Автореферат (Автоматизация и управление процессом принятия решений при многокритериальном проектировании пильного блока лесопильного станка)

На правах рукописиФУНГ ВАН БИНЬАВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ПРИНЯТИЯРЕШЕНИЙ ПРИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИПИЛЬНОГО БЛОКА ЛЕСОПИЛЬНОГО СТАНКАСпециальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическимипроцессами и производствами (машиностроение)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в Московском государственном техническом университетеимени Н.

Э. БауманаНаучный руководитель:Гаврюшин Сергей Сергеевичдоктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты: Подураев Юрий Викторовичдоктор технических наук, профессор, заведующийкафедрой «Робототехника и мехатроника» МГТУСтанкинХейло Сергей Валерьевичдоктор технических наук, доцент, заведующийкафедрой Теоретической и прикладной механики,РГУ им. А.Н. КосыгинаВедущая организация:Институт проблем управления им. В. А.Трапезникова Российской академии наук(ИПУ РАН).Защита состоится « »2017 года вчасов на заседаниидиссертационного совета Д 212.141. 06 при МГТУ им.

Н.Э. Баумана по адресу105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1.Ваш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью, просимнаправлять указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана и на сайте www.bmstu.ru.Телефон для справок: 8 (499) 267-09-63Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного советад.т.н., доцент»2017 г.В.П. МихайловОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыРазвитие современного машиностроительного производства вызываетнеобходимость использования методов автоматизации на всех этапахжизненного цикла (ЖЦ) разрабатываемой продукции. Одним из эффективныхнаправлений повышения конкурентоспособности изделия является применениеконцепции управления жизненным циклом изделия (ЖЦИ), которая включаетметодологию и формализованные методы построения автоматизированныхсистем управления технологическими процессами (АСУТП), техническойподготовкой производства (АСТПП), а также производствами (АСУП) и т.д.Теоретические основы ЖЦИ изложены в работах отечественных и зарубежныхавторов: Агеева В.Н., Ковшова А.

Н., Колчина А.Ф., Кондакова А.И.,Овсянникова М.В., Павлова В.В., Сердобинцева Ю.П., Скворцова, А. В.,Соломенцева Ю.М., Шалумова А.С., Anselmi Immonen, Martin Eigner, RalphStelzer и т.д. В рамках концепции ЖЦИ все этапы рассматриваютсявзаимосвязано в едином информационном пространстве (ЕИП). Специалисты иэксперты могут не только критически проанализировать свои требования, но иоценить их влияние на требования, предъявляемые на других этапах ЖЦИ. Сприменением концепции управления ЖЦИ, процессы производства рядастандартных изделий стали более эффективными, что подтверждаетсяусиливающейся тенденцией создания автоматизированных систем (АС) дляинтеграции различных этапов CAD/CAM/CAE/CNC, например программныекомплексы Unigraphic NX, Catia, Pro/E и др.Вместе с тем, при производстве ряда наукоёмких изделий, наблюдаетсядефицит специализированных АСТПП и АСУП.

Основными причинами этогоявляются: отсутствие комплексного описания модели изделия в единоминформационномпространстве,наличиенесогласованностеймеждуотдельными этапами ЖЦИ, а также отсутствие исследований, учитывающихспецифику конкретного изделия.Примером наукоемкого изделия может служить пильный блок (ПБ)лесопильной рамы нового поколения с круговым поступательным движениемпильных полотен (Рис. 1).

При проектировании конструкции ПБ объективносуществует необходимость одновременно удовлетворять целому рядутехнических требований. Кроме стандартных требований, таких как прочность,долговечность, жесткость, существуют дополнительные специфическиетребования характерные для данной конструкции: устойчивость пильныхполотен, необходимость отстройки резонансных режимов для пильныхполотен, динамическое уравновешивание ПБ. Следует отметить, что кнастоящему времени отдельные задачи в полном объеме еще не изучены.Кроме того, при рассмотрении данного изделия в процессе его жизненногоцикла, возникает проблема несогласованности, а порой, даже противоречивоститребований отдельных этапов.Очевидно, что проектирование ПБ станка является многокритериальнойзадачей. Расширение проблемы с увеличением количества рассмотренных1этапов и участвующих специалистов делает постановку задачи, с однойстороны более точной, но с другой стороны более трудоёмкой.Задачаусложняетсязасчетувеличения количества параметровматематической модели, наложенныхи критериев качества.3 ограниченийДля решения поставленной проблемынеобходимо применить теорию иметодыпринятиярешений,1которых посвящены4 изложениюработы Г.

Вагнера, Лотова А.В.,Моисеева Н.Н., Подиновских В.В.,Статникова Р.Б., Jeffrey W. Herrrann и др.Учитываявышеизложенное,комплексной методики2 созданиеавтоматизированногоуправленияпроцессом принятия решений припроектировании наукоемких изделийна основе концепции ЖЦИ, котораяпозволяет интегрировать основныеРис. 1. Принципиальная схемаэтапы в едином информационномлесопильного станка нового типаявляется актуальной1-двигатель;2,3-нижний и верхнийвал; пространствеинципиальнаясхема лесопильногостанка новоготипазадачей.4-пильный блок (ПБ)Цельюработыявляетсясозданиекомплекснойметодикиавтоматизированного управления процессом принятия решений припроектировании наукоемких изделий на основе концепции управления ЖЦИпутём обеспечения высокой совместимости и интеграции АСУТП, АСТПП иАСУП на примере пильного блока лесопильного станка нового типа.Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:1.

Получение функциональных соотношений, описывающих физическомеханическое поведение ПБ лесопильного станка и используемых дляпроведения процесса автоматизированного проектирования изделия.2. Создание многокритериальной модели и алгоритма автоматическогорасчета критериев качества ПБ по задаваемому вектору управляющихпараметрам с учетом функциональных ограничений.3. Разработка метода визуально-интерактивного анализа (МВИА) дляавтоматизации управления процессом принятия решений, позволяющегоформировать области допустимых значений критериев качества иконтролировать их изменения при многокритериальном проектированиинаукоемких машиностроительных изделий.4. Разработка прикладной программы и ее применения для поддержкипринятия решений при автоматизированном проектировании ПБ с цельюнахождения рациональных вариантов исполнения конструкции.25.

Проектирование и анализ ПБ станка в среде стандартных программныхсредств по найденным рациональным вариантам и выработка рекомендаций попроизводству нового станка.Методы исследованияПри выполнении диссертационной работы в рамках системного подходаиспользовались: компьютерное моделирование и программирование, методыматематического анализа, вычислительные методы, теория механизмов имашин, многопараметрический и многокритериальный подход, методыоптимизации, методы принятия решения.Научная новизна:1. Разработана комплексная методика автоматизированного управленияпроцессом принятия решений при многокритериальном проектированиисложных наукоемких изделий на основе концепции ЖЦИ, обеспечивающаясовместность и интеграцию АСУТП, АСТПП и АСУП.2.Созданаобобщеннаямногокритериальнаямодельдляавтоматизированного исследования ПБ станка, позволяющая по заданномувектору управляющих параметров с учетом конструктивных и технологическихограничений автоматически рассчитать основные критерии качества изделия.3.

Предложен метод визуально-интерактивного анализа (МВИА),позволяющий формировать и контролировать область допустимых значенийкритериев качества, оценить их взаимовлияние и указать рациональныекритериальные ограничения, при которых существуют согласованные вариантыисполнения изделия.4. МВИА реализован в форме специализированной прикладнойпрограммы, позволяющей в интерактивном режиме проводить анализ иуправлять процессом принятия решений при автоматизированномпроектировании ПБ. Найдены рациональные варианты проектирования ПБ иданы рекомендации по его совершенствованию.Достоверность результатов работы достигается использованиемобщепринятых достоверных методов, строгостью математических выкладок,основанных на фундаментальных законах механики.

Теоретические результатыподтверждаются численными и натурными экспериментами.Практическая значимость работы:1. Созданная методика используется для проектирования исовершенствования конструкции ПБ лесопильного станка и также другихнаукоемких машиностроительных изделий.2. Предлагаемый МВИА предоставляет лицам принимающим решениеудобный и наглядный инструмент, позволяющий обоснованно осуществлятьвыбор и назначение пороговых значений для критериев качества с цельюнахождения рациональных вариантов проектируемой наукоемкого изделия илитехнологического процесса.3.Разработаннаяматематическаямодельвнедренадляавтоматизированного исследования и анализа ПБ станка, позволяющая вполной мере описать функциональные характеристики изделия.34.

Найденные рациональные варианты проектирования ПБ используютсядля создания более качественной и конкурентоспособной конструкциимногопильного станка нового типа.Апробациярезультатовработы.Основныерезультатыдиссертационной работы были доложены и обсуждены на ежегодноммеждународном научном симпозиуме «Динамические и технологическиепроблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г. Горшковафевраль 2015 г., февраль 2016 г., февраль 2017 г.; на международнойконференцииМИКМУС-12/2015,Институтмашиноведенияим.А.А.Благонравова РАН; на Международной школе молодых ученых испециалистов, МГТУ СТАНКИН 5/2016; на XVI-ой Международнойконференции СAD/CAM/PDM – 2016, ИПУ им.

В.А. Трапезникова РАН; нанаучном семинаре кафедры МТ-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана – 2017.Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9научных работ, из них 3 статьи в Перечне рецензируемых научных изданий –ВАК РФ и 1 статья в Перечне международных научных изданий в системе WebScience и Scopus.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,пяти глав, общих выводов, списка литературы из 146 наименования иприложения.