Автоматизированная система поддержки принятия конструкторско-технологических решений для обеспечения качества технологического процесса с учетом экологических факторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Онякова, Елена Валерьевна

• Онякова, Елена Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Онякова, Елена Валерьевна

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор по оптимизации технологических процессов. Постановка задачи исследования

1.1. Локальная экология.

1.2. Затраты на охрану природы и природоресурсные платежи.

1.3. Обзор информационно-поисковых систем выбора СОТС.

1.4. Постановка задачи исследования.

1.5. Выводы по главе

Глава 2. Структурное моделирование технической системы

2.1. Блок-схема инженерного проектирования.

2.2. Определение и предмет исследования трибоэколо-гии.

2.3. Процессы трибоэкологии в производстве.

2.4. Контакт «инструмент-деталь» при лезвийной обработке

2.5. Износ резца и действие смазок.

2.6. Структуризация связей в конструкциях технологического оборудования.

2.7. Схема влияния трения на окружающую среду и способы устранения вредного воздействия.

2.8. Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка инженерно-экологических критериев оценки технологических процессов.

3.1. Функциональная модель гибкого производства

3.2. Спецификация потоков в гибких производственных цехах.

3.3. Вредные выделения при механообработке.

3.4. Пример возможных видов загрязнений на предприятии

3.5. Инженерно-экологический критерий технологического процесса.

3.6. Оптимизация процесса токарной обработки с уче том экологических факторов.

3.7. Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка программно-алгоритмического обеспечения информационной системы поиска СОТС

4.1. Особенности моделирования структур баз данных

4.2. Механизмы реализации реляционной модели.

4.3. Архитектура разработанной информационной системы

4.4. Компоненты информационной системы.

4.5. Схема БД. Описание связей.

4.6. Описание таблиц БД.

4.7. Программное обеспечение информационной системы

4.8. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная система поддержки принятия конструкторско-технологических решений для обеспечения качества технологического процесса с учетом экологических факторов»

Актуальность работы. Одной из актуальных проблем современного машиностроения является сокращение сроков создания новых изделий высокого качества. Этой задаче отвечает разработка методов автоматизации проектирования технологических процессов. Как известно технологический процесс при своей реализации воздействует «вредно» на окружающую среду. Поэтому, в современных условиях, особенно с увеличением скорости, мощности, усилий и т.д. механизмов, участвующих в технологических процессах, необходима разработка методов и средств, способных ограничить эти воздействия при обеспечении заданного качества и производительности.

Для чего необходимо установить связь между физическими процессами в технологическом оборудовании и показателями технологического процесса, и разработать на этой основе ряд конструкторско-технологических решений, способствующих уменьшению вредных воздействий на окружающую среду. Одним из таких решений является создание приближенных к реальным процессам моделей и их оптимизация, а также разработка на этой основе информационно-поисковых систем. В частности, для обеспечения заданного качества обрабатываемой детали большое внимание уделяется оценкам экологических показателей и на основе этого подбору смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в зависимости от условий механообработки. Несмотря на имеющиеся разработки по созданию информационных систем выбора СОТС их ассортимент расширяется и дополняется благодаря работам Л.В. Худобина, Ю.В. Полянского, С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлиндера, Л.Э. Шварцбурга, Е.М. Булыжева и др. новыми компонентами и присадками, которые могут не приниматься во внимание при технологическом проектировании. Поэтому, выбор физических принципов, способствующих вредному воздействию на окружающую среду и разработка на этой основе конструкторско-технологических решений, способствующих уменьшению этого воздействия, является актуальной задачей.

Целью работы является повышение эффективности автоматизированного технологического проектирования на основе разработки критериев экологичности при оптимизации технологической операции и создания информационно-поисковых систем выбора СОТС.

Научная новизна. В результате исследования физической сущности процессов взаимодействия элементов технологического оборудования, установлены связи между процессами контактного взаимодействия с учетом сил трения и параметрами качества обрабатываемой детали, а также показателями экологичности технологического процесса при его оптимизации и выборе на этой основе марки СОТС.

На защиту выносится:

1. Исследование сущности взаимодействия узлов и деталей и выявление на основании этого основного физического принципа существующих взаимодействий технологического процесса на окружающую среду;

2. Разработка критериев оценки факторов, воздействующих на окружающую среду;

3. Разработка на основании выявленного физического критерия системы конструкторско-технологических мероприятий по ограничению действия указанных факторов на основе оптимизации операции;

4. Разработка автоматизированной системы выбора СОТС, позволяющей на этапе технологического проектирования снизить воздействия факторов технологического процесса на окружающую среду.

Методы исследования. При выполнении работы использовались теоретические положения промышленной экологии, технологии машиностроения, теории оптимизации, методов моделирования.

Практическая ценность работы состоит в разработке методического и информационного обеспечения подсистемы автоматизированной технологической подготовки производства и их реализация в виде интегрированной системы выбора СОТС, реализованной на языке С++. Научные результаты исследований используются в работе технологических подразделений ММЗ «Знамя» и других машиностроительных предприятиях.

Реализация работы. Научные результаты исследований используются в работе технологических подразделений ММЗ «Знамя» и других машиностроительных предприятиях.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Онякова, Елена Валерьевна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа блок-схемы жизненного цикла изделия показано, что принцип экологичности должен соблюдаться на всех этапах жизненного цикла изделия.

2. Для оценки воздействия технической системы на окружающую среду выявлен физический принцип, который может быть положен в основу оценки экологичности. Такой принцип на основе данных публикаций установлен как связь между собственными, контактными деформациями, качеством ТО и контактным взаимодействием, что позволило сформулировать предположение о существенной роли контакта и связанных с ним процессами трения.

3. На базе контакта и свойств материалов разработана классификация взаимодействий, позволившая обобщить широкий класс процессов и механизмов, из которой следует, что в большинство узлов ТО при передаче энергии, сил и моментов значительные потери возникают при преодолении сил внутреннего и внешнего трения.

4. Подход к экологии с точки зрения трения в механизмах и его преодоления позволило сформулировать основные направления в решении технических и технологических задач, к которым следует отнести разработку инженерно-экологических критериев, оптимизации и автоматизацию при выборе СОТС.

5. Техническую систему следует представлять в виде «серого ящика с оборудованием», на входе которого действуют материальный, энергетический, информационный потоки, на выходе эти потоки действуют в виде объединения производственного и экологического потоков, что позволило выделить вредные факторы, воздействующие на среду.

6. При выборе экологических критериев качества необходимо совместно учитывать воздействия на среду как технологической операции, так и работу оборудования.

7. Задача оптимизации технологической обработки должна ставиться и решаться с учетом ограничений в виде экологических критериев. Приведен пример постановки и решения оптимизационной задачи токарной обработки с учетом дополнительных ограничений по коэффициенту деформации стружки и концентраций гексана.

8. Базу данных по поиску марки СОТС следует создавать на основе конфигурации «клиент-сервер» с использованием двухзвенной модели, состоящую из клиента, который обращается к услугам сервера с применением неоднородной сети. Разработана база данных для выбора марки СОТС для лезвийной обработки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Онякова, Елена Валерьевна, 2004 год

1. Труды 1-ой конференции «Протек». М.: МГТУ «Станкин»,1998.

2. Труды 2-ой конференции «Протек». М.: МГТУ «Станкин»,1999.

3. Федеральный закон от 10 января 2002г. №7-ФЗ «Об охране окружающей среды».

4. Балацкий О.Ф., Мельник Л.Г., Яковлев А.Ф. Экономика и качество окружающей природной среды. -М.: Гидрометеоиздат, 1998г.

5. Чулок А.И. Информационно- поисковые системы для синтеза и применения СОЖ. Вып. 4. М. ВНИИТЭМП, 1990.

6. Белый В.А., Свириденок А. Актуальные направления развития исследований в области трения и изнашивания. // Трение и износ. 1987, т. 8.

7. Докучаева E.H., Лаптева В.Г., Троицкая И.А. Информационно-поисковые системы по триботехническим свойствам конструкционных материалов. // Трение и износ. 1987, т. 8.

8. Национальные информационные базы по трибологии./ Н.Л. Голе-го, С.М. Захаров, А.Л. Будя, и др. Трение и износ, 1988, т. 9.

9. Чихос X. Системный анализ в трибонике. М.: Мир, 1982.

10. Никитин C.B., Тихомиров В.П., Кукина О.С. Синтез трибосистем с использованием методов поискового конструирования // Трение и износ. 1988, т. 9.

11. Маскаев А.К., Лебедев Е.В., Дубровский К.С. Базовый ассортимент СОТС для ОМР. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986.

12. Чулок А.И. Системный анализ функционирования СОЖ в условиях ГПС. М.: ВНИИТЭМР, 1986, сер. 5, вып. 1.

13. Чулок А.И. Математические модели автоматизированного проектирования систем применения СОЖ. М.: ВНИИТЭМР. 1987, сер. 9, вып. 5.

14. Шевчук В.П. Автоматизация проектирования и конструирования в производстве РТИ. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1987.

15. Мартин Д. Базы данных. М.: Радио и связь, 1985.

16. Бессарабов A.M. Моделирование процессов получения твердофазных продуктов особой чистоты. М.: НИИТЭХИМ, 1988.

17. Чулок А.И. Машинное конструирование смазочно-охлаждающих рецептур на основе структурно-информационного анализа свойств их компонентов. // Тезисы докл. VII Всесоюз. конф. «Использование ЭВМ в химических исследованиях» Рига, 1986.

18. Чулок А.И., Кафаров В.В. Моделирование и оценка качества СОЖ на основе банка данных. // ХТТМ, 1986.

19. Методы представления структурной информации/JI.C. Гитлина, В.Е. Голендер, В.В. Авидон. Рига, 1981.

20. Хенч К. Хим. фарм. журнал. 1980, № 10.

21. Стьюпер Э., Брюггер У., Джуре П. Машинный анализ связи химической структуры и биологической активности. М.: Мир,1982.

22. Розенблит А.Б., Голендер В.Е. Логико-комбинаторные методы в конструировании лекарств. Рига, 1983.

23. Авидон В.В., Аролович B.C., Блинова В.Г. Хим.-фарм. журнал.1983.

24. Буркет У., Эллинджер Н., Молекулярная механика, М.: Мир, 1986.

25. Лужков В.Б., Богданов Г.Н. Успехи химии. 1986, т. 55,

26. Сапегин A.M., Раздольский А.Н., Чистяков В.В. и др. Хим-фарм, журнал, 1987, №11.

27. Кадыров Ч.Ш., Аюпова А.Т., Нежинская Г.А. Узбек, хим. журн. -1974, №2.

28. Элти Д.Ж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры. Пер. с англ. М.: Финансы и статистика. - 1987.

29. Колчин О.М., Новиков А.Н., Тишин И.Ф. Экспертные системы обработки информации в машиностроении. М.: ВНИИТЭМР, 1988, Сер. 1, вып. 2.

30. Построение экспертных систем. / пер. с англ. М.: Мир. - 1987.

31. Дубровский Ю.С., Чистофорова JI.B. Автоматизированная система поиска информации о СОТС / Опыт применения новых СОТС при ОМ.Р. Тезисы докл. Горький, 1986.

32. Шевякова Л.А., Мамонтова И.В., Кукулина Э.И. База структурных данных. Ч. 1-Й. М.: ВИНИТИ, 1988.

33. Булыжев Е.М. Технологическое обеспечение машиностроительных производств смазочно-охлаждающими жидкостями. Автореферат. Ульяновск: УлГТУ, 2003.

34. Полянсков Ю.В., Есеев А.Н., Глеметуллин А.Р. Диагностика и управление надежностью смазочно-охлаждающих жидкостей на операциях механообработки. Ульяновск: УлГУ, 2000.

35. Полянсков Ю.В., Булыжев Е.М., Кареев Е.А. Пути повышения эффективности процессов сепарации СОЖ при шлифовании. // Вестник машиностроения, 1975, №10.

36. Худобин Л.В., Бердичевский Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих средств при металлообработке: Справочное пособие.-М.: Машиностроение, 1977.

37. Худобин Л.В., Полянсков Ю.В. Влияние свойств СОЖ на процесс обработки резанием. // Станки и инструмент, 1982.-N3.

38. Худобин JI.B., Полянсков Ю.В. и др. Смазочно-охлаждающие жидкости для обработки металлов резанием. М. НИИМАШ, 1979.

39. Колчин А.Ф., Стрекалов А.Ф, Овсянников М.В., Сумароков C.B. Управление жизненным циклом продукции. М.; Анахарсис, 2002.

40. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Рыбаков A.B. ??? -М.; Наука, 2003.

41. Митрофанов В.Г., Соломенцев Ю.М., Шептунов С.А. проблемы создания компьютеризированных производств. В сб. Проблемы CALS-технологий. М.; Янус-К, 1998.

42. Соколов В.П. Комплексная автоматизация технологического проектирования в гибких производствах. Автореферат. -М.; МГТУ (Станкин), 1995.

43. Толкачева И.М. Разработка информационной модели автоматизированной системы технологической подготовки производства (на примере подсистемы проектирования технологической оснастки сборных токарных резцов). Автореферат. - М.; МГТУ (Станкин), 1999.

44. Артоболевский И.И., Ильинский Д.Я. Основы синтеза систем машин автоматического действия. -М.: Наука, 1983.

45. Танаев B.C., Поварич М.П. Синтез граф-схем алгоритмов выбора решений. Минск: Наука и техника, 1974.

46. Дж.Джеффрис. Введение в системный анализ: применение в экологии.-М.; Мир, 1981.

47. Ильюшин A.A. Пластичность. М.; ОГИЗ - Гостехиздат, 1998.

48. Савельев Н.Г. Обзор библиография работ по расчету соприкасающихся деталей. В кн.: Расчеты на прочность. Вып. 14. М.; Машиностроение, 1970.

49. Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования. Автореферат. М.; Станкин, 1985.

50. Д. Мур. Основы и применения трибоники. М.; Мир, 1978.

51. Васин С.А., Верещака A.C., Кушнер B.C. Резание материалов: термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. Учебник. М.; Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.

52. Верещака A.C., Табаков В.П. Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойким покрытием. М.; Машиностроение, 1992.

53. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. -М.; Машиностроение, 1992.

54. Левина З.М, Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. М.; Машиностроение, 1971.

55. Решетов Д.Н., Каминская В.В. и др. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.1 -М.; Машиностроение, 1972.

56. Решетов Д.Н., Каминская В.В. и др. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.2 М.; Машиностроение, 1972.

57. Рот К. Конструирование с помощью каталогов. Пер. с нем. Бор-зенко В.И. и др. М.; Машиностроение 1995.

58. Рульков A.A., Толкачева И.М., Косов М.Г. Структуризация связей при моделировании точности технологического оборудования. В сб. Информационные технологии в промышленности. -М.; МГТУ (Станкин), 2002.

59. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.; Мир 1989.

60. Косов М.Г. Исследование скользящего контакта замкнутого кругового кольца с упругим цилиндром. В сб. Расчеты на прочность. Вып. 15. М.; Машиностроение, 1978.

61. Огибалов П.М., Колтунов М.А. Оболочки и пластины. М.; МГУ, 1969.

62. Власов В.З. Общая теория оболочек и ее приложение к технике. -М.; Гос.издат. технико-теоретической литературы, 1976.

63. Аксельрод Э.Л. Гибкие оболочки. М.; Наука, 1976.

64. Пономарев С.Д., Бидерман B.JL, Лихарев К.К. и др. Расчеты на прочность. Т.З. М.; Машгиз, 1959.

65. Арутюнян A.C. Моделирование точностных задач на основе применения расчетных макроэлементов. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 1996.

66. Волновые передачи (Сборник трудов). Под ред. Цейтлина Н.И. -М.; Станкин, 1970.

67. Степанский С.Г. Прогнозирование надежности деформирующего * инструмента. -М.; МГТУ (Станкин), 1998.

68. Гречишников В.А., Кирсанов Г.М., Катанов А.И. и др. Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента. М.; Мосстанкин, 1990.

69. Рещиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. М.; Машиностроение, 1975.

70. Крачельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин. М.; Машиностроение, 1984.

71. Трение, изнашивание, смазка. Справочник в 2-х книгах. Т.2/под. ред. Крачельского И.В., Алисина B.B. М.; Машиностроение, 1978.

72. Тиме И.А. Сопротивление материалов и дерева резанию. 1970.

73. Томленов А.Д. Теория пластических деформаций металлов. М.; Машгиз, 1951.

74. Лоладзе Г.Н. Стружкообразование при резании металлов. М.; Машгиз, 1952.

75. Косов М.Г., Степанов A.B. Моделирование рельефа шероховатости в стыках деталей станков. — СТИН, 1998, №9.

76. Морголенко Т.А. Технологическое управление триботехнически-ми характеристиками соединений типа подшипник скольжения, работающих в условиях динамических нагрузок на основе использования износостойких покрытий. Автореферат. Брянск, БГТУ, 2003.

77. Кантаржи И.Г. Проблемы экологической безопасности и изучение теории аварий и катастроф. // В сб. Труды второй международной конференции ПРОТЭК. М.: МГТУ «Станкин», 1999.

78. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П. и т.д. Адаптивное управление технологическими процессами. М.; Машиностроение, 1980.

79. Тимашев С.А. Надежность больших механических систем. М.; Наука, 1982.

80. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.; Машиностроение, 1976.

81. Зайцева В.В. Повышение эффективности ГПМ путем дискретного уточнения оптимизационной модели процесса обработки. Автореферат. М.; МГТУ (Станкин), 1993.

82. Аршакян A.JI. Обеспечение функционирования технологического процесса путем выбора рационального режима стружкообразова-ния на токарных станках ЧПУ в системе ГПМ. Автореферат. -М.; МГТУ (Станкин), 1990.

83. Иванова H.A. автоматизация обеспечения экологического качества технологических процессов с применением СоТС на примере токарной обработки. Автореферат. М.; МГТУ (Станкин), 2003.

84. Хедли Д. Нелинейное и динамическое программирование. М.: Мир, 1967.

85. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. М.: Мир, 1978.

86. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984.

87. Реклейтис Г., Рейнвиндран А., Рэксдел К. Оптимизация в технике. В 2-х т. Пер. с англ. Т. 1. М.: Мир, 1986.

88. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М.: Радио и связь, 1988.

89. Уальд Д. Методы поиска экстремума. М.: Наука, 1967.

90. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной оптимизации. М.: Мир,, 1972.

91. Моисеев H.H., Иванилов Ю.П., Столяров Е.М. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978.

92. Кобзев А.П. Развитие теории оптимального проектирования тяжелых козловых монтажных кранов. Дисс. д.т.н. Саратов, 1996.

93. Шаумян Г.А. Обоснование и расчет сроков службы в эффективности новой техники. //Изв. вузов., Машиностроение, 1973, №1.

94. Брауде В.И., Семенов JI.H. Надежность подъемно-транспортных машин. Д.: Машиностроение, 1986.

95. Чернова Н.М. Оптимальное проектирование планетарных зубчатых передач грузоподъемных машин. Автореферат к.т.н. Саратов, 2002.

96. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа, 1990.