шкаберин В.А., Казаков Ю.М., Симуни А.Е., Терехов М.В.; под общ. ред. Аверченкова В.И., Аверченкова А.В. - Брянск: БГТУ, 2009. - 180 с.

19. Аверченков А.В. Автоматизация выбора режущего инструмента для станков с ЧПУ: монография / Аверченков В.И., Аверченков А.В., Терехов М.В., Кукло Е.Ю.// [Текст]+[Электронный ресурс]. - Брянск: БГТУ, 2010. - 148с.

20. Аверченков А.В. Патент на полезную модель «Аппаратно-программный комплекс для управления удаленным оптическим микроскопом» / Аверченков А.В., Аверченков В.И., Филиппов Р.А., Чмыхов Д.В.// №110842 от 27.11.2011 г.

21. Аверченков А.В. Использование системы T-Flex "ТехноПро" для решения технологических задач // Материалы международной молодежной научной конференции "XXVII Гагаринские чтения". - М.: Латмэс, 2001. - Т.3. - С. 97-98.

22. Аверченков А.В. Разработка автоматизированной системы проектирования ТП на основе обменного формата "ФОКТИ" // Материалы международной молодежной научной конференции "XXVIII Гагаринские чтения". - М: Латмэс, 2002.- Т.7. - С. 167-168.

23. Аверченков А.В. Автоматизация процедур обмена конструкторско-технологической информацией о проектируемых деталях на этапах жизненного цикла изделия / Аверченков А.В., Казаков П.В. // Сб. материалов 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава. - Брянск: БГТУ, 2002. - С. 257-258.

24. Аверченков А.В. Обеспечение качества технологического проектирования в условиях интегрированных САПР // Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение.: Сб. тр. междунар. науч.-техн. конф. - Брянск: БГТУ, 2003. - С. 131-134.

25. Аверченков А.В. Применение стандартов CALS для обмена информацией между CAD и САПР ТП/ Ильицкий В.Б., Аверченков А.В. // Сборник трудов научно-практической конференции "Практика и перспективы применения ИПИ-технологий в производстве: Ульяновск: УГТУ, 2004. - С.83-87.

26. Аверченков А.В. Автоматизация распознавания и идентификации конструкторско-технологических элементов деталей в интегрированных САПР / Аверченков В.И., Аверченков А.В. // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2005. - №4. - С. 7-15.

27. Аверченков А.В. Разработка автоматизированной системы мониторинга и анализа распределенной информации в сети Интернет на основе мультиагентной стратегии / Аверченков А.В., Леонов Е.А., Кравцов Д.В. // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии: информационные системы и технологии». - 2008. - №1 - 4/269 (544). - С. 127-133.

28. Аверченков А.В. Использование советующей системы для решения проблемы выбора стратегий обработки элементарных поверхностей в интегрированных САПР / Аверченков А.В., Мартыненко А.А. // Единое образовательное пространство славянских государств в XXI веке: Проблемы и перспективы: Материалы III Междунар. науч. -практ. конф. (2-3 апр.2009 г., г. Брянск) / под ред. В.И. Аверченкова. - Брянск: БГТУ; СГА, 2009. - Т.2 - С. 165-167.

29. Аверченков А.В. Принципы построения и использования высоких технологий в машиностроении / Аверченков В.И., Аверченков А.В. // Наука и производство - 2009: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (19-20 марта 2009 г., г. Брянск): в 2 ч./ под ред. С.П. Сазонова, П.В. Новикова. - Брянск: БГТУ, 2009. - Ч.2. - С. 104-107.

30. Аверченков А.В. Организация коллективного доступа к высокотехнологичному оборудованию в инновационных центрах [Текст]. Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях: Материалы Междунар. науч. - практ . конф. (16-18 ноября 2009 г.,

г. Брянск) / под ред. В.И. Аверченкова. - Брянск, 2009. - С. 46-47.

31. Аверченков А.В. Автоматизация производственных процессов в деятельности малого инновационного машиностроительного предприятия/ Аверченков А.В., Аверченкова Е.Э. // Информационные технологии в науке, образовании и производстве. ИТНОП-2010: материалы IV-й Международной научно-технической конференции, г. Орел, 22-23 апреля 2010 г. - в 5-ти т. Т. 3 / под общ. ред. д-ра техн. наук проф. И.С. Константинова. - Орел: ОрелГТУ, 2010. - С. 3-9.

32. Аверченков А.В. Автоматизация процедур выбора стратегий обработки деталей в условиях малых инновационных предприятий / VII Международная конференция «Стратегия качества в промышленности и образовании» - Т. 1: Варна, Болгария, 2011. - С. 12-14.

Размещено на Allbest.ru