CC BY
83
УДК 67.02
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНООБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ БИЗНЕС ПРОЦЕССОВ
© 2012 М.С. Черников, А.А. Блюменштейн, Р.И. Салихов, О.В. Железнов
Ульяновский государственный университет
Поступила в редакцию 02.11.2012
Научно-исследовательский центр CALS-технологий разработал автоматизированную систему управления жизненным циклом УСП, которая позволяет организовать процесс заказа, разработки и сборки УСП. Ключевые слова: универсально-сборочные приспособление, механообработка, жизненный цикл, технологическая оснастка, авиастроение.
На предприятии ЗАО «Авиастар СП» в настоящее время широко применяется специальная технологическая оснастка (СТО) для механообработки авиационных деталей (Рис.1). Однако в условиях мелкосерийного производства экономически целесообразно использование универсально сборных приспособлений (УСП). С помощью программного комплекса ARIS, применяемый для анализа и моделирования деятельности предприятия, были смоделированы бизнес процессы проектирования станочных приспособлений на основе специальной оснастки и на основе УСП. В результате анализа бизнес-процессов были получены следующие результаты:
• на изготовление изделий с помощью УСП затрачивается в 15,5 раз меньше времени, чем если изготавливать с помощью СТО;
• стоимость изготовления оснастки с помощью УСП в 20 раз дешевле, чем изготовление с помощью СТО.
Такие результаты обусловлены большим сроком службы элементов УСП, более низкой трудоемкостью сборки и меньшими затратами, вследствие многократного использования.
Рассматривая работу машиностроительной отрасли в целом, становится очевидно то что подходы к использованию УСП устарели и не соответствуют современным условиям. Актуальность задачи заключается в сокращении жизненного цикла изделий на этапе производства за счет автоматизации проектирования УСП. По-
Блюменштейн Алексей Александрович, аспирант кафедры математического моделирования технических систем. E-mail: [email protected]
Черников Михаил Сергеевич, аспирант кафедры математического моделирования технических систем. E-mail: [email protected]
Железнов Олег Владимирович, аспирант кафедры математического моделирования технических систем. E-mail: [email protected]
Салихов Радик Ильхамович, стажер-исследователь НИЦ CALS-технологий. E-mail: [email protected]
этому автоматизация и оптимизация технологической подготовки производства (ТПП) при
уиз готовлено/
СТОс заготовкой Контроль БТК цеха-заказчика
Проверка СТО
Обработанная заготовка
Рис. 1. Схема бизнес-процесса изготовления СТО
проектировании станочной оснастки является существенным фактором успеха авиастроительного предприятия. Использование универсально-сборных приспособлений (УСП) для оснащения операций механообработки всей возможной номенклатуры деталей требует проведения организационно-технических мероприятий по разработке и внедрению нового жизненного цикла УСП от момента его заказа на проектирования и сборку до демонтажа. Для дальнейшего анализа совершенствования методов проектирования оснастки будет рассматриваться только метод проектирования с помощью УСП.
На данный момент на предприятии ЗАО «Авиастар СП» изготовление оснастки с помощью УСП (рис. 2) ведется без использования,
Кладовщик А. \
„иа™а7гл Иж-зжазчжа
(Юрка УОЛ
Олрсвсдтэгъная
ведомость (отрывной тапонк
ЛриспссоЕЛ^-ие\ собрано
Овсарь участка УСЛ
Кгвдоещ|к участкаУОЛ
6Оача собранного приспособления
Опровоцитегънея / (бранное \ веоомостъ сдатой лриспособпенив ^^ьддч^^ \ сдно /
Рис. 2. Схема бизнес-процесса проектрования УСП
каких либо информационных систем, то есть не ведется учёт как слесарь-инструментальщик собирал УСП и какие элементы УСП использовал при сборке. Это приводит к тому, что при повторной сборки УСП для той же детали на проектирование/сборку УСП затрачивается столько же времени, сколько и при первоначальной сборке. И используется в основном при необходимости быстро произвести обработку самолетной детали. Расширение номенклатуры обрабатываемых деталей с использованием УСП сдерживается потребностью в большем количестве высококвалифицированных слесарей-сборщиков, которым необходимо проводить расчет базирования заготовок обрабатываемых деталей, анализ их геометрии и создание непосредственной сборок УСП.
В результате анализа существующего бизнес-процесса проектирования УСП было предложено внести изменения в ЖЦ изделия на основе договора между «Авиастар-СП» и НИЦ СЛЬ8-технологий УлГУ. Целью данного соглашения является создание организационно-технического комплекса на базе автоматизированной системы управления ЖЦ УСП, интегрированной в PDM систему предприятия.
Автоматизированная система управления (АСУ) жизненным циклом УСП включает в себя ряд взаимодействующих подсистем:
• электронный каталог моделей УСП;
• автоматизированная система «УЧЕТ УСП»;
автоматизированная система проектирования электронных моделей УСП;
Для ускорения работы производства и сокращению его себестоимости предлагается использовать на этапе проектирования каталог электронных моделей элементов УСП (рис. 3), позволяющего конструировать электронные модели сборок УСП в среде NX (рис. 4), и в последующем хранить их в базе данных предприятия. Подобная реализация обеспечивает оперативный доступ к ранее созданным моделям для повторного их использования.
Основанием для использования САПР NX выступило требование широкого набора функциональных возможностей 3D-моделирования, а, так же, возможностью интеграции с программными продуктами, ориентированными на концепции СЛЬ8/РЬМ.
В программный комплекс встроена возможность формирования спецификации по элементам сборочной единицы, которая в последующем используется для формирования комплекта документации на заказ сборки УСП.
Согласно предлагаемой схеме бизнес-процесса проектирования УСП (рис. 5) анализ геометрии заготовки самолетной детали и выбор схем базирования, а так же подбор элементного состава сборок УСП должен производить конструктор с помощью электронного каталога элементов УСП, что существенно упрощает работу слесаря-сборщика.
Для обеспечения функционирования организационно-технического комплекса в информационном пространстве предприятия был проведен анализ схемы заказа и разработки специальной оснастки и предложена система автоматизированного учета жизненного цикла УСП на предприятии ЗАО «Авиастар СП».
УСП каталог БЕ®
□ бшая информация УСП 1 Параметры детали | Загрузка данных ] Компоненты сборки |
Щ-УСП-8
Ш У СП-12 ;+]■■ Спец. детали Наименован | Обозначение! ГОСТ I* в В1 I»: |Р на
► Прокладки п 7033-0167 14394-69 30 22,5 0 1.05 _[о- 711
Прокладки п 7033-0168 14394-69 30 22,5 0 ) ■М 0
Прокладки п 7033-0169 14394-69 30 22,5 0 1,15 ■ы 0
П рокладкип 7033-0170 14394-69 30 22,5 0 ;М 0 1
Прокладки п 7033-0173 14394-69 30 22,5 0 [ж. И 0
П рокладки п 7033-0174 14394-69 30 22,5 0 ь. 11. р 1
Прокладки п 7033-0182 14395-69 45 30 0 1,05 ИГ 0
Прокладки п 7033-0183 14395-69 45 30 0 ,1 ш.; 10
Прокладки п 7033-0185 14395-69 45 30 0 1,25 Ь 0
Прокладки п 7033-0188 14395-69 45 30 0 в д 0
П рокладки п 7033-0190 14395-69 45 30 0 н 0 р 1
Прокладки п 7033-0200 14396-69 45 30 0 0 0
П рокладки п 7033-0201 14396-69 45 30 0 1.5 0 0
Прокладки п 7033-0203 14396-69 45 30 0 2,5 0 0
Прокладки п 7033-0204 14396-69 45 30 0 _У 0
П одкладкип 7033-0212 14397-69 60 30 0
Добавить элемент в сборку |
Рис. 3. Электронный каталог элементов УСП
_ ™ ™ а™ оЕ.
Рис. 4. Среда разработки NX
Система автоматизированного учета является связующим звеном между компонентами организационно-технического комплекса и обеспечивает возможность отслеживать состояние элементов и сборок УСП от момента ее заказа на создание электронной модели до непосредственного демонтажа станочного приспособления в цеху.
Конструктор
2.Раз работка модели УСП и спецификации
/ I '
-МодеЛьУсПиХ спецификация/ \раз работ аны/
}3.Утверждени } е модели УСП
Начальник конструкторс
Ъ-
/ Модельне утверждена
Модель утверждена
Техническое задание
Мастер цеха-заказ ч -ика-
}4.Оформлен ие заказа на сборку УСП
Заказ на сборку УСП
ксФ2424Н
X
Заказа на сборку УСП оформлен
Кладовщик участка УСП
-^.Назначение исполнителя заказа
Эле мент Ы1 УСП
Техническое задание
X
сполнитель заказа назначен
X
Слесарь участка УСП
Сборка УСП
б.Сборка приспособления
Сопроводительная
ведомость (отрывной талон к
X
Прис пос облен ие собрано
Слесарь участка УСП
X
Сопроводительная ведомость с датой выда
7.Сдач а собранного
приспособления
' ^ '
Собранное приспособл ение сдано
Кладовщик участка УСП
Кладовщик участка УСП
12.Утилизация поврежденных элементов УСП
/ Заказ \ \дооформлен/
I
/ Кладовщик
УСП тилизовано
14.Заполнение журнала сборок и учета УСП
Журнал заполнен
Сборка УСП
Слесарь участкаУСП
15.Демонтаж УСП
Элементы УСП
СП демонтировано разложено по типоразмерам
Рис. 5. Схема бизнес-процесса проектирования УСП на основе АСУ
Представленный ЖЦ УСП может показаться более затратным, т.к. подразумевает увеличение трудоемкости ТПП. Однако основная часть по формированию документации и отслеживанию состояния сборок УСП ложится на АС «Учет УСП». Последующие заказы на повторное изготовление сборочных единиц УСП будут обеспечены заготовленными моделями и технологическими процессами сборки УСП.
Конструкторская проработка моделей УСП позволяет исключить необходимость выполнения слесарем-сборщиком анализа геометрии заготовки авиационной детали и подбора соответствующих элементов УСП.
Система заказа на разработку УСП на авиастроительном предприятии с применением АС «Учет УСП», подразумевает изменение существующей схемы ТПП для специальной оснастки с целью исключения возможности одновременного запуска на проектирование по двум видам приспособлений. Для решения данной проблемы было предложено создать ряд правил по заказу на сборку УСП с применением префиксов в наименовании конструкторской документации.
Весь документооборот в АС «Учет УСП» происходит в электронном виде и позволяет существенно увеличить производительность ТПП УСП. Одной из особенностей данной системы является возможность доступа и просмотра информации о текущем состоянии заказа и этапах его проработки должностными лицам с соответствующими правами. Это позволяет легко отследить выполнение работ и скоординировать работу различных подразделений.
Взаимодействие АС «Учет УСП» с уже существующими программными комплексами авиастроительного предприятия позволяет ввести возможность планирования на проектирование и сборку УСП, что является неотъемлемой частью любого производственного процесса.
Основной сложностью в создании электронных моделей УСП является анализ геометрии заготов-
ки самолетной детали, а так же необходимость выполнения операций сопряжения электронных моделей УСП. Последним составляющим компонентом организационно-технический комплекса по применению и использованию УСП является автоматизированная система по проектированию УСП (рис. 6). Автоматизированная система включает в себя набор алгоритмов для работы с электронным каталогом элементов УСП в среде NX.
На начальной стадии автоматизированного проектирования УСП разработан удобный интерфейс выбора необходимых компонентов, с учетом вида механической обработки.
После выбора необходимых элементов используется система аналитического подбора оптимальных методов базирования двух и более компонентов относительно друг друга с использованием крепежных элементов, так же заложенных в электронном каталоге.
Зачастую перед конструктором возникает задача подбора элементов под заданные условия. Данную задачу так же можно возложить на автоматизированную систему проектирования сборок УСП, когда автоматически подсчитыва-ются заданные параметры геометрии детали и выставляется набор необходимых элементов УСП с взаимозаменяемыми компонентами в интерактивном виде.
Формирование документации
Рис. 6. Блок-схема автоматизированной системы УСП
Для ускорения работы конструкторов предлагается создать теоретическую базу поэтапной сборки электронных моделей УСП, когда программно отслеживаются действия проектировщика и выводится ряд правил и советов в зависимости от вида обработки и геометрии самолетной детали.
Для вывода информации по сборке УСП слесарю-сборщику необходимо разработать конструкторскую документацию, где будут представлены монтажные схемы и правила сборки. Автоматическая генерация подобной документации избавляет конструктора от рутинной работы и дает полноценное представление о методах и способах базирования заготовки самолетной детали.
Вследствие применения организационно-технического комплекса УСП предполагается на
порядок снизить себестоимость изготовления станочных приспособлений на базе УСП без использования специальной оснастки.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке в рамках Государственного контракта № 07.514.11.4064 «Разработка методики и алгоритмов управления станками с числовым программным управлением с использованием современных CAD\CAM систем с целью оптимизации процессов обработки деталей, применяемых в авиастроении».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнецов В.С., Пономарев В.А. Универсально-сборные приспособления. М.: Машиностроение, 1974.
2. Шеер А.-В. Моделирование бизнес-процессов. М.: Весть-МетаТехнология, 2000.
ANALYSIS METHODS FOR DESIGNING MACHINE ACCESSORIES MACHINING OPERATIONS BASED BUSINESS DEVELOPMENT PROCESS
© 2012 A.A. Blyumenshteyn, M.S. Chernikov, O.V. Zheleznov, R.I. Salikhov
Ulyanovsk State University
Scientific Research Center of CALS-technologies has developed an automated system lifecycle management UPD, which allows organizing the ordering process, design and assembly of UPD. Keywords: universal jig, machining, life cycle, industrial equipment, aircraft.
Alexey Blyumenshteyn, Post-Graduate Student at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department. E-mail: [email protected]
Michail Chernikov, Post-Graduate Student at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department. E-mail: [email protected]
Oleg Zheleznov, Post-Graduate Student at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department. E-mail: [email protected]
Radik Salikhov, Trainee Researcher at the Research Center of CALS-technologies. E-mail: [email protected]
