СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В МЕТАЛЛАХ ПРИ ТЕРМИЧЕСКИХ, ДЕФОРМАЦИОННЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

A comparative analysis of structures self-organizing under intense complex technological and operational impacts by separating in time the order parameters with cooling surfaces of materials or unloading goods from the definition of sustainable modes of state of a thermodynamic system has been performed. The ways of structure formation intensification in the processing of metals and alloys that implements a combination of the control parameters of thermal and deformation effects have been developed.Проведен сравнительный анализ самоорганизации структур при интенсивных комплексных технологических и эксплуатационных воздействиях путем выделения во времени параметров порядка при охлаждении материалов или разгрузке поверхностей изделий с определением устойчивости режимов состояния термодинамической системы. Предложены пути интенсификации структурообразования при обработке металлов и сплавов, реализующие сочетание управляющих параметров термических и деформационных воздействий

Проектирование мехатронных технологических комплексов для традиционного и аддитивного производства

The analysis of the stages and stages of the design of technological equipment for traditional production, studied the features of the formation of technological equipment using flows of energy and consumables. Structural synthesis of mechatronic complexes in digitalized production allowed adding new stages to the process of creating technological equipment for both traditional automated subtractive and new additive manufacturing. The processes of manufacturing parts without shaping equipment described by the algorithms according to the proposed structural diagram of connections provide an opportunity to analyze existing and develop new equipment in laminate synthesis of products. It is shown, how in the design of technological equipments for their use in new additive and traditional subtractive manufacturing, methods and schemes of laminate synthesis and shaping of parts from composite materials are used, based on the use of various energy flows and material components, as well as methods and schemes of automation and computer product manufacturing process management.Проведен анализ стадий и этапов проектирования технологического оборудования для традиционного производства, изучены особенности формирования технологического оборудования, использующего потоки энергии и расходных материалов. Структурный синтез мехатронных комплексов в цифровизированном производстве позволил дополнить новыми этапами процесс создания технологического оборудования как для традиционного автоматизированного субтрактивного, так и нового аддитивного производства. Описанные алгоритмами по предложенной структурной диаграмме связей процессы изготовления деталей без формообразующей оснастки предоставляют возможность анализировать существующее и разрабатывать новое оборудование для послойного синтеза изделий. Показано, как при проектировании технологического оборудования для его использования в новом аддитивном и традиционном субтрактивном производстве применяются методы и схемы послойного синтеза и формообразования деталей из композиционных материалов, построенные на использовании различных потоков энергии и компонентов материала, а также методы и схемы автоматизации и компьютерного управления процессами производства изделий

Совершенствование основ теории базирования с учетом развития традиционных и аддитивных технологий

It is proposed that the design and production of individual elements of parts and products as a whole be carried out from the standpoint of operation and monitoring of its condition, both in traditional and additive manufacturing using the modular principle in engineering and technology. The way of unification of design decisions for the design of the product, equipment and technological and metrological equipment during its manufacture is discussed, to ensure, regardless of the type of production (single, serial, mass), the transition from standard and group to modular technologies. The basics of basing theory are updated taking into account the revision of the existing description from theoretical mechanics by means of the position of three coordinate points; to go to a new description from the theory of machines and mechanisms by depriving a subject of basing degrees of freedom (mobility) in a technical system (design, technological, measuring). It is shown how the design of the technology for manufacturing the product and measuring its characteristics is carried out in a system that includes equipment and equipment as mechanisms, the closing link of which are basing objects.Предлагается проектирование и производство отдельных элементов деталей и изделия в целом проводить с позиций эксплуатации и мониторинга его состояния как в традиционном, так и в аддитивном производстве с использованием модульного принципа в технике и технологии. Обсуждается путь унификации проектных решений для конструкции изделия, оборудования и средств технологического и метрологического оснащения при его изготовлении, для обеспечения вне зависимости от типа производства (единичное, серийное, массовое) перехода от типовых и групповых к модульным технологиям. Актуализируются основы теории базирования с учетом пересмотра существующего описания из теоретической механики посредством положения трех координатных точек; для перехода к новому описанию из теории машин и механизмов путем лишения предмета базирования степеней свободы (подвижности) в технической системе (конструкторской, технологической, измерительной). Показывается, как проектирование технологии производства изделия и измерения его характеристик проводится в системе, включающей оборудование и средства оснащения в качестве механизмов, замыкающим звеном которых являются предметы базирования

Оценка производственной технологичности конструкции в жизненном цикле изделия

On the basis of technical and economic analysis of the properties of relations between design and technological solutions, a method for the integral assessment of production manufacturability by combining individual manufacturability coefficients at different stages of the product life cycle is suggested. Separate coefficients take into account the influence degree of various constituent stages on the labor intensity of production and maintenance, repair and disposal of the product structure. Design and technological solutions in design systems imply the use of properties such as reflexivity, symmetry and transitivity. As a result, it is proposed to understand the properties set of the product design that determine its adaptability to achieve optimal costs in production and disposal for specified quality indicators and work conditions. A list of manufacturability coefficients of manufacturing a product design has been determined, including coefficients of purchase, repeatability of details and connections, material hardness, borrowing, typing, precision, roughness, mass. An examination of the effectiveness assessment the use tools, equipment and other objects of the technological environment at the stages design and technological production preparation is formalized. The examination includes an analysis of the frequency and duration of the meeting of structural parts elements and the tools state at the stages of their manufacture, operation and disposal.На основе технико-экономического анализа свойств отношений конструкторско-технологических решений предложен метод интегральной оценки производственной технологичности путем объединения отдельных коэффициентов технологичности на различных этапах жизненного цикла изделия. Отдельные коэффициенты учитывают степень влияния различных составляющих этапов на трудоемкость производства и обслуживания, ремонта и утилизации конструкции изделия. Конструкторско-технологические решения в системах проектирования предполагают использование таких свойств, как рефлексивность, симметричность и транзитивность. В результате предложено под производственной технологичностью понимать совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве и утилизации для заданных показателей качества и условий выполнения работ. Определен перечень коэффициентов технологичности изготовления конструкции изделия, включающий коэффициенты покупаемости, повторяемости деталей и соединений, твердости материала, заимствования, типизации, точности, шероховатости, массы. Формализована экспертиза оценки эффективности применения инструментов, средств оснащения и других объектов технологической среды на стадиях конструкторской и технологической подготовки производства. Экспертиза включает анализ частоты и продолжительности встречи конструктивных элементов деталей и состояния инструментов на этапах их изготовления, эксплуатации и утилизации

Компоновочный синтез на основе модульного принципа элементной базы мехатронных технологических комплексов

The main shortcomings of modern technological machine-tool complexes are shown. They are: the lack of consideration of individual consumer needs and their insufficient flexibility that do not take into account the trend of rapid changes in the production program. A concept for the development of metal-cutting machine tools based on the principles of the modular technology is proposed. The created machine tool complexes are designed to satisfy the individual needs of consumers, while the flexibility of production equipment should ensure the transition to the manufacture of new parts and the replacement of the technological processing scheme by changing the processing modes, readjustment and reconfiguration of machines; the development of machine tools should be carried out simultaneously with the improvement of the technology of processing parts. Technological complexes should be created by the layout synthesis using the element base that should contain two groups of functional modules, technological and service, and the service purpose of the machine should include the range of both the manufactured surface modules with their characteristics and the modules of technological support.Показаны основные недостатки современных технологических станочных комплексов, к которым относятся: отсутствие учета индивидуальных запросов потребителей и их недостаточная гибкость, не учитывающих тенденцию быстрого изменения производственной программы. Предложена концепция развития металлорежущих станков, базирующаяся на принципах модульной технологии. Создаваемые станочные комплексы призваны удовлетворить индивидуальные запросы потребителей, при этом гибкость производственного оборудования должна обеспечивать переход на изготовление новых деталей и смену технологической схемы обработки посредством изменения режимов обработки, переналадки и перекомпоновки станков, а развитие станочного оборудования должно осуществляться одновременно с совершенствованием технологии обработки деталей. Технологические комплексы следует создавать компоновочным синтезом с помощью элементной базы, которая должна содержать две группы функциональных модулей технологических и обслуживающих, а служебное назначение станка должно включать номенклатуру изготавливаемых модулей поверхностей с их характеристиками и модулями средств технологического обеспечения

Метод представления изделия как объекта цифровизации производства структурированным множеством модулей

The shortcomings of the traditional description of mechanical engineering product are shown, which are based on technological features oriented to single, typical and group operations of the technological process. It was proposed to represent the design of product and its parts with a structured set of relevant technological modules, in the form of a graph of hierarchical structure. The numerical characteristics of the structure of the graph of product, its levels, nodes, branches are considered. The description of the structures of products by a hierarchical graph at the first level makes it possible to identify the functional technological modules of products and, on their basis, to construct a unified classification and to suggest coding products, both for production objects and operation. Representation of parts by a set of modules allows identifying surface modules, working and binding, and on their basis to build a single classification of parts focused on different stages of the product life cycle. The presence of a unified methodological base allows managing the development of constructively complex products, minimizing duplication in the creation of new designs and effectively developing resource-saving technologies for their manufacture.Показаны недостатки традиционного описания изделия машиностроения, в основу которых положены технологические признаки, ориентированные на единичные, типовые и групповые операции технологического процесса. Предложено представлять конструкцию изделия и его деталей структурированным множеством соответствующих технологических модулей, в форме графа иерархической структуры. Рассмотрены численные характеристики структуры графа изделия, его уровней, узлов, ветвей. Описание конструкций изделий иерархическим графом на первом уровне позволяет выявить функциональные технологические модули изделий и на их основе построить единую классификацию и предложить кодирование изделий как объектов производства, так и эксплуатации. Представление деталей совокупностями модулей позволяет выявить модули поверхностей, базирующие, рабочие и связующие, и на их основе построить единую классификацию деталей, ориентированную на различные этапы жизненного цикла изделия. Наличие единой методической базы позволяет управлять развитием конструктивно сложных изделий, свести к минимуму дублирование в создании новых конструкций и эффективно разрабатывать ресурсосберегающие технологии их изготовления

«ИНДУСТРИЯ 4.0»: ОТ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ И АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ К САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЮ МАШИН И ОРГАНИЗМОВ

An analysis of the state and prospects of development of additive technologies for computer-aided manufacturing has been carried out. This analysis allowed demonstrating a new paradigm of computer-aided manufacturing evolution – the transition to self-reproduction of machines and their parts, as well as organisms. A diagram of logical connections in the process of additive manufacturing has been proposed, which is a state machine that can be used to build a 3D printer enabling to “grow” products of complex shapes and structures, as well as for additive synthesis of its composite material. Prospective approach, considering additive methods such as synergetic energy technology, ensuring the self-organization of surface phenomena in the formation of structures of layers of different materials has been developed. It is proposed on the basis of the approach to choose sources of energy and material defining discrete or continuous technological environment of the additive processing method. Conditions for stabilization of the thickness of formed layers associated with processes of self-organization of surface phenomena and design features of products have been discussed.Проведен анализ состояния и перспектив развития аддитивных технологий компьютеризированного производства, позволивший показать новую парадигму его эволюции – переход к самовоспроизведению машин и их частей, а также организмов. Предложена диаграмма логических связей в процессах аддитивного производства, представляющая собой конечный автомат, которая может использоваться как для построения 3D-принтера, осуществляющего «выращивание» изделия сложной формы и структуры, так и для аддитивного синтеза его композиционного материала. Рекомендован подход, который определяет аддитивные методы как синерготехнологии, обеспечивающие самоорганизацию поверхностных явлений. На основании подхода выбираются источники энергии и материала для технологий послойного синтеза изделий. Стабилизация толщины формируемых слоев связана с процессами самоорганизации поверхностных явлений и конструктивными особенностями изделий.

Проектирование технологических процессов и оборудования, использующих поля и потоки энергии на основе анализа критериев подобия

It is shown that the use of transfer criteria for analysis of the formation processes of structures and phases significantly reduces the amount of experimental research in the design of technological process and equipment using fields and energy flows. It is proposed to use the ratios proportional to the criteria of heat and mass transfer, physicochemical interaction when controlling energy sources. It is shown that the modeling of the combined electromagnetic and thermomechanical effects in the design of technological process and equipment is based on the criteria of heat and mass transfer, electrical and physicochemical interaction, determines the main technological factors, and relates geometric and physical parameters, as well as mechanical quality parameters with the processing performance.Рассмотрено использование критериев переноса для анализа процессов формирования структур и фаз, многократно сокращающее объем экспериментальных исследований при проектировании технологических процессов и оборудования, использующих поля и потоки энергии. Предлагается при управлении источниками энергии использовать соотношения, пропорциональные критериям тепло- и массопереноса, электро- и физико-химического взаимодействия. Показано, что моделирование совместных электромагнитных и термомеханических воздействий при проектировании технологических процессов и оборудования базируется на критериях тепло- и массопереноса, электро- и физико-химического взаимодействия, определяет основные технологические факторы и связывает геометрические и физико-механические параметры качества с производительностью обработки

Технологические барьеры при высокоинтенсивных воздействиях в процессах послойного синтеза и обработки материалов

The technological methods of laminate synthesis with operated inheritance of characteristics of material, using the technological barriers in the processes of high-intensive treatment, are determined on basis of dominants characteristics of functional layers.На базе передачи доминирующих свойств функциональных слоев рассмотрены технологические методы послойного синтеза с управляемым наследованием свойств материала, использующие технологические барьеры в процессах высокоинтенсивной обработки

Технологическое управление наследованием эксплуатационных параметров качества деталей машин

To describe the technological inheritance of operational properties in the processes of the parts manufacturing, a graph reflecting the transfer coefficients and interaction of physical and mechanical and geometrical parameters is proposed. The methods of process control of the parts operational properties inheritance including: measurement of parameters, the most critical parts; identifying of mechanisms of technological inheritance based on the coefficients of transmission and interaction of the performance properties; analysis of technological barriers at the impact of intensive energy flows, development of measures for technological process control were also considered.Технологическое наследование эксплуатационных свойств в процессах изготовления деталей предложено описывать графом, отражающим коэффициенты передачи и взаимовлияния физико-механических и геометрических параметров. Рассмотрены методы технологического управления наследованием эксплуатационных параметров качества деталей, включающие измерения параметров наиболее ответственных деталей; определение механизмов технологического наследования на основе коэффициентов передачи и взаимовлияния эксплуатационных свойств; анализ технологических барьеров при интенсивных воздействиях потоками энергии, разработку мероприятий по управлению технологическими процессами