CC BY
0к.т.н. Костенко А. В.
(КамчатГТУ, г. Петропавловск-Камчатский, РФ),
д.т.н. Михайлов А. Н., к.т.н. Матвиенко С. А., к.т.н. Лукичев А. В.
(ДонНТУ, г. Донецк, ДНР)
СТРУКТУРА СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ФУНКЦИОНАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
Приведена объектная модель классификационных систем деталей машин, методов отделоч-но-упрочняющей обработки и средств технологического обеспечения. Средства технологического обеспечения представлены как комплекс на базе объектно ориентированного подхода в виде множества элементов полной структуры средств. Получено выражение, которое полностью определяет структуру средств.
Ключевые слова: средства технологического обеспечения, функционально ориентированная технология, отделочно-упрочняющая обработка, классификационная схема, структура, объектная модель.
Машиностроение и машиноведение
УДК 621.9
Проблема и её связь с научными и практическими задачами. Одной из задач, стоящих перед современным машиностроением, является проектирование технологических процессов (ТП) для изготовления деталей, работающих в сложных эксплуатационных условиях, например, цилиндровых втулок судовых дизелей [1].
Профессор Базров Б. М. в своей работе [2] обозначил проблему стихийного развития средств технологического обеспечения (СТО) технологических процессов, а также классификационных систем СТО и наметил пути их решения на основе модульного подхода.
В работе [3] рассмотрены особенности классификационных схем в функционально ориентированных технологиях (ФОТ) машиностроения на основе объектно ориентированного подхода (ООП), в частности приведена объектная модель изделия судового машиностроения в нотации UML (Unified Modeling Language). В работе [4] рассмотрена многоаспектная классификация компонентов агрегатов. В монографии профессора Михайлова А. Н. [5] описаны основные положения ФОТ в машиностроении и среди прочего отмечается, что СТО
строятся на базе структуры функционально ориентированного технологического процесса, структуры каждой операции и схем технологического воздействия орудий и средств обработки на изделия.
Одной из проблем процесса проектирования ФОТ является подбор или разработка СТО. Стихийное их развитие и отсутствие связей между классификациями технологических процессов, методов, изделий и СТО являются актуальными проблемами современного машиностроения.
Целью статьи является установление взаимосвязи между классификационными схемами средств технологического обеспечения, методами отделочно-упрочняющей обработки и деталей агрегатов, а также разработка структуры средств технологического обеспечения.
Изложение материала и его результаты. Приведенная на рисунке 1 объектная модель классификационных систем деталей машин и методов отделочно-упрочняющей обработки (ОУО) показывает взаимосвязь между методами ОУО и эксплуатационными свойствами функциональных элементов деталей.
Машиностроение и машиноведение
Рисунок 1 Объектная модель классификационных систем деталей машин и методов ОУО в нотации UML
Методы ОУО, используемые для реализации показателей качества, вытекающих из эксплуатационных свойств, должны быть обеспечены соответствующими СТО, включающими в себя (рис. 2) оборудование, приспособления, инструментальную наладку и измерительные средства.
Каждая составляющая СТО представляет собой множество, обладающее своими характерными классификационными схемами, также отличающимися большим разнообразием. Однако в рамках применения одного метода используемый набор СТО должен быть, безусловно, взаимоувязан.
Тогда весь комплекс СТО на базе ООП можно представить как множество элементов полной структуры СТО, т. е. совокупность множеств, обладающих определённым набором характеристик:
Y =
N = {N1, N2, N3 };
p = {Pi,p2, P3}; Q = {Qi, Q2, Q3};
S = {S1, S2, S3 }.
(1)
Рисунок 2 Средства технологического обеспечения ТП
Множества N Р, Q и £ являются соответственно множествами оборудования, приспособлений, инструментальных наладок и измерительных средств. При этом каждое множество системы (1) обладает следующими характеристиками:
N1, Р\, Ql, £1 — характеристики класса, в который входят соответственно применяемое оборудование, приспособления, инструментальные наладки и измерительные средства. Например, оборудование для лазерной закалки, с одной стороны, является представителем технологических методов ОУО с изменением структуры поверхностного слоя, с другой — входит в класс лазерных установок и может клас-
Машиностроение и машиноведение
сифицироваться по следующим признакам [6]: мощности излучения, режиму работы, длине волны генерируемого излучения, методам накачки, способам отвода тепла, назначению, активному элементу, конструктивному исполнению. Характеристики этих признаков на основе принципа наследования позволяют выделять в параметрах лазерной установки для закалки такие общие параметры, которые являются общими для всех лазерных установок.
Ы2, P2, Q2, S2 — характеристики непосредственно используемого оборудования, приспособлений, инструментальных наладок и измерительных средств, что предо-
пределяет его технологические возможности применения. На основе принципа полиморфизма эта группа характеристик выделяет параметры, характерные только для применяемого СТО в соответствующем методе ОУО.
N3, P3, Q3, S3 — характеристики функционирования, что в контексте ФОТ означает наличие характеристик, определяющих особенности воздействия оборудования, приспособлений, инструментальных наладок и измерительных средств на объект.
Взаимосвязи описанных выше элементов (изделия, методов ОУО и СТО) в единой системе показаны на рисунке 3.
Рисунок 3 Объектная модель классификационных систем деталей машин,
методов ОУО и СТО
В случае если необходимо использовать специальное технологическое оснащение, то следует учитывать, что оснащение для функционально ориентированных технологий может строиться с использованием следующих составляющих: мехатронного технологического оснащения; механизмов малых перемещений для различного технологического оборудования; адаптивных систем управления для различного технологического оборудования; специальных технологических лазеров, плазматронов, вакуумных ионно-плазменных устройств; специального оснащения.
Для реализации конкретной функционально ориентированной операции и изготовления изделия на базе особой группы ориентации технологических воздействий и свойств этих технологий в каждом конкретном случае должно строиться своё специализированное технологическое обеспечение [5].
СТО для функционально ориентированных технологических процессов имеют специальные принципы проектирования и предназначены в основном для выполнения технологических воздействий орудий и средств обработки только на конкретные изделия в сложных эксплуатационных условиях.
Структура СТО является изоморфным отображением и реализацией функционально ориентированного процесса ОУО. Изоморфным отображением называется отношение между двумя системами типов «технологический процесс» и «технологический объект», когда каждой составной части одной системы может быть поставлена в соответствие определённая составная часть другой системы и наоборот. А также когда для каждого отношения между двумя соответствующими составными частями имеется такое же отношение в другой системе и наоборот. Это даёт возможность сопоставить структуру ТП структуре СТО при её структурном анализе [7].
Частично структура СТО известна на основании предварительно разработанной структуры ТП. При этом используется го-
моморфное отображение множеств элементов и отношений ТП на множества элементов и отношений СТО. Гомоморфное отображение — это отношение между двумя системами типов «технологический процесс» и «технологический объект», когда каждую составную часть и каждое отношение системы типа «технологический процесс» можно отобразить на некоторую составную часть и некоторое отношение системы типа «технологический объект» (но не обратно). Используя гомоморфное отображение можно перенести структуру ТП на структуру СТО. Гомоморфное отображение множеств элементов и отношений структуры технологического процесса на множества элементов и отношений структуры СТО математически можно представить следующим образом:
(: X ^ Yт; (2)
(2 :Е ^ Ат, (3)
где X — множество формализованных элементов структуры технологического процесса; Yт — множество формализованных элементов структуры СТО только в технологической зоне; Е — множество отношений между элементами структуры технологического процесса; Ат — множество отношений между элементами структуры СТО в технологической зоне; ф} — отображение множеств элементов структуры; ф2 — отображение множеств отношений структуры.
Структура СТО, составленная из множеств (2) и (3), будет частичной и отражает её только в технологической зоне. Для реализации полной структуры СТО эти множества необходимо дополнить:
Y = и Yв; (4)
А = Ат и Ав, (5)
где Y — множество формализованных элементов полной структуры СТО; Yв — множество формализованных элементов структуры СТО вне технологической зоны;
Машиностроение и машиноведение
А — множество отношений между элементами полной структуры СТО; АВ — множество отношений между элементами структуры СТО вне технологической зоны.
Если
у={м, р, е, £} (6)
есть множество элементов полной структуры СТО, а
А = {аЬ й^.-ат } (7)
является множеством отношений между элементами СТО, то структура СТО представляет собой множество, состоящее из У и А:
Ягг = {У, А}, (8)
где Ягг — структура СТО.
Элементами структуры могут быть различные элементы в зависимости от того, на каком иерархическом уровне глубины технологии рассматривается структура. При этом множество У определяется на основании замыкания подмножеств Ут и Ув в рекуррентные структурные группы.
Структура СТО представляет собой в общем случае совокупность элементов и отношений между ними. Структура СТО на /-м уровне глубины технологии представляет собой совокупность, упорядоченных множеств у/ и а, которую можно представить следующим образом:
={ у/, а,-}, (9)
где Ягг, — структура СТО на /-ом уровне глубины технологии; у, — множество элементов СТО на /-м уровне глубины технологии; а, — множество отношений на множестве у,-.
Множества у, и а, имеют вид:
У/ ={У/l,у,2,...,уV}, (10)
где у^ — угй элемент множества у^
а ={а1 aг2,..., а:уг}, (11)
где а{у — уге отношение между элементами множества у,.
Структуру СТО можно представить объединением двух её составляющих, а именно в пространственной технологической зоне и вне неё (вспомогательная зона), в соответствии с выражением
= £гтГ и Ягт?, (12)
где 8ггт — структура СТО на 7-м уровне глубины технологии в пространственной технологической зоне; Бгг^ — структура СТО на 1-м уровне глубины технологии вне пространственной технологической зоны.
В этом случае множества уг и а, можно записать:
у( = ут и у:В , (13)
где уТ — подмножество элементов множества уи размещённое в пространственной технологической зоне СТО на 1-м уровне глубины технологии; уВ — подмножество элементов (БТВ) множества у, размещённое вне пространственной технологической зоны СТО на 1-м уровне глубины технологии;
а = ати ав, (14)
где аТ — подмножество отношений множества а, действующее в подмножестве уТ; аВ — подмножество отношений множества а, действующее в подмножестве уВ.
Параметры подмножеств уТ и аТ можно определить на основании гомоморфного отображения элементов множеств 7-го технологического подпроцесса на элементы подмножеств СТО на 1-м уровне глубины технологии:
X ^ УТ , (15)
(2: е ^ ат. (16)
Множества элементов х, и отношений ет и подмножества элементов уТ и отношений аТ имеют между собой взаимно однозначное соответствие. Взаимно однозначное соответствие между двумя множествами, например х^ и уТ, есть такое отображение множества х, в множество уТ, при
котором каждый элемент множества у;Т является образом одного и только одного элемента множества xi. В связи с этим можно заключить, что параметры подмножеств у;Т и а;Т определены и соответствуют параметрам множеств структуры 1-го технологического подпроцесса.
В общем виде структуру подмножеств у;Т и а;Т можно записать так:
Str¡г ={у,т, ат }. (17)
Далее следует определить структуру СТО на 1-м уровне глубины технологии вне технологической зоны. Для нахождения элементов этой структуры необходимо воспользоваться следующими выражениями:
¥1: Gi (Тв1 ут, (18)
где — отображение множеств;
0;(Тв,) — множество интервалов структуры СТО на 1-м уровне глубины технологии вне технологической зоны в зависимости от величины вспомогательного времени Тв;;
щ2: Н (Тв; аш, (19)
где у2 — отображение множеств; Н;(Тв;) — множество отношений на множестве 0;(Тв;).
Библиографический список
В этом случае структура СТО на ;-м уровне глубины технологии вне технологической зоны будет иметь следующую математическую запись:
Strlв ={ Ув, ав}. (20)
Полученное выражение (20) полностью определяет структуру СТО на ;-ом уровне глубины технологии.
Выводы и направление дальнейших исследований. Представленная в работе объектная модель классификационных систем деталей машин, методов ОУО и СТО позволяет на основе объектно ориентированного подхода комплексно подходить к проектированию ТП изготовления деталей машин, в том числе деталей судовых агрегатов, работающих в сложных эксплуатационных условиях. При этом структура СТО может быть сопоставлена со структурой ТП, что даёт возможность разрабатывать или подбирать СТО в соответствии с операциями ТП на базе функционально ориентированных технологий машиностроения.
Дальнейшие исследования будут направлены на адаптацию основных положений ФОТ на производство и ремонт деталей судовых агрегатов, в частности судовых дизелей.
1. Костенко, А. В. Синтез структуры функционально-ориентированного процесса изготовления цилиндровых втулок на основе анализа работы судовых дизелей [Текст] / А. В. Костенко // Вестник Государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2017. — Т. 9. — № 1. — С. 176-186.
2. Базров, Б. М. Модульная технология в машиностроении [Текст] / Б. М. Базров. — М. : Машиностроение, 2001. — 368 с.
3. Костенко, А. В. Особенности классификации и представления деталей в функционально-ориентированной технологии машиностроения [Текст] / А. В. Костенко, А. Н. Михайлов, А. Н. Полетайкин //Механики XXI веку. — 2019. — № 18. — С. 179-186.
4. Михайлов, А. Н. Особенности классификации и представления деталей в функционально-ориентированной технологии машиностроения [Текст] / А. Н. Михайлов, А. В. Костенко, А. Н. Полетайкин //Актуальные проблемы в машиностроении. — 2019. — Т. 6. — № 1-4. — С. 41-47.
5. Михайлов, А. Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий [Текст] / А. Н. Михайлов. — Донецк : ДонНТУ, 2009. — 346 с.
6. Кирсанов, В. В. Классификация лазеров по физико-техническим параметрам и степени опасности для биоты [Текст] / В. В. Кирсанов, Л. Ф. Миннеханова // XVI международная научная конференция, посвященная 15-летию реализации принципов Хартии Земли в Республике Татарстан : сб. тр. конф.. — Казань : Фолиант, 2016. — С. 278-284.
7. Михайлов, А. Н. Основы проектирования и автоматизации производственных процессов на базе технологий непрерывного действия [Текст]/А. Н. Михайлов. — Донецк : ДонНТУ, 2006. — 421 с.
© Костенко А. В. © Михайлов А. Н. © Матвиенко С. А. © Лукичев А. В.
Рекомендована к печати д.т.н., проф., зав. каф. МСМО ДонНТУ Гусевым В. В.,
к.т.н., проф. каф. ТОМП ДонГТУ Зелинским А. Н.
Статья поступила в редакцию 11.02.20.
к.т.н. Костенко А. В. (КамчатДТУ, м. Петропавловськ-Камчатський, РФ, andr13kost@Jist.ru), д.т.н. Михайлов О. М., к.т.н. Матв!енко С. А., к.т.н. Лутчов О. В. (ДонНТУ, м. Донецьк, ДНР) СТРУКТУРА ЗАСОБ1В ТЕХНОЛОГ1ЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ В ФУНКЦЮНАЛЬНО ОР16НТОВАНИХ ТЕХНОЛОГ1ЯХ
Наведено об 'ектну модель класиф1кац1йних систем деталей машин, метод1в оздоблювально-змщнюючог обробки i засоб1в технолог1чного забезпечення. Засоби технолог1чного забезпечення представлено як комплекс засобiв на базi об 'ектно орiентованого тдходу у виглядi безлiчi елеме-нтiв повног структури засобiв. Отримано рiвняння, яке повшстю визначае структуру засобiв.
Ключовi слова: засоби технологiчного забезпечення, функщонально орiентована технологiя, оздоблювально-змiцнююча обробка, класифiкацiйна схема, структура, об 'ектна модель.
PhD in Engineering Kostenko A. V. (KamchatkaSTU, Petropavlovsk-Kamchatsky, the Russian
Federation, andr13kost@list.ru), Doctor of Technical Sciences Mikhailov A. N.,
PhD in Engineering Matvienko S. A., PhD in Engineering Lukichev A. V. (DonNTU, Donetsk, DPR)
STRUCTURE OF TECHNOLOGICAL SUPPORT TOOLS IN FUNCTIONAL-ORIENTED
TECHNOLOGIES
The object model of classification systems of machine parts, methods offinishing and strengthening processing and technological support tools is given. Technological support tools are presented as a set of tools based on an object-oriented approach as a set of elements of the complete structure of tools. The obtained expression fully defines the structure of tools.
Key words: technological support tools, functional-oriented technology, finishing and strengthening processing, classification scheme, structure, object model.
