CC BY
64
Машиностроение и машиноведение
ятия // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 1. URL: http://web.snauka.ru /issues/2013/01/19606. (дата обращения: 24.05.2016).
17. Карлина Ю.И., Яценко О.В. Выбор базовой CAD-системы предприятия для создания цифрового макета изделия // Авиамашиностроение и транспорт Сибири : сб. ст. VII Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. С. 48-52.
18.Ирзаев Г.Х. Исследование и моделирование информационных потоков конструкторско-технологических изменений на этапах освоения и серийного производства изделий //
Организатор производства. 2012. Т. 52. № 1. С. 131-135.
19.Ахатов Р.Х., Лаврентьева М.В. Распознавание конструктивно-технологического состава изделия по его электронной модели // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2015. № 8. С.8-14.
20. Лаврентьева М.В. Распознование электронных моделей для анализа конструктивно-технологических параметров изделия // Актуальные вопросы развития науки. сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. В 6 ч. /отв. ред. А.А. Сукиасян. Уфа, 2014. С. 89-91.
УДК 658.512, 004.942
Лаврентьева Мария Вячеславовна,
программист кафедры СМ и ЭАТ, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 89021757833, e-mail: mira.amazon@gmail.com Чимитов Павел Евгеньевич, к. т. н., доцент кафедры СМ и ЭАТ, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8 (3952) 40-54-19, e-mail: chimitov_pe@istu.edu
ВЫБОРКА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННОЙ МОДЕЛИ ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
M. V. Lavrentieva, P. E. Chimitov
SELECTION OF PARAMETERS OF THE ELECTRONIC MODEL OF A PRODUCT FOR AUTOMATED DESIGN OF ENGINEERING TOOLING
Аннотация. В статье рассмотрена методика автоматизированного проектирования технологической оснастки посредством программного извлечения параметров из электронной модели изделия. Разработанная методика служит для проведения автоматизированного конструктивно-технологического анализа изделия и основывается на использовании системы распознавания электронной модели изделия по геометрическому контуру. Найдены конструктивные, технологические, а также экспертные составляющие, позволяющие свести к минимуму участие специалиста. Исходя из требуемого конечного результата установлена зависимость параметров сборочного приспособления от извлеченных параметров изделия с целью формализации разработки макета технологической оснастки в системе поддержки принятия решений. Предложенная в статье методика универсальна, не зависит от топологии, формы и размера электронной модели и может быть применима к любому изделию на этапе подготовки сборочного производства в машиностроении.
Ключевые слова: машиностроение, сборочная оснастка, конструктивно-технологический анализ, системы трехмерного моделирования, системы поддержки принятия решений.
Abstract. The article describes the method of computer-aided design of industrial equipment via software parameter extraction from an electronic model of a product. The developed method is used for automated structural and technological analysis of the product and is based on the use of product electronic model geometric contour recognition system. Сonstructive, technological and expert components allowing to minimize the participation of a specialist are found. Based on the desired end result, the dependence of the parameters of the assembly tooling from extracted parameters ofproduct is determined with the aim offormalizing the tooling layout in the decision support system. The proposed method is universal, regardless of topology, shape and size of the electronic model, and may be applicable to any product in preparation of assembly production in industry.
Keywords: engineering, assembly tooling, structural and technological analysis, three-dimensional modeling system, decision support system.
Введение
Современные машиностроительные предприятия активно используют различные программные продукты для повышения эффективности работы и качества выпускаемой продукции. С учетом высоких требований точности к конечному
изделию предприятия авиационного профиля разрабатывают оснастку для сборки узлов самолета, используя различные системы трехмерного моделирования, такие как NX (Siemens PLM Software) [1], что во многом позволило упростить и ускорить этап подготовки производства. Однако на
данный момент эти программные продукты по большей части ориентированы на замену графической работы, а принятие проектных решений остается за специалистом, что может привести к некоторым неточностям в изделии, многовариантности конечного изделия и снижению возможности согласованной типизации комплексных проектов. Решением этой проблемы станет использование системы поддержки принятия решений (СППР); в частности, одной из таких систем является система автоматизированного проектирования сборочной оснастки. Это относится не только к крупным многодетальным узлам типа шпангоута, панели, но и к более простым, как приспособления для сварки и контроля трубопровода, где уровень типизации деталей значительно выше.
Обобщенная схема процесса проектирования приведена на рис. 1.
Постановка задачи
В качестве объекта проектирования выступает сборочная оснастка, размер и состав которой напрямую зависят от собираемого изделия.
Сборочное приспособление представляет собой сложную пространственную конструкцию, состоящую из множества разнообразных элементов. При этом по составу элементов (типы, клас-
сы) и их взаимному пространственному положению друг относительно друга и баз самолета сборочные приспособления (СП) могут значительно отличаться (в большинстве случаев СП уникально для каждого отдельно взятого изделия).
При помощи сборочной оснастки обеспечивается правильное взаимное расположение друг относительно друга деталей, входящих в собираемое изделие. Это необходимо обеспечить при сборке узлов, панелей, секций, агрегатов, а также при изготовлении сопряженных с ними деталей.
Следует отметить, несмотря на то, что СП уникально для каждого изделия, тем не менее, из всего множества используемых СП можно выделить некоторые типовые конструкции (решения) СП (и их элементов), с некоторыми общими признаками, вариативность исполнения которых возможно реализовать посредством программных процедур.
В большинстве случаев каркас приспособления представляет собой размещённую на стойках, сваренную из швеллеров или квадратных труб плоскую раму, с установленными на ней базирующими и фиксирующими элементами.
Даже такая незначительная вариативность накладывает дополнительные требования на про-
Рис. 1. Схема процесса проектирования
Машиностроение и машиноведение
ш
цедуры увязки отдельных компонентов между собой. К числу таких моментов можно отнести операции увязки положения опор и рамы. Независимо от вариантов исполнения рамы (габариты, номер и тип профиля и т. д.), а также от высоты рамы над уровнем пола, опоры СП должны находиться в строго определенном месте (стойки на линии пола, вертикальные стенки - примыкать к вертикальным балкам рамы). Кроме того, требования увязки справедливы и в «обратную» сторону. Так, при фиксированной высоте стоек, при значительной высоте рамы над уровнем пола возможна ситуация, при которой не произойдет сопряжения опоры и рамы. В этом случае при увязке необходимо обеспечить изменение либо высоты опоры, либо длины вертикальных балок рамы для взаимного сопряжения элементов.
В связи с вышеперечисленным методика автоматизации разработки электронной модели сборочного приспособления наиболее востребована в силу следующих основных факторов:
- большое количество приспособлений;
- трудоемкость в основном определена большим количеством рутинных операций моделирования;
- значительная нормализация элементов конструкции приспособления.
Решение данной задачи разделяется на два
этапа:
- анализ имеющихся данных и постановка задачи;
- определение параметров, в которые можно вносить изменения.
При этом данная методика не имеет жесткой привязки к топологии электронной модели изделия, следовательно, выбранный метод проектирования, форма или размер несущественны, что дает возможность применения к любым изделиям машиностроительного комплекса [2].
Метод решения
Принцип работы в этом случае заключается в проведении автоматизированного конструктивно-технологического анализа электронной модели изделия (ЭМИ), определении состава, структуры сборочной единицы и параметров, необходимых и достаточных для создания оптимального макета сборочного приспособления. Так, например, для разработки рамы сборочного приспособления изделие разбивается на примитивы, образующие геометрический контур не только каждой входящей детали, но и конструктивных элементов, принадлежащих ей (рис. 2) [3]. Самые отдаленные точки различных деталей определяют габаритные размеры изделия. Касательные к точкам соединяясь друг с другом, формируют много-
угольник - это ассоциативный контур, форма которого станет формой рамы (рис. 3).
Рис. 2. Формирование ассоциативного контура рамы
Рис. 3. Формирование рабочего контура рамы
Касательные криволинейных участков контура изделия могут строиться к каждой точке, однако для создания ассоциативного контура рамы необходима лишь одна прямая, проходящая через точку перелома.
Согласно рекомендации проектирования сборочной оснастки, край рамы сборочного приспособления должен отстоять от крайних точек изделия на 500 мм для обеспечения свободной установки базово-фиксирующих элементов и удобного подхода при проведении сборочных работ, при этом высота приспособления не должна согласоваться с установленной рабочей высотой.
По полученному контуру протягивается балка определенного сечения, исходя из данных изделия расчет сечения рамы система формирует согласно формуле изгибающего момента [4, 10]:
Р13 { = к Р
J изг 1 т-, т '
где М - коэффициент, характеризующие распределение нагрузки и заделку концов балок; Е - модуль упругости первого рода для материала балки; ^ - момент инерции сечения балки относительно оси; I - расчетная длина балки; Р - общая нагрузка в кг.
Рама приспособления выполняет роль каркаса и несет на себе все необходимые для базирования и фиксации элементы.
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
Элементы сборочного приспособления, такие как кронштейны, ложементы и фиксаторы, не имеют ряда типоразмеров, которые могут быть заложены в базу данных, они зависят непосредственно от параметров деталей, которые фиксируются и способны изменяться в зависимости от типа и габаритных размеров конструкции [5].
Для построения рабочего тела рубильника, система обращается к ЭМИ, извлекая базовую поверхность - теоретический контур (рис. 4) [6]. Габаритные размеры рубильников имеют некоторые формализованные значения: толщину не менее 20 мм, ширину Ь = 50...80 мм при длине I < 1,0 м и Ь = 100...180 мм при длине I = 1,0...2,5 м.
центр отверстия уха законцовки рубильника не совпадет с ухом кронштейна, при отсутствии полного совпадения система найдет наиболее подходящий вариант и проведет перерасчет законцовоч-ной части рубильника (рис. 5).
Рис. 4. Построение рубильника по теоретическому контуру
Из уже полученной, в результате автоматизированного конструктивно-технологического анализа геометрии изделия можно определить, где проходят границы рабочего тела рубильника. Зная размеры и материал, из которого он изготовлен можно узнать массу рубильника и получить общую нагрузку Р, действующую на приспособление:
^ = тбаз .эл-в
где тсЕ - масса сборочной единицы, тбаз. эл-в масса рубильников.
Массу сборочной единицы система получает на этапе изучения ЭМИ, масса рубильников рассчитывается исходя из их количества. Необходимое количество рубильников п рассчитывается по формуле:
n = 2(¿+l),
где: Ь - расстояние между опорами; Ьъ - шаг рубильников.
Далее из имеющегося в базе предприятия перечня выбираются нормализованные кронштейны, по которым производится установка. Система перебирает доступные варианты до тех пор, пока
Рис. 5. Установка кронштейна
При разработке обвода летательного аппарата необходимо обеспечить требуемую точность, для этого прогиб продольных балок рамы сборочного приспособления не должен превышать значение / = 0,1 мм, тогда расчетное сечение балки рамы будет иметь вид:
кР1ъ
Согласно полученному значению момента инерции выбирается соответствующее сечение из таблицы рекомендуемых сечений швеллерных балок.
Таким образом, для нахождения связи между параметрами необходимо:
- провести анализ изделия для моделирования структуры сборочного приспособления;
- обозначить области существования параметров (диапазон значений);
- выбрать критерии оптимальности;
- разработать математическую модель, соответствующую выбранным параметрам;
- получить требуемое проектное решение.
Для этого выделяются основные параметры,
влияющие [7]:
1) на точность сборки;
2) габариты сборочного приспособления;
3) рабочую высоту сборочного приспособления;
4) выбор базовых точек;
5) тип и количество базово-фиксирующих элементов;
6) последовательность сборки.
Как показывает практика, для разработки сборочного приспособления недостаточно учиты-
вать только конструктивные и технологические параметры, необходимо принять во внимание также экспертные и статистические данные. Это приводит к значительному увеличению числа параметров, в связи с чем зачастую невозможно отдать предпочтение одному параметру среди качественно разнородных величин, что приводит к созданию определенных зависимостей, справедливость которых можно поставить под сомнение, однако конечный результат определяется совокупностью всех параметров, что позволяет судить о степени адекватности макета приспособления, спроектированного при минимальном участии конструктора.
Заключение
Методика проведения автоматизированного анализа позволит в полной мере использовать современные технические возможности для проектирования технологической оснастки. Реализация происходит посредством разработки инструмента, предназначенного для экономии времени и ресурсов на проектирование типового сборочного приспособления. Программный модуль разработан так, чтобы максимально точно повторять действия специалиста и дерево построения при проектировании в графической среде NX, при этом требовать минимального набора действий от конструктора. Это стало возможно с применением программного модуля NX Open API для разработки системы автоматизированного анализа изделия и последующего проектирования сборочной оснастки.
Все извлеченные или полученные в результате анализа данные, согласно правилам, привязываются к параметрам сборочного приспособления; так, в идеале, имея только электронную модель изделия, можно определить оптимальные размеры сборочного приспособления и профиль, из которого изготовлен каркас, а также подобрать вид опоры приспособления. Информация о конструктивно-технологическом составе изделия и поверхностях сопряжения определит положение базовых точек, их количество и расстояние между ними.
Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в рамках проекта и Разработка и внедрение программного комплекса «Автоматизированная система разработки технологических процессов (АСРТП) на базе существующих взаимосвязей» при запуске в производство изделий и согласно договору 0021695, заявка № С1-11253, конкурс Старт-15-1.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Siemens [Электронный ресурс] : официал. сайт компании Siemens PLM Software (UGS) .URL: http://www.plm.automation. siemens. com. (дата обращения: 07.15.2016).
2. Говорков А.С., Жиляев А.С. Информационная модель проектируемой конструкции изделия планера самолета // Известия Самар. науч. центра Рос. акад. наук. 2013. Т. 15. № 6-2. С. 335-338.
3. Ахатов Р.Х., Лаврентьева М.В. Распознавание конструктивно-технологического состава изделия по его электронной модели // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2015. №8, С.8-14.
4. Колганов И.М., Филиппов В.В. Проектирование приспособлений, прочностные расчеты, расчет точности сборки. Ульяновск : Изд-во УлГТУ, 2000. 99 с.
5. Бельков В.Н., Ланшаков В.Л. Автоматизированное проектирование технических систем. Пенза, ИД «Академия Естествознания», 2009.
6. Говорков А.С., Ахатов Р.Х. Представление данных об объектах производственной среды при разработке технологических процессов сборки // Решетневские чтения. 2009. Т. 2. № 13. С. 411-412.
7. Ирзаев Г.Х. Исследование и моделирование информационных потоков конструкторско-технологических изменений на этапах освоения и серийного производства изделий // Организатор производства. 2012. Т. 52. № 1. С. 131-135.
8. Ахатов Р.Х., Однокурцев К.А. Формализация анализа и выбора сборочных баз конструкции изделия с применением интегрированной системы управления данными об изделии // Научный вестник Норил. индустриал. ин-та. 2007. №1. С. 31-36.
9. R. Akhatov, A. Govorkov, A. Zhilyaev Software Solution Designing of «The Analysis System of Workability of Industrial Product» During the Production Startup of Aeronautical Products // International Journal of Applied Engineering Research 2015. Vol. 10, Num. 21. HH 2015.
10.Говорков А.С. Обеспечение технологичности конструкций изделий машиностроения по информационным моделям : дис. ... канд. техн. наук / Иркут. гос. техн. ун-т. Иркутск, 2012.
11.Гаер М.А., Карлина Ю.И. Разработка мероприятий по внедрению компонентов интегрированной информационной среды для создания цифрового макета изделия // Авиамашиностро-
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
ение и транспорт Сибири : сб. ст. VII Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. С. 41-45.
12. Гозбенко В.Е., Хоменко А.П. Изменение динамического состояния упругосвязанных систем. Деп. в ВИНИТИ 23.07.2002, № 1379-В2002.
13. Карлина Ю.И., Яценко О.В. pdm-система как основа информационной интегрированной среды предприятия // Авиамашиностроение и транспорт Сибири сб. ст. VII Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. С. 45-48.
14. Елисеев С.В., Банина Н.В., Ахмадеева А.А., Гозбенко В.Е. Математические модели и анализ динамических свойств механических систем. Деп. в ВИНИТИ 08.12.2009, № 782-В2009.
15. Каргапольцев С.К. Остаточные деформации при фрезеровании маложестких деталей с подкреплением / науч. ред. А.И. Промптов. Иркутск, 1999.
16. Карлина Ю.И., Яценко О.В. Выбор базовой cad-системы предприятия для создания цифрового макета изделия. // Авиамашиностроение и транспорт Сибири сб. ст. VII Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. С. 48-52.
17.Пат. 2141390 Рос. Федерации. Способ правки тонкостенных оболочек / Каргапольцев С.К., Некрытый М.В. Заявл. 26.05.1998. ; опубл. 20.11.1999.
18.Хоменко А.П. Особенности моделирования динамических процессов в задачах управления колебаниями сложных технических объектов / А.П. Хоменко, С.В. Елисеев, В.Е. Гозбенко, Деп. в ВИНИТИ Деп. в ВИНИТИ 22.02.2005. № 255-В2005.
19.Карлина Ю.И., Яценко О.В. Исследование конструктивно-технологических характеристик номенклатуры выпускаемых изделий при автоматизации процессов подготовки производства // Авиамашиностроение и транспорт Сибири сб. ст. VII Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. С. 53-57.
20.Шабалин А.В., Карлина Ю.И. Разработка основных положений инструкции по обеспечению интеграции этапов внедрения единой информационной среды конструкторско-технологической подготовки производства. . // Авиамашиностроение и транспорт Сибири сб. ст. VII Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. С. 57-61.
21.Массель Л.В., Жиляев А.С., Говорков А.С. Методика перехода от трехмерной модели к онтологическому представлению изделий авиационной техники // Мехатроника, Автоматизация, Управление. № 2. Том 17. 2016. С. 133-137.
УДК 629.7 Белюченко Игорь Михайлович,
д. т. н. профессор,
Московский государственный областной технологический университет (МГОТУ) г. Королев,
тел. 8(903)715-59-63, e-mail: Bill37052@yandex.ru Васильев Николай Александрович, д. т. н. профессор,
Московский государственный областной технологический университет (МГОТУ) г. Королев,
тел. 84955163384, e-mail: cit@ktrv.ru Афанасьев Александр Андреевич,
кафедра ИТУС, Московский государственный областной технологический университет (МГОТУ) г. Королев,
тел. 89157798429, e-mail: sanatello@outlook.com
МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЛАЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
I. M. Belyuchenko, N. A Vasiliev, A. A. Afanasiev
METHODS OF IMPROVING THE SECURITY OF CLOUD COMPUTING
Аннотация. В данной статье рассмотрена ситуация на российском ИТ-рынке. Наглядно показано, что ситуацию может исправить внедрение перспективной на сегодняшний день технологии облачных вычислений. Выявлена проблема, которая замедляет внедрение облачных технологий. Предложен метод улучшения безопасности путем шифрования. Проанализирован метод гомоморфного шифрования и входящие в него криптосистема RSA и криптосистема Пэйе. В рамках работы были протестированы криптосистемы Пэйе и RSA, сравнены скорости шифрования данных и скорости гомоморфных свойств. На основе данных, полученных в результате тестирования, были выявлены положительные и отрицательные стороны обоих методов шифрования. Даны рекомендации по применению криптосистем Пэйе и RSA для различных информационных технологий с применением облачных вычислений.
Ключевые слова: облачные вычисления, гомоморфное шифрование, криптосистема RSA, криптосистема Пэйе.
Abstract. This article describes the situation on the Russian IT-market. You can clearly see that the situation can be corrected with introduction ofpromising, to date, cloud computing technology. The problem, which slows down the adoption of cloud technologies, is identified. Method to improve security through encryption is proposed. Method of homomorphic encryption and its RSA cryptosystem and PAYE cryptosystem. As part of the research PAYE and RSA cryptosystems were tested, speed of data encryption and speed of homomorphic properties were compared. On the basis of data obtained by testing positive and negative aspects of both methods of encryp-
