Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Симонова Лариса Анатольевна. Методология построения интегрированного информационного обеспечения гибких производственных систем механической обработки на машиностроительных предприятиях : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.13.06 Набережные Челны, 2005 282 с. РГБ ОД, 71:05-5/635

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава 1. Анализ и формирование основных положений информационного обеспечения подготовки гибкого автоматизированного производства в системе

управления машиностроительным предприятием 16

1.1 Анализ информационных систем управления производством с учетом
специфики российского рынка 16

  1. Формирование требований к информационному обеспечению в системе автоматизированного управления производством 26

  2. Анализ единой информационной среды с учетом жизненного цикла продукции и формирование в ней интегрированного информационного обеспечения подготовки гибкого автоматизированного производства 33

1.4 Анализ прямой и обратной задачи управления ходом исполнения
производственного заказа 40

1.5.Анализ и разработка основных положений информационной модели системы
сервисного и технического обслуживания в автоматизированной системе
управления производством 49

1. 6.Анализ и формирование структуры информационной системы контроля и
управления качеством продукции машиностроительного

предприятия 54

Выводы по 1 главе 64

Глава 2. Методология создания системы формирования альтернативных вариантов маршрутов изготовления деталей на базе управления класса ERP по

интегральным показателям 66

2.1 Разработка концепции построения интегрированного обеспечения ГАП на

этапе подготовки производства 67

2.2.Ранжирование альтернативных технологических маршрутов изготовления

деталей по технологическим критериям 76

2.3. Формирование матрицы альтернати вных технологических маршрутов
изготовления деталей по критериям в системе планирования ресурсов
предприятия (ERP-системы) 84

  1. Интегральная оценка технологических маршрутов изготовления -деталей и выбор оптимального из их 89

  2. Формирование базы знаний и корректировка критериев интегральной оценки технологических маршрутов изготовления деталей 92

  3. Анализ сходимости экспертных показателей и критериев интегральной оценки технологических маршрутов изготовления деталей 98

2.7.Корректировка весовых коэффициентов критериев интеїральной оценки

технологических маршрутов 101

Выводы по второй главе.. 106

Глава 3. Разработка альтернативных вариантов технологичесішх маршрутов

изготовления деталей на этапе технологического проектирования 107

ЗЛ.Разраоотка функциональной модели проектирования структурного элемента

технологического процесса 111

3.2.Формирование системы исходных данных и ограничений для проектирования
вариантов структурных элементов технологического
процесса 117

3.3. Формирование системы исходных данных и ограничений для проектирования
вариантов структурного элемента технологического
процесса 126

3.4. Разработка методики моделирования структуры и содержания

технологического процесса ] 34

3.5.Формирование рабочих центров в рамках системы планирования ресурсов

производства 143

3.6. Критерии оптимальности выбора технологических маршрутов на этапе технологической подготовки гибкого автоматизированного производства... 151

Выводы по третьей главе 154

Глава 4. Формирование показателей альтернативных технологических маршрутов

ГПС в рамках системы планирования ресурсов предприятия 155

4.1. Разработка вариативной модели иерархической структуры гибкой

производственной системы и декомпозиция общей задачи управления 156

4.2. Разработка функциональной модели ГПС 162

4.3. Математические модели функциональных блоков ГПС 165

4.4. Разработка м его дики выбора транспортного потока ГПС 170

4.5.Разработка критериев выбора альтернативных вариантов технологических

маршрутов в системе планирования ресурсов предприятия 172

4.6. Оптимизация загрузки основного оборудования ГПС 188

Выводы по четвертой главе 192

Глава5. Разработка методики моделирования процесса обработки партии
деталей 193

5.1 Разработка методики формирования исходных данных для моделирования
процесса обработки партии деталей. 194

5.2 Моделирование единичного процесса управления обработкой

поверхности „...200

5.3Расчет итоговых показателей при обработке отдельной заготовки. ...219

5.4 . Расчет итоговых показателей процесса обработки партии деталей 222

Выводы по пятой главе .225

Глава 6. Управление точностью механической обработки партии деталей на этапе

подготовки производства 226

6.1. Формализация погрешностей и разработка методики моделирования точности

изготовления деталей 229

6.2.Разработка модели пространственного расположения погрешностей обработки

детали 233

б.З.Дифференциация погрешностей по структурным элементам технологического процесса в системе координат технологического

оборудования 240

бАРазработка алгоритма расчета взаимосвязи систем координат станок-
заготовка 249

6.5.Формирование критериев оценки точности изготовления партии деталей

в рамках управления подготовкой гибкой производственной системы 254

Выводы по шестой главе .257

Основные результаты и выводы 258

Термины и определения 262

Список литературы 269

Введение к работе:

В условиях рыночной экономики на машиностроительных предприятиях России значительно расширился круг задач, которые необходимо решать для того, чтобы оставаться на пике конкурентоспособности не только среди отечественных производителей, но и на мировом уровне. Необходимым условием выживания, а главное - получения прибыли для предприятия-производителя в рыночной экономике является обеспечение высокой конкурентоспособности производимой продукции - повышение её качества, и прежде всего, точности изготовления, а также снижение себестоимости. Проблемы постоянного обновления продукции, а в связи с этим и необходимость систематической перестройки производства также остро стоят перед предприятиями - производителями, в том числе и предприятиями машиностроения. В рыночных условиях предприятия вынуждены постоянно стремиться к минимизации себестоимости продукции, управлять ее уровнем, добиваться повышения эффективности производства при меняющейся конъюнктуре рынка.

У многих предприятий возникают проблемы освоения производства новой продукции по причине неравномерности загрузки мощностей, недостаточности финансовых ресурсов, а главное - жестких временных рамок. Положение может быть изменено внедрением отражающей информационное пространство предприятия единой информационной системы управления производством, методологии разработки и принципов действия которой посвящено настоящее исследование. Такая система должна представлять собой совокупность распределенных баз данных, в которых действуют единые, стандартные правила хранения, обновления, поиска и передачи информации, осуществляется безбумажное информационное взаимодействие между всеми участниками жизненного цикла изделия. При этом однажды созданная информация должна иметь свой жизненный цикл развития [13]. Управление информационными ресурсами становится насущной необходимостью для предприятий, переходящих от чрадинионной функционально-дивизионной модели управления к процессно-ориентированной. Это связано с кардинальными изменениями внешней среды, которая стала гораздо более динамичной и конкурентной [116]. Создание таких современных информационных систем представляет собой сложнейшую задачу.

решение которой требует применения соответствующих методик и инструментов [3,4,42,108,117,119].

Анализ производства показал, что каждое проектируемое на предприятии изделие в условиях серийного производства может иметь множество вариантов технологических процессов, отличающихся по стоимости, качеству, длительности процесса изготовления и подготовки производства [1]. Вопрос правильного выбора варианта, технологического процесса изготовления связан с вопросом успешного функционирования предприятия.

Для этого необходимо при наличии уже сложившихся АСУ предприятий создать новую, эффективную информационно-управляющую систему (ИУС), позволяющую в условиях рынка и жесткой конкуренции выпускать рентабельную наукоемкую продукцию и получать доходы. Создание современной ИУС возможно на базе методологий функционального структурирования сложной ИУС, концепции создания системы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов в составе интегрированной АСУ с учетом CALS-техиологии, методических основ функционального моделирования [40,48]. Все наиболее распространенные методологии структурного подхода [69,118,121,244] базируются на ряде общих принципов, независимо от того, какой процесс рассматривается - прямой или обратный.

Широкое внедрение разнообразных средств и систем автоматизации проектирования (САПР), управления технологическими процессами (АСУП), офисных систем для подготовки текстовых и табличных документов и т. д. позволило обеспечить повышение производительности труда, однако не в прогнозированных масштабах [2]. Они не решают проблем информационного обмена между различными участниками жизненного цикла изделия. Создаваемые методологии и технологии часто увеличивают число точек зрения на одно и то же количество фундаментальных понятий, законов и технологий, не определив свое место в иерархии уже существующих методологий и технологий. В результате вместо зрелого рынка открытых и гармонизированных технологий получается набор лоскутных технологий. Отсюда искусственный рост сложности технологических и бизнес-решений, их стоимость и низкая эффективность информационных систем [70]. При переносе данных из одной

автоматизированной системы в другую требуются большие затраты труда и времени для повторной кодировки, что приводит к многочисленным ошибкам, так как нет обратной связи. Поэтому единое информационное пространство предприятия должно обеспечивать внедрение CALS (ИПИ - информационную поддержку изделия)-технологии, что позволит резко сократить затраты и уменьшить сроки подготовки производства, снизить себестоимость выпускаемой продукции, улучшить условия предприятия в конкурентной борьбе на современном рынке.

В рыночных условиях работы предприятия вынуждены не просто добиваться минимального уровня затрат на выпуск продукции, но и управлять ими, обеспечивая максимальную эффективность производства при постоянно меняющейся конъюнктуре. Актуальным для предприятий является соблюдение условий по срокам заказа. Невыполнение этих условий ведёт к серьёзным затратам со стороны предприятия. В связи с этими обстоятельствами реальным шагом в снижении себестоимости продукции производства и выполнении заявленных перед потребителями обязательств является рациональное планирование загрузки основного оборудования с учётом ряда ограничивающих факторов, в том числе энергопотребления.

Построенная в рамках машиностроительного предприятия информационная модель производства должна включать в себя подмодель существующей, в том числе и неавтоматизированной технологии, принятой на предприятии; формальный анализ этой подмодели позволяег выявить узкие места и предложить рекомендации по улучшению технологии.

При исследованиях использованы труды отечественных и зарубежных ученых: в вопросах автоматизации технологической подготовки и управления производственными системами Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Горнев В.Ф., Черпаков Б.И., Коновал Д.Г., Каяшев А.И., Кожевников Ю.В., Адгамов Р.И., Сиразетдинов Т.К., Султан-заде Н.М., Косов М.Г., ІТуш А.В. и др.; в области информационных технологий Норенков В.П., Куликов Г.Г., Речкалов А.В., Горанский Г.К., Барабанов В.В., Судов Е.В., Верников Г.В, Дмитров В.И. и др.; в вопросах организации информационных систем поддержки принятия решений Поспелов Д.А., Вагин В.Н. ,Саати Т., Попов Э.В., Мамиконов А.Г. и

др.; в вопросах системного проектирования - Хаммер М., Прангишвилли И.В., Евгенев Г.Б. и др.

Объект исследовании - машиностроительные предприятия со специфическими требованиями к возможности быстрой смены номенклатуры выпускаемых изделии и постоянно растущими требованиями к точности изготовления и обеспечения параметров качества деталей.

Предмет исследования - методы построения гибких автоматизированных производств машиностроительных предприятий и повышения их степени гибкости путем совершенствования автоматизированной обработки потоков информации на этапе подготовки и планирования производства.

Цель диссертационных исследований - разработка методологии построения интегрированного информационного обеспечения гибких производственных систем механической обработки машиностроительных предприятий, повышение оперативности и эффективности процесса управления изготовлением партий деталей на этапе подготовки и планирования производства.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

  1. Разработать методологию построения интегрированной автоматизированной системы управления подготовкой и планированием производства.

  2. Разработать модели взаимосвязей материальных и информационных потоков и управления обеспечением показателей качества деталей в машиностроительном производстве в соответствии с требованиями CALS-технологий.

  3. Предложить модель процесса управления ГПС в действующем производстве, учитывающую требования обеспечения производительности, экономической эффективности и качества изготовления партии деталей.

  4. Разработать систему управления на этапе подготовки и планирования в среде интегрированного информационного пространства для реализации моделей процесса управления партиями деталей в условиях гибкой производственной системы машиностроительного производства.

5. Разработать систему критериев, методики ранжирования альтернативных
технологических маршрутов обработки деталей для создания
автоматизированной системы поддержки принятия решений при
прогнозировании плановых производственных показателей партий деталей.

  1. Разработать подход к автоматизированному отбору номенклатуры деталей и методику формирования альтернативных вариантов процесса обработки деталей.

  2. Установить закономерности формирования погрешностей изготовления деталей на основе дифференциации по уровням технологического процесса и разработать системный подход к управлению процессом обработки партии деталей и процедур расчета показателей операции для каждой отдельно взятой заготовки на этапе технологического проектирования.

Методы исследовании. При решении поставленных в работе задач использовались: теории системного анализа, квалиметрии, диалектической логики, обработки экспериментальных данных; методы организации и экономики производства, исследования операций, анализа иерархий, методы разработки технологии изготовления деталей.

Научной новизной обладают следующие положения диссертации:

1. Методология построения интегрированной автоматизированной системы
управления подготовкой и планированием производства с быстроменяющимися
элементами производственного процесса с учетом изменений показателей
качества на этапах жизненного цикла изделия и особенностей работы
машиностроительного предприятия. Она формирует основу информационного
пространства производства, в которой можно организовать сбор, накопление,
хранение и использование информации в форме иерархической базы данных.
Реализация методологии позволяет в автоматизированном режиме оперативно
формировать оптимальный для каждого конкретного заказа маршрут
технологического процесса в заданные сроки с наименьшими затратами.

  1. Новый подход к автоматизированному отбору оптимального технологического маршрута изготовления партий деталей с учетом изменений показателей качества на этапах жизненного никла изделия, который позволяет обеспечить переход от системы управления конструкторскими и технологическими данными об изделиях (PDM) к системе управления для идентификации и планирования ресурсов предприятия (ERP) в условиях действующего производства с использованием имитационного многокритериального анализа и метода иерархии Саати.

  2. Методические основы к автоматизации информационной поддержки принятия решения и коррекции интегральных показателей совокупности альтернативных

технологических маршрутов, состоящие в формировании интегральных показателей и альтернативных вариантов технологических маршрутов при обработке партии деталей на основе существующих баз данных и накопленных знаний экспертов предприятия, с применением динамического моделирования взаимодействий материальных потоков в реальном времени в ГПС, на базе методологии управления предприятием класса ERP.

  1. Методика формирования процессов поддержки принятия решений на основании обработки информации и коррекции набора планируемых показателей, основанная на применении нейронных сетей и позволяющая организовать базу данных прецедентов, повысить достоверность принимаемых решений.

  2. Методика автоматизированного кодирования изделий на этапах его жизненного цикла, учитывающая особенности применения СALS-технологий, позволяющая обеспечить комплексную систему поддержки и управление качеством продукции, и на основе предложенной кодификации информации об объекте-изделии, идентификации признаков дефектов организовать систему сбора и обработки данных для повышения оперативности и качества принимаемых решений.

6. Методическое обеспечение и процедуры отбора номенклатуры деталей,
позволяющие, в отличие от известных, получить набор комплексных показателей
альтернативных вариантов процесса обработки партий деталей на этапе
технологической подготовки производства и в автоматизированном релшме
формировать группы оборудования для оперативной реализации разработанных
технологических маршрутов в рамках управления гибкой производственной
системой с учетом реальных условий производства.

7. Методика прогнозирования точности изготовления партии деталей, основанная
на синтезе пространственных моделей погрешностей, в которой, в отличие от
известных, реализована дифференцированная иерархическая модель
погрешностей. Предложенная систематизация погрешностей и их связей
позволяет комплексно представить структуру погрешностей, что позволяет
оценить не только результирующую, но и погрешность промежуточных звеньев
станочной системы в соответствии с уровнем технологического процесса и
сформировать базу данных погрешностей.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается полнотой и обстоятельностью анализа современного состояния исследований в области информационных технологий подготовки производства; корректностью выбора исходных допущений и ограничений при построении информационного обеспечения гибких производственных систем; строгостью использования современного .математического аппарата при формализации исследуемой проблемы и ее решения; корректным применением, в качестве базовых, широко применяемых и хорошо апробированных практикой и экспериментом методов технологии машиностроения, станкостроения, теории резания, системного анализа, организации и экономики производства; удовлетворительным совпадением экспериментальных и расчетных данных; публикацией и апробацией основных положений работы на международном, всероссийском и отраслевом уровнях.

Основные положении, выносимые на защиту:

  1. Методология построения интегрированной автоматизированной системы управления подготовкой и планированием производства с учетом изменений показателей качества на этапах жизненного цикла изделия и особенностей работы машиностроительного предприятия.

  2. Методические основы моделирования взаимодействия и структурирования информационных и материальных потоков производства машиностроительного предприятия.

3. Новый подход к автоматизированному выбору оптимального технологического
маршрута изготовления партий деталей на этапе подготовки и планирования
производства с обеспечением требований системы ERP.

4. Методика формирования интегральных показателей и альтернативных
вариантов технологической операции и технологических маршрутов при
обработке партии деталей и подход к автоматизации информационной поддержки
принятия решения и коррекции интегральных показателей совокупности
альтернативных технологических маршрутов на базе методологии управления
предприятием класса ERP.

  1. Методические основы формирования процессов поддержки принятия решений на основании обработки информации и коррекции набора планируемых показателей.

  2. Методика автоматизированного кодирования изделий на этапах жизненного цикла с применением CALS-технологий и прогнозирование на этапе подготовки производства причины и места возможного возникновения дефектов на этапах жизненного цикла изделий.

  3. Методические основы и процедуры отбора номенклатуры деталей на этапе технологического проектирования с учетом реальных условий производства и формирования групп оборудования в автоматизированном режиме для оперативной реализации разработанных технологических маршрутов в рамках управления гибкой производственной системой.

  4. Методика прогнозирования точности изготовления партии деталей, основанная на синтезе пространственных моделей погрешностей с учетом дифференциации по структурным элементам технологического процесса.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем:

1. Разработка методических основ моделирования взаимодействия и
структурирования материальных и информационных потоков производства
машиностроительного предприятия позволила автоматизировать процесс
формирования комплексных показателей при проектировании совокупности
альтернативных технологических маршрутов и устранить противоречия между
объектным и структурным подходами, реализовать на практике достоинства
IDEF-стандартов в процессе проектирования структуры единой базы данных
информационной системы производства с учетом требований CALS-технологий.

  1. Создание методики формирования рабочих центров с применением динамического моделирования связей позволило в автоматическом режиме формировать группы оборудования для оперативной реализации разрабатываемых технологических маршрутов в рамках системы управления предприятием BAAN-ERP.

  2. Методическое и программное обеспечение формирования альтернативных вариантов технологических маршрутов на базе управления предприятием класса RRP, разработанная структура единой базы данных информационной системы

производства позволяют обеспечить формирование информации об изменениях показателей производственного процесса.

  1. Разработанная модульная структура функциональной модели и программное обеспечение систем управления на основе формализации и типизации технологических процессов позволяют эффективно адаптировать модель для внедрения на этапе технологической подготовки производства на предприятиях машиностроения.

  2. Разработанная функционально-структурная модель управления показателями качества продукции на основе анализа жизненного цикла и программного обеспечения кодификации информации об объекте-изделии, обеспечивающей идентификацию признаков дефектов и создание системы поддержки принятия решений, позволила создать информационную модель системы контроля и управления качеством изделия при подготовке и планировании производства.

6. Разработанная имитационная модель параметров качества обработки
экспериментальных данных полученных для конкретного оборудования с
применением сплайн-функций, позволило прогнозировать на этапе подготовки
производства период стойкости и интенсивность износа инструмента при
изготовлении партии деталей.

Реализация и внедрение результатов исследований осуществлено на ОАО
«КАМАЗ» {г. Набережные Челны), ОАО «ГАЗ» (г. Нижний Новгород),
«Моторостроительное производственное объединение» (УМПО, г. Уфа) при
формировании технологических маршрутов на этапе подготовки и планирования
производственных процессов, на ООО Торгово-промышленной компании
«Алтиком» ( г. Москва), ООО «Тиссан» ( г. Набережные Челны) при создании
информационной системы контроля и управления качеством изделий. Основные
положения диссертации используются в учебном процессе в Камском

государственном политехническом институте.

Апробации работы, Основные результаты научных исследований

докладывались на Международной НТК «Механика машиностроения-95» (Набережные Челны, 1995); Всероссийской НТК «Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств» (Оренбург, 1995);

Международной научно-технической конференции «Молодая наука - новому тысячелетию» (Набережные Челны, 1996); Международной НТК (Пенза, 1996); научно-практической конференции «Проблемы развития автомобилестроения в России» (Тольятти, 1996); Международной НТК «Механика машиностроения» (Набережные Челны, 1997); I Всероссийской НТК "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новгород, 1999); конференции "Инфотех-99. Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах" (Череповец, 1999); Международной НТК «Технико-экономические проблемы промышленного производства» (Набережные Челны, 2000); VIII Международной НТК «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза, 2003); III Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2003); Международной конференции «Прогрессивные технологии и системы машиностроения» (Донецк, 2004); на научных семинарах в Камском государственном политехническом институте (Набережные Челны, 1990-2005), в Уфимском государственном авиационном технологическом университете (Уфа, 2003-2004), в Казанском государственном технологическом университете (Казань, 2004), в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева (Казань, 2004).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 52 научных трудах, в том числе в 3 монографиях, 28 статьях, 21 труде и тезисах докладов конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 282 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 16 таблиц, список литературы из 245 наименований. Приложения представлены в отдельной книге на 235 страницах.

Подобные работы
Соколова Лина Викторовна
Автоматизированная система обработки информации и управления предприятием по сервисному обслуживанию дорожно-строительной техники
Погребняк Антон Борисович
Методы и технологии построения специализированного информационного обеспечения систем железнодорожной автоматики
Унашхотлов Муаед Хасенович
Алгоритмическое обеспечение построения автоматизированной обучающей системы подготовки специалиста сельскохозяйственного производства : На примере молочного производства
Петухов Юрий Владимирович
Информационное и математическое обеспечение построения береговой сети автоматизированных идентификационных систем для мониторинга и управления судоходством на внутренних водных путях ЕГС Европейской части России
Князев Михаил Владимирович
Модели и метод поддержки построения архитектуры программно-аппаратного обеспечения распределенной информационной системы предприятия
Горюшко Иван Александрович
Методы обеспечения надежности при передаче и аналитической обработке информации в системах мониторинга с использованием моделей нечетких множеств
Павельев Сергей Владимирович
Методы обеспечения доступности информационных ресурсов в территориально-распределенных автоматизированных системах обработки данных
Новикова Нелля Михайловна
Математическое и алгоритмическое обеспечение интеллектуальной поддержки принятия решений в автоматизированных системах сбора и обработки стохастической информации
Маврин Андрей Борисович
Автоматизация технологических процессов химико-термической обработки изделий на промышленных предприятиях
Воронина Оксана Александровна
Мониторинг состояния резервуарного парка на предприятиях первичной переработки нефти с автоматизированной обработкой и принятием решений

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net