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

Московский государственный технический университетимени Н.Э.БауманаНа правах рукописиУДК 65.011.56: 621.01Фунг Ван БиньАВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ПРИНЯТИЯРЕШЕНИЙ ПРИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИПИЛЬНОГО БЛОКА ЛЕСОПИЛЬНОГО СТАНКАСпециальности:05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессамии производствами (машиностроение)Диссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорГаврюшин С.С.Москва 20172ОГЛАВЛЕНИЕСтр.СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ......................................................................................... 5ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................

7ГЛАВА1.ОБЗОРПРОБЛЕМЫ,АВТОМАТИЗАЦИИПРОЕКТИРОВАНИЯИМЕТОДОВИСРЕДСТВУПРАВЛЕНИЯИПОДГОТОВКИДЛЯПРОЦЕССОМПРОИЗВОДСТВАЛЕСОПИЛЬНЫХ СТАНКОВ .................................................................................. 161.1.Обзорсовременныхпроектирования,расчетаиавтоматизированныхподготовкипроизводствасистемвдляобластимашиностроения ..................................................................................................... 161.2. Современные лесопильные станки ............................................................... 201.3. Существующие научно-технические проблемы и несогласованностимежду этапами ЖЦ пильного блока многопильного станка нового типа ....... 231.4.Управление процессом многокритериального проектированияпильного блока на основе теории принятия решений .......................................

281.5. Выводы по главе 1 .......................................................................................... 31ГЛАВА 2. МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯПРОЦЕССОМ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОМПРОЕКТИРОВАНИИ ПИЛЬНОГО БЛОКА.......................................................... 322.1. Модифицированная модель ЖЦ пильного блока ....................................... 322.2.Многопараметрический подход к созданию единой методикиуправления процессом принятия решений при проектировании пильногоблока ........................................................................................................................

352.3. Выводы по главе 2 .......................................................................................... 393ГЛАВА3.АНАЛИЗОПИСЫВАЮЩИХФУНКЦИОНАЛЬНЫХСООТНОШЕНИЙ,ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКОЕПОВЕДЕНИЕПИЛЬНОГО БЛОКА ................................................................................................. 413.1. Анализ устойчивости плоской формы изгиба пильного полотна.............. 413.1.1. Устойчивость плоской формы изгиба полосы под действиемкомбинации трех силовых факторов ................................................................

433.1.2. Устойчивостьплоской формы изгиба пильного полотна поддействием инерционных сил и его балансировка ........................................... 523.1.3. Устойчивостьплоской формы изгиба пильного полотна прирезании ................................................................................................................. 583.2. Исследование собственных частот пильного полотна ................................ 603.3.Анализ параметра начальной жесткости пильного полотна ................

633.4. Уравновешивание многопильного станка .................................................... 683.4.1. Кинематика и динамика многопильного станка .................................... 693.4.2. Уравновешивание пильного блока ......................................................... 713.4.3. Рекомендация для проектирования многопильного станка ................ 743.5.

Выводы по главе 3 .......................................................................................... 77ГЛАВА 4.МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОД ВИЗУАЛЬНО-ИНТЕРАКТИВНОГО АНАЛИЗА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОММНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПИЛЬНОГО БЛОКА ..... 784.1. Разработка математической модели пильного блока .................................. 784.1.1.Описание математической модели .......................................................... 784.1.2. Основные соотношения, используемые в модели ................................

824.1.3. Алгоритм расчёта и пример .................................................................... 904.2.Разработкаметодавизуально-интерактивногоанализадляавтоматизированного управления процессом принятия решений ................... 924.2.1. Алгоритм метода визуально-интерактивного анализа .........................

944.2.2. Метод преобразования пространства параметров................................. 994.2.3. Метод штрафных функций .................................................................... 10144.3.ГЛАВАВыводы по главе 4................................................................................... 1035.ПРОГРАММНАЯРЕАЛИЗАЦИЯ,ТЕСТИРОВАНИЯ,ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ........................................................................... 1055.1. Автоматизированное управление процессом принятия решений припроектировании пильного модуля с помощью разработанной прикладнойпрограммы ............................................................................................................

1055.1.1. Определение области значения критериев .......................................... 1065.1.2. Ситуация 1 ............................................................................................... 1075.1.3. Ситуация 2 ............................................................................................... 1125.1.4. Ситуация 3 ............................................................................................... 1145.2. Автоматизированное проектирование пильного блока станка ................ 1185.3. Анализ динамических характеристик пильного модуля ..........................

1195.3.1. Модель конечных элементов пильного модуля .................................. 1195.3.2. Численный анализ напряжённо-деформированного состоянияпильного модуля ............................................................................................... 1225.3.3. Численный анализ устойчивости плоской формыпильногополотна ............................................................................................................... 1255.4. Выводы по главе 5 ........................................................................................

125ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ......................................................................................... 126СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................... 127ПРИЛОЖЕНИЕ ....................................................................................................... 1425СПИСОК СОКРАЩЕНИЙАС – автоматизированная системаАСНИ – автоматизированная система научных исследованийАСТПП–автоматизированнаясистематехнологическойподготовкипроизводстваАСУП – автоматизированная система управления предприятиемАСУТП–автоматизированнаясистемауправленияпроцессамиГПС – гибкие производственные системыЕИП – единое информационное пространствоЖЦ – жизненный циклЖЦИ – жизненный цикл изделияИС – Информационная системаКИП – компьютерно-интегрированное производствоЛПР – Лицо, принимающее решениеМВИА – метода визуально-интерактивного анализаМКЭ – метод конечных элементовПБ – Пильный блокПМ – Пильный модульПО – программное обеспечениеПЭВМ – персональная электронная вычислительная машинаСАПР – система автоматизации проектных работСНДУ – система нелинейных дифференциальных уравненийЧПУ – числовое программное управлениеЭВМ – Электронно-вычислительная машинаCAD – Computer-Aided DesignCAE – computer – aided engineeringCALS – Continuous Acquisition and Life-cycle SupportCAM – Computer-aided manufacturingтехнологическими6CAPP – Computer – Aided Part ProgrammingCIM – Computer Integrated ManufacturingCNC – Computer Numerical ControlFMS – Flexible Manufacturing PlanningMCAD - Mechanical Computer-Aided DesignPDM – Product Data managementSCADA – Supervisory Control And Data Acquisition7ВВЕДЕНИЕРазвитие современного машиностроительного производства вызываетнеобходимостьиспользованияметодовавтоматизациинавсехэтапахжизненного цикла разрабатываемой продукции.

В рамках сложившегосяподхода, каждый этап производства рассматривался по отдельности, чтозатрудняловозможностьучетамежэтапныхтехническихпроблемивозникающих противоречий.В настоящее время одним из эффективных направлений повышенияконкурентоспособности изделия является применение концепции управленияжизненным циклом изделия (ЖЦИ), которая включает методологию иформализованные методы построения автоматизированных систем управлениятехнологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), а такжетехнической подготовкой производства (АСТПП) и т.д.

При этом, необходимопредставить изделие как объект, имеющий свой жизненный цикл (ЖЦ), отзарождения идеи до его утилизации. Для улучшения качества изделия,необходимо рассмотреть все этапы не в отдельности, а в интеграции напротяжениивсегоЖЦ.Дляинформационнойинтеграциипроцессов,протекающих в ходе ЖЦИ, в настоящем времени была разработана ИПИтехнология (информационная поддержка жизненного цикла изделия), котораяпредполагает создание единого информационного пространства (ЕИП) для всехучастниковЖЦИ.Теоретические основыЖЦИизложенывработахотечественных и зарубежных авторов: Агеева В.Н., Ковшова А. Н., КолчинаА.Ф., Кондакова А.И., Овсянникова М.В., Павлова В.В., Сердобинцева Ю.П.,Скворцова, А. В., Соломенцева Ю.М., Шалумова А.С., Anselmi Immonen, MartinEigner, Ralph Stelzer и т.д.

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].В рамках концепции ЖЦИ все этапы рассматриваются взаимосвязано ведином информационном пространстве (ЕИП). Специалисты и эксперты могутне только критически проанализировать свои требования, но и оценить ихвлияние на других этапах ЖЦИ. С применением концепции управления ЖЦИ,8процессы производства ряда стандартных изделий стали более эффективными[2, 3, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15], что подтверждается усиливающейся тенденциейсоздания автоматизированных систем (АС) для интеграции различных этаповCAD/CAM/CAE/CNC, например программные комплексы Unigraphic NX, Catia,Pro/E и др.Вместе с тем, при производстве ряда наукоёмких изделий, наблюдаетсядефицит специализированных АСТПП и АСУП. Примерами наукоёмкихизделий и продукций могут служить робототехнические мехатронные системы,роботы, металлорежущие станки и т.д.

[16, 17, 18, 19, 20, 21].Основными причинами этого являются: отсутствие комплексногоописания модели изделия в едином информационном пространстве, а такженаличие несогласованностей между отдельными этапами ЖЦИ; отсутствиеисследований, учитывающих специфику конкретного изделия.В данной работе примером наукоемкого изделия служит пильный блоклесопильной рамы нового поколения с круговым поступательным движениемпильных полотен [22, 23, 24]. Обсуждаемый станок обладает рядомпреимуществапосравнениюстрадиционнымистанкамиподобногоназначения, среди которых можно выделить: высокое качество обработанныхповерхностей; снижение энергопотребления; относительно малый вес станка;динамическую сбалансированность; повышенную мобильность оборудования;способность вести распиловку тонкомерного леса и т.п.