Конспект лекцій з курсу “ Системно-структурне моделювання технологічних процесів” для студентів спеціальності 090202 "Технологія машинобудування"

Скачати 1.24 Mb.

Назва	Конспект лекцій з курсу “ Системно-структурне моделювання технологічних процесів” для студентів спеціальності 090202 "Технологія машинобудування"
Сторінка	1/10
Дата	05.05.2013
Розмір	1.24 Mb.
Тип	Конспект

bibl.com.ua > Інформатика > Конспект

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Конспект лекцій з курсу
“Системно-структурне моделювання

технологічних процесів”

для студентів спеціальності 7.090202

"Технологія машинобудування"

денної та заочної форм навчання

Затверджено

на засіданні кафедри

технології машинобудування

як конспект лекцій з курсу

“Системно-структурне моделювання

технологічних процесів”.

Протокол № 12 від 29.06.2005р.

Суми Вид-во СумДУ 2005

Конспект лекцій з курсу “Системно-структурне моделювання технологічних процесів” / Укладач П.В.Кушніров. – Суми: Вид-во СумДУ, 2005. – 115 с.
Кафедра технології машинобудування

Зміст
С.

Тема 1 Вступ ………………………………………………… 5

1.1 Мета і завдання курсу ……………………………. 5

1.2 Структура технологічного процесу та механо-

складального виробництва ……………………… 6

1.3 Структурні методи досліджень у науці …..…… 11

Запитання для самоперевірки …………………………….… 16

Тема 2 Опис взаємодії складових частин системних

об'єктів ………………………………………..……. 17

2.1 Кількісна оцінка елементів систем ……………. 17

2.2 Зв'язки системних об'єктів і процесів із

навколишнім середовищем …………………….. 24

Запитання для самоперевірки … ………………………….. 27

Тема 3 Теоретико-множинні принципи класифікації

елементів технологічних систем ……………….. 28

3.1 Формалізація об'єктів за допомогою символів . 28

3.2 Символічні визначення верстатів, інструментів і

пристроїв як множин, що між собою

співвідносяться …………………………………… 30

3.3 Загальні принципи систематики елементів

Т-системи за ознаками механізації …………… 33

3.4 Класифікація металообробних і складальних

верстатів …………………………………………... 37

3.5 Класифікація металообробних та слюсарно-

складальних інструментів …………………….… 38

3.6 Класифікація встановлювальних і слюсарно-

складальних пристроїв ……………………….…. 45

3.7 Класифікація елементів Т-системи і оцінка їх

за стадіями розвитку …………………………….. 48

Запитання для самоперевірки …………………………….… 55

Тема 4 Дослідження технологічних процесів механо-

складального виробництва на рівні середніх та

елементарних структурних утворень ………….. 56

4.1 Стохастична природа технологічної операції і

технологічного процесу …………………………. 56

4.2 Узагальнена структурна модель технологічної

операції …………………………………………….. 60

4.3 Структурні моделі і приклади безелементних,

одноелементних, двоелементних і триелемент-

них операцій ………………………………………. 64

4.4 Нерівномірність розвитку і старіння елементів

Т-системи ………………………………………….. 68

4.5 Неузгодженість Т-системи при ізольованому

удосконаленні її елементів …………………….. 73

Запитання для самоперевірки ……………………………… 78

Тема 5 Системно-структурний підхід при проектуванні

технологічних процесів …………………………. 79

5.1 Функціональна, часова і просторова структури

технологічного процесу ………………………… 79

5.2 Теоретичні закономірності побудови принци-

пової схеми технологічного процесу …………. 84

5.3 Комплекс основних ознак якості продукції ……98

5.4 Кількісна оцінка якості виробів

машинобудування ……………………………… 103

5.5 Параметрична оптимізація операції та

технологічного процесу ……………………….. 105

5.6 Структурний синтез при проектуванні

технологічних процесів ………………………... 108

5.7 Методи проектування технологічних процесів ..... 110

Запитання для самоперевірки …………………………….. 113

Список літератури …………………………………………… 114
Тема 1 Вступ

1.1 Мета і завдання курсу

Лекції є складовою частиною курсу «Системно-структурне моделювання технологічних процесів» («ССМТП»).

Мета дисципліни - на основі базових знань з технології машинобудування розвинути у студента системне мислення в галузі оптимального технологічного проектування на основі побудови ефективних моделей складних об'єктів. Це, у свою чергу, спонукає до застосування і подальшого розвитку методології системно-структурного моделювання випускником вузу на виробництві як науково обґрунтованого методу удосконалення технологічних процесів.

У результаті вивчення дисципліни студент повинен знати структурні методи побудови й удосконалення технологічних процесів, теоретико-множинні принципи класифікації елементів технологічної системи, технологічні закономірності синтезу маршруту механічної обробки деталей. Також студент повинен уміти графічно інтерпретувати взаємозв'язок системних об'єктів і відносин множин; робити структурно-класифікаційний аналіз і систематику елементів Т-системи (верстатів, пристроїв, інструментів) за різними ознаками; визначати періоди оптимального функціонування та межі технічної новизни технологічних систем; розробляти функціонально-структурні моделі технологічних процесів; раціонально розподіляти функції між технологом і ЕОМ при побудові маршруту обробки; оцінювати рівень прогресивності технології.

Необхідними базовими навчальними дисциплінами для вивчення системно-структурного моделювання технологічних процесів є вища математика, інженерна і комп'ютерна графіка, інформатика, основи САПР, технологічні основи машинобудування, теоретичні основи технології виробництва деталей і складання машин, технологія обробки типових деталей і складання машин.

1.2 Структура технологічного процесу та

механоскладального виробництва

На сучасному етапі розвитку технологія машинобудування є наукою про закономірності ходу робочих процесів, про вибір оптимальних параметрів їх ведення і про раціональні способи керування ними. Ця наука все більше перетворюється в безпосередню продуктивну силу, а процеси виробництва в усе більшій мірі розвиваються під її прямим впливом, стають її технологічним застосуванням. Практичною метою технології є забезпечення найбільш економічного виготовлення продукції високої якості з високою продуктивністю.

Наукові основи сучасної технології машинобудування та близьких до неї дисциплін закладені працями багатьох видатних вітчизняних вчених-машинобудівників - Б.С.Балакшина, М.Є.Єгорова, О.І.Каширіна, В.М.Кована, В.С.Корсакова, А.О.Маталіна, С.П.Митрофанова та ін.

Технологія, як і кожна наукова дисципліна, розвивається нерівномірно, проривами вперед окремих її напрямків. Склалося положення, коли одержала значний розвиток теорія точності обробки деталей і складання машин, відстали у своєму розвитку проблеми економічного обґрунтування вибору оптимальних варіантів технологічних процесів, але значно менше вивчалися питання раціоналізації структури технологічних процесів (засновниками цього напрямку досліджень є Д.В.Чарнко, В.Д.Цвєтков, В.Т.Полуянов).

З курсу технології машинобудування відомі поняття структури технологічних процесів та структури операцій (див. рисунок 1.1). При цьому кожна складова частина більш високого порядку може структурно поділятися на ряд складових елементів більш низького порядку (наприклад, технологічний процес – на частини, операція - на установи і т.п.).

Рисунок 1.1 - Структура технологічного процесу
Структура операції механоскладального виробництва визначається залежно від:

необхідної кількості установів, переходів, ходів, прийомів;
кількості одночасно встановлюваних або оброблюваних заготовок (одномісна обробка або багатомісна);
кількості використаних на операції інструментів (одноінструментна або багатоінструментна обробка);
кількості задіяних на операції шпинделів або супортів, кількості позицій обробки (однопозиційна або багатопозиційна обробка).

Життя показує, що вирішення проблеми оптимальних структурних будов технологічних процесів емпіричними засобами заходить в глухий кут. Виникає нагальна потреба наукового дослідження цього кола питань.

Технологія, як і будь-яка інша галузь матеріального світу, існує у вигляді визначеної структурної організації. Загальний характер структурних зв'язків у технології механоскладального виробництва показаний на рисунку 1.2.

Структурні утворення розподіляються за декількома зонами, розміщеними в ієрархічному (супідрядному) порядку і об'єднаними стійким законом зв'язку.

Зовнішні зв'язки виявляються насамперед між технологічними процесами виготовлення різних виробів (Д1, Д2, ..., Ді), тобто чітко позначається перша зона - зона великих структурних підрозділів. Ними охоплюються зв'язки за спеціалізацією та кооперуванням, а також за групуванням як самих процесів, так і технологічно однорідних операцій. Проблему зовнішніх зв'язків докладно досліджено і тому в додатковому розгляді її немає необхідності.

У наступних групах структурних утворень мають місце внутрішні відносини між складовими частинами технологічних процесів - операціями та їх елементами, що проявляються на рівні середніх (друга зона) та елементарних (третя зона) зв'язків. Тут - серцевина всіх структурних співвідношень. Деяку частину їх вивчено, зокрема, виявлено закономірності взаємозв'язку основних частин технологічних процесів - заготівельної, обробної та складальної.

Рисунок 1.2 - Структурні зв'язки у технології механоскладального виробництва

Характерно, що в сучасних умовах з'явилися можливості одночасного виконання перших двох стадій, а при особливо точних методах виготовлення заготовок став можливий прямий перехід від першої стадії до складального, минаючи механічну обробку.

Інтенсивно досліджуються специфічні структурні форми технологічних процесів механізованого та автоматизованого виробництв. Також знайдено структурні плани чергування та зміни баз. Загалом досліджено первинний осередок .усякого виробничого і технологічного процесу - операцію. Виявлено структурний поділ операції на установ, позицію, перехід, хід і прийом.

Все це - дослідження на рівні середніх структурних утворень. Однак ще мало приділяється уваги вивченню будови та природи елементарних складових цих утворень, тобто дослідженню наступної, третьої зони структурних відносин.

Структурні відносини на рівні елементарних зв'язків прямо визначають собою виробничі можливості як окремих операцій, так і технологічних процесів в цілому. Недооцінка значення та природи початкових, елементарних компонентів технології значно збіднює її ефективність.

Відзначимо, що й елементарні складові технології, наприклад знаряддя праці, являють собою складні системи, розкладені на свої конструктивні частини; їм відповідає четверта зона – зона субелементних зв'язків. Цей важливий тип структурних відносин вже досить широко досліджено, при цьому створені теоретичні основи ефективного конструювання знарядь праці - верстатів, інструментів і пристроїв із нормалізованих деталей, вузлів або агрегатів.

Таким чином, розгляд стану всієї проблеми показує, що в загальній схемі структурних зв'язків у технології машинобудування досить глибоко вивчені відносини на рівні великих і субелементних підрозділів. Менше вивчені центральні за значенням зв'язки на рівні елементарних і частково середніх структурних утворень.
1.3 Структурні методи досліджень у науці

Розглянемо поняття структури в більш широкому змісті, а саме у контексті таких понять, як структурні аналіз та синтез. Як відомо, синтез (від грецького synthesis - з'єднання, сполучення, складання, узагальнення) – це метод наукового дослідження будь-якого предмета, явища, який полягає в пізнанні його як єдиного цілого, у єдності та взаємному зв'язку всіх його частин. Аналіз (від грецького analysis - розкладання, розчленовування) – це метод наукового дослідження, який полягає в уявному або фактичному розкладанні цілого на складові частини.

Використання цих методів при вивченні структури технологічних процесів або окремих об’єктів дозволяє проводити вдосконалення техології виробництва: структурний аналіз допомагає виявити внутрішні резерви технології на кожному робочому місці, а структурний синтез- створювати оптимальні та найбільш продуктивні технологічні процеси. При цьому на основі взаємодії обох методів дослідження можна моделювати структуру механозбиральних процесів і давати порівняльну оцінку ступеня їх технічної досконалості. Розглядаються також основи теорії комплексного (системного) використання предмета обробки і знарядь праці як структурних складових частин технології, а також удосконалення технологічних процесів, їх механізація і автоматизація засобами структурних перетворень.

Ідеї структурного аналізу і синтезу усе глибше проникають у теоретичні основи різних наукових дисциплін і галузей техніки, причому розроблено вже цілу науку - теорію структур.

Взагалі структура являє собою будову, форму організації будь-якого явища, вираження способу зв'язку елементів цілого між собою і з усім цілим.

Одним із труднощів дослідження структури є те, що вона динамічна: у ході внутрішнього закономірного розвитку змісту дана структура перетворюється з форми розвитку в рамки, що стримують її подальше зростання.

Початковим принципом будь-яких структурних досліджень є положення, що кожен об'єкт, яка б не була його природа, безпосередньо відтворюється з первісних елементів. Ще в середні віки П'єр Гассенді переконливо довів, що з порівняно невеликого набору атомів - не більше 120 - можливе одержання декількох мільйонів різних хімічних сполук. Подібних прикладів побудови складних процесів з початкових, простих можна навести нескінченно багато.

Велике пізнавальне значення має розгляд сфери застосування структурних досліджень у наші дні. Найбільш яскраво виявляються їх досягнення в галузі хімії і ядерної фізики.

Такі життєво важливі наукові дисципліни, як біологія, генетика і біохімія досліджують речовину на різних рівнях її структурних проявів. Молекула білка також записується у вигляді трьох різних структур: первинної структури білка (послідовність чергування різних амінокислотних ланок у поліпептидному ланцюгу), вторинної структури білка (просторова спіральна конфігурація, що набуває поліпептидний ланцюг), третинної структури (розміщення в просторі закрученої спіралі).

Розвиток теоретичної основи всіх наук – математики- також рухається в напрямку широкого застосування структурних методів. За словами відомого американського вченого Г.Біркгофа: «Теорія структур має зіграти – а у дійсності вона вже неявно грає і тепер - фундаментальну роль у математиці».

Структурні методи досліджень знаходять усе більше визнання також і в прикладних технічних дисциплінах.

Структурні методи - основа і такої науки, як кристалографія, висновки якої широко використовуються в металознавстві, кристалооптиці, у напівпровідниковій техніці, при одержанні синтетичних п’єзоелектриків, чистих кристалічних реактивів і т.п.

Металографія - це наука про будову (структуру) металів і сплавів, досягнення якої яскраво виявилися в створенні жаростійких матеріалів, зокрема для авіаційної, космічної та ядерної галузей.

Технічна механіка спирається на дослідження П.Л.Чебишева, що в 1869 році дав структурну формулу для кінематичних ланцюгів.

Академік І.І.Артоболевський виконав важливі роботи з дослідження структури просторових механізмів і створення їх єдиної класифікації.

У теорії різання металів академіком Г.І.Грановським доведено, що все різноманіття принципово можливих схем різання може бути отримане шляхом різних структурних сполучень усього тільки двох видів елементарно простих технологічних рухів - прямолінійного і обертового.

Наука про металорізальні верстати також широко користується структурними методами, зокрема при розробленні кінематичної структури верстатів.

Таким чином, структурні методи для багатьох сучасних природно-наукових і технічних дисциплін є досить ефективним інструментом досліджень.

Структурні удосконалення технології високоефективні і містять у собі величезні внутрішні можливості. Так, наприклад, чотирма англійськими дослідницькими фірмами: «Ассошіейтед індастріал консалтантс», «Персоннель адміністрейшн», «Продакшн інджиніринг» і «Орвік Орр енд Партнерс» була поліпшена структура технології на 300 машинобудівних підприємствах, у результаті чого була підвищена продуктивність праці від 40 до 75% [2].

Актуальність структурних перетворень технології підтверджується наступною важливою обставиною. Об'єктами технологічних удосконалень можуть бути як суть процесів - метод, так і форми його розвитку - структура. При цьому можуть змінюватися як методи обробки або складання, так і структура процесу, зокрема, структурні будови в межах того самого методу.

Аналіз показує, що метод обробки або складання у своїх основних рисах є найбільш стійким, консервативним, діє протягом тривалого часу. За .всю історію розвитку технології машинобудування кількість оригінальних методів обробки не перевищило декількох десятків. Тим часом виконання кожного з них можливе безліччю структурних побудов.

Структура на противагу методу більш гнучка, мінлива, здатна до багаторазових перетворень. Впливаючи на метод своїми новими проявами, структура розширює його можливості і підвищує загальну ефективність технології. Оскільки винахід нових методів обробки або складання - явище вкрай рідке, технологічні удосконалення у своїй переважній більшості спрямовані на пошуки зміни структури процесів.

Склалося парадоксальне положення, при якому структурні перетворення, які є найпоширенішим видом технологічних удосконалень виробництва, є і найменш вивченими. Звідси - особливе, на даному етапі розвитку технологічної науки, значення дослідження закономірностей саме структурних перетворень технології.

Отже, вирішення проблеми оптимальних побудов (структур) технологічних процесів має актуальний характер.

Необхідно відзначити, що розвиток робіт з автоматизації проектування технологічних процесів обробки складних деталей наштовхується на серйозні труднощі, пов'язані з недостатньою розробкою теорії проектування технологічних процесів, придатної для математичного моделювання та алгоритмізації процесів проектування. Ще не розроблені досить вдалі, адекватні аналітичні та логічні залежності, що пов'язують параметри оброблюваної деталі зі структурою і характеристиками технологічного процесу та оснащення для її виготовлення.

В технології машинобудування основну увагу приділяють задачам аналізу технологічних процесів з метою виявлення впливу різних факторів на точність, продуктивність та економічну ефективність обробки. У той самий час методи синтезу технологічних процесів на основі характеристик оброблюваної деталі і виробничої системи підприємства, в умовах якої необхідно реалізувати проектований технологічний процес, досліджені ще недостатньо. Створення теорії проектування припускає перехід від традиційних задач аналізу та емпіричних класифікацій до проблематики задач синтезу технологічних процесів.

Труднощі розв'язання цих задач у рамках традиційних підходів полягають у великій складності та багатогранності проблеми проектування і незвідності її до сукупності окремих, хоча і важливих розрахункових і аналітичних задач. Проектування тут є комплексною проблемою, в якій у складному взаємозв'язку переплітаються задачі аналізу, оцінки, оптимізації, добору варіантів, моделювання і синтезу.

Розширення вихідної бази за рахунок введення таких понять, як структура, функція, стан, організація, зв'язок, відношення, керування, елемент та ін., забезпечує деякі переваги так званому системному підходові перед традиційними методами дослідження і дозволяє створювати більш адекватні дійсності моделі складних об'єктів, технологічних процесів і процесів проектування.

В даний час у системних дослідженнях можна виділити три основні напрямки: структурно-функціональний аналіз, структуралізм і безпосередньо системний підхід. Ці напрямки відрізняються тим, що розглядають різні сторони об'єкта як системи.
Структурно-функціональний аналіз вивчає складноорганізовані об'єкти з погляду виконуваних ними функцій стосовно більш складної системи, до складу якої вони входять. Властивості об'єкта при цьому синтезуються в цілісну картину за допомогою сукупності функцій. Основне навантаження тут несе поняття функції, а структура об'єктів і процесів неначе постулюється.

У структурних дослідженнях (або структуралізмі) вивчається проблематика цілісності, розширюється поняття про зв'язки та їх типологію. Поняття структури як характеристики складного об'єкта висувається на перший план; відбувається усвідомлення ієрархічності будови складних об'єктів і процесів. При цьому вирішується завдання виявлення і класифікації типів зв'язків, але функціональна сутність частин структури детально не вивчається і береться як одна з передумов.

У системному підході поняття системи є більш широким, воно містить у собі як складові частини усі зазначені вище поняття (структура, функція, зв'язок та ін.), - це метод комплексного вивчення складних об'єктів. Тому цей метод вважається найбільш вдалим при системних дослідженнях.

Важливе місце у системних дослідженнях займає також кібернетика - наука про керування. Але вона розглядає тільки одну, хоча і дуже важливу сторону функціонування систем – регулятивну, в той час як для системного підходу характерне комплексне вивчення об'єкта, що охоплює різні сторони його будови та функціонування.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Схожі:

КУРС ЛЕКЦІЙ з дисципліни “ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ГАЛУЗІ”... Всі цитати, цифровий та фактичний матеріал, бібліографічні відомості перевірені. Написання одиниць відповідає стандартам	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З КУРСУ «ПСИХОЛОГІЯ» Конспект лекцій з курсу «Психологія» (для студентів 2 курсу денної форми навчання спец.: 092100 – «Промислове та цивільне будівництво»,...
Конспект лекцІй з дисципліни “ ПОТЕНЦІАЛ і розвиток ПІДПРИЄМСТВА”... Конспект лекцій з дисципліни “Потенціал і розвиток підприємства” для студентів ІV курсу / Укл доцент кафедри економіки підприємства...	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ для студентів спеціальностей: 010100(21) Професійне... Професійне навчання. Електромеханічне обладнання, автоматизація процесів добування корисних копалин і руд
Робоча навчальна програма з курсу ГОСПОДАРСЬКЕ ПРАВО В 2-х частинах... Тематика та короткий зміст лекцій, семінарських занять, самостійної роботи студентів, зразки ситуацій та тестів	Робоча навчальна програма з курсу ГОСПОДАРСЬКЕ ПРАВО В 2-х частинах... Тематика та короткий зміст лекцій, семінарських занять, самостійної роботи студентів, зразки ситуацій та тестів
ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ з дисципліни “ ЕКОНОМІКА ПРАЦІ І СОЦІАЛЬНО... Конспект лекцій з дисципліни “Економіка праці і соціально-трудові відносини” для студентів ІІІ курсу. Павлоград: ЗПІЕУ, 2007	КУРС ЛЕКЦІЙ для студентів спеціальностей 091700 «Технологія зберігання,... «Технологія зберігання, консервування та переробки молока» і «Технологія жирів і жирозамінників» напряму 0917 «Харчова технологія...
ІСТОРІЯ УКРАЇНИ Конспект лекцій для студентів технічних спеціальностей України. / Г. Ю. Каніщев, Ю.І. Кисіль, В. О. Малишев, Г. Г. Півень, О. А. Яцина. – Конспект лекцій для студентів технічних спеціальностей....	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ Устаткування закладів ресторанного господарства" для студентів денної та заочної форм навчання напряму підготовки 051701 "Харчові...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання