68157

ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ПІДГОТОВКИ АВІАЦІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА СКЛАДНОПРОФІЛЬНИХ ВИРОБІВ НА БАЗІ АНАЛІТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕСУ ФОРМОУТВОРЕННЯ

Автореферат

Астрономия и авиация

Виникає необхідність у зміненні підходів до теорії формоутворення. Процеси формоутворення при цьому багато в чому визначаються керівними програмами аналітичними залежностями інтерполяційних функцій законами розгону й гальмування робочих органів обладнання. Крім того шляхом застосування аналітичних моделей...

Украинкский

2014-09-18

13.91 MB

4 чел.

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

«Харківський авіаційний інститут»

 

Бичков Ігор Валерійович

УДК 658.512.4: 629.73.002

ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ПІДГОТОВКИ АВІАЦІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА СКЛАДНОПРОФІЛЬНИХ ВИРОБІВ НА БАЗІ АНАЛІТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ
ПР
ОЦЕСУ ФОРМОУТВОРЕННЯ

Спеціальність 05.07.02 –
проектування, виробництво та випробування літальних апаратів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України.

Науковий консультант: доктор технічних наук

М’ялиця Анатолій Костянтинович,

Харківське державне авіаційне виробниче підприємство, м. Харків, генеральний директор.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Бичков Сергій Андрійович,

ДП «Антонов», м. Київ,

головний інженер;

доктор технічних наук, професор

Фадєєв Валерій Андрійович,

ДП «Харківський машинобудівний завод «ФЕД», м. Харків, головний інженер;

доктор технічних наук, доцент

Сорокін Володимир Федорович,

Харківський національний автомобільно-дорожній

університет «ХАДІ», м. Харків, професор кафедри технології машинобудування та ремонту машин.

 

 

Захист відбудеться «21» жовтня 2011 р. о 14 00 годині на засіданні
спеціалізов
аної вченої ради Д64.062.04 у Національному аерокосмічному
університеті ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» за а
дресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розісланий «15» вересня 2011 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вч
еної ради  О.М. Застела


Загальна характеристика рОботИ

Актуальність теми. Авіаційна промисловість є одним з пріоритетних напрямів розвитку економіки України. Конкуренція змушує виробників підвищувати якість виробів, зменшувати їх собівартість і терміни виходу на ринок. Ці чинники визначають вимоги до скорочення виробничих циклів і зниження їх трудомісткості, які істотно залежать від процедур підготовки та виконання формоутворювальних операцій щодо складнопрофільних виробів. Виникає необхідність у зміненні підходів до теорії формоутворення. Пріоритет віддається процесам і методам, що поєднують у собі суперечливі властивості високої продуктивності та гнучкості, що є дуже важливим в умовах дискретно-нестабільної програми випуску продукції вітчизняною авіаційною промисловістю.

У сучасних умовах сформульовані вимоги можна реалізувати з використанням обладнання під контролем систем числового програмного керування (СЧПК). Процеси формоутворення при цьому багато в чому визначаються керівними програмами, аналітичними залежностями інтерполяційних функцій, законами розгону й гальмування робочих органів обладнання. Скорочення часу формоутворювальних процесів досягається збільшенням контурної швидкості при дотриманні точності позиціонування оброблювальних інструментів, що диктує необхідність розроблення нових підходів до моделювання процесів і методів керування ними. Реалізація цих вимог обумовлює необхідність модернізації наявного устаткування й кваліфікованого наукового підходу до вибору нового. Крім того, шляхом застосування аналітичних моделей об'єктів і процесу формоутворення при технологічній підготовці виробництва створюються умови для значного зниження трудомісткості їх описування із забезпеченням необхідної інформативності. Тому тема дисертаційної роботи є актуальною й має велике практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації покладено матеріали, що узагальнюють дослідження, виконані автором у межах реалізації держбюджетних тем Національної академії наук України: Д/Р 0106U008611 «Формоутворення, його конструкторська і технологічна підготовка в машинобудуванні»; Д/Р 0111U001755 «Математичне та комп'ютерне моделювання геометричних і кінематичних особливостей траєкторій формоутворення при технологічній підготовці виробництва в машинобудуванні»; а також за договором з ХДАВП «Розробка керівного пристрою ЧПК та виготовлення дослідного зразка для модернізації верстатів типу ФП-7МН».

Зазначені науково-дослідні роботи, в яких автор брав участь як відповідальний виконавець, були базовими для підготовки та подання цієї дисертації.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є створення наукових основ технологічної підготовки авіаційного виробництва складнопрофільних виробів на базі аналітичних моделей процесу формоутворення.

Для реалізації поставленої мети було вирішено такі наукові та науково-прикладні задачі:

  •  дослідити загальні закономірності технології формоутворення, класифікувати процеси виготовлення складнопрофільних виробів за ознаками гнучкості й продуктивності в дискретно-нестабільних умовах авіаційного виробництва;
  •  дослідити і обґрунтувати поняття коректної постановки задач формоутворення;
  •  розробити теоретичні основи вирішення прямих і зворотних задач формоутворення в коректній їх постановці при технологічній підготовці авіаційного виробництва складнопрофільних виробів;
  •  створити методологію аналізу математичного забезпечення існуючих способів формоутворення на обладнанні з ЧПК;
  •  дослідити проблеми інформаційного забезпечення формоутворювальних процесів та сформулювати вимоги до комп'ютерної системи авіабудівного підприємства;
  •  створити на базі запропонованої методології нові програмні продукти і апаратні засоби для виконання формоутворювальних процесів в умовах серійного авіаційного виробництва із забезпеченням його інформаційного супроводження;
  •  розробити методи технологічної підготовки авіаційного виробництва складнопрофільних виробів із застосуванням комп'ютерного подання аналітичних моделей процесу формоутворення.

Об'єкт дослідження  технологічна підготовка авіаційного виробництва.

Предметом дослідження є формоутворювальні процеси підготовки виробництва складнопрофільних виробів.

 Методи дослідження. Виконані дослідження базуються на загальних основах технології виробництва літальних апаратів. Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях теорії машин і механізмів, функціонального аналізу. Для математичного моделювання технологічних систем і формалізації розв’язання поставлених задач використовувалися лінійна та векторна алгебра, аналітична геометрія, теорія сплайн-функцій, цілочислових функцій, інтерполяції, цифрових інтегральних методів, керування та комп'ютерного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в такому:

  •  вперше досліджено коректність постановки задач формоутворення, сформульовано методи аналізу формоутворювальних процесів і пошуку напрямів їхнього розвитку;
  •  набула подальшого розвитку теорія технологічної підготовки виробництва завдяки поданню формоутворювальних процесів послідовністю вирішення прямих і зворотних задач;
  •  удосконалено алгоритм методу цифрового диференціального аналізатора шляхом внесення корекції за методом оціночної функції, що дозволило розробити комбінований метод кругової інтерполяції і забезпечило стабільність контурної швидкості при необхідній точності позиціонування;
  •  вперше запропоновано дворівневу модель реалізації В-сплайн інтерполяції, що забезпечує гарантоване скорочення обсягів обчислювальних операцій на рівні керування формоутворювальними переміщеннями робочих органів обладнання в режимі реального часу при забезпеченні стабільності контурної швидкості й задоволенні вимог точності;
  •  удосконалено метод нелінійного керування швидкостями подач, що забезпечує збільшення величини робочих подач інструмента за рахунок поліпшення якості перехідних процесів при змінюванні швидкостей оброблення.
  •  продовжено розвиток методів описування процесів формоутворення із застосуванням аналітичних еталонів складнопрофільних виробів, багаторазове використання яких забезпечує зменшення трудомісткості етапів технологічної підготовки авіаційного виробництва.

Практичне значення одержаних результатів. Отримано аналітичні описи формоутворювальних переміщень робочих органів обладнання: інтерполяційні функції і закони керування швидкостями реалізовано в дворівневій системі ЧПК АВІ.04, яку використано при модернізації устаткування. В результаті досягнуто зменшення трудомісткості виготовлення серійних авіаційних деталей в 2,4 рази.

Розроблено методи технологічної підготовки виробництва складнопрофільних виробів, які реалізовано у відповідних модулях інформаційної системи «Океан» і було використано при виконанні етапів технологічної підготовки виробництва літаків Ан-140 та Ан-148 на ХДАВП, що дозволило зменшити в 2-2,5 рази трудомісткість описування процесів формоутворення при забезпеченні необхідної інформативності.

Моделювання конструкції для установки двигуна внутрішнього згоряння на легкі літальні апарати «Вулкан» МР-70 за допомогою аналітичних еталонів і підготовки виробництва на їх базі забезпечило зниження трудомісткості цих етапів в 2-3 рази.

Результати дисертаційної роботи прийнято у виробництво ХДАВП. Створено науково-технічну базу для виконання науково-дослідних робіт і підготовки фахівців у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «ХАІ».

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертації, що винесено на захист і викладено в 43 роботах, отримано здобувачем особисто. Дев'ять з цих робіт [, , , , , , , , ] виконано без співавторів. Чотири роботи [, , , ] написано в співавторстві з науковим консультантом, спільно з яким виконано постановку задач і проведено аналіз результатів досліджень. Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані з іншими співавторами, зазначено у списку публікацій.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційних досліджень доповідалися: на семінарах кафедри технології виробництва літальних апаратів Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» (Харків, 2001, 2002, 2011); міжнародних конференціях «Комп'ютерне моделювання» (Дніпродзержинськ, 1998, 1999, 2000); «Проблеми математичного моделювання» (Дніпродзержинськ, 2002); «Авіаційно-космічна техніка і технологія» (Харків, 2005), « Проблеми створення і забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки » (Харків, 2006, 2007, 2008, 2010); «Нові технології в машинобудуванні» (Рибаче, 2008).

Публікації. Результати дисертації опубліковано в 43 наукових роботах, з них 38 статті в журналах і збірниках наукових праць, видань, затверджених ВАК України, одній книзі; тезах трьох доповідей і одному патенті Росії.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, семи розділів і висновків. Повний обсяг дисертації містить 322 сторінки, у тому числі: 143 рисунки на 118 сторінках, 21 таблиць на 15 сторінках, список використаних джерел з 277 найменувань на 27 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі коротко описано сучасний стан проблеми і обґрунтовано актуальність дослідження, показано наукову новизну, практичну цінність роботи, особистий внесок здобувача, наведено відомості щодо апробації роботи, публікацій, структури і обсягу дисертації.

У першому розділі наведено огляд характерних ознак технологічної підготовки й виконання формоутворювальних процесів у машинобудуванні та відзначено їх особливості для авіаційного виробництва, до яких належать складні форми поверхонь виробів, їх значні габаритні розміри, високі вимоги до точності і якості.

Фундаментом поданого дисертаційного дослідження стали роботи Байкова В.Д., Богуслаєва В.О., Братухіна А.Г., Грановського Г.І.,
Кисельова В.М., Кривцова В.С., Кривова Г.А., Крисіна В.Н., Мажаєва С.С., Маталіна А.О., Месаровича М.Д., Меткіна Н.П., Митроф
анова С.П.,
М'ялиці А.К., Омельченко В.І., Раісова Ю.А., Ратмірова В.А., Родіна П.Р., Смірнова О.І., Соколовського О.П., Сосонкіна В.Л. та ін. У роботах цих авт
орів розглянуто загальносистемні питання, теоретико-методологічні основи сучасної технології формоутворення складнопрофільних виробів машинобудування, відзначено особливості стосовно авіабудування й приділено увагу технологічній підготовці  їх виробництва.

Проаналізовано здійснення процесів формоутворення, що виявило зв'язок послідовності взаємодії обладнання, оснастки, заготовки і інструменту з методами перетворення інформації про об'єкт виробництва. Зроблено висновок про два істотно різних способи реалізації цього процесу: виготовлення деталі або технологічної оснастки згідно із заданою моделлю геометрії з використанням універсальних інструментальних засобів – первинне формоутворення; виготовлення деталі з використанням оригінальної форми технологічної оснастки або спеціалізованих інструментальних засобів – копіювальне формоутворення. При технологічній підготовці авіаційного виробництва первинному формоутворенню складнопрофільних виробів приділяється особлива увага, саме воно визначає можливості щодо утворення форм і забезпечення якості продукції.

Під процесом формоутворення в машинобудуванні завжди малося на увазі виготовлення об'єкта згідно з інформацією про розміри й форму. Тому таке трактування віднесено до постановки прямої задачі формоутворення. Після виготовлення об'єкта виробництва виконуються процедури контролю для визначення ступеня відповідності форми й розмірів еталонним даним, що цілком може бути віднесено до зворотної задачі формоутворення. Необхідність вирішення прямих і зворотних задач формоутворення в процесі виробництва змушує розглядати питання щодо коректності їх постановки. Розглянуто проблеми описування геометрії об'єктів виробництва на етапах технологічної підготовки виготовлення та інформаційного супроводження формоутворення в процесі виробництва. Особливу увагу приділено формоутворенню на обладнанні з ЧПК, підготовці інформаційного забезпечення та якості керування органами руху верстата. Зроблено висновок про перевагу цього способу формоутворення для складнопрофільних виробів при невеликих партіях виготовлення, що характерно для вітчизняної авіаційної промисловості. Звернено увагу на використання в сучасних системах ЧПК класу CNC різних видів сплайн-інтерполяції: A-spline, B-spline, C-spline, NURBS та ін., а також на відсутність надійних методів забезпечення сталості контурної швидкості при використанні наведених методів інтерполяції.

Для вирішення цих проблем у дисертації сформульовано мету й задачі дослідження.

У другому розділі первинне формоутворення подано як результат організації локальної зони формоутворення і її переміщення в координатному просторі заготовки. Реалізацію формоутворення в умовах машинобудівного виробництва розглянуто як вирішення прямих і зворотних задач. Введено поняття коректності постановки задач формоутворення, проведено дослідження ступеня задоволення моделей об'єктів виробництва і процесів формоутворення умовам коректності. Сформульовано вимоги до моделей переміщення зон формоутворення стосовно обладнання з ЧПК. Результати досліджень, наведені в цьому розділі, опубліковано в роботах [, , , , , , , , , , ].

Дослідження проблем формоутворення при технологічній підготовці авіаційного виробництва обумовило поділ процесів на дві основні групи: первинне і копіювальне формоутворення (). До процесів первинного формоутворення належать процеси отримання об'єкта виробництва, що відповідає його моделі, за допомогою переміщень стандартного інструмента відносно заготовки. До процесів копіювального формоутворення – процеси, при яких деталі копіюють форму оснастки. Ці процеси, як правило, використовуються у разі окупності оснастки при порівнянні їх з процесами первинного формоутворення. Пропонований поділ стосується не фізичних принципів реалізації змінення форми, а способу отримання об'єкта виробництва шляхом генерації нових його форм або копіюванням вже виготовленої складної форми оснастки при встановленій необхідній партії деталей.

Рис. . Принципи реалізації формоутворення в авіабудуванні

У результаті розгляду різних способів первинного формоутворення було обґрунтовано використання поняття локальної зони формоутворення, а процес виготовлення деталі реалізується переміщенням цієї зони. Відзначено, що первинне формоутворення лежить в основі машинобудування, оскільки саме воно визначає його можливості при швидкому і якісному виготовленні об'єктів виробництва, в тому числі й генерації форм копіювальної оснастки. Розроблення моделі процесу первинного формоутворення полягає в описуванні параметрів локальної зони формоутворення й траєкторії переміщення цієї зони в координатах заготовки.

Показано, що первинне формоутворення містить вирішення прямих і зворотних задач. Під прямою задачею первинного формоутворення будемо розуміти перетворення заготовки в деталь за відповідною математичною моделлю або кресленням на заданому формоутворювальному обладнанні за допомогою вибраного інструмента стандартних форм. Зворотна задача формоутворення – отримання математичної аналітичної моделі або креслення, що описують реальну форму деталі (виробу) з метою порівняння її з еталонною моделлю при виконанні операції контролю.

Указано на доцільність застосування поняття коректності постановки задач формоутворення. Відзначено, що при практичній реалізації більшості задач формоутворення порушується одна з умов коректності – відсутність одиничності рішення. Для вирішення таких задач вводяться додаткові дані для змінення постановки задачі.

Досліджено прямі задачі формоутворення на авіабудівних підприємствах і сформульовано необхідні умови їх постановки: показано пріоритетність реалізації формоутворювальних процесів складнопрофільних виробів на обладнанні з ЧПК, обґрунтовано змінення статусу аналітичних моделей об'єктів виробництва на еталонний.

Показано залежність зниження трудомісткості процесів формоутворення на обладнанні з ЧПК від величини контурної швидкості подач і ступеня її сталості, точності інтерполяції уздовж контуру, точності виходу в кінцеву точку.

Відзначено, що широке використання сплайнової геометрії в CAD-системах забезпечує успіх їх застосування при описуванні складнопрофільних виробів авіабудування. Доведено необхідність застосування сплайн-інтерполяції при формоутворенні таких об'єктів. У результаті досліджень встановлено потребу в розробленні методів забезпечення сталості контурної швидкості при сплайн-інтерполяції, оскільки постійний крок обчислень за параметром не гарантує сталості контурної швидкості в площині XY або просторі XYZ.

Виявлено, що лінійний закон змінювання швидкості при розгоні та гальмуванні застосовується сьогодні в більшості устаткування з ЧПК, яке знаходиться в експлуатації. При такому керуванні динамічні помилки й коливальність системи є значними, що призводить до зниження робочих швидкостей подач для отримання необхідної якості оброблення. Показано доцільність використання S-подібних законів розгону-гальмування. Коректна постановка задачі формоутворення при цьому обумовлює наявність простого алгоритму знаходження всіх основних характеристик такого руху для забезпечення мінімального часу розрахунків. Цю вимогу можна задовольнити за умови симетричності S-подібної кривої відносно прямої, що з'єднує початкову та кінцеву точки графіка змінення швидкості ().

Рис. . Графік розгону за S-подібним законом

Виконано дослідження коректності геометричних вимірювань оброблених поверхонь за допомогою тактильних головок різних форм. Наведено приклади некоректної постановки зворотних задач формоутворення і умови їх змінення. Зроблено висновок про можливість проведення технологічних вимірювань на обладнанні з ЧПК, яке експлуатується підприємствами, що дозволяє отримувати вихідну інформацію для організації процедур контролю.

У третьому розділі наведено методи моделювання об'єктів виробництва й процесів формоутворення для забезпечення вирішення прямих і зворотних задач. Виконано доповнення аналітичного еталона деталі моделями властивостей поверхні і характеристик матеріалів. Інформаційне забезпечення складальних операцій реалізовано побудовою аналітичного еталона складання. Змінення об'єкта в процесі виробництва й на подальших етапах його життєвого циклу відображено аналітичним еталоном виробу. Виконання контрольних операцій реалізовано побудовою аналітичного портрета об'єкта виробництва за результатами контрольних вимірів і його порівнянням з аналітичним еталоном. Результати досліджень опубліковано в роботах [, , , , , , , ].

Для ідентифікації моделей геометрії об'єктів виробництва, побудованих у середовищі CAD/CAM-систем, використано термін «аналітичний еталон деталі». Оскільки ця модель не передає характеристик якості й точності поверхонь деталі та інших конструкторських і технологічних вимог, то ці функції залишилися за кресленням. Для подолання некоректності опису об'єкта виробництва введено відповідні додаткові моделі: покриття, точності, шорсткості, твердості, допусків положення, властивостей матеріалу, що дозволяє надати необхідну інформацію у виробничі підрозділи без використання креслення.

Описування зібраного об'єкта виробництва реалізовано за допомогою аналітичного еталона збірної одиниці, який містить: модель системи координат виробу; склад виробу й посилання на аналітичні еталони деталей; координати і орієнтацію аналітичного еталона кожної деталі, що входить до  збірної одиниці. Таку модель складання реалізовано засобами CAD/CAM-систем, де формуються аналітичні еталони кожної деталі (номенклатурної одиниці) зібраного виробу.

Протягом життєвого циклу серійного виробу авіаційного виробництва відбуваються змінення форми об'єкта виробництва і експлуатації, що має бути описано відповідними моделями. Сукупність цих моделей, розташованих у хронологічній послідовності від початку запуску виробу у виробництво до його утилізації, об'єднано поняттям «аналітичного еталона виробу» (АЕВ).

Після закінчення всіх складальних робіт звернено увагу на АЕВ, який описує результат виконання всіх процесів формоутворення, у тому числі й складальних, у результаті яких відбувається змінення геометрії з'єднувальних елементів. Це обумовлює необхідність зберігання як мінімум двох моделей таких елементів. Для подолання неоднозначності геометричного опису елементів формується аналітичний еталон складального комплекту, в який входять усі елементи конструкції (у тому числі й з’єднувальні) в стані їх поставки або після останньої технологічної операції, що забезпечує коректність постановки задачі формоутворення.

Відзначено, що для складальних робіт в авіабудуванні є характерним використання деталей малої жорсткості – обшивок, стрингерів, нервюр. Складальний пристрій – стапель – одночасно виконує формоутворювальну функцію. Панелі і обшивки, які в нього встановлюються, згинаються до стану, при якому вони прилягають до рубильників стапеля, тобто копіюють їхню форму після закінчення складання. Показано, що модель процесу формується з опису відомого стану виробу (СВI) в певний момент часу.

Для правильного вибору напрямку процесу, що розробляється, необхідно використовувати сукупність моделей такого відомого стану:

СВi+1 = АЕВ(ti+1).

Опис переходу з СВI до СВi+1 є моделлю цього процесу.

Візуалізація моделі процесу шляхом моделювання об'єкта виробництва, обладнання, оснастки, інструмента дозволяє наочно подати основні дані, необхідні й розробникові технологічного процесу, й виконавцеві робіт ().

Рис. . Підготовка до складальної операції

Показано, що при вирішенні зворотних задач формоутворення використовується аналітичний портрет геометрії деталі як модель, побудована за результатами вимірювань для описання форми й розмірів реального виробу в системі координат аналітичного еталона, що необхідно при виконанні процедур контролю шляхом порівняння двох моделей.

У четвертому розділі наведено результати розроблення методів й алгоритмів реалізації лінійної та кругової інтерполяції, сплайн-інтерполяції, керування швидкістю приводів, виходу в кінцеву точку ділянки при умові коректної постановки прямої задачі формоутворення. Результати цього розділу опубліковано в роботах [, , , ,  – ].

Розроблено лінійно-круговий інтерполятор, що дозволяє одержати розрахункову точність в одну дискрету незалежно від радіуса дуги кола й заданої швидкості інтерполяції (). Високу точність інтерполяції отримано шляхом сполучення функцій основного обчислення координат за методом цифрового диференціального аналізатора з їхньою корекцією за методом оціночної функції.

Рис. . Залежність радіальної похибки від радіуса кола при постійному кроці інтерполяції  (H=20 d/такт)

Для виходу в кінцеву точку ділянки інтерполяції розроблено метод, що ефективно працює при сталій контурній швидкості.

Розроблено також метод нелінійного керування швидкостями подач в режимах розгону й гальмування шляхом створення блоку швидкості з S-подібним законом керування (), що забезпечило збільшення діапазону робочих подач і зменшення трудомісткості формоутворювальних операцій на обладнанні з ЧПК.

Рис. . S-подібний закон змінення швидкості при розгоні та гальмуванні

Для скорочення часу обчислень реалізовано табличну форму зберігання результатів попередніх розрахунків потактових збільшень швидкості при керуванні за S-подібним законом в режимах розгону та гальмування.

З усієї безлічі подавань сплайнів у роботі приділено увагу В-сплайнам, оскільки вони формують теоретичну основу NURBS, однак мають самостійну сферу застосування. Їхня особливість – у способі задання через координати точок контрольного полігона. Розглянуто загальний метод В-сплайн інтерполяції. Розроблено алгоритм методу, на конкретному прикладі показано його працездатність і достатню точність при відносно невеликих зміненнях радіуса кривизни, що свідчить про достовірність результату. Розрахункові дані демонструють можливість В-сплайн кривої відтворити дугу кола радіусом R = 100d при кроці інтерполяції H = 15,7d () з радіальної похибкою R ≤ 0,89 d.

Рис. . Контрольний полігон та інтерполяційна крива, які розраховано з кроком H = 15,7 d за загальним методом сплайн-інтерполяції

Розглянуто метод кубічної В-сплайн інтерполяції, оснований на загальному підході. Показано, що, не дивлячись на збільшення розмірності вузлового вектора й числа контрольних точок, кількість рівнянь системи не зростає, тобто спрощується розв’язання системи рівнянь щодо визначення контрольних точок.

Проаналізовано частинний метод кубічної В-сплайн інтерполяції і показано, що він забезпечує високу стабільність контурної швидкості вздовж всієї сплайн-кривої і має гарні перспективи використання у системах ЧПК.

Звернено увагу на раціональність подання сплайнової кривої у вигляді

де  – точки контрольного полігону; U – параметр, визначений в інтервалі (0,1);  – базисні функції ступеня p.

Аналіз отриманих результатів показав необхідність реалізації В-сплайн інтерполяції в два етапи, де на другому етапі сплайн-крива подається у вигляді багаточленів ступеня p у кожному вузловому інтервалі, які при p = 3 приймають вигляд

,

де A, B, C, D – коефіцієнти полінома.

Розроблено метод обчислення коефіцієнтів багаточлена, які розраховуються на верхньому рівні для кожного вузлового інтервалу:

На нижньому рівні виконується розрахунок багаточлена, що забезпечує скорочення обсягу обчислювальних процедур при керуванні формоутворенням в режимі реального часу. Наведено приклад, який підтверджує достовірність отриманих результатів.

У п'ятому розділі продемонстровано можливість виконання технологічних вимірювань на обладнанні з ЧПК, яке експлуатується підприємствами, для реалізації процедур контролю при використанні функцій CAD-систем. Подано постановку задачі контролю на робочому місці оператора обладнання з ЧПК і її вирішення. Наведено методику попереднього оброблення результатів вимірювань та розроблено метод сплайн-апроксимації масиву точок кривої. Обґрунтовано потребу підвищення ефективності застосування обладнання з ЧПК за рахунок розширення його функціональних можливостей шляхом вирішення зворотних задач формоутворення. Досліджено широке коло виробничих завдань, що дозволило істотно доповнити клас зворотних задач формоутворення. Результати, наведені в розділі, опубліковано в роботах [, , , , , , , , , ].

Показано можливість виконання технологічних вимірювань на обладнанні з ЧПК після проведення його модернізації, що дозволяє отримати об'єктивну інформацію для реалізації процедур контролю. Наведено приклад вирішення зворотної задачі формоутворення на обладнанні з системою ЧПК при використанні функцій CAD-систем (). Відзначено необхідність забезпечення інформаційної взаємодії двох систем для скорочення часу вирішення задачі контролю, який  не мусить багаторазово перевищувати процедуру формування масиву виміряних точок поверхні деталі.

Реалізовано метод оброблення результатів вимірювань поверхні деталі, виготовленої на обладнанні з ЧПК, одержаних за допомогою сферичної тактильної головки. Цей метод дозволяє побудувати безліч точок, що належать R-еквідистантній поверхні. Розроблено процедуру апроксимації масиву точок алгебраїчною сплайновою поверхнею й побудови шуканої поверхні об'єкта виробництва, тобто одержано портрет реально існуючої поверхні.

Рис. . Побудова еквідистантної поверхні: 1 – вихідна складнопрофільна поверхня; 2 – еквідистантна поверхня

Відзначено виробничу необхідність виконання оперативного технологічного контролю на робочому місці оператора обладнання з ЧПК і сформульовано умови постановки задачі. Вказано на проблеми оброблення великих обсягів даних, для вирішення яких проводиться поділ точково заданих кривих на окремі ділянки, розміри яких дозволяють виконати їх оброблення у відведений для цього час. За результатами досліджень вимірювань розроблено метод сплайн-апроксимації масиву точок кривої з попереднім обробленням даних перед їх апроксимацією. Наведено приклад, який демонструє достовірність методу.

Обґрунтовано потребу підвищення ефективності застосування обладнання з ЧПК за рахунок розширення його функціональних можливостей шляхом вирішення зворотних задач формоутворення. Наведено приклад, де при виготовленні технологічної оснастки використано верстат з робочою зоною, розміри якої менше габаритів оброблюваної поверхні.

Досліджено коло виробничих завдань, які за своєю постановкою не можуть бути віднесені до прямих, і показано їхній функціональний та інформаційний зв'язок із зворотними задачами. Проведений аналіз дозволив доповнити клас зворотних задач формоутворення.

У шостому розділі виконано дослідження реалізації технологічної підготовки виробництва, що дозволило подати етапи, пов'язані з формоутворенням, як послідовність прямих і зворотних задач. Розроблено вимоги до інформаційного забезпечення процесів формоутворення і інформаційної системи підприємства. Показано доцільність реалізації дворівневої системи ЧПК для виконання завдань модернізації формоутворювального обладнання серійного авіаційного виробництва. Результати опубліковано в роботах [, ,   , , ,   , , , , , , ].

За результатами досліджень зроблено висновок про доцільність подання формотворчих процесів, що розробляються на етапі технологічної підготовки виробництва, послідовністю прямих і досить широкого класу зворотних задач формоутворення. Наприклад, пряма задача формоутворення при складанні центроплана () нерозривно пов'язана із зворотною задачею проектування відповідного стапеля (), оскільки для формування моделі процесу складання центроплана необхідна модель складальної оснастки, замість якої використовується аналітичний еталон стапеля. Завдання виготовлення стапельної оснастки містить також пряму й зворотну задачі.

Пряма задача полягає у виготовленні стапеля за інформацією його аналітичного еталона і розробленими з цією метою процесами формоутворення.

Рис. . Зображення аналітичного еталона центроплана АН-148

Підсумком вирішення зворотної задачі є порівняння визначених параметрів аналітичного еталона і його портрета, що дозволяє прийняти рішення про якість оснастки:

|F(АЕст)  Fст) | < F(Δ).

Рис. . Зображення аналітичного еталона стапеля збирання

центроплана

Послідовність вирішення прямих і зворотних задач формоутворення на стадії виробництва авіаційної техніки й при технологічній її підготовці наочно показано на .

Рис. . Послідовність вирішення прямих і зворотних задач формоутворення при технологічній підготовці авіаційного виробництва,
ПЗ – пряма задача, ЗЗ – зворотна задача, МП – модель процесу, П – пор
трет, АЕ – аналітичний еталон

Сформульовано перелік вимог до комп'ютерної інформаційної системи авіабудівного підприємства.

Відзначено подвійність технологічного процесу його багатоваріантність при проектуванні та єдиність у виробничому процесі. Протиріччя долається шляхом використання дворівневої інформаційної системи підприємства, яка здатна забезпечити відділення процесу пошуку раціональних варіантів технологічних рішень від задачі надання всім учасникам виробничого процесу необхідної інформації про єдиний, прийнятий до реалізації, варіант.

Вказано на необхідність побудови аналітичних моделей формоутворювального обладнання при моделюванні відповідних процесів на етапі технологічної підготовки виробництва (). У сучасних умовах цю задачу можна  вирішити засобами CAD/CAM-систем без значних трудовитрат. Використання цих моделей при виконанні багатьох виробничих завдань забезпечує зниження трудомісткості їх реалізації.

Показано, що розроблення формоутворювальних процесів з використанням аналітичних моделей викликає необхідність врахування відмінності між реальними і еталонними процесами. В результаті виконаного аналізу зроблено висновок про доцільність виділення в окремий етап процесу переходу від еталонних моделей оснастки та моделей формоутворювальних процесів до реального обладнання цехів.

Рис. . Технологічний процес на робочому місці оператора

Завершується розділ наведенням результатів дослідження експлуатаційних характеристик систем ЧПК із застосуванням виконаних розробок. Введення алгоритмів сплайн-інтерполяції та керування нелінійними законами швидкостей приводів до математичного забезпечення дозволяє обґрунтувати необхідність реалізації дворівневої структури СЧПК ().

Рис. . Структура комплексу «Підприємство  Цех  СЧПК»

Зв'язок верхнього рівня СЧПК з інформаційною системою цеху створює технічну основу для супроводження вирішення прямої і зворотної задач формоутворення.

У сьомому розділі викладено досвід виконання завдань технологічної підготовки виробництва складнопрофільних деталей з керуванням устаткуванням від СЧПК при вирішенні прямих і зворотних задач формоутворення. Досліджено стабільність контурної швидкості при використанні методів сплайн-інтерполяції. Подано результати формування моделей складальних технологічних процесів на основі аналітичних еталонів деталей та збірних одиниць відзначено зниження трудомісткості їх розроблення. Результати, наведені в цьому розділі, опубліковано в роботах [, , , , , , , , , , , , , ].

В умовах серійного авіаційного виробництва перспективним напрямком удосконалення процесів формоутворення на обладнанні з ЧПК є збільшення контурної швидкості робочих органів обладнання при забезпеченні необхідної точності їхнього позиціонування. З цією метою виконано модернізацію обладнання з ЧПК із застосуванням розроблених методів інтерполяції та керуванням швидкостями подач приводів за нелінійними законами
().

Рис. . Модернізований верстат ФП-7СМН5 з СЧПК АВІ.04

Достовірність результатів досліджень підтверджено порівнянням характеристик процесів виготовлення кронштейна () і кришки люка () за вихідною й прискореною керівними програмами. 

Рис. . Процес виготовлення серійного кронштейна

При виготовленні люка час оброблення було скорочено в 2,4 рази, щодо кронштейна трудомісткість було зменшено в 2,5 рази.

Рис. . Процес виготовлення кришки люка-лазу на модернізованому верстаті ФП-7СМН5

Виконано дослідження властивостей алгоритмів сплайн-інтерполяції щодо підтримання сталості контурної швидкості. На  показано траєкторії, отримані з використанням загального та частинного методів В-сплайн інтерполяції точково заданих кривих.

Рис. . Приклад побудови кривої згідно із загальним та частинним методами B-сплайн інтерполяції, – точки контрольного полігону

Графіки змінення контурної швидкості для двох методів інтерполяції зображено на . Частинний метод порівняно із загальним дозволив зменшити величину відхилень швидкості в 3 рази й забезпечив дотримання обмеження ± 10%. Цей метод може підтримувати достатню для практики стабільність контурної швидкості без будь-яких додаткових заходів, що свідчить про перспективність його застосування. 

Рис. . Графіки змінення контурної швидкості інструмента

Аналіз отриманих результатів обумовив необхідність розроблення методу стабілізації контурної швидкості при реалізації спільного алгоритму В-сплайн інтерполяції, для чого виявилося корисним подання сплайна у вигляді полінома ступеня p. В основі методу лежить корекція кроку інтерполяції за параметром на величину Δh(U)= δH/VK+1, де VK+1 значення швидкості в початковій точці чергового кроку. Наведено реалізацію цього методу й на
показано результати його застосування.
 

Рис. . Графіки швидкості при відпрацюванні: 1 – сплайна дуги кола;
2 – сплайна, зображеного на ;  3 – сплайна зі слабко вираженою сідл
овиною

Контурна швидкість практично залишається сталою на всій довжині сплайна, тому запропонований алгоритм загального методу B-сплайн інтерполяції забезпечує стабільність контурної швидкості, що дає можливість застосовувати його на практиці.

Показано вирішення зворотної задачі формоутворення, в процесі виконання якого було проведено технологічні вимірювання безпосередньо на формоутворювальному обладнанні з ЧПК після виготовлення деталей зі складними поверхнями. Отримані результати послужили вихідною інформацією для формування портрета виготовленої деталі та виконання його порівняння з аналітичним еталоном.

Відзначено результати тестування технічної підготовки виробництва дослідної партії двигунів для легких літальних апаратів «Вулкан» МР-70 з використанням аналітичних еталонів і моделей процесів, що забезпечило зниження трудомісткості етапів в 2-3 рази.

Наведено результати технологічної підготовки виробництва центроплана літака Ан-148 з використанням інформаційної системи «Океан», подано технологічний процес складання нервюри, встановлення її на центроплан на основі аналітичних еталонів деталей, збірних одиниць та оснастки. Зроблено висновок про зниження трудомісткості розроблення технологічних процесів при забезпеченні необхідної інформативності.

ВИСНОВКИ

Виконаний у роботі комплекс теоретичних і прикладних досліджень дозволив обґрунтувати концепцію створення основ технологічної підготовки авіаційного виробництва на базі аналітичних моделей процесу формоутворення. У межах цього підходу отримано такі результати.

1. Вперше досліджено коректність постановки задач формоутворення і розроблено методи аналізу прямих і зворотних задач.

2. Проведені дослідження формоутворювальних операцій технологічної підготовки авіаційного виробництва дозволили реалізувати інформаційне супроводження цих процесів як послідовність вирішень прямих і зворотних задач.

3. Сформульовано вимоги до організації комп'ютерної системи підприємства, що дозволило реалізувати їх у вигляді програмного комплексу «Океан» для інформаційного супроводження процесів формоутворення при технологічній підготовці авіаційного виробництва.

4. Розроблено комбінований метод лінійно-кругової інтерполяції з використанням переваг методів цифрового диференціального аналізатора і оцінюваної функції, що забезпечило стабільність контурної швидкості у всьому діапазоні допустимих ЕК сплуатаційних параметрів при задоволенні вимог точності формоутворення.

5. Розроблено ефективний алгоритм керування швидкостями подач в режимах розгону й гальмування за S-подібним законом, в якому використано табличну форму зберігання результатів попередніх розрахунків потактових збільшень швидкості, що істотно скорочує обсяг обчислень при керуванні в режимі реального часу.

6. Вперше розроблено дворівневу модель реалізації В-сплайн інтерполяції, що забезпечує стабільність контурної швидкості й задану точність позиціонування при гарантованому скороченні обсягів обчислювальних операцій на рівні керування переміщеннями робочих органів обладнання в режимі реального часу.

7. Зменшено трудомісткість виконання контрольних операцій з одночасним підвищенням точності вимірювальних процедур, дано рекомендації щодо вирішення зворотних задач формоутворення при виконанні оперативного технологічного контролю на обладнанні з ЧПК, для чого розроблено метод попереднього оброблення результатів вимірювань з наступною сплайн-апроксимацією масиву точок.

8. Проведений комплекс робіт з технологічної підготовки виробництва центроплана Ан-148 з використанням інформаційної системи «Океан» показав, що трудомісткість моделювання процесу складання центроплана і окремих його вузлів на основі наявних аналітичних еталонів, а також аналітичних моделей формоутворювального устаткування, оснастки, інструмента значно знижується (в 2-2,5 рази) за рахунок багаторазового використання аналітичних моделей, забезпечуючи при цьому наочність процесів, що відбуваються.

9. Продемонстровано необхідність виділення в окремий етап технологічної підготовки виробництва всіх процедур корекції при переході від еталонних моделей виробів, устаткування і оснастки до реальних об'єктів, що сприяє підвищенню якості формоутворювальних процесів в умовах серійного виробництва.

10. Розроблено, виготовлено й введено в експлуатацію дворівневу систему ЧПК АВІ.04, у програмному забезпеченні якої використано розроблені методи вирішення задач формоутворення, що дозволило збільшити швидкості робочих подач в 2,4-2,5 рази при виготовленні серійних складнопрофільних деталей.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Анализ модифицированного кругового интерполятора / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, Н. И. Бычков, Н. В. Олещук //Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2009.– № 3. – С. 76 – 78. Здобувачем виконано постановку задачі і одержано аналітичні залежності координат від вхідних параметрів.
  2.  Бут Е. Н. Зона формообразования в процессах формирования поверхности детали / Е. Н. Бут, И. В Бычков, А. К. Мялица // Вопросы проектирования и производства летательных аппаратов: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 4(55). – Х., 2008. – С 35 – 39.
  3.  Бычков И. В. Анализ формообразующих процессов на оборудовании с ЧПУ и изменение условий постановки прямой задачи /И.В. Бычков // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 2(66).
    – Х., 2011. – С. 134 – 140.
  4.  Бычков И. В. Прямая и обратная задачи формообразования / И. В. Бычков, А. К. Мялица, С. А. Третьяков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 14. – Х., 2002. – С. 9 – 14.
  5.  Бычков И. В. Пути сокращения времени освоения технологии выпуска новых изделий в серийном производстве / И.В. Бычков, С.М. Иванов, Н. А. Лысых // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ».  – Вып. 23. – Х., 2004. – С. 36 – 47. Здобувачем виконано постановку задачі, оброблено й проаналізовано результати, проведено їх обговорення.
  6.  Бычков И. В. Сравнительный анализ измерительных систем координатно-измерительной машины и фрезерного станка с ЧПУ / И. В. Бычков, П. О. Науменко // Авиационно-космическая техника и технология: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 39/4. – Х., 2003.– С. 71 – 75. Здобувачем виконано постановку задачі, оброблено й проаналізовано результати, проведено їх обговорення.
  7.  Бычков И. В. Геометрический аспект процесса первичного формообразования / И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 46. – Х., 2010. – С. 128 – 136.
  8.  Бычков И. В. Информационное обеспечение машиностроительного производства / И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 30. – Х., 2006. – С. 107 – 111.
  9.  Бычков И. В. Информационное сопровождение конструкторской подготовки производства на машиностроительных предприятиях / И. В. Бычков, Ю. В. Ващук // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 20. – Х., 2003.– С. 135 – 147. Здобувачем виконано постановку задачі, а також поділення конструкторської інформації на потоки.
  10.  Бычков И. В. Информационное сопровождение процесса производства на машиностроительных предприятиях / И. В. Бычков, Ю. В. Ващук, В. Ф. Андрусик // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ».– Вып. 22. – Х., 2003. – С. 61 – 71. Здобувачем виконано постановку задачі, оброблення результатів, їх  аналіз й обговорення, а також описування виробничого процесу послідовністю аналітичних еталонів.
  11.  Бычков И. В. Информационное сопровождение технологической подготовки производства на машиностроительных предприятиях / И. В. Бычков, Ю. В. Ващук // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 21. – Х., 2003. – С. 35 – 46. Здобувачем виконано постановку задачі, пошук стану об’єкта виробництва за допомогою його аналітичного еталона.
  12.  Бычков И. В. Многовариантность технологических процессов и корректная постановка задач формообразования / И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 48. – Х., 2010.
    – С. 45 – 50.
  13.  Бычков И. В. Модуль «Геометрическое моделирование» информационной системы машиностроительного предприятия / И. В. Бычков, Ю. В. Ващук // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 19. – Х., 2003. – С. 226 – 239. Здобувачем виконано постановку задачі, оброблено і проаналізовано одержані результати, сформульовано поняття «аналітичний еталон виробу».
  14.  Бычков И. В. Обратная задача формообразования и ее применение в технологии самолетостроения / И. В. Бычков, А. К. Мялица // Авиационно-космическая техника и технология: сб. науч. тр. Гос. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 18. – Х., 2000. – С. 147 – 153.
  15.  Бычков И. В. Описание объекта производства для корректной постановки задачи формообразования / И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац.
    аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 45. – Х., 2010.
    – С. 129–135.
  16.  Бычков И. В. Переустановка детали с использованием позиционирующей координатной системы станка в качестве измерительной / И. В. Бычков, П. О. Науменко // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 27. – Х., 2005. – С. 219 – 224. Здобувачем виконано постановку задачі,а також запропоновано метод розширення функціональних можливостей обладнання.
  17.  Бычков И. В. Применение эквидистантных областей для технологического контроля поверхностей общего вида / И. В. Бычков, П. О. Науменко // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 29. – Х., 2005.– С. 5 – 10. Здобувачем виконано постановку задачі, запропоновано застосовувати еквідистантні області допусків для вирішення зворотної задачі формоутворення.
  18.  Бычков И. В. Проблемы компьютерных информационных систем промышленных предприятий и пути их решения / И. В. Бычков, В. Ф. Андрусик, Ю. В. Ващук // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 16. – Х., 2003.– С. 124 – 135. Здобувачем виконано постановку задачі, запропоновано схему функціональної взаємодії основних складових інформаційної системи «Океан».
  19.  Бычков И. В. Решение прямой задачи формообразования  на оборудовании с ЧПУ в условиях авиационного предприятия / И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 50. – Х., 2011.– С. 47 – 53.
  20.  Бычков И. В. Решение прямых и обратных задач формообразования – основа технологической подготовки производства / И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – 2011. – Вып. 49.
    – С. 116 – 123.
  21.  Бычков И. В. Состояние изделия в течение его жизненного цикла / И. В. Бычков, Ю.В. Ващук // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 18. – Х., 2003. – С. 111 – 122. Здобувачем виконано постановку задачі, сформульовано відміну понять життєвого циклу об’єкта виробництва від його моделі, проаналізовано і обговорено результати.
  22.   Бычков И. В. Формообразование и его информационное сопровождение в условиях производственного предприятия / И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 47. – Х., 2010. – С. 84 – 91.
  23.  Бычков И. В. Фрезерный станок с СЧПУ «Интерполятор-2» и приставкой «Сканер-2» как средство технологического контроля / И. В. Бычков, Ю. В. Ващук, П. О. Науменко // Авиационно-космическая техника и технология: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ».
    – Вып. 38/3. – Х., 2003.– С. 147 – 152.
     Здобувачем виконано постановку задачі, оброблено й проаналізовано результати, проведено їх обговорення.
  24.  Бычков И.В. Корректная постановка задач формообразования для оборудования с ЧПУ / И. В. Бычков // Технологические системы. – 2011. – № 2.
    – С. 22– 28.
     
  25.  Возможные варианты передачи технологической информации от конструктора к технологу в аналитическом эталоне / С. А. Третьяков, А. С. Борцов, И. В. Бычков, В. В. Прусенко // Авиационно-космическая техника и технология: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 33. – Х., 2002. – С. 296 – 301. Здобувачем виконано постановку задачі, запропоновано використати колір і графічні фактури CAD-систем для передачі технологічної інформації.
  26.  Комбинированный алгоритм круговой интерполяции / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, В. В. Комбаров, Е. В. Комбарова // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті.  2005. – № 6. – С. 47 – 51. Здобувачем виконано розроблення процедури розрахунків поправок до координат і прирощень.
  27.  Мялица А. К. Корректные и некорректные постановки задач формообразования / А. К. Мялица, Е. Н. Бут, И. В. Бычков // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 39. – Х., 2008. – С. 6 – 13.
  28.  Оформление технологических процессов методом компьютерного проектирования с использованием аналитических эталонов / С. А. Третьяков, А. С. Борцов, И. В. Бычков, В. В. Прусенко // Технологические системы. – 2002. – № 4. – С. 21 – 26. Здобувачем виконано постановку задачі й  розроблено метод описування складального процесу з використанням аналітичних еталонів об’єкта виробництва і оснастки.
  29.  Раисов Ю. А. В-сплайн интерполятор со стабильной контурной скоростью для систем ЧПУ / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, Н.И. Бычков // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2010. – № 2.
    – С. 26 – 31.
     Здобувачем виконано постановку задачі, розроблено метод стабілізації контурної швидкості при використанні В-сплайн інтерполяції.
  30.  Раисов Ю. А. В-сплайн интерполяция для двухуровневых систем ЧПУ / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, П. А. Кулаков // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2008. –5 – 6.– С. 71 – 74. Здобувачем виконано постановку задачі, розроблено алгоритм поділення процесу В-сплайн інтерполяції на два окремих.
  31.  Раисов Ю. А. Корректная постановка задачи формообразования при реализации В-сплайн интерполяции / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, Н. И. Бычков //Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті.
    – 2010. –5 6.– С. 33 – 38. Здобувачем виконано постановку задачі і оцінювання коректності ії постановки.
  32.  Раисов Ю. А. Кубическая В-сплайн интерполяция точечно-заданных кривых (модификация общего метода) / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков,
    Н.И. Бычков // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті.
    – 2011.
     – № 2. – С. 73 – 78. Здобувачем виконано постановку задачі, сформульовано особливості  реалізації кубічної В-сплайн інтерполяції.
  33.  Раисов Ю. А. Реализация S-образных законов управления скоростью подач в устройстве ЧПУ АВИ.04 / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, Н. И. Бычков // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті.
    – 2010. – № 1
    . – С. 8 – 11. Здобувачем виконано постановку задачі, запропоновано алгоритм використання табличних даних попередніх потактових розрахунків швидкості, аналіз й обговорення результатів. 
  34.  Раисов Ю. А. Точный линейно-круговой интерполятор для систем формообразования в машиностроении / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, В. В. Комбаров // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2007. – № 1. – С. 12 – 18. Здобувачем виконано модифікацію процедури корекції координат, аналіз й обговорення результатів. 
  35.  Раисов Ю. А. Компьютерное моделирование модифицированного кругового интерполятора / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, Н. И. Бычков // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2009. – № 1.
    – С. 54 – 59. Здобувачем виконано постановку задачі, запропоновано проводити корекцію за радіальним напрямком, виконано аналіз й обговорення одержаних результатів.
  36.  Раисов Ю.А. Простой способ выхода в конечную точку участка при интерполяции с многоразрядными приращениями / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2006. – № 2. – С. 20 – 21. Здобувачем виконано постановку задачі, оброблено й проаналізовано результати, проведено їх обговорення.
  37.  Раисов Ю.А. Управление скоростью приводов подачи по S-образным законам для систем CNC / Ю. А. Раисов, И. В. Бычков, В. В. Комбаров // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – 2006. – №  1.
    С. 24 – 28. Здобувачем виконано оцінювання придатності квадратичного, кубічного і експоненціального законів.
  38.  Устройство питания индуктивных датчиков обратной связи в станках с ЧПУ / И. В. Бычков, С. В. Постульга, О. С. Рубель, В. Н. Спасский // Вестн. НТУ "ХПИ". Сер. Автоматика и приборостроение: сб. науч. тр. Нац. техн. ун-та «ХПИ». – № 36. – Х., 2007. – C. 37 – 43. Здобувачем виконано постановку задачі, аналіз й обговорення одержаних результатів.
  39.  Пат. 2081338 Российская Федерация, МПК6 F02B61/04, F02B61/06. Винтомоторная установка для лёгкого летательного аппарата / Бычков И.В., Бушманов П.Ф., Комбаров В.В., Мануйленко В.П., Тимчук С.А.; Заявитель и патентообладатель Акционерное общество закрытого типа "Лапрус" (RU). – № 93051617/11; заявл. 05.11.1993; опубл. 27.11.2001, Бюл. № 33. – 5 с.  Здобувачем  запропоновано конструктивне оформлення вихідного валу двигуна.
  40.  Бычков И. В. Некоторые проблемы освоения CALS-технологий на авиационных предприятиях / И. В. Бычков, В. В. Комбаров // Информационные технологии в наукоемком машиностроении: компьютерное обеспечение индустриального бизнеса / под общ. ред. А.Г. Братухтна. – 2001.
    – С. 178 – 184. Здобувачем запропоновано схему інформаційних потоків у виробничому підрозділі при формоутворюванні на обладнанні з ЧПК.
  41.  Бут Е. Н. Некорректность прямой и обратной задач формообразования / Е. Н. Бут, И. В. Бычков // Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авiацiйної техніки: тез. доп. Міжнар. наук.-практ. конф. 27 – 28 квітня 2006 р. – Харків, 2006. – С. 58.
  42.  Бут Е.Н. Прямая и обратные задачи формообразования / Е. Н. Бут, И. В. Бычков // Авіаційно-космічна техніка і технологія: тез. доп. наук. конф.
    25 27 травня 2005 р. – Харків, 2005. – С. 60.
  43.  Бычков И. В. О проблеме эквидистантного формообразующего движения инструмента в пространстве алгебраических сплайнов / И. В. Бычков, Ю. В. Ващук // Комп’ютерне моделювання: тез. доп. Міжнар. науч.-метод. конф. 24 – 26 червня 1998 р. – Дніпродзержинськ, 1998. – С. 54 – 55.

АНОТАЦІЯ

Бичков І.В. Основи технологічної підготовки авіаційного виробництва складнопрофільних виробів на базі аналітичних моделей процесу формоутворення. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.07.02 – проектування, виробництво та випробування літальних апаратів. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харків, 2011.

У дисертації вирішено актуальну проблему створення наукових основ технологічної підготовки авіаційного виробництва на базі аналітичних моделей процесів формоутворення, які забезпечують підвищення ефективності виробництва складнопрофільних виробів авіабудування в умовах дискретно-нестабільних програм випуску.

Дисертація містить результати теоретичних та експериментальних досліджень. При вирішенні прямих і зворотних задач формоутворення застосовано методи аналітичної геометрії, теорія сплайн-функцій, теорія цілочислових функцій. Побудову аналітичних моделей об'єктів виробництва та розроблення керівних програм виконано з використанням сучасних CАD/CAM-систем. Експериментальні дослідження проведено на натурних зразках фрезерних верстатів. Вимірювання виконано з використанням оптичних датчиків положення та вимірювальної системи ЧПК АВІ.04, оброблення результатів реалізовано із застосуванням методів комп'ютерного моделювання.

Результати роботи передано для використання на ХДАВП, застосовано в навчальному процесі в Національному аерокосмічному університеті ім.
М.Є. Жуковського «ХАІ».

Ключові слова: технологічна підготовка виробництва, пряма і зворотна задача формоутворення, коректність постановки задач формоутворення, аналітичний еталон виробу, аналітична модель процесу формоутворення.

АННОТАЦИЯ

Бычков И.В. Основы технологической подготовки авиационного производства сложнопрофильных изделий на базе аналитических моделей процесса формообразования. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.07.02 – проектирование, производство и испытания летательных аппаратов – Национальный аэрокосмический университет им.
Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», Харьков, 2011.

В диссертации решена актуальная проблема создания научных основ технологической подготовки авиационного производства на базе аналитических моделей процессов формообразования, обеспечивающих повышение конкурентоспособности производства сложнопрофильных изделий авиастроения в условиях дискретно-нестабильных программ выпуска.

Диссертация содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований. При решении прямых и обратных задач формообразования применены методы аналитической геометрии, теория сплайн-функций, методы анализа алгоритмов теории разностных уравнений, теория целочисленных функций. Построение аналитических моделей объектов производства, оснастки, оборудования и разработка управляющих программ выполнены с использованием современных CАD/CAM-систем. Экспериментальные исследования проведены на специализированных стендах с отработкой результатов на натурных образцах фрезерных станков с двигателями постоянного тока. Измерения выполнены с использованием оптических датчиков положения и измерительной системы ЧПУ АВИ.04, обработка результатов реализована с применением методов компьютерного моделирования.

В диссертации получены следующие научные и практические результаты.

Все процессы формообразования при технологической подготовке авиационного производства отнесены к двум основные классам: первичного и копирующего формообразования. Показана приоритетность первичного формообразования при выполнении технологической подготовки производства. При этом сам процесс представлен как перемещение зоны формообразования в координатах заготовки по траектории, определяемой аналитическим эталоном объекта производства, геометрией зоны формообразования, зоны обработки оборудования и применяемой оснастки. Качество получаемого изделия (детали), помимо физических процессов в зоне формообразования, в значительной степени зависит от методов описания параметров в режимах разгона и торможения, значений контурной скорости подач, степенью её постоянства, точностью интерполяции траектории по контуру, точностью выхода в конечную точку участка интерполяции.

Проведенные исследования формообразующих операций технологической подготовки авиационного производства позволили реализовать информационное сопровождение этих процессов как последовательность решений прямых и обратных задач в корректной их постановке.

Сформулированы требования к организации компьютерной системы предприятия, что позволило реализовать их в виде программного комплекса для информационного сопровождения процессов формообразования.

Разработан комбинированный метод линейно-круговой интерполяции, что обеспечило стабильность контурной скорости во всём диапазоне допустимых эксплуатационных параметров при удовлетворении требований точности формообразования.

Разработан метод и реализован эффективный алгоритм управления скоростями подач в режимах разгона и торможения по S-образным законам, что резко сокращает объем вычислений при управлении в режиме реального времени.

Впервые разработана двухуровневая модель реализация В-сплайн интерполяции, обеспечивающая стабильность контурной скорости и заданную точность позиционирования при гарантированном сокращении объемов вычислительных операций на уровне управления формообразованием в режиме реального времени.

Сокращена трудоёмкость выполнения контрольных операций с одновременным повышением точности измерительных процедур технологического контроля на оборудовании с ЧПУ, для чего разработан метод предварительной обработки результатов измерений с последующей сплайн-аппроксимацией массива точек.

Выполнен комплекс работ по технологической подготовке производства центроплана Ан-148 с использованием информационной системы «Океан», что позволило снизить трудоёмкость описания процессов за счёт многократного использования аналитических моделей при обеспечении необходимой наглядности и информативности.

Сделан вывод о необходимости выделения в отдельный этап технологической подготовки производства всех процедур коррекции при переходе от эталонных моделей изделий, оборудования и оснастки к реальным объектам, что способствует повышению качества формообразующих процессов в условиях серийного производства.

Разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию двухуровневая система ЧПУ АВИ.04, в программном обеспечении которой использованы представленные методы решения задач формообразования, что позволило увеличить скорости рабочих подач в 2,4-2,5 раза при изготовлении серийных сложнопрофильных деталей.

Результаты работы переданы для применения на ХГАПП, используются в учебном процессе Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «ХАИ».

Ключевые слова: технологическая подготовка производства, прямая и обратная задача формообразования, корректность постановки задач формообразования, аналитический эталон изделия, аналитическая модель процесса формообразования.

SUMMARY

Bychkov I.V Fundamentals of technological preparation of figurine items of aircraft based on analytical models of shape-generating of the process. – Manuscript.

Doctoral thesis in the field of technical sciences for the specialization 05.07.02 – designing, manufacturing and testing of flying vehicles. – The National Aerospace University named after N. E. Zhukovsky «Kharkov Aviation Institute», Kharkov, 2011.

In the thesis, the actual problem of creating scientific basis for technological preparation of aircraft building on the basis of analytical models processes of shaping  that enhance the production efficiency of figurine items of aircraft in conditions of unstable discrete programs of manufacture has been solved.

The doctoral thesis contains the results of theoretical and experimental researches. In solving direct and inverse problems of shaping, methods to analytic geometry, theory of spline functions and the theory of integral functions have been applied. The construction of analytical models of objects of production and development of control programs was carried out by using modern CAD/CAM-systems.

Experimental studies were carried out on full-scale samples of milling machines. Measurements were performed using optical position sensors and measuring system СNC AVI.04, data processing is implemented using computer modeling techniques.

The results of the work have been submitted to the «Kharkov State Aviation Production Enterprise», and have being used in the teaching process at the National Aerospace University «Kharkov Aviation Institute».

Keywords: technological preparation of production, direct and inverse problem of shaping, correctness of the formulation problems of shaping, analytical etalon of products, the analytical model of the process of shaping.

.


Підписано до друку 6.09.2011

Формат 60х90/16. Пап. офс. № 2. Офс. друк

Ум. друк. арк. 1,5. Наклад 100 прим. Зам. № 306

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «ХАІ»

61070, Харків-70, вул. Чкалова, 17

http://www.khai.edu

Видавничий центр «ХАІ»

61070, Харків-70, вул. Чкалова, 17

izdat@khai.edu


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54383. Конкурсно – розважальна програма: «Міс Екологія» 34 KB
  Людська цивілізація вступила в таку форму розвитку, коли її доля вирішується не науково-технічним прогресом, а глибиною екологічних знань та вмінням діяти відповідно до цих знань. Завданням нашого конкурсу є – визначити творчий потенціал кожної учасниці.
54384. MISTER OF THE 5-В FORM 58.15 KB
  Dear participants, guests, jurors. Thanks you for being so active, diligent and clever. It's high time to score the results of our contest and to announce the nominations.
54385. Виховний захід для третьокласників «Містер класу» 55 KB
  Тоненьке кругленьке серце чорненьке Хто на його слід погляне думку його взнає Олівець Що ми робимо олівцем Малюємо Наступний конкурс 2К Містер художник. Наступний конкурс Містер поет. Містер ерудит На подвір’ї ходить декілька кур.
54386. Основные тенденции развития мировой культуры на рубеже XX - XXI веков 17.12 KB
  Анализируя произошедшие исторические события, развитие научно-технического прогресса, панораму художественной культуры, следует выделить основные тенденции и проблемы развития мировой культуры ХХ-XXI вв.
54387. Європейське середньовічне місто 276.5 KB
  Європейське середньовічне місто. Пояснити причини появи середньовічних міст; охарактеризувати цехове ремесло побут житло і заняття городян показати середньовічне місто як центр ремесла і торгівлі; розвивати навички роботи а групах аналізу документів вміння розв’язувати історичні задачі й проблемні завдання; виховувати інтерес до середньовічної історії. На кінець уроку ми зможемо:...
54388. Раціональні числа. Додавання і віднімання раціональних чисел. Система координат 46.5 KB
  Розмістити числа в порядку зростання. Але ці числа не прості кожному з них відповідає літера. Чому числа бувають додатні і від’ємні Числа люди Країна Модульна Вірш про додатні і від’ємні числа Казка про числа Предмет математика наскільки серйозний що корисно використовувати будьяку нагоду зробити його цікавим.
54389. Значение культурологии в профессиональной деятельности современного специалиста в сфере национальной экономики и управления 14.73 KB
  Культурология - новая дисциплина с пока неустоявшейся предметной областью и огромным познавательным потенциалом — занимает особое место среди гуманитарных дисциплин.
54390. Значение культурологии в разрешении глобальных проблем современности 15.16 KB
  В последнее время остро чувствуется тревога за экологические катастрофы, распространения экстремизма и терроризма, мирового финансового кризиса, дисбаланса базовых ценностей культуры, стихийного развития цивилизаций