Введение к работе
Актуальность проблемы
При производстве и ремонте автотракторной техники сборочно-разборочные и моечно-очистные операции являются главным источником материального обеспечения производства, т.к. до 70% деталей разобранных автомобилей и их агрегатов может быть использовано повторно. Установлено, что затраты труда на разборочно-сборочных операциях составляют около 40% от общей трудоёмкости ремонта автомобиля. Причем на долю сборочно-разборочных работ приходится 12 - 17% трудовых затрат. Рациональная организация разборочных и моечно-очистных работ оказывает существенное влияние на качество и экономические показатели производства и ремонта техники.
Повышение уровня механизации и автоматизации работ, улучшение организации труда является в настоящее время одним из основных направлений работ на предприятиях по производству и ремонту автотракторной техники. Особое значение имеет автоматизация и механизация сборочных и разборочно-моечных операций, так как требует принципиально новых технических решений.
Особую сложность при ремонте автомобилей представляет разборка и качественная очистка прецизионных узлов топливной аппаратуры двигателей, требующих ремонта по ряду причин технологического или эксплуатационного характера. Существующие методы разборки подобных узлов зачастую вызывают повреждения прецизионных поверхностей и деформацию разбираемых деталей.
Одним из наиболее эффективных методов решения этой проблемы является ультразвуковой. Однако, несмотря на многочисленность исследований в области ультразвуковых жидкостных технологических процессов, наблюдается отсутствие обобщенных физико-математических моделей, позволяющих описывать формирование эффективных технологических режимов. Они должны стать основой разработки гибко-управляемых технологических режимов обработки и создания системы автоматизированного выбора или проектирования технологии и оборудования для ультразвуковой разборки и очистки деталей, что и составляет актуальность исследований.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности и качества ультразвуковых технологических процессов при производстве и ремонте автотракторной техники.
Для достижения поставленной цели в диссертации последовательно в четырех главах решаются задачи:
системный анализ методов и моделей технологических процессов ультразвуковой очистки деталей;
классификация способов ультразвуковой обработки;
исследование и аппроксимация зависимостей показателей качества ультразвуковых технологических процессов от их продолжительности и основных энергетических характеристик колебательных систем;
разработка подсистемы автоматизации планирования экспериментов по оценке влияния параметров ультразвуковой обработки деталей;
разработка базы данных по технологическим процессам ультразвуковой обработки;
разработка программных компонентов интеграции с Mcd-приложениями.
Методы исследования
При разработке формальных моделей компонент автоматизированной системы в диссертации использовались методы общей теории систем, классический теоретико-множественный аппарат, дифференциальные уравнения и др. Системный анализ проводился на реальных статистических данных, обработка которых проводилась с помощью современных методов анализа с привлечением математических и статистических пакетов.
Научная новизна
Научную новизну работы составляют методы и модели ультразвуковой обработки деталей, направленные на автоматизацию технологических процессов при производстве и ремонте автотракторной техники.
На защиту выносятся:
подсистема автоматизации планирования экспериментов по оценке влияния параметров ультразвуковой обработки деталей;
множественные регрессионные модели продолжительности ультразвуковой разборки и очистки деталей;
программные компоненты интерфейсного взаимодействия с пакетом аналитических исследований MathCad;
постановка и решение задачи минимизации энергетических затрат при ультразвуковой очистке деталей;
семантические модели базы данных технических и технологических характеристик процессов ультразвуковой обработки и результатов экспериментов.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным статистическим анализом технологических процессов ультразвуковой обработки деталей, согласованностью результатов аналитических и имитационных моделей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы на ряде промышленных и эксплуатационных предприятий.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Автоматизированная система сбора, обработки и мониторинга параметров ультразвуковых технологических процессов позволяет выбирать оптимальные режимы обработки и осуществлять контроль качества обработки деталей. Результаты работы внедрены на ряде промышленных предприятий, а также используются на кафедре «Технологии конструкционных материалов» в МАДИ(ГТУ). Опытная эксплуатация разработанного математического, информационного и программного обеспечения подтвердила работоспособность и эффективность системы для решения поставленных задач.
Апробация работы
Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:
на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2005-2009 гг.);
на совместном заседании кафедр «Технологии конструкционных материалов» и «Автоматизированные системы управления» МАДИ(ГТУ).
В диссертации наряду с результатами теоретических и экспериментальных исследований, рассматриваются подходы к моделированию ультразвуковых технологий и их оптимизации, что может быть обеспечено лишь за счет автоматизации технологических процессов ультразвуковой обработки деталей, использования существующего и разработки нового математического, информационного и программно обеспечений.
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации процесса ультразвуковой обработки составляет актуальное направление в области теоретических и практических методов автоматизации принятия решений и выбора режимов управления технологически процессами.
Структура работы соответствует поставленным задачам, содержит описание разработанных методов, моделей и методик.
