Отзыв оппонента Волошинов Д.В.

реклама
математического
и
алгоритмического
аппарата,
создания
новых
автоматизированных систем проектирования и методик их практического
применения. Реализуя эти цели, автор ставит перед собой задачу разработки
единой методологии исследования процессов формообразования технических
поверхностей, использующей аналитические, численные методы, а также
методы, связанные с применением геометрического и компьютерного
моделирования.
Диссертационная работа Ляшкова А.А. состоит из введения, семи глав,
перечня основных результатов исследования, заключения и приложений.
Общий объем работы составляет 363 страницы. Список использованной
литературы содержит 232 наименования. Текст исследования хорошо
иллюстрирован, количество иллюстраций -153.
Первая глава диссертации посвящена обзору и оценке состояния
научных исследований, связанных с проблемами моделирования линий и
поверхностей при формообразовании машиностроительных деталей режущим
инструментом путем удаления припуска с заготовки. Анализируя
многочисленные отечественные и зарубежные публикации, автор диссертации
особо выделяет три наиболее употребительные в практике современных
научных исследований метода, используемые для определения огибающей
семейства линий и поверхностей: графические (включая графоаналитические),
собственно аналитические и численные. Он также отмечает, что
проектирование технологий резания не может ограничиваться лишь
построением огибающих – необходимо также учитывать возможность
возникновения особых точек и линий. В связи с этим он заключает, что первым
объектом моделирования в данном исследовании должны стать дискриминанты
семейств линий.
Сложность форм современных изделий, заключающаяся в комплексности
структуры их поверхностей, а также дискретном характере перемещения
рабочих органов станков с числовым программным управлением и самого
инструмента определяют необходимость проведения исследований второго
объекта моделирования – обволакивающей, отличающейся по своей
геометрической природе от понятия огибающей.
Третий объект моделирования в данном исследовании – срезаемые слои.
Моделирование срезаемых слоев необходимо для управления процессами
формообразования, достижения рациональных и оптимальных значений
параметров
технологического
процесса
и
обеспечения
заданных
геометрических характеристик поверхностей изделий.
2
Подробный
анализ
литературных
источников,
связанных
с
исследованиями перечисленных выше объектов, позволяет автору диссертации
выявить до конца не решенные, а также не изученные на данный момент
вопросы моделирования и сформулировать цели и задачи собственного
исследования, которые решаются и получают подробное изложение в
последующих главах.
Вторая глава посвящена изучению особенностей отображения
поверхности на плоскость при ее ортогональном проецировании, для чего
автором используются положения дифференциальной геометрии.
В первой части главы автор осуществляет разработку математического
аппарата, связанного с решением задач отображения поверхностей на линейное
пространство (плоскость и гиперплоскость)
методом ортогонального
проецирования. Вопросы отображения двумерных и трехмерных поверхностей
рассматриваются по отдельности.
Для каждого варианта вне зависимости от размерности поверхности
определяются дифференциальные параметры криминантных линий и кривизна
поверхности в точках этих линий. Способы задания исходных поверхностей:
неявный и параметрический. Для каждой размерности разрабатывается
математический аппарат, предназначенный для построения сечений.
Ряд положений, исследованных на данном материале, получают
формулировку в виде доказанных теорем.
Вторая часть главы посвящена вопросам задания семейства линий и
поверхностей с помощью формул преобразования координат – способу,
которому находится широкое применение в практике проектирования
технологии обработки материалов резанием. Рассматриваются вопросы
построения криминант и огибающих. Приводимые автором математические
выкладки подробны и корректны. Теоретический материал подкреплен
рассчитанными примерами и хорошо иллюстрирован, что убедительно
подтверждает достоверность полученных результатов.
Третья глава посвящена комплексу вопросов, связанных с построением
огибающих семейств конгруэнтных плоских кривых, используемых для
решения задач профилирования инструмента, причем для получения таких
огибающих предложен принципиально новый метод – отображение этих
кривых на пространство с размерностью три с целью получения расчетной
поверхности. Таким образом, для решения поставленной задачи становится
возможным применение положений теории, разработанных во второй главе
настоящего исследования.
3
Исследование проводится на примере трех типовых семейств кривых,
имеющих наиболее широкую сферу практических приложений в технологии
обработки материалов резанием. Семейства линий определяются связью со
вспомогательной прямой, катящейся без скольжения по окружности, а также
вспомогательной окружностью, катящейся по прямой или окружности.
Перечисленные варианты рассматривается автором отдельно. В каждом случае
определяются дифференциальные свойства полученных вспомогательных
поверхностей и их отображений ортогональным проецированием на
координатную плоскость. Для подтверждения корректности проведенных
исследований автор приводит конкретные примеры геометрического расчета,
для чего реализует разработанные модели в среде системы MathCAD.
Примененные компьютерные средства позволили автору получить
качественные изображения, обладающие высокой наглядностью, возможностью
визуальной оценки и интерактивного управления геометрическими
параметрами формы, что бесспорно подтверждает достоверность и
практическую ценность полученных результатов.
В четвертой главе рассматриваются вопросы формообразования деталей,
особенность формы которых заключается в периодичности профиля их
поверхности. В отличие от подходов к решению подобных задач,
предлагавшихся другими исследователями, автор ставит перед собой задачу
моделирования и создания на его основе компьютерных программ,
позволяющих одновременно решать как прямую, так и обратную задачи
формообразования. Вместе с этим ставится задача оценки качественных и
количественных параметров срезаемых слоев, которые предполагается
определять на основе использования геометрических функций САПР,
выполняющих
булевы
операции
над
полигональными
моделями,
синтезированными с применением разработанных в диссертации методик.
Решая поставленные перед собой задачи, автор разрабатывает
оригинальный
алгоритм
имитационного
моделирования
процесса
формообразования, блок-схема которого приведена в тексте диссертации.
Программа, созданная на основе предложенного алгоритма, позволяет не
только автоматизировать необходимые расчеты, но за счет использования
средств
компьютерного
моделирования
и
графики
предоставить
проектировщику
средства
визуального
наблюдения
за
важными
технологическими характеристиками. Моделирование срезаемых слоев за
каждый двойной ход инструмента позволяет, например, осуществлять
качественную оценку нагружения инструмента за счет определения количества
4
и формы элементов профиля инструмента одновременно взаимодействующих с
заготовкой. Компьютерная имитация позволяет определить динамические
показатели объема удаляемого материала и выразить соответственные
зависимости графически, а также, управляя процессами формообразования,
оценивать многие технологические параметры.
Предложенная методика проиллюстрирована на примерах моделирования
процессов формообразования реечным инструментом, формообразования
цилиндрического изделия с периодическими профилями с учетом как
внешнего, так и внутреннего зацепления, формообразования
рейки
цилиндрическим изделием с периодическими профилями. По каждой из
разновидностей процесса формообразования сделаны оценки получаемых
характеристик формы, определены предпосылки и условия необходимости
постановки и решения обратных задач.
Пятая глава посвящена рассмотрению ряда вопросов геометрического и
компьютерного твердотельного моделирования тел с характерным признаком
взаимодействия ограничивающих их пар сопряженных поверхностей из класса
винтовых. В первой части главы автор разрабатывает методику моделирования
процесса формообразования пары сопряженных поверхностей: винтовой и
поверхности вращения, для чего применяет компьютерное твердотельное
моделирование с указанием всех параметров и операций, необходимых для
реализации поставленной задачи. Задача в той же постановке решается также с
помощью численных методов, для чего автором разрабатывается аналитическая
модель соответственного формообразования. Полученные модели позволяют
решать важные практические задачи. В частности, модели дают возможность
определять характеристики формы как для прямой, так и для обратной задачи
формообразования, целенаправленно управлять параметрами формы, выявлять
погрешности формообразования винтовой поверхности.
Далее исследуются вопросы формообразования применительно к иному
виду поверхностей – моделируется процесс образования винтовой поверхности
с помощью цилиндрической поверхности. Для решения этой задачи
разрабатывается как аналитическое описание, так и компьютерная
твердотельная модель этого процесса. Его отличительной особенностью
является использование дополнительной квазивинтовой поверхности,
геометрические характеристики которой определяются на основании теории,
изложенной в начальных главах диссертационного исследования. Автор
осуществляет также решение задачи формообразования и в обратной
постановке, то есть получение цилиндрической поверхности по известной
5
винтовой поверхности, представляя методику твердотельного моделирования
этого процесса и реализации модели средствами вычислительной техники.
Акцентируя внимание на том, что в соответствии со вторым принципом Оливье
полученная модель может быть использована как промежуточное
информационное средство, для формоопределения тела с новой винтовой
поверхностью, имеющей точечное касание с исходной винтовой поверхностью.
Вопросы моделирования поверхностей, соответствующих таким условиям
также рассматриваются в содержании пятой главы.
Завершается глава разработкой и исследованием аналитической и
твердотельной моделей для процесса формообразования винтовой поверхности
с помощью отсека конической поверхности. Полученные модели позволяют не
только определить характеристики формы винтовой поверхности, но и
проследить процесс последовательного вырезания винтовых канавок,
определять наличие или отсутствие переходных участков, исследовать
конфигурацию срезаемого слоя и загруженность участков режущих кромок.
Разработанная модель позволяет ставить и решать задачи проектирования
технологий изготовления деталей с оптимальными по заданным
геометрическим и техническим критериям параметрами.
В шестой главе рассматриваются вопросы моделирования процессов
формообразования при решении задач профилирования сопряженных винтовых
поверхностей, имеющих точечное касание. Определение формы сопряженных
поверхностей выполняется в результате расчета вспомогательных
производящих поверхностей-посредников. Содержание главы посвящено
проблемам
аналитического
представления
формы
вспомогательных
поверхностей и численного решения вытекающих из этой постановки
непосредственных и некоторых сопутствующих задач формоопределения.
Исследуя геометрические характеристики сопряжения винтовых
поверхностей, автор разрабатывает аналитическое описание решения задачи
профилирования цилиндрической поверхности-посредника, сопряженной с
заданной винтовой поверхностью. Анализ полученной модели позволил
выявить ряд особенностей, которые необходимо учитывать при ее применении
в условиях практического решения проектных задач. В частности, некоторые
проблемы алгоритмизации полученной модели, которые возникают в связи с
множественностью значений некоторых параметров и сложностью
формализации правила выбора необходимого из нескольких полученных
значений, определяют исключительную важность создания компьютерных
моделей для оперативной визуализации результатов вычислительного
6
процесса. Следует также заметить, что в математическом описании процесса
формообразования присутствуют трансцендентные уравнения, которые
требуют при их численном решении указания конкретных значений начальных
приближений, а также интервалов варьирования параметров. Алгоритмизация
подобных задач связана со сложностью формального определения таких
приближений и интервалов и в условиях автоматизированного проектирования
непременно требует оперативного анализа и интерактивного управления
данными, представленными в графической форме.
Седьмая глава посвящена вопросам моделирования поверхностей
некоторых видов деталей, обладающих сложной формой поверхности.
Разработанный автором диссертации математический аппарат и методики
автоматизированного
проектирования
формообразования
сложных
поверхностей позволили реализовать новый подход к проектированию и
изготовлению таких изделий. Аналитические и синтетические возможности
предложенных методов, реализованные в среде систем автоматизированного
проектирования, позволяют на этапах предварительной обработки заготовок
определять не только необходимую геометрически и технологически
обоснованные
форму
и
размеры
обрабатывающего
инструмента,
обеспечивающего максимальное приближение формы промежуточной
заготовки к форме окончательного изделия. Зачастую, геометрический анализ
позволяет сделать заключение о том, что предварительную обработку заготовок
возможно выполнить на типовом оборудовании, исключающем использование
дорогостоящих четырех, -пяти-координатных обрабатывающих центров.
Выводы подобного рода без применения разработанных автором
геометрических моделей и методик автоматизированного проектирования
сделать затруднительно, а иногда и просто невозможно.
В качестве обобщающего примера, подтверждающего результаты
исследования, автор рассматривает задачу удаления избыточного объема
материала межлопаточного пространства колеса газотурбинного двигателя. В
содержании главы приводится общая схема решения поставленной задачи,
этапы геометрического и математического моделирования. Разработанный
математический и алгоритмический аппарат послужил основой для создания
вычислительных процедур и методики их применения в среде системы
AutoCAD на языке программирования AutoLISP. Возможность эффективного
управления параметрами формы для обеспечения заданного качества
проектирования инструмента и технологического процесса подтверждена
примерами. По полученным результатам можно сделать вывод, что
7
разработанные
средства
автоматизации
проектирования
позволяют
многократно (до 3…5 раз) повысить производительность процессов
предварительного удаления припуска только за счет проектирования формы
инструмента, а значит, существенно снизить себестоимость производства в
целом.
Основные технические решения защищены авторскими свидетельствами
СССР на изобретения, а разработанные программные продукты
зарегистрированы во ВНТИЦ Федеральнoгo агентcтва пo науке и иннoвациям
Миниcтерcтва oбразoвания и науки Рoccийcкoй Федерации.
Результаты теоретических исследований диссертационной работы
внедрены или приняты к внедрению в виде методических материалов,
содержащих алгоритмы и программы профилирования реечного, дискового и
червячного инструментов, на предприятиях г. Омска: ПО «Полет» филиала
ФГУП «ГКНПЦ им. М. В. Хруничева»; «НПЦ газотурбостроения «Салют»
(филиал «ОМО
им. П. И. Баранова» ФГУП «НПЦ газотурбостроения
«Салют»), ОАО «Сибирские приборы и системы».
Результаты научных исследований внедрены в учебный процесс при
чтении лекций и проведении практических занятий на факультете повышения
квалификации при Омском государственном техническом университете для
преподавателей высших учебных заведений г. Омска и линейных вузов
Российской Федерации.
Вместе с тем по работе следует сделать несколько замечаний.
1. В целом, содержание диссертации изложено хорошим строгим
научным языком. Математические выводы выполнены корректно и
представлены в исчерпывающей полноте. Однако на некоторых
страницах имеются опечатки и стилистические неточности. Например,
на стр. 9, 10, 30, 37, 38, 39 и некоторых других. Замечены также
опечатки в формульных записях на стр. 53, 58, 130.
2. Диссертация соискателя посвящена исследованию множества
вопросов моделирования поверхностей со сложной геометрической
формой. Тематика исследования, безусловно, связана с вопросами
геометрического моделирования, и этот термин многократно
используется в тексте диссертации. Следует отметить, что для
решения поставленных задач автор очень широко использует аппарат
дифференциальной геометрии, который по существу отражает суть
исследуемых явлений. Однако используемые автором записи тяготеют
к аналитическому способу представления информации, то есть к
8
аналитическому моделированию, которое тем не менее называется
автором геометрическим. В связи с этим возникает вопрос, в чем автор
видит разницу между этими терминами и почему иногда схожие по
смыслу модели трактуются в тексте работы по-разному (например,
стр. 223, 233).
3. В диссертации проведен достаточно подробный анализ методов
геометрического моделирования, находящих применение при решении
задач проектирования сопряженных поверхностей. Однако в
приведенном анализе отсутствует упоминание о конструктивном
геометрическом моделировании. Конструктивное геометрическое
моделирование является перспективным средством моделирования
поверхностей, в особенности, при решении задач, сформулированных
в терминах многомерного пространства.
4. Рассматривания вопросы полигонального
и компьютерного
моделирования в применении к решению поставленных задач, автор
указывает, что такое моделирование поверхностей осуществляется
средствами компьютерной графики. В то же время алгоритмы,
разработанные в диссертации, реализованы автором в среде системы
AutoCAD,
которая,
будучи
средой
автоматизированного
проектирования универсального назначения, является в значительно
большей степени геометрическим средством, нежели графическим.
Использование
термина
«графические
системы»
вместо
«геометрические системы» в некоторой степени приуменьшает
реальную значимость полученных результатов, область применение
которых на самом деле значительно шире, чем просто визуализация
(графика). Высказанное замечание, однако, не умаляет значения
графики как средства оперативного отображения и оценки
информации, важного инструмента, используемого для принятия
решения о корректировке значений тех или иных параметров, речь о
которых шла в диссертационном исследовании.
5. Разработанные автором алгоритмы и методики проектирования
сложных геометрических форм воплощены в виде компьютерных
программ на языке AutoLISP, которые позволяют автоматизировать
процессы решения соответственных проектных задач. Однако из
текста диссертации не вполне ясно, какой квалификацией должен
обладать пользователь-конструктор, практически применяющий
разработанный математический аппарат. Хотелось бы знать, нужно ли
9
будет какое-либо стороннее вмешательство в текст разработанных
программ, если потребуется изменить исходные геометрические
данные или условия, и, если да, то насколько глубокой должны быть
подготовка пользователя как математика и программиста и его
владение теорией, воплощенной в программе.
6. В приложении к диссертации автор приводит конструкции четырех
механических устройств, разработанных им для моделирования
сопряженных поверхностей, а также для решения ряда сопутствующих
задач. По своей сути эти устройства есть предметное воплощение
конструктивных геометрических моделей, которые в истинно
геометрическом смысле отражают существо вопросов, исследованных
в диссертации, что подтверждает их актуальность и возможность
применения к предмету исследования. К сожалению, в основном
тексте диссертации конструктивные модели не используются, хотя они
могли бы в ряде случаев (в особенности при реализации
кинематических
способов
формирования
твердотельных
компьютерных моделей, а также при получении расчетов теоретикомножественных операций) обеспечить более высокую точность и
скорость
вычислений,
управляемость
данными,
избежать
аппроксимационных погрешностей неизбежно возникающих при
переходе к внутримашинному представлению формы поверхностей.
Несмотря на приведенные замечания, не вызывает сомнения тот факт, что
диссертация А.А. Ляшкова является законченным научно-исследовательским
трудом, выполненным автором самостоятельно и на высоком теоретическом
уровне. Полученные автором результаты достоверны, выводы и заключения
обоснованы. Работа базируется на известных положениях прикладной,
проективной и дифференциальной геометрии, информатики, теоретической кибернетики.
Автореферат соответствует основному содержанию диссертации.
Основные положения диссертации опубликованы в научных журналах и
изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных
журналов и изданий для опубликования основных научных результатов
диссертаций. В работе приведены научные результаты, позволяющие
квалифицировать исследование как научное направление, имеющее тенденцию
к дальнейшему развитию в рамках научной специальности 05.01.01 Инженерная геометрия и компьютерная графика. Результаты исследования
10
11
Скачать