Формирование планов механической обработки поверхностей деталей при технологической подготовке производства

Выпуск продукции высокого качества рассматривается во всех странах мира как одно из важнейших условий развития национальной экономики [58]. Технология является тем звеном, которое закладывает фундамент эффективного производства продукции высокого качества.

Современные изделия становятся все более сложными. Сохранение конкурентоспособности изделий требует ускорения всего процесса подготовки производства [65].

Трудоемкость технологического проектирования в зависимости от типа производства составляет от 30 до 60% трудоемкости технической подготовки производства [54]. Поэтому в качестве объекта исследования выбрана важнейшая часть технологической подготовки производства — технологический процесс механической обработки деталей.

Основу для выполнения проектных работ ТПП составляют планы обработки поверхностей деталей [45] и именно планы механической обработки поверхностей деталей являются предметом исследования в данной работе.

Существенной возможностью повышения производительности проектных работ в ТПП в части составления планов механической обработки поверхностей деталей является развитие и улучшение автоматизированных решений. Необходимость и целесообразность автоматизации планов обработки связана с большой трудоемкостью работ по подбору необходимой справочной информации, повторяемостью работ, развитием вычислительной техники [57], ужесточением требований к продолжительности проектирования и др.

Неавтоматизированное проектирование ТП весьма трудоемко, принимаемые при этом проектные решения субъективны и зачастую далеки от оптимальных, возможности сравнения различных вариантов существенно ограничены. Лишь незначительная часть (не более 10. 15%) времени затрачивается технологами на принятие решений, а остальное — на поиск нужной информации и оформление (документирование) результатов. В результате увеличивается длительность ТПП, возникают предпосылки потери качества изделий [56, 66, 71].

Разработка планов механической обработки поверхностей деталей не является исключением из этого правила.

В настоящее время автоматизированное проектирование ТП непрерывно совершенствуется и развивается. В ряде САПР выполнена автоматизация отдельных действий при составлении планов механической обработки поверхностей деталей, но комплексного подхода к автоматизации планов механической обработки поверхностей деталей до настоящего времени не предложено, не существует целостных формализованных методик и программ.

Анализ специальной литературы показал, что сложность разработки автоматизированных решений для проектирования планов механической обработки поверхностей деталей заключается в отсутствии единого подхода к проектированию. Проектирование планов механической обработки поверхностей деталей выполняется в соответствии с различными рекомендациями: для применяемых схем обработки, определения маршрутов обработки, установления планов обработки, определения количества этапов обработки, выбора методов обработки. Кроме того, используемый различными учеными терминологический аппарат при изложении рекомендаций лишен единообразия.

При проектировании планов механической обработки поверхностей деталей не существует единых табличных данных для всех видов поверхностей деталей, а ведь именно табличные данные наиболее удобны для формализации. Достаточные справочные данные по планам обработки, представленные в табличном виде, разработаны Б. Н. Бирюковым, В. М. Болдиным, В. Е. Трейгером, С. Г. Фексоном, но они предназначены для обработки резанием только круглых отверстий. В качестве основы для разработки единых табличных данных можно использовать апробированные на предприятиях справочные данные по припускам на обработку, например, подготовленные Я. М. Радкевичем, В. А. Тимирязевым, А. Г. Схиртладзе.

Методы формализованного описания технологической информации в различной справочно-нормативной литературе предложены O.A. Новиковым, А .Я. Тянтовым, A.B. Базановым, И. Н. Карелиным и др. Но формализованного описания планов механической обработки поверхностей деталей для конкретных справочных данных на внешнем, внутреннем и концептуальном уровне до настоящего времени не выполнено. Что объясняет отсутствие инструментальных средств, описывающих многообразие планов механической обработки поверхностей деталей.

Цели и задачи исследования приведены в разделе 1.3.

В рамках 1 главы необходимо проанализировать существующие рекомендации по проектированию планов механической обработки поверхностей деталей и выбрать наиболее пригодные для обычного и автоматизированного проектирования, кроме того рассмотреть существующие САПР ТП с точки зрения выявления возможности для повышения производительности проектных работ.

Теоретическая часть работы выполнена с использованием следующих методов исследований: аналитического, системного подхода и формализации.

В ходе работы проведен анализ:

— рекомендаций по применяемым схемам обработки, определению маршрутов обработки, установлению планов обработки, определению количества этапов обработки, выбору методов обработки;

— справочно-нормативной информации по планам механической обработки поверхностей деталей;

— используемых в различных САПР ТП модулей для автоматизации планов механической обработки поверхностей деталей.

Планы механической обработки поверхностей деталей рассмотрены как целостное множество элементов в совокупности отношений и связей между ними (системный подход).

Метод формализации реализован посредством специальной символики, используемой для представления характеристик планов механической обработки поверхностей деталей.

Научную новизну работы определяет формализованное описание математической модели планов механической обработки поверхностей деталей, согласно которому на основе подготовленных БД осуществляется выбор полного состава технологических переходов по обработке каждой из поверхностей деталей, что позволяет составлять общий маршрут изготовления детали с минимальными затратами времени на технологическое проектирование.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Классификация способов определения количества этапов механической обработки поверхностей деталей с указанием наиболее пригодного в автоматизированном проектировании.

2. Методика формирования из справочных данных планов механической обработки поверхностей деталей для последующей автоматизации.

3. Формализованное описание планов механической обработки поверхностей деталей на внешнем, внутреннем и концептуальном уровне.

Практическая значимость результатов работ. Разработанные инструментальные средства позволят обеспечить:

— создание единой БД по планам механической обработки поверхностей деталей;

— поиск необходимой информации по планам по заданным атрибутам и автоматическое формирование планов обработки.

Апробация результатов диссертационного исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2010 г.) — II Всероссийской межвузовской научной конференции «Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России» (г. Муром, 2010 г.) — II Всероссийской межвузовской научной конференции «Научный потенциал молодежи — будущее России» (г. Муром, 2010 г.) — Международной научной конференции «Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации» (г. Оренбург, 2010 г.) — Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (г. Саратов, 2010 г.) — Международной научно-технической конференции «АПИР-15» (г. Тула, 2010 г.) — IX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ [4649, 86−94], в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых изданиях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 176 страницах машинописного текста, иллюстрирована 62 рисунками и 47 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 122 наименования. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка цитируемой литературы, 3 приложений.

125 Выводы.

В работе дано новое решение актуальной научной задачи — формализованное описание математической модели планов механической обработки поверхностей деталей, согласно которому на основе подготовленных БД, осуществляется выбор полного состава технологических переходов по обработке каждой из поверхностей деталей, что позволяет составлять общий маршрут изготовления детали с минимальными затратами времени на технологическое проектирование, а именно:

1. Установлено, что для формализованного описания планов механической обработки поверхностей деталей недостаточно терминологии, предусмотренной в ГОСТ ЕСТД. В соответствии с этим предложены новые термины, позволяющие однозначно определить такие позиции, как план механической обработки поверхности детали, технологическая схема обработки поверхности детали, этап механической обработки, математическая модель планов механической обработки поверхностей деталей, внешний, концептуальный и внутренний уровни описания планов механической обработки поверхностей деталей.

2. Предложено понятие этап механической обработки, которое позволяет определить отдельную законченную часть ТП механической обработки поверхности деталии впервые дана классификация этих этапов. В автоматизированном проектировании предложено использовать апробированные на заводах строго формализованные справочные данные.

3. Предложенное формализованное описание планов обработки поверхностей деталей позволяет разрабатывать программные средства для автоматизации планов обработки на информационной базе, создаваемой с использованием справочной и нормативной литературы.

Внешний уровень описания представляет собой структурную схему предназначенной для хранения и поиска информации ИПС и БД планов обработки поверхностей детали, состоящую из множества таблиц соответствий.

На концептуальном уровне ИПС описывается с помощью теории графов, а БД — с помощью теории матриц.

Описание ИПС на внутреннем уровне — это путь, по которому осуществляется поиск элемента БД. Внутренний уровень БД по планам механической обработки поверхностей деталей включает описание горизонтали таблицы, строк-масок таблицы и строк матрицы таблицы.

4. Разработана методика подготовки справочных данных по планам обработки для создания автоматизированной БД, позволяющая подготавливать единые таблицы исходных данных для обработки различных видов поверхностей деталей.

5. На основе разработанной методики подготовки справочных данных по планам обработки для создания автоматизированной БД составлены справочные данные по планам обработки резанием поверхностей деталей типа вал и плоских поверхностей, что позволяет максимально сократить время технолога на составление планов обработки поверхностей.

6. Предложенные инструментальные средства — алгоритм и программаобеспечивают автоматизацию работ со справочно-нормативной литературой по планам механической обработки поверхностей деталей, позволяют сократить затраты труда на информационный поиск, обладают простым интерфейсом и открытостью для внесения изменений.

Простой интерфейс и открытость для внесения изменений пользователем — дополнительные преимущества подсистемы ОПМОП, приводящие к сокращению времени на обучение персонала, снижению требования к его подготовке, а также использованию в работе только актуальной информации.

Подсистема позволяет вносить необходимые изменения и уточнения в случае изменения номенклатуры изделий, замены оборудования, применяемой СОЖ, появления новых данных по составу планов обработки и величинам припусков и пр.

Автоматизированные решения позволяют сравнивать различные планы обработки и осуществлять обоснованный выбор наиболее подходящего плана.

7. Для наполнения БД необходимой информацией предложено наряду с данными по обработке отверстий использование данных по обработке наружных круглых поверхностей и плоскостей.

8. В результате внедрения подсистемы ОПМОП в ТПП ОАО «Сельхозтехника» получено повышение производительности работ в технологическом проектировании при составлении технологических карт в 1,3 раза.

Внедрение подсистемы ОПМОП не только сократило время технологического проектирования, избавив технолога от рутинных работ, связанных с поиском необходимой информации, но и поддерживает необходимый уровень качества разрабатываемого ТП.

Гарантией качества автоматизированного составления планов обработки поверхностей деталей является выбор за основу разработки модуля СКАТ ОПМОП апробированных на российских предприятиях справочных данных [41, 62] и проработка в системе вариантов, когда возможность применения справочных данных отсутствует.

9. Повышение производительности проектных работ в технологической подготовке производства путем создания инструментальных средств описания планов механической обработки поверхностей деталей стало возможным по двум основным направлениям:

1). Совершенствование системы технологического проектирования, включая обобщение самого процесса проектирования и улучшение условий труда технолога;

2). Комплексная автоматизация рутинных, нетворческих функций технолога в процессе разработки ТП.