Автоматизация проектирования и составления технологической карты термообработки заготовок

ВВЕДЕНИЕ

Все большее количество промышленных предприятий внедряют на производстве системы автоматизированного проектирования технологических процессов. Автоматизация технологического процесса позволяет улучшить качества регулирования процессом, улучшить эргономику труда операторов процесса и хранить информацию о ходе технологического процесса.

Объектами автоматизации проектирования технологических процессов является совокупность действий проектировщика, разрабатывающих технологический процесс и оформляющий результат разработок в виде конструкторской или технологической документации.

Основные требования, выдвигаемые предприятиями к системам автоматизированного проектирования технологических процессов, заключаются в следующем:

– минимальная стоимость системы при достаточном количестве взаимосвязанных специализированных рабочих мест;

– поэтапное развитие системы в соответствии с финансовыми возможностями предприятия и приоритетом решаемых задач;

– краткие сроки внедрения и окупаемости новых систем.

Для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операции обработки информации:

– поиск и выбор из всевозможных источников информации;

– анализ выбранной информации;

– выполнение расчетов;

– принятие проектных решений;

– оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования на последующих стадиях проектирования.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операции, это себя оправдает, так как позволит в дальнейшем развивать систему на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ процесса термической обработки заготовок

1.1.1 Анализ режимов термической обработки заготовок и процесса ручного составления технологической карты для единичного производства

В развитии машиностроительной промышленности значительная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции [1].

Термической обработкой называется технологический процесс тепловой обработки металлов и сплавов, в результате которого изменяются их свойства в желательном для нас направлении. Это достигается путем изменения структуры металла и сплава.

Следовательно, задачей термической обработки является изменение строения обрабатываемых материалов.

Любая термическая обработка состоит из трех операции, следующих одна за другой:

– нагрев до определенной температуры;

– выдержка при заданной температуре;

– охлаждение от заданной температуры до комнатной.

Таким образом, процессами термической обработки управляют два основных элемента – температура и время. Поэтому любой процесс термической обработки можно изобразить в виде графика, где по оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс – время [2]. График термической обработки представлен на рисунке 1.1.

При термической обработке стали нужно точно знать температуры, при которых в ней происходят те или иные превращения. Эти температуры называют критическими. В справочниках нижней критической температурой называют Ас1, верхней критической температурой – Ас3.

Рисунок 1.1 – График термической обработки

Регулируя температуру и время, можно осуществить такие виды термической обработки стали как: закалка, нормализация, отжиг, отпуск.

Закалка – вид термической обработки, при которой сталь нагревают до больших температур, после чего сталь быстро охлаждают. Материал, подвергшийся закалке приобретает бо́льшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с применяют отпуск. В качестве закалочных сред для углеродистых сталей применяют воду и различные водные растворы, а для легированных сталей используют масло и воздух.

Нормализация – вид термической обработки, при которой сталь нагревают на 30-50° выше критических температур Ас3 и после выдержки при этих температурах охлаждают на воздухе. Нормализация является дешевой операцией, чем отжиг, так как печи исполльзуются только для нагрева и выдержки изделия при температуренагрева, а охлаждение производится вне печи. Кроме того нормализация ускоряет процесс термической обработки.

Отжиг – вид термической обработки, когда сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают пр этой температуре некоторое время, а затем медленно охлаждают [2]. Целью отжига является либо устранение дефектов предыдущих операций (ковки, литья и д.р.), либо подготовка структуры для последующей обработки резанием или закалки. Отжиг стали может служить для выполнения задачи обратной закалке в случаях когда закаленную деталь требуется обработать режущим инструментом, согнуть или резать. После отжига сталь очень лего поддадется обработке.

Отпуск – вид термической обработки, применяемый для уменьшения или полного снятия напряжений, уменьшения твердости закаленной стали и увеличения пластичности. Нагрев стали происходит до температуры Ас1, выдержка при этой температуре и последующим охладжением. С повышением температуры отпуска твердость и прочность снижаются, показатели пластичности и ударная вязкость увеличиваются. Нагрев при отпуске производят в масляных ваннах, а так же в печах с воздушной атмосферой.

На каждый процесс термической обработки детали, составляется конструкторская документация. В процессе разработки конструкторской документации составление технологических карт занимает значительное время. Процесс составления технологической карты технологом в ручном варианте осуществляется следующим образом. Из кузнечно-прессового бюро технологу выдается технологический процесс на деталь и чертеж детали. В соответствии с требованиями чертежа и маркой стали, технолог выбирает наиболее рациональным режим термообработки (закалка, нормализация, отжиг, отпуск). Заполняя технологическую карту на термообработку технолог вносит данные о химическом составе стали (S, Cu, Mn, Si, P, Cr, Ni) и механические свойства стали (разрыв, текучесть, удлинение, сужение, ударная вязкость, твердость). Для каждой группы марок сталей применимы те или иные режимы термообработки в зависимости от ее механических свойств [2].

Для построения графика термического процесса технолог использует справочник металлов. Из него технолог берет данные о критических точках температуры. На основании этих данных технолог указывает на графике температуру выдержки заготовки. Для определения длительности термообработки заготовок технолог либо использует готовую инструкцию (к примеру на ЗАО НКМЗ для технологов разработаны инструкции, согласно которым они строят график термического процесса для различных режимов термообработки, назначают время термообработки) либо рассчитывает время термообработки по формулам (расчетные формулы приведены в пункте 1.2)

Проектирование технологических процессов термической обработки заготовок ставит перед собой цель установить наиболее экономичный способ обработки. При этом обработка деталей температурой должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к прочности и пластичности металлов из которых изготовлена заготовка [3].

Автоматизация проектирования технологического процесса термообработки заготовок позволит увеличить производительность труда технолога за счет выполнения работ с большей точностью и более быстрым поиском справочной информации в базе данных, автоматизации расчета норм времени на термообработку заготовок и заполнения технологической карты. Сценарий развития проектирования технологического процесса термообработки представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Сценарий развития предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок»

Граф целей предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок» представлен на рисунке 1.2.

На уровне отрасли ставится цель уменьшения времени на проектирование технологического процесса за счет внедрения системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

На уровне предприятия выделяют следующие цели:

– создание электронных архивов – позволяет осуществлять быстрый поиск информации, хранение информации в цифровом виде;

– обеспечение функциональности – ПМК выполняет проектирование технологических процессов с минимальным участием технолога;

– стандартизация конструкторской документации – единая структура документов позволяет быстро извлекать необходимую информацию.

Рисунок 1.2 – Граф целей предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок»

На уровне отдела:

– уменьшение сроков на составление конструкторской документации;

– уменьшение сроков на обучение технолога.

На уровне проектировщика:

– расчет параметров технологического процесса – расчет норм времени термического режима, определение расчетного размера детали;

– выбор справочных данных;

– составление конструкторской документации;

– поиск однотипных технологических процессов;

– выбор наиболее экономичного режима обработки детали.

Формализация бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Определения глоссария предметной области представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Глоссарий предметной области «Проектирование технологических процессов на термообработку»

Рассмотрим границы бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Входы бизнес-процесса «Составление технологической карты» представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Входы бизнес-процесса «Составление технологической карты»

Таблица 1.4 – Выходы бизнес-процесса «Составление технологической карты»

Выделим прецеденты для определения границ бизнес-процесса «Составление технологической карты». Начальным прецедентом является предоставление технологу технологического процесса на изготовление детали и чертеж детали. Конечным прецедентом является технологическая карта на термический процесс, которая отправляется в цех термообработки.

Прецеденты начала и завершения бизнес-процесса «Составление технологической карты» описаны в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Прецеденты начала и завершения бизнес-процесса «Составление технологической карты»

Рассмотрим технологию управления бизнес-процесса «Составление технологической карты».

Владелец бизнес-процесса выполняет планирование хода бизнес-процесса на определенный срок с помощью плана управления бизнес-процессом, который представлен в таблице 1.6

Таблица 1.6 – План управления бизнес-процессом «Составление технологической карты»

Участие сотрудников в реализации бизнес-процесса «Составление технологической карты»представлено в виде матрицы ответственности бизнес-процесса, в которой указаны:

– должность владельца бизнес-процесса;

– должность владельцев подпроцесса и их заместителей;

– должность всех сотрудников, участвующих в выполнении подпроцесса.

Должности:

ОТ – ответственный за выполнение подпроцесса;

УЧ – участвует в выполнении подпроцесса;

ИН – получает информацию о ходе и результатах подпроцесса.

Ответственность работников за исполнение бизнес-процесс «Составление технологической карты» представлено в виде матрицы ответственности, представленной в таблице 1.7

Таблица 1.7 – Матрица ответственности сотрудников за выполнение бизнес- процесса «Составление технологической карты»

Таблица 1.8 – Показатели качества для контроля и управления бизнес- процессом «Составление технологической карты»

1.1.2 Анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов

На данный момент на рынке ПО существует ряд САПР технологических процессов. Наиболее известными являются:

– «ТехноПро» от компании «ТОП Системы»;

– «Вертикаль» от компании «Компас»;

– «Techcard» от компании «Intermech».

Обзор системы «ТехноПро» от компании «ТОП Системы»

Система «ТехноПро» обеспечивает проектирование операционной технологии, включая операции: заготовительные; механической и термической

обработки; нанесения покрытий, слесарные, технического контроля, сборки, штамповки, сварки и любые другие. Система формирует операционные, маршрутно-операционные и маршрутные технологические карты, карты контроля, ведомости оснастки, материалов и комплектующих, титульные листы и другие технологические документы. Проектирование возможно в диалоговом, полуавтоматическом и автоматическом режиме. Система позволяет использовать сочетание данных методов. Можно, например, одни технологические процессы проектировать в диалоговом режиме, другие – в полуавтоматическом, а третьи – в автоматическом режиме. Система может применяться для проектирования не только технологии механической обработки, но и технологии сборки, сварки, термообработки. Информационный фонд программы разделен на четыре взаимосвязанных базы данных: базу конкретных ТП, базу общих ТП, базу условий и расчетов и информационную базу. Входная информация для проектирования ТП может вводиться вручную в диалоговом режиме, а также, что выгодно отличает данную САПР ТП от других, может быть получена из заранее выполненных электронных чертежей. При использовании на предприятии типовых или групповых технологических процессов «ТехноПро» обеспечивает возможность их параметризации. Такие параметрические ТП могут автоматически пересчитываться. Причем информация для пересчета ТП может быть получена в электронном виде из конструкторских САПР или введена вручную с чертежа на бумаге. Выходная информация может быть представлена в виде различных технологических документов: технологических карт, карт эскизов, карт контроля и т.д. Эти документы изначально формируются самой системой, а затем при необходимости могут быть скорректированы пользователем в диалоговом режиме. Система разработана на основе реляционной базы данных Microsoft Access и может функционировать под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows. Она может быть установлена на отдельное рабочее место, а также в локальной вычислительной сети. «ТехноПро» поставляется с множеством форм выходных документов. Формы выполнены в формате MS Word. Поэтому новые формы (горизонтальные и вертикальные) создаются пользователями без участия программистов. Поддерживается использование специальных символов: угол, градус и другие. Состав и структура баз может расширяться пользователями самостоятельно [4].

Обзор системы «Вертикаль» от компании «Компас»

«Вертикаль» – система автоматизированного проектирования технологических процессов.

В системе «Вертикаль» реализованы следующие методы проектирования ТП:

– проектирование на основе техпроцесса-аналога;

– проектирование с использование библиотеки часто повторяемых технологических решений;

– заимствование технологических решений из ранее разработанных технологий;

– диалоговый режим проектирования с использованием баз данных системы.

Система «Вертикаль» позволяет:

– проектировать технологические процессы в нескольких автоматизированных режимах;

– рассчитывать материальные и трудовые затраты на производство;

– формировать все необходимые комплекты технологической документации, используемые на предприятии;

– вести параллельное проектирование сложных и сквозных техпроцессов группой технологов в реальном режиме времени;

– поддерживать актуальность технологической информации с помощью процессов управления изменениями;

– обеспечивать инженерный документооборот в части заявок на проектирование средств технологического оснащения;

– фильтровать данные по одному или нескольким признакам;

– пополнять и редактировать информационную базу.

Технологу предоставлена возможность выбора оптимального сочетания режимов проектирования, взаимодействующих друг с другом. Например, первоначальное наполнение баз системы производится в режиме диалога, затем можно перейти к проектированию с использованием техпроцесса-аналога. В базе данных конкретных технологических процессов (КТП) для каждого технологического процесса имеются поля ссылок на чертежи или модели деталей. Используя средства классификации и поиска, просматривая чертеж или трехмерную модель, технолог находит требуемый техпроцесс-аналог. Найденный техпроцесс-аналог копируется с новым именем и обозначением, а затем просматривается и корректируется. Корректировка заключается в добавлении, удалении, редактировании или изменении положения в маршруте операций и переходов. Неотъемлемая часть работы технолога в системах автоматизированного проектирования технологических процессов является обращение к электронным справочным базам данных. Для пользователей системы «Вертикаль» актуальна работа с двумя основными «поставщиками» справочной информации:

– универсальный технологический справочник (УТС);

– корпоративный справочник Материалы и сортаменты.

Формирование комплекта технологической документации осуществляется в среде MS Excel. Обеспечивается автоматическая вставка операционных эскизов, сквозная нумерация технологических карт в составе комплекта. В базовую поставку входят бланки карт по ЕСТД (маршрутные и маршрутно-операционные карты, карты эскизов, карты технологического процесса, комплектовочные карты). При необходимости пользователь может самостоятельного создать новые формы технологических документов, в том числе и по требованиям стандарта предприятия. Немаловажно то, что карты формируются в общераспространенном формате. Их можно легко передавать и использовать в любом подразделении предприятия [5].

Обзор системы «Techcard» от компании «Intermech»

«Techcard» представляет собой программно-методический комплекс системы автоматизации проектирования, используемый при технологической подготовке производства.

Комплекс обеспечивает реализацию следующих основных задач:

– просмотр конструкторского архива по составу изделий, ведение и сопровождение архива документов (чертежей, спецификаций, техпроцессов, текстовых документов и т.д.), организация различных выборок, составление отчетов;

– создание любых новых и редактирование имеющихся в базе данных форм бланков технологической документации;

– оперативная настройка вида и состава комплекта технологических документов на различные типы производств (единичное, серийное, массовое и т.д.);

– создание расцеховочных маршрутов на изделие и вариантов расцеховочных маршрутов в зависимости от входимости изделия в другие изделия, назначение сроков действия и признаков разработки/аннулирования маршрутов;

– проектирование технологического процесса обработки детали для различных видов производств (механообработка, гальваника, термообработка, сварка, консервация, окраска, литье, сборка, холодная штамповка) в диалоговом режиме;

– возможность сквозного проектирования технологических процессов, когда ответственный за проектирование ТП назначает исполнителей, одновременно выполняющих разработку отдельных операций одного и того же технологического процесса;

– предоставление гибкой подсистемы расчетов: расчеты выполняются по настраиваемым сценариям с привлечением встроенной экспертной системы, использующей базу знаний (база данных, технологические таблицы и формулы); язык представления знаний в базе знаний – правилами “если-то”;

– автоматический подбор оборудования и оснастки к операциям и переходам с привлечением средств экспертной системы;

– проектирование технологического процесса обработки детали:

на основе ТП-аналога;

– формирование и принятие автоматизированных проектных решений на различных этапах проектирования ТП, в том числе использование в качестве исходных данных для проектирования информации непосредственно из чертежа детали;

– автоматизированное построение и редактирование операционных эскизов с обеспечением передачи параметров технологического процесса в графическую систему и получением в составе одного бланка (операционной карты) текста и графического изображения;

– просмотр комплекта документов с возможностью внесения замечаний, управление оформлением и выводом комплекта на печать, возможность получения документов в Microsoft Excel;

– иллюстрирование графическими изображениями классификаторов, справочников, сценариев, анкет оснастки и паспортов оборудования;

– просмотр технологических процессов при помощи утилиты, не требующей лицензию TechCard;

– ведение списка пользователей, которые могут работать с системой (вход в систему по паролю), обеспечение безопасности путем назначения пользователям прав доступа на выполнение тех или иных действий;

– получение выборок изделий и техпроцессов по разнообразным критериям с целью последующего получения по ним ведомостей; в качестве критериев могут выступать атрибуты изделия, расцеховочного маршрута или параметры техпроцесса (оборудование, оснастка, материалы и т.д.);

– получение практически любых ведомостей и сводных ведомостей по материалам, операциям, переходам, оборудованию, оснастке, расцеховочным маршрутам, технологическим документам.

Система TechCard работает с СУБД InterBase, Oracle и MSSQL. Для небольших предприятий оправданным можно считать использование системы с СУБД Interbase, для крупных предприятий может быть рекомендовано использование TechCard с СУБД Oracle [6].

Сравнительная характеристика систем автоматизированного проектирования технологических процессов представлена в таблице 1.7

Таблица 1.9 – Сравнительная характеристик систем «ТехноПро», «Вертикаль», «Techcard»

Рассмотренные системы имеют большую базу данных с множеством информации об оборудовании, технологических операциях, типовых переходах, инструментах. Позволяют рассчитать любой тип технологического процесса , применяемого на машиностроительном предприятии. Системы интегрированы с различными CAD-системами. Но наряду с большим количеством плюсов, есть один недостаток. Если предприятию на данный момент необходимо внедрить автоматизированную систему для одного типа технологического процесса, нет смысла переплачивать за всю систему. В таком случае предприятию выгодна небольшая автоматизированная система с узкой направленностью. Аппаратные требования должны быть минимальными. Система должна обладать интуитивно понятным интерфейсом, устойчива к сбоям и обеспечивать целостность хранимых данных. Затраты времени на обучение технолога должны быть минимальны

1.1.3 Анализ выбора средств разработки программного обеспечения для системы автоматизированного проектирования технологических процессов

Для того чтобы система эффективно выполняла свои функции, необходимо провести комплексную оценку каждого из наиболее подходящих вариантов решения и выбрать наиболее оптимальный вариант.

Решение должно соответствовать таким критериям:

быстродействие;

простота;

удобство;

функциональность;

совместимость.

C# – это современный и прогрессивный язык программирования, который включает возможности, доступные в наиболее распространенных промышленных и исследовательских языках.

Microsoft разработала новый язык – C#. При создании C#, его авторы учитывали достижения многих других языков программирования: C++, C, Java, SmallTalk, Delphi, Visual Basic и т.д. В результате получился действительно простой, удобный и современный язык, по мощности не уступающий С++, но существенно повышающий продуктивность разработок.

Отсутствие в C# некоторых вещей обусловлено тем, что C# является «чисто» объектным языком программирования, а Delphi – гибридным. Тем не менее, в C# или имеются, или могут быть легко реализованы самостоятельно практически все семантически эквивалентные конструкции.

Важной и отличительной от С++ особенностью C# является его простота.

Delphi является комбинацией нескольких важнейших технологий:

высокопроизводительный компилятор в машинный код;

объектно-ориентированная модель компонент;

визуальное построение приложений из программных прототипов;

масштабируемые средства для построения баз данных.

Delphi является строго типизированным объектно-ориентированным программным языком. Основной упор делается на то, чтобы максимально производительно использовать код. Это позволяет очень быстро разрабатывать приложения, так как уже существуют заранее подготовленные объекты. А так же есть возможность создавать свои собственные объекты, без ограничений [7].

Сравнение программных продуктов (по десятибалльной шкале) приведено в таблице 1.10.

Таблица 1.10 – Сравнение программных продуктов

Экспертная оценка определяется по формуле:

(1.1)

где Qi – общая оценка программного продукта;

Kj – весовой коэффициент критерия;

aij – оценка i-того программного средства по j-тому критерию.

Рассчитаем общие оценки программных средств:

Visual C#: Q = 8·0.10+10·0.10+7·0.20+7·0.15+10·0.20+7·0.10=8.

Delphi 7.0: Q = 8·0.10+7·0.10+10·0.20+9·0.15+7·0.20+9·0.10=9.

Visual C++6.0: Q = 6·0.10+7·0.10+7·0.20+7·0.15+10·0.20+6·0.10 =7.25.

Как показал расчет, наиболее целесообразно выбрать язык Delphi 7.0.

1.2 Разработка математической модели для проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Термическую обработку стальных деталей проводят в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке. Термическая обработка стали в большинстве случае состоит в нагреве до температуры образования твердого раствора, выдержки при этих температурах и охлаждение с разными скоростями в зависимости от требований конечной структуры и физико-механических свойств стали [7].

Различают следующие основные режимы термообработки заготовок:

– закалка;

– отжиг;

– нормализация;

– отпуск.

Закалка – термическая обработка металлов, при которой заготовку нагревают до температуры в пределах 1000-1050°С, после чего сталь быстро охлаждают. Закалку применяют для придания стали повышенной прочности, твердости, снижения вязкости и пластичности [7].

Отжиг – термическая обработка металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествующей обработки и приводящей металл в более устойчивое состояние. Цель отжига – снятие внутренних напряжений, снижение твердости. При отжиге изделия нагревают выше критических температур стали. Для низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей температура нагрева достигает 600-680°С. После нагрева изделие выдерживают в печи при этой температуре в течении 2.5 минут на 1 мм толщины металла. Для полного отжига стальное изделие нагревают до температуры 820-930°С, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают [8].

Нормализация – термическая обработка металла, подобная отжигу, но с более быстрым охлаждением изделий, которое обычно проводят на воздухе. При нормализации заготовку нагревают до температуры 850-890°С, выдерживают при этой температуре и охлаждают на воздухе.

Отпуск – термическая обработка металлов, применяемая для сталей склонных к закалке, для уменьшения внутренних напряжений и хрупкости. Изделие нагревают до температуры 400-700°С. Выдерживают при этой температуре из расчета 2.5 минуты на 1 мм толщины металла, медленно охлаждают с печью до нормальной температуры [8].

Определение расчетного размера заготовок для назначения продолжительности выдержки при температурах нормализации приведены в таблице 1.11. [9]

Таблица 1.11 – Определение расчетного размера заготовок для назначения продолжительности выдержки при температурах нормализации

Расчет норм времени выдержки при отпуске

Для определения времени нагрева первоначально необходимо расчитать геометрический показатель тела W. W – геометрический показатель тела, равный отношению объёма тела V к площади его поверхности F [9].

Далее рассмотрены формулы для вычисления величины W различных тел простой формы. Для шара:

W = D/6, (1.2)

где D – наружный диаметр шара.

Для цилиндра, нагреваемого со всех сторон:

W = , (1.3)

где D – наружный диаметр цилиндра;

l – длина тела.

Для сплошного цилиндра, нагреваемого с одной стороны:

W = , (1.4)

где D – наружный диаметр цилиндра;

l1 – длина нагреваемой части тела.

Для полого цилиндра, нагреваемого со всех сторон:

W = , (1.5)

где D – наружный диаметр цилиндра;

d – внутренний диаметр цилиндра;

l – длина тела.

Для куба:

W = B/6, (1.6)

где B – ребро куба.

Для прямоугольной пластины, нагреваемой со всех сторон:

W = , (1.7)

где B – толщина пластины;

a – ширина пластины;

l – полная длина тела.

Рассчитав геометрический показатель W выбираем продолжительность нагрева заготовки при отпуске по таблице 1.12 [9].

Таблица 1.12 – Зависимость продолжительности нагрева при отпуске от величины W

Расчет норм времени выдержки при закалке.

Время нагрева в закалочной среде зависит от диаметра (толщины) массы заготовки, мощности печи и требований чертежа (термическая обработка с закалкой или с отпуском).

Общая продолжительность нагрева при закалке зависит от двух слагаемых – времени нагрева до заданной температуры tH и времени выдержки при этой температуре tB.

Время выдержки при заданной температуре tB упрощенной принимают равным 1 минуте для углеродистых сталей и 1.5 – 2 минуты для легированных сталей на 1 мм толщины металла.

Время нагрева до заданной температуры tH определяется по следующей формуле

tH = a·D, (1.8)

где a – коэффициент, определяемый экспериментально, в с/мм;

D – диаметр изделия.

Если изделие квадратного или прямоугольного сечения, то вместо величины D используют толщину изделия H.

Значение коэффициента а в зависимости от условий нагрева и формы изделия приведены в таблице 1.13 [10].

Таблица 1.13 – Значение коэффициента а

1.3 Разработка структурно-функциональной модели системы автоматизированного проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Структурно-функциональная модель представляется активностью (процессом), инкапсулирующим расчет технологических параметров и составление технологической документации, имеет входы, на которые поступают исходные данные и выходы на которых имеем результат расчетов, исполнителей расчетов технологических параметров и составления технологической документации.

Работа технолога по проектированию технологического процесса термообработки заготовок приведено в разделе 1.1.1.

Структурно-функциональная модель для проектирования технологических процессов термообработки заготовок представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Структурно-функциональная модель для проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Описание структурно-функциональной модели для проектирования технологических процессов термообработки заготовок представлено в таблице 1.14.

Таблица 1.14 – Описание структурно-функциональной модели для проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Структурно-функциональная модель первого уровня для автоматизации проектирования технологических процессов термообработки заготовок представлена на рисунке 1.4.

В структурно-функциональной модели приведены основные активности А1-А6 (функции элементов) системы, а также предметы (данные о заготовке, справочные данные, расчетный размер сечения, нормы времени, график термического процесса). Преобразование предметов осуществляется в соответствии с заданными нормами и справочниками.

Реализация активностей осуществляется «исполнителями», в данном случае это технолог. Технологу поступают данные на деталь. Технолог анализирует чертеж и данные чертежа. Извлекает данные о заготовке:

– марка стали;

– параметры заготовки (диаметр, толщина)

– требования к заготовке.

Недостающие данные технолог выбирает из справочников:

– предел кратковременной прочности;

– предел текучести;

– относительное удлинение при разрыве;

– относительное удлинение при разрыве;

– относительное сужение;

– ударная вязкость;

– твердость.

На основе полученных данных, технолог рассчитывает нормы времени для выбранного термического режима. Расчет норм времени для заготовки зависит от диаметра (толщины) заготовки, требований чертежа (увеличить/снизить прочность).Построение графика термического процесса происходит в соответствии с выбранной температурой для термического режима из справочников и рассчитанных норм времени. Все полученные данные и график заносятся в технологическую карту.

Подробное описание активности модели для проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлено в таблице 1.15

Таблица 1.15 – Описание структурно-функциональной модели для проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Рисунок 1.4 – Структурно-функциональная модель для проектирования технологического процесса термообработки заготовок»

1.4 Разработка технического задания на создание ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

1.4.1 Введение

Данный программный продукт представляет собой программно-методический комплекс для автоматизации технологического процесса термообработки заготовок.

Он предназначен для сокращения времени на составление технологической карты для процесса термической обработки заготовок.

1.4.2 Основание для разработки

Разработка программно-методического комплекса (ПМК) ведется на основании приказа ректора Донбасской государственной машиностроительной академии №07 – 14 от 01.02.2010г.

Тема дипломного проекта – «Проект программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ»

1.4.3 Назначение разработки

ПП будет использоваться в целях упрощения работы по составлению и учету технологических карт. ПП должен выполнять следующие функции:

– составлять технологическую карту для термообработки, строить график процесса;

– хранить справочные данные, необходимые для составления технологической карты;

– хранить данные, составленных ранее технологических карт.

1.4.4 Требования к программному изделию

Требования к функциональным характеристикам

– ввод исходных данных (не более 2 с.);

– выбор данных из БД (не более 1 с.);

– формирование технологической карты (не более 2 с.);

– хранение данных составленных технологических карт (не менее 1 года).

Требования к надежности

– ПП должен устойчиво функционировать и не приводить к сбоям операционной системы;

– ПП должен обеспечивать контроль входной и выходной информации на соответствие заданных форматам данных;

– ПП должен обеспечивать обработку ошибочных действий пользователя с выдачей соответствующих сообщений.

Условия эксплуатации

Условия эксплуатации должны соответствовать санитарным нормам, которые определяются СанПиН 2.2.2 545-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным вычислительным машинам и организации работы».

Требования к составу и параметрам технических средств

Для обеспечения функционирования системы необходимо наличие следующих технических средств:

– процессор с частотой 2GHz и выше;

– ОЗУ 512 Mb и выше;

– ОС Windows 2000/NT/XP;

– свободное место на жестком диске не менее 10 Mb;

– клавиатура, манипулятор «мышь».

Требования к программной документации

Программная документация должна включать в себя сопровождение программного комплекса для внедрения. Сопровождение комплекса для внедрения должно состоять из технического задания, эскизного проекта, технического проекта, рабочего проекта. Под эскизным проектом подразумевается изображение прецедентов использования в нотации UML. Под техническим проектом подразумеваются диаграммы прецедентов, классов, последовательностей соответствующих стандартам UML. Под рабочим проектом подразумевается, графическое представление результатов работы ПМК.

Программная документация, сопровождающая данный программный продукт должна быть оформлена в соответствии с ДСТУ 3008.95

Технико-экономические показатели

Экономическая эффективность внедрения ПМК обеспечивается за счет:

– сокращения сроков на составление технологической карты;

– сокращение сроков на обучение технолога.

Стадии и этапы разработки

Разработка ведется в несколько этапов, которые приведены в таблице 1.16 с указанием сроков выполнения каждого этапа.

Таблица 1.16 – Этапы разработки программного продукта для проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Порядок контроля и приемки

Виды испытаний: тестирование работоспособности программного продукта в целом, проверка реализации всех необходимых функций.

Порядок контроля:

– тестирующий запуск программного продукта и сравнение ожидаемых результатов с полученными;

– проверка реакции программы на различные действия пользователя;

– проверка корректности завершения программы.

1.5 Разработка методов моделирования системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

1.5.1 Разработка логической модели системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Разработка диаграммы прецедентов использования для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

В процессе составления технического задания для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок были выделены основные требования и перечень функциональных возможностей.

Основным исполнителем в системе является технолог. Технолог получается доступ к системе с использованием уникальной учетной записи, сохраненной в БД пользователей, путем аутентификации пользователя. Новому технологу необходимо пройти регистрацию нового пользователя.

Основным функциональным требованием к системе является создание и автоматизация заполнения технологической карты для термического процесса. Система интегрирована с CAD-системой AutoCAD. Технолог загружает чертеж с AutoCAD. Система считывает с чертежа данные о детали и заносит данные в технологическую карту. Недостающие данные технолог вводит самостоятельно либо выбирает из списка предложенных системой. В зависимости от указанной марки стали, система автоматически заполняет химические и механические свойства стали в технологической карте. В зависимости от максимального диаметра заготовки, вида сечения заготовки и режима термообработки происходит расчет норм времени для термического режима. На основании расчетных данных, критических точек нагрева, выбранной технологом марки стали и термического режима строится график термического процесса. Запись с данными технологической карты можно сохранить в архив и в любой момент времени составить технологическую карту. Готовую технологическую карту можно отправить на печать. При отсутствии в справочниках необходимых данных, технолог может добавить справочные данные в БД.

На основании текстового описания составлена диаграмма прецедентов программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок, представленная на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Диаграмма прецедентов для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Таблица 1.17 – Описание прецедента «Аутентифицировать пользователя»

Таблица 1.18 – Описание прецедента «Зарегистрировать нового пользователя»

Таблица 1.19 – Описание прецедента «Ввести данные о детали»

Таблица 1.20 – Описание прецедента «Добавить справочные данные в БД»

Таблица 1.21 – Описание прецедента «Выполнить расчет»

Таблица 1.22 – Описание прецедента «Расчет размера сечения детали»

Таблица 1.23 – Описание прецедента «Расчет норм времени»

Таблица 1.24 – Описание прецедента «Построить график термического процесса»

Таблица 1.25 – Описание прецедента «Заполнить технологическую карту»

Таблица 1.26 – Описание прецедента «Сформировать технологическую карту»

Таблица 1.28 – Описание прецедента «Сохранить в архив»

Таблица 1.29 – Описание прецедента «Отправить на печать»

Разработка диаграммы классов для ПМК технологического процесса термообработки заготовок

Диаграмма классов служит для представления статической модели системы. Диаграмма классов может отражать, в частности, различные взаимосвязи между отдельными сущностями предметной области, такими как объекты и подсистемы, а так же описывать их внутреннюю структуру и типы отношений. Диаграмма классов состоит из множества элементов, которые в совокупности отображают знания о предметной области [14].

Для составления диаграммы классов предметной области «Проектирование технологического процесса термообработки заготовок» ниже представлено описание процесса проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Технологу поступает документация в виде технологического процесса на изготовление детали и чертеж на деталь. Проанализировав ее, технологу необходимо составить технологическую карту.

На технологической карте отображены данные из справочника химических свойств сталей, справочника механические свойства сталей, справочника сталей, справочника норм времени ТО. На технологической карте отображен график термического процесса.

График термического процесса состоит из таких этапов ТО как нагрев, выдержка и охлаждение.

Для этапов ТО производится расчет сечения заготовки и расчет норм времени в зависимости от выбранного режима термообработки (расчет норм времени на закалку, расчет норм времени на нормализацию, расчет норм времени на отжиг, расчет норм времени на отпуск).

Расчет норм времени производится с учетом указанного оборудования (печь, электрованна) в технологической карте.

На основе данного описания составим диаграмму классов предметной области, представленную на рисунке 1.6

Подробное описание классов представлено в таблице 1.30.

Рисунок 1.6 – Диаграмма классов для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Таблица 1.30 – Описание классов для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Разработка диаграммы последовательностей для системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

Диаграмма последовательностей действий позволяет показать динамический аспект программы. Диаграммы последовательностей можно строить как для отдельных объектов, так и для программы (системы) в целом. На диаграмме последовательности изображаются исключительно те объекты, которые непосредственно участвуют во взаимодействии и не показываются возможные статические ассоциации с другими объектами. Для диаграммы последовательности ключевым моментом является именно динамика взаимодействия объектов во времени. При этом диаграмма последовательности имеет как бы два измерения. Одно — слева направо в виде вертикальных линий, каждая из которых изображает линию жизни отдельного объекта, участвующего во взаимодействии. Другое – сверху вниз отображающая изменения состояние объекта во времени [15].

Технолог обращается к классу Система проектирования. Класс Система проектирования обращается к классу Технологическая документация на деталь, который содержит информацию о детали, подлежащей термической обработке.

Рисунок 1.7 – Диаграмма последовательностей для прецедента «Сформировать технологическую карту»

Класс Система проектирования создает класс Техкарта. Класс Система проектирования передает данные о детали классу Техкарта. Класс Техкарта создает класс Этап ТО и передает ему данные о детали. Класс Этап ТО создает класс Расчет сечения. Класс Расчет сечения производит расчет сечения детали и возвращает результат классу Этап ТО. Класс Этап ТО создает класс Расчет норм времени. Класс Расчет норм времени производит расчет времени для термического режима и возвращает результат классу Этап ТО. Класс Этап ТО создает класс График и передает ему рассчитанные данные для детали. Класс График возвращает график термического процесса классу Этап ТО. Класс Этап ТО возвращает все полученные данные классу Техкарта. Класс Техкарта формирует отчет технологической карты на термообработку и возвращает его классу Система проектирования. Система проектирования передает технологическую карту технологу.

Диаграмма последовательностей для прецедента «Сформировать технологическую карту» представлена на рисунке 1.7.

1.6 Разработка физической модели системы проектирования технологических процессов термообработки заготовок

1.6.1 Разработка диаграммы классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Для отображения статической модели разработанного ПМК построим диаграмму классов. При разработке диаграммы классов был применен шаблон проектирования «Абстрактная фабрика».

Шаблон проектирования – это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения [15].

Данный шаблон позволяет изменять поведение системы, варьируя создаваемыми объектами, при этом сохраняя интерфейсы. Он позволяет создавать целые группы взаимосвязанных объектов, которые, будучи созданными одной фабрикой, реализуют общее поведение.

Данный шаблон применяется при условии, что система не должна зависеть от того, как создаются, компонуются и представляются входящие в нее объекты.

Критерии, повлиявшие на выбор шаблона:

– изолирует конкретные классы;

– упрощает замену семейств продуктов.

Шаблон «Абстрактная фабрика» применяется в следующих случаях:

– система не должна зависеть от того, как создаются, компонуются и представляются входящие в нее объекты.

– входящие в семейство взаимосвязанные объекты должны использоваться вместе и необходимо обеспечить выполнение этого ограничения;

– система должна конфигурироваться одним из семейств составляющих ее объектов.

Диаграмма классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок с применением шаблона «Абстрактная фабрика» представлена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 – Диаграмма классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Описание классов разрабатываемого ПМК представлено в таблице 1.31.

Таблица 1.31 – Описание классов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

1.6.2 Модульная структура ПМК

Диаграмма компонентов программно-методического комплекса автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлена на рисунке 1.9.

Диаграмма компонентов разрабатываемого ПМК состоит из следующих компонентов: главного модуля, модуля обработки данных, модуля формирования документации, модуля справочной системы, модуля построения графиков.

Рисунок 1.9 – Диаграмма компонентов ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

1.6.3 Разработка диаграммы развертывания ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Диаграмма развертывания используется для моделирования физических аспектов системы. Диаграмма развертывания позволяет визуализировать элементы и компоненты программы, существующие лишь на этапе ее исполнения. На рисунке 1.10 представлена диаграмма развертывания системы автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Описание диаграммы развертывания: к компьютеру подключены:

– устройства ввода информации (Клавиатура и Мышь);

– устройство вывода информации (Монитор и Принтер).

Рисунок 1.10 – Диаграмма развертывания ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

1.6.4 Разработка модели «сущность-связь» (ER-диаграммы) для ПМК автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

ER-диаграмма удобна при проектировании баз данных. С её помощью можно выделить ключевые сущности, присутствующие в модели, и обозначить отношения, которые могут устанавливаться между этими сущностями

ER-диаграммы позволяют производить моделирование физической структуры систем хранения данных.

ER-диаграмма ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлена на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 – ER-диаграмма ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Структура таблиц ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлен в таблицах 1.32-1.38.

Таблица 1.32 – Характеристика полей таблицы «Вид ТО»

Таблица 1.33 – Характеристика полей таблицы «Сталь»

Таблица 1.34 – Характеристика полей таблицы «Оборудование»

Таблица 1.35 – Характеристика полей таблицы «Вид ТО»

Таблица 1.36 – Характеристика полей таблицы «Нормы времени»

Таблица 1.37 – Характеристика полей таблицы «Механические свойства»

Таблица 1.38 – Характеристика полей таблицы «Технологическая карта»

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК В ОГМЕТ ЗАО НКМЗ

2.1 Структура и функциональное назначение отдельных модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ

Программно-методический комплекс (ПМК) предназначен для определенного класса задач (предметная область) и в пределах этого класса обладает универсальностью, имеет средства управления, позволяющие выбрать конкретные возможности из числа предусмотренных.

ПМК – это объединение управляющих, обслуживающих и обрабатывающих модулей.

Функция обрабатывающих модулей состоит в реализации шагов алгоритма преобразования значений входных данных в результаты-значения выходных данных.

Управляющие модули преобразуют задание пользователя в последовательность вызовов обрабатывающих модулей.

Обслуживающие модули обеспечивают внешний и внутренний интерфейсы ПМК, то есть обеспечивают взаимодействие пакета с пользователем и управляющих модулей с информационной базой, в данном случае с базой данных, и обрабатывающими модулями. В общем случае разделение на управляющие и обслуживающие модули носит условный характер.

База Данных (БД) – структурированный организованный набор данных.

Рассмотрим алгоритм работы ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

Рисунок 2.1 – Блок-схема алгоритма работы ПМК

Работа ПМК начинается с запуска файла TexProc. Перед пользователем появляется форма аутентификации пользователя. При успешном прохождении аутентификации, пользователь получает доступ к системе. В противном случае пользователю выдается сообщение об ошибке. Программа проверяет связь с базой данных и загружает данные в таблицы. После введения данных для нового технологического процесса, данные сохраняются. В таблице с данными технологических картах появляется новая запись. Выбрав необходимую запись и нажав на кнопку «Создание технологической карты» программа формирует отчет и выводит на экран пользователю. Блок-схема работы ПМК представлена на рисунке 2.1

Модульная структура ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлена на рисунке 15. Функциональное назначение обслуживающих модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлено в таблице 2.2

Рисунок 2.2 – Модульная структура ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Таблица 2.1 – Функциональное назначение обслуживающих модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ

Функциональное назначение обрабатывающих модулей ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Функциональное назначение обрабатывающих модулейПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Для организации интерфейса ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок используется управляющий модуль «Управление модулями».

2.2 Результаты углубленной разработки отдельных модулей ПМК дляавтоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Основным управляющим модулем является модуль TexPro.pas. Модуль techkart.pas отвечает за вывод формы для ввода и выбора необходимых данных для заполнения технологической карты. Модуль steel.pas отвечает за хранение и отображение данных о стали. Модуль avtor.pas отвечает за вывод справочной информации об авторе.

При загрузке ПМК происходит запрос авторизации пользователя, если авторизация прошла успешно – вход в программу, иначе – выдача сообщения об ошибке или выход из ПМК. При запуске приложения программа автоматически проверяет наличие баз данных и правильность пути к ним. Если базы данных не обнаружены, то выводиться сообщение об отсутствии баз данных и программа не загружается.

Когда программа подключена к БД, все сведения из базы выводятся на экран в таблицу. Для удобства редактирования данных программа выводит их на форму для работы с таблицами. По окончанию работы в таблицах все сведения сохраняются. После сохранения данных можно составить технологическую картудля термообработки заготовок.

Покажем с помощью блок-схем и программного кода реализацию модулей ПМК расчета автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок.

На рисунке 2.3 приведена блок-схема работы аутентификации пользователя.

Рисунок 2.3 – Блок-схема аутентификации пользователя

Реализация аутентификации пользователя представлена на рисунке 2.4

if login.Text='' then ShowMessage('Введите логин');

if pass.Text='' then ShowMessage('Введите пароль');

if (login.Text<>'') and (pass.Text<>'') then begin

Try

ADOQuery1.SQL.Clear;

ADOQuery1.SQL.Add('select count(surname) as count');

ADOQuery1.SQL.Add('from workers');

ADOQuery1.SQL.Add('where login='+QuotedStr(login.Text));

ADOQuery1.SQL.Add('and password='+Quotedstr(pass.text));

ADOQuery1.ExecSQL;

DataSource1.DataSet:=ADOQuery1;

result:=DataSource1.DataSet.FieldList.Fields[0].Value;

if result=0 then

showmessage('неверный логин/пароль')

else frm_main.Show;

except

ShowMessage('error');

end;

Рисунок 2.4 – Аутентификация пользователя

Алгоритм расчета данных для графика представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Алгоритм расчета данных для графика

Запрос для извлечения данных из БД, в зависимости от выбранного режима термообработки представлен на рисунке 2.6.

select a.temp_nach, a.temp_kon from norm_time a

where a.type_to= QuotedStr(CB_to);

Рисунок 2.6 – Пример запроса данных из БД

2.3 Элементы интерфейса ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

На рисунке 2.7 представлен интерфейс системы для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок. На главной форме пользователю предоставляется выбор операции для автоматизации разработки технологического процесса.

Рисунок 2.7 – Элементы интерфейса главной страницы ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

На рисунке 2.8 показана форма авторизации в ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Рисунок 2.8 – Форма авторизации в ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Форма выбора справочников представлен на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Наименование справочников ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

2.4 Инструкция по установке ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Для запуска программы необходимо скопировать файл tehpro.exe с лазерного диска в созданный каталог и запустить программу стандартными средствами (Windows Explorer, FAR Manager). При запуске приложения автоматически проверяется наличие баз данных и правильность пути к ним. Если базы данных не обнаружены, то выводиться сообщение об отсутствии баз данных и программа не загружается.

2.5 Инструкция пользователя ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Программно-методический комплекс для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок предназначена для автоматизации процесса создания технологической карты для термообработки заготовок. Главная форма представлена на рисунке 2.10. Пользователь выбирает процесс для автоматизации, либо переходит на вкладку для работы со справочниками, рисунок 2.11.

Рисунок 2.10 – Главная форма программы для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

На вкладке «Операции» при нажатии на кнопку «Термический процесс», появляется главная форма для отображения данных технологических карт на термообработку, рисунок 2.12.

Рисунок 2.12 – Форма для отображения данных для технологических карт на термообработку

На этой форме отображаются данные о заготовке, подлежащей процессу термообработки. На форме находятся несколько кнопок. При нажатии на кнопку «Выход» происходит закрытие формы. При нажатии на кнопку «Обновить» происходит обновление данных из БД. Кнопка «Ввести данные» вызывает форму «Ввод данных для термообработки», представленная на рисунке 2.13. Пользователь может просматривать данные, а также редактировать или добавлять новые. Для того, чтобы закрыть эту форму, необходимо нажать на кнопку «Выход».

Рисунок 2.13 – Форма ввода данных для термообработки

При нажатии кнопки «Создание технологической карты» происходит формирование и заполнение технологической карты. Полученная технологическая карта представлена на рисунке 2.14. На вкладке «Справочники» пользователь выбирает необходимый справочник. На рисунке 2.15 приведена форма «Справочник режимов термообработки». На форме находится ряд кнопок для добавления, удаления, сохранения и обновления данных. Для выхода из справочника нужно нажать на кнопку «Выход».

Рисунок 2.14 – Технологическая карта на термообработку заготовки

Рисунок 2.15 – Справочник режимов термообработки

3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Использование программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок значительно сокращает время, затрачиваемое на составление технологической карты.

Эффект от создания и внедрения проектируемого программного продукта определяется на основе сравнения с базовым вариантом. В качестве базового варианта принимаем выполнение работ по составлению технологического процесса традиционным неавтоматизированным способом.

Главным при разработке программного продукта является обеспечение максимальной экономической эффективности, т.е. производство программных продуктов с минимальными затратами труда и денежных средств.

Источники экономии при этом определяются по следующим направлениям:

снижение трудоемкости;

сокращение сроков обработки информации и составления технологической карты.

3.1 Расчет капитальных затрат на создание ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок

Капиталовложения в создание ПМК носят единовременный характер [21]:

К=К1+К2+К3 , (3.1)

где К1 – затраты на оборудование, грн.;

К2– затраты на лицензионные программные продукты, грн;

К3 – затраты на создание ПО, грн.

Затраты на оборудование рассчитываются по формуле (3.2):

(3.2)

где Ni – количество единиц i-го оборудования, необходимого для реализации ПО (ЭВМ, принтеров, плоттеров и др.), шт.;

Ci – цена единицы i-го оборудования, грн.;

n – общее количество различных видов оборудования;

k1 – коэффициент транспортно-заготовительных расходов, доли;

k2– коэффициент увеличения затрат на производственно-хозяйственный инвентарь, доли.

Принимаем k1 = 1.01 и k2 = 1.015.

Для приобретения одного компьютера, на котором будет использоваться разрабатываемый программный продукт, требуется затратить 3000 грн. Спецификация на оборудование представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Спецификация на закупаемое оборудование

Рассчитаем затраты на оборудование по формуле (3.2):

грн.

Для реализации ПО необходимы следующие лицензионные программные продукты: Delphi 7.0 – 3000 грн.

Получаем К2 = 3000 грн.

Затраты на создание ПМК находятся по формуле (3.3):

К3 = З1 + З2 + З3, (3.3)

где З1 – затраты труда программистов-разработчиков, грн.;

З2 – затраты компьютерного времени, грн.;

З3 – косвенные (накладные) расходы, грн.

Затраты труда программистов-разработчиков найдем по формуле (3.4):

, (3.4)

где Nk – количество разработчиков k-й профессии, чел;

rk – часовая зарплата разработчика k-й профессии, грн;

Kзар – коэффициент начислений на фонд заработной платы, доли;

Tк – общая трудоемкость, ч.

Принимаем Nk=1 человек.

Часовая зарплата разработчика определяется по формуле (3.5).

(3.5)

где Мк – месячная зарплата k-го разработчика, грн.;

Fмесk– месячный фонд времени его работы, час.

Принимаем: Мk=1800 грн; Fмесk = 176 часов.

Тогда по формуле (3.5):rk = 1800/176 =10.23 грн/час.

ПринимаемKзар = 1.475.

Расчет трудоемкости разработки осуществляется по формуле (3.6):

Tk = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 , (3.6)

где t1 , t2, t3, t4, t5 – время затраченное на каждом этапе разработки, час.

Трудоемкость разработки включает время выполнения работ, представленных в таблице 3.2. [21].

Таблица 3.2 – Длительность этапов работы

Общая трудоемкость по формуле (3.6):

Tк =50 + 70 + 80 + 105+ 55 = 360 часов.

Тогда затраты труда разработчиков-программистов равны (формула (3.4)):

З1 = 1∙ 10.23 ∙ 360∙ 1.475 = 5432.13 грн.

Расчет затрат компьютерного времени выполним по формуле (3.7):

З2 = Ск ·F0 , (3.7)

где Ск – стоимость компьютерного часа, грн.;

F0 – затраты компьютерного времени на разработку программы, час.

Стоимость компьютерного часа вычисляется по формуле (3.8):

СК= СА + СЭ + СТО, (3.8)

где СА – амортизационные отчисления, грн.;

СЭ – энергозатраты, грн.;

СТО – затраты на техобслуживание, грн.

Амортизационные отчисления найдем по формуле (3.9):

СА= Сi· NАi / Fгодi, (3.9)

где Сi = 3000 – балансовая стоимость i-го оборудования, которое использовалось для создания ПМК, грн.;

NА – годовая норма амортизации i-го оборудования, доли;

Fгод – годовой фонд времени работы i-го оборудования, час.

Принимаем: NА= 0.15; Fгод = 2112 часов.

Из формулы (3.8) получим: СА= 3000 ∙0.15/2112= 0.21 грн.

Энергозатраты найдем по формуле (3.10): [21].

СЭ = РЭ · СкВт, (3.10)

где РЭ = 0.2 – расход электроэнергии, потребляемой компьютером, кВт/ч;

СкВт = 0.3272 – стоимость 1 кВт/ч электроэнергии, грн.

Тогда получим: СЭ = 0.2 ∙ 0.3272 = 0.065 грн.

Затраты на техобслуживание найдем по формуле (3.11):

СТО= rТО∙ l, (3.11)

где rТО – часовая зарплата работника обслуживающего оборудование, грн; l – периодичность обслуживания (формула 3.11).

Принимаем часовую зарплату работника, обслуживающего оборудование:

rТО =400/176 = 2.27 грн/час.

l = Nто / Fмес, (3.12)

где Nто – количество обслуживаний оборудования в месяц;

Fмес – месячный фонд времени работы оборудования, час.

Принимаем Nто= 1; Fмес= 176 часов.

Тогда (формула (3.12)): l=1/176 = 0.0057.

Применяя формулу (3.11), получим:

СТО =2.27∙0.0057 = 0.0013 грн.

Тогда стоимость компьютерного часа равна по формуле (3.8):

СК= 0.21 + 0.065 + 0.0013 = 0.2763 грн/час.

Таким образом, затраты компьютерного времени составят по формуле (3.8):

З2 = 0,2763 ∙ 360 = 99.468 грн.

Косвенные расходы З3 определяются по формуле (3.13):

(3.13)

где С1 – расходы на содержание помещений, грн.

С2 – расходы на освещение, отопление, охрану и уборку помещения, грн.

C3 – прочие расходы (стоимость различных материалов, используемых при разработке проекта,услуги сторонних организаций и т.п.), грн.

Площадь помещения составляет 33 м2 Принимаем стоимость 1 м2 помещения – 100 грн. Следовательно стоимость помещения составляет 33·100=3300 грн.

Затраты на содержание помещений составляют 2% от стоимости помещения. Следовательно С1 = 3300·0.02 = 66 грн.

Расходы на освещение, отопление, охрану и уборку помещения составляют 0.4% от стоимости помещения. Следовательно С2 = 3300·0.004=13.2 грн. Прочие расходы (стоимость различных материалов, используемых при разработке проекта,услуги сторонних организаций и т.п.) составляют 100% от стоимости вычислительной техники. Следовательно С3 = 3000·1=3000 грн. Тогда, используя формулу (3.13), получим:

З3 = 66+13.2+3000 = 3079.2 грн.

Таким образом, по формуле (3.3) рассчитаем затраты на создание ПМК:

К3 = 5432.13 + 99.468 + 3079.2 = 8610.8 грн.

Капитальные затраты на выполнение и реализацию ПМК составят по формуле (3.1):

К = 3075.45 + 3000 +8610.8 = 14686.25 грн.

3.2 Расчет годовой экономии от автоматизации работы технолога

Годовая экономия от автоматизации работы технолога определяется по формуле (3.14):

(3.14)

где tip, tia – трудоёмкость выполнения i-й операции соответственно в ручном и автоматизированном варианте, час;

kip, kia – повторяемость выполнения i-й операции в ручном и автоматизированном вариантах в течении года, шт.;

Cp, Ca – часовая себестоимость выполнения операций в ручном и автоматизированном вариантах, грн;

n – количество различных операций, выполнение которых автоматизируется.

Себестоимость выполнения операций технолога в ручном варианте определяется по формуле (3.15):

Cp = C1p + C2p, (3.15)

где C1p – затраты на оплату труда персонала, грн.;

C2p – косвенные расходы, грн.

Затраты на оплату труда персонала найдем по формуле (3.16).

(3.16)

где Nk – количество работников k-й профессии, выполнявших работу до автоматизации, чел.;

rk – часовая зарплата одного работника k-й профессии, грн.;

Kзар – коэффициент начислений на фонд заработной платы, Кзар=1.475;

k – число различных профессий, используемых в ручном варианте.

Часовая зарплата работника рассчитывается по формуле (3.17):

rk = Mk/Fkмес , (3.17)

где Mk – месячный оклад работника, грн.;

Fkмес – месячный фонд времени работ работника, час.

Принимаем Fkмес = 176 часов.

До автоматизации работу выполнял 1 человек, т.е. N k= 1чел.

Месячный оклад работника составляет:

Mk=1800 грн.

Часовая зарплата составляет:

rk = 1800/176 = 10.22 грн/час.

Затраты на оплату труда персонала составляют:

C1p = 1 · 10.22 · 1.475 = 15.08 грн.

Косвенные расходы рассчитываются по формуле (3.18):

C2p = C1 + C2 + C3 (3.18)

где С1 – затраты на содержание помещений, грн.;

С2 – расходы на освещение,отопление охрану и уборку помещений, грн.;

C3 – прочие расходы.

Принимаем С1 = 66 грн.; С2 = 13.2 грн.

Прочие расходы C3 составляют 100-120 % от фонда заработной платы,

C3=1800 ·110% /100% = 1980 грн.

Из формулы (3.18) получим косвенные расходы:

C2p = 66 + 13.2 + 1980 = 2059.2 грн.

Себестоимость выполнения операций технолога в ручном варианте по формуле (3.15) составит:

СР = 15.08 + 2059.2 = 2074.28 грн.

Расчет себестоимости выполнения операций технолога в автоматизированном варианте выполняется по формуле (3.19):

Са = C1a + C1a + C1a, (3.19)

где C1a – затраты на оплату труда персонала, грн.;

C2a – стоимость компьютерного времени, грн.;

C3a – косвенные расходы, грн.

Затраты на оплату труда персонала найдем по формуле (3.20):

(3.20)

где Np – количество работников p-й профессии, выполнявших работу после автоматизации, чел.;

rp – часовая зарплата одного работника p-й профессии, грн.;

Kзар – коэффициент начислений на фонд заработной платы, доли ;

p – число различных профессий, используемых в автоматизированном варианте.

Принимаем: Np = 1; Kзар = 1.425 [21].

Количество работников и их оклады не изменились, поэтому: Са1=Ср1 = 15.08 грн.

Стоимость компьютерного времени найдем по формуле (3.21).

С2А= СА + СЭ + СТО, (3.21)

где СА= 0.23 – амортизационные отчисления, грн.;

СЭ = 0.065 – энергозатраты, грн.;

СТО = 0.0013 – затраты на техобслуживание, грн.

Таким образом, С2А = 0.23 + 0.065 + 0.0013 = 0.2963 грн.

Косвенные расходы С3А определяются по формуле (3.13):

С3А = 66 + 13.2 + 3000 = 3079.2 грн.

Тогда по формуле (3.18):

СА = 15.08 + 0.2963 + 3079.2 = 3094.57 грн.

В таблице 3.3 приведен перечень операций технолога и их трудоемкость в ручном и автоматизированном вариантах.

Таблица 3.3 – Трудоемкость операций технолога при выполнении вручную и автоматически

Годовую экономию от внедрения программного комплекса получим по формуле (3.13):

3.3 Расчет годового экономического эффекта

Экономический эффект определяется по формуле (3.22):

Эф = Эг – Ен · K, (3.22)

где Эг = 9289.67 – годовая экономия текущих затрат, грн;

К = 14686.25 – капитальные затраты на создание ПМК, грн.;

Ен = 0.42 [25] – нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений, доли.

Тогда, Эф =9289.67 – 0.42·14686.25 = 3121.45 грн.

3.4 Расчет коэффициента экономической эффективности и срока окупаемости капиталовложений

Коэффициент экономической эффективности капиталовложений найдем по формуле (3.23):

Ep = Эг/К. (3.23)

Тогда, ЕР = 9289.67/ 14686.25= 0.63.

Так как, ЕР = 0.63 > Ен = 0.42, то внедрение разработанного программного комплекса является экономически эффективным.

Срок окупаемости капиталовложений определим по формуле (3.24):

(3.24)

Тогда подставив значение коэффициента экономической эффективности в формулу (3.22), получим:

года.

Так как ТР =1.6 < Тн = 2.4 года (срок окупаемости капиталовложений меньше нормативного), то можно утверждать, что капиталовложения используются эффективно.

3.5 Выводы по разделу

Данный экономический расчет показывает, что разработка и использование ПМК для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок является экономически оправданным и целесообразным. Об этом свидетельствуют следующие данные:

годовая экономия текущих затрат при внедрении программного комплекса составит 9289.67 грн.;

экономический эффект составит 3121.45 грн;

срок окупаемости капиталовложений составит 1.6 года.

Вышеприведенные расчеты и сравнительная оценка эффективности работы технолога показали целесообразность создания автоматизированного рабочего места. Основная экономия достигается за счет автоматизации труда, высвобождения времени технолога от выполнения рутинных операций. Автоматизация рабочего места приведет к уменьшению загруженности технолога «бумажной» работой, что в свою очередь, повысит эффективность работы, и снизит вероятность ошибок.

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 на человека воздействуют опасные и вредные производственные факторы .

При работе с компьютером человек подвергается воздействию следующих опасных и вредных производственных факторов [22]:

электромагнитное поле и излучение;

недостаточная освещенность и высокие зрительные нагрузки;

повышение уровня шума;

электростатические поля;

эмоциональные перегрузки.

Перечисленные факторы, так или иначе, влияют на здоровье человека – вызывают головную боль, быструю утомляемость, портят зрение и слух, могут повлиять на репродуктивную функцию человека. Неподвижная напряжённая поза оператора, в течение длительного времени прикованного к экрану дисплея, приводит к усталости и возникновению болей в позвоночнике, шее, плечевых суставах. Интенсивная работа с клавиатурой вызывает болевые ощущения в локтевых суставах, предплечьях, запястьях, в кистях и пальцах рук. Работа компьютера сопровождается акустическими шумами, включая ультразвук.

Деятельность оператора предполагает визуальное восприятие отображенной на экране монитора информации, поэтому значительной нагрузке подвергается зрительный аппарат работающих с ПК. Факторами, наиболее сильно влияющими на зрение, являются:

недостаточно высокое разрешение монитора, расфокусировка, несведение лучей и низкий уровень других его технических характеристик;

избыточная или недостаточная яркость изображения.

отсутствие необходимого уровня освещённости рабочих мест;

несоблюдения расстояния от глаз оператора до экрана.

Однако даже если удалось устранить все вышеперечисленные вредные факторы, зрение все равно будет портиться. Происходит это оттого, что при работе за дисплеем человек непроизвольно начинает моргать реже, чем обычно, что приводит к ускоренному высыханию поверхности глаз и к их преждевременному «износу».

Для обеспечения оптимальных условий труда важно соблюдение следующих параметров: соответствие параметров микроклимата (температуры, влажности, качественного состава воздуха) нормативным значениям, достаточное освещение. Условия эксплуатации вычислительной техники накладывают ряд условий на параметры микроклимата, так как перегрев аппаратуры может привести к выходу ее из строя [22].

Задание для проведения расчетов согласованно с консультантом по охране труда, согласно темы дипломного проекта. Данные для расчета приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1 – Характеристика условий труда на рабочем месте

Одним из самых распространенных аналитических показателей условий труда является категория тяжести труда. Она характеризует состояние организма человека, которое формируется под влиянием условий труда [22].

Произведем их количественную и аналитическую оценку:

температура, х1=3 балла;

скорость движения воздуха, х2=2 балла;

влажность воздуха, х3= 2 балла;

общее освещение, х4= 2 балла;

продолжительность сосредоточенного наблюдения, х5 = 4 балла;

уровень шума, х6= 3 балла.

Интегральную балльную оценку тяжести труда Ит на конкретном рабочем месте можно определить по формуле:

, (4.1)

где Хоп – элемент условий труда, который получил наибольшую оценку, Хоп = 4 балла;

– средний балл всех активных элементов условий труда, кроме определяющего Хоп, который равен:

, (4.2)

где - сумма всех элементов кроме определяющего Хоп;

n – количество учтенных элементов условий труда.

= (3+2+2+2+3)/(6 – 1) = 2.4;

ИТ =10·(4+2.4·(6 – 4)/6) = 48 (баллов)

Интегральная оценка тяжести труда в 48 баллов соответствует 4 категории тяжести труда.

Интегральная балльная оценка тяжести труда Ит позволяет определить влияние условий труда на работоспособность человека.

Для этого сначала определяется степень утомления в условных единицах:

, (4.3)

где 15.6 и 0.64 – коэффициенты регрессии.

Работоспособность человека определяется как величина противоположная утомлению (в условных единицах):

R = 100 – Y, (4.4)

R=100 – 50.265 = 49.735.

Таким образом, температура помещения, продолжительность сосредоточенного наблюдения и уровень шума не отвечают нормативным требованиям (имеют балльную оценку более 2). Поэтому необходимо разработать мероприятия для обеспечения безопасных и комфортных условий труда. Основными направлениями являются: организация вентиляции, защита от излучения, снижение напряжения труда.

4.2 Разработка мероприятий по обеспечению безопасных и комфортных условий труда

Требования к воздуху рабочей зоны

В соответствии с НПАОП 0.00-1.31-99 в рабочих помещениях и на рабочих местах с ПЭВМ должны обеспечиваться оптимальные значения параметров микроклимата (таблица 4.1).

Таблица 4.2 – Оптимальные значения параметров микроклимата

Для обеспечения оптимальных микроклиматических условий в помещениях, в которых размещены компьютеризованные рабочие места, они оборудованы системами отопления и общеобменной вентиляции. При этом необходимо рассчитать минимальное количество воздуха, подаваемое в помещение. Количество воздуха, удаляемого или подаваемого общеобменной вентиляцией, определяется объемом помещения, приходящегося на одного человека.

Определяем свободный объем помещения:

V = A·B·H·0.85. (4.5)

V = 3·3·4.3·0.85 = 32.9 м3

Удельный свободный объем составляет:

V´= V/N. (4.6)

V` = 32.9/1 =32.9 м3 /чел. > 20 м3/чел.

Объем помещения на одного работающего составляет 32.9 м3/чел. Следовательно, искусственная вентиляция не нужна.

В воздухе помещений всегда имеется в наличии повышенное количество заряженных частиц.

Необходимые концентрации позитивных и негативных ионов в воздухе рабочих зон обеспечиваются применением:

генераторов негативных ионов;

кондиционеров;

проветриванием, систем общеобменной вентиляции, устройств местной вентиляции;

влажной уборки.

Наиболее опасной для здоровья является увеличенная концентрация озона – высокотоксичного раздражающего газа. Согласно ГОСТ 12.1.005-88 содержание озона в воздухе рабочей зоны не должно превышать 0,1мг/м3; содержание пыли – 4 мг/м3. Основным методом предотвращения негативного воздействия озона и других вредных веществ на здоровье операторов является обеспечение функционирования приточно-вытяжной вентиляции. Для того чтобы вредные вещества не проникали из соседних помещений в помещениях с ПЭВМ, необходимо создать некоторое избыточное давление.

Требования к освещению рабочего места

Освещение рабочего места – важнейший фактор создания нормальных условий труда. Возникает необходимость освещения как естественным, так и искусственным светом. Естественное освещение – проемы в стенах здания, искусственное – применение осветительных установок искусственного света.

Для искусственного освещения, как правило, используют люминесцентные лампы. Эти лампы имеют высокую световую отдачу (до 75 лм/Вт), большой срок службы (до 10000 часов) и хорошую цветопередачу. Для общего и местного освещения помещений, общественных и промышленных зданий применяют лампы типа ЛБ 18‑1, ЛДЦ 18 и ЛБ 58 и т.д.

В осветительных установках (ОУ) помещений следует использовать систему общего освещения, выполненную потолочными или подвесными люминесцентными светильниками, равномерно размещенными по потолку рядами, параллельно светопроёмам, так, чтобы экран монитора находился в зоне защитного угла светильника, и его проекция не приходилась на экран монитора.

Минимальная освещенность рабочей поверхности стола рекомендуется не ниже 300 люкс.

Яркость экрана устанавливается равной 0.5 или более яркости рабочей поверхности стола при освещенности 400 ‑ 500 люкс.

Для освещения помещения рекомендуется применять светильники серий ЛПО13, ЛПО31, ЛПО33 исполнение 001 и 006, ЛСО02, ЛСО04 с металлической экранирующей решеткой и непрозрачной боковинами.

В качестве источников света рекомендуется использовать люминесцентные лампы мощностью 40Вт или энергоэкономичные мощностью 36Вт типа ЛБ, ЛХВ и ЛЕЦ как наиболее эффективные и приемлемые с точки зрения спектрального состава, цветовая температура излучения которых находится в диапазоне 3500 – 4200 К.

Защита от шума рабочей зоны

В помещениях с ЭВМ уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах должны отвечать нормам ГОСТ 12.1.003-89 ССБТ "Шум. Общие требования безопасности", СН 3223-85 "Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах".

Уровни шума на рабочих местах лиц, которые работают с видеотерминалами и ЭВМ определены ДСанПіН 3.3.2-007-98.

Для обеспечения нормированных уровней шума в производственных помещениях и на рабочих местах используются шумопоглощающие средства, выбор которых обосновывается специальными инженерно-акустическими расчетами.

Уровни вибрации во время выполнения работ с ЭВМ в производственных помещения не должны превышать допустимых значений, определенных в СН 3044-84 "Санитарные нормы вибрации рабочих мест", и ДСанПіН 3.3.2-007-98.

Для снижения уровня шума на рабочих местах с ПЭВМ используют следующие методы:

рациональное размещение рабочего места в помещении, а также оборудование на каждом рабочем месте;

акустическая обработка помещения.

Рациональное размещение рабочих мест зависит от наличия достаточной площади помещения. Акустическая обработка помещения защищает рабочих от внутренних и внешних шумов (улица, сопредельные помещения) и является более универсальной. Снижение уровня шума за счет акустической обработки помещения определяется по следующей формуле:

ΔL = 10·lg(A2/A1), (4.7)

где А1, А2 – звукопоглощение помещения до и после акустической обработки, единиц поглощения.

Звукопоглощение помещения определяется по формуле:

А = S·, (4.8)

где S – площадь поверхности, м2;  – коэффициент поглощения материала поверхности, единицы поглощения.

В данном случае: размеры помещения 3х3х4.3 м, уровень шума составляет 52 дБА. Пол в помещении – паркет, стены и потолок – обычная штукатурка.

Определяем звукопоглощение помещения до проведения обработки:

А1 = 4·4.3·3·0.03 + 3·3·0.03 + 3·3·0.06 = 2.4 ед. п.

Определяем звукопоглощение помещения после акустической обработки звукопоглощающим материалом (коэффициент поглощения 0.9):

А2= 4·4.3·3·0.9 + 3·3·0.9 + 3·3·0.06 ≈ 55 ед. п.;

Снижение уровня шума составляет

L = 10 lg (55/2.4) ≈ 23 дБА.

Уровень шума после обработки помещения (52 – 23 =29 дБА) отвечает нормативным требованиям к помещению с ПЭВМ.

Требования к электробезопасности

Требования электробезопасности в помещениях, где установлены ЭВМ, отображены в НПАОП 0.00-1.31-99. ЭВМ, периферийные устройства ЭВМ и оборудование для обслуживания, ремонта и настройки ЭВМ, электропроводы и кабели за исполнением и уровнем защиты соответствуют классу зоны для ЭВМ, имеют аппаратуру защиты от короткого замыкания и других аварийных режимов.

Линия электросети для питания ЭВМ, периферийных устройств ЭВМ и оборудования для обслуживания, ремонта и настройки ЭВМ исполняется как отдельная групповая трехпроводная сеть путем проложения фазового, нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. ЭВМ подключаются к электросети только при помощи исправных штепсельных соединений и электро-розеток заводского изготовления.

Нельзя использовать электроаппаратуру и приборы в условиях, что не соответствуют требованиям предприятий-изготовителей.

Недопустимо:

эксплуатация кабелей и проводов с поврежденной или такой, что утратила защитные свойства за время эксплуатации, изоляцией; оставление под напряжением кабелей и проводов с неизолированными проводниками;

применять самодельные удлинители, которые не соответствуют требованиям ПВЕ к переносным электропроводкам;

применение для отопления помещения нестандартного (самодельного) электронагревательного оборудования или ламп разогрева;

пользование поврежденными розетками, разветвленными и соединительными коробками, выключателями и другими электроизделиями, а также лампами, стекло которых имеет следы затемнения;

использование электроаппаратуры и приборов в условиях, что не соответствуют указаниям предприятий-изготовителей [23].

Требования к пожарной безопасности

Для зданий и помещений, в которых используются ПЭВМ, мероприятия по пожарной безопасности определены Правилами пожаробезопасности в Украине, НПАОП 0.00-1.31-99.

Здания и те их части, в которых находятся ЭВМ, соответствуют II ступени огнестойкости. Над и под помещениями, где находятся ЭВМ, а также в соседних с ними помещениями не разрешается размещение помещений категории А и Б из-за взрывопожарной опасности. Помещения категории В следует отделять от помещений с ЭВМ противопожарными стенам.

Звукопоглощающее покрытие стен и потолка в помещениях с ЭВМ изготовлено из негорючих материалов. Помещения, в которых размещаются ПЭВМ и дисплейные залы, оснащены системой автоматической пожарной сигнализации с дымовыми пожарными извещателями и переносными углекислотными огнетушителями с расчета 2 шт. на 20 м2 площади помещения с учетом гранично-допустимых концентраций огнетушащего вещества.

Требования к организации рабочего пространства

Организация рабочего пространства включает в себя: требования к рабочим помещениям, требования к организации рабочего места, требования к оборудованию и его размещению.

Под производственным помещением понимают замкнутое пространство в специально назначенных зданиях и сооружениях, в которых постоянно или периодически совершается трудовая деятельность людей. Производственные помещения для работы с ВДТ должны соответствовать СНиП 2.09.02-85 «Производственные здания».

Площадь помещения должна быть не менее 6 м2 на 1 работающего и объем – не менее 20 м3 (НПАОП 0.00-1.31-99).

Учитывая специфику зрительной работы с ЭВМ, наиболее приспособленными являются помещения с односторонним размещением окон, причем желательно, чтобы площадь застекления не превышала 25-50%. Наиболее правильно, когда окна ориентированы на север или северо-восток.

Поверхность пола – ровная, нескользкая, удобная для очистки и влажной уборки, имеет антистатические свойства.

Рабочие помещения не граничат с помещениями, в которых уровень шума и вибрации превышает допустимые значения (L=45-50 дБА).

Соответственное цветовое оформление производственных помещений с учетом требований технической эстетики влияет на повышение эффективности, безопасности и улучшению условий труда.

Поверхность потолка помещений с ЭВМ желательно красить в светлые тона близкие к белому с коэффициентом отражения 0.7-0.8.

Для окраски стен в помещениях с ЭВМ необходимо использовать малонасыщенные цвета светлых тонов, с коэффициентом отражения 0.5-0.6. Сильно темная или светлая периферия за экраном приводит к утомлению зрительного анализатора. Нейтральные серо-зеленые тона наиболее оптимальны для окраски стен в помещениях с ЭВМ, поскольку они не только благоприятно влияют на зрение, но и снимают общее утомление. Для монотонной работы выбирают желтые оттенки [23].

Рабочее место – это место постоянного или временного пребывания студента в процессе трудовой деятельности.

Организация рабочих мест предусматривает:

рабочие места с ЭВМ размещаются на расстоянии от стен и окон не менее 1 м;

расстояние между боковой поверхностью видеотерминалов не меньше 1.2 м;

расстояние между тыльной поверхностью одного терминала и экраном другого – не меньше 2.5 м;

проход между рядами рабочих мест – не меньше 1 м;

выбор рабочего положения: за счет подбора рабочего стола и стула;

учет характера и особенностей трудовой деятельности.

Размещение экрана ЭВМ может обеспечить удобство зрительного наблюдения в вертикальной плоскости под углом ±30° от линии взгляда пользователя.

Наилучшие зрительные условия и возможность распознавания знаков достигается такой геометрией размещения, когда верхний край видеотерминала находится на высоте глаз, а взгляд направлен вниз на центр экрана. Поскольку при работе на ЭВМ наиболее удобным считается наклон головы вперед, приблизительно на 20° градусов от вертикали (при таком положении головы мышцы шеи расслабляются), то экран видеотерминала тоже должен быть наклонен назад на 20° от вертикали.

Экран должен соответствовать эргономическим параметрам:

формат матрицы знака – 7х9 элементов изображения;

отражающая способность, зеркальное и смешанное отражение – 1%;

частота кадров при работе с позитивным контрастом – 70 Гц;

частота кадров при режиме обработки текстов – 72 Гц;

антибликовое покрытие.

Экран и клавиатура должны расположиться на оптимальном расстоянии от глаз пользователя, но не ближе 600 мм, с учетом размера цифровых знаков и символов [24].

Режим труда и отдыха

Согласно ДСанПіН 3.3.2-007-98 режимы труда и отдыха при работе с ПЭВМ должны организовываться в зависимости от вида и категории трудовой деятельности.

Продолжительность непрерывной работы с ПЭВМ без регламентированного перерыва не должна превышать 2 часов.

При 8-ми часовой рабочей смене и работе на ПЭВМ регламентированные перерывы следует устанавливать:

для I категории работ через 1 час перерыв продолжительностью 15 минут;

для II категории работ через 2 часа перерыв продолжительностью 15 минут;

для III категории работ через 1 час перерыв продолжительностью 10 минут.

При 12-ти часовой рабочей смене регламентированные перерывы должны устанавливаться в первые 8 часов работы аналогично перерывам при 8-ми часовой рабочей смене, а в течение последних 4 часов работы, независимо от категории и вида работ, каждый час продолжительностью 15 минут.

С целью уменьшения отрицательного влияния монотонности работы целесообразно применять изменение содержания темпа работы. При высоком уровне напряженности работы на ПЭВМ необходимо проводить психологическую разгрузку в специально оборудованных помещениях во время регламентированных перерывов или в конце рабочего дня [25].

4.3 Оценка эффективности мероприятий

После проведения мероприятий для обеспечения безопасных и благоприятных условий труда на рабочих местах, произведем оценку соответствия факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса нормативным требованиям.

Произведем количественную и аналитическую оценку условий труда.

температура, х1=2 балла;

скорость движения воздуха, х2 = 2 балла;

влажность воздуха, х3 = 1 бал;

общее освещение, х4 = 2 балла;

продолжительность сосредоточенного наблюдения, х5 = 2балла;

уровень шума,х6 = балла.

Так как условия труда оцениваются только баллами 2, то интегральную оценку тяжести труда определяют по формуле:

, (4.9)

. (4.10)

Х= (2+2+1+2+2+2)/6 = 1.83 (баллов),

ИТ = (балл).

Интегральная балльная оценка тяжести труда в 31 балл отвечает 2 категории тяжести труда.

Определим степень утомления в условных единицах:

, (4.11)

где 15.6 и 0.64 – коэффициенты регрессии.

Y=

Работоспособность человека определяется как величина противоположная утомлению (в условных единицах):

, (4.12)

Кроме того, можно определить каким образом изменение тяжести работы влияет на работоспособность человека и его производительность:

, (4.13)

где – рост производительности труда, %;

R1 и R2 – работоспособность в условных единицах до и после внедрения мероприятий по охране труда, которые снизили тяжесть труда;

0.2 – эмпирический коэффициент, который показывает влияние роста уровня работоспособности на производительность труда.

Определяем рост производительности труда по формуле (4.13):

Для оценки эффективности мероприятий по охране труда определяем также уменьшение тяжести труда и степени утомления:

%,

%.

Таким образом, в результате разработки мероприятий по обеспечению безопасных и комфортных условий труда, позволили повысить производительности труда, уменьшить тяжесть труда и степень утомления.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате выполнения дипломного проекта был разработан проект программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологических процессов термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ, который позволяет автоматизировать процесс составления технологической карты для термообработки заготовок.

В процессе проектирования и реализации программно-методического комплекса для автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок был выполнен ряд задач, а именно:

– анализ разработанной системы проектирования автоматизации технологических процессов термообработки заготовок;

– анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов на рынке ПО;

– была разработана логическая и информационная модель системы проектирования технологических процессов.

Система удобна и проста в эксплуатации.

Программный продукт позволяет:

– формировать быстро и качественно технологические карты технологических процессов;

– сократить сроки на составление технологических карт;

– избавить технологов от рутинной работы поиска информации по справочникам.

Внедрение данной программной системы выгодно с экономической точки зрения и не противоречит нормам и правилам охраны труда.

Дипломный проект выполнялся в рамках комплексного дипломного проекта, охватывающего проектирование технологических процессов термообработки и ковки шестерни. В перспективе возможно добавление других технологических процессов, применяемых в машиностроении.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Термическая обработка в машиностроении: Справочник/Под ред. Лахтина Ю.М., Рахштадта А.Г. – М.: Машиностроение, 1980. – 783 с.

2. Основы термической обработки. Учебное пособие. Крупицкий В.А. – Л.: Лениздат, 1959. – 120 с.

3. Технология термической обработки металлов: под ред. Шепеляковский К.З. том 2. Изд. 2-е переработ. М., изд-во «Машиностроение», 1967. – 450 c.

4. http://www.tehnopro.com.htm. Описание системы «ТехноПро»

5. http://www.ascon.kiev.ua. Описание системы «Вертикаль»

6. http://www.intermech.ru/techcard.htm. Описание системы «Techcard»

7. Delphi – среда визуального программирования. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П. – СПб.: BHV – Санкт-Петербург, 1996. – 352 с.

8. Краткий справочник технолога-термиста. – Каменичный И.С. – Москва, 1963. – 280 с.

9. Термическая обработка сплавов: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1982. – 304 c.

10. Математическое моделирование технологических процессов в машиностроении/ А.Н. Тихонов, В.Д. Карнер, В.Б. Гласко – М.: Машиностроение,1990. – 264с.

11. Автоматизированное проектирование сложных объектов и систем: Курс лекций для студентов специальности 8.080402 «Информационные технологии проектирования» дневной и заочной форм обучения. / Сост. А.Ф.Тарасов. – Краматорск: ДГМА, 2006. –170с.

12. Автоматизированное проектирование программных систем на основе объектно-ориентированного подхода: Курс лекций с примерами применения для студентов специальности 8.080 402 «Информационные технологии проектирования» дневной и заочной форм обучения. Ч. I /Сост.: А.Ф.Тарасов, А.А.Тарасов. – Краматорск : ДГМА, 2005. – 100 с.

13. Объектно-ориентированная методология разработки сложных систем. Учебное пособие. Глотова Т.В. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2001. - 90 с.

14. Применение UML и шаблонов проектирования /К. Ларман. – М. : Вильямс, 2002. – 624 с.

15. UML: Первое знакомство: Учебное пособие. – Бабич А.В. М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. –176 с.

16. А. Ф. Тарасов. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию «Анализ объекта автоматизированного проектирования, разработка информационной модели алгоритмов проектирования» (для студентов специальности 8.080402 «Информационные технологии проектирования» дневной и заочной формы обучения). Краматорск: ДГМА, 2001. – 36 с.

17. Автоматизированное проектирование сложных объектов и систем: Курс лекций для студентов специальности 8.080402 «Информационные технологии проектирования» дневной и заочной форм обучения. / Сост. А.Ф.Тарасов. – Краматорск: ДГМА, 2006. –170с.

18. Объектно-ориентированная методология разработки сложных систем. Учебное пособие. Глотова Т.В. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2001. - 90 с.

19. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. – М.: Финансы и статистика, 1983. – 320 с.

20. Хаббард Дж. Автоматизированное проектирование баз данных. – М.: Мир, 1984. – 294 с.

21. Методические указания к выполнению экономической части дипломных проектов студентами специальности “Компьютерные системы проектирования” / Сост. Скибина А. В., Подгора Е. А. – Краматорск: ДГМА, 1998. - 22 с.

22. Методические указания по дисциплине «Охрана труда в отрасли». Оценка условий труда при работе на ПЭВМ / Сост. Дементий Л.В., Менафова Ю.В. - Краматорск, 1998. – 20 с.

23. Методические указания по дисциплине «Охрана труда в отрасли». Оценка условий труда при работе на ПЭВМ / Сост. Дементий Л.В., Менафова Ю.В. - Краматорск, 1998 – 20 с.

24. Методические указания к выполнению раздела «Охрана труда» в дипломных проектах (для студентов специальностей 11.06 и 12.03) /Сост.: Г.И. Чижиков, С.А. Шоно – Краматорск: КИИ, 1989. – 47 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ A

Ведомость проекта