Введение к работе
Актуальность темы. Одним из базовых понятий технологии машиностроения является понятие технологичности конструкции изделия, выражающее конструктивные особенности изделия и определяющее уровень затрат при его производстве и эксплуатации. Известно, что проект конструкции автомобиля, составляющий только около 5% общей стоимости, влияет на общие затраты более чем на 70%. В этой связи наиболее остро встает вопрос выявления нетехнологичных решений на ранних стадиях проектирования изделий. Решение этой проблемы возможно при условии установления взаимосвязей между конструкцией и технологией ее сборки. Однако до настоящего времени обеспечение технологичности изделий остается наименее формализованной задачей технологической подготовки производства, решение которой во многом реализуется эвристическими методами и зависит от квалификации специалистов. Это не соответствует потребностям производства, т.к. обуславливает возникновение дополнительных затрат, сдерживает возможности внедрения автоматического сборочного оборудования. После подготовки конструкторской документации эффективность отработки конструкции на технологичность резко падает, т к. в этом случае принципиальные изменения невозможны, а поэтому максимальный эффект не достигается.
В методических основах обеспечения технологичности конструкции изделий имеется противоречие. Его суть заключается в том, что с одной стороны, технологичность должна формироваться начиная с ранних стадий проектирования изделий, а с другой - отсутствует сквозное описание формальных процедур обеспечения технологичности по всем этапам проектирования изделий Известные методики по оценке технологичности изделий при автоматизации производства ориентированы на оценку завершенных конструкторских решений. Отсутствуют эффективные методики, позволяющие оценить возможность замены механических соединений соединениями на основе жидкой среды, что вынуждает проводить экспериментальные исследования.
Несмотря на всю сложность понятия технологичности, современная наука позволяет описать закономерности её формирования с использованием положений теории автоматической сборки (ТАС). Выбор аппарата ТАС для раскрытия закономерностей формирования технологичности изделий обоснован тем, что он позволяет описать в единых терминах эффективность конструкции изделия на всех этапах процесса автоматической сборки.
Таким образом можно констатировать, что существует насущная потребность создания формализованных процедур обеспечения технологичности конструкций изделия начиная с ранних этапов проектирования. Сложности реше-
ния в том, что существующие методики ориентированы на этап рабочей конструкторской документации, не учитывают существенно расширившиеся возможности современного автоматизированного сборочного оборудования и не позволяют оценить эффективность немеханических соединений
Таким образом, раскрытие закономерностей формирования технологичности изделий и создание методологических основ обеспечения технологичности изделий в процессе их проектирования является актуальной научной проблемой, обусловленной возрастающими требованиями к качеству машин.
Целью работы является повышение уровня автоматизации производства, сокращение трудозатрат при технической подготовке производства и себестоимости изготовления на основе параллельности конструкторско-технологического проектирования при обеспечении технологичности изделий
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовалась общенаучная методология, характеризуемая:
-
Системностью, позволившей рассматривать изделие как иерархическую систему, характеризующую технологичность на уровнях структуры, деталей, соединений и поверхностей.
-
Концептуальностью, позволившей сформировать две стратегии технологического совершенствования изделия в единых терминах теории автоматической сборки по всем этапам технологического процесса.
-
Использованием синтеза, благодаря чему осуществляется формирование множества технических решений по структуре изделий, оценка множества вариантов по видам соединений и геометрии деталей.
-
Использованием современных методов системного анализа, структурного моделирования, теории автоматической сборки, теории автоматического ориентирования, дифференциального и интегрального исчисления, метода конечных элементов, теории экспертизы, комбинаторики, математической логики, теоретической механики и инженерного творчества. Проведение экспериментальных исследований осуществлялось с использованием оригинального и стандартного технологического оборудования.
Обоснованность и достоверность обеспечивается: базированием на фундаментальных положениях теории автоматической сборки и теории автоматического ориентирования; использованием промышленной статистики по автоматизации автомобильных агрегатов; созданием действующих образцов технологического оборудования и оснастки; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; использованием результатов работы в промышленности
Научная новизна и научные результаты заключаются в:
концепции обеспечения технологичности изделий, реализованной в виде двух стратегий - последовательного технологического совершенствования прототипа; формирования и оптимизации множества решений;
формализованных процедурах, математическом аппарате, критериях и методиках оценки технологичности изделий;
взаимосвязи структур изделий и уровня автоматизации сборочных процессов на основе критерия связности;
методах автоматического направленного совмещения деталей на основе пассивной адаптации при роботизированной и автоматической сборке;
создании процедур логического обоснования конфигурации деталей с учетом требований автоматизированного производства, позволяющих выявлять и устранять нетехнологичные решения;
закономерностях формирования качества клеевых соединений, учитывающих состояние поверхностей деталей, технологические факторы и природу контактирующих фаз;
методологии технологического совершенствования изделий на основе разработанных стратегий и технико-экономической оценки производственных затрат на этапе проектирования изделия;
базе знаний по технологичности структур изделий и деталей;
критериях выбора вида соединений и варианта базирования изделия при сборке.
Практическая полезность заключается в.
разработке и применении методологии обеспечения технологичности изделий в процессе их проектирования;
разработке и внедрении в отечественную промышленность методов и рекомендаций, позволяющих осуществлять проектирование рациональных конструкций изделий и эффективных технологий их сборки, что обеспечивает сокращение сроков проектирования;
разработке и использовании пакета программ и экспертной системы по обеспечению технологичности деталей и изделий, внедренных в промышленность;
расширении технологических возможностей автоматической сборки на основе создания новых методов и средств совмещения деталей сложной формы с использованием пассивной адаптации;
разработке и апробации устройства и технологической оснастки для автоматической сборки плоских деталей сложной формы; устройств автоматического кантования изделий и автоматического ориентирования асимметричных деталей;
разработке и апробации методик оценки качества клеевых соединений, расчета напряженно-деформированного состояния клеевой прослойки с использованием метода конечных элементов и аналитического описания остаточных напряжений;
разработке и внедрении методик оценки производственной технологичности изделий на этапе разработки рабочей конструкторской документации;
разработке и внедрении рекомендаций по технологичности промышленных изделий.
Реализация работы Результаты научных исследований апробированы и внедрены в период с 1987 по 2004 год на предприятиях автомобильного, тракторного и дорожно-строительного машиностроения в виде технологических процессов, сборочной оснастки, устройств, методик и пакета программ ЭВМ при технологическом проектировании автоматизированных сборочных процессов и оценке технологичности изделий. С использованием полученных результатов разработан и внедрен ряд технологических процессов в промышленность
технология автоматической сборки масляных фильтров на Ровенском авто агрегатном заводе;
технология сборки дизельных двигателей на многопредметной линии (г. Кустанай);
расчет условий собираемости и кантования на линии сборки двигателя МеМЗ-245 (г. Мелитополь);
расчет условий собираемости топливного насоса высокого давления типа «Компакт-40» на Ярославском заводе дизельной аппаратуры;
пакет программ по расчету технологичности изделий при автоматической сборке в НПО «Сборочные механизмы» (г. Павлодар);
рекомендации по технологичности топливного насоса высокого давления для автомобилей ЗиЛ-4331;
рекомендации по технологическому совершенствованию датчиков фазы автомобилей ВАЗ-2110 (г. Зеленоград);
технология сборки аэродромных топливозаправщиков моделей ТЗА-20 и ТЗА-40 в НПО «Авиатехнология» (г. Москва);
методические рекомендации по проектной оценке производственной технологичности топливозаправщиков для наземной военной техники на заводе «Строммашина» (г. Челябинск).
Результаты работы используются в курсах лекций «Технология автоматизированного сборочного производства», «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» и «Автоматизация производственных процессов» для студентов специальности 15100165 - «Технология машиностроения».
Представленные в диссертационной работе исследования выполнялись по планам МНТП «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» в период с
1992 по 1999 годы, а также по планам межвузовской программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (2000-2004 гг.); грантов по исследованиям в области машиностроения №2-4/95гр; единого заказ-наряда Минобразования России в период с 1998 по 2004 г.г, а также хоздоговорных НИР с НПО «Авиатехнология», концерном «Под-шинник» и автозаводами.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и получили одобрение в период с 1986 по 2005 год на следующих научно-технических конференциях и семинарах: III Всесоюзное научно-техническое совещание «Динамика и прочность автомобиля», Москва, ИПМ АН СССР, 1988; семинар «Технология сборочных работ, средства механизации и автоматизации», М., МДНТП, 1989; научно-технический семинар «Технологическое и конструкторское обеспечение высокоэффективного производства» 23-24 сентября 1990 г , Ленинград; семинар «Автоматизация и механизация сборки, регулировка и испытания машиностроительных изделий», М , МДНТП, 1991; международных научно-практических конференциях «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» в период 1993-1996 гг ; 3-й международной научно-технической конференции «Проблемы повышения качества промышленной продукции», Брянск, 1998; XXVII научно-технической конференции ААИ «Автотракторостроение Промышленность и высшая школа», Москва, 1999; МНТК «Технико-экономические проблемы промышленного производства», Набережные Челны, 2000; МНТК «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения», Орел, 2000; 4-й МНТК «Качество машин», Брянск, 2001; научный семинар «Сборка в машиностроении и приборостроении», Брянск, 2001; отчетной конференции-выставке по программе «Транспорт», Москва, 2002; 2-м международном научно-техническом семинаре «Современные методы сборки в машиностроении», Киев, 2002: на конгрессе технологов автомобилестроения, Экспоцентр «Красная Пресня» 27-29 августа 2003 г.; 15-ой научно-технической конференции «Экстремальная робототехника», Санкт-Петербург. 2004 г.; 3-й Промышленный салон, Самара 12-15 октября 2004 г ; 16-ой научно-технической конференции «Экстремальная робототехника», Санкт-Петербург, 11-13 апреля 2005 г.
Публикации. По теме работы опубликовано более 50 работ. Среди них: 1 монография; 15 статей в центральных журналах; 5 статей в сборниках вузов; 1 авторское свидетельство; 2 депонированных статьи и 17 тезисов докладов. Под руководством автором выполнено 2 хоздоговорных и 6 госбюджетных НИР по заданиям Министерства образования РФ, а также при участии автора получен грант по фундаментальным исследованиям в области машиностроения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы и приложений, выполнен-
ных отдельной книгой. Работа содержит 415 страниц, в том числе 390 страниц основного текста, 143 рисунка, 49 таблиц и отдельную книгу приложений на 133 страницах.
