Поэлементный метод оценки конструктивной сложности деталей

3. Дружинин Г.В. Методы оценки и прогнозирования качества / Г.В. Дружинин. М.: Радио и связь, 1982. 160 с.

Ханин Кирилл Николаеыич, канд. техн. наук, Россия, Тула, Тульский государственный университет

QUALITY MANAGEMENT PROCESS DESIGN DOCUMENTA TION

K.N. Hanin

The results of the structural and functional modeling of the process of development of project documentation, which allowed the process to create a model for managing the development of project documentation.

Key words: project documentation, modeling.

Hanin Kirill Nikolaevich, candidate of technical sciencess, Russia, Tula, Tula State University.

УДК 004.925.84

ПОЭЛЕМЕНТНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ КОНСТРУКТИВНОЙ

СЛОЖНОСТИ ДЕТАЛЕЙ

А.А. Ерёмин, Д.И. Троицкий

Предложена математическая модель оценки конструктивной сложности деталей поэлементным методом на основе анализа электронной модели детали. Модель отличается применимостью к единичному и мелкосерийному производству.

Ключевые слова: сложность детали; электронная модель изделия; подготовка производства.

Введение. В ходе выполнения процедур конструкторско-технологической подготовки производства неоднократно возникает необходимость оперативной оценки конструктивной сложности (КС) проектируемого изделия. Такая оценка необходима для определения себестоимости процесса разработки, учета трудозатрат конструкторов, выявления уровня технологичности деталей, решения разнообразных задач планирования и распределения ресурсов.

Показатель конструктивной сложности должен удовлетворять следующие требования:

1. Универсальность, т.е. возможность применить данный метод оценки к любым типам и видам изделий, входящим в них деталям, незави-

254

симо от способа их изготовления.

2. Объективность, т.е. численное значение показателя должно определяться через свойства самой детали.

3. Достоверность, т.е. показатель КС в действительности должен отражать сложность изделия.

Переход на 3D-моделирование привел к невозможности применения ранее использовавшихся критериев оценки труда конструктора (скажем, число условных листов чертежей). В то же время, значительно большая информационная наполненность 3D-моделей позволяет успешно решать разнообразные оценочные задачи уже на ранних этапах подготовки производства, в том числе и предоставляя конструктору обратную связь для оперативной оценки сложности проектируемой детали. Особенную важность данная оценка имеет при вариантном типе производства, отличающемся мелкосерийным и единичным выпуском сильно отличающихся по конструкции изделий, что не позволяет накопить достаточную статистическую информацию.

Задача оценки конструктивно-технологической сложности (КТС) подробно рассматривалась в [1, 2]. Однако к недостаткам данных работ следует отнести то, что, во-первых, для реальной количественной оценки КТС детали требуется наличие достаточно обширной базы данных конструкторско-технологической информации по аналогичным деталям для построения корреляционных зависимостей, а во-вторых, никак не учитывается способ представления модели детали.

Постановка задачи. В настоящей работе решается задача проведения количественной оценки конструктивной сложности машиностроительной детали. Оценка выполняется путем анализа трехмерной модели детали без привлечения статистической информации по аналогичным деталям.

Анализ исходной информации, содержащейся в ЭБ-модели. Исходными данными для выполнения анализа КС является электронная модель изделия, соответствующая требованиям ГОСТ 2.052-2006. Данная модель содержит не только полное описание трехмерной геометрии детали, но и такие параметры, как свойства материала, геометрические и размерные допуска, шероховатости поверхностей. Большинство современных САПР позволяют задавать указанные атрибуты непосредственно на 3D-модели. При этом сама трехмерная геометрия создается двумя основными способами: при помощи заносимых в дерево построения команд

(КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor, ProYE) и прямым моделированием (синхронная технология, реализованная в SolidEdge, NX и других продуктах Siemens PLM Software). В первом случае наличие дерева построения позволяет оценить сложность получаемого при помощи каждой операции конструктивного элемента, а также трудоемкость построения конкретной 3D-модели (при этом следует учитывать, что трудоемкость может служить и мерой квалификации разработчика, так как одинаковую геометрию мож-

но получить различным числом команд). При использовании же синхронной технологии пооперационный подход вообще неприменим и возможен лишь анализ множества поверхностей 3D-модели без привязки к их способу построения.

Математическая модель оценки конструктивной сложности.

Предполагается, что с конструктивной точки зрения сложность отдельной поверхности Q зависит прежде всего от степени ее кривизны Cur (плоская, одинарной кривизны, двойной кривизны), а также от объема дополнительной атрибутивной информации A , привязанной к данной поверхности согласно ГОСТ (шероховатость, размерные и геометрические допуска) 2.052-2006. Кроме того, каждая поверхность входит в тот или иной конструктивный элемент Fj детали. Для учета сложности элементов следует

принимать во внимание число поверхностей N , смежных с рассматриваемой. Чем их больше, тем с более геометрически сложным элементом мы имеем дело. Тогда:

Ci = f

Конкретный вид функции (1) должен учитывать следующие соображения:

1. Сложность конструктивного элемента, в который входит деталь (параметр N ) имеет высокий относительный приоритет, т.к. является свойством объекта более высокого уровня, чем отдельная поверхность.

2. По мере роста степени кривизны сложность возрастает нелинейно.

3. Атрибутивная информация содержит различный объем данных: геометрический допуск более информационно насыщен, чем указание на шероховатость или размерный допуск поверхности.

4. Повторяющиеся элементы, создаваемые операциями типа "массив" и "зеркальное отражение" (пример - зубья шестерни), не должны учитываться многократно.

5. Наличие вспомогательной трехмерной геометрии (смещенные плоскости, пространственные кривые) приводит к росту сложности модели.

На основании вышеизложенного строится дерево сложности 3D-модели (рис. 1).

Предлагаемая функция определения сложности i -й поверхности имеет вид:

Ci = f1

где f1 - функция, учитывающая кривизну поверхности (с увеличением кривизны сложность возрастает нелинейно); N - число сопряженных поверхностей. Квадратичная зависимость введена для усиления влияния данного параметра, так как он указывает на вхождение поверхности в элемент,

стоящий более высоко в иерархии сложности; Т^т - число размерных допусков, проставленных на поверхности; Т^,еот - число геометрических допусков, проставленных на поверхности.

Кубическая степень введена для отражения того факта, что геометрический допуск содержит в три раза больший объем информации (величина допуска, его тип и ссылку на базовую поверхность), чем размерный;

Я - коэффициент, учитывающий наличие атрибута шероховатости поверхности. Предлагается принять Я = 1,2.

Рис. 1. Дерево сложности 3Б модели

Для функции /1 можно предложить следующие значения:

1, Сиг = 0

/1

8, Сиг = 2

Следует отметить, что предлагаемые константы для формул (2) и (3) получены методом экспертных оценок и могут уточняться при проведении дальнейших исследований.

Для сложности конструктивного элемента получено следующее

выражение:

п

I С i=1

=

> Лт  МГ7-

'] ±у±ь"]

где Лrrj - число элементов массива, в который входит ] -й конструктивный элемент. Если элемент в массив не входит, то принимается Лгц = 1; Mirrj - число операций зеркального отражения, в который входит I -й конструктивный элемент. Если к элементу такие операции не применялись, то принимается М^ц = 1; Оа - коэффициент, учитывающий применение при построении данного элемента вспомогательной трехмерной геометрии в количестве Ыа. Предлагается принять Оа = 1,05.

Соответственно сложность всей детали, состоящей из т конструктивных элементов, выражается как приведенная сумма сложностей каждого элемента:

С

т

IС/ j=1

т

Отдельного рассмотрения требует такой конструктивный элемент, как резьба. По сути это поверхность двойной кривизны, однако традиционно в 3Б САПР точное построение геометрии резьб не выполняется, а применяется условное обозначение. В связи с этим предлагается рассматривать резьбу как частный случай цилиндрической или конической поверхности (одинарной кривизны) с некоторым коэффициентом увеличения сложности, например, 1,2.

Пример применения. Рассмотрим предлагаемую зависимость на примере детали, 3Б-модель которой представлена на рис. 2.

Рис. 2. 3В-модедь детали «Втулка», выполненная в КОМПАС 3Б с соблюдением требований ГОСТ 2.052-2006

Модель содержит три плоские поверхности и три поверхности одинарной кривизны. На наружную поверхность цилиндра проставлена шероховатость, на внутренний диаметр - квалитет точности Н14 (на 3Б-виде не отображается), на плоские торцы втулки - допуск параллельности. Ввиду простоты детали она рассматривается как один конструктивный элемент. При расчете по формулам (2), (3) и (5) получаем следующие результаты (табл. 1):

Итоговая конструктивная сложность детали равна 7,7.

Таблица 1

Оценка сложности детали «Втулка»

Поверхность Кри- визна Число сопряженных поверхностей Шерохо- ватость Размерный допуск Г еометриче-ский допуск Слож- ность

Наружная цилиндрическая 1 3 1,2 0 0 12,2

Внутренняя цилиндрическая 1 3 0 1 0 12

Внутренняя поверхность отверстия 1 2 0 0 0 6

Торец 0 2 0 0 0 5

Торец 0 2 0 0 1 6

Фаска 0 2 0 0 0 5

Для сравнения добавим к модели элемент «шпоночный паз» на внутренней стороне цилиндра с допуском на параллельность его сторон (рис. 3).

Рис. 3. Втулка со шпоночным пазом

259

В модели детали появляются три новые плоские поверхности, и соответствующим образом изменяется сложность всей детали (табл. 2).

Таблица 2

Оценка сложности детали «Втулка со шпоночным пазом»

Поверхность Кри- визна Число сопряженных поверхностей Шерохо- ватость Размерный допуск Г еометриче-ский допуск Слож- ность

Наружная цилиндрическая 1 3 1,2 0 0 12,2

Внутренняя цилиндрическая 1 3 0 1 0 12

Внутренняя поверхность отверстия 1 2 0 0 0 6

Торец 0 2 0 0 0 5

Торец 0 2 0 0 1 6

Фаска 0 2 0 0 0 5

Боковая поверхность паза 0 4 0 0 0 17

Боковая поверхность паза 0 4 0 0 1 18

Паз 0 4 0 1 0 18

При этом расчетная сложность будет равна 11. Прирост сложности вполне согласуется с временными затратами конструктора на построение данного элемента и присвоение ему атрибутов.

Заключение. Представленная математическая модель оценки конструктивной сложности пригодна для практической реализации в виде расчетного модуля (библиотеки) для 3Б САПР. В настоящее время ведется работа по реализации такой библиотеки для САПР КОМПАС-3Б.

Список литературы

1. Шарин Ю.С., Якимович Б.А., Толмачев В.Г., Коршунов А.И. Теория сложности: монография. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1999. 132 с.

2. Фоминых Р.Л., Коршунов А.И., Якимович Б.А. Оценка трудоем-

кости машиностроительного изделия и организационно-технического уровня производства Экономика и производство №4 (37), 2003.

С. 43.

3. Ковешников В.А., Трушин Н.Н. Оценка трудоемкости обработки деталей на металлорежущих станках // Автоматизация и современные технологии, 2003, №10. С.36-40.

Ерёмин Андрей Андреевич, асп., andreyeremin@bk.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Троицкий Дмитрий Игоревич, канд. техн. наук, доц., dtroitsky@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ELEMENTWISE EVAL UA TION OF PART DESIGN COMPLEXITY

A.A. Yeriomin, D.I. Troitsky

A mathematical model for elementwise design complexity evaluation with a part electronic model is proposed. The model may be applied to on-order and low-batch production.

Keywords: part complexity; electronic mockup; production planning.

Yeriomin Andrey Andreevich, postgraduate, andreyeremin@,bk. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Troitsky Dmitry Igorevich, candidate of technical sciences, docent, dtroitsky@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.833

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЗИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УЧЕБНЫХ

КУРСОВ

П.Е. Максимов

Электронные учебные курсы - это образовательный ресурс для поддержки учебного процесса в учреждениях общего, специального, профессионального образования, а также для самообразования в рамках учебных программ, в том числе нацеленных на непрерывное образование. В статье рассмотрены основные этапы создания системы электронных курсов, разработана концептуальная модель хранения данных, предложены рекомендации по выбору программного обеспечения и его настройке на сервере.

Ключевые слова: система дистанционного обучения, электронные учебные

курсы.

Современные информационные технологии имеют обширный диапазон возможностей для совершенствования учебного процесса и образовательной системы в целом. Одной из таких возможностей, обладающих значительным развивающим потенциалом, является мультимедиа. Совме-

261