Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Совершенствование технологического оборудования для первичной обработки рыбы опыт, проблематика, системный подход. Монография.pdf
входящих в состав мехатронных модулей, целесообразно использовать методы
аналитического моделирования.
Как следует из вышеизложенного, для научного анализа и синтеза современного оборудования для первичной обработки рыбы необходимо исследовать
его структуру системными методами. С точки зрения теории систем [6, 22 , 24,
35, 71, 150, 156, 231, 243, 318, 350], структура оборудования представляет собой
общность его элементов и связывающих их отношений. Описание структуры
устройств целесообразно осуществлять на двух уровнях абстрагирования: на
уровне функций, рассматривая функциональную структуру изделия, а также на
уровне физических принципов действия, схем и характеристик элементов, рассматривая его принципиальную структуру.
Функциональная структура изделия представляет собой совокупность
функциональных элементов и функциональных отношений между ними, называемых связями. При этом следует учитывать, что основные взаимосвязи и закономерности, которым подчиняется структура машины, выявляются и описываются в общем виде только при достаточно высоком уровне абстрагирования.
Такое рассмотрение позволяет оценить высокую комплексность и большую
сложность структуры оборудования, обычно не поддающейся полному логическому и математическому описанию. Кроме того, разработка и исследование
функциональной структуры позволяет проектировщику более эффективно выполнить анализ и синтез машины.
Анализ принципиальной структуры изделия выполняется с уровня абстрагирования, на котором рассматривается общность элементов машины, описываемых конструктивными параметрами и их характеристиками, а также отношениями между этими элементами. В этом случае речь идет о конструктивных элементах изделия и их расположении. Очевидно, что параметры и характеристики элементов машины определяются функциями, обеспечивая необходимую конструктивную реализацию всех частных функций и связей машины.
Таким образом, обобщённая функциональная модель изделия позволит построить его принципиальную модель с учётом элементов, которая даст возможность
171
получить системное описание структуры оборудования с учётом его функций,
геометрии и элементов.
4.2 Отраслевая унификация и типизация оборудования для первичной обработки рыбы
Как отмечалось ранее, основным перспективным направлением в мировом рыбоперерабатывающем машиностроении является разработка автоматизированного оборудования с электронными системами автоматической
настройки рабочих органов. Такая техника строится на основе проверенных узлов и механизмов, оптико-электронных измерительных приспособлений и
управляемых приводов для перемещения режущих инструментов. С учётом
этих тенденций новое отечественное оборудование должно создаваться по
принципу блочно-модульного агрегатирования на основе апробированных конструкций, позволяющего достичь максимальной степени универсализации за
счет гибкого использования сменных модулей. Целесообразно по возможности
исключать ручную промежуточную перегрузку сырья между различными агрегатами.
Как показывает практика, отрицательным фактором при использовании
отечественного и зарубежного агрегатированного оборудования является избыточное разнообразие конструкций машин и приспособлений, низкий уровень
использования технологических средств и неприспособленность производства к
быстрой и эффективной переналадке на выпуск новой продукции. Это обусловлено отсутствием системы учёта выпускаемых изделий и низким уровнем их
унификации, что привело к созданию многочисленных конструкций изделий
одного функционального назначения, а также к созданию различных изделий,
близких по функциональному назначению. Под типизацией понимается выделение из множества изделий такого представителя (типа), который содержит
наибольшее число отличительных свойств изделий этого множества.
Под унификацией понимается рациональное сокращение количества объ-
172
ектов одинакового функционального назначения и приведения различных видов изделий к наименьшему числу типоразмеров, марок, форм и свойств.
При сокращении разнообразия рыбоперерабатывающей техники также
применяется агрегатирование, под которым понимается принцип создания изделия из унифицированных элементов. Таким образом, агрегатирование является принципом создания машин из унифицированных или стандартных агрегатов (автономных сборочных единиц), устанавливаемых в изделии в различном
количестве и комбинациях. При этом предполагается, что из минимального
числа типоразмеров агрегатов создается максимальное количество компоновок
изделия.
С целью ускорения проектирования используется опыт отечественных
разработчиков. Это освобождает от необходимости заново разрабатывать все
составные части (основные и вспомогательные механизмы, сборочные единицы, базовые детали) и тем самым позволяет сэкономить значительное количество средств и времени на создание нового оборудования, особенно на этапе
его проектирования. Многие из этих узлов апробированы десятилетиями
успешной эксплуатации на предприятиях и судах отрасли, в связи с чем могут
применяться в новых разработках. Необходим правильный подбор этих составных частей и компоновка их в единой конструкции. При этом должны устраняться такие известные недостатки отечественного оборудования, как конструктивное многообразие, кинематическая сложность, заметно меньшая по
сравнению с зарубежной техникой унификация и надежность, несовершенство
дизайна, повышенная металлоемкость.
Для достижения указанных целей в машиностроении проведены работы
по повышению надежности предварительно отобранных составных частей оборудования, важнейшая роль в которых принадлежит работам по стандартизации
и унификации главных элементов этих конструкций [87, 103, 229, 234, 235, 288,
292-294].
Работы по повышению надежности составных частей машин, унифика-
ции и стандартизации главных элементов конструкций проведены отраслевыми
173
организациями по следующим основным направлениям:
– сбор, обработка и анализ эксплуатационной информации о надежности
оборудования для первичной обработки рыбы;
– отбор наиболее пригодных составных частей, имеющих перспективу
применения в новых разработках;
– исследование работоспособности и долговечности отобранных типовых
деталей и сборочных единиц оборудования;
– устранение излишнего многообразия типов и типоразмеров, целесооб-
разное сокращение и объединение;
– внесение конструктивных, технологических и других изменений,
направленных на увеличение долговечности деталей отобранных групп;
– унификация и стандартизация в области методов расчетов сборочных
единиц, механизмов их деталей и узлов;
– повышение технико-экономических показателей путем унификации и
типизации главных элементов конструкций.
Наряду с вышеизложенным проведена работа по созданию системы классификации узлов и механизмов рыбоперерабатывающего оборудования. Структурно-компоновочные схемы и конструкции основных узлов проанализированы
с точки зрения перспективности применения в дальнейших разработках с привязкой к конкретным видам рыб и способам их переработки.
Выводы о перспективности механизмов оборудования сделаны на осно-
вании экспертных оценок структурированной совокупности критериев (количественных и качественных). Указанные критерии распределены по следующим основным группам: в соответствии с показателями назначения; качества
узлов и механизмов; надежности; технологичности; унификации и стандартизации; безопасности работы и обслуживания; эстетичности и эргономичности;
экологичности; патентной чистоты и патентной защиты; продуктивности и качественной работоспособности; экономичности. В качестве показателей назначения приняты эксплуатационно-технологические свойства механизмов. По
способу определения они подразделены на измеряемые и оцениваемые в бал-
174
лах.
К измеряемым показателям назначения отнесены:
– характеристики обрабатываемого сырья (виды рыб, размерный диапазон рыб, форма тела рыб);
– показатели производительности (теоретическая производительность,
техническая производительность, коэффициент использования теоретической
производительности);
– размерные (габаритные размеры механизмов и узлов, зона действия рабочих органов);
– скоростные (скорость конвейера, скорость движения рабочих органов,
скорость подачи обрабатываемого сырья);
– массовые (масса механизмов, масса рабочих органов);
– эксплуатационные (расход воды, расход пара, расход воздуха, давление
воды, давление пара, давление воздуха, потребляемая электроэнергия, количество обслуживающего персонала);
К оцениваемым в баллах отнесены:
– наличие бесступенчатого регулирования скорости рабочих органов;
– способ монтажа и демонтажа;
– уровень механизации и автоматизации (низкий, средний, высокий);
– уровень универсальности (по видам разделывания, по способам разде-
лывания, по диапазонам размеров рыб);
– количество выполняемых операций (многооперационные, одноопера-
ционные).
Значения указанных критериев отобранных механизмов дополнены координатами установочных мест и присоединительными размерами и заносились в специальные матричные формы, разработанные для каждого из видов
механизмов. На основании указанного параметрического описания проведена
систематизация всех узлов, разработана структура базы данных, что необходимо для их автоматизированного подбора и идентификации.
В результате этих работ выявлены главные элементы оборудования, от
175
которых зависит надежность, эффективность и экономичность работы машин,
такие, например, как дисковые ножи для удаления головы, хвостовых и спинных плавников, филетирования и порционирования тушки, регулируемые приводы основных механизмов оборудования. Проведена оптимизация основных
конструктивно-технологических параметров дискового ножа и режимов резания, а также приводов основных механизмов. Теоретическими и опытноконструкторскими методами разработаны рекомендации на проектирование и
изготовление унифицированных конструкций дисковых ножей повышенной
износостойкости и регулируемых приводов для рыбоперерабатывающего оборудования. Проведены конструктивные, технологические и другие изменения,
направленные на увеличение долговечности и повышение степени унификации сборочных единиц и деталей отдельных групп, таких как: операционные
конвейеры и конвейеры сопровождения, механизмы выставки, лотки, цепи,
звездочки, подшипники, крышки подшипниковых узлов, муфты, уплотнения.
Разработаны параметрические ряды валов, операционных конвейеров и рыборазделочных машин.
Полученные результаты позволяют перейти от создания оригинальных
рыбоперерабатывающих машин к унифицированным конструкциям, изготовленным методом агрегатирования из стандартных и проверенных в эксплуатации узлов и элементов. Это создает возможность для широкого применения
компьютерных технологий при проектировании новых изделий, позволяет перейти от предметной специализации к поузловой и подетальной, и тем самым
перейти к автоматизации проектирования [500-503]. Планируемое снижение
трудоемкости проектирования, изготовления и эксплуатации способствует повышению технико-экономических показателей новых конструкций. Таким образом, если конструктивная преемственность означает принцип, который кладется в основу при конструировании оборудования, то проведенная конструктивная унификация означает метод его практического осуществления.
176
4.3 Совершенствование проектно-конструкторского обеспечения оборудования
для первичной обработки рыбы
Отсутствие систематических заказов лишает отечественные предприятия,
проектирующие и изготавливающие оборудование, перспективы на будущее,
приводит к работе по разовым и плохо прогнозируемым заказам. Это влечёт
практический застой в деле разработки современных образцов оборудования,
не говоря уже о его адаптации к условиям современных производств. В настоящее время на таких предприятиях практически не существует единой системы
“наука-маркетинг-проектирование-производство-рынок”. Начальное и конечное звенья этой цепи зачастую отсутствуют.
Ситуация усугублялась длительным и запоздалым переходом от устаревших технологий разработки новой техники к современным методам автоматизированного проектирования. Это было вызвано сложной экономической ситуацией, повлекшей утрату конструкторских кадров, а также невосприимчивостью многих инженеров-конструкторов к современным средствам и методикам
проектирования. Субъективным препятствием на пути совершенствования методов проектирования является сопротивление научно-техническим новшествам. Финансирование научного обеспечения работ по совершенствованию
рыбоперерабатывающей техники длительный период находилось на низком
уровне. Отрицательную роль играет и отставание качества изготовления техники отечественными производителями.
С одной стороны, за последние 20 лет объём заказов на отечественное
рыбоперерабатывающее оборудование неуклонно снижался вследствие утраты
крупного океанического добывающего флота, общего снижения вылова, распада многих крупных отраслевых предприятий, слабые финансовые возможности
малых предприятий. С другой стороны, на отечественном рынке появилось более надёжное зарубежное оборудование, конкуренции с которым отечественные разработки зачастую не выдерживали. Это косвенно привело к резкому
снижению численности проектно-конструкторских кадров. Падение уровня за-
177
работной платы и престижа конструкторской работы не позволили обеспечить
приток молодых специалистов и обеспечить эффективную конструктивную
преемственность. В кризисный период практически остановились разработка и
освоение новых образцов рыбоперерабатывающей техники, а также переход на
современные компьютерные системы проектирования. На предприятиях не оказалось конструкторов-автоматизаторов, владеющих новыми средствами автоматизации оборудования и производства.
На подавляющем большинстве отраслевых машиностроительных предприятий последние десятилетия практически не обновлялся парк основного
технологического оборудования, вследствие чего возник его высокий физический и моральный износ. Одновременно ухудшился кадровый потенциал заводов. Начавшаяся реконструкция и перевооружение машиностроительных организаций требуют в короткие сроки замены значительной части основного технологического оборудования. Положение осложняется тем, что решение указанной проблемы из-за недостатка новых отечественных станков, квалифицированных кадров и низкой заработной платы потребует длительного времени и
существенных финансовых ресурсов.
Конструкторские организации разработали до настоящего времени значительное количество разнотипного оборудования для выполнения отдельных
операций. Это связано с тем, что такой подход стимулировал работу конструкторов и машиностроительных предприятий. Вместе с тем значительно реже
проводилась модернизация ранее разработанных конструкций, а в отрасли
внедрялись новые образцы, не прошедшие всестороннюю апробацию. Это обусловило значительные трудности с обеспечением надёжности и своевременного
обслуживания оборудования.
В настоящее время состояние проектных организаций улучшается, что
связано с положительными тенденциями в рыбной промышленности. В отрасли
разработано научное и методическое обеспечение [52-54, 450, 451, 474-476, 478,
482, 493, 500-503], позволяющее в определённой мере компенсировать отмеченные выше негативные явления. Вместе с тем развитие проектно-
178
конструкторского обеспечения рыбоперерабатывающего оборудования попрежнему недостаточно стимулируется как государством, так и частными инвесторами.
4.4 Проектирование оборудования для первичной обработки рыбы на основе мехатроники
Для достижения рыбоперерабатывающим оборудованием уровня миро-
вых образцов недостаточно повышать степень автоматизации существующих
конструкций за счет дополнительной установки датчиков, электромеханических исполнительных механизмов и локальных электронных управляющих
блоков. Это приведет к увеличению стоимости и громоздкости машин, в то
время как показатели точности и экономичности обработки рыбы улучшатся
незначительно, а надежность машин может снизиться.
С другой стороны, попытки упростить конструкции машин в целях сни-
жения металлоемкости, габаритов, массы и стоимости оборудования переводят
технику для первичной обработки рыбы в нижестоящий класс средств малой
механизации. При этом значительно снижаются универсальность и функциональность оборудования в условиях разновидовой сырьевой базы. Такой подход не выдерживает никакой критики за счет увеличения доли ручного труда,
увеличения количества персонала, снижения качества и экономичности обработки, роста производственного травматизма.
Наряду с этим, анализ структуры производственных мощностей по пер-
вичной обработке рыбы [306-309] показывает, что объём массового производства однородной продукции постепенно снижается. В то же время растут объёмы обработки средних и малых партий рыбы различных видов. Это обусловливает необходимость обеспечения гибкости техники. Гибкость является понятием комплексным и предусматривает перенастройку технологического оборудования для перехода на обработку другого вида сырья, на изготовление нового
179
вида продукции, на другую последовательность выполнения операций, на другой уровень производительности и на новые технологические элементы.
Вышеуказанные системные противоречия порождают серьезную научнотехническую проблему и требуют особого рассмотрения. В этих условиях задачи механизации и автоматизации первичной обработки рыбы существенно
усложняются. Между тем решение этой проблемы становится реальным благодаря современным достижениям мехатроники. Технологическое оборудование должно разрабатываться и эксплуатироваться на всех стадиях жизненного
цикла как мехатронная техническая система.
Мехатроника исследует синергетическое объединение механических
устройств с электронными, электротехническими и вычислительными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей,
систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их
функциональными движениями. Такой подход является универсальным и применяется в построении машин с качественно новыми характеристиками.
Исследованию теоретических и практических вопросов мехатроники и
робототехники посвящен обширный перечень работ [31, 39, 40, 67, 77, 84, 85,
89, 93, 94, 112, 122, 130, 131, 141, 144, 158, 160, 161, 163, 168, 179, 184, 186, 200,
217, 218, 224, 230, 239, 241, 253, 259, 265, 272, 283, 284, 295, 298, 325, 331, 351,
377, 380, 381, 401, 404, 406 ,407]. В соответствии с этими источниками, основ-
ными мехатронными узлами являются следующие приспособления:
– модули вращательных перемещений на основе шаговых электродвига-
телей;
– модули линейных перемещений на основе линейных электродвигате-
лей;
– многокоординатные платформы;
– мотор-редукторы с волновой и планетарной передачами;
– пневматические и гидравлические средства автоматики.
В авторской работе [499] рекомендовано в качестве системы управления
мехатронных модулей использовать цифровой микропроцессорный электро-
180