Автореферат (Метод автоматизированного проектирования формообразующей оснастки элементов авиационной техники)

1На правах рукописиМАРТЫНОВА СВЕТЛАНА ВЛАДИМИРОВНАМЕТОД АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ ОСНАСТКИ ЭЛЕМЕНТОВ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИСпециальность: 05.13.12«Системы автоматизации проектирования»(авиационная и ракетно-космическая техника)Автореферат диссертациина соискание ученой степени кандидата технических наукМосква – 20132Работа выполнена на кафедре «Инженерная графика» вМосковском авиационном институте(национальном исследовательском университете)Научный руководитель:доктор технических наук, профессор Куприков Михаил ЮрьевичОфициальные оппоненты:Долгов Олег СергеевичДоктор технических наук, доцент, Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет), профессор кафедры«Проектирование специальных авиационных комплексов».Викулин Юрий ЮрьевичКандидат технических наук, Филиал ОАО "Компания "Сухой""ОКБ Сухого",начальник отдела.Ведущая организация: ОАО «Таганрогский авиационный научно-технический комплексим.

Г.М. Бериева».Защита состоитсядиссертационного19июнясовета2013 г. в 10 часов на заседанииД212.125.13Московскогоавиационногоинститута(национального исследовательского университета) «МАИ» по адресу:125993, Москва, Волоколамское шоссе, д. 4, главный административный корпус,зал заседания ученого совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.Автореферат разослан «15»мая 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного Совета Д212.125.13к.т.н., доцентМаркин Леонид Владимирович3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы.

Тенденции развития авиации направлены на повышениеэффективности авиационных комплексов. Для гражданской авиации одним из способов являетсяувеличение топливной эффективности за счет влияния на аэродинамическое качество изделия.Это достигается путем использования комбинации сложных аэродинамических поверхностей, сопределенным законом геометрической крутки по размаху, которая позволяет благоприятноизменить циркуляцию и приблизить ее к эллиптическому закону распределения.

Внешняяповерхность, отвечающая таким требованиям, характеризуется сложной геометрической формой.Одним из способов реализации конструкций с такими поверхностями является использованиекомпозиционных материалов, сочетающих в себе низкий удельный вес и высокие прочностныехарактеристики.Важной стадией производства изделий из композиционных материалов является созданиетехнологической оснастки. При автоматизированном проектировании технологической оснасткииспользуются математические модели процессов и объектов.

Одной из базовых моделей являетсямастер-модель изделия, которая применяется при создании:− эталона поверхности, например, при изготовлении элементов конструкции ЛА сбазированием по внешней поверхности обшивки;− технологической оснастки, например, при создании изделий из композиционныхматериалов (КМ) методом матриц;− макета агрегата или изделия, единичного образца.Задачу воспроизведения поверхностей исследовали: Ешеева И.Р., Осипов В.А., ЗлыгаревВ.А., Давыдов Ю.В., Синицин С.А., Иванов Г.С., Роджерс Д., Адамс Дж.Б., Фокс А., Пратт,Phillips G. M.,Taylor P.

J., Watson G.A. В своих работах эти авторы рассматривают решениеисключительно геометрической задачи формирования поверхности по известным сечениям безучетафизико-механическиххарактеристикматериалаизготовления оснастки. Задача формирования оснасткиитехнологическихособенностейявляется обратной задачей, гдеисходными данными и критерием точности является «эталонная» поверхность.Технологические аспекты формирования поверхности оснастки изложены в работах СосоваН.Н., Смирнова О.И., Боголюбова В.С., Малышева Б.С.Исследованияв области каркасного представления поверхностей и проектированияоснастки ограничиваются либо общими правилами и подходами не позволяющими использоватьих в автоматизированном процессе создания формообразующей оснастки, либо оформлены в видеспециализированных программ, решающих отличные от создания формообразующей оснасткиузкоспециализированные задачи.Одним из наиболее распространенных инструментов автоматизированного проектированияоснастки являются системы геометрического моделирования (СГМ).

Наличие большого числа4модулей, объединенных единой платформой системы геометрического моделирования, позволяетрешать широкий спектр задач инженерного анализа, технологической подготовки производства,геометрического моделирования и электронного документооборота.Особенностью применения СГМ в цикле подготовки производства является взаимосвязьтехнологии изготовления изделий и методов математического моделирования, реализованных вприкладныхпрограммныхмодулях.ПовыситьэффективностьпримененияСГМприавтоматизации процессов технологической подготовки производства можно путем рациональногоиспользовании экспертных систем, интегрированных в СГМ.Вопросами использования экспертных систем в авиации и на стадии технологическойподготовки производства ЛА занимались: Борцов Ю.А., Тонкий Л.В., Поезжалова С.Н., ВасильевВ.

И., Жернаков С. В., Фрид А. И., Селиванов С.Г., Бородкина О.А., Кузнецова К.С., Митин И.А.,Никулочкин М.Ю., Angus Cheung, W.H. Ip, Dawei Lu, В. W. J. Marx, D. P. Schrage, D. N. Mavris,Alsina J., Lischke M. P., Mayer K. L. Основными направлениями исследований являлись выбортехнологическогопроцесса,оптимизациипредварительныхпроектовтехнологическойдокументации, унификация аппаратуры, инструментов.Существующие разработки решают отдельные вопросы производства, изготовления илипроектирования ЛА, не охватывая процесс проектирования оснасткиТакимобразом,возникаетпотребностьвсозданииметодаавтоматизированногопроектирования формообразующей оснастки, на базе взаимодействия экспертной системы,позволяющей учесть множество неформализуемых параметров, и модуля, использующеговозможности и математический аппарат СГМ.Теоретической и методологической базой исследования стали фундаментальные труды вобласти экспертных системР.

Форсайта, Д. Джаррано, Г. Райли, А. П.Частикова, Т. А.Гаврилова, Д.Л. Белова, К. Нейлора и др.Целью работы разработать научно-методическое и программное обеспечение для анализапроектныхи технологических решений при проектировании формообразующей оснасткиобъектов авиационной техники в системе геометрического моделирования с использованиемэкспертной системы.Внедрение методик, изложенных в работе, в процесс разработки позволяет повыситькачествопроектно-конструкторскихработзасчетавтоматизациитиповыхпроцессовпроектирования.

Это приведет к уменьшению сроков проектирования и, как следствие, ксокращению затрат (материальных, временных и пр.).Поставленная цель диссертационной работы достигается путем решения следующих задач:− определения места и состава задач проектирования формообразующей оснастки впроцессе создания летательного аппарата;5− анализа научно-методического обеспечения и экспертных систем для проектированияоснастки объектов авиационной техники;− разработки методик и алгоритмов по формированию математической модели оснастки сиспользованием экспертной системы;− программной реализации научно-методического обеспечения;− проведениянаосноверазработанногопрограммногообеспеченияпроектныхисследований;− выявление проектных рекомендаций и создание образцов элементов конструкциилегкого самолета.Методика исследованияОбъектом исследования является формообразующая оснастка.Предметомисследованияявляетсяавтоматизацияпроцессапроектированияформообразующей оснастки.

Декомпозиция, разработка математических моделей и алгоритмовосновываются на парадигме системного подхода.Определение оптимальных или условно оптимальныхконструктивно-компоновочныхрешений осуществлено на основе математического моделирования с использованием формальноэвристических процедур. Задача может быть решена методами многопараметрической дискретнойоптимизации.Научная новизнаэвристическихдиссертацииметодов,заключаетсямоделей,алгоритмовивразработкепроцедуркомплексарешенияформально-задачисозданияформообразующей оснастки на базе виртуальных моделей, основанного на разработанном методеавтоматизированногопроектированияформообразующейоснасткиобъектовавиационнойтехники.В ходе работы были получены следующие результаты:− выявлены особенности создания формообразующей оснастки на примере самолетаисходя из технологических и геометрических требований;− разработан,основанныйнаформально-эвристическоммоделировании,методавтоматизации проектирования формообразующей оснастки;− разработаны математические модели формообразующей оснастки;− создана база знаний, используемая при проектировании формообразующей оснастки;− выявлены закономерности между параметрами математической модели элементовкаркаса и характеристиками оснастки;− определена область существования метода автоматизированного проектированияформообразующей оснастки.6Практическая ценность диссертационной работы.Разработанныйметодавтоматизациипроектированияформообразующейоснастки,математические модели технологических процессов, а также алгоритмы, процедуры и целевыефункции, базы данных и база знаний использованы соискателем в системе автоматизациипроектирования формообразующей оснастки изделий авиационной техники FORMOS.Результаты работы могут быть использованы в НИИ и ОКБ авиационной промышленностипри разработке комплексных систем автоматизированного проектирования и при подготовкеспециалистов в авиационных учебных заведениях.Принципы макетирования могут применяться в ОКБ авиационной промышленности приизготовлении моделей ЛА, технологической оснастки, макетов, иллюстрирующих концепциюбудущего изделия.Возможно использование разработанной концепции автоматизированногопроектирования формообразующей оснастки элементов авиационной техники и сложившихсяподходов при подготовке специалистов по специальности 05.13.12 «Системы автоматизациипроектирования».Достоверностьрезультатовобеспечиваетсятестированиемформообразующей оснастки элементов авиационной техникиметодапроектированияпри создании мастер-моделилегкого самолета в полноразмерном варианте и в масштабе 1:4 Отклонение характеристикфизических и математических моделей не превышает 5%.

Система соответствует заданнымтехническим требованиям и обеспечивает получение результатов в соответствии с ГОСТ 1722887.Внедрение результатов работыРазработанный метод проектирования формообразующей оснастки элементов авиационнойтехники и программный модуль FORMOS внедрены в ОАО "Московский машиностроительныйэкспериментальный завод – композиционные технологии" (ОАО "ММЭЗ-КТ), кафедре 904«Инженерная графика» МАИ.Апробация работы. Результаты исследований выносились на обсуждение на следующихнаучно-технических конференциях:ГодОрганизация2006 Московский институт электроникии информатики2007 Севастопольскийнациональныйтехнический университет2007 Севастопольскийнациональныйтехнический университет2007 ГОУВПОЮжно-Российскийгосударственныйтехническийуниверситет(Новочеркасскийполитехнический институт)Наименование конференции, семинара и т.д.ХIV-я международная студенческая школа-семинар«Новые информационные технологии»IXМеждународнойстуденческойнаучнотехническая конференции «Графика XXI века»XМеждународнойстуденческойнаучнотехническая конференции «Графика XXI века»Всероссийский cмотр-конкурс научно-техническоготворчества студентов высших учебных заведений«Эврика 2007»72007 МосковскийАвиационныйИнститут(национальныйисследовательский университет)2007 Научно-исследовательский центравтоматизированных систем2008 Московскийгосударственныйуниверситет печати4Всероссийскаяконференцияаспирантов и молодых ученыхстудентов,Всероссийскийконкурс«Компьютерныйинжиниринг»Окружного конкурса студенческих научных работвузов Северного административного округа г.Москвы2008 МосковскийАвиационный Всероссийская студенческая научно-техническаяИнститут(национальный школа-семинар «Аэрокосмическая декада»исследовательский университет)2008 Союз Машиностроителей РоссииВсероссийская конференция молодых ученых испециалистов «Будущее машиностроения России»2010 Таганрогскийтехнологический VIII Всероссийская научная конференция молодыхинститут Южного федерального ученых, аспирантов и студентов "Информационныеуниверситетатехнологии, системный анализ и управление"2010 ЦентрРазвитияНаучного IVМеждународнаястуденческаянаучноСотрудничествапрактическая конференция Интеллектуальныйпотенциал XXI века: ступени познания2010 Юго-Западный государственный Международная научно-практическая конференцияуниверситетПрименение инновационных технологий в научныхисследованиях2010 Institute of Aeronautics & Applied Nineth International Seminar READ 2010MechanicsFaculty of Power & AeronauticalEngineering Warsaw University ofTechnology2011 Московскийгосударственный Международная научно техническая конференция,техническийуниверситет посвященная 40-летию образования МГТУ ГАгражданской авиации«Гражданская авиация на современном этаперазвития науки, техники и общества»2012 Ульяновское высшее авиационное Международная молодежная научная конференцияучилище гражданской авиации «Гражданская авиация: 21 век»(института)2012 Российский государственныйXXXVIII Международная молодежная научнаятехнологический университетконференция «Гагаринские чтения»имени К.Э.