Анализ методов проектирования станочных приспособлений для операций механообработки на основе разработки бизнес процессов

УДК 67.02

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНООБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ БИЗНЕС ПРОЦЕССОВ

© 2012 М.С. Черников, А.А. Блюменштейн, Р.И. Салихов, О.В. Железнов

Ульяновский государственный университет

Поступила в редакцию 02.11.2012

Научно-исследовательский центр CALS-технологий разработал автоматизированную систему управления жизненным циклом УСП, которая позволяет организовать процесс заказа, разработки и сборки УСП. Ключевые слова: универсально-сборочные приспособление, механообработка, жизненный цикл, технологическая оснастка, авиастроение.

На предприятии ЗАО «Авиастар СП» в настоящее время широко применяется специальная технологическая оснастка (СТО) для механообработки авиационных деталей (Рис.1). Однако в условиях мелкосерийного производства экономически целесообразно использование универсально сборных приспособлений (УСП). С помощью программного комплекса ARIS, применяемый для анализа и моделирования деятельности предприятия, были смоделированы бизнес процессы проектирования станочных приспособлений на основе специальной оснастки и на основе УСП. В результате анализа бизнес-процессов были получены следующие результаты:

• на изготовление изделий с помощью УСП затрачивается в 15,5 раз меньше времени, чем если изготавливать с помощью СТО;

• стоимость изготовления оснастки с помощью УСП в 20 раз дешевле, чем изготовление с помощью СТО.

Такие результаты обусловлены большим сроком службы элементов УСП, более низкой трудоемкостью сборки и меньшими затратами, вследствие многократного использования.

Рассматривая работу машиностроительной отрасли в целом, становится очевидно то что подходы к использованию УСП устарели и не соответствуют современным условиям. Актуальность задачи заключается в сокращении жизненного цикла изделий на этапе производства за счет автоматизации проектирования УСП. По-

Блюменштейн Алексей Александрович, аспирант кафедры математического моделирования технических систем. E-mail: blyumenshteyn@mail.ru

Черников Михаил Сергеевич, аспирант кафедры математического моделирования технических систем. E-mail: chernikov.m.s@mail.ru

Железнов Олег Владимирович, аспирант кафедры математического моделирования технических систем. E-mail: olegulsu@mail.ru

Салихов Радик Ильхамович, стажер-исследователь НИЦ CALS-технологий. E-mail: salikhofff@yandex.ru

этому автоматизация и оптимизация технологической подготовки производства (ТПП) при

уиз готовлено/

СТОс заготовкой Контроль БТК цеха-заказчика

Проверка СТО

Обработанная заготовка

Рис. 1. Схема бизнес-процесса изготовления СТО

проектировании станочной оснастки является существенным фактором успеха авиастроительного предприятия. Использование универсально-сборных приспособлений (УСП) для оснащения операций механообработки всей возможной номенклатуры деталей требует проведения организационно-технических мероприятий по разработке и внедрению нового жизненного цикла УСП от момента его заказа на проектирования и сборку до демонтажа. Для дальнейшего анализа совершенствования методов проектирования оснастки будет рассматриваться только метод проектирования с помощью УСП.

На данный момент на предприятии ЗАО «Авиастар СП» изготовление оснастки с помощью УСП (рис. 2) ведется без использования,

Кладовщик А. \

„иа™а7гл Иж-зжазчжа

(Юрка УОЛ

Олрсвсдтэгъная

ведомость (отрывной тапонк

ЛриспссоЕЛ^-ие\ собрано

Овсарь участка УСЛ

Кгвдоещ|к участкаУОЛ

6Оача собранного приспособления

Опровоцитегънея / (бранное \ веоомостъ сдатой лриспособпенив ^^ьддч^^ \ сдно /

Рис. 2. Схема бизнес-процесса проектрования УСП

каких либо информационных систем, то есть не ведется учёт как слесарь-инструментальщик собирал УСП и какие элементы УСП использовал при сборке. Это приводит к тому, что при повторной сборки УСП для той же детали на проектирование/сборку УСП затрачивается столько же времени, сколько и при первоначальной сборке. И используется в основном при необходимости быстро произвести обработку самолетной детали. Расширение номенклатуры обрабатываемых деталей с использованием УСП сдерживается потребностью в большем количестве высококвалифицированных слесарей-сборщиков, которым необходимо проводить расчет базирования заготовок обрабатываемых деталей, анализ их геометрии и создание непосредственной сборок УСП.

В результате анализа существующего бизнес-процесса проектирования УСП было предложено внести изменения в ЖЦ изделия на основе договора между «Авиастар-СП» и НИЦ СЛЬ8-технологий УлГУ. Целью данного соглашения является создание организационно-технического комплекса на базе автоматизированной системы управления ЖЦ УСП, интегрированной в PDM систему предприятия.

Автоматизированная система управления (АСУ) жизненным циклом УСП включает в себя ряд взаимодействующих подсистем:

• электронный каталог моделей УСП;

• автоматизированная система «УЧЕТ УСП»;

автоматизированная система проектирования электронных моделей УСП;

Для ускорения работы производства и сокращению его себестоимости предлагается использовать на этапе проектирования каталог электронных моделей элементов УСП (рис. 3), позволяющего конструировать электронные модели сборок УСП в среде NX (рис. 4), и в последующем хранить их в базе данных предприятия. Подобная реализация обеспечивает оперативный доступ к ранее созданным моделям для повторного их использования.

Основанием для использования САПР NX выступило требование широкого набора функциональных возможностей 3D-моделирования, а, так же, возможностью интеграции с программными продуктами, ориентированными на концепции СЛЬ8/РЬМ.

В программный комплекс встроена возможность формирования спецификации по элементам сборочной единицы, которая в последующем используется для формирования комплекта документации на заказ сборки УСП.

Согласно предлагаемой схеме бизнес-процесса проектирования УСП (рис. 5) анализ геометрии заготовки самолетной детали и выбор схем базирования, а так же подбор элементного состава сборок УСП должен производить конструктор с помощью электронного каталога элементов УСП, что существенно упрощает работу слесаря-сборщика.

Для обеспечения функционирования организационно-технического комплекса в информационном пространстве предприятия был проведен анализ схемы заказа и разработки специальной оснастки и предложена система автоматизированного учета жизненного цикла УСП на предприятии ЗАО «Авиастар СП».

УСП каталог БЕ

бшая информация УСП 1 Параметры детали | Загрузка данных ] Компоненты сборки |

Щ-УСП-8

Ш У СП-12 ;+] Спец. детали Наименован | Обозначение! ГОСТ I* в В1 I»: |Р на

Прокладки п 7033-0167 14394-69 30 22,5 0 1.05 _[о- 711

Прокладки п 7033-0168 14394-69 30 22,5 0 ) М 0

Прокладки п 7033-0169 14394-69 30 22,5 0 1,15 ы 0

П рокладкип 7033-0170 14394-69 30 22,5 0 ;М 0 1

Прокладки п 7033-0173 14394-69 30 22,5 0 [ж. И 0

П рокладки п 7033-0174 14394-69 30 22,5 0 ь. 11. р 1

Прокладки п 7033-0182 14395-69 45 30 0 1,05 ИГ 0

Прокладки п 7033-0183 14395-69 45 30 0 ,1 ш.; 10

Прокладки п 7033-0185 14395-69 45 30 0 1,25 Ь 0

Прокладки п 7033-0188 14395-69 45 30 0 в д 0

П рокладки п 7033-0190 14395-69 45 30 0 н 0 р 1

Прокладки п 7033-0200 14396-69 45 30 0 0 0

П рокладки п 7033-0201 14396-69 45 30 0 1.5 0 0

Прокладки п 7033-0203 14396-69 45 30 0 2,5 0 0

Прокладки п 7033-0204 14396-69 45 30 0 _У 0

П одкладкип 7033-0212 14397-69 60 30 0

Добавить элемент в сборку |

Рис. 3. Электронный каталог элементов УСП

_ ™ ™ а™ оЕ.

Рис. 4. Среда разработки NX

Система автоматизированного учета является связующим звеном между компонентами организационно-технического комплекса и обеспечивает возможность отслеживать состояние элементов и сборок УСП от момента ее заказа на создание электронной модели до непосредственного демонтажа станочного приспособления в цеху.

Конструктор

2.Раз работка модели УСП и спецификации

/ I '

-МодеЛьУсПиХ спецификация/ \раз работ аны/

}3.Утверждени } е модели УСП

Начальник конструкторс

Ъ-

/ Модельне утверждена

Модель утверждена

Техническое задание

Мастер цеха-заказ ч -ика-

}4.Оформлен ие заказа на сборку УСП

Заказ на сборку УСП

ксФ2424Н

X

Заказа на сборку УСП оформлен

Кладовщик участка УСП

-^.Назначение исполнителя заказа

Эле мент Ы1 УСП

Техническое задание

X

сполнитель заказа назначен

X

Слесарь участка УСП

Сборка УСП

б.Сборка приспособления

Сопроводительная

ведомость (отрывной талон к

X

Прис пос облен ие собрано

Слесарь участка УСП

X

Сопроводительная ведомость с датой выда

7.Сдач а собранного

приспособления

' ^ '

Собранное приспособл ение сдано

Кладовщик участка УСП

Кладовщик участка УСП

12.Утилизация поврежденных элементов УСП

/ Заказ \ \дооформлен/

I

/ Кладовщик

УСП тилизовано

14.Заполнение журнала сборок и учета УСП

Журнал заполнен

Сборка УСП

Слесарь участкаУСП

15.Демонтаж УСП

Элементы УСП

СП демонтировано разложено по типоразмерам

Рис. 5. Схема бизнес-процесса проектирования УСП на основе АСУ

Представленный ЖЦ УСП может показаться более затратным, т.к. подразумевает увеличение трудоемкости ТПП. Однако основная часть по формированию документации и отслеживанию состояния сборок УСП ложится на АС «Учет УСП». Последующие заказы на повторное изготовление сборочных единиц УСП будут обеспечены заготовленными моделями и технологическими процессами сборки УСП.

Конструкторская проработка моделей УСП позволяет исключить необходимость выполнения слесарем-сборщиком анализа геометрии заготовки авиационной детали и подбора соответствующих элементов УСП.

Система заказа на разработку УСП на авиастроительном предприятии с применением АС «Учет УСП», подразумевает изменение существующей схемы ТПП для специальной оснастки с целью исключения возможности одновременного запуска на проектирование по двум видам приспособлений. Для решения данной проблемы было предложено создать ряд правил по заказу на сборку УСП с применением префиксов в наименовании конструкторской документации.

Весь документооборот в АС «Учет УСП» происходит в электронном виде и позволяет существенно увеличить производительность ТПП УСП. Одной из особенностей данной системы является возможность доступа и просмотра информации о текущем состоянии заказа и этапах его проработки должностными лицам с соответствующими правами. Это позволяет легко отследить выполнение работ и скоординировать работу различных подразделений.

Взаимодействие АС «Учет УСП» с уже существующими программными комплексами авиастроительного предприятия позволяет ввести возможность планирования на проектирование и сборку УСП, что является неотъемлемой частью любого производственного процесса.

Основной сложностью в создании электронных моделей УСП является анализ геометрии заготов-

ки самолетной детали, а так же необходимость выполнения операций сопряжения электронных моделей УСП. Последним составляющим компонентом организационно-технический комплекса по применению и использованию УСП является автоматизированная система по проектированию УСП (рис. 6). Автоматизированная система включает в себя набор алгоритмов для работы с электронным каталогом элементов УСП в среде NX.

На начальной стадии автоматизированного проектирования УСП разработан удобный интерфейс выбора необходимых компонентов, с учетом вида механической обработки.

После выбора необходимых элементов используется система аналитического подбора оптимальных методов базирования двух и более компонентов относительно друг друга с использованием крепежных элементов, так же заложенных в электронном каталоге.

Зачастую перед конструктором возникает задача подбора элементов под заданные условия. Данную задачу так же можно возложить на автоматизированную систему проектирования сборок УСП, когда автоматически подсчитыва-ются заданные параметры геометрии детали и выставляется набор необходимых элементов УСП с взаимозаменяемыми компонентами в интерактивном виде.

Формирование документации

Рис. 6. Блок-схема автоматизированной системы УСП

Для ускорения работы конструкторов предлагается создать теоретическую базу поэтапной сборки электронных моделей УСП, когда программно отслеживаются действия проектировщика и выводится ряд правил и советов в зависимости от вида обработки и геометрии самолетной детали.

Для вывода информации по сборке УСП слесарю-сборщику необходимо разработать конструкторскую документацию, где будут представлены монтажные схемы и правила сборки. Автоматическая генерация подобной документации избавляет конструктора от рутинной работы и дает полноценное представление о методах и способах базирования заготовки самолетной детали.

Вследствие применения организационно-технического комплекса УСП предполагается на

порядок снизить себестоимость изготовления станочных приспособлений на базе УСП без использования специальной оснастки.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке в рамках Государственного контракта № 07.514.11.4064 «Разработка методики и алгоритмов управления станками с числовым программным управлением с использованием современных CAD\CAM систем с целью оптимизации процессов обработки деталей, применяемых в авиастроении».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузнецов В.С., Пономарев В.А. Универсально-сборные приспособления. М.: Машиностроение, 1974.

2. Шеер А.-В. Моделирование бизнес-процессов. М.: Весть-МетаТехнология, 2000.

ANALYSIS METHODS FOR DESIGNING MACHINE ACCESSORIES MACHINING OPERATIONS BASED BUSINESS DEVELOPMENT PROCESS

© 2012 A.A. Blyumenshteyn, M.S. Chernikov, O.V. Zheleznov, R.I. Salikhov

Ulyanovsk State University

Scientific Research Center of CALS-technologies has developed an automated system lifecycle management UPD, which allows organizing the ordering process, design and assembly of UPD. Keywords: universal jig, machining, life cycle, industrial equipment, aircraft.

Alexey Blyumenshteyn, Post-Graduate Student at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department. E-mail: blyumenshteyn@mail.ru

Michail Chernikov, Post-Graduate Student at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department. E-mail: chernikov.m.s@mail.ru

Oleg Zheleznov, Post-Graduate Student at the Mathematical Modeling of Technical Systems Department. E-mail: olegulsu@mail.ru

Radik Salikhov, Trainee Researcher at the Research Center of CALS-technologies. E-mail: salikhofff@yandex.ru