WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Управление качеством процесса подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ на основе выбора стратегий и средств автоматизации

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

 

 

 

 

ЕПИФАНОВА Ольга Викторовна

 

Управление качеством процесса подготовки управляющих программ

для оборудования с ЧПУ на основе выбора

стратегий и средств автоматизации

 

 

Специальность:          05.02.23 

Стандартизация и управление качеством продукции

 

 

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

Тула – 2012


 


Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

на кафедре «Автоматизированные станочные системы»

 

Научный руководитель:

ИНОЗЕМЦЕВ Александр Николаевич доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

АНЦЕВ Виталий Юрьевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», заведующий кафедрой «Подъемно-транспортные машины и оборудование»;

ГУБАРЕВ Павел Валерьевич, кандидат технических наук, ООО «Девелопер Софт», инженер-программист.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс», г. Орел

Защита состоится « 15 » мая  2012 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ФГБОУ ВПО "Тульский государственный университет" (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92, 9-101)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан « 13 »  апреля  2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета                                        Орлов Александр Борисович


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Процесс подготовки управляющих программ (УП) для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) является в настоящее время одним из ключевых этапов технологической подготовки производства. С одной стороны, качество управляющей программы будет напрямую зависеть от качества процесса ее разработки, а с другой - от качества управляющей программы зависит в свою очередь качество выпускаемого изделия, надежность технологического оборудования и эффективность производственного процесса в целом.

Таким образом, необходимость повышения качества выпускаемой продукции, а также сокращения сроков разработки приводит к необходимости повышения эффективности процессов предприятия, одним из которых является процесс подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

Управление этим процессом традиционно связывают с необходимостью своевременного выявления несоответствий  на каждом из этапов проектирования и внесения корректировок с целью снижения итогового количества брака и общих сроков разработки УП. С другой стороны, активно идущая на современных предприятиях информатизация и компьютеризация производства, внедрение средств автоматизированного проектирования, ставит перед предприятиями задачу обоснованного выбора стратегий в области разработки УП, которые бы позволили повысить качество принимаемых решений при одновременном сокращении сроков разработки и количества несоответствий на этапах проектирования.

Руководству предприятия приходится выбирать между приобретением различных средств автоматизации, обучением сотрудников, внедрением средств для контроля качества принимаемых решений на различных этапах проектирования и пр., однако недостаточность информации о характере и причинах возникающих в процессе несоответствий не позволяют сделать обоснованный выбор.

С другой стороны, объективным препятствием повышению качества выпускаемых изделий и сокращения сроков их разработки является несоответствие между сложностью проектируемых объектов и устаревшими методами и средствами их проектирования. Применение систем автоматизации проектировании в процессе подготовки производства способствует повышению технического уровня и качества проектируемых объектов, сокращению сроков их разработки и освоения в производстве. Современные системы автоматизированного проектирования обладают модульной структурой, что создает предпосылку для оснащения используемой системы набором только необходимых элементов и функциональных возможностей с тем, чтобы  максимально удовлетворить потребности предприятия.

Однако перед предприятием-заказчиком встает в полный рост задача выбора необходимых параметров и функциональных возможностей систем информационной поддержки. В связи со спецификой производства, инвариантностью, объемами производимой продукции, может оказаться так, что функциональные возможности выбранной системы не позволят решить стоящих перед предприятием конкретных производственных задач или часть возможностей приобретенной системы может оказаться невостребованной.

Однако, как показал проведенный анализ, вопрос выбора средств автоматизации проектирования, удовлетворяющих потребностям предприятия и пользователей, в научном плане не решен.

Таким образом, актуальной является задача повышения эффективности и качества процесса подготовки управляющих программ за счет обоснованного выбора направлений совершенствования процесса и средств автоматизации, реализующих эти направления.

Цель работы заключается в повышении эффективности процесса технологической подготовки производства за счет обоснованного выбора стратегий и средств автоматизации процесса подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследований:

1) провести анализ процесса подготовки УП для станков с ЧПУ для выявления и классификации несоответствий, приводящих к увеличению сроков и стоимости подготовки УП, и источников их возникновения;

2) сформировать перечень возможных стратегий подготовки УП, позволяющих снизить количество несоответствий и выделить множество параметров, которые значимо влияют на выбор этих стратегий;

3) разработать схему влияния производственных факторов на выбор стратегии подготовки УП;

4) разработать теоретико-игровую модель выбора стратегии подготовки УП;

5) провести анализ структуры и состава модулей средств автоматизации подготовки УП для оборудования с ЧПУ - САМ-систем. Сформировать на основе проведенного анализа обобщенную структуру САМ-системы;

6) разработать методику квалиметрической оценки и выбора САМ-системы по показателям качества.

Методы и средства исследования. Исследования проводились на основе методов всеобщего управления качеством, квалиметрии, структурно-функционального моделирования IDEF, положений теории игр и теории принятия решений.

Основные положения, выносимые автором на защиту:

-  причинно-следственные взаимосвязи возникновения несоответствий при подготовке УП для оборудования с ЧПУ;

-  теоретико-игровая модель выбора оптимальной стратегии подготовки УП для оборудования с ЧПУ;

-  модель квалиметрической оценки качества средства автоматизированной подготовки УП (САМ-системы), позволяющая определить качество данного программного продукта на основе оценок качества по выделенным группам показателей.

Научная новизна результатов исследования состоит в разработке модели выбора оптимальной стратегии автоматизации процесса подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ, раскрывающей взаимосвязь между затратами на внедрение и эксплуатацию и эффективностью каждой стратегии в зависимости от текущей ситуации на предприятии, а также в разработке метода квалиметрической оценки и выбора средств автоматизации рассматриваемого процесса.

Практическая значимость.

Разработана методика проведения анализа процесса подготовки управляющих программ для выявления этапов, нуждающихся в совершенствовании. Для поддержки выбора направлений совершенствования процесса разработана соответствующая теоретико-игровая модель и даны рекомендации по ее применению. Разработана методика выбора САМ-системы на основе квалиметрической оценки ее качества. Разработаны модули расширения функциональных возможностей САМ-систем, позволяющие повысить качество процесса подготовки УП за счет сокращения трудоемкости и числа несоответствий при реализации проектных процедур.

Реализация работы. Разработанные модули используются в производственном процессе ОАО "Тульский оружейный завод". Результаты данной работы внедрены в учебный процесс кафедры "Автоматизированные станочные системы".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международных научно-технических конференциях: «Гагаринские чтения» (г. Москва, 2009, 2010, 2011гг.), «Автоматизация: Проблемы, Идеи, Решения» (г. Тула, 2009, 2010гг.), «Технологическая системотехника» (г. Тула, 2009, 2010 гг.), на Региональной молодежной научной и инженерной выставке «Шаг в будущее, Центральная Россия» (г. Липецк, 2010 гг.); на молодежной научно-практической конференции студентов ТулГУ «Молодежные инновации» (г. Тула 2009, 2010 гг.); на магистерской научно-технической конференции (г. Тула, 2008, 2009 гг.), а также на научной конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2009-2012 гг.).

Публикации. По тематике исследований опубликовано 14 работ, из них 5 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК.

Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы. Содержит 132 страницы машинописного текста, 13 таблиц, 26 рисунков, список литературы из 131 наименования. Общий объем диссертации 132 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена ее структура и кратко раскрыто содержание разделов диссертации.

В первом разделе выполнен анализ процессов предприятия, связанных с технологической подготовкой производства, показано место процесса подготовки УП. Показано, что снижение качества и эффективности процесса подготовки УП влечет за собой увеличение сроков и затрат на реализацию проектов, а также потери, связанные с риском повышенного уровня брака в ходе отладки УП на металлорежущем станке с ЧПУ и при последующей обработке деталей по данной УП.

Проведен анализ процесса подготовки УП, проанализировано место систем автоматизированного проектирования (САМ-систем) в этом процессе и влияние использования САМ-систем на качество процесса.

Сформулированы основные направления повышения качества УП и процесса разработки УП. Показано, что повысить качество процесса разработки УП возможно за счет:

- повышения уровня автоматизации процесса подготовки УП;

- совершенствования процедур отладки и верификации УП, в том числе и с привлечением специализированных средств автоматизации с расширенными возможностями;

- использования специализированных модулей и приложений, нацеленных на решение конкретных производственных задач;

- обоснованного выбора средств автоматизации и их функциональных возможностей;

- повышения квалификации персонала (программистов-технологов), в том числе и в области овладения навыками работы со средствами автоматизации;

- совершенствования материально-технической и информационной базы (новое материально-техническое оснащение рабочих мест, развертывание сетей, организация совместного доступа, совершенствование принципов обмена информацией).

Показано, что применение средств автоматизации на различных этапах процесса разработки УП позволяет:

- снизить затраты финансовых средств на выполнение проектных процедур за счет:

- сокращения сроков разработки;

- сокращения числа несоответствий и корректировок;

- повысить качество принимаемых проектных решений.

Проведен анализ используемых средств автоматизации программирования (САМ-систем) а также методик оценки и выбора программных средств для решения прикладных задач.

В настоящее время существуют общие рекомендации по оценке качества программных средств, однако их недостатком является то, что они ориентированы, главным образом, на разработчиков программного обеспечения и непригодны для применения конечными пользователями.

Вопросы повышения эффективности процессов предприятия, в том числе и процесса разработки УП рассматривали такие ученые как Адлер Ю.П., Анцев В.Ю., Безъязычный В.Ф., Бойцов Б.В., Бржозовский Б.М., Васильев В.А., В.В.Волостных, Галкин В.И., Григорович В.Г., Игнатьев А.А., Иноземцев А.Н., Пасько Н.И., Проников А.С., Протасьев В.Б., Репин В.В., Родионов В.С., Суслов А.Г., Цырков А.В., Шолом А.М., Юдин С.В. и др.. В решение задачи оценки качества программного обеспечения и выбора прикладных программных продуктов внесли свой вклад Антошина И.В., Бабешко В.Н., Замятин К.И., Нешта Е.П., Рязанова В.А., Хлунов А.В., Шугрина М.В.   

Однако, как показало исследование, вопросы построения единой методики определения направлений совершенствования процесса подготовки УП для оборудования с ЧПУ и выбора средств автоматизации (САМ-систем) для автоматизированной подготовки УП не нашли окончательного решения.

На основании вышеизложенного определена цель работы и сформулированы задачи исследования.

Во втором разделе произведены анализ и детализация процесса подготовки управляющих программ для металлорежущих станков с ЧПУ и выделены ключевые этапы этого процесса (рисунок 1).

Рисунок 1 – Этапы процесса разработки управляющей программы

Рисунок 2 – Причинно-следственная диаграмма возникновения несоответствий на этапе "Разработка УП (кодирование)"

Анализ этапов процесса подготовки УП с помощью исследования причинно-следственных взаимосвязей позволил выделить для каждого из этапов основные несоответствия, которые возникают при реализации проектных процедур. Результаты проведенного анализа формализованы в виде причинно-следственных диаграмм, пример которой приведен на рисунке 2.

Дальнейший анализ позволил выделить факторы, оказывающие влияние на возникновение этих несоответствий:

Факторы, связанные с исполнителем:

- невнимательность исполнителя;

- недостаточная квалификация специалиста (программиста, отладчика);

- недостаточный опыт работы со средством автоматизации:

- недостаточный опыт работы с системой автоматизированного проектирования (САМ-системой);

- недостаточный опыт работы с конвертерами файловых форматов при импорте данных с предыдущих этапов проектирования;

- недостаточный опыт работы с системой верификации УП;

- недостаточный опыт настройки постпроцессора.

Факторы, связанные с недостатками используемых средств автоматизации, либо с отсутствием средств автоматизации для поддержки этапов проектирования:

- отсутствие средства автоматизации (САМ-системы);

- недостаточная гибкость средства автоматизации (САМ-системы):

- несовместимость форматов данных CAD/CAM-систем (отсутствие необходимых конвертеров);

- отсутствие поддержки импорта данных (ввод информации вручную);

- отсутствие режима интерактивного ввода;

- недостаточная функциональность для выполнения расчетов заданной точности;

- отсутствие соответствующих баз данных и баз знаний;

- отсутствие интерактивных средств поддержки принятия решений на этапах проектирования;

- недостаточная функциональность средства проверки кода УП; 

- отсутствие постпроцессора;

- недостаточная функциональность либо отсутствие средств автоматизации для осуществления верификации и оптимизации УП, а также визуализации обработки на компьютере:

- отсутствие средства компьютерной визуализации/верификации;

- отсутствие средств анализа и оптимизации по результатам верификации.

Выявление ключевых причин позволило нам сформулировать стратегии предприятия в области подготовки управляющих программ, направленные на снижение количества возникающих несоответствий:

x1. Автоматизированная подготовка УП, для которой предполагается приобрести или разработать средства автоматизации, в том числе и дополнительные.

x2. Выполнение расширенной верификации УП.

x3. Обучение персонала.

Также во второй главе даны рекомендации по использованию выявленных причинно-следственных взаимосвязей для проведения оценки ситуации на предприятии и выделения проектных процедур, нуждающихся в повышении эффективности.   

В третьем разделе разработана теоретико-игровая модель выбора стратегий подготовки УП с учетом конкретных производственных факторов.

Формализация взаимодействия участников выбора стратегии в области подготовки УП для оборудования  с ЧПУ - руководства предприятия и отдела разработки УП - представлена теоретико-игровой моделью, отражающей черты данного явления: множество заинтересованных сторон (игроков, участников); возможные действия каждой из сторон (стратегии, ходы); интересы сторон, представленные функциями выигрыша (платежа) для каждого из игроков.

Игрок, в конечном итоге оценивающий результаты внедрения стратегии – руководство предприятия – заинтересован в повышении эффективности процесса разработки и качества УП при снижении затрат на разработку и низких расходах на внедрение и использование стратегии. С другой стороны, программисты технологи заинтересованы в выборе стратегии, которая позволила бы сократить длительность и трудоемкость процесса разработки при повышении качества принимаемых решений. Таким образом, цели руководства предприятия и разработчиков совпадают, поэтому взаимодействие разработчика и потребителя можно представить как коалиционную игру, каждый из участников которой имеет свой набор стратегий поведения:

где     – множество стратегий отдела разработки управляющих программ;  – множество стратегий  руководства предприятия;  – функция выигрыша разработчиков управляющих программ.

Принятие решения представляет собой выбор одной или нескольких из некоторого множества рассматриваемых стратегий, каждая из которых приводит к определенному результату с определенными затратами. Необходимо подыскать один или несколько вариантов в зависимости от конкретной ситуации (набора факторов) с наибольшим значением эффективности при минимальных затратах. Таким образом, выбор оптимального варианта производится с помощью минимаксного критерия "минимум затрат на внедрение и эксплуатацию при максимальной эффективности". Таким образом, стратегия  отдела разработки управляющих программ оптимальна в случае, если  где v(Г) – значение игры Г, равное экономической эффективности внедряемой i-ой стратегии разработчиков УП, т.е.

где  – затраты на внедрение и эксплуатацию стратегии x*,  – эффективность стратегии x* в зависимости от множества F текущих факторов производства.

Так как  где  – множество элементов i-ой стратегии разработчиков УП, следовательно:

где  – затраты на внедрение и эксплуатацию n-го элемента i-ой стратегии,  – эффективность n-го элемента i-ой стратегии в зависимости от множества F текущих факторов производства.

Выявлены стратегии разработчиков управляющих программ и их элементы (таблица 1) и руководства предприятия, а также производственные факторы, которые описывают текущую обстановку на предприятии и влияют на выбор (таблица 2). Одновременно может быть внедрено несколько стратегий/ элементов стратегий. Поэтому существует возможность формирования оптимальной стратегии индивидуально для каждого проекта, при этом  особенности внедряемой стратегии будут определяться приоритетными направлениями совершенствования процесса подготовки УП.

Таблица 1

Стратегии xi отдела разработки управляющих программ

Элементы стратегий, ei

x1. Автоматизированная подготовка УП, для которой предполагается приобрести или разработать

e11. Компьютерную технику

e12. САМ-систему

e13 Модули расширения функциональных возможностей САМ-системы

e14. Постпроцессоры для имеющегося оборудования

x2. Расширенная верификация выполняется

e21. С привлечением средств верификации САМ-системы

e22  С привлечением специализированных верификаторов

e23. С привлечением средств анализа и оптимизации

x3. Обучение персонала

e31. Своими силами

e32. Специализированные образовательные программы

Указанные в таблице 2 факторы могут быть уточнены и конкретизированы. Структура фактора F3 "Имеющееся в наличии программное обеспечение технологической подготовки производства" приведена ниже:

F31 Есть САМ-система универсальная:

F311 планируется обновление текущей системы;

F312 планируется расширение ее возможностей;

F313 планируется переход к другой системе;

F314 не планируются изменения системы;

F32 Есть САМ-системы для некоторых видов обработки:

F321 планируется закупка модулей для других видов обработки;

F322 не планируется закупка модулей для других видов обработки;

F33 Нет САМ-системы;

F34 Верифкатор:

F341 Есть верификатор встроенный;

F342 Есть верификатор самостоятельный;

F343 Нет верификатора.

Таблица 2

Стратегии yj

руководства предприятия

Факторы Fk,

влияющие на выбор отдела разработки

управляющих программ

y1. Принять предложенную схему автоматизации.

y2. Потребовать изменения схемы автоматизации – выбор другого уровня автоматизации.

y3. Потребовать изменения состава САМ-системы.

y4. Потребовать изменить поставщика САМ-системы

F1. Серийность, инвариантность выпуска и срочность заказа (определяет сроки разработки)

F2. Имеющееся на предприятии оборудование (применяемые типы обработки, набор постпроцессоров)

F3. Имеющееся в наличии программное обеспечение технологической подготовки производства

F4. Сложность и специфичность разрабатываемых изделий

F5. Материально техническая база предприятия (компьютерная, офисная и т.д. техника)

F6. Квалификация персонала (необходимый и достаточный уровень пользователей системы, сложность освоения)

Предложено оценивать затраты на внедрение и эксплуатацию той или иной стратегии, исходя из годового фонда заработной платы (ГФЗ) программиста-технолога, среднего по предприятиям Тульской области. Затраты на внедрение и эксплуатацию при приобретении САМ-системы рассчитываются в зависимости от стоимости одного лицензионного места одной из соответствующих систем и его обновления соответственно. В основы для расчета взяты данные по SPRUT 7 в поставке SprutCAM «Универсал», специализированного верификатора - по VERICUT, модулей расширения - средняя стоимость разработанных подобных модулей. Для расчета затрат на обучение взята средняя цена курса обучения SprutCAM специалистами учебного центра.

Полученные коэффициенты в пересчете на одно рабочее место приведены в таблице 3.

В таблице 4 представлен фрагмент таблицы установленных соответствий между элементами стратегий и фактором F3 "Имеющееся в наличии программное обеспечение технологической подготовки производства".

Выявленные соответствия помогаю сформировать стратегию автоматизированной разработки управляющих программ для заданного набора исходных производственных условий.

Таблица 3

Элементы стратегии ei

Затраты Ci

Затраты ?Ci

Приведенные затраты

на внедрение

на эксплуатацию

e11. приобрести компьютерную технику

0,2 ГФЗ

0,1 ГФЗ

0,3 ГФЗ

0,17

e12. приобрести САМ-систему

0,82 ГФЗ

0,1 ГФЗ

0,92 ГФЗ

0,51

e13 приобрести модули расширения функциональных возможностей САМ-системы

0,11 ГФЗ

0,02 ГФЗ

0,13 ГФЗ

0,07

e14. приобрести постпроцессоры для имеющегося оборудования

0,17 ГФЗ

0,03 ГФЗ

0,2 ГФЗ

0,11

e21. верификация с привлечением средств верификации САМ-системы

0

0

0

0

e22  верификация с привлечением специализированных верификаторов

1,67 ГФЗ

0,12 ГФЗ

1,79 ГФЗ

1

e23. верификация с привлечением средств анализа и оптимизации

0,1 ГФЗ

0,02 ГФЗ

0,12 ГФЗ

0,07

e31.обучение своими силами

0

0

0

0

e32. Специализированные образовательные программы

0,47 ГФЗ

0

0,47 ГФЗ

0,26

Таблица 4

 

X1 

X2 

X3 

e11 

e12 

e13 

e14 

e21 

e22 

e23 

e31 

e32 

 

F3

F31

F311 планируется обновление текущей системы

+

0

+

 

 

 

 

+

+

F312 планируется расширение ее возможностей

+

0

*

 

+

+

+

+

+

F313 планируется переход к другой системе

+

*

 

 

 

 

 

+

*

F314 не планируются изменения системы

 

-

-

 

 

 

 

 

 

F32

F321 планируется закупка модулей для других видов обработки

+

0

*

 

 

 

 

+

+

F322 не планируется закупка модулей для других видов обработки

 

-

-

 

 

 

 

 

 

F33 Нет САМ-системы

*

*

+

*

+

+

+

+

*

F45

F341 Есть верификатор встроенный

 

 

 

 

*

+

+

 

 

F342 Есть верификатор самостоятельный

 

 

 

 

 

*

+

 

 

F343 Нет верификатора

+

 

 

 

+

+

+

+

+

"-" – применение элемента стратегии при данном условии недопустимо,

"0" – неэффективное применение элемента стратегии при данном условии,

"+" – эффективное применение элемента стратегии при данном условии,

"*" – необходимое применение элемента стратегии при данном условии

После выбора конкретного направления совершенствования процесса подготовки УП перед предприятием встает задача оценки и выбора средств автоматизации, в том числе САМ-системы.

Для решения этой задачи была разработана методика квалиметрической оценки качества САМ-системы, алгоритм реализации этой методики следующий:  

  1. Определение типа средства автоматизации
  2. Оценка материально-технической и информационной базы предприятия
  3. Формулирование требований к функционалу средства автоматизации
  4. Ранжирование показателей качества САМ-системы по степени значимости
  5. Формирование структуры желаемой САМ-системы
  6. Установка ограничений на наиболее важные показатели
  7. Оценка рассматриваемых САМ-систем по выбранным критериям
  8. Окончательный выбор САМ-системы из списка допустимых систем

С учетом рекомендаций ГОСТ 28806-90 «Качество программных средств. Термины и определения» и ГОСТ 28195-89 «Оценка качества программных средств. Общие положения» был сформирован перечень показателей качества САМ-системы как программного средства. Показатели качества были разделены на 4 группы: функциональные возможности, удобство освоения и использования, универсальность, экономические показатели. Каждая из групп конкретизируется оценочными показателями более низкого уровня.  Для формирования группы показателей "Функциональные возможности" была разработана обобщенная структура САМ-системы, которая состоит из модулей-блоков, реализующих поддержку отдельных этапов подготовки управляющей программы.

Рисунок 3. Обобщенная структура САМ-системы и фрагмент показателей качества для группы "Функциональные возможности"

Показано, что сторонами, участвующими в оценке и выборе средства автоматизации являются: отдел разработки управляющих программ (оценивают функциональные возможности и удобство освоения и использования), отдел информационных технологий (оценивают универсальности и гибкость программного средства), руководство предприятия (оценивает затраты денежных средств).

Для осуществления оценки качества САМ-системы по выбранным показателям разработаны группы оценочных показателей. Описаны способы определения значений оценочных показателей, проведен анализ задач участников процесса выбора САМ-системы и разработана  методика оценки качества САМ-системы на основе абсолютных и относительных показателей качества с учетом веса мнения выборщиков.

Методология оценки САМ-системы по показателям качества может применяться в рамках решения задачи о выборе стратегии автоматизации процесса подготовки УП для оценки приобретаемой САМ-системы/модулей расширения, для оценки имеющейся системы и принятия решения о ее обновлении или замене, для постановки задания на разработку модулей расширения и дальнейшего контроля результата выполнения этого задания.

В четвертом разделе описано применение разработанной модели определения стратегии автоматизации для выбора эффективного направления совершенствования процесса подготовки УП.

При анализе процесса подготовки управляющих программ для деталей, содержащих специфический конструктивный элемент - винтовой паз - было выявлено, что расчет опорных точек траектории занимает слишком много времени, имеются отклонения в размерах и форме детали по результатам обработки. Для повышения эффективности процесса была применена методика выбора стратегии разработки УП. Выделены производственные факторы:

F1. Серийность, инвариантность выпуска и срочность заказа:

F122 Разнообразие выпускаемой продукции значительное

F131 Часто изменяется номенклатура выпускаемых изделий

F2. Имеющееся на предприятии оборудование:

F212 Есть постпроцессоры для имеющегося оборудования: не планируется закупка нового оборудования

F3. Имеющееся в наличии программное обеспечение КТПП

F31 Есть САМ-система универсальная:

F312 возможно, расширение ее возможностей

F313 возможно, переход к другой системе

F351 Есть верификатор встроенный

F4. Сложность и специфичность разрабатываемых изделий

F411 Сложность изделий высокая

F421 Есть специальные задачи

F5. Материально техническая база:

F51 Есть соответствующее оборудование

F6. Квалификация персонала:

F611 Есть Штатный программист

F621 Опыт работы с САМ-системами есть

В таблице 5 приведены данные об эффективности возможных стратегий при заданных факторах. Для расчета примем следующие условные коэффициенты: "-"=-3, "0" =-1, "+" =1, "*" =3.

Таблица 5

x1

x2

x3

 

e11

e12

e13

e14

e21

e22

e23

e31

e32

 

 

F122

 

*

*

*

*

*

*

 

 

F13

F131

 

*

*

*

*

*

*

 

 

F212

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

F312

 

-

*

*

 

*

*

*

*

F313

 

*

+

+

 

 

 

*

*

F35

F351

 

 

 

 

-

+

*

 

 

F4

F41

F411

 

+

*

 

+

*

*

 

 

F42

F421

 

+

*

 

 

 

 

 

 

F5

F51

-

 

 

 

 

 

 

 

 

F6

F61

F611

 

 

*

*

 

 

 

 

 

F62

F621

 

 

 

 

 

 

 

*

+

?Ei

-1

10

19

12

6

13

15

9

7

приведенная

-1

0,53

1,00

0,63

0,32

0,68

0,79

0,47

0,37

Таким образом,  наибольшее значение эффективности будет у стратегии e13 "Приобрести модули расширения функциональных возможностей САМ-системы" и e23. "Верификация с привлечением средств анализа и оптимизации". Для выбора оптимальной стратегии было определено соотношение суммарной эффективности к стоимости внедрения и эксплуатации стратегии. По результатам расчетов получено, что оптимальной для внедрения является стратегия e13. Наличие штатного программиста делает возможной разработку модуля расширения самостоятельно предприятием. Для принятия решения о том, будет ли разработка вестись своими силами или нет необходимо оценить затраты на разработку сторонними программистами и штатным.

Для  повышения точности и сокращения времени и трудоемкости вычислений был разработан программный модуль, позволяющий определить параметры взаимного расположения инструмента и заготовки при обработке винтового паза на венчике. Разработанный модуль позволяет достигнуть повышения эффективности процесса подготовки УП для обработки деталей, содержащих данный конструктивный элемент, на этапе расчета опорных точек траектории движения инструмента за счет сокращения времени проведения расчетов на 42%.

Для сокращения времени и трудоемкости подготовки изображений для обработки на лазерном гравировальном станке и сокращения штучного времени обработки был разработан программный модуль, осуществляющий преобразование исходного полноцветного изображения в монохромное с частотной модуляцией цвета. Разработанный модуль позволяет: сократить сроки и трудоемкость процесса подготовки исходных данных на 37%; сократить число необходимых проходов лазера при гравировании изображения и снизить энергоемкость процесса гравирования (при сохранении имитации тоновых переходов) в 8 - 10 раз.

Необходимость разработки данных модулей была выявлена по результатам анализа процессов подготовки соответствующих управляющих программ, анализ проводился с применением предложенной методики выбора стратегии автоматизации. Постановка задания на проектирование и оценка результирующих программных продуктов произведена по методике квалиметрической оценки качества средств автоматизации.

В заключении диссертационной работы сформулированы основные результаты и перспективы развития исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основным результатом данной диссертационной работы является решение важной научной задачи повышения эффективности и качества процесса разработки управляющих программ за счет обоснованного выбора стратегии и средств автоматизации.

Результаты проведенных теоретических исследований и их практическое использование позволяют сделать следующие основные выводы:

  1. Исследование процесса разработки управляющих программ позволило установить, что действующими лицами, принимающими участие в выборе стратегии автоматизации процесса подготовки управляющих программ являются руководство предприятия и отдел разработки управляющих программ. Выявлены их цели и сценарии поведения (индивидуальные стратегии). Показано, что взаимодействие участников процесса при осуществлении выбора направлений автоматизации  математически описываются моделью игры с ненулевой суммой, предусматривающей наличие и конфликтов и согласованных действий игроков.
  2. Выявлены стратегии автоматизации процесса подготовки управляющих программ, способствующие повышению эффективности процесса и разрешению объективно обусловленного конфликта противоположных интересов взаимодействующих субъектов. Установлено, что эффективность применяемой стратегии автоматизации существенно зависит от конкретных производственных факторов, сопровождающих разработку управляющих программ. Стратегия автоматизации процесса подготовки управляющих программ должна выбираться в соответствии с экономическими критериями на основе соглашения субъектов, заинтересованных в разработке УП.
  3. На основе анализа производственной практики выявлены производственные  факторы, влияющие на выбор стратегии. Определены эффективность элементов стратегий и относительные затраты на их реализацию. Разработана методика выбора оптимальной стратегии автоматизации процесса разработки управляющих программ.
  1. Установлено, что квалиметрическую оценку качества САМ-системы следует производить по четырем группам показателей, характеризующим пользовательские свойства, особенности интеграции в информационную среду предприятия и затраты на внедрение и эксплуатацию. Участниками процесса выбора являются отдел разработки управляющих программ, отдел информационных технологий и сопровождения программного обеспечения и руководство предприятия. Разработана методика квалиметрической оценки средств автоматизации процесса подготовки УП для станков с ЧПУ (САМ-систем).
  2. Разработаны модули расширения функциональных возможностей САМ-систем для поддержки этапов "подготовка данных" (для лазерных гравировальных станков, позволяет сократить время подготовки данных на 37%) и "расчет опорных точек траектории" (для УП на детали, содержащие конструктивный элемент "винтовой паз", позволяет сократить время проведения расчетов на 42%). Разработанные модули внедрены и используются в производственном процессе ОАО "Тульский оружейный завод".
  3. Результаты данной работы в виде методик выбора оптимальной стратегии разработки управляющих программ и оценки и выбора САМ-системы внедрены и используются в учебном процессе на кафедре «Автоматизированные станочные системы» ТулГУ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ:

  1. Епифанова О.В. Автоматизация точного расчета взаимного позиционирования инструмента и заготовки при обработке винтового паза на венчике // Молодежный вестник Технологического факультета: Лучшие научные работы студентов и аспирантов: Сб. статей. В 2-х ч. Ч.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 148-151
  2. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Повышение качества процесса автоматизированной разработки управляющих программ. // IV-я магистерская научно-техническая конференция Тульского государственного университета: cборник докладов/ под общей редакцией  д-ра техн. наук, проф. Ядыкина Е.А. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 237-239
  3. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Автоматизированный расчет точного позиционирования заготовок при пятикоординатной обработке // Оборудование и инструмент для профессионалов, №5. Харьков: ЦентрИнформ, 2009. С.18-23
  4. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Повышение эффективности работы лазерного технологического комплекса // Оборудование и инструмент для профессионалов №5. Харьков: ЦентрИнформ, 2009. С.28-31
  5. Троицкий Д.И., Епифанова О.В.  Выбор оптимальной стратегии автоматизированной разработки управляющих программ для ЧПУ // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Материалы Междунар. научно-техн. конф. "АПИР-14 /Под ред. В.В. Прейса, Е.В. Давыдовой. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2009. С. 108-112
  6. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Исследование задачи выбора перечня функциональных возможностей САМ-систем при автоматизированной подготовке управляющих программ// Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Научно-технический журнал, № 2/3 (280). Орел: Изд-во ,2010. С.57-62
  7. Епифанова О.В., Иноземцев А.Н., Троицкий Д.И. Преобразование растровых изображений при разработке управляющих программ для лазерного технологического комплекса //Вестник компьютерных и информационных технологий № 3(69). Москва: Изд-во Машиностроение, 2010 С. 3-7
  8. Епифанова О.В. Выбор структуры и стратегии использования САМ-систем в задаче повышения эффективности процесса подготовки УП для станков  с ЧПУ // Молодежный вестник Политехнического института: сб. статей. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010 С. 109-110
  9. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Оптимальный выбор структуры САМ-системы (начало)// Оборудование и инструмент для профессионалов, №5. Харьков: ЦентрИнформ, 2010. С.56-58
  10. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Оптимальный выбор структуры САМ-системы  (окончание)// Оборудование и инструмент для профессионалов, №6.  Харьков: ЦентрИнформ, 2010. С.82-83
  11. Епифанова О.В. Исследование задачи повышения эффективности процесса автоматизированной разработки управляющих программ путем формирования стратегии автоматизации и структуры САМ-системы // XXXVII Гагаринские чтения. Научные труды Международной молодежной научной конференции в 8 томах, Т2. М.: МАТИ, 2011. С. 113-115
  12. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Методика оптимального выбора структуры САМ-системы // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 21-29
  13. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Автоматизация технологической подготовки производства деталей, изготавливаемых на оборудовании с ЧПУ / Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 53-61
  14. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Автоматизация преобразования растровых изображений при разработке управляющих программ для лазерного гравировального станка // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 224-231

 

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.