CC BY
46
МАШИНОВЕДЕНИЕ И МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 658.512
Б01: 10.15587/2312-8372.2015.41390
МОДЕДЮВАННН 0РГАН13АЦ1йН0-ТЕХНОДОПЧНО! I ТЕХН1ЧН01
структур СКЛАДАННЯ
МАШНН0БУД1ВННХ ВНР0Б1В
Зборка складнихмашинобудгвних виробгв в умовах дргбносершного виробництва характеризуется низькимргвнем достов\рност\ технологгчнихршень. Це пов'язано з неможливгстю пошуку оптимальних варгантгв технологгчних процесгв для заданих оргатзацшно-техтчнихумов виробництва гз-за складност1 як об'екту зборки, так I засоб1в, що при цьому застосовуються. Одним з шляхгв подолання цих проблем е гмтацшне тривимгрне моделювання виробничого середовища.
Ключов1 слова: зборка, моделювання, технологгчна операцгя, складальник, семантична мережа.
Скоркш А. 0., Кондратюк 0. Л.
1. Вступ
В сучасному машинобудiвному виробництва питома вага з'еднань по цилшдричних i кошчних поверхнях у виробах машинобудування досягае 40 %, рiзьбових з'еднань — 20...25 %, з'еднань по плоских поверхнях — 10...20 %. Виконання таких операцш впродовж трива-лого часу призводить до зниження уваги, тдвищено' стомлюваносп, фiзичноi втоми збирача, що е головними причинами помилок, що призводять до зниження якост продукцп, що виробляеться.
Продуктившсть пращ в складальному виробнищт також опиняеться залежною вщ суб'ективних чинниюв i ii рiвень мае тенденщю перiодичноi змiни. Вiдповiдно до цього потрiбна корекцiя виробничих завдань i роз-робка органiзацiйно-технiчних заходiв для забезпечення необхiдноi тривалостi, що до випуску продукцп.
На сьогодш щ проблеми по-рiзному вирiшуються з використанням АСТПВ. Розробки в област САПР ТП зборки сильно розрiзненi, в щлому вiдсутня найбiльш наближена до реальних проектування i виробництва системна концепщя процесу проектування ТП зборки в САПР. Цим обгрунтовуеться актуальшсть проведеного дослiдження.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Тенденцп розвитку сучасного виробництва, що по-лягають у безперервному збшьшенш випуску виробiв як за номенклатурою, так i за об'емом, призводять до неухильного росту питомоi трудомкткосп складальних операцiй i, отже, до зростання потреб у виробничих площах i у збiльшеннi чисельностi робiтникiв, що за-йнятi в складальному виробництвь
Продуктивнiсть працi в складальному виробництвi також опиняеться залежною вщ суб'ективних чинникiв i ii рiвень мае тенденцiю перiодичноi змiни. Вщповщно до цього потрiбна корекцiя виробничих завдань i роз-робка оргашзацшно-техшчних заходiв для забезпечення необхiдноi тривалосп, що до випуску продукцii [1, 2] На сьогодшшнш час процес проектування складальних
технолопчних процесiв у САПР може бути представлений наступним чином:
1) вибiр методу досягнення заданоi точносп зборки;
2) декомпозищя виробу (складальноi одиницi) вщ-повiдно до '¿х технологiчноi структури;
3) вибiр базових деталей для вузлово' i загальноi зборки;
4) видшення в конструкцп розмiрних ланцюгiв, '¿х розрахунок по методиках, що задаються користувачем, iнтерпретацiя результатiв розрахунку;
5) формування власне ТП зборки, його маршрут-но-операцiйного викладу, техтчне нормування;
6) вибiр i оптимiзацiя варiантiв ТП зборки вщпо-вiдно до заданих критерпв (цшьовими функцiями);
7) оформлення технологiчноi документацп на спроек-тований ТП [3, 4].
При цьому ефектившсть складального процесу ви-значаеться наступними складовими: яюстю зборки; продуктивною системи зборки; витратами на реалiзацiю складального процесу. А управлiння цими параметрами реалiзуеться на етапах: конструкторсько' пiдготовки виробу; технологiчноi тдготовки виробничого процесу; органiзацiйноi i техшчно' пiдготовки процесу зборки. Тому створення ефективного ТП СБ з комплексним облжом вище приведених чинникiв е актуальною проблемою технологи машинобудування.
3. 06'ект, ц1ль та задач1 дослщження
Об'ект дослгдження — технолопчш процеси зборки машинобудiвних виробiв в умовах дрiбносерiйного непотокового стацюнарного виробництва.
Проведенi дослiдження ставили за мету визначити особливосп проектування технолопчних процеав зборки на основi iмiтацiйного тривимiрного моделювання.
Для досягнення поставлено' мети виршувалися на-ступт задачк
— розробка методики оптимiзацii оргашзацшно-тех-
нологiчноi структури зборки машинобудiвних виробiв
на основi iмiтацiйного 3D-моделювання;
— постановка завдання моделювання оргашзацш-
но-технiчноi i технологiчноi структур систем зборки.
56 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 2/1(22], 2015, © Скоршн А. О., Кондратюк О. Л.
ISSN 222Б-3780
МАШИНОВЕДЕНИЕ И МАШИНОСТРОЕНИЕ
4. Основний зм1ст методики моделпвання оргашзацшно-технолопчно! I техшчно! структур зборки
Виходячи з аналiзу, найбiльш складною й найменш формалiзованою, з точки зору математичного опису, е ста-щонарна непотокова зборка з розчленуванням i без розчле-нування робiт, що застосовуеться в умовах дрiбносерiйного виробництва шляхом використання ручно1 працi з елемен-тами механiзацii. При цьому вона, як правило, застосовуеться для формування складних машинобудiвних виробiв.
В даному дослiдженнi для моделювання роботи скла-дальника СМВ були прийнят процеси i обладнання, параметри яких наведет у таблиц на рис. 1. Вони характеризуются наявтстю математичних залежностей, яю дозволяють розраховувати режими процесiв складання з високою долею ймовiрностi.
Обслуговування робочих мкць частково децентраль зовано: якщо розподiл робiт по робочих мкцях та за-безпечення технологiчною документащею здiйснюеться майстром, а комплектування загопвель i матерiалiв, тран-спортування готових деталей тдсобними робiтниками, то отримання шструменпв i технологiчного оснащення в цехових шструментально-роздавальних коморах, вста-новлення пристосування, операцiйний контроль здшс-нюеться самими робiтниками.
Враховуючи типовi прийоми i операцii, що наведет у рiзноманiтних джерелах [5-7], було видшено основнi прийоми i операцii (на засадах мжроелементного нор-мування), яю дозволили класифiкувати складнi техно-лопчш дii (табл. 1).
таблиця 1
Перелш найбiльш поширених cnüCü6iB роботи при складанн1
Елементарш способи роботи □пис
Захоплення об'вкту (чи з його допомогою) Стикування характеристик виконавця з характеристиками предмета
Перемiщення об'вкту (чи з його допомогою) Доставка об'вкту в область знахо-дження техшчно'' системи
[^Ентування об'вкту (чи з його допомогою) Узгодження характеристик об'вкту з властивостями техшчно'' системи
Установка (базування) об'вкту (чи з його допомогою) Стикування характеристик об'вкту з
Закршлення об'вкту (чи з його допомогою) Фшсащя стану об'вкту (чи з його допомогою)
Для опису поведшки складальника застосовано антро-пометричний аналiз його pyxiB, якi, в свою чергу, дь ляться на динамiчнi i статичнi.
рис. 1. Складальт процеси, що були застосовата при моделювант
МАШИНОВЕДЕНИЕ И МАШИНОСТРОЕНИЕ ISSN 2226-3780
До динамiчних вщносяться амплiтуди pyxiB голови, рук i Hir, i використовуються для визначення об'ему робочих рyхiв, зон досяжностi i видимостi. По них роз-раховуеться просторова оргашзащя робочого мiсця, роз-мах рyхiв, розмах рyхiв перемикачiв, що обертаються.
При виконаннi технологiчних операцiй складання машинобyдiвних виробiв одним з ключових завдань е визначення взаемозв'язку мiж елементами оргашзацшно-технiчноï структури системи складання.
Нескладний аналiз показуе, що мiж елементами системи складання шнують взаемозв'язки, що мають тех-нологiчний характер. Структурно вони можуть бути зображеш як показано на рис. 2, а '¿хнш формальний запис можна зробити за допомогою системи рiвнянь на основi алгебри логiки (1).
Рис. 2. Формальна представлення працесу складання
На рис. 2: F/ (t) — вектор показниюв роботи тех-нолопчного устаткування, що реалiзyе ¿-ту технолопч-ну операцiю на l-му шарi проектування; L — кiлькiсть шарiв, що видiленi в технологiчномy процесг, l — номер шару; t\ — час моделювання г-оï технологiчноï операцп;
l (0 -
вх1днии вектор характеристик технолопчно1 операцп;и' ( — вектор д1И, що управляють станом технолог1чно'1 операци;у/ () — вихвдний вектор характеристик технолопчно'1 операцп складання; Н| — обмеження на загальну юльюсть ресурав, наявних в систем! складання.
xl (t )=(( (t), ul (t)),
= ф1 (y0, y1, -, yN ),
yl = /г (yl, xj ), t e [0, T ];
y\ (t +1) = /г (yl (t ),xl (t +1)), t = 0,1,-;
yl = f (xl )
H{ ((,-, F^)> b{; k = 1,-, M.
(1)
Опис математичних моделей такого типу ввдноситься до моделей Маркiвського типу. Для них характерна на-явшсть чiткого зв'язку мiж попереднiми i наступними дiями [8-10].
З урахуванням цього виконаемо формальне пред-ставлення взаемодш в системi зборки машинобyдiв-них виробiв. Ключовою в цьому плат е оргатзацшна структура системи складання, структуру яко! можна визначити за допомогою виразу (2).
{*5, Х6 }
Х7 (x4 {д,в,м}) ® {X1,X2,Хз}
min(A,N ,T ,C )
>Х7 (Х4 {5}), (2)
де {, x2, x3} — елементи системи складання: робоче мкце складальника, система транспортування виробу, система складування виробу; x5 — технолопчна операцiя складання (ТОС); x6 — технологiчний процес складання (ТПС); x7 (...) — партiя виробiв (nB);x4 {...} — стани партп виробiв (СПВ);{д,в,м} — деталi, вузли та допомiжнi матерiали, з яких складаеться вирiб (д, в, м), вирiб (В); min (A, N ,T ,C) — критерп формування оргашзацшно-тех-нiчних та технологiчних ршень, що застосовуються в про-цеа фyнкцiонyвання складальноï дiлянки: робота з'еднан-ня (A), потyжнiсть енергетичноï установки обладнання, яка витрачена на процеси зборки та транспортування (N), час складання i транспортування вузла (T), приведет витрати на створення i тдтримку виробничоï системи в працездатному сташ (C);® — позначення взаемодп елементiв складальноï системи; ^ — позначення пере-творення елементiв складального процесу.
Розкриваючи вираз (2) щодо моделi зборки шляхом опису характеристик, яю мають характер динамiчноï змши, можна констатувати, що характер цих змш добре узгоджуеться з математичним iмiтацiйним моделюван-ням (М1М). М1М дозволяе розкрити функцп проектування через функцп опису станiв, яю в процесi проектування утворюють послвдовшсть, i функцп переходу вщ одного стану до iншого.
У загальному випадку, динамiчна модель ощнюе за-вдання проектування в головному, а саме, динамiчна модель дозволяе визначити основну властивкть, що характе-ризуе процес складання. Крiм того, через цю властивiсть виражаеться поняття «змши», тобто, може бути виражена змша будь-якого об'екту процесу складання [11].
Для забезпечення функцюнування семантичноï ме-режi (рис. 3) необхщно, щоб вiдношення Rl змшювало свое значення залежно вщ виду даного факту Fj. Кожен факт, у свою чергу, мае попередню шторш (набiр факпв, що передують його появ^ i формуе умови для появи нових факпв в мереж! Отже, вiн не може мати певного значення, а описуе лише умови формування результату (числового значення параметра) при певних значеннях вхщних даних (агента, способу, умов, мети i так дат).
Таким чином, автори даноï роботи прийшли до необ-хiдностi використання в данiй семантичнш мережi такого поняття, як десигнат — ушкальне внyтрiшньо системне iм'я, яке ставиться у вiдповiднiсть деякому об'екту пред-метноï областi, якщо про нього в даний момент немае повноï iнформацiï. Десигнат вщбивае найбiльш значимий сенс об'екту, зокрема просто факт його кнування.
Таким чином, у момент першоï згадки про об'ект у базi даних активiзyеться його десигнат, яким можна маншулювати, не чекаючи повноï шформацп про об'ект. Тодi семантичну мережу (рис. 3) можна представити у виглядi набору десигнат, що описують екстенсюнальш i штенсюнальш знання про процес формування скла-дального виробу.
Перемщення процесу формування факпв по семан-тичнш мережi (рис. 2) здiйснюеться на основi початкових запитiв про стан вузла i деталей, яю в нього встановлюють-ся. «Запит» е набором факпв (ситyацiю), при опиа яких допускаеться використання змiнних в позищях значень атрибyтiв i iмен стосyнкiв. Запит можна представити у виглядi графа, в якому вершини, що вщповщають дея-ким змшним, не визначенi. Пошук вiдповiдi на запит полягае в ршенш задачi iзоморфного викладення графа запиту (чи його тдграфа) в семантичну мережу [12, 13].
58
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 2/1(22], 2015
ISSN 222Б-3780
МАШИНОВЕДЕНИЕ И МАШИНОСТРОЕНИЕ
J
ФшСУе
Об'ект
Ф1ксуе/пет?&м1щуе
Об'ект
Закшчив
Об'ект
Рис. 3. Семантична мережа зв'язку функцi□нальних характеристик системи зборки машинобудавних вироб1в iз И станами
5. Обговорення результат1в моделювання оргашзацмно-технолопчно! I техшчно! структур зборки
Викладенi дослiдження дозволяють для машинобудiвноi галузi в подаль-шому розробити узагальнену методику формування структури i параметрiв технологiчних процесiв непотоковоi дрiбносерiйноi зборки складних ма-шинобудiвних виробiв на рiвнi переходу, операцп i маршруту зборки.
В подальшому розвитку питання моделювання процесу зборки машино-будiвних виробiв на всiх 11 рiвнях дасть можлишсть машинобудiвним пщприем-ствам значно тдвищити даний процес. Зокрема вже зараз дану методику можна використовувати на таких тдприем-ствах як ДП ХМЗ «ФЕД» та Харювське державне авiацiйне виробниче пщпри-емство для пiдвищення ефективностi процесу зборки, виходячи з аналiзу продукцii, яку вони випускають.
6. Висновки
Для формування графiв запитiв використано поняття «Фрейма» — формалiзований опис якого-небудь об'ек-ту або явища, що мае ту властивiсть, що видалення з цього опису будь-яко'1 його частини призводить до втрати властивостей, що характеризують об'ект опису. Найчастше фрейм визначають як структуру даних для представлення стереотипних ситуацш.
Таким чином, фрейм — семантичний блок або модуль моделi представлення знань. Модель представлення знань будуеться у виглядi мережi фреймiв, як складаються з двох частин: набору фреймiв, що утво-рюють бiблiотеку внутрiшнього представлення знань i мехашзму iх перетворення i зв'язування.
Важливою особливiстю фреймiв е наявнiсть в шфор-мацiйних i процедурних елементах незаповнених частин — слопв (порожнеч, шдлин) еквiвалентних десигнатам в семантичних мережах. Слоти можуть заповнюватися в процес активiзацii фрейма вiдповiдно до певних умов. Це надае властившть адаптивност моделi представлення знань, як на модульному рiвнi, так i на рiвнi усiеi мережi фреймiв.
Таким чином, фрейми е декларативно-процедурни-ми структурами, тобто, сукупшсть описiв i, в деяких випадках, пов'язаних з ними процедур, доступ до яких виконуеться прямо з фрейма (3).
{n, (vb gl, Pl), (V2, g2, P2), ..., (Vk, gk, Pk)},
(3)
де п — iм'я фрейма; Vj — iм'я слота; gi — значення слота; ру — процедура.
Досягнення функцiонально активноi системи зборки е цшьовою поточною функцiею системи моделювання роботи технолопчного комплексу
Проведенi дослiдженнями щодо проектування тех-нологiчних процесiв зборки на основi iмiтацiйного три-вимiрного моделювання дали можливiсть в подальшому сформульованi область дослiдження та обмеження на розробку моделей функцюнування системи зборки ма-шинобудiвних виробiв, що дасть можливкть мiнiмiзу-вати час на створення технолопчних процесiв зборки машинобудiвних виробiв. Сформульованi основнi поло-ження методики оптимiзацii органiзацiйно-технологiчноi структури зборки машинобудiвних виробiв на основi iмiтацiйного 3D-моделювання, а також принципи функщонування системи зборки машинобудiвних виробiв, що в подальшому дозволить формалiзувати принципи ii д11 та тдвищити ефектившсть самого процесу зборки на вах його етапах.
Литература
1. Бысов, С. А. Выявление и анализ организационно-технологических факторов, влияющих на результативность технологических систем, организованных на основе концентрации обрабатывающих и сборочных процессов [Текс] / С. А. Бысов, Е. Н. Малышев // Наука и образование. — Март 2012. — № 3. — С. 1-13.
2. Завгородня, Т. П. Моделювання процеав пращ на р1вш ро-бочих мюць [Текст] / Т. П. Завгородня, А. Ю. Мазарчук // Вюник технолопчного ушверситету Подшля. — 1998. — № 2. — С. 76-80.
3. Аналитический бюллетень. Машиностроение: тенденции и прогнозы [Текст] / Центр экономических исследований // Итоги полугодия 2011 года. — Москва: РИА-Аналитика, 2011. — № 3. — 47 с.
4. Соломенцева, Ю. М. Машиностроение [Текст]. Т. Ш-5. Технология сборки в машиностроении: энциклопедия / Ю. М. Со-ломенцева. — М.: Машиностроение, 2001. — 640 с.
5. Юровский, С. А. Методические рекомендации по расчету на ЭВМ норм времени на базе микроэлементных нормативов [Текст] / под ред. С. А. Юровского, В. Х. Педро // Нормативно-производственное издание. — М.: Экономика, 1989. — 54 с.
МАШИНОВЕДЕНИЕ И МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 222Б-3780
6. Воронин, А. В. Механизация и автоматизация сборки в машиностроении [Текст] / А. В. Воронин, А. И. Гречухин, А. С. Калашников и др. — М.: Машиностроение, 1985. — 272 с.
7. Миллер, Э. Э. Техническое нормирование труда в машиностроении [Текст]: уч. пос. / Э. Э. Миллер. — 3-е изд. — М.: Машиностроение, 1972. — 248 с.
8. Михайлов, А. Н. Основы синтеза поточно-пространственных технологических систем [Текст] / А. Н. Михайлов. — Донецк: ДонНТУ, 2002. — 379 с.
9. Kugelmann, D. Aufgabenorientierte Offline-Programmierung von Industrierobotern [Text] / Doris Kugelmann. — München: Herbert Utz Verlag GmbH, 1999. — 158 p.
10. Junker, G. Schraubenverbindungen. Berechnung und Gestaltung [Text] / G. Junker, H. Kothe. — Berlin: Veb Verlag Technik, 1968. — 451 p.
11. Shreiner, D. OpenGL programming guide: the official guide to learning OpenGL, versions 3.0 and 3.1 [Text] / Dave Shreiner; Bill the Khronos OpenGL ARB Working Group. — Ed. 7. — Pearson Education, Inc., 2010. — 1015 p.
12. Walsh, P. Advanced 3D game programming with DirectX 10.0 [Text] / P. Walsh. — Wordware Publishing, Inc., 2008. — 529 p.
13. Timofeev, Yu. Generalized Model for Development of Manufacturing Process Structures for Flexible Manufacturing [Text] / Yuri Timofeev, Aleksand Shelkovoi // Proceedings of the 2nd International Conference «Research and Education in Natural Sciences», 17-19 Marc 2004, Miskolc, Hungary. — P. 161-166.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СТРУКТУР СбОРКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Сборка сложных машиностроительных изделий в условиях мелкосерийного производства характеризуется низким уровнем
достоверности технологических решений. Это связано с невозможностью поиска оптимальных вариантов технологических процессов для заданных организационно-технических условий производства из-за сложности как объекта сборки, так и средств, которые при этом применяются. Одним из путей преодоления этих проблем является имитационное трехмерное моделирование производственной среды.
Ключевые слова: сборка, моделирование, технологическая операция, сборщик, семантическая сеть.
Скоркт Антон Олегович, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра металорiжучого обладнання i транспортних систем, Украгнська тженерно-педагоглчна академiя, Хартв, Украгна, e-mail: [email protected].
Кондратюк Олег Леотдович, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра металорiжучого обладнання i транспортних систем, Украгнська тженерно-педагоглчна академiя, Хартв, Украта, e-mail: [email protected].
Скоркин Антон Олегович, кандидат технических наук, доцент, кафедра металлорежущего оборудования и транспортных систем, Украинская инженерно-педагогическая академия, Харьков, Украина.
Кондратюк Олег Леонидович, кандидат технических наук, доцент, кафедра металлорежущего оборудования и транспортных систем, Украинская инженерно-педагогическая академия, Харьков, Украина.
Skorkin Anton, Ukrainian Engineering and Pedagogical Academy, Kharkiv, Ukraine, e-mail: [email protected]. Kondratuk Oleg, Ukrainian Engineering and Pedagogical Academy, Kharkiv, Ukraine, e-mail: [email protected]
УДК 693.6.002.5 001: 10.15587/2312-8372.2015.41395
ТЕ0РЕТИЧНЕ Д0СЛ1ДЖЕННЯ ЗНОСУ КОН1ЧНОГО ШДШИПНИКА КОВЗАННЯ
Стаття присвячена дослгдженню тертя ковзання, визначенню розм1р1в виконавчих поверхонь тсля прикладеного навантаження. Видшено спецгальну конструкцию конгчного тдшипника ковзання, що працюе у складг мобгльного розчинозмшувача. Наведено розрахунки величины зношування конгчного подшипника. Теоретичнг дослгдження засвгдчують, що тиск на поверхнг подшипника розподшяеться за гтерболгчною залежтстю. Поверхневг шари пари тертя потребують вико-ристання зносостшких покриттгв.
Ключов1 слова: тдшипник ковзання, цапфа, вставка, зношування, величина зношування, швид-кгсть зношування, час зношування.
Попов С. В., Васильев А. В., Ледшк Р. А.
1. Вступ
Все бшьшого значения з початком розвитку техшки, набувае питання тдвищення довговiчностi й надш-носп машин. Багато вчених i спещалкпв промислово розвинених краш свггу займаються вивченням причин руйнування деталей в експлуатаци та розробленш ме-тодiв тдвищення надшносп та довговiчностi машин.
Зменшення матерiало- та енергомкткосп об'екпв виробництва i промислового виробництва в щлому, тдвищення рiвня автоматизацп промисловосп, необ-хщшсть роботи мехаиiзмiв i приладiв в рiзних газових
i рщинних середовищах за низьких i високих температур е важливим.
У загальнш проблемi надшносп, точност i довго-вiчностi машин, механiзмiв i приладiв основне мкце належить питанням тертя, змащувальнш ди, зношуванню поверхонь деталей i робочих оргашв, як мiж собою утворюють пари тертя.
Необхвдшсть дослвдження зносостшкост деталей машин витжае i з економiчних витрат. Одшею з най-головшших причин вщмов внаслщок зношування е власне зношування рухомих спряжень механiзмiв та деталей.
60 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 2/1(22], 2015, © Попов С. В., Васильев А. В., Леднш Р. А.
