Обеспечение свойств изделий при синтезе функциональноориентированных технологий машиностроения

УДК 621.9

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ПРИ СИНТЕЗЕ ФУНКЦИОНАЛЬНООРИЕНТИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

А.Н. Михайлов, А.Т. Цыркин, А.М. Петров, В.В. Головятинская, М.Г. Петров

Уточнено математическое описание восьми особых принципов ориентации, используемых при синтезе функциональноориентированных технологий машиностроения с целью получения изделий с заданными, требуемыми и предельными свойствами. Применение этих принципов ориентации рационально при разработке технологических процессов изготовления деталей сложной формы. Реализация приведенных принципов ориентации технологических воздействий и свойств изделия выполняется на базе итеративного и итерационного подходов. Заданные, требуемые и предельные свойства изделий во всех случаях реализуются на основе совокупности свойств его функциональных элементов.

Ключевые слова: функциональноориентированная технология, особые принципы ориентации, свойства, детали сложной формы, технологический процесс.

Технология изготовления машиностроительных деталей сложной формы представляет собой комплексный процесс, требующий особого подхода к анализу технологических воздействий, реализуемых разнообразными методами и средствами производства.

При разработке технологических процессов прагматично использование современных методов проектирования, одним из которых является метод проектирования функциональноориентированного технологий машиностроения [1]. Этот метод предназначен для решения сложных технических задач, включая создание прогрессивных комплексных технологий при изготовлении изделий сложной формы. Основы и примеры использования функциональноориентированной технологий изложены в ряде статей [2-9] и монографии [1, 10]. Ее сущность заключается в точном определении технологических воздействий и их ориентации в пространстве в зависимости от особенностей действия эксплутационных функций во времени и в пространстве, а также потребности обеспечения изделия необходимыми свойствами.

Разработка функциональноориентированных технологических процессов реализуется согласно определенным структурам, формируемым по определенным правилам и критериям. Одним из основных этапов разработки функционально-ориентированной технологии является деление изделия на множество функциональных элементов по уровням глубины технологии. Такое деление предусматривает составление иерархической структуры функциональных элементов изделия, соответствующей действию эксплутационной функции и особенностям формирования их свойств. Основополагающим положением синтеза функциональноориентированных

технологий машиностроения является использование восьми особых принципов ориентации технологических воздействий и свойств изделия. На базе этих принципов за счет ориентации технологических воздействий потоков материи, энергии и информации обеспечиваются заданные, требуемые и предельные свойства изделий [1].

Целью данной работы является уточнение математического описания восьми особых принципов ориентации, комплексно используемых при синтезе функционально-ориентированных технологий машиностроения.

Изложение восьми особых принципов ориентации технологических воздействий и свойств, реализуемых при проектировании функционально-ориентированных технологий машиностроения, и предлагаемое уточненное математическое описание каждого из них основано на результатах ранее выполненной работы [1]. Реализация приведенных принципов ориентации технологических воздействий и свойств изделия выполняется на базе итеративного и итерационного подходов. Это дает возможность выполнять синтез функциональноориентированных технологий на базе реализации принципов ориентации с учетом, как последовательных процессов, так и многократных повторяющихся возвратных процессов, выполняемых за счет обратных связей. Заданные, требуемые и предельные свойства изделий во всех случаях реализуются на основе совокупности свойств его функциональных элементов.

Представленная система отображений (преобразований) имеет замкнутую форму, отражает влияние технологических воздействий на каждом уровне на свойства всего изделия, поэтому поиск решения может быть выполнен на основе множества рекуррентных циклов.

Первый принцип ориентации - функциональное соответствие особенностей действия элементарной функции в каждом функциональном элементе изделия, характеристик реализации технологических воздействий и параметров обеспечения необходимых свойств в этих функциональных элементах на каждом уровне глубины технологии. Данный принцип ориентации отвечает на вопросы: какое технологическое воздействие на каждом уровне структуры функциональных элементов изделия в зависимости от особенностей эксплуатационной функции, действующей на этом уровне, нужно выполнить, чтобы получить свойство соответствующего функционального элемента изделия.

Математически первый принцип ориентации можно представить в виде блока следующих отображений (преобразований):

Фп: ^  Щ; Ф12 : ТБХ  С ; ф^: С £ С и Сп| ^С  ^, (1) где ф11 - отображение (преобразование) элемента эксплуатационной функции ¥и воздействующей на ¿-ом уровне структуры функциональных элементов изделия, в элемент технологического воздействия ТБ; ф12 - отображение (преобразование) элемента технологического воздействия ТБг- в элемент свойства Сг-; ф13 - отображение (преобразование) элементов

284

свойств С/, принадлежащих множеству элементов свойств от элемента С1 до элемента Си, составляющих элемент свойств С изделия, в элемент эксплуатационной функции ^ изделия.

Второй принцип ориентации - топологическое соответствие геометрических параметров функционального элемента изделия, в котором действует элементарная функция при эксплуатации, геометрическим параметрам зонального элемента реализации технологических воздействий потоков материи, энергии, и информации на изделие, и геометрическим параметрам зонного элемента обеспечения необходимых свойств на каждом уровне глубины технологии. Данный принцип ориентации отвечает на вопросы: куда и где (на какие функциональные элементы изделия и на каком этапе технологического процесса), необходимо реализовывать технологические воздействия, обеспечивающие как заданные свойства функциональных элементов изделия, так и изделия в целом.

Математически второй принцип ориентации можно представить в виде блока следующих отображений (преобразований):

Ф21: вр{)  О

Ф23: а (СОЕ\о (С1) и 0(СП)| ^о (С)  а (^, где ф21 - отображение (преобразование) элемента геометрических параметров зоны действия эксплутационной функции О(^г), воздействующей на /-ом уровне структуры функциональных элементов изделия, в элемент геометрических параметров зоны реализации технологического воздействия О(ТБ/); ф22 - отображение (преобразование) элемента геометрических параметров зоны реализации технологического воздействия О(ТБ/) в элемент геометрических параметров зоны обеспечения свойств О(С); ф23 -отображение (преобразование) элементов геометрических параметров зоны обеспечения свойств О(Сг), принадлежащих множеству элементов геометрических параметров зоны обеспечения свойств от элемента 0(С1) до элемента О(Сп), составляющих элемент свойств О© изделия, в элемент геометрических параметров зоны действия эксплуатационной функции О(^) изделия.

Третий принцип ориентации - количественное соответствие множества функциональных элементов, в которых действует множество различных элементарных функций при эксплуатации, множеству реализации технологических воздействий и множеству элементов обеспечения необходимых свойств в функциональных элементах изделия на каждом уровне глубины технологии. Данный принцип ориентации отвечает на вопросы: сколько видов, типов или вариантов технологических воздействий нужно реализовать на изделие в процессе его получения для обеспечения свойствами, адекватно воспринимающих действие эксплутационной функции изделия.

Математически третий принцип ориентации можно представить в виде блока следующих отображений (преобразований):

Ф31: МфО  Ы(ТБ1);

Ф32 : ЩТБг)  Ы

Фзз : ЩС{)£\М(С1) и М(Сп) ^М(С)  м(б; , где ф31 - отображение (преобразование) элемента множества зон действий эксплуатационных функций М(Р), воздействующих на г-ом уровне структуры функциональных элементов изделия, в элемент множества зон реализаций технологических воздействий М(ТБг); ф32 - отображение (преобразование) элемента множества зон реализаций технологических воздействий М(ТБг) в элемент множества зон обеспечения свойств М(Сг); ф33 - отображение (преобразование) элементов множества зон обеспечения свойств М(Сг), принадлежащих множеству соответствующих элементов от М(С1) до М(Сп), составляющих элемент множества зон обеспечения свойств М© изделия, в элемент зоны действия эксплуатационной функции М(Р) изделия.

Четвертый принцип ориентации - адекватная зависимость пространственных особенностей действия элементарной функции при эксплуатации, технологических воздействиях и эксплутационных свойств в пространстве каждого функционального элемента изделия на каждом уровне глубины технологии. Данный принцип ориентации характеризует линейное, поверхностное и объемное изменение микро— или макросвойств как каждого функционального элемента изделия на всех уровнях глубины технологии, так и всего изделия в целом. Это качественный признак, обеспечивающий возможность изменения функциональных свойств изделия за счет переменных технологических воздействий по заданному закону.

Математически четвертый принцип ориентации можно представить в виде блока следующих отображений (преобразований):

Ф41^Ег(х, у, 2)  dTБi(x, у, 2) ;

Ф42-' dTБj

Ф43^Сг(х,у, 2)£^С(х,у, 2) и dCn(x,y, 2) ^dC(x,y, 2)  dF(x,y, 2),

где ф41 - отображение (преобразование) элемента эксплуатационной функции dFi(x, у, 2) воздействующем на г-ом уровне структуры функциональных элементов изделия, в элемент технологических воздействий dTБi(x, у, 2); ф42 - отображение (преобразование) элемента технологических воздействий глубины технологии dTБi(x, у, 2) в элемент свойств dCi(x, у, 2); ф43 -отображение (преобразование) элементов свойств dCi(x, у, 2); принадлежащих множеству элементов свойств от dC1(x, у, 2) до dCп(x, у, 2) составляющих элемент свойств dC(x, у, 2) изделия, в элемент эксплуатационной функции dF(x, у, 2) изделия.

Пятый принцип ориентации - адекватная зависимость временных особенностей действия элементарной функции при эксплуатации, временных или пространственных особенностей реализации технологических воздействий и временных эксплуатационных свойств в каждом функциональном элементе изделия на каждом уровне глубины технологии.

Данный принцип ориентации отвечает на вопросы: как изменяются свойства функционального элемента в пространстве и во времени, и какие технологические воздействия (постоянное или временное) нужно обеспечить функциональному элементу изделия. Это также качественный принцип, обеспечивающий возможность изменения функциональных свойств изделия во времени и пространстве за счет переменных технологических воздействий по заданному закону.

Математически пятый принцип ориентации можно представить в виде блока следующих отображений (преобразований):

j51:dFJ

j53:dC/t)^\dC1(t) u dCn(t)\ ^dC(t)  dF(t) ,

где ф51 - отображение (преобразование) элемента временных особенностей действия эксплуатационной функции dFi(t), воздействующей на l-ом уровне структуры функциональных элементов изделия, в элемент пространственных технологических воздействий dTBl(x, y, z) или в элемент временных технологических воздействий dTBi(t); ф52 - отображение (преобразование) элемента пространственных технологических воздействий dTBl(x, y, z) или элемента временных технологических воздействий dTBi(t) в элемент свойств dCi(t); ф53 - отображение (преобразование) элементов свойств dCi(t), принадлежащих множеству элементов свойств от dC1(t) до dCn(t), составляющих элемент свойств dC(t) изделия, в элемент эксплуатационной функции dF(t) изделия.

Шестой принцип ориентации - структурное соответствие множества элементарных функций, реализации множества технологических воздействий и выполнение множества свойств в функциональных элементах изделия из условий обеспечения заданных, требуемых или предельных свойств всего изделия на каждом уровне глубины технологии.

Необходимо ответить, что для шестого принципа ориентации соответствие может быть изоморфным или гомоформным, что обеспечивает полное или частичное структурное соответствие множества параметров ориентации F,, TBi, Ci, а также отношений между ними.

Математически шестой принцип ориентации можно представить в виде блока следующих отображений (преобразований):

j61:Str{F I A} Str{TB| B}; j62:Str{TB| B} Str{C | d};

j63:Str{C I D} Str{F I A}, 287

где ф61 - отображение (преобразование) структуры множества эксплуатационных функций F = F2, F3, ..., Fm} и удовлетворяющих им условиям множества отношений А = {а1, а2, а3, ..., ат} изделия в структуру множества технологических воздействий ТБ = {ТБ1, ТБ2, ТБ3, ..., ТБт} и удовлетворяющих им условиям множества отношений Б = {Ь1, Ь2, Ъ3, ..., Ьт}; ф62 - отображение (преобразование) структуры множества технологических воздействий ТБ = {ТБ1, ТБ2, ТБ3, ..., ТБт} и удовлетворяющих им условиям множества отношений Б = {Ь1, Ь2, Ь3, Ьт} в структуру множества свойств С = {С1, С2, С3, ..., Ст} и удовлетворяющим им условиям множества отношений О = d2, d3, dm} изделия; ф63 - отображение (преобразование) структуры множества свойств С = {С1, С2, С3, ..., Ст} и удовлетворяющим им условиям множества отношений О = {{<Л\., d2, d3, dm} изделия в структуру множества эксплуатационных функций F = {F1, F2, F3, ..., Fm} и удовлетворяющим им условиям множества отношений А = {а1, а2, а3, ат} изделия.

Седьмой принцип ориентации - адекватное структурно-функциональное соотношение свойств в пространстве и во времени каждого функционального элемента заданному, требуемому или предельному потенциалу общих свойств всего изделия в целом на каждом уровне глубины технологии.

Математически седьмой принцип ориентации можно представить в виде следующего отображения (преобразования):

Фи'С^) с С,

где ф71 - элемент свойств в пространстве и во времени С^), имеющий место на г-ом уровне структуры функциональных элементов изделия, является подмножеством элемента свойств С изделия.

Восьмой принцип ориентации - адекватное структурно-функциональное соответствие свойств в окрестностях каждого функционального элемента в пространстве и во времени заданному, требуемому или предельному потенциалу общих свойств всего изделия в целом на каждом уровне глубины технологии.

Математически восьмой принцип ориентации можно представить в виде следующего отображения (преобразования):

Ф81'С^+; с с ,

где ф81 - элемент свойств в окрестностях каждого функционального элемента в пространстве и во времени Сг-^+), имеющий место на г-ом уровне структуры функциональных элементов изделия, является подмножеством элемента свойств С изделия.

Список литературы

1. Михайлов А.Н. Основы синтеза функциональноориентированных технологий машиностроения. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2009. 346 с.

2. Михайлов А.Н. Общий теоретический подход создания новых прогрессивных технологий // Сб. тр. международный науч.-техн. конф. «Прогрессивные технологии и современность». Донецк: Изд-во ДоНТУ, 1997. С. 168-171.

3. Михайлов А.Н. Перспективы создания и развития прогрессивных технологий машиностроения // Сб. тр. международной науч.-техн. конф. «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века», 11-17 сентября 2000 в Севастополе. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2000. С. 86-95.

4. Михайлов А.Н. Основные принципы и особенности синтеза функционально-ориентированных технологий и машиностроения // Сб. тр. XIII международной науч.-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века», 11-16 сентября 2006 г. в г. Севастополе. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2006. Т. 3. С. 61-77.

5. Михайлов А.Н. Основные принципы и особенности синтеза функционально-ориентированных технологий машиностроения // Упрочняющие технологии и покрытия. М.: Машиностроение, 2007. № 2. С. 44-53.

6. Михайлов А.Н. Общие особенности функциональноориентиро-ванных технологий и принципы ориентации их технологических воздействий и свойств изделий // Сб. тр. XIV международной науч.-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века». 17-22 сентября 2007 в Севастополе: в 5-ти т. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2007. Т. 3. С. 38-52.

7. Михайлов А.Н., Михайлова Е.А., Маджид А.Д. Особенности синтеза структуры функционально-ориентированных технологических процессов комбинированной отделочной обработки осевых лезвийных инструментов // Сб. науч. тр. НТУ «ХПИ» «Высокие технологии в машиностроении». Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ», 2009. Вып. 1 (18). С. 131-150.

8. Михайлов А.Н. Обобщенный принцип проектирования композиционных технологий машиностроения // Серия «Механика, машиноведение, машиностроение». Ереван: Вестник ГИУА, 2012. Вып. 15, № 1. С. 7-16.

9. Михайлов А.Н., Цыркин А.Т., Петров А.М. и др. Дискурсивное развитие стратегии функционально-ориентированного метода разработки технологических процессов в машиностроении // Международный сб. науч. тр. «Прогрессивные технологии и системы машиностроения». Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2015. № 2 (52). С. 126-135.

10. Михайлов А.Н. Основы проектирования и автоматизации производственных процессов на базе технологий непрерывного действия. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2006. 421с.

Михайлов Александр Николаевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ПиатесИ.dgl.ii.donetsk. иа, Украина, Донецк, Донецкий национальный технический университет,

Цыркин Аркадий Тимофеевич, канд. техн. наук, доц., deplaаyandex.ги, Украина, Луганск, Луганский филиал кафедры технологии машиностроения ДонНТУ,

Петров Алексей Михайлович, инженер, deplaayandex. ru, Украина, Луганск, Луганский филиал кафедры технологии машиностроения ДонНТУ,

Головятинская Вита Викторовна, инженер, deplaayandex. ru, Украина, Луганск, Луганский филиал кафедры технологии машиностроения ДонНТУ,

Петров Михаил Григорьевич, асп., tmamech. dgtu. donetsk. ua, Украина, Донецк, Донецкий национальный технический университет

PROVIDING PRODUCT PROPERTIES AT THE SYNTHESIS OF FUNCTIONALLY-ORIENTED TECHNOLOGY IN ENGINEERING

A.N. Mikhaylov, A.T. Tsyrkin, А.М. Petrov, V.V. Holoviatynska, M.G. Petrov

Clarified the mathematical description of the eight specific principles of orientation, used in the synthesis of a functional-oriented engineering technologies to produce products with the specified, desired properties and limits. The application of these principles of rational orientation in the development of technological processes of manufacturing parts of complex shape. The implementation of the above principles of the orientation of technological effects and properties of the product is carried out on the basis of an iterative and iteration approaches. The specified, required and limits properties of products in all cases are implemented on the basis of the aggregate properties of its functional elements.

Key words: functional-oriented technology, special orientation principles, properties, parts of complex shape, the process.

Mikhaylov Aleksandr Nikolaevich, doctor of technical science, professor, head of department, tma mech. dgtu. donetsk. ua, Ukraine, Donetsk, Donetsk National Technical University,

Tsyrkin Arkadij Timofeevich, candidate of technical science, docent, dep-laayandex.ru, Ukraine, Lugansk, Lugansk branch of the Department of Mechanical Engineering DonNTU,

Petrov Aleksej Mihajlovich, engineer, deplaayandex.ru, Ukraine, Lugansk, Lugansk branch of the Department of Mechanical Engineering DonNTU,

Holoviatynska Vita Viktorovna, engineer, deplaayandex. ru, Ukraine, Lugansk, Lugansk branch of the Department of Mechanical Engineering DonNTU,

Petrov Mihail Grigor'evich, postgraduate, tma mech. dgtu. donetsk. ua, Ukraine, Donetsk, Donetsk National Technical University