CC BY
63
УДК 621.717
УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ СЕЛЕКТИВНОЙ СБОРКИ
ДВУХ ДЕТАЛЕЙ
О.В. Филипович, Г.В. Невар, М.И. Гарматюк, Д.В. Заморёнова
Проанализирован процесс однопараметрической селективной сборки двух деталей и возможные способы управления его параметрами. На основе построенной модели поставлена задача оптимизации показателей данного процесса при использовании различных способах управления. Приведен пример решения данной задачи, выполнен анализ результатов.
Ключевые слова: селективная сборка, одновариантное комплектование, способ управления, незавершенное производство, сборочный комплект.
Рассматривается процесс селективного комплектования и сборки двух деталей, образующих прецизионное соединение по одному параметру. Схема однопараметрического сопряжения показана на рис. 1, а (обозначения соответствуют принятым в [1], цифра в кружке - номер детали, цифра перед чертой - номер параметра).
Рис. 1. Схема однопараметрического комплектования двух деталей
Предположим, что детали изготавливаются независимо друг от друга. Сборка производится, к примеру, по посадке с зазором по параметрам и %2 (рис. 1,б), которые являются независимыми случайными величинами (СВ), имеющими плотности распределения /1(х) и /2(х). Выходной параметр у (зазор), являющийся замыкающим звеном трехзвенной размерной цепи и получаемый при сборке, связан с исходными линейной зависимостью
у = 5 = Х2 - Х1. (1)
Пусть параметры сопрягаемых деталей имеют расширенные допуски на изготовление Т и Т2 соответственно. Перед сборкой детали сортируют по группам с полями групповых допусков Xг 1 , где г - номер дета-
ли; к] — номер селективной группы. Границы щ селективных групп разбивают всю область значений параметров х] на ¡1 интервалов Х(кг ) с грани/ (к) (к +1) цами I а] и, а] 1 '
В к] -ю селективную группу детали г -го типа попадают с вероятностью
а(к +1) _
р(к) = | ^ (х)аХ, к1 = 2,..., Ц +1, г = 1,2, (2)
&)
где Ц = ¡] — 2 - количество селективных групп годных деталей.
В группы с условными номерами 1 и ¡], лежащими за пределами
границ допусков, детали попадают с вероятностями
а(2)
а1 , ¥ _
р1 = | ^ (х^х, Рр = | ^ (х^х, г = 1,2. —¥ а(1/' )
Сумма этих вероятностей составляет вероятность предварительного брака, детали из указанных групп исключены из процесса комплектования. Будем считать, что для формирования сборочных комплектов (СК) необходимо использовать одновариантное правило комплектования. Под правилом комплектования понимается способ формирования СК из деталей различных селективных групп. Одновариантное комплектование состоит в следующем: детали из одной группы могут входить в сборочный комплект только одного типа. В этом случае вероятность получения СК к] -го типа (в данном случае тип соответствует номеру группы к ) можно определить соотношением
{р(к),Р2(к])} . (3)
СЮ = ) )
Суммарная вероятность получения годных СК по всем селективным группам составляет
1СК = I . (4)
к =2
Вероятность появления некомплектных деталей, образующих незавершенное производство и предварительный брак,
РНД = 1 — 1СК . (5)
Для решения оптимизационных задач в качестве основного критерия может рассматриваться как получение максимально возможного числа сборочных комплектов, так и сведение к минимуму количества некомплектных деталей.
Задача, связанная с обеспечением минимального количества незавершенного производства путем управления параметрами процесса изготовления сопрягаемых деталей, рассмотрена в [2]. Алгоритм управления в данной работе организуется следующим образом. Объем выпуска Qj одной из деталей (например той, которую проще изготовить) внутри расширенного допуска разбивается на определенное количество п неравных частей, вероятность попадания в у -ю часть равна qj, у = 1, п . Каждая часть
изготавливается независимо от остальных при заданном смещении центра настройки су основного технологического оборудования относительно
координаты середины поля допуска. Управляющими параметрами при этом являются количество частей, их центры настройки и объемы. Они выбираются таким образом, чтобы объем незавершенного производства был минимальным. Недостатками способа, предложенного в [2], являются:
1) рассматривается исключительно управление процессами изготовления деталей, входящих в сборочный комплект, при этом не затрагиваются вопросы управления их комплектованием и сборкой;
2) оперируя с нормированными значениями расширенного поля допуска при нахождении оптимальных смещений центров настройки, не учитываются возможности технологического оборудования, которое во многих случаях это смещение обеспечить не сможет;
3) не производится учет возникновения дополнительного брака, появляющегося за счет смещения частей партии деталей при условии выхода их размеров за приемочные границы (расширенный допуск);
4) при построении математической модели не учитываются особенности селективной сборки (разбиение по группам) и используются усеченные законы распределения, не дающие возможность оценить объем предварительного брака, т.е. вероятность попадания параметров деталей за приемочные границы.
Целью данной работы является сравнение нескольких возможных способов управления параметрами процесса селективной сборки двух деталей для получения оптимальных значения показателей качества данного процесса.
Варьируемыми параметрами задачи могут являться величины расширенных и групповых допусков, количество селективных групп и их границы, правила комплектования, а при использовании описанного выше способа - возможности технологического оборудования и транспортно-складской системы.
Для упрощения будем полагать, что величины расширенных допусков и количество селективных групп заданы, правило комплектования -одновариантное. Тогда, имея соотношения (1) - (5), считается возможным применить несколько способов управления параметрами селективной сборки.
1. Разбиение при изготовлении партии одной из деталей на несколько частей.
2. Обоснованный выбор значений групповых допусков.
3. Комбинация способов 1 и 2.
Рассмотрим более подробно второй способ. Так как по условиям технологического процесса изготовления и сборки двух деталей заданы количество селективных групп и расширенные допуски на изготовление деталей, то здесь основной задачей исследования является определение границ полей групповых допусков одной из деталей (например, вала). Задача рационального выбора аг состоит в их оптимальном распределении для получения как можно большего числа готовых СК. При распределении границ групп следует учитывать, что значения получаемых при расчете зазоров $' должны удовлетворять условиям
о(к/) > $ . с(к/) £ с (6)
сш1п, сшах - сшах , (6)
где Сш1п и Сшах - предельные значения зазоров, выбираемые по условию
решаемой задачи и определяющие качество собираемого изделия.
При этом искомые границы аг могут принимать строго определенные значения, кратные дискретностям Э/ отсчета приборов, осуществляющих контрольно-измерительные операции.
Таким образом, используя любой из вышеперечисленных способов управления, необходимо решить задачи оптимизации процессов изготовления, комплектования и сборки двух однопараметрических деталей селективным методом путем нахождения значений управляющих переменных, обеспечивая максимум целевой функции
!СК = /(а/,п,Чг],сг]), ] = 1,п, * = 1,2, (7)
при заданных ограничениях, например, вида (6).
Указанные задачи получения оптимальных показателей являются задачами нелинейного дискретного многопараметрического программирования. Задачи поиска максимума целевой функции (7) можно решать методом полного перебора всех возможных вариантов при относительно небольшой их размерности, обусловленной исходными данными.
Рассмотрим пример их решения. В качестве исходных данных примем следующее.
1. Величины расширенных допусков для деталей обоих типов берутся равными друг другу 7 = Т2 = 0,018 мм при номинальных размерах сопрягаемых поверхностей ^ = й2 = 18 мм. Количество селективных групп годных деталей фиксировано, Ц = Ц = 6. Предельные отклонения крайних
селективных групп, ограничивающих расширенный интервал допуска,
2 8 2 8 а1 =—0,018 мм, а1 = 0 мм, а2 = 0 мм, а2 = 0,018 мм.
2. Предполагается, что распределение размеров деталей в партии является нормальным с плотностью
Сх-щ)2
где rrij и Oj - математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение случайной величины х7-, / = 1,2. В данном примере примем тх = 17,989 мм, =0,00295 мм, т2 =18,008 мм, о2 =0,0031 мм.
Величины партий примем Qy - 02 =1000 шт.
3. Принимаем, что управление будет производиться параметрами одной из деталей (вал). Групповые допуски второй детали (отверстие) считаем равными друг другу и принимаем Х^2^ = 0,003 мм, k2 = 2,7 . Количество частей, на которое будет делиться объем партии, п = 2. Количество деталей в каждой части кратно 1/20 объема партии. Предельные зазоры ¿>niin =0,013 мм, Smax =0,023 мм. Значения дискретностей отсчета измерительных приборов, дискретностей перемещения рабочих органов технологического оборудования соответственно Dj = 0,001 мм, Ас\ = Ас2 = 0,003 мм. Результаты решения сведем в таблицу.
Результаты решения задачи оптимизации
ю Параметры
о о о с сп ? с12 ? 411 У 412 ? ? 4 ? 4 ? я,6 ? 4 ? JCK
и ММ мм шт. шт. мм мм мм ММ мм
1 0,003 0 350 650 -0,015 -0,012 -0,009 -0,006 -0,003 0,967
2 - - - - -0,016 -0,013 -0,009 -0,007 -0,002 0,969
3 0 -0,006 950 50 -0,016 -0,013 -0,010 -0,007 -0,002 0,971
Вероятность получения годных сборочных комплектов при неуправляемой сборке равна 0,870. Как видно из таблицы, при использовании первого способа управления можно улучшить на 11,1 %, второго -на 11,4 %, третьего - на 11,6 %. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.
1. Первый способ целесообразно применять в тех случаях, когда имеется возможность разделения партии хотя бы одной из деталей на части и отношение дискретности перемещения рабочих органов технологического оборудования к расширенному допуску на изготовление не превышает 25 %. Его основной недостаток - усложнение технологического процесса изготовления.
2. Второй способ используется на этапе сортировки деталей. Его применимость обусловлена наличием системы управления указанным процессом, эффективность - точностью измерения для определения принадлежности детали к той или иной селективной группе. Способ практически лишен недостатков.
3. Третий способ объединяет достоинства и недостатки первых двух и в некоторых случаях дает достаточно неплохие результаты.
Выбор того или иного способа управления процессами изготовления комплектующих, комплектования и сборки в конкретных условиях позволит получить оптимальное количество готовых изделий при неизменных требованиях к их качеству.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации по базовой части государственного задания №2014/702 проект № 3858 и при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 15-01-05840.
Список литературы
1. Катковник В.Я., Савченко А.И. Основы теории селективной сборки. Л.: Политехника. 1991. 303 с.
2. Копп В.Я., Серова Н.В., Филипович О.В. Одно- и многошаговое управление параметрами селективной сборки // Оптимизация производственных процессов: сб. науч. труд. СевНТУ. Вып. №11. Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2009. С.28-39.
Филипович Олег Викторович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет,
Невар Галина Валерьевна, асп., [email protected], Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет,
Гарматюк Михаил Игоревич, инженер, [email protected], Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет,
Заморенова Дарья Викторовна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет
CONTROL OF SELECTIVE ASSEMBLY PARAMETERS FOR TWO PARTS O. V. Filipovich, G. V. Nevar, M.I. Garmatyuk, D. V. Zamoryonova
The process of one-parameter selective assembly for two parts and possible ways to control its parameters was analyzed. On the basis of constructed model the task of optimizing the index of the process by using various methods of control was proposed . An example of this task was given and an analysis of the results was done.
Key words: selective assembly, univariate completion, control method, work in process, assembly set.
Filipovich Oleg Viktorovich, candidate of technicale sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,
Nevar Galina Valerevna, postgraduate, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,
Garmatyuk Michael Igorevich, engineer, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,
Zamoryonova Daria Viktorovna, candidate of technicale sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University
УДК 621.436
УВЕЛИЧЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
А.В. Егоров, Ю.Ф. Кайзер, А.В. Лысянников
Представлена новая конструкция системы газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания (ДВС) транспортного средства, обеспечивающая повышение мощности турбокомпрессора при движении транспортного средства, увеличение эффективной мощности двигателя и уменьшение удельного эффективного расхода топлива.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, турбина, система наддува, давление, поток воздуха, впускной трубопровод.
На современном этапе развития двигателестроения, когда многие из пределов технического совершенствования ДВС уже достигнуты, необходим поиск новых методов совершенствования эффективных показателей ДВС. Одним из таких методов является грамотное использование условий эксплуатации транспортного средства.
При работе ДВС в его впускном коллекторе создается разряжение, которое на ряде современных автотранспортных средств (Subaru Impreza, Mitsubishi Pajero, Mitsubishi Lancer Evolution) компенсируется энергией набегающего потока воздуха.
Набегающий поток воздуха можно использовать как для компенсации падения давления во впускном трубопроводе при всасывании, так и для увеличения мощности турбокомпрессора комбинированного ДВС.
Такое техническое решение предложено в патенте на изобретение [1]. Суть технического решения, отраженного в патенте, поясним с помощью рисунка.
