НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

ФІЛІППОВА Марина В’ячеславівна

УДК 658.512:621.717

МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ СКЛАДАННЯ ВІСЕСИМЕТРИЧНИХ СКЛАДАЛЬНИХ ОДИНИЦЬ ОПТИКО-МЕХАНІЧНИХ ПРИЛАДІВ

Спеціальність: 05.11.14 – технологія приладобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі виробництва приладів Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" Міністерства науки і освіти України, м. Київ

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,

Вислоух Сергій Петрович,

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут", м. Київ,

доцент кафедри виробництва приладів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Зенкін Анатолій Семенович

Київський Національний університет технології

та дизайну, м. Київ,

завідувач кафедри метрології, стандартизації та

сертифікації

кандидат технічних наук, доцент

Кучеренко Олег Костянтинович

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут", м. Київ,

доцент кафедри оптичних та

оптико-електронних приладів

Захист відбудеться “18 ” вересня 2007 р. о 15 годині, на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.18 у Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. Київ, Проспект Перемоги, 37, навчальний корпус №1, аудиторія 293.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут"

Автореферат розісланий “ ” 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, доцент Бурау Н.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми обумовлена тим, що більшість сучасних методів розв’язання задачі автоматизованого проектування технологічних процесів складання орієнтовані на вироби машинобудування, а приладобудівне виробництво накладає особливі вимоги до технології складання приладів, в основу організаційної форми складання якого покладено групову технологію. Основна інформація про технологічний процес, яка представлена у вигляді послідовності етапів складання елементів виробу, тобто технологічної схеми складання, в даний час в приладобудуванні формується у ручному режимі. Це пояснюється відсутністю впливу формалізованого опису конструкції виробу на послідовність його складання та недостатньою формалізацією знань технологій, що задаються у вигляді рекомендацій та емпіричних залежностей. Розробка підпорядкованих принципу причинності логічних залежностей дозволяє створити основи системи автоматизованого проектування технологічних процесів складання, а також покращити якість технологічних параметрів та підвищити продуктивність праці проектувальників, виключити суб’єктивізм у процесі проектування, покращити економічні показники за рахунок ефективного нормування робіт. Тому актуальним є розв’язання задач формалізації опису виробів приладобудування та процесу проектування технологічних процесів їх складання й розробки на цій основі теоретично обґрунтованих методів автоматизованого проектування технології виготовлення оптико-механічних виробів. Також представляє великий інтерес віртуальне складання виробів за допомогою систем твердотільного проектування з одночасним формуванням вихідної технологічної документації. Це обумовлює актуальність розробки методів та засобів автоматизованого проектування технологічних процесів складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” та пов’язана з наступними науковими програмами, темами і проектами: “Перспективні інформаційні технології, прилади комплексної автоматизації, системи зв’язку” по темі № 2432 “Дослідження технологічних характеристик нових оброблюваних і інструментальних матеріалів та створення автоматизованої системи для їх визначення”, номер державної реєстрації 0100U000925, по темі № 2640-Ф “Дослідження та розробка автоматизованих технологічних систем в приладобудуванні”, номер державної реєстрації 0103U000289 та по темі №2941-Ф “Розробка автоматизованої системи оптимізації параметрів технологічних систем та обладнання, які реалізують високі технології в приладобудуванні”, номер державної реєстрації 0106U001716.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є прискорення проектування технологічного процесу складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів шляхом формалізації процесу проектування механоскладальних робіт на основі інформаційних моделей виробу й технологічного процесу його складання та створення автоматизованої системи технологічного проектування і її адаптація з CAD – системою.

Для досягнення даної мети необхідно було вирішити наступні основні задачі:

1. Розробити класифікацію конструктивно-технологічних та функціональних властивостей оптико-механічних виробів приладобудування, які мають вплив на процес проектування технології їх складання.

2. Визначити зміст, структуру та форму представлення початкових даних про прилад, що впливають на якість технологічної підготовки, і які є необхідними для автоматизованого проектування.

3. Виявити формально-логічні та функціональні залежності, які дозволяють шляхом аналізу конструкції виробу формувати його інформаційну модель, що є необхідною для автоматизованого проектування технології складальних робіт.

4. Розробити методику створення інформаційних моделей виробів, що складаються, яка враховує не тільки їх конструктивно-технологічні властивості, а й можливість їх представлення у 3D CAD системах.

5. Розробити методику створення інформаційних моделей технологічного процесу складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів.

6. Створити методи, алгоритми та програми, які дозволять автоматизувати проектування технологічних процесів механоскладального виробництва.

7. Виконати експериментальну апробацію створеної системи і розробити практичні рекомендації щодо автоматизованого проектування технологічних процесів складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів.

Об’єкт дослідження – технологічна підготовка механоскладального виробництва в приладобудуванні.

Предмет дослідження – інформаційні моделі зв’язків в складальних одиницях оптико-механічних виробів та в технології їх складання.

Методи дослідження. Методи аналізу та синтезу, методи теорії множин і математичної логіки при розробці принципів формування інформаційних і математичних моделей, методи імітаційного моделювання при проектуванні технології механоскладальних робіт, методи алгоритмізації та програмування при розробці системи автоматизованого проектування.

Наукова новизна одержаних результатів. Результати роботи є новими, їх новизна полягає в наступному:

- вперше виконано формалізацію опису вісесиметричних складальних одиниць та оптико-механічних виробів на основі аналізу інформаційних зв’язків і формалізовано технологічний процес складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних приладів;

- розроблено нові інформаційні моделі конструкції вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів та технології їх складання, що дозволяє детально відтворювати зв’язки між елементами виробу;

- створено математичну модель технологічного поділу вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів на їх складові елементи, яка враховує технологічні особливості складання цих виробів.

- розвинуто уявлення про можливості автоматизованого проектування технології механоскладальних робіт в приладобудуванні.

Практична цінність роботи В результаті виконання дисертаційної роботи вирішена науково-практична задача підвищення ефективності процесу проектування технології складання вісесиметричних оптичних виробів.

Запропоновано методи класифікації вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів, їх технологічного поділу з урахуванням особливостей приладобудівного виробництва. Розроблено узагальнені маршрут та операції, що враховують реальні умови виробництва, і на їх основі створені таблиці рішень та методика формування маршруту складання конкретного виробу з урахуванням його конструкторсько-технологічних особливостей.

На основі отриманих інформаційних моделей та створених алгоритмів розроблено автоматизовану систему проектування технології складання оптико-механічних виробів “ОПТИК”, яка в сукупності з системою твердотільного проектування SolidWorks дозволяє комплексно вирішувати задачі складання цих виробів з одночасним отриманням технологічної документації.

Отримані результати дисертаційної роботи в вигляді автоматизованої системи проектування технологічних процесів складання, дозволяють підвищити продуктивність праці технологів-проектувальників та покращити якість виконання проектних робіт.

Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі приведені результати досліджень, що виконані особисто автором. Постановка задачі досліджень, розробка методології та підходів до її вирішення здійснювались спільно з науковим керівником.

Автору належить створення:

- інформаційних моделей вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних приладів та їх складальних одиниць, що враховують особливості їх конструкції,

- інформаційних моделей технологічних процесів складання поданих виробів,

- методик та алгоритмів класифікації, технологічного поділу вісесиметричних оптико-механічних виробів на складальні одиниці.

- методики проектування технології складання виробів на основі групових технологічних процесів та групових технологічних переходів,

- узагальнених технологічних маршрутів та узагальнених операцій складання вісесиметричних складальних одиниць оптичних приладів.

- системи проектування технології складання оптико-механічних виробів;

- методики віртуального складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів за допомогою системи SolidWorks та системи “ОПТИК” з одночасним отриманням технологічної документації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на міжнародних молодіжних науково-практичних конференціях “Людина і космос” (2002-2005 рр., 2007 р., м. Дніпропетровськ), науково-технічних конференціях “Приладобудування: стан і перспективи” (2002-2007 рр., м. Київ), міжнародних науково-технічних семінарах “Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении” (2003-2007 рр., м. Свалява) і на науково-методичних семінарах кафедри виробництва приладів НТУУ “КПІ”.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 20 наукових праць, серед них 6 статей в провідних фахових виданнях та патент на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг роботи складає 199 сторінок. Вона містить 152 сторінки, в тому числі 55 ілюстрації по тексту, 6 ілюстрацій на 6 сторінках, 10 таблиць на 12 сторінках, 5 додатків на 47 сторінках та список з 95 використаних джерел на 9 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі представлена актуальність і доцільність виконання досліджень, сформульовані мета і задачі дослідження, наукова новизна та практичне значення роботи, особистий внесок здобувача, наведені дані про публікації та апробацію роботи.

В першому розділі проаналізовані інформаційні процеси в технології складання приладів, методи моделювання інформаційних зв’язків в приладах та їх складальних одиницях і методи моделювання інформаційних процесів в технології складання, а також встановлено тенденції і перспективи подальшого розвитку теоретичних основ автоматизованого проектування технологічних процесів складання.

В роботах А. П. Гавриша, Н. М. Капустина, М. П. Новикова тощо розглянуті питання розробки та математичного опису технологічних процесів складання й розвитку методів автоматизації їх проектування. В роботах В. В. Павлова та Б. Е. Челіщева, сформульовані технологічні властивості конструкцій виробів, а їх вплив на порядок установки деталей представлений у вигляді умов доступу та базування.

Сучасні дослідження А. Гонсалеса-Сабатера, А.С. Зенкіна, В. М. Давигори, В. А. Пасічника, В. М. Корінькова направлені на теоретичне обґрунтування структури проектування, розробку математичних моделей об’єктів виробництва та виробничих процесів, формалізоване представлення проектних процедур, а також створення методів їх виконання.

В результаті проведеного аналізу виявлено, що синтез технологічних процесів складання приладів потребує удосконалення в частині формалізації процесу побудови моделі об’єкту складання, представлення в суворій математичній формі загальних закономірностей технології, виражених в даний момент в недостатньо формалізованих знаннях, та створенні на їх основі моделі послідовності складання приладів. Крім того, мало уваги приділено інформаційному наповненню математичних моделей, удосконаленню методів ідентифікації структури об’єкта та процесу його складання, необхідних для автоматизованого проектування технологічних процесів складання.

В другому розділі розроблено методику та класифікацію вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів, на основі аналізу особливостей їх конструкцій, технологічних вимог до них та особливостей складання даних виробів. Особлива увага приділена групуванню виробів та розробці групових технологічних процесів їх складання.

Загальна тенденція сучасного розвитку оптичного приладобудування так само, як і інших приладів полягає в зменшенні габаритних розмірів виробів, підвищенні точності роботи, розширення функціональних можливостей. Все це ускладнює конструкції пристрою, та технологічний процес їх виготовлення. Наявність оптичних елементів в приладах створює додаткові труднощі в їх виробництві через істотну специфіку та особливості складання й регулювання виробів.

Одним з методів підвищення ефективності технологічної підготовки виробництва приладобудівних підприємств є групова технологія. Фактором, що стримує її широке використання можна вважати недостатній рівень автоматизації технологічної підготовки групового виробництва (ТПГВ).

Склад конструктивно-технологічних властивостей складальних одиниць приладів визначається на основі класифікації. При цьому конструктивно – технологічні властивості використовуються у якості класифікаційних ознак. Таким чином принципи, що закладені у методиці класифікації, визначають правила виявлення та формування складу ознак, а також способи їх опису та систематизації. Логічна схема класифікації конструкторсько-технологічних ознак наведена на рис. 1.

Результати класифікації оптико-механічних приладів та їх складальних одиниць є основою для розробки групового технологічного процесу складання. Також створено такий процес, що дозволяє складати будь яку складальну одиницю з групи без значних відхилень від загальної технологічної схеми.

Розв’язання задачі розробки технологічного процесу полегшується тим, що вже при класифікації враховуються можливі методи складання деталей, що забезпечує отримання готової складальної одиниці. Розроблена класифікація вісесиметричних складальних одиниць оптико – механічних виробів та створені групові технологічні процеси і групові операції враховують особливості виробів приладобудівного виробництва та дозволяють на цій основі створити автоматизовану систему проектування технологічних процесів.

В третьому розділі створена інформаційна модель вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів на основі аналізу їх інформаційних зв’язків.

Інформацію про виріб можна представити множиною Х властивостей та стану його конструктивно-технологічних параметрів та параметрів компонентів, що входять до його складу. Якщо цю множину Х розбити на не перехрещуванні підмножини різних ієрархічних рівнів та врахувати структуру виробу і реальні зв’язки між компонентами при складанні, то виріб як систему можна описати інформаційною моделлю у вигляді графу.

Такий граф (рис. 2) визначає схему інформації від початкових даних до кінцевого результату. Корінь цього деревоподібного графа визначає узагальнену властивість (або стан) виробу, що складається, а інші вершини характеризують властивості окремих його компонентів. Дуги графа вказують на взаємозв’язок всіх елементів системи у процесі складання.

Рис. 1. Логічна схема класифікації конструктивно-технологічних ознак виробу

Побудована таким чином інформаційна модель відображає структуру виробу. Ієрархія моделі відображає порядок відношень між структурними компонентами,

причому параметри більш високого рівня є узагальненням параметрів більш низького рівня. Зміст узагальнення структурних компонентів полягає в тому, що проходить нібито злиття параметрів низького рівня в один параметр виробу. Це означає, що граф є орієнтованим, причому він буде однонаправленим.

Рис. 2 - Інформаційна модель виробу у вигляді графу (Аі- назва та номер деталей).

Формалізм, якій може бути покладений в основу моделей опису елементів конструкції оптико-механічних складальних одиниць, повинен бути достатньою спільним та здатним до представлення інформації. В його основу може бути покладено поняття реляційної системи.

Вважається, що будь-яка інформаційна структура є реляційною системою , де - множина об’єктів конструкції оптико-механічного виробу, - предикат, визначений на множині , що задає властивості або взаємозв’язки об’єктів. Ця модель може бути визначена як набір типів відношень , де i=1,2,...,n - кількість наборів типів відношень, під якими розуміють множину відношень даного ступеню на можливих носіях (деталі, складальні одиниці, тощо), що задовольняє визначеним обмеженням. Такими обмеженнями тут є формули мови розрахунку предикатів. Основним елементом моделі опису елементу конструкції є набір даних, тобто поняття та імена, що складаються з власника набору (ім’я елемента конструкції) та одного або декількох членів набору (тип елементу, поверхня зв’язку, тощо). Як власник, так і кожен з членів набору є записом, що складається з імені запису, що його ідентифікує, та полів запису, що визначають властивості об’єкту. Кожен такий набір даних має власне ім’я.

Графічні образи елементів конструкції та їх сукупності можна дати інтерпретувати у вигляді графу , вершинам якого відповідають поняття та імена , а дугам – відношення , що існують між ними.

Запропоновані мова опису виробу та узагальнена модель його конструкції дозволяють формалізувати процес природного (тривимірного) складання при проектуванні конструкцій складальних одиниць та виробів і виконати моделювання процесу їх складання на етапі конструкторського проектування.

В четвертому розділі на основі аналізу інформаційних зв’язків в технології складання приладів розроблено інформаційну модель технологічного процесу складання, алгоритм технологічного поділу виробу та алгоритм формування процесу складання.

При проектуванні технології складання використовуються великі масиви інформації – методи складання, обладнання та інструмент, вид деталей, а саме постійна інформація, що характеризує умови виробництва; умовно-постійна інформація про обладнання та інструмент, режими і умови складання та способи забезпечення точності; змінна інформація про виріб, що складається, тобто інформація про деталі, складальні одиниці, зв’язки між ними.

В процесі проектування використано різні види зв’язків між елементами процесу проектування: зв’язки у вигляді аналітичних виразів, які дозволяють розрахунковим шляхом визначити параметри технологічного процесу; логічні зв’язки, що дають змогу виявити відповідність методів та прийомів складання об’єкта виробництва та такі, що використані при розв’язанні задач зі забезпечення заданого взаємного розташування поверхонь; інформаційні зв’язки, які визначають спряженість елементів технологічного процесу та послідовність розв’язання задач проектування; розмірні зв’язки між поверхнями деталей, що дозволяють вирішити питання про зміни комплектів баз та послідовності складання виробу.

Для опису розв’язання задачі послідовності проектування технології складання, наведено етапи отримання необхідної інформації, її склад та функцій, за допомогою яких ця інформація може бути отримана.

Математичний опис задачі побудови послідовності складання виробу представлено на двох рівнях.

На першому рівні здійснюється побудова інформаційної моделі проектування, де виконується класифікація об’єктів, їх відношення та розкривається структура рішення поставленої задачі.

На другому рівні будується логічна модель, де описуються функції перетворення інформації, яка представлена у вигляді кінцевих множин значень змінних та їх відношень на етапах проектування. На даному рівні розкриваються умови формування підмножин технологічних об’єктів, всі елементи яких мають задані властивості або знаходяться у визначених відношеннях між собою чи з елементами інших множин. Для опису перетворення цих функцій використовується апарат логіки предикатів першого роду.

На основі аналізу процесу проектування технології складання побудована схема інформаційних та логічних зв’язків між його елементами (рис. 3).

Основою побудови інформаційної моделі є схема цілевих функцій. Первинні області визначення цих функцій є вихідними множинами інформаційної моделі. Схема інформаційної моделі, в якій показана структура задачі побудови послідовності створення технологічного процесу механоскладальних робіт, наведена на рис. 4.

Оскільки дана модельне розкриває ні умов формування множин елементів та їх відношень, які описують проектні рішення, ні, тим більше, процедур їх формування, то для переходу до вирішення цих питань, сформульовано та класифіковано відношення, які відображають взаємодію об’єктів конструкції виробу між собою та з об’єктами виробничого середовища. Визначено властивості конструкції, які є загальними для виробів приладобудівного виробництва, що забезпечують можливість складання з деталей та визначають зміст його технологічного процесу. Кожна з властивостей конструкції є результатом визначених взаємодій деталей у виробі.

Властивість перша. Всі деталі виробу обмежені в переміщеннях однієї відносно іншої по всім напрямках.

Положення перше. Для кожної деталі по одному з напрямків існує інша деталь, яка обмежує пересування першої деталі за даним напрямком.

Нехай є множиною значень властивостей деталі, яка характеризує напрямок обмеження можливого переміщення.

Оскільки деталь у виробі та в складальній одиниці повинна бути обмежена в пересуванні за всіма координатними напрямками, то приймає значення .

На мові предикатів першого роду, які використані для опису логічних виразів, положення перше можна представити у вигляді наступної формули:

, (1)

де - множина деталей виробу; - деталі з множини ; - напрямок з множини ; - відповідно квантори загальності та існування; “<>” символ відношення обмеження взаємного пересування.

Положення друге. Кожна деталь виробу в різних напрямках входить у групу деталей, яка створює замкнений ланцюг взаємних обмежень пересування.

Реалізація поданого положення забезпечує визначеність базування кожної деталі виробу. Також в символічному вигляді перше положення можна записати у вигляді такої формули:

(2)

В подальшому групу деталей, які входять у замкнений ланцюг, мають називають “замкненим ланцюгом”, а множину деталей, які створюють цю групу, позначено .

Положення третє. Будь-яки дві деталі виробу по довільному напрямку входять хоча б в один загальний ланцюг, що можна записати виразом:

(3)

Для характеристики такого взаємозв’язку між деталями введено відношення “зв’язаності”.

Рис. 3. Схема інформаційних та логічних зв’язків при проектуванні технології складання виробу.

Виділення даного відношення важливе при рішенні задачі технологічного розподілення, оскільки у технологічну складальну одиницю можна включати таку множину деталей, в якої для будь-якої пари деталей має місце відношення зв’язаності.

Так, через відношення зв’язаності вираз (3) можна записати у вигляді:

(4)

Це засвідчує те, що будь-яка пара деталей у виробі (складальній одиниці) по будь-якому напрямку знаходиться у відношенні зв’язаності, тобто входить у групу деталей, які створюють замкнений ланцюг взаємних обмежень.

Властивість друга. Кожна деталь виробу приймає у будь-який момент часу визначене положення відносно інших деталей, що відображається визначеністю базування деталей, яка характеризується незмінним збереженням відповідного контакту спряжених поверхонь. Розташування однієї деталі відносно іншої задано контактом деталей або розмірним зв’язком.

Положення четверте. Для будь-якої деталі , крім тієї, яка використовується для встановлення деталей у робоче положення, по будь-якому напрямку є деталь , яка є базовою для по цьому напрямку.

Цю властивість конструкції описано наступними відношеннями між деталями:

- відношенням контакту, коли деталі та мають загальну поверхню контакту:

(5)

де - знак відношення контакту;

- відношення розмірного зв’язку, тобто коли деталі та зв’язані розміром:

(6)

де - знак відношення розмірного зв’язку;

Рис. 4. Схема інформаційної моделі процесу проектування технології механоскладальних робіт А – складальний елемент конструкції; С – обладнання; В – технологічна база; П – технологічний перехід; О- операція.

- відношення базування, коли є базовою для :

(7)

де - знак відношення базування.

Властивість третя. Конструкція будь-якого виробу може бути складеною.

Це одна з основних властивостей конструкції будь-якого виробу, на яку звертають увагу при конструюванні та перевірці нового виробу на технологічність. Не виконання цієї властивості робить неможливим складання виробу.

Подана властивість забезпечує у конструкції виробу реалізацією наведених далі положень.

Положення п’яте. Для будь-якої пари деталей зажди існує така послідовність їх встановлення при складанні виробу, коли одна деталь не обмежує доступ до місця встановлення другої.

Властивість складаємості характеризується:

- відношенням обмежень за доступом, для позначення якого використано символ “”:

(8)

де , - деталі виробу, при чому деталь обмежує доступ деталі до місця встановлення;

- відношення наступності:

, (9)

де деталь передує деталі .

У символічному вигляді п’яте положення можна записати у вигляді:

(10)

У конструкції виробу для забезпечення можливості переміщення деталей у процесі складання або розскладання при одночасному виконанні вимог до силового замикання у складеному стані використано спеціальні спряження, які дозволяють замикати або розмикати силове замкнення між деталями.

Для ідентифікації деталей з такими спряженнями введено властивість “вид фіксації”.

Дві деталі мають нефіксоване спряження, якщо тільки воно забезпечує їм обмеження взаємних переміщень за всіма напрямками, тобто відношення зв’язаності.

Сформульоване положення, що реалізовано в конструкції виробу забезпечує його складання.

Положення шосте. Будь-який замкнений ланцюг взаємних обмежень містить хоча б пару деталей з нефіксованим спряженням.

Позначимо - властивість деталі мати нефіксоване положення. Тобто шосте положення у символічній формі описується наступною формулою:

. (11)

Наведений аналіз загальних закономірностей взаємодії об’єктів технологічного процесу складання та їх опис через систему відношень є основою для побудови логічної моделі процесу синтезу технологічних процесів, інваріантною по відношенню до завдань на проектування.

Одним з питань, яке вирішено з метою створення методики автоматизованого проектування технології складання, є питання оптимального технологічного поділу, тобто розбиття конструкції виробу, складальної одиниці на складові частини, які можна складати незалежно одна від одної.

Рішення задачі технологічного поділу побудовано на основі прийнятих технологічних положень.

Положення 1. Будь-яка складальна одиниця, що виділена при технологічному поділі, повинна складатись незалежно.

Положення 2. Технологічний поділ повинен забезпечити можливість максимальної диференціації складального процесу, тобто можливість здійснення складання найбільшої кількості елементів незалежно один від одного.

Положення 3. Складальна одиниця, як правило, не повинна розскладатись після її складання.

Положення 4. В одну складальну одиницю варто виділити з'єднання, виконання яких можливо на одному робочому місці.

На основі наведених положень, в якості приклада, створена схема технологічного поділу окуляру об’єктива (рис. 5), де показано поділ виробу на окремі складальні одиниці, тобто виділено з множини деталей приладу такі підмножини, що не перетинаються, кожна з яких задовольняє вимогам до множини деталей, які створюють складальну одинцю.

Рис. 5. Схема технологічного поділу окуляру

Схема базування для кожної деталі () містить інформацію про склад множини деталей, які є базовими для деталі . Схема доступу для кожної деталі містить інформацію про склад множини деталей, які обмежують доступ деталі до місця встановлення.

Узагальнений алгоритм рішення даної задачі складається з наступних етапів:

1. Множини з'єднань S розбиваються на підмножини з однаковою ознакою "група роботи".

2. Множини впорядковуються відповідно до необхідного порядку виконання групи робіт.

3. У кожній множині визначаються з'єднання, що обмежують доступ з'єднанням з іншої множини .

4. З'єднання переносяться з у якщо i <j.

5. Кожна множина розбивається на підмножини , де кожна підмножина, крім першої, містить базові деталі для деталей з'єднань з попередньої підмножини.

6. У черговій підмножині визначаються з'єднання з деталями, що обмежують доступ до деталей з'єднань з підмножин з більшим порядковим номером.

7. Виділені в з'єднання переносяться до складу підмножини, які йдуть один за одним.

8. У підмножині виділяються групи з'єднань , де з'єднання мають хоча б одну загальну деталь.

9. Кожній зі сформованих груп з’єднань надається черговий номер технологічної складальної одиниці.

10. Здійснюється перехід до п. 6 до повного перебору всіх груп з'єднань з множини S.

Відповідно до алгоритму технологічного поділу складальні одиниці формують по рівнях: на першому рівні — складальні одиниці, що складаються тільки з деталей, на наступних рівнях — ті, які складаються з деталей і раніше сформованих складальних одиниць.

З врахуванням узагальненого маршруту виготовлення виробів конкретної групи (розділ 2) та алгоритмів поділу виробу на елементи (складальні одиниці та деталі) здійснено визначення операцій складання.

Розроблено алгоритм вибору операцій з узагальненого маршруту. Згідно з цим алгоритмом послідовно здійснюється аналіз вектора ознак В та їх порівняння з ознаками матриці рішень А, створення якої розглянуто в розділі 2. При співпадінні ознак вектора В та відповідного рядка матриці А операція Оі включається в маршрут виготовлення виробу. Таким чином сформовані операції є основою для складання конкретного виробу. Отриманий маршрут при необхідності підлягає корегуванню і є основою для створення методики автоматизованого проектування, що викладена у розділі 5.

В п’ятому розділі дисертаційної роботи наведено методику автоматизованого проектування технології складання виробу за допомогою систем SolidWorks та ОПТИК, на основі інформації, що отримана в розділі 4. На основі аналізу систем автоматизації конструювання виробів для створення системи автоматизованого проектування технологічних процесів складання була обрана система твердотільного моделювання SolidWorks. Дана система має зручний інтерфейс користувача та відповідає вимогам, що пред’явлені до CAD-систем. Для розробки системи автоматизованого проектування технологічних процесів складання оптико-механічних виробів було розроблено алгоритм проектування технології складальних робіт, створено програмне та вибране технічне забезпечення. В розділі приведено методику створення бази даних в системі “ОПТИК”, а також наведено методику проектування технологічних процесів в поданій системі. Для сумісної роботи системи твердотільного моделювання SolidWorks та системи “ОПТИК” розроблено алгоритм проектування технології механоскладальних робіт. На основі цього алгоритму розроблені методичні рекомендації сумісного використання систем SolidWorks та “ОПТИК” з метою комп’ютерного складання та паралельним формуванням технологічної документації.

На початку виконання робіт з автоматизованого проектування технологічних процесів складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів завантажуються системи SolidWorks та ОПТИК на виконання. При цьому з’являються головні вікна вказаних систем (рис. 6).

Для створення технологічних маршрутів складання переходять до роботи в системі “ОПТИК”, обирають в головному меню пункт “Работа с ТП” та підпункт Механосборочные работы с оптикой” та згідно методики, яка описана в пункті 5.2.5 дисертаційної роботи, формують технологічний процес складання.

Для створення операцій та переходів технологічного процесу складання у вікні системи, що зображено на рис. 7, обирається “Создать ТП” та у вікні, що з’явилось, заповнюються необхідні поля.

Рис. 6 Головні вікна вказаних систем | Рис. 7 Вибір пункту меню “Создать ТП”.

При натисканні клавіші “Добавить”, сформована інформація про технологічний процес записується в пам’ять машини. В подальшому за допомогою системи SolidWorks здійснюється попереднє складання приладу або складальної одиниці. Для цього в головному меню обирається підменю “Файл”, а в ньому послідовно “Создать”“Сборка” та, у вікні, яке з’явилось, вносяться деталі розпочинаючи з базової, що входять до складальної одиниці (рис. 8).

Рис. 8. Вікно складання деталей складальної одиниці.

Якщо процес складання відповідає вимогам, які задані конструктором в документації на виріб, за допомогою системи ОПТИК створюється відповідна операція складання складальної одиниці (рис. 9). Зазвичай проектування технологічного процесу складання розпочинається з допоміжних операцій, наприклад комплектування, для чого із сформованого технологічного маршруту обирається потрібна операція та натискається клавіша “Ок”. В результаті чого на екрані монітору з’являється вікно, в якому обирається необхідний вміст тексту операції та натискається клавіша “Ок”. Обраний текст включається до відповідної операції технологічного процесу складання. Якщо вміст операції не задовольняє проектувальника або необхідно внести зміни, то в вікні, що з’явилось (рис. 10), можна редагувати зміст, додавати обладнання, інструмент, пристосування комплектуючі тощо. Проектування інших переходів та операцій технологічного процесу відбувається аналогічно.

Рис. 9. Створення нової операції. | Рис. 10. Формування змісту операції (додавання обладнання, пристосування, комплектуючих тощо).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ПО ДИСЕРТАЦІЙНІЙ РОБОТІ

В дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення ефективності процесу проектування технології складання вісесиметричних оптичних виробів. Створено інформаційні моделі оптико-механічного виробу та технології його складання й на їх основі розроблені методи класифікації оптико-механічних виробів, поділу їх на складові елементи, визначення послідовності складання виробу та створено основи групової технології складання вказаних виробів, що дозволило розробити методику автоматизованого проектування технології складальних робіт та створити систему автоматизованого проектування “ОПТИК”.

На основі проведених досліджень зроблено наступні висновки:

1. Запропоновано науково-обгрунтований метод автоматизованого проектування технології складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних приладів та розроблено засоби виконання цього проектування на основі інформаційних моделей виробу та технології його складання, що забезпечує підвищення ефективності проектування технологічного процесу складання.

2. Виконана формалізація опису складальних одиниць оптико-механічних виробів на основі аналізу інформаційних зв’язків і технологічного процесу їх складання, що дозволяє врахувати особливості складання виробів та створити методику автоматизованого проектування технологічних процесів.

3. Розроблено методи та алгоритми класифікації оптико-механічних виробів та їх технологічного поділу на складові одиниці, що дозволяє врахувати особливості приладобудівного виробництва та реалізувати принципи групової технології їх складання.

4. Розроблено узагальнені маршрут та операції складання вісесиметричних оптичних приладів, що враховують реальні умови виробництва, які дозволили створити методику автоматизованого формування маршруту складання конкретного виробу з урахуванням його конструктивно-технологічних особливостей.

5. Створено систему автоматизованого проектування технології складання оптико-механічних виробів “ОПТИК”, яка сумісно з системою твердотільного проектування дозволяє здійснювати віртуальне складання виробу з одночасним формуванням вихідної технологічної документації.

6. Впровадження запропонованих методів автоматизованого проектування технології складання та засобів їх реалізації на НВК “Арсенал-Авіаприлад” дозволило підвищити продуктивність праці технологів-проектувальників в 1,7 - 2 рази та покращити якість проектних робіт.

Результати роботи рекомендовано використовувати при проектуванні технологічних процесів на машино- та приладобудівних підприємствах, а також в навчальному процесі при підготовці фахівців з технології приладо- та машинобудування.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Філіппова М.В. Моделювання складальних одиниць та технології складання виробів в приладобудуванні. // Вісник Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. Приладобудування. – 2003. –Вип. 26. с.92-100

2. Філіппова М.В., Вислоух С.П. Інформаційні основи проектування технології механоскладальних робіт. // Вісник Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. Приладобудування. – 2004. –Вип. 28. с.139-144

Здобувачу належить створення інформаційної моделі складальної одиниці та оцінка інформаційних процесів при складанні

3. Філіппова М.В., Вислоух С.П. Формалізація задачі створення конструкції оптико-механічних виробів на етапі структурного проектування. // Вісник Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. Приладобудування. – 2005. –Вип. 30. с.109-115

Здобувачем запропонована мова опису виробу та узагальнена модель його конструкції, які дозволяють формалізувати процес тривимірного складання при проектуванні конструкцій складальних одиниць та виробів і виконано моделювання їх процесу складання на етапі конструкторського проектування.

4. Філіппова М.В., Вислоух С.П. Формалізація опису складальних одиниць в приладобудуванні. // Вісник СевДТУ. Вип.. 72: Автоматизація процесів та управління: Зб. наук. пр., Севастоп. нац. техн. ун-т. – Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2006 р. С. 103-108

Здобувачем запропонована формалізації структурної побудови конструкції складальних одиниць для автоматизації проектування технології їх складання.

5. Філіппова М.В., Вислоух С.П. Методика автоматизованого проектування технології складання виробів приладобудування // Процеси механічної обробки в машинобудуванні: Зб. наук. праць ЖДТУ – 2006. – Вип. 4. – с. 18-30.

Здобувачу належить розробка методичних основ автоматизації рішення задач проектування технології складання, які в свою чергу містять алгоритм технологічного поділу, алгоритм формування порядку складання та методику автоматизованого формування операцій технології складального процесу

6. Філіппова М.В., Вислоух С.П. Комплексне конструювання оптико-механічних виробів та автоматизоване проектування технологічних процесів їх складання / Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. – Вип. 20. – Краматорськ. – 2006. - С. 200-207

7. Деклараційний патент на корисну модель. В23Q 41/08 Система завантаження узагальнених виробничих систем складання / Вислоух С.П., Філіппова М.В. № 14681 Заявл. 14.15.2005. Опубл. 15.05.2006. Бюл. № 5.; Заявл. 14.15.2005. – 2 с.

Здобувачу належать ідеї по використанню бази знань технологічних процесів, оформлення корисної моделі.

8. Філіппова М.В. Основи моделювання складальних одиниць та приладів. // Космічна наука і технологія: Матеріали IV молодіжної науково-технічної конференції “Людина і космос”. – Київ: національне космічне агентство України, Національна академія наук України, 2003, том 9, № 1, с.122-125

9. Филиппова М.В., Выслоух С.П., Антонюк В.С. Автоматизированное проектирование технологических процессов сборки изделий приборостроения. / Сборка в машиностроении, приборостроении. – М.: Машиностроение, 2007, № 6, с. 3-7.

10. Филиппова М.В. Автоматизация проектирования технологии механосборочных работ на основе ее математического моделирования. // Зб. тез доповідей ІІ науково-техн. конф. “Приладобудування: стан і перспективи”–Київ: МПП “Темп”, 2002. с. 91

11. Филиппова М.В. Основы моделирования сборочных единиц и приборов. // V Міжнародна молодіжна науково-практична конференція “Людина і космос”: Збірник тез. –Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2002. с. 227

12. Филиппова М.В. Автоматизированное проектирование технологии механосборочных работ // Зб. V Міжнар. молодіжна науково-практ. конф. “Людина і космос”. –Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2003. с. 83

13. Филиппова М.В. Проектирование технологии механосборочных работ на основе математического моделирования. // Зб. тез доповідей ІІІ науково-техн. конф. “Приладобудування: стан і перспективи”–Київ: НТУУ “КПІ”, 2003. с. 74

14. Филиппова М.В. Автоматизация проектирования технологических процессов сборки. // Матер. Международной научно-технической конференции Новые процессы и их модели в ресурсо- и энергосберегающих технологиях. – Киев: АТМ Украины, 2003. с. 113-117

15. Филиппова М.В. К вопросу оптимизационного моделирования сборочных работ в приборостроении. // Матер. 5-го Междунар. научно-техн. семин. “Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении”, Свалява, Карпаты. – К., 2004, с. 189-191

16. Филиппова М.В. Метод синтеза при автоматизации проектирования технологии механосборочных работ // Зб. VІ Міжнародна молодіжна науково-практична конференція “Людина і космос” – Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2004. с. 277

17. Филиппова М.В. Формирование технологических процессов механосборочных работ в САПР ТП. // Матер. 5-го Междунар. научно-техн. семин. “Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении”, 22-24 февраля 2005, Свалява, Карпаты. – К., 2005. - С. 167-169

18. Филиппова М.В., Выслоух С.П. Формализация описания сборочных узлов оптико-механических изделий. // Зб. тез доповідей ІV науково-техн. конф. “Приладобудування: стан і перспективи”, 26-27 квітня 2005. – К.: НТУУ “КПІ”, 2005. – С 68-69

Запропоновано використання теорії графів для формалізації опису конструкції виробу.

19. Филиппова М.В., Выслоух С.П. Применение CALS – технологий в механосборочном производстве. // Матер. 6-го Междунар. научно-техн. семин. “Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении”, 22-24 февраля 2006, Свалява, Карпаты. – К., 2006, - С. 186-188

Здобувачем запропоновано використання CALS-технологій при створенні системи автоматизованого проектування технологічних процесів складання оптико-механічних приладів, де моделювання конструкції здійснюється в модулі конструювання, після чого інформація передається в модуль проектування технологічних процесів.

20. Филиппова М.В., Выслоух С.П. Информационное моделирование как основа автоматизации проектирования технологии механосборочных работ. // Зб. тез доповідей V науково-техн. конф. “Приладобудування: стан і перспективи”, 25-26 квітня 2006 р., м. Київ, ПБФ НТУУ “КПІ”.-2006. с.102-103.

Використання інформаційних моделей складальних одиниць та технологічних процесів їх складання для автоматизованого проектування.

Анотації

Філіппова М.В. Розробка методів та засобів автоматизованого проектування технології складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних приладів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.14 – Технологія приладобудування. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.

Дисертаційна робота вирішує науково-технічну задачу підвищення ефективності процесу проектування технології складання вісесиметричних складальних одиниць оптико-механічних виробів. Ефективність проектування технології досягається шляхом використання автоматизованої системи проектування технологічних процесів механоскладальних робіт

З врахуванням особливостей приладобудівного виробництва з використанням методів аналізу і синтезу, теорії множин і математичної логіки розроблені принципи формування інформаційних і математичних моделей та імітаційного моделювання при проектуванні технології механоскладальних робіт, розроблені методи класифікації оптико-механічних виробів, і їх технологічного поділу на складові елементи. Розроблені узагальнені маршрути і операції, які враховують реальні умови виробництва, і на їх основі створені таблиці рішень та методика формування маршруту складання конкретного виробу з урахуванням його