Харьковский национальный автомобильно–дорожный университет

Вид материала

Диссертация

Содержание Перечень условных обозначений 9 Раздел 2. теоретические основы системно-информаци-онного моделирования 95 Раздел 3. системно-информационный анализ механообработки на этапах жизненного цикла Раздел 4. синтез компьютерно-интегрированных технологий на базе системно-информационных Раздел 5. методология использования Раздел 6. синтез комьютерно-интегрированных Раздел 7. практическая реализация результатов исследования 323 Приложение в 431 V – скорость резания, (м/мин) S Sпрод – продольная подача на оборот детали, (мм/об) S Sверт – подача на глубину шлифования за оборот стола, детали, (мм/об) t Актуальность темы. Связь работы с научными программами, планами, темами. Цель и задачи исследования. Объектом исследования Методика проведения исследований. Научная новизна полученных результатов. Практическое значение полученных результатов. Личный вклад соискателя. Апробация результатов диссертации. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Харьковский Национальный Автомобильно Дорожный Университет (хнаду) факультет «Управления, 18.17kb.
• Дорожный Технический Университет (мади) г. Москва, Ленинградский проспект, д. 64, программа, 39.53kb.
• Харьковский национальный университет радиоэлектроники 16-й Международный молодежный, 186.29kb.
• Харьковский национальный университет радиоэлектроники 15-й Юбилейный Международный, 181.2kb.
• Харьковский национальный университет радиоэлектроники 15-й Юбилейный Международный, 149.33kb.
• Харьковский национальный университет радиоэлектроники 15-й Юбилейный Международный, 149.03kb.
• Белгородский государственный национальный исследовательский университет харьковский, 30.89kb.
• Математическое моделиРование процессов регулирования движения транспортных потоков, 234.61kb.
• Перспективное планирование мероприятий на основе данных анализа дтп, по обеспечению, 34.73kb.
• Харьковский национальный университет имени, 88.18kb.

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АВТОМОБИЛЬНО–ДОРОЖНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


На правах рукописи


ЛУЦКИЙ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ


УДК 621.9.05


ОСНОВЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА

КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНООБРАБОТКИ НА БАЗЕ

СИСТЕМНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ


05.02.08 –технология машиностроения


Диссертация на соискание ученой степени

доктора технических наук


Научный консультант

доктор технических наук, профессор

ТЕРНЮК Николай Эммануилович


Харьков –2010

СОДЕРЖАНИЕ


ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 9

ВВЕДЕНИЕ 11

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ. 28

1.1. Методологические основы компьютерно-интегрированных

технологий 28

1.1.1. Современное состояние, тенденции и перспективы развития компьютерно-интегрированных технологий 28

1.1.2. Этапы развития автоматизации механообработки 36

1.1.3. Концепция компьютерно-интегрированного
производства 40

1.1.4. Системная формализация компьютерно-интегрированного производства 45

1.1.5. Функционально-целевые структуры механообработки 47

1.1.6. Этапы жизненного цикла изделий….. 53

1.1.7. Структура синтеза компьютерно-интегрированного57

производства 57

1.1.8. Классификация моделей синтеза компьютерно-
интегрированного производства 61

1.1.9. Уровни сложности структурного синтеза производственно-

технологических структур механообработки 64

1.1.10. Интегрированная информационная система 68

1.1.11. Интегрированные автоматизированные системы
управления (ИАСУ) 73

1.2. Особенности современного состояния классической
теории информации 75

1.3. Общий подход к исследованию проблемы 81

1.4. Методика исследования 88

1.5. Постановка задач исследования 91

Выводы 93


РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНО-ИНФОРМАЦИ-ОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 95

2.1. Информация, информационные процессы и системы 95

2.2. Стратегия формирования концепции развития системно-информационного моделирования. 103

2.3. Методология развития системно-информационного

моделирования 107

2.4.Информационные источники систем. 110

2.5. Мера информации при исследовании систем. 115

2.6. Системно-информационное моделирование. 127

2.7. Комплексная системно-информационная модель 131

2.8. Порог чувствительности свойств объектов в информационных

процессах. 140

2.9. Связь энергии и информации в информационных процессах

замкнутых систем. 144

2.10. Многомерные информационные структуры процессов
и систем. 146

2.11. Системно-информационное моделирование в теории систем 158

2.12. Системно-информационные моделирование в теории
механизмов и маши 166

Выводы 171

РАЗДЕЛ 3. СИСТЕМНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНООБРАБОТКИ НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

ИЗДЕЛИЙ 173

3.1. Системно-информационный анализ функционирования компьютерно-интегрированных технологий 173

3.2. Системно-информационный анализ этапа конструирования

изделий 179

3.3. Системно-информационный анализ кинематических,

динамических и точностных характеристик механизмов на этапе

конструирования изделий 180

3.4. Системно-информационное согласование параметров и

точности обработки деталей на этапе технологической подготовки

производства 188

3.5. Системно-информационный анализ погрешностей

механообработки 190

3.5.1. Системно-информационный анализ погрешностей,

возникающих вследствие геометрических неточностей станка 190

3.5.2. Системно-информационный анализ погрешностей,

возникающих вследствие настройки технологической системы
на размер 191

3.5.3. Системно-информационный анализ погрешностей,

возникающих вследствие измерения деталей 193

3.5.4. Системно-информационный анализ погрешностей
обработки, вызываемых размерным износом инструмента 195

3.5.5. Системно-информационный анализ погрешностей

температурных деформаций при обработке деталей. 196

3.6. Системно-информационный анализ качества поверхностей

деталей при механообработке 198

3.7. Системно-информационный анализ допусков на размеры,

отклонения от геометрической формы и расположения поверхностей 203

3.8. Системно-информационный анализ свойств элементов
процесса обработки резанием 205

3.9. Системно-информационный анализ технологических

процессов механообработки 215

Выводы 221

РАЗДЕЛ 4. СИНТЕЗ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА БАЗЕ СИСТЕМНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ

МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ РЕЗАНИЕМ 225

4.1. Системно-информационные модели погрешностей
формообразования 225

4.2. Системно-информационные модели процессов резания 232

4.2.1. Системно-информационные модели точения. 232

4.2.2. Системно-информационные модели фрезерования. 236

4.2.3. Системно-информационные модели строгания. 238

4.2.4. Системно-информационные модели сверления,
зенкерования и развертывания. 239

4.2.5. Системно-информационные модели протягивания. 242

4.2.6. Системно-информационные модели зубофрезерования. 245

4.2.7. Системно-информационные модели резьбонарезания. 246

4.2.8. Системно-информационные модели шлифования. 252

4.2.9. Синтез компьютерно-интегрированных технологий на базе

системно информационных моделей формообразования резанием 255

Выводы 257

РАЗДЕЛ 5. МЕТОДОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СИСТЕМНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ
НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ 261

5.1. Основы методологии решения информационных задач 261

5.2. Основные показатели использования системно-

информационных моделей на этапе НИОКР. 263

5.3. Основные показатели использования системно-

информационных моделей на этапе технологических разработок. 270

5.4. Системно-информационные критерии интенсивности

переработки информации при формообразовании 276

5.5. Основные положения методологи использования системно-информационных моделей в технологии машиностроения 283

5.6. Инженерные методики расчета режимов резания на основе системно-информационных моделей 285

5.6.1. Точение 285

5.6.2. Сверление, зенкерование и развертывание 287

5.6.3. Фрезерование 288

Выводы. 289


РАЗДЕЛ 6. СИНТЕЗ КОМЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНООБРБОТКИ НА БАЗЕ СИСТЕМНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР 292

6.1. Постановка задачи синтеза компьютерно-интегрированных
технологий машиностроения на базе системно-информационных моделей 292

6.2. Постановка задачи синтеза производственно-технологических

структур на базе системно-информационных моделей 294

6.3. Переработка информации срезаемого слоя
при формообразовании 294

6.3.1. Обработка точением 301

6.3.2. Обработка фрезерованием 302

6.3.3. Обработка сверлением, зенкерованием и развертыванием 303

6.4. Разработка технологических процессов и высоко-производительных операций методом системно-информационного моделирования 304

6.5. Системно-информационные критерии оптимизации
механической обработки 308

6.6. Уровни синтеза производственно-технологических структур механообработки 310

6.7. Системно-информационное моделирование многоуровневой
и многокритериальной задачи оптимизации производственно-

технологических структур механообработки 314

Выводы 320

РАЗДЕЛ 7. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 323

7.1. Компьютерно-интегрированные технологии технологической

подготовки механообрабатывающего производства на базе системно-информационных моделей 323

7.2. Особенности конструкции и технические требования
корпусных деталей 330

7.3. Выбор производственно-технологической структуры

механообработки для изготовления корпусных деталей 334

7.4. Взаимосвязь количественных значений информации

и затрачиваемой энергии на механообработку 342

7.5. Исследование технологического процесса обработки
блок картера Д-6011М 347

7.6. Инженерная методика решения задач оптимизации режимов
резания методом определения удельной информации основного
времени механообработки для корпусных деталей 348

7.6.1. Обработка точением 348

7.6.2. Обработка сверлением, зенкерованием и развертыванием. 351

7.6.3. Обработка фрезерованием 352

7.7. Инженерная методика решения задач расчетов процесса
резания методом определения переработанной информации
формообразванием 355

7.7.1.Обработка точением 355

7.7.2. Обработка сверлением, зенкерованием и развертыванием 358

7.7.3. Обработка фрезерованием 359

7.8. Автоматизированная система информационного
экспресс-анализа технологических процессов механической обработки 362

Выводы 364


ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 367

ЛИТЕРАТУРА 371

ПРИЛОЖЕНИЯ 397

ПРИЛОЖЕНИЕ А 398

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 408

ПРИЛОЖЕНИЕ В 431

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 441

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 457

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 468

Перечень условных обозначениЙ


АСОУП – автоматизированная система оперативного управления производством

АТСС – автоматизированная транспортно-складская система

АСИО – автоматизированная система инструментального обеспечения

АСНИ – автоматизированная система научных исследований

АСУО – автоматизированная система удаления отходов

АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства

ГПМ – гибкий производственный модуль

ГПС – гибкая производственная система

ИИС – интегрированная информационная система

ИМИ – информационная модель изделия

ИМТС – информационная модель технологической системы

ИМИК – информационная модель изделия конструктора

ИМИТ – информационная модель изделия технолога

ИМИП – информационная модель изделия производства.

КИТ – компьютеризованно-интегрированные технологии

КИП – компьютерно-интегрированное производство

КИМП – компьютерно-интегрированное механообрабатывающее производство

КС – компоновочные структуры

КСИМ – комплексные системно-информационные модели

ИУС – информационно управляющие структуры

ЖЦИ – жизненный цикл изделий

ОТС – организационно-технические структуры

ПТС – производственно-технологические структуры

ПС – производственные структуры

САПР – система автоматизированного проектирования

САК – система автоматизированного контроля

СИМ – системно-информационные моделирование

СИА – системно-информационный анализ

СУБД – система управления базой данных

ТС – технологические структуры

ЧПУ – числовое программное управление

ФЦС – функционально-целевые структуры

V – скорость резания, (м/мин)

S₀ – подача на оборот шпинделя, (мм/об)

S_z – подача на зуб фрезы, (м)

S_м – подача в минуту (минутная подача), S_м = S  z  n (мм/мин)

S_рад – радиальная подача инструмента на оборот детали, (мм/об)

S_в – продольная или поперечная подача на двойной ход изделия вдоль
ширины шлифовального круга

S_поп – поперечная подача на оборот детали, (мм/об)

S_прод – продольная подача на оборот детали, (мм/об)

S_2х – подача на двойной ход стола или круговая подача на двойной ход
долбяка, (мм/об)

S_верт – подача на глубину шлифования за оборот стола, детали, (мм/об)

t – глубина резания, (мм)

n – частота вращения шпинделя, (об/мин)

n_д – частота вращения изделия, (об/мин) (на шлифовальных станках)

n_{2х пред} – число двойных ходов при предварительном и получистовом
шлифовании в минуту

n_вш – частота вращения шпинделя при вспомогательных ходах, (мм/об)

n_отк – число двойных ходов или обкатов в минуту (зубошлифование)

ВВЕДЕНИЕ


Современное машиностроительное производство характеризуется широкой компьютеризацией всех производственных процессов. В условиях рыночной экономики конкурентную борьбу успешно выдерживают только те предприятия, которые применяют в своей деятельности современные компьютерные и информационные технологии.

Для достижения экономического роста Украины и, соответственно, роста благосостояния населения главной задачей является обеспечение конкурентно-способности отечественной машиностроительной промышлен­ности на мировых рынках, в том числе и на собственном. Потребителям нужны товары высокого качества, по низким ценам и в кратчайшие сроки. Скорость выхода продукции машиностроительного производства на мировой рынок постоянно увеличивается, в то время как качество должно оставаться высоким, а цена низкой. Основной вклад в ускорение перемен, повышение качества продукции, устранение противоречий между производительностью и гибкостью, единичными технологиями и массовым производством, сохранение  низкого уровня инфляции, которые стали отличительными особенностями мировой экономики в прошедшее десятилетие, вносят компьютерно-интегрированные технологии (КИТ).  Именно КИТ, наряду с прогрессивными технологиями материального производства, позволяют существенно повышать производительность труда и качество продукции и в то же время значительно сокращать сроки постановки на производство новых изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей. Все сказанное в первую очередь относится к сложной наукоемкой продукции [2, 3]. В КИТ машиностроительной промышленности сейчас сложились три направления:

– корпоративные информационные технологии (КорпИТ), информатизи­рующие административную деятельность, финансы и управление ресурсами;

– производственные информационные технологии – ИПИ/CALS – техно­логии, обеспечивающие информационную поддержку ЖЦИ (конструи­рование, технологическое проектирование, производство, эксплуатацию, утилизацию);

– компьютерно-информационные технологии эксплуатации территории, зданий, инженерной инфраструктуры (КИТ) (тепловых, газовых, энергети­ческих, канализационных, телекоммуникационных, транспортных сетей предприятия).

Ситуация на мировом рынке наукоемкой продукции развивается в сто­рону полного перехода на безбумажную электронную технологию проекти­рования, изготовления и сбыта изделий. По прогнозам зарубежных специа­листов, после 2010 г. на внешнем рынке невозможно будет продать продукцию машиностроения без соответствующей международным стандар­там безбумажной электронной документации.

ИПИ/CALS – это целост­ная концепция информационной поддержки изделия.

Это требование ИПИ/CALS озна­чает совместное и многократное ис­пользование однажды сгенериро­ванных данных, стандартизацию способов и технологии представле­ния данных так, чтобы результаты любого процесса могли бы (с мини­мальными преобразованиями) ис­пользоваться в других процессах.

ИПИ/CALS – технологии могут применять­ся в промышленности только при вы­полнении следующих необходимых условий:

– наличия  современных вычислительных средств и современ­ной сете­вой инфраструктуры (передачи данных); 

– придания легитимного статуса электронной проектной, производст­вен­ной, технологической, эксплуатационной и иной тех­нической документации;

– реорганизации традиционных процессов проектирования, произ­водства, сбыта, эксплуатации, утили­зации изделий с целью их адаптации к условиям полной ин-форматизации и безбумажных технологий;

– создании системы стандартов, дополняющих и замещающих тради­ционные ЕСКД, ЕСТД, ЕСПД, с целью адаптации промышленности к функ­ционированию в условиях современ­ных КИТ, единого информационного пространства и информационной рабочей среды;

– наличия на рынке промышленных КИТ и компьютерных систем, со­ответствующих требованиям стандар­тов ИПИ/CALS.

В настоящее время на мировом рынке наукоемких промышленных изделий отчет­ливо наблюдаются три основные тенденции:

– повышение сложности и наукоемкости изделий, повышение их качества и снижение ресурсоемкости;

– повышение конкуренции на рынке изделий, предприятий и корпораций;

– развитие кооперации между участниками ЖЦИ.

Главной проблемой, которая стоит сейчас перед машиностроительной промышленностью Украины, является:

– повышение конкурентоспособности выпускаемых изделий за счет роста эффективности управления информацией об изделии;

– повышение конкурентоспособности предприятий за счет роста уровня КИТ.  Добиться повышения конкурентоспособности изделия можно за счет:

– повышения степени удовлетворения требований заказчика;

– оптимизации критерия цена/качество изделия (снижение себестои­мости, повышение качества, снижение ресурсоемкости, в том числе в эксплуатации, сокращение материальных затрат);

– сокращения сроков создания изделия;

– формирования новых ниш рынка.

Основным способом повышения конкурентоспособности изделия является повышение эффективности процессов его ЖЦИ, т.е. повышение эффективности управ­ления ресурсами, прежде всего материальными, энергетическими и информационными, при выполнении этих процессов.

 Эффективность внедрения ИПИ/CALS – технологий в промышленности США  (по данным [9]):

– сокращение затрат на проектирование – 10-30%

– сокращение доли брака – 23-73%

– сокращение времени разработки изделий – 40-60%

– сокращение времени выхода на рынок – 25-75%

– сокращение затрат на техническую документацию – 40%

– сокращение затрат на эксплуатационную документацию – 30%

Из числа крупнейших мировых компаний, входящих в перечень
«Fortune 500» – 100% применяют ИПИ/CALS – технологии, среди фирм с оборотом больше 50 млн. долл. – более 80%.

Использование ИПИ/CALS приводит к существенной экономии и полу–чению дополнительной прибыли, поэтому в эту сферу применения современных КИТ привлекаются очень большие инвестиции.

В странах ЕС выполняются более десяти государственных программ в области ИПИ/CALS -технологий в промышленности. В Японии программа развития ИПИ/CALS-технологий, реализуемая министерством промышлен­ности, включает боле 20 отраслей (авиакосмическую, судостроительную, автомобилестроительную, электронную и т.д.).

Государственная поддержка умело сочетается с усилиями фирм и обеспечивает конкурентоспособность их продукции на мировых рынках. Применение КИТ позволяет снизить себестоимость изделий при значи­тельном повышении качества изделий и их эксплуатации в производстве наукоемкой продукции. При этом закрывается доступ на рынок изделий предприятий, не овладевшими этими  новейшими технологиями, что представляет грозную опасность в ближайшее время для экспортной продукции из Украины, и, в целом, для экономической и национальной безопасности государства. 

Можно выделить две основные проблемы, стоящие на пути повышения эффек­тивности КИТ. Во-первых, с увеличением наукоемкости и сложности изделий значительно уве­личивается объем данных об изделии. При этом прежние методы работы с данными уже не позволяют обеспечивать их точность,  адекватность, целостность и актуальность при сохране­нии приемлемых временных и материальных затрат. Во-вторых, увеличение количества участников проекта по разработке изделия (особенно в случае виртуального предпри­ятия) приводит к возникновению серьезных проблем при обмене информацией между участниками из-за наличия между ними информационно-коммуникационных барьеров (например, из-за несовмести­мости КИТ и информационной системы).

Учитывая сложность технологических задач базой инстру­ментария должны быть компьютерные и информационные технологии. Компьютерные и информационные технологии представляют собой различные понятия. Компьютерные технологии – это совокупность методов, средств, способов и процессов представления, переработки, хранения формализованных знаний на ЭВМ. В качестве примера внедрения компьютерных технологий являются системы CAD – Computer Aided Design, CAM – Computer Aided Modeling, CAE – Computer Aided Engineering, CALS, SDM, CIM – Computer Integrated Manufacturing, CAPP – Computer Aided Process Planning, CRM – Customer Relationship Management и  другие, в которых успешно используются такие программы, как Siemens PLM Software (Unigraphics, NX, TeamCenter, Tecnomatrix), Autodesk (AutoCad, Inventor), Dassault Systemes (CATIA, SolidWorks, SIMULIA), AutoCAD, КОМПАС, Автопроект, Cimatron и другие. Информационные технологии – это совокупность методов, средств, способов и процессов представления в информационном виде моделей форма­лизованных знаний и алгоритмы их использования.

Информационные технологии в настоящее время широко используются в системах связи, однако, в технологии машиностроения они практически не используются и прежде всего из за отсутствия теоретической базы определения информации, которая имеет физический смысл.

Компьютерно-интегрированные технологии механообработки – это совокупность методов, средств, способов и процессов, обеспечивающих интеграцию производственных процессов механообработки на этапах ЖЦИ посредством компьютерных систем и программных средств, представ­ленных на ЭВМ.

Возможность представления КИТ различными методами модели­рования [6], говорит об уровне и качестве формализации, и таким образом, о полноте нашего понимания определенной технологической задачи. Таким образом, одно из научных направлений развития технологии машиност­роения лежит в сфере формализации КИТ на основе разработанных методов моделирования.

Подход к исследованию КИП на этапах ЖЦИ с позиции основных идей теории информации, получил название системно-информационного подхода [4]. Основное понятие теории информации – количество информации. Коли­чество информации КИТ характеризует его сложность и упорядоченность, и является одним из важных показателей техникоэкономической эффектив­ности этого процесса.

Однако, в настоящее время, общепризнанное классическое определение понятия информации как негэнтропии [4], не удовлетворяет растущим потребностям инженерной мысли при создании машин, элементов и систем машин как настоящего, так и будущего.

Исследование КИТ машиностроения с позиции информационных процессов имеет особое значение, так как информация является единствен­ной субстанцией, в отличие от вещества и энергии, которая объединяет все этапы ЖЦИ.

Механообрабатывающее и сборочное производство составляет до 80-90% трудоемкости машиностроительного производства. Наиболее проблем­ные вопросы возникают в механообработке. Поэтому научное исследование КИП механообработки с позиции моделирования информационных про­цессов является актуальным и требует выработки новых знаний о совокуп­ности закономерностей, методов и средств, отображающих преобразования и связи производства машин посредством энергии вещества и информации, создаваемых для осуществления процессов производства и воспроизводства.

Осуществление декларируемых требований к исследованиям КИП возможно при использовании новых подходов, находящихся на стыке научных направлений технологии машиностроения и теории информации, обеспечивающих создание новых высокоэффективных технологических процессов и систем.

Среди таких подходов одним из перспективных является системно-информационное моделирование сложных машиностроительных систем, расширяющее математическую базу моделирования производственных систем и технологий.

Системно-информационное моделирование КИП позволяет осуществить интеграцию производственных процессов путем использования КИТ, позво­ляющих более эффективно решать задачи разработки и проектирования изделий, подготовки производства, планирования и управления производст­вом, решения задач материально-технического обеспечения, охватывая все производственные процессы предприятия на этапах ЖЦИ.

Концепция КИП явилась важным этапом развития КИТ машино­строения. На этой стадии развития возник и был частично апробирован целый ряд фундаментальных, принципов и технологий:

1. Сформировался класс систем автоматизации инженерного труда в процессах разработки изделия и подготовки производства. Необходимость обеспечения формализации геометрических моделей, разрабатываемых при помощи различных программных систем CAD (автоматизированная система конструирования), явилось толчком к стандартизации форматов данных.

2. На основе конструкторских геометрических моделей изделия при помощи САМ (автоматизированная система технологической подготовки производства) разрабатывались программы для станков с ЧПУ. Обмен геометрическими данными в электронном виде между САD и САМ системами явился одним из первых реальных примеров информационной интеграции процессов.

3. Возникновение системы класса MRP II (Manufacturing Resource Planning – управление производственными ресурсами). Характерной чертой этой технологии явилось совместное использование общих баз данных в интересах различных процессов интегрированного производства.

4. В КИП впервые не только решались задачи автоматизации отдельных производственных процессов, но и начали частично реализоваться принципы информационной интеграции на базе ИИС.

5. Разработаны стандарты CALS-технологий, которые тесно связаны со стандартами STEP (Standard for Exchange of Product Data); они же утверж­дены как международные (стандарты ИСО 10303). CALS-технологии – информационная поддержка ЖЦИ на основе ИМИ, сопровож­дающей изделие на всех этапах.

У истоков разработок и практического воплощения концепции КИП и других вопросов машиностроения находились ученые и исследователи, как в Украине, так и за рубежом: С. Роберт, Х. Брэдли, В. И. Аверченков, Б. М. Ар­пеньев, Г. А. Альперович О. И. Аверьянов, А. П. Бабичев, А. М. Базров, В. Ф. Безьязычный, В. И. Бутенко, Б. М. Базров, В. С. Белов, В. Н. Васильев, А. П. Гавриш, Г. К. Горанский, О. А. Горленко, А. Г. Горелик, А. И. Граб­ченко, А. М. Дальский, Е. У. Зарубицкий, Н. И. Зиновьев, А. С. Зенкин, В. Б. Ильицкий, Л. П. Калафатова, Н. М. Капустин, С. А. Картавов, В. С. Коваленко, С. В. Ко­валевский, С. Н. Корчак, Г. И. Костюк, И. Г. Крагельский, В. А. Кудинов, Ю. Н. Кузнецов, В. Н. Латышев, Л. Ю. Лищинский, А. Н. Марков, В. П. Мит­рофанов, А. Н. Михайлов, А. Я. Мовшович, В. С. Мухин, Ю. К. Новоселов, И. П. Норенков, В. А. Остафьев, О. П. Панфилов, В. А. Пасичнык, Ю. В. Пет­раков, Б. А. Перепелица, В. Э. Пуш, О. А. Розенберг, П. Р. Родин, Э. Б. Рыжов, С. С. Силин, В. М. Смелянский, С. К. Старков, В. Б. Струтинский, Ю. М. Соло­менцев, А. Г. Суслов, Ю. Н. Сухоруков, Н. Э. Тернюк, В. А. Тимирязев, Ю. В. Ти­мофеев, А. В. Тотай, В. П. Федоров, Г. Л. Хает, Л. А. Хворостухин, В. Д. Цвет­ков, А. В. Якимов, Г. И. Якунин, А. С. Ямников, П. И. Ящерицин, Н. А. Ярмош и др.

Актуальность темы. Современное состояние науки и техники, потреб­ности обще­ст­ва в новых промышленных изделиях обусловливают тенденции развития машиностроительного производства в направлении повышения его эффектив­ности в условиях частой сменяемости выпускаемой продукции, выдвигает на первый план задачи сокращения сроков разработки техноло­гических процессов, технологической подготовки произ­водства и повышения качества проектных решений. Выполнению таких задач в промышленности соответствуют компьютерно-интегрированные производст­венные системы (computer-integrated manufacturing / С1М). Ядро структуры полноценной компьютерно-интегрированной произ­водственной системы образует так называемая несопровождаемая производ­ственная подсистема (LOM, Light Out Manufacturing), включающая ряд обяза­тельных компьютерно-интегри­рованных технологий (КИТ): компьютерное проек­ти­рование (computeraided design / CAD); компьютерная подго­тов­ка производства (computeraided manufacturing / САМ); интегрированная информационная сеть (Integrated Information Network). Компьютерно-интегри­рованные технологии машиност­роения являются приз­нанным в мире инструментом повышения эффек­тивности производства новых промышленных изделий, но уровень развития у них не равнозначен. Это сдерживает интеграцию CAD / CAM / CAE и испо­ль­зование их в производстве.

Отставание уровня развития компьютерно-интегрированных технологий CAM от CAD объясняется тем, что конструкторские системы универсальные и могут быть использованы без существенной адаптации практически на любом машиностроительном предприятии. Для них характерны широкий рынок сбыта, возможность продажи «под ключ». Технологии САМ, нао­борот, специализиро­ванные и зависят от характера производства, вида выпускаемой продукции, сери­йности их выпуска. Прикладное программное обеспечение САМ неоднородно по назначению, оно формируется с набора программных продуктов, базирующихся на различных математических моделях, каждая из которых обеспечивает разработку отдельного вида техно­логического процесса. Отсутствие методологии единого подхода к моделиро­ванию процессов и систем производства усложняет процесс развития компьютерно-интегрированных технологий, их интеграцию на этапах жизненного цикла изделия. Решение этой проблемы требует использова­ния новых фундамен­тальных принципов и подходов к разработке методологии моделирования, которые находятся на стыке различных научных направ­лений таких как теория технологии машиностроения, теория информации, теория сис­тем и др. Среди перспективных является системно-информацион­ный подход расширяющий методологию математического моделирования процессов и систем производства. Поэтому разработка основ анализа и синтеза компьютерно-интегрированных технологий механообработки на базе системно-информаци­онных моделей и на этой основе повышение эффектив­ности производственно-технологических структур механообработки является актуальным направлением развития машиностроения.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Выполнение исследований и разработок по теме данной диссертации происходит согласно:

– программы развития промышленности Украины, утвержденной Кабине­том министров от 23.07.2003г.;

– программы создания и производства техники для АПК на 2006-2011 гг.;

– программы ускоренного инновационного развития на основе современ­ных информационных технологий»;

– плана целевой комплексной программы «Исследовательские, конст­рук­тор­ские и научной работы» Харьковского национального автомобильно-дорож­ного университета (ХНАДУ) и государственного предприятия «Инс­титут машин) Минпромполитики и Национальной академии наук Украины по договорам: ((Минпромполитики, рег. № 382/ 4951 от 15.15.2001 г.) «Разработка новых конструкций базовых корпусных деталей дизельных двигателей, заготовок к ним, и энергосберегающих технологий и модульных унифицированных средств их оснащения»; (Минпромполитики, рег.
№ 013U006860 № 426/4987/2 от 02.06.2003 г. и рег. № 423/4984/2 от 24.12.2004 г.) научно-исследовательская работа по информа­ционной оптимизации пара­метров КД «Разработка дизельного двигателя для трудной техники» и «Разработка дизельного двигателя для мощных тракторов сельскохозяйствен­ного назначения»; (Минпромполитики, рег. № 444-2004 от 18.05.2004 г.) «Разработка типовой проектной технологии, ТЭО инвести­ций и выполнение проектно и систем» (ДП ИМИС – поисковых работ для реконструкции и технического перевооружения филиала № 5 ГП «ПО Южный машиностро­ительный завод им. Макарова»; («Энергомашсервис» № 43 от 05.04.2004 г.) «Выполнение работ по конструкторской и технологической подготовки производства дизелей Д-6011Г для изготовления опытной партии и проведение их эксплуатационных испыта­ний»; (ДП ИМИС от 11.10.2005 г.) научно-исследовательская работа «Применение методики информационного анализа и синтеза структур техноло­гических компонований механической обработки интегрированных производств»; («Концерн­энергомашсервис» № 468 от 05.04.2005 г.) «Конструк­торско-технологи­ческое обслуживание производства дизелей»; научно-исследова­тельская работа по тематике кафед­ры «Технология машиностроения и ремонта машин» ХНАДУ на 2008 г. «Формирование техноло­ги­ческих паспортов основного технологичного обо­рудования механообработки методом системно-информа­ционного подхода в интегрированных производствах» в ОАО «Харьковский тракторный завод»; Научно-исследовательской работы «Автоматизация разработки техноло­гических процессов механообработки на базе системы DISLUTV» на госу­дарственном предприятии «Харьковский электроме­ханический завод»; Научно-исследователь­ской работы ««Разработка компьютер­но-ин­тегриро­ванных технологий механооб­работки корпусных деталей на базе автоматизи­рованной системы DISLUTV» на ООО «Харьковский завод агрегатных станков».

Цель и задачи исследования. Целью работы является решение научной и научно-прикладной проблемы повышение эффективности производственно-техно­ло­ги­ческих структур за счет разработки основ анализа и синтеза ком­пью­терно-интегрированных технологий механообработки на базе системно-информа­ционных моделей, которое имеет важное значение для развития машиностроения.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следую­щие задачи:

1. Провести анализ источников по компьютерно-интегрированным пр­оиз­водственным системам механообработки, предложить информационную модель развития жизненного цикла и область исследования.

2. Разработать методологию системно-информационного моделирования технологических процессов и систем машиностроения на основе формали­зован­ного определения комплексной информации.

3. Провести системно-информационный анализ технологических про­цессов и систем механообработки на этапах жизненного цикла изделия.

4. Разработать системно-информационные модели формообразования реза­нием и интенсивности обработки для разных методов механообработки.

5. Определить основы применения системно-информационных моделей технологических процессов и систем механообработки в компьютерно-интегриро­ванных технологиях машиностроения на этапах жизненного цикла изделия.

6. Разработать основы синтеза компьютерно-интегрированных технологий механообработки на базе системно-информационных моделей.

7. Разработать инженерные методики решения задач оптимизации пара­метров формообразования резанием для различных методов механообра­ботки на базе системно-информационных моделей.

8. Разработать компьютерно-интегрированную технологию механо­обра­бо­тки на базе системно-информационных моделей и внедрить результаты разра­бо­ток и исследований (методик и программных продуктов) в производство с целью обес­пе­че­ния повышения качества изделий и эффективности технологи­ческих процессов и систем.

Объектом исследования. Процессы исследования, проектирование и усовершенствование технологических процессов и систем машиностроения.

Предметом исследования. Закономерности основ анализа и синтеза ком­пью­терно-интегрированных технологий механообработки на этапах жизнен­ного цикла изделия.

Методика проведения исследований. Методологической основой работы являются научные положения системно-информационного подхода к формализованному определению комплексной инфор­ма­ции протекающей в производственно-техно­ло­ги­ческих структурах механообра­ботки, как теоретической основы исследова­ния, проектирования и совершенст­вования компьютерно-интегрированных техно­логий машиностроения на этапах жизненного цикла изделия. При этом использу­ю­тся как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Теорети­ческие базируются на положени­ях технологии машиностроения, технологических основ компьютерно-интегриро­ван­ных производственных систем, теории инфор­мации, теории систем, теории моделирования и теории анализа и синтеза слож­ных систем. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием теории планирования экспериментов по исследованию технологических процессов механообработки деталей, построения фактор­ных планов и статистической обработки данных, современной измери­тель­ной аппаратуры и разработанного опытно-промышленного оборудования.

Научная новизна полученных результатов. Решена важная научная и научно-прикладная проблема – повышение эффективности производственно-технологиче­с­­ких структур за счет разработки основ анализа и синтеза компьютерно-интегри­ро­ванных технологий механообра­ботки на базе системно-информационных моде­лей.

При этом получены следующие новые результаты:

1. Впервые разработана концепция понятия комплексной информации как совокупности детерминированной и стохастической частей числового количества, качества и ценности информации свойств процессов и систем, которая является теоретической основой разработанной методологии единого подхода к моделированию процессов и систем производства.

2. Впервые разработана методология системно-информационного моде­лирова­ния, которая позволяет формализовать информационные процессы механообработки на этапах жизненного цикла изделия на базе предложенных информационных закономерностей.

3. Впервые проведен системно-информационный анализ процессов механообработки на этапах жизненного цикла изделия, который стал основой синтеза системно-информационных моделей для компьютерно-интегри­рованных технологий машиностроения.

4. Разработаны системно-информационные модели формообразования резанием и интенсивности обработки металлорежущего оборудования для различных методов механообработки, на базе которых разработана компьютерно-интегрированная технология DISLUTV.

5. Впервые разработаны научные основы применения системно-инфор­ма­ционных моделей технологических процессов и систем механообработки, кото­рые расширяют область решения сложных технологических задач на основе синтезиро­ванных компьютерно-интегрированных технологий.

6. Впервые разработаны основы синтеза компьютерно-интегрированных технологий машиностроения, которые позволили повысить эффективность произ­во­д­с­твенно-технологических структур механообрабатывающего произ­водства за счет разработанных компьютерно-интегрированных технологий подготовки производства.

7. Получили дальнейшее развитие методы математического моделиро­вания (системно-информационный) технологических процессов и систем, что является новым шагом в развитии теории и практики технологии машиностроения.

Совокупность приведенных результатов и научные положения состав­ляют основу анализа и синтеза компьютерно-интегрированных технологий машино­строения на базе системно-информационных моделей.

Практическое значение полученных результатов. Исследования, проектирова­ние и усовершенствование компьютерно-интегрированных техно­логий машино­стро­ения на базе системно-информационных моделей повышают экономическую эффективность производственно-техноло­гичес­ких структур механообрабатыва­ю­щего производства за счет информа­ционной интеграции производственных про­це­с­сов на этапах жизненного цикла изделия.

Разработаны инженерные методики построения системно-информа­ционных моделей механообработки, применяются для автоматизации реше­ния задач CAD / САМ / CAE на механообрабатывающих производствах, а также для формирова­ния баз данных информационной интегрированной сети (изделия, технологи­ческих процессов, технологических паспортов механо­об­рабатывающего оборудо­вания, оперативной производственной информации).

Разработанные математическое, алгоритмическое и программное обе­спече­ние компьютерно-интегрированной технологии механообработки DИSLUTV, которое используется для решения задач САМ на машиностроительных предпри­я­тиях, что позволило значительно сократить технологическую подготовку производства новых изделий (по трудоемкости на 10-15%, по расходам до 20%), уменьшить срок выхода продукции на рынок, снизить ее себестоимость и повысить качество.

Приведенные практические результаты всех составляющих комплекса выполненных теоретических и экспериментальных исследований внедрены при разработке компьютерно-интегрированных технологий механообработки на от­кры­том акционерном обществе «Харьковский тракторный завод», госу­дарствен­ном предприятии «Институт машин и систем» Минпромполитики и НАН Украины, государственном предприятии «Харьковский электромехани­ческий завод», общество с ограниченной ответственностью «Харьковский за­вод агрегат­ных станков» с экономической эффективностью свыше 350 тыс. грн.

Личный вклад соискателя. Основные научные разработки полученные автором самостоятельно, в том числе теоретические основы системно-инфор­мационного моделирования, экспериментальные исследования, разработка алго­ритмов програ­м­много обеспечения, построение системно-информа­ционных моделей механообр­аботки выполнены самостоятельно. Постановку задачи и анализ научных резуль­татов выполнены совместно с научным консультантом и частично с соавторами пуб­­ли­ка­ций. Степень участия автора в выполнении хозяйственных и госбюд­жетных работ указана в каждом отчете. Программное обеспечение системы DISLUTV разрабатывалось в соответствии с планом работ на государственном предприятии «Институт машин и систем» Минпромполитики и НАН Украины и кафедры «Техно­логия машиностроения и ремонта машин» Харьковского нацио­нального автомобильно-дорожного университета под руководством соискателя.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссерта­ции докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на семинарах и научно-технических конференциях: «Проблемы теории и прак­тики технологии маши­ностроения, механической и физико-технической обработки» (22-26 мая 2000 г., Харьков); «Высокие технологии: развитие и кадровое обеспечение» (14-20 сентября 2000 г., Харьков – Алушта); «Ма­шиностроение и техносфера на рубеже 21 столетие» (10-16 сентября 2001 г., Севастополь); «Физические и ком­пью­терные технологии в народном хозяйстве» (23-24 октября 2001г., г. Харьков); «Современные технологии, экономика и экология в промышленности, на тран­спорте и в сельском хозяйстве» (10-16 сентября 2001 г., г. Алушта); «Маши­нос­тро­ение и техно­сфера 21 столетие» (9-15 сентября 2002 г., Сева­то­поль); «Прогрессивные технологии в машиностроении» (21-23 мая 2002г., г. Киев); «Прогрессивная техника и технология 2002» (24-28 июня 2002г., Киев-Севас­то­поль); «Маши­ностроение и техносфера 21 столетие» (8-14 сентября 2003г., Севастополь); «Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве» (28-29 мая 2002 р., г. Харьков); «Информационные технологии: наука, техника, техно­логия, образование, здоровье» (16-17 мая 2002 г., г. Харьков); «Технология 21 столетие» (10-14 сентября 2003 г., Алушта). «Машиностроение и техносфера 21 столетие» (8-14 сентября 2004 г., Севастополь); «Машино­строение и техно­сфера 21 столетие» (12-17 сентября 2005 г., Севастополь); «Машиностроение и техносфера 21 столетие» (14-19 сентября 2006 г.,
г. Севастополь); «Машино­строение и техносфера 21 столетие» (17-22 сентября 2007 г., Севастополь); «Маши­но­строение и техносфера 21 столетие»
(15-20 сентября 2008 г., Севас­тополь); «Машиностроение и техносфера
21 столетие» (14-29 сентября 2009 г., Севастополь); диссертация в полном объеме докла­дывалась на научно-техни­ческих семинарах: кафедры «Техно­логия машино­строения и ремонта машин» ХНАДУ (14 апреля 2009 г.);
ДП «Институт машин и систем» Минпромполитики и НАН Украины (15 мая 2009 г.); кафед­ры «Технологии машиностроения» ДонНТУ (19 ноября 2009 г.); кафедры «Метрологии и измерительной техники» Харьковского националь­ного университета радиоэлектроники (5 марта 2010 г.); кафедры «Колесные и гусеничные машины» НТУ «ХПІ» (11 марта 2010 г.).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 1 моно­графии, 1 пат. на полезную модель, 29 научных работах, из них 20 научных труда изданы в специальных изданиях, рекомендованных ВАК Украины,
9 публикаций в сборниках докладов и тезисов научно-технических конференций.