Выявление размерных и точностных связей в изделиях машиностроения для обеспечения автоматизированного проектирования последовательности их сборки

Актуальность. Важнейшей задачей современного развития машиностроения является обеспечение качества изделий и конкурентоспособности производства. Особую трудность вызывают работы, связанные с заключительным этапом производственного процесса, сборкой изделий. Низкий уровень механизации и автоматизации сборочных работ определяют их высокую трудоемкость по сравнению с трудоемкостью изготовления деталей. В современном машиностроении трудоемкость сборочных работ составляет 30−40%, а в приборостроении достигает 60−80%- вследствии этого себестоимость выполнения этого вида работ — около 70%. Исследованиям процесса сборки изделий посвящены работы многих отечественных ученых профессоров, докторов технических наук-Б.С.Балакшина, А. А. Гусева, В. С. Корсакова, М. П. Новикова, В. В. Павлова и других ученых нашей страны и ряда зарубежных стран. Основное внимание в этих работах уделялось обеспечению точности изделий, автоматизации сборочных работ и проектированию технологических процессов сборки.

Одной из наиболее сложных задач проектирования сборочных процессов является оценка достигаемой точности при сборке. Это вызвано тем, что сборочные размерные цепи являются связанными, и их аналитический расчет возможен только в процессе формирования сборочной единицы с учетом последовательности установки деталей. Исследования факторов, влияющих на последовательность установки деталей при сборке изделий, проводились в станкостроении, приборостроении, авиастроении и других отраслях машиностроения. Однако, эта важная задача пока в полной мере не решена.

Цель работы — повышение эффективности сборочных работ и обеспечение качества собираемых изделий путем автоматизированного проектирования и выбора оптимальных технологических процессов сборки.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что: выявлена и разработана математическая модель влияния механических и пространственных связей на последовательность установки деталей при сборке изделий;

— установлена зависимость структуры связанных сборочных размерных цепей от последовательности установки деталей в собираемом изделии;

— разработаны математические модели и алгоритмы определения последовательности установки деталей и расчета сборочных размерных цепей.

Практическая ценность.

1 .Разработана методика определения последовательности выполнения технологических операций на основе выявленной последовательности установки деталей при сборке изделия.

2. Разработана методика расчета связанных сборочных размерных цепей.

3.Разработан программно-методический комплекс генерации возможных последовательностей установки деталей при сборке.

Методы исследования. При выполнении теоретических исследований использованы основные положения технологии машиностроения, основы механики, а также известные методики создания САПР. Приведение исследования выполнены с использованием методов математического моделирования на основе теории множеств, теории графов и вычислительной математики.

Реализация работы. Разработанные модели и алгоритмы генерации последовательностей установки и расчета связанных сборочных размерных цепей использованы в НИР № 95−04/6 «Разработка математического и методического обеспечения автоматизированного проектирования сборочных процессов на базе типовых математических моделей «(МГТУ"Станкин», 1995 г.), НИР № 96−26/г «Математическое моделирование дискретного производства"(МГТУ"Станкин», 1997 г.), а также при подготовке методического и программного обеспечения лабораторных работ по курсу «Автоматизированное проектирование технологических процессов"(кафедра технологического проектирования МГТУ «Станкин»),.

Апробация работы. Основные положения выполненных исследований докладывались:

— на кафедрах «Автоматизация сборочных производств» и «Технология машиностроения» МГТУ «Станкин" — на научно-технической конференции «Системы управления. Конверсия. Проблемы» -Ковров, 1996;

— на научно-технической конференции «Управление в технических системах «-Ковров, 1998. на Всероссийской научно-технической конференции» Новые материалы и технологии «- Москва, 1998.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

4Л. Разработан алгоритм формирования упорядоченного набора возможных последовательностей установки деталей СЕ с учетом условий их базирования и доступа. Алгоритм основан на генерации перестановок из п-символов, соответствующих элементам СЕ, удовлетворяющих условиям базирования и доступа.

4.2. Разработана программная реализация алгоритма и методика проектирования возможных последовательностей установки элементов СЕ для ПЭВМ.

4.3. Разработана схема автоматизированного проектирования технологического процесса сборки с использованием алгоритмов генерации возможных последовательностей установки деталей и расчета связанных сборочных размерных цепей при оценке точности сборки изделий.

ГЛАВА 5.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЕДИНИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ.

Состав задач, решаемых при проектировании технологического процесса сборки, зависит от уровня унификации этого процесса. Полный состав задач, приведенный в разделе 4.3 главы 4, решается только при проектировании единичного технологического процесса. В унифицированных процессах используются типовые решения некоторых задач, выбираемые из процессов-аналогов или исходных типовых технологических процессов. При этом, как правило, последовательность выполнения основных сборочных операций принимается соответствующей последовательности выполнения типового технологического процесса или процесса-аналога. Поэтому эффективность автоматизированного решения задачи определения последовательности сборочных операций рассматривается в диссертации применительно к проектированию единичных технологических процессов сборки изделий. Такой подход оправдывается еще и тем, что в современных условиях для обеспечения конкурентоспособности изделий машиностроения осуществляется быстрая смена объектов производства и интенсивное внедрение изменений в конструкцию изделий, что затрудняет применение типовых технологических процессов сборки.

Оценка экономической эффективности проектирования технологического процесса сборки может осуществляться по трудоемкости или технологической себестоимости выполнения проектных работ. В основу расчета трудоемкости отдельных этапов проектирования принята методика, приведенная в типовых нормах времени на разработку конструкторской документации [61]. По данной методике общая трудоемкость равна алгебраической сумме отдельных этапов проектирования. Применительно к проектированию технологического процесса сборки общая трудоемкость проектирования определяется по формуле:

Тоб = Тцд + Топ + ТРц + Тсто + ТТЭп + Тод, (5.1) где Твд — трудоемкость подготовки исходных данных для проектированияТоп — трудоемкость определения последовательности выполнения сборочных операцийТрц — трудоемкость расчета сборочных размерных цепейТсто — трудоемкость выбора средств технологического оснащенияТтэп — трудоемкость расчета технико-экономических показателейТодтрудоемкость оформления технологической документации.

При автоматизированном проектировании единичного технологического процесса сборки в автоматическом режиме могут выполняться все работы, кроме подготовки исходных данных и расчета связанных сборочных размерных цепей. Однако, поскольку известные способы определения последовательности выполнения операций процесса сборки неэффективны, проанализируем трудоемкость Топ выполнения этапа определения последовательности сборочных операций известными способами р и с использованием разработанного в диссертации программно-методического комплекса определения последовательностей установки деталей собираемого изделия. Трудоемкость определения последовательности выполнения сборочных операций Топ зависит от состава операций и количества рассматриваемых вариантов последовательности операцийпри этом если известна последовательность установки деталей собираемого изделия, то определение последовательности остальных операций процесса сборки, как показано в разделе 4.3 главы 4, не вызывает затруднений.

Трудоемкость подготовки исходных данных ТИд зависит от конструктивной сложности изделия и количества входящих деталей. Трудоемкость подготовки исходных данных ТИд, трудоемкость расчета размерных цепей ТРЦ и трудоемкость определения последовательности выполнения операций Т0п определяются, исходя из аналогии этих этапов с соответствующими этапами разработки конструкторской документации [61]. Полагаем, что подготовка исходных данных для проектирования технологического процесса сборки по затратам времени аналогична разработке конструкторской документации на стадии эскизного и технического проектирования, а вычисление возможных последовательностей установки и расчет сборочных размерных цепей аналогичны проведению технических расчетов.

Определим трудоемкости Тид, Т0п И ТРЦ при проектировании технологического процесса сборки изделия средней сложности с составом входящих деталей 40−50 шт.

Принимаем, что трудоемкость подготовки исходных данных для автоматизированного проектирования соответствует трудоемкости анализа исходной конструкторской и технологической документации при неавтоматизированном проектировании. Результатом подготовки исходных данных для автоматизированного проектирования является описание параметров изделия, влияющих на содержание процесса сборки и описание условий базирования и доступа в виде таблиц 3.3−3.5. Состав исходных данных представляется на 4−5 листах формата А4. Согласно [61], трудоемкость разработки одного листа документации на стадии эскизного проектирования составляет 4,1 часа, поэтому.

Твд = 4,1×4= 16,4 ч.

Содержание работ по определению последовательности выполнения операций сборки при неавтоматизированном проектировании включает в себя анализ возможных вариантов установки деталей и последовательности выполнения других операций сборки. При этом могут анализироваться несколько вариантов последовательностей, но общее число этих вариантов ограничено из-за большой трудоемкости анализа.

Результаты решения этой задачи отражаются на 2−3 листах формата А4, поэтому.

Топ = 4,1×2 = 8,2 ч.

Содержание работ по оценке точности сборки изделия включает в себя построение и расчет сборочных размерных цепей. Эти работы аналогичны проведению технических расчетов при разработке конструкторской документации [61]. При 40 и более составляющих звеньев трудоемкость построения и расчета сборочной размерной цепи составляет 13 ч. Использование предложенной в диссертации методики расчета связанных сборочных размерных цепей позволяет сократить трудоемкость расчета даже при неавтоматизированном расчете.

Выбор состава средств технологического оснащения технологического процесса сборки, расчет технико-экономических показателей и формирование технологической документации осуществляется автоматизированными методами, и общая трудоемкость выполнения этих этапов проектирования по сравнению с предыдущими этапами весьма незначительна. Основное отличие предлагаемого способа автоматизированного проектирования технологического процесса сборки от известных способов автоматизированного проектирования заключается в автоматизации выбора возможных вариантов установки деталей собираемого изделия, что позволяет существенно сократить трудоемкость Топ определения последовательности операций сборки. Сравнение трудоемкости автоматизированного проектирования технологического процесса сборки рассматриваемого изделия известными методами и с использованием предлагаемого программно-методического комплекса определения возможных вариантов последовательности установки деталей изделия показано в таблице 5.1, откуда следует, что применение разработанного ПМК позволяет снизить трудоемкость проектирования технологического процесса сборки примерно на 20%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

С целью повышения эффективности сборочных работ при обеспечении требуемого качества собираемых изделий и сокращения сроков подготовки производства путем автоматизированного проектирования и выбора оптимальных технологических процессов сборки изделий, решены следующие научные задачи: установлено влияние механических и геометрических связей на формализованное представление содержания и последовательности выполнения сборочных операцийнайденные зависимости позволили разработать математическую модель определения последовательности установки деталей с учетом условий базирования и доступа при сборкена основе моделирования последовательности установки деталей разработана математическая модель размерных связей в изделии для расчета связанных сборочных размерных цепей;

— разработан алгоритм расчета точности составляющих звеньев связанных сборочных размерных цепей с учетом последовательности установки деталей при сборке;

— разработан алгоритм генерации возможных последовательностей установки деталей при сборке изделий;

Решение поставленных научных задач позволило создать и внедрить для производственных и учебных целей программно-методический комплекс определения возможных последовательностей установки деталей при сборке изделий, являющийся частью подсистемы автоматизированного проектирования технологических процессов сборки в АСТПП.

Внедрение программного продукта способствует повышению качества собираемых изделий за счет повышения качества автоматизированного проектирования сборочных процессов, сокращает трудоемкость и уменьшает себестоимость проектирования.