Анотація до роботи:

Гордєєв А.С. Технологічні основи прогнозування і забезпечення якості лезової обробки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. - Національний технічний університет “ХПІ”, Харків, 2006.

Дисертація присвячена розв’язанню науково-технічної проблеми, яка полягає в створенні принципово нових систем прогнозування і забезпечення якості лезової обробки, що враховують стохастичні складові технологічних систем.

На підставі дослідження процесів, що протікають у технологічних системах лезової обробки з використанням гармонійного аналізу випадкових похибок, запропонована полігармонійна модель технологічних процесів для прогнозування якості виготовленої продукції. Розроблено класифікацію похибок лезової обробки, що дозволяє вирішувати основні завдання аналізу технологічних процесів у присутності адитивного гаусівського шуму (узагальненої дії некорельованих процесів).

Розроблено принципи імітаційного керування якістю механічної обробки двох типів: керування Марківського типу за поточним станом (керування без пам’яті) і керування з регульованою глибиною передісторії. Розроблено енергетичний критерій якості, що враховує ефект суперпозицій похибок формоутворення поверхонь, у відповідності до лезової обробки на одній, окремо взятій операції. При цьому запропонована така ієрархія: точність обробки описується низькочастотними складовими, хвилястість - високочастотними, а шорсткість являє собою «білий шум».

У результаті проведених досліджень розроблена і передана на виробництво система забезпечення якості виготовлення поршнів двигунів внутрішнього згоряння, а також система прогнозування якості лезової обробки. Система містить дублюючі ланки на основі нейроної мережі.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-практичної проблеми, що полягає в розробці нових принципів прогнозування і забезпечення якості лезової обробки, заснованих на полігармонійному характері процесу функціонування ТС. Результатом роботи є наукові і методологічні положення щодо аналізу полігармонійних процесів ТС, підходи і принципи прогнозування якості продукції, що випускається, зниження енергетичних і інформаційних витрат у процесі виробництва.

Висновки і результати досліджень сформульовані в наступних положеннях.

1. Запропонована класифікація технологічних факторів з позицій гармонійного аналізу, яка дозволяє оцінити ступінь їх впливу на якість готової продукції. Встановлено, що основні фактори, які впливають на якість лезової обробки, носять періодичний або майже-періодичний характер, а зміна в часі якісних параметрів оброблених поверхонь підпорядковується полігармонійному закону. При цьому відповідно до розробленої теорії, точність обробки описується низькочастотними складовими, хвилястість - високочастотними, а шорсткість "білим шумом". Запропонована класифікація дозволяє виявляти структурні зв'язки ТС лезової обробки і є методологічною основою для побудови прогнозних моделей.

2. Встановлено, що випадкові фактори такі як нерівномірність припуску, неоднорідність оброблюваного матеріалу, похибка базування при взаємодії між собою утворюють періодичні коливання. При цьому виникають високочастотні коливання, що діють тільки в циклі обробки, і низькочастотні коливання, що мають ефект післядії. Між режимом різання і параметрами якості лезової обробки існує нелінійна залежність, яка може бути визначена функцією в частотних діапазонах. Кожен вид похибки утворюється збуреннями строго певного частотного діапазону, що є інформаційною основою для діагностики процесу різання і його керування.

3. Отримано математичну модель зміни в часі, яка може бути використана для імітаційного моделювання процесу формування якісних характеристик оброблюваних поверхонь. Ця модель є суперпозиціей коливань полігармонійного характеру і вузькосмугового гаусівського шуму. Характеристики полігармонійного процесу відрізняються стійкістю у рамках окремо взятого верстата, а гаусівський шум має характер стаціонарних послідовностей, що мало змінюють свої характеристики, якщо параметри процесу обробки залишаються номінально незмінними.

4. Одержано рівняння реакції ТС на зовнішнє збудження при механічній обробці. Встановлені числові значення ступеня нелінійності ТС і відносна величина стійкості ТС до зовнішніх дій. Отримана залежність дозволяє імітувати і аналізувати поведінку ТС залежно від зміни величини і характеру зовнішніх дій.

5. Встановлено, що збільшення глибини різання і подачі призводить до лінійного збільшення амплітуди і частоти полігармонійного процесу. Великий вплив на розсіювання параметрів якості при лезової обробці має швидкість різання. Виявлені резонансні зони, в яких спостерігається погіршення якості лезової обробки. Отримана аналітична залежність щодо вибору режимів різання, які дозволяють вийти із зони резонансу, внаслідок чого підвищується стійкість і якість обробки.

6. Запропоновано енергетичний критерій якості механічної обробки, що враховує ентропію процесу як міру інертності ТС. Інертність виявляється в тому, що якісні характеристики лезової обробки змінюються поступово і тим повільніше, чим менша ентропія. Якість обробки регламентується величиною ентропії і коефіцієнтом запасу точності. З урахуванням того, що між енергією полігармонійного процесу і потужністю різання існує прямо пропорційний зв'язок, отримані обмеження на потужність різання. Дані обмеження використовуються при параметричній оптимізації режимів різання за критерієм якості обробки.

7. Створена система, яка дозволяє прогнозувати процес лезової обробки. Вона складається з двох взаємозалежних модулів – основного і дублюючого. В основному модулі прогнозування здійснюється з використанням методу згортання. Основний модуль дозволяє на заданому рівні значущості визначати значення вихідних показників якості лезової обробки і завчасно корегувати режими обробки. За основу дублюючого модуля беруться нейроні технології. Використання нейроних мереж як дублюючої підсистеми дозволяє враховувати умови конкретного виробництва, тобто проектувати ТП механічної обробки цільовим напрямком.

Ґрунтуючись на приналежності процесів механічної обробки до регулярних ланцюгів Маркова, розробили методологію їх використання для прогнозування якості виготовленої продукції при відсутності попередніх даних.

Використання запропонованої прогнозуючої системи підвищує точність прогнозу і зменшує трудомісткість обчислень.

Перевірка адекватності розрахунків дала наступні статистичні величини: дисперсія достовірності, обчислена за результатами дослідів, s_x²=0,00821; дисперсія коефіцієнтів полігармонійной моделі s₀²=0,00042. Довірчий інтервал Db_i коефіцієнтів складає . Тут t=3,18 - табличне значення критерію Стьюдента при 5%-ному рівні значущості. Перевірка адекватності полігармонійной моделі проводилася по F-критерію Фішера при 5%-ному рівні значущості.

8. Створено промислову технологію, яка заснована на використанні металорізального устаткування з ЧПК й автоматичної системи забезпечення якості механічної обробки. Реалізована можливість завантаження програм великого обсягу, що значно перевищують обсяги пам'яті пристроїв ЧПК верстатів, у динамічному режимі. До пристрою ЧПК верстатів приєднуються контролери з клавіатурою й індикатором, що сполучаються кабелем типу "кручена пара" із програмувальним мультиплексором за схемою "зірка". У динамічному режимі, необхідному при роботі з програмами великого обсягу, мережне забезпечення керування верстатами в режимі поділу часу передає сегменти керуючих програм на контролери. Поточний розмір переданих сегментів встановлюється програмним забезпеченням автоматично відповідно до завантаження верстатів і частотою звертання за одержанням інформації.

Техніко-економічні переваги нової технології зумовлені підвищенням продуктивності механічної обробки, підвищенням якості продукції, що випускається, і скороченням витрат на заробітню платню.

9. Запропонована технологія пройшла дослідно-промислові випробування на ВАТ "АВТРАМАТ" і ВАТ Завод "Потенціал" при обробці поршнів Д245-1004021 двигунів внутрішнього згоряння і кілець торчових ущільнень заглибних електродвигунів на токарних верстатах із ЧПК 16К20ФЗ. У результаті зменшилося розсіювання діаметральних розмірів при токарній обробці в 2,5-3 рази; зменшено час технологічної підготовки виробництва на 23%; економія від впровадження результатів роботи складає 23640-56000 грн./рік (у цінах 2003 г).

Публікації автора:

1. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М., Куцын А.Н. Энергосбережение при проектировании технологических процессов машиностроительного производства. /Високі технології в машинобудуванні. Зб. наукових праць ХДПУ. – Харків: ХДПУ, 1998. – С.98-101.

Здобувачем розглянуті принципи проектування енергозберігаючих технологічних процесів.

2. Гордеев А.С., Трищ Р.М. Рассеяние размеров во времени при точении. /Прогресивні технології та системи машинобудування. Зб. наукових праць.- Донецьк: ДонДТУ, 1998. -Вип.6. – С.200-203.

Здобувачем встановлено, що розсіювання дійсних розмірів при механічній обробці описується кусочно-монотонною функцією.

3. Гордеев А.С., Трищ Р.М. Стабилизация точности обработки. /Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1999. - Вып.45. – С.44-45.

Здобувачем розроблена методологія використання апарата Марківських ланцюгів для прогнозування якості механічної обробки.

4. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М., Трищ Р.М. Алгоритм системы управления точностью обработки. /Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1999. - Вып.54. – С.7-11.

Здобувачем розглянуті питання практичного прогнозування якості механічної обробки з використанням ланцюгів Маркова.

5. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М., Трищ Р.М. Повышение запаса точности при механической обработке. /Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 2000. - Вып.78. - С.55-56.

Здобувачем розроблені принципи підвищення запасу точності при механічній обробці.

6. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М. Волновые процессы и качество при механической обработке. /Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1999. - Вып.6. - С.123-126.

Здобувачем встановлено, що в результаті взаємодії випадкових факторів, властивих системі ВПІЗ, виникають гармонійні коливання.

7. Гордеев А.С. Спектральный анализ систем механической обработки. /Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 2002. - Вып.19. – С. 37-43.

Здобувачем запропонована класифікація якісних параметрів технологічних систем з позицій гармонійного аналізу.

8. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М. Идентификация технологических систем. /Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – Запорожье: ЗНТУ, 2002. - №1.-С.93-96.

Здобувачем розглянуті методи кусочної апроксимації, що дозволяють одержувати ефективні моделі технологічних процесів.

9. Гордеев А.С. Энергетический критерий качества механической обработки. /Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Зб. наукових праць. – Краматорськ: ДДМА, 2002. - Вип.12. – С.171-177.

Здобувачем розроблено енергетичний критерій якості лезової обробки, що використовується як цільова функція при проведенні параметричної оптимізації.

10. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М. Системна методологія вивчення процесів механічної обробки. /Прогресивні технології та системи машинобудування. Зб. наукових праць.- Донецьк: ДонДТУ, 2002. -Вип.23. – С.71-76.

Здобувачем узагальнена методологія вивчення полігармонійних процесів у машинобудуванні.

11. Гордеев А.С. Феноменологический подход в управлении качеством механической обработки. //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2003. - №5. – С.17-24.

Здобувачем розглянуті питання використання нейроних мереж для аналізу факторних планів у технологічних дослідженнях.

12. Гордеев А.С. Имитационное управление качеством механической обработки. //Механіка та машинобудування. Науково-технічний журнал НТУ „ХПІ”. - 2003. - №1. - т.2. – С.204-207.

Здобувачем розроблено алгоритм імітаційного прогнозування якості механічної обробки.

13. Гордеев А.С., Грицай М.А. Управляемость технологических процессов полигармонического типа. /Вісник Національного технічного університету „ХПІ”. – Харків: НТУ „ХПІ”, 2003. - Вып.8. - т.1. – С.39-44.

Здобувачем розглянуті методи фільтрації вихідних збурювань і їхній зв'язок з якістю лезової обробки.

14. Гордеев А.С. Оптимизация полигармонических процессов механической обработки. /Прогресивні технології та системи машинобудування. Зб. наукових праць.- Донецьк: ДонДТУ, 2003. -Вип.25. – С.82-86.

Здобувачем виявлені резонансні зони, що впливають на якість оброблених поверхонь.

15. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М. Полигармоническая модель качества механической обработки. /Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. – Краматорськ: ДДМА, 2003. - Вип.14. – С.171-177.

Здобувачем розроблена полігармонійна модель якості механічної обробки.

16. Гордеев А.С., Куцын А.Н. Частотный анализ системы СПИД. /Вісник Національного технічного університету „ХПІ”. Зб. наукових праць. - Харків: НТУ ”ХПІ”, 2003.-№16. – С.127-132.

Здобувачем встановлено, що точність обробки в даному циклі пов'язана з випадковими погрішностями, що діяли в попередніх циклах.

17. Гордеев.А.С., Арпентьев Б.М. Применение нейронных сетей при оптимизации технологических процессов. //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2004. - №1. – С.17-24.

Здобувачем розроблена методологія проведення технологічних експериментів з використанням нейронних мереж.

18. Гордеев А.С., Дерке А.В. Явления резонанса технологической системы. /Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Зб. наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 2004. – Вип.16.–С.102-109.

Здобувачем проведена внутрішня оптимізація технологічної системи.

19. Гордеев А.С., Дерке А.В. Построение трехмерных моделей с использованием аналитических технологий. //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2004. - №2. – С.8-10.

Здобувачем розроблена процедура побудови керуючих програм для верстатів із ЧПК на основі включення до складу ПУ передпроцесора, що виконує геометричні і технологічні розрахунки.

20. Гордеев А.С., Дерке А.В. Прогнозирование качества технологических систем. /Високі технології в машинобудуванні: Зб. наукових праць НТУ „ХПІ”. – Харків: НТУ „ХПІ”, 2004. – Вип.2(9). – С.63-67.

Здобувачем запропонована методика прогнозування якості функціонування технологічних систем з використанням методів кусочної апроксимації.

21. Гордеев А.С., Дерке А.В. Реализация принципа “шесть сигма” в технологии машиностроения. /Прогресивні технології та системи машинобудування. Зб. наукових праць.- Донецьк: ДонДТУ, 2004. -Вип.26. – т.1. - С.174-178.

Здобувачем розглядаються методи практичного впровадження сучасних принципів забезпечення якості механічної обробки.

22. Гордеев А.С. Современные принципы управления качеством в технологии машиностроения. //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2004. - №3. – С.62-65.

Здобувачем розроблено алгоритм імітаційного керування якістю механічної обробки.

23. Гордеев А.С. Повышение качества механической обработки путем минимизации рассеяния скрытой энергии поверхностных слоев. //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2004. - №5. – С.23-25.

Здобувачем розглянуто вплив енергії деформування зовнішніх шарів на якість оброблених поверхонь.

24. Гордеев А.С., Арпентьев Б.М. Системный подход при решении задач энергосбережения в технологии машиностроения. //Сб. трудов Харьковского института социального прогресса. – Харьков: ХИСП, 1998. - Вып.3. – С.97-100.

Здобувачем виявлені взаємозв'язки між енергоємністю механічної обробки і якістю оброблених поверхонь.

25. Гордеев А.С., Дерке А.В. Обработка термопластичных материалов. /„Рынок технологий: проблемы и пути решения”. Материалы II-ой Международной научно-практической конференции. – К.: УкрИНТЭИ, - 2004. – С.89-90.

Здобувачем розроблено технологічний процес обробки термопластичних матеріалів на шести координатному промисловому роботі.