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:

Иванов Юрий Викторович. Методы и средства проектирования технологических структур гибких автоматизированных сборочных комплексов многономенклатурного производства электронной аппаратуры : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.13.06 : Москва, 2003 486 c. РГБ ОД, 71:04-5/118-8

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список использованных сокращений. Определения и термины 6

Введение 11

Глава 1. Проблемы автоматизации сборки электронной аппаратуры в многономенклатурном производстве. Основные задачи исследований 20

1.1 .Результаты анализа автоматизированного производства электронных модулей (ЭМ) 20

1.2. Основные задачи исследований 30

1.3. Классификация объектов и участников автоматизированного проектирования структур ГАСК сборки электронных модулей 1.4. Адаптация конструкций ЭМ к условиям автоматической сборки в ГАСК 37

1.5. Исследование влияния регулярности расположения компонентов (ЭК) на плате на величину суммарного пути, пройденного столом при монтаже ЭК .41

Выводы по главе 1 45

Глава 2. Обоснование и разработка методов проектирования технологических структур ГАСК сборки электронных модулей (ЭМ) в многономенклатурном производстве 46

2.1. Методология автоматизированного проектирования технологических структур ГАСК сборки ЭМ 46

2.2. Метод синтеза технологических структур ГАСК и их элементов 61

2.3. Метод технико-экономической оценки эффективности структур ГАСК и их элементов 69

2.4. Основные направления повышения эффективности структур ГАСК 83

Выводы по главе 2 84

Глава 3. Операции сборки в многономенклатурном производстве электронных модулей из однотипных компонентов с их максимальной концентрацией и оптимизацией последовательности монтажа для автоматизированного проектирования технологических структур ГАСК 86

3.1. Синтез технологических переходов сборки ЭМ в ГАСК для каждого типа компонента 89

3.2. Автоматизированное проектирование технологических операций сборки ЭМ из однотипных компонентов с их максимальной концентрацией и оптимизацией последовательности выполнения 104

3.3. Синтез оптимальной технологической операции сборки ЭМ из однотипных компонентов с их максимальной концентрацией и оптимизацией последовательности выполнения 119

3.4. Автоматизация проектирования управляющих программ УТП для автоматизированного монтажа компонентов на плату в ГАСК 128

3.5. Алгоритм автоматизированного проектирования технологических операций сборки ЭМ в ГАСК 137

3.6. Исследование влияния номенклатуры и объема выпуска ЭМ на эффективность монтажных операций ГАСК 142

Выводы по главе 3 145

Глава 4. Разработка, исследование технологического оснащения (СТО) и прогнозирование его основных характеристик для оборудования ГАСК многономенклатурного производства электронных модулей 147

4.1. Обоснование и разработка моделей СТО 148

Модели точности СТО 148

Модели надежности СТО 152

Модели производительности и стоимости СТО 157

Модели динамики координатных систем (КС) АТО с быстродействующими следящими приводами 158

Модель динамики стола КС АТО с шаговым приводом вращения, микропроцессорной СЧПУ и устройством форсировки разгона КС 182

4.2. Методика исследования СТО с использованием их моделей 192

4.3. Исследование и прогнозирование основных характеристик

СТО с использованием их моделей 198

Выводы по главе 4 239

Глава 5. Исследование и прогнозирование основных характеристик оборудования (АТО) ГАСК многономенклатурного производства ( электронных модулей 244

5.1. Разработка и обоснование моделей АТО сборки ЭМ 244 стр.

5.2. Методика исследования АТО сборки ЭМ в ГАСК с использованием

их моделей 257

5.3. Анализ результатов исследований АТО с использованием их моделей 259

5.4. Повышение точности, надежности и производительности АТО (на примере ГГМ2.249.005) 279

Выводы по главе 5 280

Глава 6. Подструктуры ГАСК сборки в многономенклатурном производстве электронных модулей из однотипных компонентов для автоматизированного проектирования технологических структур ГАСК 283

6.1. Проектирование групповых технологических процессов АТП сборки ЭМ из однотипных переходов 284

6.2. Синтез подструктур ГАСК сборки ЭМ из операций с максимальной концентрацией однотипных переходов и оптимизацией последовательности их выполнения. Формирование множества подструктур 296

6.3. Проектирование оптимальных подструктур сборки ЭМ из однотипных компонентов 301

6.4. Алгоритм автоматизированного проектирования подструктур ГАСК сборки ЭМ из однотипных компонентов 303

6.5.Результаты исследований влияния применяемого оборудования, номенклатуры и объема выпуска ЭМ на эффективность подструктур ГАСК с использованием их моделей 310

Выводы по главе 6 314

Глава 7. Автоматизированное проектирование структур ГАСК сборки в многономенклатурном производстве электронных модулей из разнотипных компонентов с учетом их концентрации, оптимизации последовательности сборки, подструктур, компоновки АТО, транспортных операций 315

7.1. Автоматизированное проектирование технологических операций ГАСК сборки ЭМ из разнотипных компонентов с их концентрацией, оптимизацией последовательности сборки : 315

7.2. Синтез компоновки ГАСК сборки ЭМ 333

7.3. Синтез и оптимизация транспортных операций ГАСК сборки ЭМ 351 стр.

7.4. Автоматизированное проектирование оптимальных структур ГАСК сборки ЭМ из разнотипных компонентов 384

7.5. Автоматизация разработки технологической документации оптимальной структуры ГАСК сборки ЭМ 401

7.6. Алгоритм автоматизированного проектирования структур ГАСК сборки ЭМ из разнотипных компонентов 405

7.7. Программный комплекс автоматизированного проектирования и исследования структур ГАСК сборки ЭМ 413

7.8. Результаты исследований структур ГАСК сборки ЭМ с использованием их моделей 416

Выводы по главе 7 445

Общие выводы 449

Список литературы ; 456

Приложение (отдельная книга) 

Введение к работе:

Актуальность проблемы

Тенденции развития научно-технического прогресса связывают с широким использованием радио-, видео-, вычислительной электронной аппаратуры (ЭА) бытового и специального назначения. ЭА находит широкое применение практически во всех отраслях народного хозяйства. Одним из основных устройств любой ЭА являются электронные модули (ЭМ), которые строят на базе печатной платы (1111) и навесного монтажа электронных компонентов (ЭК). Трудоемкость сборки ЭМ составляет до 70 и более % от общей трудоемкости изготовления электронной аппаратуры, поэтому автоматизация производства ЭЯ - актуальна. В промышленности есть для больших программ выпуска малой номенклатуры ЭМ линии (цеха) с высоким уровнем автоматизации сборки ЭЯ (Квант, ТАПЭМ, САМ, МПО ВТ) [занимающие большие площади ( тыс.м2) с большим количеством оборудования (АТО) и рабочих]; комплекты АТО (для автоматизации отдельных наиболее трудоемких операций) и набор оснастки - для ручной сборки ЭЯ малых серий большой номенклатуры. Не решена проблема автоматизации сборки ЭМ небольшими партиями (10 N3a 2500 эя/г) большой номенклатуры (Na 100 тип.эя/г) из-за несовершенства сборочных средств и технологической подготовки. Средства сборки здесь должны обладать гибкостью (программной переналадкой), быть объединены в комплексы (АСбК), ЭМ адаптированы к сборке в АСбК, техпроцессы АТП - индивидуальны (для каждого типа ЭМ), автоматизированы и оптимальны. Наиболее перспективны для этих условий - гибкие автоматизированные сборочные комплексы (ГАСК) [на основе серийного АТО и оснастки (СТО): сборочных центров СБЦ, роботизированных технологических комплексов РТК, гибких производственных модулей ГПМ; автоматизированной транспортно-накопительной системы (транспорта АТР с произвольным выбором адресата); средств вычислительной техники (ВТ)], которые в сравнении с комплектом АТО и ручной сборкой (для аналогичного объема и номенклатуры ЭЯ) имеют меньше АТО, рабочих, площадь, большую загрузку АТО, но дороги и сложны в проектировании. Важно уже на ранней стадии при формировании и выборе структур ГАСК (например, рис.0.1) принять правильное решение. Разработка ГАСК сдерживается отсутствием научно-методической базы. В этой связи представляют особый интерес работы отечественных и зарубежных ученых: а) по проектированию структур АСбК Абалкина В.Н., Алексеева В.Г., Алексеева П.И., Валькова В.М., Волчкевича Л.И., Горнева В.Ф., Краузе Г., Лапина М.С., Лищинского М.Ю., Меткина Н.П., Медведева A.M., Митрофанова СП., Нестерова Ю.И., Норенкова И.П., Рея У., Пономарева В.М., Садовской Т.Г., Серебрянного В.Г., Соломецева Ю.М., Сосонкина В.Л., Фролова В.Н., Шаумяна Г.А., Щпура Г.; б) по обеспечению технологических требований АСбК в АТО и СТО Васильева Г.Н., Дальского A.M., Капустина Н.М., Ка-мышного Н.И., Киселева В.М., Кузнецова М.М., Кузнецова Ю.И., Кулешова B.C., Лакоты Н.А., Лещенко В.А., Малова А.Н., Михайлова О.П., Попова Д.Н., Попова Е.П., Чеканова А.Н., Чиликина М.Г. и многих других. К настоящему времени изучены и исследованы некоторые частные задачи по разработке ГАСК и его элементов (например, принципы организации, управления, построения АТО для подготовки ЭК, сборки), но отсутствует обобщение полученных ранее результатов, нет научно обоснованной теоретической базы, методов и средств технологического проектирования ГАСК сборки ЭЯ. Целью работы является создание научных основ проектирования технологических структур ГАСК многономенклатурного производства ЭЯ, позволивших повысить эффективность использования серийного АТО путем объединения его в ГАСК. Научные основы проектирования структур ГАСК включают (рис.0.2): методы синтеза (для генерирования вариантов) и технико-экономической оценки (анализа, контроля, управления процессом проектирования); методологии (автоматизированного оптимизационного проектирования технологических, транспортных операций, подструктур, компоновки оборудования в комплексе и на их основе - структур ГАСК).

Методы исследования. Работа базируется на системном подходе к моделированию структур ГАСК , их элементов многономенклатурного производства ЭЯ.

Теоретические исследования основаны на использовании: теории производительности, теории надежности машин и автоматических линий, теории множеств, массового обслуживания, математического аппарата интегральных и интегро-дифференциальных уравнений; методов физического, математического, электронного, цифрового моделирования, численного решения на ЭВМ, оптимизации.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлена физико-математической постановкой задач и корректным применением методов исследования. С целью проверки и уточнения полученных расчетных соотношений и нелинейных моделей были проведены экспериментальные исследования на специально созданных стендах.

Научная новизна работы состоит в том, что на основе научного обобщения опыта разработки АСбК созданы научные основы проектирования технологических структур ГАСК многономенклатурного производства ЭЯ для повышения эффективности использования серийного сборочного АТО путем объединения его в ГАСК. Впервые предложены:

синтез технологических структур ГАСК выполнен на основе оптимальных технологических, транспортных операций и компоновки оборудования;

оценка и выбор структур и их компонентов из множества вариантов - по комплексному показателю эффективности (по Ртах); предложенный показатель эффективности Р учитывает особенности изделий (ЭЯ), оборудования (АТО, СТО, АТр), производства (номенклатуру и годовой объем выпуска ЭЯ, брак, незавершенное производство, постоянные и переменные затраты) и технологическую подготовку (проектирование управляющих программ, операционных и маршрутных карт); 3) в технологических операциях вместе с концентрацией разнотипных переходов оптимизирована последовательность их выполнения; 4) выбор оборудования и оснастки для технологических операций выполнен на основе комплексной оценки (точности, надежности, производительности, стоимости); в производительности АТО учтены его загрузка (Кз), выход годных изделий (Ктп), готовность к работе (р ) и трудоемкость;

установлена связь трудоемкости сборки ЭЯ (времени на обслуживание Тобс и переналадку Тпер) с особенностями изделия ЭЯ (типами, количеством ЭК, видом монтажа), оборудования (АТО, СТО) и производства (годовым объемом выпуска); 6) для дифференцированного анализа структур ГАСК и их элементов показатель Р имеет модификации (для операций - Роп, для подструктур - РкЬ для структур - Рк2); 7) в транспортных операциях, исходя из вероятностного характера транспортных потоков и заявок на обслуживание АТО (с использованием СМО), оптимизация выбора количества транспортного оборудования АТр и его марки произведена с учетом требуемой загрузки АТО (К3 ато) и АТр (К3 атр).

Основные научные положения, выносимые на защиту: 1) объединение в структуры ГАСК серийного оборудования (АТО, СТО, АТр) повысившее эффективность его использования в сравнении с группой независимо работающих единиц комплектов АТО (уменьшение единиц оборудования, квалифицированных рабочих, площадей; увеличение загрузки оборудования, его производительности; сокращение сроков сборки изделий; 2) методология автоматизированного проектирования и оптимизации технологических структур ГАСК; 3) метод синтеза структур ГАСК и их элементов, учитывающий особенности изделий и технологической сборочной среды и позволивший объединить серийное оборудование в комплексы ГАСК, повысив эффективность его использования; 4) метод технико-экономической оценки эффективности структур ГАСК, позволивший, благодаря учету особенностей изделий и технологической сборочной среды, количественно определить эффективность вариантов структур (и их элементов) и выбрать из них лучший; 5) синтез технологических структур ГАСК на основе оптимальных технологических, транспортных операций, подструктур и компоновки АТО [технологических операций с концентрацией разнотипных компонентов и оптимизацией их последовательности сборки; транспортных операций с оптимизацией выбора количества транспортного оборудования АТр и его марки при учете требуемой загрузки АТО (К3 ат0) и АТр (К3 атр); подструктур на основе типовых технологических процессов АТП сборки ЭЯ, унифицированных структур и операций сборки ЭЯ из однотипных компонентов]; в) основные направления обеспечения технологических требований ГАСК в сборочном оборудовании и СТО за счет применения в его координатных системах разработанных и исследованных автором быстродействующих следящих приводов.

Практическая ценность и реализация результатов данной работы: предложенные автором методология трех этапного синтеза технологических структур ГАСК; метод синтеза структур ГАСК и их элементов; метод технико-экономической оценки результатов проектирования; методика синтеза технологических [однотипных, разнотипных операций с концентрацией разнотипных переходов, оптимизацией последовательности выполнения переходов, оптимизацией выбора марки и количества АТО и СТО] и транспортных (с учетом вероятностного характера транспортных потоков, оптимизацией выбора марки и количества АТр при обеспечении требуемой загрузки АТО и АТр) операций с оптимизацией выбора лучшей; методики синтеза подструктур и компоновки ГАСК с оптимизацией выбора лучшей; методики обеспечения технологических требований ГАСК в АТО и СТО; методика автоматизации проектирования специального технологического оснащения СТО, позволяющая уменьшить трудоемкость и стоимость разработки СТО; унифицированные структуры ГАСК сборки различных изделий ЭЯ (построенные для штырькового монтажа с ИС2 и ЭРЭ, планарного монтажа с ИС4 и ЭРЭ и комбинированного с ЭРЭ, ИС2 и ИС4) использованы при разработке шаблонов для синтеза структур; алгоритмы автоматизированного проектирования групповых технологических процессов АТП сборки ЭЯ применены при синтезе операций, разработке шаблонов подструктур и унифицированных структур; алгоритмы автоматизированного расчета комплексного показателя эффективности Ркі и Р обеспечили оптимальный выбор соответственно подструктур и структур ГАСК, показателя Роп - оптимальный выбор моделей СТО, АТО, АТр при разработке технологических и транспортных операций ГАСК; алгоритмы автоматизированного проектирования управляющих программ управляющих программ (УТЛ) обеспечили подготовку информации, ее кодирование, контроль, формирование кадров УТЛ монтажа ЭК на плату на АТО с ЧПУ с оптимизацией последовательности монтажа ЭК по минимальному суммарному пути КС, что уменьшило время на ее подготовку; рекомендации по обеспечению технологических требований ГАСК в сборочных АТО и ПР путем замены приводов их КС на разработанные и исследованные автором быстродействующие следящие приводы позволяют увеличить производительность АТО за счет уменьшения вспомогательного времени КС; 

- методика автоматизации принятия конструкторско-технологических решений при адаптации изделий ЭЯ к условиям сборки в ГАСК позволяет увеличить долю автоматизированной сборки и уменьшить величину переменных затрат в производстве ЭЯ;

- (СлПр) электрических - с двигателями постоянного или переменного тока и электрогидравлических предложенные электронные средства коррекции в разработанных быстродействующих следящих приводах с цилиндром или гидромотором, а также устройства форсировки шагового двигателя вращения в АТО с шаговым приводом (ШПр) позволили увеличить производительность АТО за счет повышения быстродействия их СлПр, ШПр и уменьшили трудоемкость их наладки.

На основе результатов работы подготовлены и изданы: научные статьи, монография, справочник, авторское свидетельство, учебники и методические пособия (всего 47 наименований; из них 2 учебника и 15 учебных пособий издано через центральные издательства, в том числе Principles of Automation & Automated production processes. - Moscov: Mir Publishers, 1976. - 400 p , Гибкая автоматизация производства РЭА с применением микропроцессоров и роботов: Уч. пособ. - М.: Радио и связь, 1987. - 464 с; Основы автоматики и автоматизация производственных процессов: Учебник. - М.: Машиностроение, 1974. - 368с.

Результаты работы внедрены в НИИ, на заводах, в конструкторских и технологических бюро: МРТЗ (г. Москва), НПО ВТ (г. Минск), НПО им. Масленникова и Экран (г. Самара), эл.механический завод (г. Брест).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 15 всесоюзных, отраслевых конференциях и семинарах, в том числе: на всесоюзных научно-технических конференциях в г. Москве: Автоматизация сборочных работ, 1975; Автоматизация сборочных работ в приборостроении, 1975; Приборостроение, 1979; Автоматизация технологических процессов в приборостроении, 1980; Актуальные проблемы современного приборостроения, 1986, 1988 и 1989; Актуальные проблемы информатики, управления и вычислительной техники, 1987;на конференциях в Минске НПО ВТ Автоматизация сборки, 1980-1986 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 54 печатных работы, в том числе одна монография, один справочник, одно авторское свидетельство, 1 учебник, 15 учебных пособий.

Личный вклад соискателя. Все материалы, представленные в работе, выполнены соискателем. Соавторство относится к разработке программного обеспечения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка литературы из 333 наименований и приложений.

Работа содержит: 270 стр. текста, 92 рис., 103 таблицы, 26 стр. литературы (315 наименований) и приложения ( приложения - в виде отдельной книги). 

Подобные работы
Васильева Татьяна Юрьевна
Структурирование технологических знаний о производстве радиоэлектронной аппаратуры с применением метода ситуационного управления
Овчинников Алексей Павлович
Разработка и исследование метода и средств контроля параметров двухфазных потоков для автоматизации гидротранспортирования
Алексеев Владимир Александрович
Разработка и исследование методов и средств автоматизированного управления качеством продукции непрерывных производств
Томаков Максим Владимирович
Разработка и исследование методов и средств идентификации и контроля металлической ленты системы загрузки реактора
Архипов Павел Олегович
Исследование методов и средств автоматизации процесса маркировки информации в производственном документообороте
Кисин Илья Львович
Разработка метода и средств повышения эффективности функционирования автотранспортного предприятия на основе оптимального управления заявками на грузоперевозки путем динамической настройки ресурсов
Ерофеев Денис Александрович
Методы и средства информационной поддержки управления бизнес-процессами производственного предприятия
Семенов Анатолий Дмитриевич
Методы и средства управления непрерывными процессами в системах машинных агрегатов
Судов Евгений Владимирович
Модели, методы и средства управления и интегрированной информационной поддержки процессов жизненного цикла наукоемкой продукции
Беркут Андрей Ильич
Теоретические основы, методы и средства адаптивного управления процессом приготовления товарного бетона

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