3.4. Системная реализация измерений и контроля

3.4.1. Системы автоматического контроля

Современные системы автоматического контроля (САК) подразде­ляют на системы, в которых осуществляется непрерывный контроль параметров объекта, и системы с последовательным дискретным конт­ролем этих параметров.

Рис. 3.4. Структурная схема n каналов САК с непрерывным контролем

Система с непрерывным контролем параметров объекта, струк­турная схема каналов, которой представлена на рис. 3.4, содер­жит в каждом канале контроля сравнивающее устройство (СУ) и устройство индикации отклонений (УИО), причем число этих устройств в каждом канале зависит от числа установленных гра­ниц (норм) изменения параметра. Практически таких норм может быть от одной до четырех: предупредительная «меньше», предупре­дительная «больше», аварийная «меньше» и аварийная «больше». Устройство выработки и хранения норм (Н) может быть общим для многих каналов или индивидуальным для отдельных каналов. Системы с непрерывным контролем требуют большего количества оборудования и потому применяются только для контроля наи­более ответственных параметров, для которых необходимо обе­спечить высокую надежность контроля и своевременность выдачи результата контроля.

Системы автоматического контроля с последовательным дискрет­ным контролем наиболее распространены. Они требуют меньшего ко­личества оборудования и потому дешевле. Структурная схема такой системы представлена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Структурная схема САК с дискретным контролем

Контролируемые величины, преобразованные в унифицированные сигналы, например, напряжения U₁, …, Un через измерительный ком­мутатор (ИК) поочередно поступают на СУ, где сравниваются с норма­ми Н. При наличии нескольких норм у одного контролируемого пара­метра норма может изменяться во время контроля данного параметра. Изменение норм и переключение ИК осуществляются с помощью устройства управления (УУ). Средство представления информации (СПИ) может содержать в себе устройства индикации отклонений (общие, групповые или индивидуальные) и устройства цифровой ре­гистрации. Кроме суждения о состоянии контролируемого параметра, СПИ также выдает и регистрирует номер контролируемого канала от УУ и время наступления события от устройства формирования сигна­лов времени (УФВ).

Недостаток этих систем — большая избыточность операций конт­роля, так как частота проведения контроля выбирается с учетом экс­тремальных динамических свойств контролируемых параметров. Из-за недостаточности предварительных сведений о динамических свойствах объекта или невозможности построения САК в соответ­ствии с этими экстремальными свойствами может возникнуть ситуа­ция, когда один или несколько параметров выйдут за пределы норм вследствие ожидания обслуживания и может быть пропущен предаварийный или даже аварийный режим работы объекта. В связи с этим в последнее время разрабатывают САК с адаптив­ным алгоритмом опроса контролируемых каналов, позволяющим вы­водить на контроль (а во многих случаях и на регулирование) пара­метры, наиболее отклонившиеся от номинальных или допустимых значений.

Выпускаемые промышленностью САК обычно комбинированные, т.е. наиболее важные параметры объекта контролируются непрерывно, а по всем остальным параметрам осуществляется последовательный дискретный контроль.

Наибольшее применение САК нашли в гибких единых системах (ГПС). САК разрабатывают для полной номенклатуры де­талей, сборочных единиц и технологических процессов ГПС. САК может охватывать процессами автоматизированного контроля полное или неполное множество контролируемых параметров. Функции САК решают следующие задачи:

● гибкий производственный модуль -

- идентификация поступившей детали;

- контроль положения деталей перед обработкой;

- активный контроль в процессе обработки;

- оптимизация снимаемого припуска и режимов обработки;

- контроль операции вне станка;

- контроль целостности и износа инструментов;

- коррекция положения инструментов и рабочих органов;

- счет обработанных деталей;

- контроль технологических режимов оборудования;

- регистрация времени функционирования элементов технологической системы;

- телеметрирование и контроль функционирования оборудования.

● ГПС в целом –

- автоматизация процесса контроля в безлюдном и малолюдном режиме;

- обработка измерительной информации при координатных и других измерениях;

- обеспечение статистического управления точностью производственного процесса;

- оптимизация режимов контроля, обеспечение статистического приемочного контроля;

- управление взаимодействием элементов САК и технологического оборудования;

- информационное обеспечение производственного и технологического процессов;

- оптимизация информационных потоков;

- определение и анализ аварийных ситуаций;

- контроль прохождения и реализации управляющих команд;

- выдача информации в АСУ ТП для организации гибкого управления ГПС.

Помимо вышеотмеченных функций, САК может обеспечивать ло­кальный или общий контроль других подсистем ГПС: оборудования подготовки инструментального обеспечения и оснастки, автоматизи­рованных транспортно-складских систем, стендов сборки заготовок в пакеты, канатов связи и др. В каждом конкретном случае состав САК, степень автоматизации и объем контроля должны соответство­вать уровню автоматизации ГПС.

Внедрение САК целесообразно проводить поэтапно с учетом мак­симальной экономической и технической эффективности, повышения качества продукции и производительности труда в зависимости от точности и стабильности технологических процессов в ГПС.

На первом этапе реализуется применение гибких измерительных модулей, средств электронного контроля, координатно-измерительных машин. На втором этапе внедряют структуры САК на уровне ГПМ группы или участка станков, отделения приемочного контроля. На третьем этапе реализуют полную САК ГПС с постепенным расшире­нием ее функций. Система мероприятий по разработке и внедрению САК должна отвечать требованиям комплектности выполнения работ, универсальности технических средств и подсистем САК, ее адапти­руемости, гибкости, возможности ее непрерывного наращивания при наименьшем потреблении ресурсов. САК строят на базе технического, организационного, технологического, метрологического, информаци­онного, программно-математического единства при типовых методах управления качеством продукции, документооборота и управления производственным процессом.

Являясь подсистемой ГПС, САК полностью с ней интегрирована. Структура и состав САК определяются структурой конкретной ГПС. номенклатурой и типом контролируемых деталей, программой выпу­ска, Принятой технологией контроля, разработанной на основе анали­за точности и стабильности технологических процессов изготовления деталей, требуемой достоверностью контроля и др.

Программно-математическое обеспечение САК должно обеспечи­вать периодический опрос преобразователей, обработку измеритель­ной информации для вычисления геометрических преобразователей (для диаметров, межосевых расстояний и др.), расчет регрессионного прогноза на периодичность контроля; расчет коррекции положения инструментов и учет времени их работы, счет деталей по технологи­ческим операциям; анализ телеметрической информации о состоя­нии оборудования; ведение базы данных (БД) о качестве продукции; управление подсистемами и механизмами САК в реальном масштабе времени; выдачу визуальной информации на видеотерминалы и табло и др.

Оптимально решить задачи автоматизированного контроля можно только на основе системного подхода к построению САК: определить ее место в составе ГНС и взаимосвязи с другими автоматизированны­ми системами — САПР. АСТПП, АСУ. На рисунке 3.6 показана схема взаимодействий САК с элементами ГПС и с другими автоматизированными системами. Схема отражает только те связи, которые обе­спечивают решение задач контроля в ГПС при ее подготовке и функ­ционировании. Отмеченные на схеме обратные связи между САК и внешними системами действуют в основном на этапе подготовки производства при отработке САК.

Рис. 3.6. Схема информационных потоков взаимодействия САК с автоматизированными системами:

1 – проектной и программной; 2 – контрольно-измерительной;

3 - управляющей

Поскольку САК, входящие в состав ГНС, должны обладать опреде­ленным уровнем адаптивности, постольку в процессе функциониро­вания обратные связи САК с внешними системами действуют только в случае нештатных ситуаций, требующих изменений в технологиче­ском процессе, в том числе и в контрольных операциях. В основном же по обратным связям передается либо оперативная информация (ста­тистические данные в АСУП), либо справочная информация (необхо­димые изменения, дополнения к алгоритмам и программам контроля, данные об эффективности разработанного обеспечения контрольных операций).

В контуре ГПС обратная связь САК с внутренними модулями и си­стемами осуществляется через СУ на основе результатов контроля. По каналу связи СУ—САК осуществляется управление системой контроля (командами на смену алгоритмов и программ, другими диспетчер­скими командами).

Внешние системы предопределяют объем функций контроля, к которым относятся: определение требований к параметрам каче­ства изделий; разработка технологий контроля, выбор контрольно-измерительной аппаратуры и определение объема контрольно-измерительных операций; анализ (с применением ЭВМ) качества, учитывая влияние возмущающих факторов; определение показателей точности сборочных агрегатов и ограничений на их нагрузку; авто­матическая подготовка контрольно-измерительной аппаратуры и ее поверка в процессе эксплуатации; обработка на ЭВМ контрольно-измерительной информации.

В АСУП осуществляется планирование объемов контроля САК и сбор статистических сведений по результатам функционирования САК в ГПС. Система автоматизированного проектирования техноло­гического контроля (САТП ТК) обеспечивает оптимизацию выбора номенклатуры контролируемых параметров, выбор средств и методов контроля из существующего набора, разработку алгоритмов и прог­рамм контроля. На ранней стадии проектирования САПР изделия обеспечивается контролепригодность изделий — объектов контроля (ОК), разрабатывают модели ОК, выявляют информативные парамет­ры и определяют виды контроля. В АСТПП осуществляется выбор и оптимизация маршрутов контроля, распределение функций конт­роля по структурным уровням.

В состав САК входят следующие технические средства:

- пункт приемочного контроля, оборудованный автоматизиро­ванными рабочими местами контролеров, измерительными стен­дами, столами, шкафами и стеллажами для хранения контрольно-измерительных инструментов, приборов, оснастки и др.; и посты технического контроля с пультами ввода измерительной информации;

- контрольно-измерительные позиции; и накопители деталей;

- устройства, в том числе промышленные роботы, для транспорти­рования и подачи деталей на измерительные позиции;

- изоляторы брака;

- координатно-измерительные машины, измерительные роботы, гибкие (переналаживаемые) измерительные модули (ГИМ);

- контрольно-измерительные приборы на основе индукцион­ных, фотоэлектрических и других преобразователей, инструменты и приспособления для обеспечения технологических процессов технического контроля;

- приборы для настройки инструментов для станков с ЧПУ;

- электронные блоки и компараторы для статистического контроля;

- индикаторы контакта;

- контрольно-измерительные наладки на основе электронных приборов;

- эталоны и эталонные детали для настройки и поверки средств измерения;

- средства вычислительной техники;

- периферийные устройства ЭВМ (видеотерминалы), печатаю­щие устройства, графопостроители и др.

В составе САК могут быть робототехнические измерительные си­стемы для телеизмерительных технологий.