Проектирование специальной технологической оснастки «Под заказ»

УДК 621:658.512

DOI 10.21685/2072-3059-2016-4-14

А. В. Рыбаков, С. А. Евдокимов, А. А. Краснов, А. Н. Шурпо

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ «ПОД ЗАКАЗ»

Аннотация.

Актуальность и цели. Объектом исследования является организация производства технологической оснастки (ТО) для выпуска наукоемких изделий. Предметом исследования являются процессы проектирования ТО «на заказ». Цель работы - кратное сокращение времени и повышение качества проектирования и изготовления ТО на основе сервисного подхода в условиях информационно-технологической среды. Рост требований к потенциальным знаниям, умениям и компетенциям исполнителей для выполнения машиностроительной части заказа по производству ТО.

Материалы и методы. Прозрачность деятельности обеспечивается на основе формализованных и зафиксированных стандартов, использующих единые словарь понятий и нормативно-справочную информацию, сценарии деятельности в условиях информационно-технологической среды. Минимизации натурных экспериментов при проектировании ТО основана на переходе к компьютерному моделированию.

Результаты. Систем автоматизированной поддержки информационных решений выступает как единая платформа по проектированию специальной ТО.

Выводы. Подготовка и переподготовка специалистов для работы в условиях информационно-технологической среды при проектировании и изготовлении оснастки «на заказ» организована в рамках системы автоматизированной поддержки информационных решений. Уменьшение времени реакции на поток производственных заказов осуществляется не основе: управления проектами, управления логистикой комплектующих, использования карты взаимодействия.

Ключевые слова: технологическая оснастка, сервисный подход к проектированию.

A. V. Rybakov, S. A. Evdokimov, A. A. Krasnov, A. N. Shurpo DESIGN OF CUSTOM-MADE TOOLING

Abstract.

Background. The object of the study is organization tooling production (TP) to produce high-tech goods. The subject of the research is custom design. The purpose of the work is to reduce time and improve the quality of design and manufacture on the basis of the service approach in the information technology environment (ITE).

Materials and methods. The transparency of the activities is ensured on the basis of formalized and documented standards that use a single vocabulary and reference data, scenarios of activities in terms of ITE. Full-scale experiments in TP design were minimized via computer modeling.

Results. The system of automated support of information solutions acts as a unified platform for TP custom designing.

Conclusions. Training and retraining of specialists to work in the information technology environment in custom-made equipment designing and manufacturing

are organized within the system of automated support of information solutions. The reduction of the reaction time to a flow of custom orders is carrioud out on the basis of project management, component unit logistics management, interaction map usage.

Key words: technological equipment, service approach to design.

Понятие технологической оснастки

Технологической оснасткой являются средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса.

Технологическая оснастка является необходимой составной частью технологического процесса и специально проектируется и изготавливается под конкретное оборудование. Примерами технологической оснастки являются режущие инструменты, штампы, пресс-формы, литейные формы, приспособления, калибры-мерители, управляющие программы для оборудования с числовым программным управлением и т. д.

По экспертным оценкам, при организации производства каждого килограмма нового технического изделия рыночного спроса в машиностроении необходимо подготовить до 10 килограммов технологической оснастки, т.е. весовое соотношение между новым изделием и необходимой оснасткой выражается соотношением 1:10.

Предметом исследования данной статьи является представление об организации деятельности по проектированию и изготовлению технологической оснастки (ТО) с использованием сервисного подхода в условиях программной платформы системы автоматизированной поддержки информационных решений, компьютерного моделирования и баз знаний (рис. 1).

Цели работы

1. Обеспечить качество производства многих типов основного изделия (рис. 2, п. 1) при возможности перехода к специализированной разработке «под заказ» многовариантной специальной технологической оснастки (рис. 2, п. 2).

2. Сократить время проектирования и изготовления ТО до лучших мировых образцов.

3. Уменьшить затраты на разработку ТО на основе применения повторно используемых параметрических графических прототипов из компьютерной базы знаний.

Задачи

1. Выявление изменений в процессе проектирования ТО при переходе в организации деятельности от черчения за кульманом к компьютерному моделированию (реинжиниринг деятельности) (рис. 3).

2. Обоснование подхода к разработке технологической оснастки «на заказ» для машиностроения на основе применения компьютерного моделирования и баз знаний.

3. Представление возможностей и организации деятельности в Системе автоматизированной поддержки информационных решений (САПИР) при проектировании и изготовлении ТО «на заказ» (на примере конструирования штампов для холодной листовой штамповки и конструкций пресс-форм) [1-8].

Рис. 1. Девять ключевых моментов, требующих нового подхода к организации деятельности в ходе создания технологической оснастки

Организация понимания и принятия решений на основе модели при управлении деятельностью

Различие объекта и его модели предполагает понимание того, что: 1) модель не является исчерпывающим источником информации по определению, а подходит для решения только тех задач, для решения которых была разработана;

2) модели разных специалистов могут быть более адекватными сами по себе, в других условиях или для решения других задач;

3) модели призваны организовать взаимодействие в коллективе, поэтому должны использовать единый язык представления;

4) использование моделей предполагает их постоянное совершенствование, т.е. мы должны быть готовы менять текущие модели - как только они утрачивают актуальность.

0. Проект изделия

Объект разработки - основное изделие

Г

1. Архив вариантов изделий

01.ФТЗ 02.Расчеты ОЗ.Конструкция 04.Технология

(Формализованное :-1-1-.

техническое |

задание)  »

04У. Унифицированный 04Е. Единичный 04Х: Оснастка

техпроцесс техпроцесс

1.Листовая 2.Пресс-формы З.Режущий и штамповка 4.мерительный

инструмент

...9.УП

X. А^хив техоснастки

Х1.ФТЗ Х2.Расчеты ХЗ.Конструкция Х4.Технология

Конструкторско-технологическая

Конструкторско-технологаческая

Изготовление техоснастки гп ТО J

Производство основного изделия

1

2

Рис. 2. Место проектирования и изготовления ТО при производстве

нового основного изделия: 1 - жизненный цикл проектирования и подготовки производства основного изделия (самолет, автомобиль, электрический чайник и т.д.); 2 - деятельность по проектированию

и изготовлению специальной технологической оснастки для организации производства различных видов основного изделия

Разработка систем на основе набора моделей

Модель - упрощение реальности (в ходе разработки).

Традиционная разработка ТО на основе компьютерных моделей состоит:

1) в постепенном, итеративном уточнении некоторого набора существенных параметров (рис. 4);

2) согласовании получаемых результатов в рамках системы моделей с целью управления заказами при разработке многовариантной технологической оснастки (рис. 5) [2, 9-11].

Рис. 3. Два подхода к организации деятельности на основе использовании чертежа (1) и компьютерного моделирования (2), изменяющие возможности по решению задач в машиностроении

Рис. 4. Сложившаяся к настоящему времени схема использования компьютерного моделирования

Что нового вносит в деятельность компьютерное моделирование?

Модель создается для лучшего понимания и организации взаимодействия разных специалистов в ходе разработки сложных технических систем.

Модель дает возможность отдельным специалистам разграничить свою деятельность в условиях многодисциплинарности, т.е. позволяет отключаться от несущественных в данный момент аспектах создаваемой системы.

Модель позволяет достичь следующих целей:

1) определить структуру ТО при выполнении заданных функциональных требований;

2) анализировать поведение ТО до ее реализации в «металле»;

3) графически визуализировать и обосновать существенные показатели создаваемой ТО;

4) обеспечить в ходе разработки согласование принимаемых решений в цепочке принимаемых решений с учетом многих дисциплинарных ограничений (рис. 5);

5) быть информационной платформой (документирование и обоснование решений) для следующих этапов изготовления ТО (планирование закупок, производство уникальных частей и т.д.).

Рис. 5. Роль и место системы взаимосвязанных компьютерных моделей при проектировании и изготовлении пресс-форм (ПФ) в условиях информационно-технологической среды

Для представления деятельности по проектированию ТО построена карта взаимодействия (рис. 6). Данный графический опорный конспект служит для того, чтобы открыть весь опыт, который возникает у исполнителей при обращении к услуге.

Рис. 6. Карта взаимодействия при принятии решений

В ходе проектирования отдельные компьютерные модели должны иметь возможность обмениваться получаемыми результатами и тем самым явным и/или неявным способом влиять друг на друга. В рамках САПИР эта возможность может быть реализована в виде структуры, приведенной на рис. 7 [1, 6, 12, 13].

Рис. 7. Структура САПИР для проектирования и изготовления пресс-форм на основе системы компьютерных моделей

Схема организации деятельности между заказчиком и исполнителем может быть изображена в виде и-схемы (рис. 8).

Выдача задания

„„„„„„„„„„„„„„и^Р^,,,,,,,,,,,,™,„„„„„„„

1.ТЗ на разработку технологической оснастки

ЗАКАЗЧИКА------Использование ТО

.......................................................................................................................................«.....................................

\

Деятельность у Панк щи геля

2.Выбор и обоснование структурной схемы конструкции ТО

З.Соглассование всех значений параметров деталей, входящих в состав конструкции ТО

4. Оформление коНструкторско технологи ческой документации

>о—о-о-—---счэ-о

1 2 3 4 5 6 7

7.Передача для использования ТО Ш тоизв-одстве

ж^в

6.Сборка технологическои оснастки

/

¡.Изготовление уиикалъных деттей ТО на заказ

Время

Контролируемые Заказчиком этапы в ходе разработки ТО

Рис. 8. и-схема организации проектирования и изготовления технологической оснастки «на заказ»

Основные требования Заказчика связаны с реализацией функционала технологической оснасткой, качеством выполненных работ и сроками реализации. Заказчик может проконтролировать деятельность Исполнителя в ходе этапов разработки ТО.

САПИР по определению ориентировано на массовое повторное использование решений, реализуемых при помощи программных приложений. Эти приложения построены на опыте, правилах и аналитических моделях.

Деятельность отдельного разработчика организуется и насыщается средствами САПИР так, как будто в распоряжении этого специалиста имеется весь лучший опыт очень многих разработчиков ТО в прошлом.

Компьютерная база знаний обеспечивает направленное наполнение и постоянное применение экспертных знаний при упрощенном доступе к ним.

Интерактивные вопросы, формируемые САПИР, призваны помочь собрать для пользователя важную информацию в точке принятия решений в виде «окна возможностей». Такое построение САПИР позволяет пользователю действовать целенаправленнее и быстрее достигать нужного результата (рис. 9).

Расширение базовой поставки под требования Заказчика

Л я

С

О «

я о

к

к

с? о с

ST « H s

2 л в

M

1= ф

и

Базовая поставка Разработчика

Конструкции ТО проектируется по образцу из архива с добавлением новых объектов использования, 2-3 дня

Конструкции ТО проектируется по образцу из архива с изменением значений параметров в конструкции, До 8 часов

! Конструкции ТО | проектируется с

использов анием вновь создаваемых объектов для компоновки, Ориентация на новые методы и технологии. 5-10 дней

Конструкции ТО Дюектируется на основе набора готовых объектов. Происходит быстрое насыщениеКБЗ новыми конструкциями, которые в дальнейшем переходят в разряд типовых, 2-3 дня

Типовые

Проектируемые констатации ТО

Оригинальные

Рис. 9. Процентное распределение заказов и примерный срок их реализации при проектировании ТО с использованием специализированной компьютерной базы знаний

Список литературы

1. Рыбаков, А. В. Создание автоматизированных систем в машиностроении : учеб. пособие / А. В. Рыбаков, С. А. Евдокимов, Г. А. Мелешина. - М. : Изд-во Станкин, 2001. - 157 с.

2. Рыбаков, А. В. Итеративное управление проектированием и изготовлением сложных изделий на базе компьютерных моделей в условиях информационно-

технологической среды / А. В. Рыбаков, М. В. Кожин, А. А. Орлов // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2009. - № 12. - С. 21-28.

3. Рыбаков, А. В. Использование традиционных стандартов предприятия для построения компьютерных баз знаний / А. В. Рыбаков, С. А. Евдокимов, А. А. Краснов // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2005. -№ 2. - С. 23-28.

4. Рыбаков, А. В. Проектирование штампов для холодной листовой штамповки на основе компьютерных прототипов / А. В. Рыбаков, В. И. Пичугин, А. А. Краснов, С. А. Евдокимов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - 2008. - № 6. - С. 16-21.

5. Бродский, Л. Л. Создание центра внедрения для проектирования и изготовления технологической оснастки / Л. Л. Бродский, А. В. Рыбаков, Ю. М. Соло-менцев, С. А. Шептунов // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2005. - № 2. - С. 2-11.

6. Соломенцев, Ю. М. Информационно-вычислительные системы в машиностроении (С4^-технологии) / Ю. М. Соломенцев, В. Г. Митрофанов, В. В. Павлов, А. В. Рыбаков. - М. : Наука, 2003. - 292 с.

7. Автоматизация деятельности конструктора технологической оснастки / А. Рыбаков, С. Евдокимов, А. Краснов, Н. Никонов, Д. Сабанин // САПР и графика. -2002. - № 8. - С. 74-78.

8. Пичугин, В. Автоматизация деятельности конструктора при проектировании штампов листовой штамповки / В. Пичугин, А. Краснов // САПР и графика. -1999. - № 7. - С. 54-57.

9. Kutin, A. A. The Use of Computer Models in the Design and Manufacture Machining Attachments in Digital Manufacturing / A. A. Kutin, A. V. Rybakov and S. S. Ivashin // International Conference on Advanced Manufacturing and Industrial Application (ICAMIA 2015). - London, 2015.

10. Рыбаков, А. В. Возможности процессов проектирования машиностроительных изделий на основе компьютерных баз знаний (на примере станочных приспособлений) / А. В. Рыбаков, С. А. Евдокимов, А. А. Краснов // Вестник СТАНКИН. -2015. - № 2.

11. Рыбаков, А. В. Организация процесса проектирования и изготовления технологической оснастки на основе управляемой системы взаимосвязанных компьютерных моделей / А. В. Рыбаков, А. А. Краснов // Известия Самарского научного центра РАН. - 2012. - Т. 14, № 4. - С. 677-685.

12. Рыбаков, А. В. Создание системы автоматизированной поддержки информационных решений при проектировании технологической оснастки / А. В. Рыбаков, С. А. Евдокимов, А. А. Краснов. - М. : ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2013. - 162 с.

13. Рыбаков, А. В. Создание обучающего центра для подготовки специалистов машиностроительных предприятий к работе в условиях информационно-технологической среды / А. В. Рыбаков, А. Н. Шурпо // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2015. - № 1 (33). - С. 133-141.

References

1. Rybakov A. V., Evdokimov S. A., Meleshina G. A. Sozdanie avtomatizirovannykh sis-tem v mashinostroenii: ucheb. posobie [Development of computer-aided systems in mechanical engineering: tutorial]. Moscow: Izd-vo Stankin, 2001, 157 p.

2. Rybakov A. V., Kozhin M. V., Orlov A. A. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologi [Bulletin of computer and information technologies]. 2009, no. 12, pp. 21-28.

3. Rybakov A. V., Evdokimov S. A., Krasnov A. A. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologiy [Bulletin of computer and information technologies]. 2005, no. 2, pp. 23-28.

4. Rybakov A. V., Pichugin V. I., Krasnov A. A., Evdokimov S. A. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo. Obrabotka materialov davleniem [Blacksmith-stamping production. Material forming]. 2008, no. 6, pp. 16-21.

5. Brodskiy L. L., Rybakov A. V., Solomentsev Yu. M., Sheptunov S. A. Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologiy [Bulletin of computer and information technologies]. 2005, no. 2, pp. 2-11.

6. Solomentsev Yu. M., Mitrofanov V. G., Pavlov V. V., Rybakov A. V. Informatsionno-vychislitel'nye sistemy v mashinostroenii (CALS-tekhnologii) [Information-computing systems in mechanical engineering (CALS-technologies)]. Moscow: Nauka, 2003, 292 p.

7. Rybakov A., Evdokimov S., Krasnov A., Nikonov N., Sabanin D. SAPR i grafika [CAD and graphics]. 2002, no. 8, pp. 74-78.

8. Pichugin V., Krasnov A. SAPR i grafika [CAD and graphics]. 1999, no. 7, pp. 54-57.

9. Kutin A. A., Rybakov A. V., Ivashin S. S. International Conference on Advanced Manufacturing and Industrial Application (ICAMIA 2015). London, 2015.

10. Rybakov A. V., Evdokimov S. A., Krasnov A. A. Vestnik STANKIN [Bulletin of STANKIN]. 2015, no. 2.

11. Rybakov A. V., Krasnov A. A. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN [Proceedings of the Samara SScientifi Center of RAS]. 2012, vol. 14, no. 4, pp. 677-685.

12. Rybakov A. V., Evdokimov S. A., Krasnov A. A. Sozdanie sistemy avtomatizirovannoy podderzhki informatsionnykh resheniy pri proektirovanii tekhnologicheskoy osnastki [Development of a system of automated support of information solutions in tooling design]. Moscow: FGBOU VPO MGTU «STANKIN», 2013, 162 p.

13. Rybakov A. V., Shurpo A. N. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Tekhnicheskie nauki [University proceedings. Volga region. Engineering sciences]. 2015, no. 1 (33), pp. 133-141.

Рыбаков Анатолий Викторович

кандидат технических наук, доцент, кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

E-mail: avr48@rambler.ru

Евдокимов Сергей Александрович

кандидат технических наук, доцент, кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

E-mail: usaf@rambler.ru

Rybakov Anatoliy Viktorovich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-departament of automated systems of information processing and control, Moscow State technical University "STANKIN"

Evdokimov Sergey Aleksandrovich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-departament of automated systems of information processing and control, Moscow State technical University "STANKIN"

Краснов Андрей Анатольевич

кандидат технических наук, доцент, кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

E-mail: akrasnov63@rambler.ru

Шурпо Александр Николаевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории № 1, Институт конструкторско-технологической информатики Российской академии наук

E-mail: a-shurpo@yandex.ru

Krasnov Andrey Anatol'evich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-departament of automated systems of information processing and control, Moscow State technical University "STANKIN"

Shurpo Aleksandr Nikolaevich Candidate of engineering sciences, senior staff scientist, laboratory № 1, Institute of engineering and design informatics of the Russian Academy of Sciences

УДК 621.81 Рыбаков, А. В.

Проектирование специальной технологической оснастки «под заказ» / А. В. Рыбаков, С. А. Евдокимов, А. А. Краснов, А. Н. Шурпо // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. -2016. - № 4 (40). - С. 148-158. БОТ 10.21685/2072-3059-2016-4-14