Сокращение материальных и временных затрат опытного и единичного производства путем автоматизированной подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ Ковшов, Евгений Евгеньевич

Введение к работе

Актуальность работы. Проектирование управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ является сложным и трудоёмким процессом, который во многом определяет эффективность использования парка технологического оборудования и качество обрабатываемых деталей.

В последние годы значительно возросла роль опытного и единичного производств, удельный вес которых составляет значительную часть от общего объёма машиностроительного производства. Это объясняется тем, что экономика страны в настоящий момент переживает важный этап в своём развитии, сопряжённый с переходом к рыночным отношениям. В свою очередь это означает, что необходимо сокращать как время, потребное для фазы отработки изделия с одной стороны, так и значительно снижать уровень материальных затрат, связанных с производством - с другой.

В этой связи большое значение имеет совершенствование систем и методов автоматизированной подготовки УП. Особое внимание проблеме автоматизированной подготовки управляющих программ уделяется в составе интегрированных систем проектирования и производства - CAD/CAM-систем. Управляющая программа при этом является результатом сквозного цикла обработки информации: от чертежа детали до программы её изготовления на оборудовании с ЧПУ.

Поэтому, на современном этапе возникла важная научная и практическая проблема, связанная с созданием предметно-ориентированных систем CAD/САМ механообработки, позволяющих оперативно решать комплекс вопросов, направленных на сокращение всего цикла разработки конструкции изделия, в особенности, процесса его изготовления. При этом в качестве основы принимаются унифицированные средства автоматизации, выполняющие роль высокоуровневого геометрического процессора подсистемы CAD и создаются облегченные средства подсистемы САМ, способные решать задачи генерации операционной технологии и УП приоритетно для оборудования с ЧПУ.

Большинство исследований, представленных в работе, являются результатом практического решения целого спектра и, в первую очередь, отнюдь нетривиальных инженерно-технологических задач, возникавших при создании и производстве опытных образцов изделий приборостроительной тематики, выполнения договора о научно-техническом сотрудничестве «Разработка и внедрение проблемно-ориентированных систем автоматизированного проектирования и изготовления управляющих программ для оборудования с числовым программным управлением» между МГТУ «СТАНКИН» и Всероссийским НИИ автоматики, а также - по различным хоздоговорным работам.

Цель работы. Разработка методов и средств автоматизированной подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ с целью обеспечения требуемого качества технологических процессов, сокращения материальных и временных затрат опытного и единичного производств.

4 Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие научные задачи:

1. проведение анализа способов реализации систем CAD/САМ в процессе проектирования управляющих программ в среде автоматизированного производства;

2. разработка концепции перенастраиваемой проблемно ориентированной среды при создании и реализации CAD/CAM-систем;

3. построение математической модели предметно - ориентированных сред для организации проектирования систем CAD/CAM;

4. разработка методологических основ представления предметно-ориентированных систем с точки зрения технологических процессов;

5. разработка объектных средств интерфейса пользователя при проектировании предметно - ориентированных систем CAD/CAM;

6. разработка методики построения средств контроля УП с помощью статико - графического моделирования;

7. реализация методологии создания предметно - ориентированных систем CAD/CAM.

На защиту выносятся:

8. результаты комплексного анализа проблем реализации систем CAD/CAM УП как объекта проектирования;

9. результаты теоретических и экспериментальных исследований систем CAD/CAM в части подготовки УП для оборудования с ЧПУ;

10. методы, модели, алгоритмы, программно-математическое обеспечение построения и реализации предметно-ориентированных систем CAD/CAM;

11. результаты практического применения предметно-ориентированных CAD/CAM-систем, которые направлены на сокращение материальных и временных затрат на технологическую подготовку опытного и единичного производств, повышения качества УП и конечного изделия в целом.

Методы исследований. При решении задач, поставленных в работе, были использованы основные положения технологии машиностроения, методы: теории графов, системного анализа, объектно-ориентированного проектирования, экспертных оценок; для разработки моделей и алгоритмов проектирования - аппарат матричной алгебры, теории множеств, теории баз данных, а при программной реализации - аналитической геометрии и тригонометрии.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях.

12. разработана концепция перенастраиваемой проблемно ориентированной среды при создании и реализации CAD/CAM-систем;

13. разработаны методологические основы представления предметно-ориентированных систем с точки зрения технологических процессов;

14. построена математическая модель предметно-ориентированных сред для организации проектирования систем CAD/CAM;

4. разработан принцип повышения производительности CAD/CAM-систем за счёт применения RISC-технологии при создании УП для обработки деталей на станках с ЧПУ;

5. определён комплекс проблем качества управляющих программ и разработана методика построения средств контроля УП с помощью статико-графического моделирования.

Практическая ценность. Исследования автора выполнялись в рамках инженерно-технологических задач опытного и единичного производств, договора о научно-техническом сотрудничестве и по хоздоговорной тематике. Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании и реализации методов и средств построения предметно - ориентированных систем CAD/САМ УП в виде спектра алгоритмического, информационного и программного обеспечения, включая развитые средства графико-синтаксического контроля управляющих программ для оборудования с ЧПУ по большому числу параметров, с целью сокращения материальных и временных затрат на технологическую подготовку опытного и единичного производств.

Реализация работы. Научные и практические результаты работы внедрены:

1)в отделе Главного технолога и опытном производстве Всероссийского НИИ автоматики (г. Москва) - на этапе технологической подготовки опытного производства при изготовлении опытных образцов приборов различного назначения, а также - в группе подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ - при подготовке УП и их контроле по различным параметрам ;

2. в производственном объединении «МОСКВИЧ» (г. Москва) в инструментальном производстве, связанном с изготовлением штампов горячей объёмной штамповки и пресс-форм литья под давлением на этапе изготовления УП для станков с ЧПУ, верификации управляющих программ, оформления гравюр и маркировки изделий;

3. в учебной лаборатории кафедры «Компьютерные системы управления» Государственного технологического университета «СТАНКИН» (г. Москва) при организации учебного процесса студентов и инженеров-стажёров.

Кроме того, научные и практические результаты, приведённые в диссертации и нашедшие отражение в публикациях, использованы при подготовке лекционного материала, курсовых и магистерских работ на кафедре «Теория технологических машин» МГТУ «СТАНКИН», а также - в работе с аспирантами кафедры.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах в лаборатории Автоматизированных систем технологической подготовки производства и гибких производственных систем (АСТПП и ГПС) Всероссийского научно-исследовательского института автоматики, на расширенных заседаниях кафедр «Компьютерные системы управления» и

«Теория технологических машин» МГТУ «СТАНКИН», а также на следующих конференциях:

1. семинар - совещание «Интерактивное проектирование технических устройств и автоматизированных систем на персональных ЭВМ». Политехнический институт, Воронеж, 1991 г.;

2. V международная конференция по динамике технологических систем. Государственный университет, Ростов-на-Дону, 1997 г.;

3. Международный форум информатизации МФИ-97. Международная конференция «Информационные средства и технологии». Энергетический институт (Технический университет), Москва, 1997 г.;

4. международная научно-техническая конференция «Точность технологических и транспортных систем (ТТ и ТС - 98)». Государственный университет, Пенза, 1998 г.

5. международная конференция «Информационные средства и технологии». Энергетический институт (Технический университет) и Государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, 1998 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 62 научные работы, включая тезисы докладов, подготовленные для региональных и международных научно - технических конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, изложенных на 278 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка и 10 таблиц, список использованной литературы из 227 наименований и 3 приложения. Общий объём работы - 369 страниц.