CC BY
33
УДК 621.058.013.8
ОБ АСПЕКТАХ И СПОЛЬЗОВАНИЯ КЛАССИФИКАЦИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА АВИАСТРОИТЕЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ
©2012 А. Ф. Ширялкин, С.А. Кобелев, А.Н. Угасин
Ульяновский государственный технический университет
Поступила в редакцию 10.10.2012
Рассмотрены аспекты систематизации авиастроительных производственных сред в рамках генетического подхода. Данный подход и предлагаемая видовая технология рассматривается на фоне разработки классификаций объектов производства, в первую очередь, классификационной системы информации о детали при формировании информационного качества производственной среды предприятия при осуществлении технологической подготовки производства.
Ключевые слова: систематизация, классификация, производственная среда предприятия, техническая подготовка производства, генетический подход.
Для успешной деятельности авиастроительного предприятия необходимо эффективное функционирование его производственной среды и, прежде всего, технологической подготовки производства (ТПП). В свою очередь эффективность ТПП зависит от формы и степени систематизации и во многом определяется качеством классификации объектов производства, прежде всего деталей машин. Разработка эффективной классификационной системы информации о деталях (КС) на конкретном авиастроительном предприятии, несмотря на наработанные принципы и методы, представляет длительный и трудоемкий процесс постепенного достижения адекватности информации структуре производственной среды предприятия. Поэтому этот процесс начинается с анализа объектов и структуры основного производства.
Качественное проведение работ по формированию конкретной классификационной структуры целесообразно проводить непосредственно на самом предприятии в тесной увязке конкретным набором элементов технологического процесса. При этом информационное качество производственной среды зависит от качества ее систематизации, определяемой проходящими в ней эволюционными процессами. Эти процессы в области техники подчинены законам техноэ-волюции, открытыми Б. И. Кудриным [1-2]. Главным из этих законов является закон информационного отбора. Техноэволюция повторяет черты биологической эволюции на качественно ином уровне, с отличиями, вытекающими из отделения документа - отобранной, согласован-
Ширялкин Александр Федорович, кандидат технических наук, доцент. E-mail: a.shiryalkin@ulstu.ru Кобелев Станислав Александрович, кандидат технических наук, доцент. E-mail: kobelev.ksa@yandex.ru Угасин АлександрНиколаевич, аспирант. E-ma il:a.ugasin@ulstu. ru
ной и утвержденной установленным образом информации, закрепленной на соответствующем носителе. Оптимальная и устоявшаяся информация закрепляется в стандартах.
В рамках технетики комплект документации на изготовление конкретной единичной детали следует рассматривать как техноген изделия -единицу его наследственного материала, ответственного за формирование какого-либо элементарного признака фенотипа (например, признак материала, геометрической формы и др.). Такая целостная и компактная взаимосвязь и осуществляется в техногеноме предприятия, которым в его производственном пространстве может являться правильно построенная классификационная система информации о деталях. Последняя, структурно, на генетическом уровне, отвечая за процесс рождения (изготовления) изделия, определяет и его качество, так и качество генезиса производственной среды. От этого в свою очередь, исходит и в целом, эффективность управления всей производственной системой предприятия. Таким образом, понятие техногенома изделия, следует трактовать как совокупность классифицированной информации о детали, находящейся в производственной среде и способной эффективно управлять ее зарождением и развитием. В свою очередь, качество классификации зависит от степени приближения к естественному типу, т. е. насколько ее признаки существенны на каждом ее системно-информационном уровне [3] и насколько структура этих признаков адекватна рассматриваемой производственной системе. Существует ряд критериев естественности классификаций [3, 5], из которых выведен обобщенный критерий естественности классификаций в области технического производства. Естественной классификацией называется та классификация, которая отвечает многим критериям реальности: объективности, надежности (стабильности), про-
гностической силы и др., где количество свойств рассматриваемого объекта производства, поставленных в функциональную связь с его положением в системе, является максимальным, позволяя при этом достигнуть многих целей сразу.
Такое видение рассматриваемого признака детали в иерархии классификационных связей и отношений придает надежную опору процессу классификации, способствуя правильности (естественности) кодового описания и минимизируя эффект разнокодирования [3]. Поэтому на авиастроительном предприятии необходимо разработать классификационную систему деталей машин естественного типа, под которой, в нашем представлении, следует понимать систему соподчиненных группировок (таксонов) информации о деталях, используемую для эффективного установления связей в отражаемой ей системе производства. Разработка такой системы предлагается в рамках комплексной автоматизированной системы технической подготовки и управления производством (КАС ТеПУП) [3], типовой план-график 1-го этапа создания которой на предприятии на машиностроительном предприятии представлен в [4].
Набор задач и сроки их выполнения зависят от сферы интересов и возможностей предприятия. Заметим также, что кодовое описание деталей имеет 2 уровня представления: 1-й уровень, включающий конструктивно-геометрическая и общеразмерную информацию об их форме (в зависимости от клас-
са) и 2-й уровень, определяющий геометрию их размерную характеристику их элементов и отдельных поверхностей. Указанные характеристики классифицируются, кодируются и заносятся в документ, называемый как ведомость информации о детали (ВИД).
Заполнение ВИД начинается с получения общего представления конструктивно-технологической форме детали в виде эскиза. Для этого, в ручном варианте заполнения на бланке ВИД чертится эскиз детали-представителя. В автоматизированном варианте графическая информация может поступать по сети от конструкторский систем типа «Unigrafix» или другой подобной, а также часть текстовых данных (материал, заготовка и т. д.), уже имеющихся в базе..
Следующим этапом классифицируется, кодируется и вводится конструктивно-геометрические данные об общей форме группы деталей рассматриваемых в таксонах (класс и подкласс) согласно табл. 1. Далее, в зависимости от конкретной номенклатуры и комплекса решаемых задач могут рассматриваться более конкретизированные таксоны (от надсемейства до рода), табл. 1-3.
При наличии необрабатываемого контура любой конфигурации брать код = 0.
Разработка классификационной системы информации о деталях машин на предприятии Ведомость информации о детали ВИД (табл. 4) состоит из 4-х частей:
- эскиза детали-представителя,
Таблица 1. Наклон обрабатываемых ребер детали (надсемейство)
Прямые Малкованные
Отсутствие лалки (прямой угол к основанию) Л. Открытая малка угол с основанием , 90*) J акрытая малка угол с основанием : 90*) 1- Комбинированая (открытая и закрытая А С изменяющимся углом к основанию Произволь ные
П О З К И ПР
Основная поверхность сплошная
контур детали прямолинеен контур детали криволинеен произ в. криво лин. и комби нир.
параллельн. бок. сторон паралельн. ее скос. рад. уклон. бол. скос Клин сектор сегмент круг
с>
П С У СЕ Д К ПК
Основная поверхность с относительно большим отверстием (нежесткая деталь)
параллельн. бок. сторон ПО скос. рад. СО уклон. бол. скос УО кольцевой сектор СО дуга ДО кольцо КО произв. криволин. и комбинир. КБ
Таблица 2. Вид контура основной поверхности детали (семейство)
Таблица 3. Наличие поперечных ребер и характер ребрения (подсемейство)
нормальный специализированный
¡1 л Ф перемен. сечения оригинальный
\ V
С Ф
без попереч. ребер Н с попереч. ре брами (соты) Р бульбо-профили Б
при кодировании элементарных деталей вращения в качестве 3-го и 4-го знака берется
код отношения табл. 2.
- системы таблиц кодового описания;
- общей организационно-технологической информации о группе деталей (особей),
- классифицированной информации о детали 1-го и 2-го уровня.
Последняя часть содержит:
1. Общую информацию о геометрической форме детали (группе деталей): класс, подкласс, надсемейство и семейство и подсемейство и т. д.;
2. Кодового описания основных элементов детали (ОЭ);
3. Кодового описания дополнительных элементов детали (ДЭ).
Отличительной особенностью информационной системы ведомости ВИД является возможность ее использования как в неавтоматизированном, "ручном" режиме, так и производить автоматизированное кодирование путем интерактивного диалога пользователя с ЭВМ. В этом случае ВИД используется как удобный промежуточный документ.
Удобству и простоте его использования способствует нахождение большинства классифика-
ционно-кодовых таблиц на поле бланка. Еще одним преимуществом, отличающим данный вид документа, является то, что с его помощью можно осуществить первый этап предварительного группирования, как для ручного, так и для автоматизированного группирования. В целом отметим, что ВИД есть как раз тот документ, использование которого максимально приближает работу технолога-систематика к режиму реального времени, что и определяет максимальную эффективность системной видовой технологии.
Традиционно информация о детали, если рассматривать разработанный документ ВИД (см. табл. 4), занимает его левую часть. Эта информация достаточна для предварительного системного решения задач ТПП (1-й уровень). Новый вид информация, которая отсутствует в традиционной форме этого документа, расположена в правой части ВИД и является логическим продолжением информации левой части. Она представляет собой данные об элементах детали и предназначена для решения задач ТПП 2-го уровня, т.е. уточнения задач формирования маршру-
Таблица 4. Ведомость информации о детали ВИД
ВЕДОМОСТЬ ИНФОРМАЦИИ ДЕТАЛИ ВИД Код сновных элементов (ОЭ) Код дополнительных элементов (ДЭ) 3-й знак- количество ДЭ данного типоразмера
Круглые (К) Некр Отверстия (О)
Цилиндр ■чг г Фа Пмиз Цилиндрические Нецилиндрич
обр глад суп глад ступ зенк цеко кон
Н Г С К Р Ф П 1 2, 3 З Ц К
Плоско-комбинированные (П) Резьба (Р) внутре нние (р) Накатк< (Н)
Не Плос ко - паралл ел. р трап дюйм прям сет П С
обр глад ступ уклон рад комб произ М Т Д (К)
Н Г С У Р К П Канавки наружные (Н) Канавки внутр.(В)
Вид поперечного сече ния объемно-проф ильн. дет. | пря угл рад
уголо л двутавр т г- образ дв. Комб. Про
ь У Р
У Т Ш Д К г 2Т Ко П _| Лыски (Л) Скосы (С) -угловой (с) линейный
II оси •е I ос комб 30 45 ХХ Двузн. лин. размер
1 | 2 I 3. Н1 К 30 45 ХХ 1 1
Уступы (У) Пазы (П), Подсечк и (П)
1 1 простые раздел. полк.| двойные
прям угл рад прям. накл прям. накл 1рям накл
ПО ПЗ У Р К ПП ПН РП РН ПД НД
Радиусы Я - наружн., г- внутрен.
[одкласс Надсем. Семейств Подсеем. Род Вид ТК (КД)
НО НОП НОПС НОПСН НОПСНО1 0.205 0
Общая информация о детали Основные элементы Дополнительные элементы
0 № п/п Номер черт. На им Кол. изд Основные размеры, мм Вид загот Марк: матер Ма са, ОЭ1, ОЭ3, ОЭ5 и т. д. ОЭ2, ОЭ4, ОЭ6 и т. д. ДЭ1, ДЭ3,ДОЭ5 и т. д ДЭ2, ДЭ4, ДЭ6 и т. д Труд
Ь Б(Б) Н(ф 4 ЛгО кг код ОЭИ Ь, Б1 (Б) Н(Ф код ОЭ2 Ь2 (Б) К« Код ДЭ1 и ь1 Ь ® Код ДЭ2 1 Ь2 Ь ® час
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
та, расчета трудоемкости, инструментообеспече-ния и др. (см. выше). Т. к. указанный документ предназначен для обработки информации как в автоматизированном, так и в «ручном» режимах, для удобства работы в последнем, таблицы кодирования вынесены в правый верхнюю часть бланка. По существу, в указанной форме ВИД объединяет 3 автономных документа. При необходимости можно пользоваться каждым из них в отдельности. В целом такой документ, в данных конкретных условиях, обладает более высоким качеством относительно требований удобства и различимости представления ИД детали. Другим документом для использования в предлагаемой видовой технологии является информационно-маршрутная ведомость (ИМВ). Указанная информация предназначена для автоматизированного решения следующих задач ТеПП:
1. конструкторского поиска деталей - аналогов при проектировании новых изделий;
2. технологической проработки деталей и их унификации;
3. поиска ТП - аналогов для их последующей корректировки при проектировании новых техпроцессов;
4. группирования деталей по конструктивно технологическим признакам;
5. проведения расцеховки деталей по подразделениям предприятия;
6. выбора и расчета количества оборудования, в том числе станков с ЧПУ;
7. подбора деталей для их обработки на станках с ЧПУ;
8. выбора и расчета количества заготовок;
9. формирование укрупненного маршрута обработки групп деталей;
10. укрупненного расчета трудоемкости обработки деталей;
11. укрупненного расчета трудоемкости изготовления прессформ для литья;
12. укрупненной оценки технологической жесткости деталей
13. присвоение четких системных наименований;
14. разработка трехмерных видовых моделей (представителей групп) деталей для создания системного определителя и модульной основы для проектирования новых деталей;
15. присвоение четких системных наименований видовым моделям и деталям;
16. расчет загрузки цехов и участков;
17. проектирование планировок цехов и участков;
18. выбор и расчет количества инструмента и приспособлений;
19. формирование маршрута обработки групп и единичных деталей;
20. информационной поддержки при проектировании ТП обработки деталей;
21. расчета трудоемкости обработки деталей; (САРТ);
22. информационной основы для разработки логистических систем:
23. учета и планирования инструментообес-печения;
24. учета и планирования материалообеспе-чения.
Классифицированная и закодированная информация о детали 1-го уровня предполагает поддержку решения первых 12 задач.
Частично предлагаемая видовая технология была апробирована на одном из Ульяновских предприятий - Средневолжской промышленной кампании (ЗАО СВП).
РЕШЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ОСНОВЕ ПРЕДСТАВЛЕННОЙ
ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
У представленного документа много назначений: первое из них предполагает решения задачи уточнения состава групп, предварительно собранных в ВИД. В этом плане, путем рационального подбора критериев группирования по форме и размерам деталей удалось добиться оптимизированного расположения деталей в структуре высших таксонов.
Второе назначение ИМВ - решение материально-технических задач, например, учет нормы расхода материала. Для этого в ИД ведомости включены КИМ и масса заготовки. Заметим, что в таблицу включены и и габариты детали; (Ь х D), что дает возможность автоматизации не только расчета нормы расхода, но и автоматизированного выполнения предшествующей задачи -выбора и расчета заготовки.
Для решения другой задачи этого плана -определения точного веса изделия, суммируются точные значения веса каждой из деталей, данные о которых включены в таблицу и используются как третье назначение документа. Заметим, что все эти задачи расчетно-технического характера, их целесообразно выполнять автоматизировано, что сократит трудоемкость рутинных расчетных работ и повысит эффективность производства. Маршруты обработки детали, включенные в ИМВ как вид ИД и позволяющие решать ряд оперативно-тактических задач подготовки и управления производственным процессом, также ведут за собой и еще одно системное назначение. Например, учитывая последовательное усложнение деталей в соответствующем таксоне, можно методом сравнения проверить качество нормирования трудоемкости по каждой из операций, а также их суммарные значения. В процессе работы такие несоответствия норм были выявлены и скорректированы.
Учитывая возможность разработки ТП на подобные детали разными технологами можно также скорректировать и унифицировать и сам маршрут обработки детали в соответствии со спецификой конкретного производства. При
этом следует ориентироваться как на опыт специалистов, так и на системное восприятие технологического процесса в целом.
Здесь же можно решить и обратную задачу, связанную с проверкой качества группирования деталей, т. е. в конечном счете другой стороны верификации разработанной нами КС. Качество формирования групп можно определить по совпадению маршрутов обработки 2-х или нескольких соседних деталей. При этом принимается во внимание степень отличия величин тру-доемкостей каждой пары деталей на однородные и однопорядковые операции.
НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИИ О ДЕТАЛИ
Внешне оптимизация итогов группирования выражено в достижении плавного, периодического изменения (ранжирования) конструктивно-технологической сложности и соответственно величин трудоемкости обработки деталей согласно эволюционного принципа «от простого к сложному». Сравнивая порядок расположения деталей одной и той же подгруппы в разных документах [3] (см. приложения Г и Д) можно заметить начало процесса образования периодичности размерных последовательностей в группах сложности. Например, при достижении следующего уровня конкретизации информации о детали, из неупорядоченного множества деталей подгруппы ВКОО рассматриваемой в ведомости ВИД возникают некоторые упорядоченные последовательности размерных форм. Эти последовательности образуют некоторую периодичность распределения указанных форм в функционально-информационном пространстве некоторых подгрупп сложности, которые условно названы видами. Важно заметить, что величины периодов имеют тенденцию к сокращению с увеличением сложности деталей в подгруппе, что вполне согласуется с характером проявлением закона гиперболического распределения [1-3]. Последнее, как раз и говорит о приближении системы к естественному типу.
Заметим, что более мелкая структуризация множества деталей, связанная с введением в структуру КС существенных для каждого из уровней классификации признаков не только приближает КС к естественному типу, а также позволяет получить более качественное решение производственных задач, в том числе задачи группирования.
Информация о детали - его корневая, позвоночная часть меняется не так интенсивно, однако в день, даже на этом относительно небольшом предприятии проходит по несколько конструктивно-технологических изменений. Необходимо их оперативное отслеживание и ведение информации о детали в реальном шаге времени, что
невозможно без системно-компьютерной автоматизации. Заметим, что исходные данные КС при программной реализации соответствующих постановок вышеуказанных задач позволяют решать их множество в реальном масштабе времени, сокращая цикл технической подготовки в несколько раз. То есть., например, задача группирования решалась в несколько раз быстрее, то же самое можно сказать о решении задач унификации и технологической отработки деталей изделий. О последней можно сказать, что только при достаточно оперативном, автоматизированном группировании возможно достижение достаточно качественного решения этой задачи. При этом классифицированная информация о состоянии номенклатуры деталей должно вводиться в базу данных (БД) системы ИАС КТН, отслеживаться в реальном шаге времени и вестись в течение всего цикла подготовки и управления производством. При этом на основе этой информации возможно автоматизированное решение комплекса задач ТПП.
Например, исходя из классификационно-кодового описания геометрической формы детали и ее габаритных размеров (см. табл. 4 -ВИД) нетрудно разработать алгоритмы для автоматизированного решения задачи расчета норм расхода материала для материально-технического учета и планирования. Отсюда, при известных технических параметрах заводский подразделений и станков, также следует решение технологических задач расцеховки и загрузки оборудования. При организации БД оборудования, нетрудно оптимизировать систему загрузки оборудования заготовками. При наличии приспособлений, инструмента, покрытий и т. д. можно создать систему обеспечения, учета и планирования производства средствами технологического оснащения.
Следует заметить, что постановка автоматизированного решения задачи формирование маршрута обработки деталей в целом, достаточно сложная проблема [7], и может решаться разными способами. Решение этой задачи определяется не только конструктивно-геометрическими свойствами детали, но в значительной мере факторами конкретной производственной среды, прежде всего спецификой элементов технологической системы (ТС). В этом плане маршрут обработки во многом зависит от системности ее элементов, в первую очередь, степени автоматизации обрабатывающего оборудования.
Предлагаемое нами решение основывается на итерационном подходе, — постепенном приближении классификационно-кодового описания геометрической формы детали к существенным свойствам этих элементов при его иерархическом развитии.
Важной проблемой удобного представления рассмотренной информации является решение задачи системной визуализации эскизов деталей
- как эскизов-представителей видов, так и, в дальнейшем, операционных эскизов обработки. Их оперативное формирование следует основывать на элементно-модульном подходе.
Учитывая, что разрабатываемая КС рассчитана на решение многих задач ТПП и рассматривая данную работу как непрерывный процесс, следует говорить о указанной системе (КС) как о некотором инструменте управления качеством ТП. Следует также определить место КС деталей машин в общей системе управления предприятием как его технического начала, исходной структуры управления качеством обрабатываемой детали - основы и источника генезиса всего машиностроительного производства.
ВЫВОДЫ
Таким образом, в статье представлена работа, представляющая технологию по систематизации производственной среды одного из машиностроительных предприятий г. Ульяновска -ЗАО СВПК. Эта технология основана на многих подходах, методах и других технологиях, адаптирована под современные условия и показала свою эффективность даже при низком уровне автоматизации [1], в последствие она названа видовой. При организации БД объектов производства, прежде всего деталей машин и создания на этой основе информационно-аналитической системы конструктивно-технологического назначения, необходимая производственная информация будет отслеживаться, обрабатываться в реальном шаге времени.
В целом работа, проделанная на ЗАО СВПК показала:
1. Высокую трудоемкость формирования КС приближающуюся к естественной. При этом качественное приближение, даже с использованием уже разработанных методов и типовых таблиц, требует нескольких итерационных шагов;
2. Значительную трудоемкость качественного группирования деталей в ручном режиме, даже при имеющейся на предприятии даже при незначительной номенклатуре деталей (433 наи-
менование);
3. Настоятельную необходимость перевода подобной работы на компьютерные рельсы. Согласно расчетам, применение автоматизации могло бы сократить время работ по группированию примерно в 3 - 4 раза;
4. Необходимость проведения работ по систематизации на каждом машиностроительном предприятии, имеющем номенклатуру свыше 200 наименований деталей;
5. Недостаточная компетентность специалистов-технологов среднего уровня для самостоятельного проведения подобных работ.
6. Необходимость проведения работ по комплексной автоматизации задач ТПП с первоначальным созданием баз данных объектов производства в рамках системы ИАС КТН.
Особый интерес представляет разработка системного документа, объединяющего системный определитель (ограничитель) деталей (СОД), [3], составляющий одно целое с системным определителем наименований (СОН), предназначенных для начального этапа проведения унификации, а также эффективного решения некоторых остальных задач ТПП.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кудрин Б.И. Введение в технетику. Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та, 1993. 552 с..
2. Кудрин Б.И. Концепция стандартизации и теория ценозов// Стандарты и качество. 2008. № 5. С. 32 -36. № 6. С. 7 - 10.
3. Ширялкин А. Ф. Основы формирования многоуровневых классификаций естественного типа для создания эффективных производственных сред в машиностроении. Ульяновск: УлГТУ, 2009.
4. К вопросу качества автоматизации производственных сред в авиастроении /А.Ф. Ширялкин, С.А., Ко-белев, А.Н. Угасин // Материалы I Всероссийской научно-практической конференции «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники» г. Ульяновск, 67 октября 2010 года.
5. Забродин В. Ю. О критериях естественности классификаций. // НТИ Серия 2. 1980. № 8, М., С. 22 - 24.
ON ASPECTS OF USING MACHINE PARTS CLASSIFICATION AT AN AIRCRAFT ENTERPRISE
© 2012 A.F. Shiryalkin, S.A. Kobelev, A.N. Ugasin
Ulyanovsk State Technical University
Herein were examined systematisation aspects in aviation development production environments in a framework of the genetic approach. this approach exemined as a development of production objects classifications, ferstly, classification system of information about component in forming of informational quality of mechanic processing. Key words: systematisation, classification, production environment, technical preparation of production, genetic approach.
Alexandr Shiryalkin, Candidate of Technics, Associate
Professor. E-mail: a.shiryalkin@ulstu.ru]
Stanislav Kobelev, Candidate of Technics, Associate Professor.
E-mail: kobe-lev.ksa@yandex.ru
Alexandr Ugasin, Post-Graduate Student.
E-mail: a.ugasin@ulstu.ru
