ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Дерке Олександр Войтехович

УДК 621.941.0.15:681.5

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ВИГОТОВЛЕННЯ ЛИСТОВИХ ПАНЕЛЕЙ В ДРІБНОСЕРІЙНОМУ ВИРОБНИЦТВІ

спеціальність 05.02.08 - Технологія машинобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк – 2007

Дисертацєю є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технологій і управління якістю в машинобудуванні Української інженерно-педагогічної академії Міністерства освіти і науки України, м. Харків

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент,

Гордєєв Андрій Сергійович,

Українська інженерно-педагогічна академія, м. Харків, кафедра технологій і управління якістю в машинобудуванні.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Калафатова Людмила Павлівна, ДНВЗ“

Донецький національний технічний університет”, м. Донецьк, професор кафедри металорізальних верстатів та інструментів.

кандидат технічних наук, с.н.с.,

Бородінов Володимир Олександрович,

Державне підприємство “НДІ Технології машинобудування”, м. Харків, головний інженер - перший заступник директора.

Захист відбудеться " 25 " 10 2007 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.04 при ДНВЗ “Донецький національний технічний університет” за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 6 навчальний корп. ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ДНВЗ “Донецький національний технічний університет”, за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 2 навчальний корп.

Автореферат розісланий " 10 " 09 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.Г. Івченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Постійне вдосконалення літаків апаратів, суден і автомобілів ставить серйозні задачі перед технологією їх виробництва. Найхарактернішими напрямами їх розвитку на сучасному етапі є: ускладнення конструктивних форм, збільшення габаритних розмірів і маси. Все це вимагає підвищення жорсткості конструкції і точності зовнішніх обводів. Задоволення цим вимогам здійснюється шляхом значного збільшення розмірів обводоутворюючих листових деталей, дослідження і використовування для їх виготовлення нових, досконаліших матеріалів і технологій.

Технологія виготовлення складних елементів виробів в одиничному і дрібносерійному типах виробництв принципово відрізняються від масових систем. При цьому повністю розроблюються креслення оснащення, документація по забезпеченню матеріалами, що комплектують, виготовляються нові інструменти і пристосування. Для того, щоб витримати конкуренцію в цих умовах необхідно вести нові розробки, мати технології, досконаліші, ніж у конкурентів.

Найважливішою умовою ефективної діяльності промислових підприємств є забезпечення оптимального поєднання показників якості і надійності продукції, що випускається. Міжнародні стандарти якості ІSО 9000 для реалізації цієї умови передбачають комплекс заходів різного рівня і функціонального призначення, що дозволяє забезпечити “життєвий цикл” виробу (продукції), які включають етапи розробки, забезпечення, виготовлення і реалізації.

Дисертація присвячена рішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає в підвищенні якості виготовлення панелей інтер’єру з листових термопластичних матеріалів в умовах дискретно-нестабільних програм випуску. Результатом роботи є наукові і методичні положення по розробці САМ-технологiй в дрібносерійному виробництві, а також підвищення його ефективності.

Зв'язок роботи з науковими планами і програмами. Робота виконана відповідно до держбюджетної теми “Наукові основи створення високоякісних технологій та обладнання в механоскладальному виробництві” 02-01 ДБ №ДР0102U001859, що розробляється в рамках Закону України від 11 липня 2001 року №2623-III “Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки”, і наукової тематики кафедри “Технологій і управління якістю в машинобудуванні” Української інженерно-педагогічної академії №2/3 “Вдосконалення системи якості технологій і метрологічного забезпечення”.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є встановлення розмірних і економічних взаємозв'язків при виготовленні об'ємних листових виробів з термопластичних матеріалів з використанням САМ-технологій.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

1. Проаналізувати зміну точності форм і розмірів термопластичних панелей від 3D-моделей до реального виробу.

2. Побудувати модель зміни погрішностей формоутворення при виготовленні об'ємних листових виробів з термопластичних матеріалів.

3. Дослідити ефективність виробництва в умовах дискретно-нестабільних програм випуску і упровадити для неї критерії і оцінки.

4. Розробити методологію підвищення якості і продуктивності виготовлення об'ємних листових панелей.

Об'єкт досліджень. Технологія формоутворення об'ємних листових панелей виготовлених, з термопластичних матеріалів.

Предмет досліджень. Якість і ефективність процесу формоутворення об'ємних листових панелей.

Методи досліджень. Теоретичні базуються на положеннях технології машинобудування, нелінійного регресійного аналізу, імітаційного моделювання і динамічної оптимізації. Експериментальні дослідження виконувалися з використанням теорії планування експериментів, побудови планів чинників і статистичної обробки даних, сучасної вимірювальної апаратури і розробленого досвідчено-промислового устаткування.

Наукова новизна одержаних результатів. На підставі аналізу процесів формоутворення листових виробів з композиційних матеріалів і принципів переходу від 3D CAD образу до реального виробу, розроблена технологія і реалізуюче її оснащення по виготовленню високоточних об'ємних панелей з термопластичних матеріалів з високим рівнем бездефектності, і при цьому одержані наступні нові результати:

1. Встановлено, що технологічний ланцюжок переходу від 3D-моделi до реального виробу формалізується системою лінійних рівнянь матричного типу з високим ступенем адекватності.

2. Одержані аналітичні залежності визначення дискримінантів для теоретичного креслення з урахуванням технологічних чинників, що впливають на кінцеву якість виробу, що дозволило виготовляти формоутворювальне оснащення з урахуванням подальшого викривлення заготовок в ході їх механічної обробки.

3. Розроблені принципи призначення режимів контурного фрезерування тонкостінних панелей, при яких зводяться до мінімуму процеси термодеструкції і розкладання полімерного зв'язуючого, а також зменшується дисперсія відхилення контрольних точок реального профілю від теоретичного.

4. Запропонована багаточинна модель оцінки ефективності виробництва в умовах дискретно-нестабільних програм випуску, розроблені для неї критерії, що дозволяють прогнозувати продуктивність і собівартість продукції, що випускається, на стадії технологічної підготовки виробництва.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена інженерна методика розрахунку погрішностей формоутворення об'ємних листових панелей, виготовлених з термопластичних матеріалів, що забезпечує задану якість і підвищену надійність технологічних процесів; запропоновані принципово нові конструкторські і технологічні рішення по створенню технологічного оснащення для операції контурного фрезерування; розроблена методика, що враховує якість і ефективність технологій на стадії технологічної підготовки виробництва.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові розробки одержані автором самостійно. Теоретичні і експериментальні дослідження, розробка алгоритмів програмного забезпечення, побудова моделей виконані автором самостійно. Постановка задачі і обговорення наукових результатів виконані спільно з науковим керівником і частково із співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертаційної роботи було докладено та обговорено на конференціях і семінарах: XI міжнародної науково-практичної конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я” (Харків, 2003), II Міжнародна науково-практична конференція “Ринок технологій: проблеми і шляхи рішення” (Київ, 2004), MicroCAD-2004 (Харків, 2004), XI міжнародна науково-технічна конференція “Машинобудування і техносфера XXI століття” (Севастополь, 2004).

Публікації. Основні положення дисертації відображені в 6 наукових працях, виданих в спеціальних виданнях. Є 2 патенти України.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів і 5 додатків. Повний об'єм дисертації 147 аркушів, зокрема 18 ілюстрацій по тексту, 12 ілюстрацій на 12 арк., 10 таблиць по тексту, 5 таблиць на 5 арк., 124 використаних літературних джерела на 8 арк., 6 додатків на 31 арк.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, висловлена наукова новизна і практична цінність одержаних результатів, дана загальна характеристика роботи.

У першому розділі розглянутий сучасний стан досліджуваної проблеми на основі вітчизняних і зарубіжних джерел інформації. Показано, що сучасні дослідження є логічним продовженням робіт таких вчених, як: М.Ф.Семко, А.А.Степанова, Б.П.Штучного, В.Н.Подураєва, В.М.Ярославцева і цілого ряду їх учнів і послідовників, які вирішували задачі підвищення якості і ефективності формоутворення і механічної обробки композиційних матеріалів.

Аналіз літературних джерел показав, що застосування композиційних матеріалів в сучасних конструкціях дає істотний виграш в масі, міцності, довговічності, стійкості до корозії і агресивних хімічних середовищ. Ці матеріали є гарними замінниками металів. Так, із загального об'єму полімерних матеріалів, споживаних в США для заміни металів, 40-50 % йде на виготовлення деталей автомобілів, приладів, рахункових машин і інших виробів загального машинобудування; 30-35 % - на виготовлення труб, фітінгiв і профілів; 15% - корпусів суден, деталей літаків і ракет.

Серед всього різноманіття виробів з композиційних матеріалів особливе місце займають обводоутворюючi деталі, які використовуються при виготовленні зовнішніх корпусів і внутрішньому оздобленнi літаків, суден, автомобілів і космічної техніки. До числа найпоширеніших обводоутворюючих деталей відносяться тонкостінні панелі.

В даний час виготовлення тонкостінних панелей з композиційних матеріалів здійснюється плазово-шаблонним методом. Формоутворювальне оснащення для виготовлення тонкостінних панелей є унікальними конструкціями великих розмірів і складних форм, характеристики яких визначаються жорсткими експлуатаційними вимогами. Так висока точність виготовлення повинна поєднуватися з невеликою масою, а також з високою стабільністю всіх характеристик при тривалій експлуатації і зберіганні.

Плазово-шаблонна технологія виготовлення формоутворювального оснащення має ряд недоліків: тривалий цикл виготовлення; велика кількість допоміжних операцій і використовуваних матеріалів; низька якість ув'язування контурів поздовжніх і поперечних шаблонів; зміна точності форми оснащення внаслідок усадки наповнювачів.

Таким чином, аналізуючи найпоширеніші методи виготовлення тонкостінних панелей, можна відзначити, що існуючі технології затратні, часто не забезпечують підвищених вимог до якості виготовлення і, крім того, вимагають значного часу на технологічну підготовку виробництва. Дане положення є неприпустимим в умовах скорочення життєвого циклу машинобудівної продукції і підвищення конкурентної боротьби на світових ринках.

Більш прогресивним методом формоутворення тонкостінних панелей в даний час є метод безплазової ув'язки. При переході на метод безплазової ув'язки (по 3D-моделям) виготовлення оснащення здійснюється безпосередньо на верстатах з ЧПК, що дозволяє: скоротити майже в 10 разів цикл і трудомісткість виготовлення оснащення; уникнути при запуску виробу великої кiлькостi спеціальних засобів ув'язки; підвищити точність виготовлення тонкостінних панелей; створити у сфері підготовки виробництва систему розрахунку управляючих програм для всього устаткування з ЧПК.

В другому розділі проводяться теоретичні дослідження погрішностей формоутворення об'ємних листових панелей від 3D-моделi до реального виробу.

При використовуванні безплазової технології (САМ-технології) виникає складність аналітичного опису 3D-моделi виробу. Дана модель будується не за конструкторськими кресленнями, а з урахуванням технологічних чинників, що впливають на якість готового виробу. Іншими словами, модель повинна враховувати усадку матеріалу виробу; відхилення від форми країв панелі внаслідок термічних дій в ході механічної обробки; просторові погрішності формоутворювального оснащення.

Таким чином, в САМ-технології на перше місце виступає аналітичне завдання контуру виробу з урахуванням його зміни на технологічних переходах.

Пропонована методика призначена для отримання на підставі експериментальних даних математичної моделі технологічного процесу дрібносерійного виробництва. Вид математичної моделі визначається нелінійною по параметрах функціональною залежністю між вхідними і вихідними перемінними величинами технологічного процесу.

Визначення емпіричних оцінок параметрів математичної моделі засноване на використовуванні байєсовських методів. Одержані оцінки уточнюються за наслідками експериментальних досліджень.

У технологічних системах вхідні дії і виходи об'єкту в кожен момент часу описуються як багатовимірні вектори, а сам об'єкт - оператором А, перетворюючим вектор вхідних дій у вектор вихідних перемінних

(1)

Основним фізичним принципом, покладеним в основу аналітичних методів отримання моделей багатовимірних об'єктів, є метод універсальних рівнянь наступного вигляду

(2)

де х1, х2, хn - вхідні, а yl, у2, уn - вихідні перемінні; аmn, bmn - коефіцієнти - дійсні числа.

Модель системи у вигляді рівнянь (2) може бути визначена будь-якою внутрішньою структурою, тобто зв'язки можуть бути обумовлені безпосередньою взаємодією перемінних, прямими зв'язками входу з різними виходами і зворотними зв'язками від виходів до входів.

Система (2) в матричній формі може бути представлена у вигляді

АY = ВХ, (3)

де X, Y - матриці вхідних і вихідних перемінних; А, В - матриці перетворень.

Головна перевага матричної форми запису полягає у тому, що, складаючи матриці за певними правилами, можна трансформувати в матричну форму не тільки запис перемінних, але і операції над ними.

Матричне зображення об'єкту достатньо ефективне при аналізі і синтезі системи за динамічними показниками. Одним з найсучасніших методів аналізу динаміки багатовимірних систем є метод простору станів.

Для визначення моделей в просторі станів за скалярними передавальними функціями використовуємо дискретні передавальні функції, в якості яких розглядається z-перетворення

(4)

де z-1 - оператор зсуву; u і у позначають відповідно вхідну і вихідну перемінні.

Якщо для спостережуваної системи задана її лінійна модель в просторі станів, то передавальна функція може бути одержана шляхом перетворення моделі в просторі станів в коагульовану форму

x(k)=Фx(k-1)+Гu(k-1) (5)

у(k)=Cx(k) (6)

Тут Ф - коагульована матрична форма.

, (7)

, (8)

. (9)

Рівняння (5-9) дозволяють описувати зміни погрішностей формоутворення на етапі 3D-модель > матриця > панель. Таким чином, було вирішене питання побудови моделі технологічних процесів з використанням передавальних функцій. Як мовилося ранiше, в основі такого підходу лежать лінійні рівняння, що описують динамічні процеси.

В результаті одержаних емпіричним шляхом коефіцієнтів перехідної матриці і теоретичного моделювання методом Монте-Карло, були одержані регресійні залежності зміни середньої величини відхилення профілю на різних етапах технологічного процесу (рис.1).

Комплексна підготовка виробництва на етапі освоєння має своєю метою забезпечення всебiчної готовності виробництва до випуску конкретних видів виробів до певних термінів, заданого рівня якості і в необхідних кількостях. Досягнення вказаних цілей повинне супроводжуватися мінімізацією всіх видів витрат на підготовку, які сьогодні ростуть дуже швидкими темпами. У зв'язку з цим виникає необхідність в розробці методів оцінки всебiчної готовності виробництва, за допомогою яких можна було б оцінити кількісно і якісно як проміжну (поточний стан), так і кінцеву підготовленість виробництва до випуску нового виробу.

Домінуючі чинники, що впливають на якість виготовлення об'ємних листових панелей і ефективність технологічної підготовки виробництва, визначалися на підставі діючої нормативно-технічної документації (СТП 012-03, СТП 009-03, ТУ 02.03.7903), діючих державних і галузевих стандартів (ГОСТ 25347-82, ОСТ 100022-80) і міжнародних вимог до систем якості підприємств (ISO 9004:2000, ISO 11843-2:2004).

Всі чинники розбивалися на три групи: технічні, економічні і організаційні. Усередині кожної групи чинники ранжирувалися провідними фахівцями підприємства за десяти бальною системою з урахуванням їх важливості для діючого виробництва. Малозначні чинники визначалися з використанням діаграм Парето, які будувалися окремо для технічних, економічних і організаційних чинників.

На підставі побудованої моделі одержані залежності описують ефективність технологічної підготовки виробництва

, (10)

(11)

(12)

де Ктг, Кєг, Ког - відповідно, комплексні показники технічної, економічної і організаційної готовності виробництва; t - етап освоєння нової продукції; Кп, Кс - відповідно, коефіцієнти досягнення планової продуктивності праці і планової собівартості; С - реальна собівартість продукції.

Вище приведені залежності дозволили побудувати криву зміни ефективності технологічної підготовки виробництва від якості продукції, що випускається (рис.2).

Використовування комплексних показників, як вимірників стану процесу в реальному режимі часу, створює умови для адаптивного управління виробництвом. У даній ситуації розв'язується питання, що доцiльнiше: розпочати випуск виробів декілька раніше, ніж буде завершений весь об'єм робіт по підготовці і тим самим, забезпечивши виграш в часі, одержати швидку віддачу від вкладених коштiв, або, декілька почекати з випуском, закiнчити всі види робіт по підготовці, мінімізувавши до можливих меж на цій стадії витрати виробництва, вийти на бiльшi об'єми випуску з меншими витратами, але в пізніші строки.

У третьому розділі представлені результати експериментів. Задача експериментів - доказ правомірності допущень, прийнятих в теоретичних дослідженнях, визначення достовірності теоретично одержаних результатів шляхом їх порівняння з експериментальними даними.

Експериментальні дослідження проводилися на ТОВ “ІнтерАМІ” (м. Харків). Як об'єкт дослідження розглядався технологічний процес виготовлення об'ємних листових панелей, виготовлених з термопластичних матеріалів типу “Kydex” і “Aerform LHR” (рис.3).

Формоутворення панелей здійснюється на термопластавтоматах. Контурне фрезерування панелей - на 6-ти координатному роботі “KAWASAKI”. Обробка вiдбувалалася 4-х пір'яною фрезою Ш 4 мм Р6М5 (ГОСТ 18372-73). Геометричні характеристики ріжучого інструменту: передній кут г=10°, задній кут б=8°. Було встановлено наступний режим обробки: подача sм=420-600 мм/мін, обороти шпинделя n=15000-16000 об/мін, глибина різання t=1,5 мм. Оброблювана заготівка встановлювалася на вакуумне пристосування.

Контроль відхилень реального контуру панелі від теоретичного вiдбувався на оптико-вимірювальному стенді K600®-CMM (рис.4.). Точність системи залежить від дистанції між об'єктом і фотоапаратом. Погрішність вимірювання у відповідній зоні: 1-а зона - 0,010 мм; 2-а зона - 0,025 мм; 3-а зона - 0,100 мм. Вимірювання вироблялись переважно в 2-ій зоні. Було проконтрольовано 24 пари матриця-деталь. Вимірювання вироблялися по 80-ти крапках. Графічно результати вимірювань представлялися у вигляді карти відхилень реального контуру виробу від теоретичного.

Експериментальне дослідження проводиться шляхом реєстрації значень контрольованих вхідних і вихідних величин досліджуваного об'єкту. Під вхідними величинами мається на увазі величина відхилення реального контуру матриці від теоретичного. Під вихідними - величина відхилення реального контуру готового виробу від теоретичного, представленого 3D-моделлю.

Як було сказано, виміри вироблялися по 24 різнорідним матрицям. Тому набуті значення не можуть бути використані напряму для отримання значень передавальної функції. Для виходу зі складної ситуації, що створилося, була використана нейронна мережа “BrainMaker”.

За експериментальними даними обчислювалася емпірична байесовськая оцінка. Емпірична байєсовська оцінка служить для оцінювання параметрів моделі спостережуваного процесу з урахуванням накопичених експериментальних даних про інші однотипні процеси, що належать до одного класу. Апріорна густина вірогідності оцінюваних параметрів при емпіричному байєсовському оцінюванні знаходиться за наслідками спостереження декількох процесів.

Графічна інтерпретація результатів експерименту представлена на рис.5. Як видно з малюнку, розмах відхилення реального контуру від теоретичного після упровадження результатів досліджень зменшився майже в два рази. Відхилення стали більш рівномірними, на відміну від попереднього варіанту, де спостерігалися періодичні викиди. Подібні викиди є концентраторами напруг, що приводить до передчасного виходу виробу з ладу в процесі експлуатації.

Статистичний аналіз показав, що параметри моделі оцінені з достатньою точністю. Відносна погрішність оцінювання параметрів не більш 2,78%. Стабільність і стійкість технологічного процесу підтверджується критерієм Z: Z=0,45 < 1,96 - при обробці матриці; Z=0,96 <1,96 - при формоутворенні панелі.

У четвертому розділі мовиться про практичну реалізацію результатів досліджень. У задачу даного розділу входить узагальнення одержаного в результаті виконаних досліджень матеріалу і промислового досвіду, і формулювання на цій основі принципів технологічної підготовки дрібносерійного виробництва. Також представлені результати промислового використовування технологій і устаткування, методики розрахунку їх економічної ефективності.

Розроблена автором багатофакторна модель ефективності технологічної підготовки виробництва, дозволяє у видимiй формі виміряти в грошовому еквiвалентi вплив контрольованих і неконтрольованих чинників на прибуток і проаналізувати, яким чином за допомогою різних стратегій управління можна впливати на прибутковість.

Модель ефективності є електронною таблицею, що містить, витрати, види продукції і результати. Таблиця дозволяє аналізувати ефективність ухвалених технологічних рішень для різного періоду попередження.

Залежно від потреб користувача, наявності даних, виробничого циклу і т.д. період може бути майже будь-яким (тиждень, місяць, квартал, півріччя, рік). Визначаючи тривалість періоду, необхідно враховувати умови отримання і співставлення даних. Мета полягає в співставленні продукції, виробленої в даному періоді, з ресурсами, спожитими за той же період часу.

Для забезпечення запропонованих технологічних рішень було спроектовано пристосування для фіксації деталей подвійної кривизни при контурному фрезеруванні на промисловому роботі "КАWASAKI" (рис.6).

В розробленому оснащеннi вирiшена задача зниження частки ручної праці і спрощення конструкції пристрою для фіксації нежорстких однакових деталей при контурному фрезеруванні.

До складу пропонованого пристрою для фіксації заготовок входить елемент з вакуумними отворами, форма поверхні якого повторює форму поверхні заготовки. Притиснення заготовки здійснюється за допомогою вакууму за рахунок різниці тиску в порожнині, розташованій під заготовкою, і зовнішнім середовищем. Елемент з вакуумними отворами, закріплений на основі, виконаний у вигляді обшивки, в яку введений силовий пористий заповнювач. На поверхні обшивки в зоні обрізання заготовки закріплений м'який елемент заведення, що дозволяє збільшити термін служби ріжучого інструменту. У зоні контакту деталі з обшивкою знаходиться ущільнюючий елемент.

У розробленому пристрої фіксації заготовок забезпечується:

1) зменшення частки ручної праці за рахунок полегшення операції базування; 2) спрощення конструкції за рахунок зменшення кількості необхідних складових елементів пристосування.

Конструкцію пристосування захищено патентом України №58615, опубл. 15.08.2003. Бюл.№8.

Розроблена технологія упроваджена на ТОВ “ІнтерАМІ” (м. Харків). В результаті її упровадження ефективність використовування робочої сили зросла на 31,8%, ефективність використовування енергоресурсів зросла на 26,4%, при цьому об'єм виробництва зріс на 57%. В цілому прибутковість виробництва зросла на 36,2 %, продуктивність - на 34%, відшкодування витрат на 1,7%. Дохід підприємства на одиницю продукції зріс за рахунок збільшення прибутковість на 7597,18 грн, продуктивність на 6299,64 грн, відшкодування витрат на 1294,54 грн. (рис.7).

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

Дисертація присвячена рішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає в підвищенні якості і ефективності технологічних процесів виготовлення об'ємних панелей з листових термопластичних матеріалів відповідального призначення для салонів літаків в умовах дискретно-нестабільних програм випуску. Результатом роботи є наукові і методичні положення з розробки САМ-технологій в дрібносерійному виробництві, а також підвищення його ефективності.

Висновки і результати досліджень сформульовані в наступних положеннях.

1. Розроблено промислову технологію контурного фрезерування панелей з негативними кутами оброблюваних поверхонь, що реалізована з використанням запропонованих вакуумних пристосувань для фіксації заготовок. Це дозволило зменшити трудомісткість допоміжних операцій на 76%. Розроблено і упроваджено методику складання управляючих програм для контурного фрезерування на промисловому роботі "KAWASAKI", яка дозволила відмовитися від етапу попереднього “навчання” робота по еталонній моделі. Скорочення підготовчого часу при цьому склало з 1,4 години до 0,43 годин. Окрім цього було усунено неминучий брак першої деталі, що має велике значення при одиничному виробництві.

2. Аналіз просторових погрішностей при формоутворенні панелей показав, що найбільша погрішність форми і розмірної точності профілю отримується на етапі перенесення 3D-моделi на матеріальний носій. Одержані аналітичні залежності визначення дискримінантів для теоретичного креслення з урахуванням технологічних чинників, що впливають на кінцеву якість виробу, що дозволило виготовляти формоутворювальне оснащення з умов зменшення подальшого викривлення заготовки в ході її механічної обробки.

3. Встановлено, що упровадження САМ-технологій, дозволяє використовувати простіший математичний апарат з високим ступенем адекватності при формалізації технологічних процесів. Було проведено апробацію лінійної і нелінійної моделей з метою вибору якнайкращої шляхом парного порівняння за критерієм відношення правдоподібності. Результати розрахунків показали, що при однаковому рівні значущості (0,05), значення функції правдоподібності відрізняються не більше ніж на 7,6%. Це дало підставу використовувати для опису процесу формоутворення листових панелей систему лінійних рівнянь матричного типу.

4. Одержано аналітичну залежність зміни точності форм і розмірів від 3D-моделей до реального виробу при формоутворенні об'ємних листових виробів з термопластичних матеріалів, що дозволяє проектувати технологічне оснащення за принципом бездефектного виробництва. Розроблені технологія і оснащення дозволили підвищити точність виготовлення відповідальних тонкостінних панелей з 12 до 8 квалітету і зменшити виробничий брак до 0,006%.

5. Запропоновано багаточинну модель оцінки ефективності виробництва в умовах дискретно-нестабільних програм випуску, і одержані критерії, що дозволяють прогнозувати продуктивність і собівартість продукції, що випускається, на стадії технологічної підготовки виробництва.

6. Розроблена технологія упроваджена на ТОВ “ІнтерАМІ” (м. Харків). В результаті її упровадження ефективність використовування трудових ресурсів зросла на 31,8%, ефективність використовування енергоресурсів зросла на 26,4%, при цьому об'єм виробництва зріс на 57%. В цілому прибутковість виробництва зросла на 36,2 %, продуктивність - на 34%, відшкодування витрат на 1,7%. Дохід підприємства на одиницю продукції зріс за рахунок збільшення прибутковості на 759718 грн, продуктивності на 629964 грн, відшкодування витрат на 129454 грн.

Досягнення рівня бездефектності 0,006% дало можливість сертифікувати виробництво в міжнародній сертифікаційній компанії "VERITAS".

ПЕРЕЛIК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гордеев А.С., Дерке А.В. Построение трехмерных моделей с использованием аналитических технологий. //Восточно-европейский журнал передовых технологий, 2004, №2. - С.8-10.

Здобувачем розроблений метод підготовки управляючих програм для верстатів з ЧПК з використанням еталонної моделі.

2. Гордеев А.С., Дерке А.В. Обработка термопластичных материалов. //“Рынок технологий: проблемы и пути решения”. Материалы II-ой Международной научно-практической конференции. - К.: УкрИНТЭИ, 2004. - С.89-90.

Здобувачем розроблена схема базування виробу при обробці на шести координатному промисловому роботі.

3. Гордеев А.С., Дерке А.В. Прогнозирование качества технологических систем. //Вестник НТУ “ХПИ”, 2004, №6, т.1, С.29-34.

Здобувачем запропонована методика визначення ефективності заходів щодо підвищення якості формоутворення об'ємних листових виробів.

4. Гордеев А.С., Дерке А.В. Реализация принципа “шесть сигма” в технологии машиностроения.//Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сб. науч. трудов.- Донецк: ДонГТУ, т.1, 2004 .– С.174-179.

Здобувачем одержана аналітична залежність ефективності технологічної підготовки виробництва, заснована на принципі бездефектності.

5. Гордеев А.С., Дерке А.В. Явления резонанса технологической системы. //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорск: ДДМА, вип.№18, 2004.-С.156-161.

Здобувачем розроблена конструкція вакуумного пристосування, що ліквідовує коливання в зоні різання.

6. Дерке А.В. Повышение качества и эффективности изготовления объемных листовых панелей из термопластичных материалов. //Восточно-европейский журнал передовых технологий, 2005, №6. - С.37-40.

Здобувачем запропонована модель ефективності технологічної підготовки дрібносерійного виробництва.

7. Дерке А.В. Установление размерных взаимосвязей при изготовлении объемных листовых изделий. //Восточно-европейский журнал передовых технологий, 2006, №5. - С.46-49.

Здобувачем одержані розмірні і економічні взаємозв'язки при виготовленні листових виробів з термопластичних матеріалів.

8. Спосіб віготовлення елементів салону літака з термопластичних мате ріалів. /Патент України №32655, опубл. 15.02.2001, Бюл№1.

Здобувачем запропонована принципова схема виготовлення виробів з використанням САМ-технологій.

9. Пристрій для фіксації деталей літака при обрізуванні. /Патент України №58615, опубл. 15.08.2003, Бюл№8.

Здобувачем проведені силові розрахунки пристосування.

АНОТАЦІІ

Дерке О.В. Підвищення якості виготовлення листових панелей в дрібносерійному виробництві. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. ДНВЗ “Донецький національний технічний університет”, Донецьк, 2007.

Дисертацію присвячено рішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає в підвищенні якості і ефективності виготовлення панелей з листових термопластичних матеріалів в умовах дискретно-нестабільних програм випуску.

Одержано регресійну модель зміни погрішностей формоутворення об'ємних листових виробів з термопластичних матеріалів від 3D-моделi до реального виробу. Модель призначено для дрібносерійного виробництва. Визначення емпіричних оцінок параметрів математичної моделі засноване на використовуванні байєсовських методів.

Розроблено модель багаточинника ефективності технологічної підготовки виробництва, яка дозволяє в явній формі виміряти в грошовому виразі вплив контрольованих і неконтрольованих чинників на прибуток і проаналізувати, яким чином за допомогою різних стратегій управління можна впливати на прибутковість.

Спроектовано оснащення для фіксації деталей подвійної кривизни при контурному фрезеруванні на промисловому роботі "КАWASAKI". Розроблене пристосування забезпечує: зменшення частки ручної праці за рахунок полегшення операції базування; спрощення конструкції за рахунок зменшення кількості необхідних складових елементів. Конструкція пристосування захищена патентом України №58615, опубл. 15.08.2003. Бюл.№8.

Ключові слова: якість і ефективність виготовлення панелей з листових термопластичних матеріалів, САМ-технології, дрібносерійне виробництво, байєсовські методи, модель багаточинника ефективності технологічної підготовки виробництва, 3D-модель.

Дерке А.В. Повышение качества изготовления листовых панелей в мелкосерийном производстве. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. ГВУЗ “Донецкий национальный технический університет”, Донецк, 2007.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-практической задачи, которая заключается в повышении качества и эффективности изготовления панелей из листовых термопластичных материалов в условиях дискретно-нестабильных программ выпуска. Результатом работы являются научные и методические положения по разработке САМ-технологий в мелкосерийном производстве, а также повышения его эффективности.

Анализ литературных источников показал, что при формализации этапов проектирования технологий возникают определенные трудности. Наибольшей сложностью отличается задача формализации определения маршрута изготовления деталей, решение которой требует учета многих трудноформализуемых факторов. Как отмечается в технической литературе, в подобных случаях наиболее целесообразным является внедрение САМ-технологий, способных сочетать индивидуальные технологические решения, принимаемые технологом, с типовыми технологическими решениями, принимаемыми автоматически.

Получена регрессионная модель изменения погрешностей формообразования объемных листовых изделий из термопластичных материалов от 3D-модели к реальному изделию. Модель предназначена для мелкосерийного производства. Вид математической модели определяется линейной по параметрам функциональной зависимостью между входными и выходными переменными величинами технологического процесса. Определение эмпирических оценок параметров математической модели основано на использовании байесовских методов. Полученные оценки уточняются по результатам экспериментальных исследований нескольких однотипных технологических процессов одного класса, описываемых одинаковыми математическими моделями.

Рассмотрены экономические и организационные аспекты повышения качества машиностроительного производства. Количественной мерой уровня готовности предприятия служить комплексный показатель.

На основании экспериментальных исследований получена функциональная зависимость между выходной и входной величинами процесса формообразования объемных листовых изделий, а также определены коэффициенты матричного уравнения. Экспериментальное исследование проводились путем регистрации значений контролируемых входных и выходных величин исследуемого объекта. Под входными величинами подразумевается величина отклонения реального контура матрицы от теоретического. Под выходными – величина отклонения реального контура готового изделия от теоретического, представленного 3D-моделью.

Разработана многофакторная модель эффективности технологической подготовки производства, которая позволяет в явной форме измерить в денежном выражении влияние контролируемых и неконтролируемых факторов на прибыль и проанализировать, каким образом с помощью различных стратегий управления можно воздействовать на прибыльность.

Спроектирована оснастка для фиксации деталей двойной кривизны при контурном фрезеровании на промышленном роботе "КАWASAKI”. Разработанное приспособление обеспечивает: уменьшение доли ручного труда за счет облегчения операции базирования; упрощение конструкции за счет уменьшения количества необходимых составных элементов. Конструкция приспособления защищена патентом Украины №58615, опубл. 15.08.2003. Бюл.№8.

Ключевые слова: качество и эффективность изготовления панелей из листовых термопластичных материалов, САМ-технологии, мелкосерийное производство, байесовские методы, многофакторная модель эффективности технологической подготовки производства, 3D-модель.

Derke A. V. Quality improving of sheet panels manufacture in small-lot production.

Dissertation for academic degree of Candidate of Science on speciality 05.02.08 -mechanical-engineering technology – SHEE “Donetsk national technical university”, Donetsk 2007.

Dissertation is dedicated to solving current scientific practical task which consists in improving the quality and efficiency of panel manufacture of sheet thermoplastic materials in discrete unstable production programs. The result of the work is scientific and methodical statements on development of CAM-technology in small-lot production, and also efficiency upgrading.

The regression model of change forming errors of volumetric sheet products made of thermoplastic from 3-D model to real final product was obtained. The model is designed for small-lot production. The mathematical model type is determined by linear (by parameters) functional dependence between input and output variable values of technological process. Definition of empirical estimator of mathematical model parameters is based on bayesovskiye methods. The derived values are refined by the results of experimental studies of several single-type technological processes of one class, described by the identical mathematical models.

In the work were examined the economical and organizational aspects of quality improvement machine building production. The quantitative measure of readiness level is integrated index.

On the basis of experimental studies was obtained functional dependence between input and output values of volumetric sheet products forming process, matrix equation coefficients were determined as well. Experimental research was carried out with the help of magnitude logging of controlled input and output values of the studied object. Under input values is meant matrix real contour deviation from theoretical. Under output values - deviation value of finished product real contour from theoretical represented by 3-D model.

There was developed an efficiency multifactor model of production tooling, which allows in explicit form to measure in money terms the influence of controlled and uncontrolled factors on profit and to analyse in what way it is possible to influence profitability with the help of different management strategies.

Key words: quality and efficiency of panel production of sheet thermoplastic materials, CAM-technolgy, bayesovkiye methods, efficiency multifactor model of production tooling, 3-D model.