Підвищення ефективності інтегрованих технологій пошарового вирощування виробів на основі статистичного прогнозування - Автореферат

Основною їхньою перевагою є можливість істотного зниження тривалості повного циклу виготовлення виробів, що являє собою суму трьох етапів: створення компютерної моделі, її матеріалізацію й постобробку для кінцевого надання виробові необхідних споживчих властивостей. Ефективність використання інтегрованих технологій пошарового вирощування виробів прямо залежить від раціонального вибору методу матеріалізації й можливості попередньої оцінки тривалості повного циклу виготовлення виробу. Причому ця оцінка повинна виконуватися на етапі ухвалення рішення про використання тієї або іншої технології. Семка Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» у межах тем: «Створення теорії та методики моделювання процесів різання в тривимірному (3D) просторі на основі багатопараметричних афінних відображень» (ДР №0102U000976, 2002-2004 рр.); «Розробка теоретичних основ оптимізації прискореного формоутворення виробів на принципах генеративних технологій (Rapid Prototyping)» (ДР №0105U000576, 2005-2007 рр.). Розробити систему статистичного прогнозування вихідних характеристик робочих процесів інтегрованих технологій, яка б забезпечувала можливість оцінки ризиків виконання проектів пошарового створення виробів у заданий термін.Розробка технології Rapid Prototyping (RP) зявилася дійсним проривом в області високих інтегрованих технологій, яка дозволяє у часі й просторі поєднати або надзвичайно зблизити розробку, конструювання й виготовлення типової поодинокої моделі, деталі або виробу в зборі, скоротити час залежно від ступеня складності на 30?70% і навіть у кілька разів. Для України, де ці технології поки що застосовуються в дуже обмежених масштабах (усього 3 установки, у той час як у Росії й Білорусії їхня кількість виміряється десятками), де ще має бути їхнє освоєння в провідних галузях промисловості, потрібна більш обєктивна інформація про розробки різних фірм США, Німеччини, Японії й ін. країн. Енергетичний комплекс ознак містить у собі 6 груп: вид енергії, що безпосередньо підводиться до обєкта (на границі обєкта й навколишнього середовища); енергію, що визначає утворення форми; розподіл енергії в часі; підведення енергії й розподіл її в просторі, займаному обєктом; енергоємність процесу формоутворення; зони поглинання енергії. Сформульовано комплекс умов, необхідних для реалістичного прогнозування вихідних показників робочих процесів в умовах різного рівня невизначеності значень технологічних параметрів (складові повного циклу та технологічного часу виготовлення виробів, характеристики 3D геометрії виробів, параметри лазерного променя та формоутворення). При розробці системи моделювання вирішувалися наступні основні задачі, що забезпечують універсальність і розширені можливості для вивчення механізмів формування вихідних характеристик робочих процесів інтегрованих генеративних технологій: моделювання статистичних механізмів формування вихідних характеристик робочих процесів на базі вихідних технологічних параметрів, що задають різними типами числових детермінованих і стохастичних даних; статистичний і кореляційний аналіз заданих параметрів і результуючих вихідних характеристик.У результаті теоретичних, модельних і експериментальних досліджень розроблено методологію прогнозування повного циклу створення виробів інтегрованими технологіями пошарового вирощування на базі статистичного моделювання в умовах істотної невизначеності технологічних характеристик процесів, що забезпечує підвищення ефективності використання генеративних технологій макрорівня за рахунок зниження ризиків при виконанні проектів по їхній реалізації. Розроблена науково-обґрунтована класифікація інтегрованих технологій, що базуються на генеративному принципі формоутворення, і інформаційна система на її основі створюють передумови для прийняття обґрунтованих рішень по раціональному застосуванню цих технологій. З використанням підходів і критеріїв, прийнятих у машинобудуванні, класифікація дозволила зблизити поняття «інтегровані генеративні технології» із традиційними поняттями технологій, які існували раніше, а урахування ознак, обумовлених специфікою розглянутих процесів, створило можливість більш повно оцінювати технологічні можливості генеративних технологій і окремих способів їхньої реалізації. На базі запропонованої класифікації розроблено інформаційну систему по інтегрованим генеративним технологіям макрорівня, що забезпечує попереднє прийняття обґрунтованих рішень по їхньому використанню. Розроблена в середовищі управління базами даних, інформаційна система відноситься до прикладних програм, що орієнтована на вивчення особливостей і аналіз можливостей інтегрованих генеративних технологій.

Основний зміст роботи

1. У результаті теоретичних, модельних і експериментальних досліджень розроблено методологію прогнозування повного циклу створення виробів інтегрованими технологіями пошарового вирощування на базі статистичного моделювання в умовах істотної невизначеності технологічних характеристик процесів, що забезпечує підвищення ефективності використання генеративних технологій макрорівня за рахунок зниження ризиків при виконанні проектів по їхній реалізації.

2. Розроблена науково-обґрунтована класифікація інтегрованих технологій, що базуються на генеративному принципі формоутворення, і інформаційна система на її основі створюють передумови для прийняття обґрунтованих рішень по раціональному застосуванню цих технологій. З використанням підходів і критеріїв, прийнятих у машинобудуванні, класифікація дозволила зблизити поняття «інтегровані генеративні технології» із традиційними поняттями технологій, які існували раніше, а урахування ознак, обумовлених специфікою розглянутих процесів, створило можливість більш повно оцінювати технологічні можливості генеративних технологій і окремих способів їхньої реалізації.

3. На базі запропонованої класифікації розроблено інформаційну систему по інтегрованим генеративним технологіям макрорівня, що забезпечує попереднє прийняття обґрунтованих рішень по їхньому використанню. Розроблена в середовищі управління базами даних, інформаційна система відноситься до прикладних програм, що орієнтована на вивчення особливостей і аналіз можливостей інтегрованих генеративних технологій. Основою інформаційної системи є класифікація і банк даних по предметній області інтегрованих генеративних технологій. Система містить дані описи і класифікаційні ознаки всіх комплексів, устаткування і його технологічних характеристик і може бути корисною для фахівців в області технології машинобудування, аспірантів і студентів вищих навчальних закладів.

4. Розроблена система статистичного моделювання вихідних характеристик робочих процесів інтегрованих технологій забезпечує можливість оцінки ризиків виконання проектів по створенню виробів у заданий термін.

5. Розроблено узагальнену стохастичну модель тривалості повного циклу створення виробів по інтегрованим компютеризованим генеративним технологіям стосовно лазерної стереолітографії і селективного лазерного спікання. При її використанні забезпечується виконання статистичного прогнозування часу повного циклу створення виробів і необхідного часу побудови на RP-установках. Можливий аналіз структури технологічних ланцюгів часових витрат для всього технологічного процесу або його елементів.

6. Відпрацьовано способи одержання безперервних випадково розподілених величин для 17 законів розподілів, найбільш часто використовуваних у машинобудуванні для опису статистичних властивостей технологічних параметрів і вихідних характеристик процесів. Отримані залежності ввійшли складовою частиною в розроблене програмне забезпечення.

7. Теоретично обґрунтовано і підтверджено модельними дослідженнями методику переходу від експертних оцінок нечітких величин на базі сімейств трикутних і трапецеїдальних чисел до їх ймовірносних аналогів стосовно нечітко визначених технологічних параметрів. Отримані кусочно-безперервні залежності для щільності імовірності, інтегральної і зворотної функцій імовірності ввійшли складовою частиною в систему статистичного моделювання робочих процесів інтегрованих технологій.

8. Практична реалізація розроблених підходів виконувалася при прийнятті рішень по виконанню реальних замовлень ЗАТ «Верифікаційні моделі», що забезпечило можливість розрахунку часу повного циклу створення виробів для 250 потенційних замовлень без залучення програмного забезпечення установок швидкого прототипування і, у результаті, визволило машинний час у розмірі 450 годин. Використання програмних продуктів у 89 випадках призвело до укладання економічно обґрунтованих контрактів. Економічний ефект від упровадження результатів роботи склав більше 73 тис. грн.

1. Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и изготовления / Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И., Чернышов С.И., Верезуб Н.В., Витязев Ю.Б., Кнут Х., Лиерат Ф. / Под. ред. Л.Л. Товажнянского, А.И. Грабченко - Харьков: ОАО «Модель Вселенной», 2002. - 140 с. Здобувачем виконано аналіз інтегрованих технологій і їхньої ролі в сучасному компютеризованому виробництві.

2. Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и изготовления: 2-е изд., перераб. и доп. / Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И., Чернышов С.И., Верезуб Н.В., Витязев Ю.Б., Доброскок В.Л., Кнут Х., Лиерат Ф. / Под. ред. Л.Л. Товажнянского, А.И. Грабченко. - Харьков: ОАО «Модель Вселенной», 2005. - 224 с. Здобувачем розроблено узагальнену модель технологічного часу формоутворення виробів інтегрованими технологіями пошарового вирощування і виконано аналіз структурних складових.

3. Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И., Верезуб Н.В., Витязев Ю.Б., Чернышов С.И., Кнут X., Лиерат Ф. Интегрированные технологии ускоренного изготовления изделий // Високі технології в машинобудуванні. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2002. - Вип. 1 (5). - С. 3-16. Здобувачем виконано порівняльний аналіз інтегрованих технологій Rapid Prototyping, Rapid Tooling і Rapid Manufacturing.

4. Чернышов С.И. Критерии оценки эффективности интегрированного производства на основе технологий Rapid Prototyping // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2002. Вып. 62. - С. 177-179.

5. Чернышов С.И., Грабченко А.И., Витязев Ю.Б., Верезуб Н.В. Технология производства деталей на основе метода стереолитографии // Вісник НТУ «ХПІ». Збірник наук. праць. Тематичний випуск: Технології в машинобудуванні. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2002. - Вип. 9, т. 11. - С. 103-107. Здобувачем розроблено схему інтегрованих технологічних процесів прискореного формоутворення виробів на базі лазерної стереолітографії.

6. Чернышов С.И., Витязев Ю.Б., Грабченко А.И., Верезуб Н.В. Классификация генеративных технологий по формообразующим и технологическим признакам // Високі технології в машинобудуванні. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2004. - Вип. 1. - С. 106-112. Здобувачем запропоновано систему класифікаційних технологічних ознак генеративних технологій.

7. Грабченко А.И., Доброскок В.Л., Витязев Ю.Б., Чернышов С.И. Качество изготовления изделий по генеративным технологиям макроуровня // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. праць. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2005. - Вип. 2 (11). - С. 112-129. Здобувачем проведено аналіз впливу стереометричних характеристик виробів і кроку побудови на точність формоутворення.

8. Грабченко А.И., Доброскок В.Л., Витязев Ю.Б., Чернышов С.И. Технологическое время в генеративных технологиях макроуровня // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - Вып. 68. - Харьков, 2005. - С. 129-152. Здобувачем розроблено узагальнену модель технологічного часу.

Матеріали конференцій і семінарів: 9. Чернышов С.И., Грабченко А.И., Витязев Ю.Б., Верезуб Н.В. Технология изготовления деталей на основе метода стереолитографии // Тези доп. X міжн. наук.-техн. конф. «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя» - Харків: НТУ «ХПІ». - 2002. - С. 130-131.

10. Чернышов С.И., Витязев Ю.Б., Грабченко А.И., Верезуб Н.В. Технология изготовления деталей методом ускоренного формообразования // Прогрессивные технологии в машиностроении: Материалы научно-техн. семинара, 21-23 мая 2002 г. - Запорожье-Киев: АТМ Украины. - 2002. - С. 87-93.

11. Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И., Чернышов С.И., Витязев Ю.Б., Кнут Х., Верезуб Н.В. Интегрированные технологии ускоренного производства изделий на основе стереолитографии // Высокие технологии: тенденции развития. Материалы XII Междунар. науч.-техн. семинара, 12-17 сент. 2002 г. - Харьков-Алушта: НТУ «ХПИ», 2002. - С. 225-226.

12. Грабченко А.И., Витязев Ю.Б., Доброскок В.Л., Чернышов С.И. Технологии изготовления изделий или их прототипов, базирующиеся на генеративном принципе // Тези доп. XIII міжн. наук.-техн. конф. «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя» - Харків: НТУ «ХПІ». - 2005. - С. 75-82.

Размещено на .ru