Автоматизация технологической подготовки производства для малых инновационных предприятий в машиностроении

Вид материала

Автореферат

Содержание Обрабатываемый КТЭ Х – множество альтернатив, которыми является множество вариантов инструментальных стратегий обработки КТЭ; Y Х на основе известного метода линейной свертки по кортежам критериев SO Обрабатывае-мый КТЭ Визуальное представление Лингвистичес-кое описание В пятой главе Zp можно представить в виде кортежа: Zp= В шестой главе

Подобный материал:

• Учебный план по дополнительной образовательной программе, 38.01kb.
• Методические указания по выполнению дипломных проектов для студентов специальности, 294.98kb.
• Управление венчурным инвестированием малых инновационных предприятий в российских условиях, 342.92kb.
• Семинар Проблемы и перспективы подготовки кадров для высокотехнологичного бизнеса,, 55.18kb.
• Рабочая программа по предмету «Автоматизация производства» Для профессиональной подготовки, 111.79kb.
• Концепция подготовки и проведения VIII всероссийской конференции представителей малых, 265.43kb.
• План введение критерии отнесения предприятия к категории малых предприятий правовые, 364.08kb.
• Вопросы для подготовки к экзамену по Основам технологии получения заготовок деталей, 36.75kb.
• Конкурс инновационных проектов "У. М. Н. И. К.", 185.73kb.
• Автоматизация документального и информационного обеспечения малых предприятий с применением, 297.24kb.

где TU  – технические условия рассматриваемого технологического процесса; PD – параметры детали.

В работе рассмотрен процесс формализации всех исходных данных.


Таблица 3. Представление об инструментальной стратегии обработки КТЭ детали (пример) – внутренняя цилиндрическая поверхность (осевая).

	Обрабатываемый КТЭ Внутренняя цилиндрическая поверхность (осевая)		Диаметр: 30мм Длина: 80 мм Точность: 8 квалитет Шероховатость: Rа 1,6 Втулка, отверстие осевое Материал: Сталь 40.
№	Стратегия	Преимущества	Недостатки
1	Сверление (быстрорежущая сталь), зенкерование, развертывание.	Низкая стоимость инструмента, можно проводить обработку на большинстве видов оборудования.	Большое машинное и вспомогательное время, сложности в автоматизированном производстве, необходимость квалифицированной переточки.
2	Сверление сверлом с механическим креплением размерной сменной пластины  30.	Длительная обработка без смены пластины, минимально возможное машинное время.	Высокая стоимость державки, сложность адаптации к отечественному оборудованию, подходит только для одного диаметра.
3	Сверление сверлом с механическим креплением двух пластин  20, растачивание этим же сверлом до  30.	Длительная обработка без смены пластин, небольшое машинное время, универсальность подхода для диаметров >  20.	Высокая стоимость державки, сложность адаптации к отечественному оборудованию.
4	Сверление (быстрорежущая сталь)  20, растачивание токарным резцом с напайными пластинами до  30	Универсальный инструмент, низкая стоимость инструмента.	Большое машинное и вспомогательное время, сложности в автоматизированном производстве, необходимость квалифицированной переточки.
5	Сверление сверлом с напайной пластиной до  20, растачивание импортным резцом со сменными пластинами до  30.	Небольшое машинное время, универсальность подхода для диаметров >  20.	Высокая стоимость инструмента.

Также, в работе показано, что на основе полученных исходных данных возможно вычислить критерии выбора стратегий обработки SO, которые можно описать в виде набора:

SO =  ,

(22)

где Tm – машинное время; Tp – время смены инструмента; Cii – стоимость инструмента в перерасчете на одну деталь; Ci – затраты на обработку элементарной поверхности при данной стратегии обработки.

Для выбора инструментальной стратегии обработки КТЭ имеет смысл применить математический аппарат принятия многокритериальных решений в условиях определенности.

Пусть Х – множество альтернатив, которыми является множество вариантов инструментальных стратегий обработки КТЭ; Y – множество исходов, которым являются кортежи критериев рассматриваемых стратегий обработки SO, причем каждой альтернативе x  Х соответствует единственный элемент y  Y, и y=(x).

Дальнейшей задачей является ранжирование множества альтернатив Х на основе известного метода линейной свертки по кортежам критериев SO. Значимость альтернативы J(x) определяется на основе следующей зависимости:

, (23)

где f_i(x) – критерии рассматриваемых стратегий обработки из кортежа SO;

_i – весовой коэффициент критерия f_i(x);

m – число критериев множества SO.

Получив значимость альтернатив и проранжировав их, получаем рекомендации по выбору инструментальной стратегии обработки.

Для реализации математической модели разработана автоматизированная система, включающая следующие подсистемы, описанные далее. Подсистема ввода данных отвечает за корректный ввод оценок экспертов, взаимосвязей и построение запроса пользователем. В подсистеме анализа реализованы математические модели и алгоритмы обработки экспертных оценок. В подсистеме расчета и выводов формируются запросы для подсистемы анализа, далее подготавливаются данные для вывода и формируются отчеты для предоставления пользователю.

Результатом работы автоматизированной системы являются рекомендации, содержащие необходимые данные об инструментальной стратегии обработки КТЭ, рекомендуемых инструментах, рекомендуемых режимах резания, а также предварительный расчет времени и стоимости обработки.

Далее, говоря о кинематической стратегии обработки КТЭ, в табл. 4 для представления приведены 4 возможные кинематических стратегии обработки (в рамках процесса формообразования) КТЭ «Цилиндрическая ступень».

Таблица 4 – Представление о кинематической стратегии обработки КТЭ.

Обрабатывае-мый КТЭ	Цилиндрическая ступень
Название	Продольное	Поперечное	По контуру	Под углом
Визуальное представление
Лингвистичес-кое описание	Резец совершает продольное движение резания, поперечный выход из зоны резания, продольное вспомогательное движение.	Резец совершает поперечное движение резания, продольный выход из зоны резания, поперечное вспомогательное движение.	Резец совершает движение резания по контуру, выход из зоны под углом, поперечное и продольное вспомогательное движение.	Резец совершает движение резания под углом, продольный выход из зоны резания, поперечное вспомогательное движение.

На выбор кинематической стратегии влияют ряд факторов:

1. Жесткость технологической системы. Данный параметр является трудноформализуемым, но человек-эксперт может однозначно определить, в каком из случаев жесткость больше. Эксперт делает свое заключение на основание ряда прямых и косвенных факторов влияния. Этими факторами являются диаметр заготовки D, сила зажатия заготовки в патроне Fj, наличие тонкой стенки в обрабатываемом элементе Mts, вылет заготовки Lj, твердость H;
   
2. Длина (глубина) обрабатываемого КТЭ L.
   
3. Местоположение обрабатываемого элемента на детали Mp.
   
4. Идентификатор Mm, определяющий открытые и закрытые поверхности детали. Данный параметр вводится в связи с невозможностью применения некоторых стратегий при закрытой или, наоборот, при открытой поверхности.
   
5. Снимаемый на переходе припуск a.
   

Таким образом, факторы, влияющие на выбор кинематической стратегии обработки можно описать набором S:

S = (24)

Для математической обработки неявно заданных данных применялась теория нечетких множеств, описанная в главе 3. В результате, разработана математическая модель, программные алгоритмы и автоматизированная система для выбора кинематической стратегии обработки КТЭ.

Созданный программный комплекс по выбору инструментальной и кинематической стратегий обработки поверхностей деталей, применяется в ТПП машиностроительных МИП региона и позволяет им повысить производительность обработки и существенно снизить себестоимость продукции.

В пятой главе предложена методология создания интеграционных структур на базе малых инновационных предприятий в области машиностроения, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г., с точки зрения построения современного автоматизированного производства и проведения научно-исследовательских работ на основе комплекса автоматизированных систем.

В состав таких интеграционных структур на базе малых инновационных предприятий, созданных при университетах по 217 ФЗ от 02.08.09 г., могут входить:

1. Лаборатория современного технологического оборудования и инструмента.

2. Компьютеризированные рабочие места и учебные классы, оснащенные современными CAD/CAM/CAE-системами.

3. Лаборатория измерительной техники.

4. Автоматизированный инструментальный склад общего доступа.

5. Автоматизированный банк данных технологических решений в области высоких технологий в машиностроении.

Общий механизм взаимодействия подобных структур с промышленными (в первую очередь с малыми) предприятиями показан на рис. 7. В работе обобщается и анализируется опыт функционирования подобного предприятия ООО «ИЦ ВТМ» при ФГБОУ ВПО «БГТУ».

Также в работе показано, что расширение каналов скоростных телекоммуникаций и разработка технологий обработки данных в реальном времени дают возможность реализации модели распределенного научного коллектива, работа которого строится на технологиях удаленного доступа к научно-техническим ресурсам на основе использования компьютерных средств общения. Особенно это актуально для МИП, ограниченные ресурсы которых не позволяют иметь собственные лаборатории.





Рис. 7. Взаимодействие МИП по 217 ФЗ от 02.08.09 с промышленными малыми инновационными предприятиями.

Для реализации отмеченных возможностей в процессе диссертационного исследования на базе МИП ООО «ИЦ ВТМ», созданного при ФГБОУ ВПО «БГТУ» по 217 ФЗ от 02.08.09 г., была разработана автоматизированная система научных исследований в виде виртуальной лаборатории сканирующей микроскопии с доступом к экспериментальной установке через Интернет (рис.8).

Основными задачами, решаемыми созданной в ООО «ИЦ ВТМ» виртуальной лабораторией, являются (рис. 9):

• проведение удаленных исследований в лабораторном комплексе в интересах МИП и в образовательном процессе;
  
• предоставление удалённого доступа к средствам и методам компьютерной микроскопии (измерение морфологических параметров, применение фильтров) посредством сети Интернет;
  
• построение объёмных моделей исследуемой поверхности по её цифровым изображениям для оценки качества предсерийных образцов продукции, а также для выявления причин отказа (разрушения) изделий в процессе эксплуатации.
  

В процессе удаленного доступа к комплексу пользователь имеет возможность работать с микроскопом аналогично исследователю, работающему непосредственно на самом оборудовании. Разработанная АСНИ применяется для научных исследований в области микроструктурного и микрогеометрического анализа различных образцов и деталей в условиях дистанционного доступа в интересах МИП, средних и крупных промышленных предприятий, а также в образовательном процессе.



Рис. 8. Технический комплекс АСНИ виртуальной лаборатории: 1 - инвертированный металлографический микроскоп LEICA DMIRM; 2 - сервер; 3 - цифровая камера; 4 – WEB-камера; 5 – разработанная конструкция управления на основе шаговых двигателей.


В машиностроительном производстве применяются различные виды технологической оснастки, в зависимости от типа производства: универсальные безналадочные, универсально-сборные (УСП), специализированные наладочные и пр. Одним из наиболее распространенный видов является оснастка типа УСП (изготавливается на ряде предприятий, например «Союзтехоснастка» - Нижний Новгород).

Эффект от использования УСП проявляется при покупке комплектов УСП, приобрести которые способно только крупное машиностроительное предприятие. Для МИП главной проблемой является недоступность оснастки типа УСП. В условиях, когда стоимость комплекта УСП может превышать стоимость всех основных фондов предприятия, вопрос покупки не рассматривается.



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.


Конструкция или цена не устраивает заказчика


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=, (25)

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=, (26)

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 T_n, включающих термины t_i, связанные с предметной областью.

TZ={T₁, T₂, ..., T_i}, где T_i{t₁, t₂, ..., t_i}. (27)

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, ..., t_i}, SV}. (28)

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

(29)

где n – число слов в документе, SL_i – 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, N_A – номер абзаца i-того слова в документе, N_Р – 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.