Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные проблемы автоматизации и управления в машиностроении. В 4 частях. Ч.2. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.
А.А. Игнатьев, М.Ю. Захарченко,
В.А. Добряков, С.А. Игнатьев
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
Учебное пособие
В 4 частях
Часть 2
Для студентов машиностроительных направлений
Саратов 2019
УДК 004.9:330 (08)
ББК 32.965я7
С 56
Рецензенты:
Кафедра «Автоматизация производственных процессов»
Волгоградского государственного технического университета
Доктор технических наук, профессор Саратовского государственного
технического университета имени Гагарина Ю.А.
Ю.Б. Томашевский
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
имени Гагарина Ю.А.
С 56 Современные проблемы автоматизации и управления
в машиностроении: учеб. пособие: в 4 ч. Ч. 2 / А.А. Игнатьев,
М.Ю. Захарченко, В.А. Добряков, С.А. Игнатьев. Саратов: Са-
рат. гос. техн. ун-т, 2019. 96 с.
ISBN 978-5-7433-3315-8
Рассматриваются основные направления развития управления и ав-
томатизации в машиностроении. Приводятся сведения о контроле и диа-
гностировании сложных технологических объектов, мониторинге технологического процесса и управлении жизненным циклом изделий в машинои приборостроении и в других отраслях.
Учебное пособие предназначено для студентов машиностроительных
направлений, а также может быть использовано аспирантами в исследованиях, связанных с применением информационных и интеллектуальных
технологий при автоматизации производства.
УДК 004.9:330 (08)
ББК 32.965я7
© Саратовский государственный
технический университет, 2019
ISBN 978-5-7433-3313-4 © Игнатьев А.А., Захарченко М.Ю.,
ISBN 978-5-7433-3315-8 (Часть 2) Добряков В.А., Игнатьев С.А., 2019
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ..................................................................................................... 4
1. Контроль и диагностирование сложных технологических
объектов .............................................................................................. 5
1.1. Автоматизация контроля качества деталей ................................... 5
1.1.1. Контроль геометрических параметров точности .................. 6
1.1.2. Методы неразрушающего контроля поверхностного слоя
и внутренней структуры деталей ........................................................... 11
1.2. Диагностирование сложного технологического оборудования ..... 17
1.2.1. Классификация методов и средств диагностирования ....... 18
1.2.2. Организация диагностирования состояния
металлорежущих станков........................................................................ 24
1.2.3. Обобщённая структура системы контроля
и диагностирования........................................................................................ 33
2. Мониторинг технологического процесса ....................................... 36
2.1. Алгоритм реализации мониторинга
технологического процесса .............................................................................. 37
2.2. Организация системы мониторинга
технологического процесса ................................................................................ 43
2.3. Структура многопараметрового контроля, интегрированного
в систему мониторинга шлифовальной обработки ........................................ 47
3. Управление жизненным циклом изделий
(CALS (ИПИ)-технологии) ............................................................................. 58
3.1. Предпосылки и причины появления CALS-технологий ............ 58
3.1.1. Научные проблемы CALS-технологий ..................................... 58
3.1.2. Этапы жизненного цикла промышленных изделий.
Промышленные автоматизированные системы. .................................. 62
3.1.3. Структурное моделирование производственных систем.
Структурное моделирование в СALS-технологиях ............................. 67
3.2. Использование CALS-технологий в информационном
пространстве предприятий ..................................................................... 76
3.2.1. Функции программного обеспечения CALS-технологий
в информационной среде предприятий. .......................................................... 76
3.2.2. Основные принципы внедрения CALS .................................... 81
3.2.3. Развитие CALS-технологий в России ....................................... 84
Заключение ............................................................................................. 91
Список литературы ............................................................................... 92
3
ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование машиностроительного производства для повы-
шения качества продукции, производительности оборудования и снижения
затрат является важнейшей задачей технического прогресса общества.
В машиностроении существует достаточно жёсткая конкуренция за
рынки сбыта продукции, поэтому развитие отрасли происходит в направлении совершенствования организации производства на основе современных информационных технологий, внедрения АСУ, АСТПП, АСУТП, а
также совершенствования технологических процессов и оборудования за
счет внедрения как новых технических решений, так и новых средств автоматизации и управления, контроля и мониторинга, в том числе с применением мехатронных и робототехнических систем и интеллектуальных
технологий.
Решение указанных проблем базируется на достижениях в различ-
ных областях знаний, таких как физика, математика, химия, электроника,
вычислительная техника, информатика и ряд других.
В соответствии с изложенным научно-техническую политику в ма-
шиностроении должны разрабатывать и реализовывать квалифицирован-
ные специалисты, владеющие как арсеналом теоретических знаний, так и
практическим опытом в рассматриваемой и смежных областях. Указанное
определяет цель данного пособия – ознакомление студентов с основными
направлениями развития автоматизации и управления в современном ма-
шиностроении.
Во второй части пособия рассматриваются вопросы автоматизации
контроля качества деталей, включающие контроль геометрических пара-
метров точности и неразрушающий контроль состояния поверхностного
слоя, организации контроля и диагностирования автоматизированных
станков, вопросы реализации мониторинга технологического процесса
(ТП) на основе многопараметрового контроля и управления жизненным
циклом изделий (ИПИ-технологии) в машиностроении и других отраслях.
4
1. КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИРОВАНИЕ
СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Обеспечение конкурентоспособности изделий машино- и приборостро-
ения как на внутреннем, так и на международном рынках во многом обу-
словлено их качеством и ценой. Высокое качество определяется, во-первых,
уровнем и состоянием автоматизированного технологического оборудова-
ния; во-вторых, организацией производства, в том числе организацией контроля качества изделий, диагностирования и восстановления оборудования,
в-третьих, квалификацией и мотивацией обслуживающего персонала. Основу
современного машиностроительного производства составляют автоматизированные металлорежущие станки (АМС) с цифровым управлением, которые
имеют высокую технологическую надежность, однако в процессе эксплуата-
ции она снижается в результате воздействия ряда внешних и внутренних
факторов, что приводит к снижению качества изделий. В связи с этим на
предприятиях организуется как высокоточный автоматизированный контроль деталей и технологического процесса, так и автоматизированное диагностирование участвующих в нем станков, реализуемые на основе применения высокоточных измерительных систем, современных средств вычислительной техники и специализированного программного обеспечения. Указанное способствует поддержанию в условиях эксплуатации заданного уровня функциональной и параметрической надежности АМС, что в целом обес-
печивает повышение эффективности производства.
1.1 Автоматизация контроля качества деталей
Основной задачей АМС на машиностроительном предприятии явля-
ется обработка деталей с заданным качеством, под которым понимают за-
данные значения геометрических параметров точности, а в ряде случаев –
и физико-механическое состояние обработанного поверхностного слоя.
Одним из эффективных инструментов решения этой задачи является технический контроль, под которым понимают проверку соответствия объекта установленным техническим требованиям, что в данном случае означает
необходимость выборочного или даже 100% контроля качества деталей,
особенно если речь идёт об изготовлении деталей с высокой точностью.
Измерения осуществляются с помощью измерительных преобразователей
(датчиков), использующих различные физические принципы измерения с
последующим преобразованием регистрируемой величины в электрический сигнал, который наиболее удобен для дальнейшего использования в
5
автоматизированной системе контроля. В случае снижения качества обработки осуществляется подналадка станка или корректируются значения
параметров технологического режима.
1.1.1. Контроль геометрических параметров точности
Ряд видов механообработки (точение, фрезерование и др.) не позво-
ляют осуществлять контроль в процессе обработки. В этом случае для контроля геометрических параметров точности деталей (размеры, овальность,
конусность, волнистость, шероховатость и др.) после обработки (пассив-
ный контроль) используются автоматизированные измерительные
устройства.
Для контроля размеров наиболее распространены контактные датчи-
ки, которые можно разделить на индикаторы контакта (датчики касания) и
головки отклонения. В первом случае положение датчика при измерениях
контролируется специальной измерительной системой по направлениям
координатных осей, а во втором случае датчик непосредственно фиксирует
отклонение размера детали. В ряде случаев используются и другие типы
датчиков (оптические, вихретоковые и др.), однако они не нашли широкого применения, так как на их точность измерения в условиях производства
влияет множество факторов. Во всех случаях обработка данных осуществляется компьютером.
На практике контроль других указанных выше параметров точности
чаще всего осуществляется методом ощупывания, при котором по поверхности детали скользит игла с радиусом кривизны острия, позволяющим ей при перемещении следить за профилем поверхности. В электрический сигнал преобразуется перемещение иглы в направлении, перпендикулярном плоскости контролируемой поверхности или в плоскости, касатель-
ной к поверхности, если эта поверхность имеет кривизну. На рис. 1.1-1.4 показаны современные автоматизированные приборы для контроля указанных геометрических параметров.
При круглом и внутреннем шлифовании распространено применение
активного контроля размеров, который позволяет осуществлять измере-
ния в процессе обработки. В этом случае обрабатываемый диаметр контролируется двумя датчиками, настройка которых выполнена по эталонной
детали. Информация с датчиков о величине припуска поступает в блок
сравнения прибора активного контроля размеров (рис. 1.5), так что по до-
стижении при шлифовании заданного размера подача круга отключается и
обработка заканчивается.
6
Рис. 1.1. Профилометр Hommel tester T1000
Рис. 1.2. Кругломер Talyrond 131
7
Рис. 1.3. Прибор Twinner T4M
8
Рис. 1.4. Установка для измерения биения Premetec
Рис. 1.5. Функциональная схема системы управления станком
с прибором активного контроля с каналом мониторинга
В данном случае прибор активного контроля выполняет одновременно функции контроля и управления процессом обработки. Применение
активного контроля обеспечивает шлифование с высокой точностью, в
частности погрешность обработки диаметрального размера составляет по-
рядка 1 мкм. Кроме величины припуска, в ряде случаев осуществляется
измерение скорости съема припуска, которая не должна превышать определённой величины, что позволяет избежать появления прижогов и других
дефектов в поверхностном слое, то есть повышает качество деталей.
Для полного контроля деталей (особенно сложной формы) исполь-
зуются координатно-измерительные машины (КИМ), управление которыми и обработка результатов осуществляются компьютером (рис. 1.6).
Применение КИМ как универсального средства измерения целесообразно для единичного и мелкосерийного производства. В КИМ используется координатный метод измерения, сводящийся к последовательному
нахождению координат ряда точек контролируемой поверхности изделия
с помощью измерительных головок и последующему расчету размеров.
Перспективным является применение в КИМ бесконтактных измерительных головок отклонения (оптических, оптоэлектронных и др.), но на их
точность влияет много факторов.
9
Рис. 1.6. Координатно-измерительная машина
Программное обеспечение КИМ позволяет накапливать данные об
измеренных деталях, осуществлять их статистическую обработку, принимать решение о годности каждой детали и при необходимости выдавать
рекомендации по корректировке технологического процесса, формировать
результаты измерений в удобном для персонала виде. Аналогичные принципы измерения деталей реализуются в измерительных роботах, о которых
шла речь в первой части пособия.
При оснащении станков с ЧПУ измерительными головками, аналогичными КИМ, и соответствующим программным обеспечением, координатные измерения реализуются непосредственно на станке. В этом случае
станок фактически работает в режиме КИМ, что значительно повышает
оперативность контроля размеров деталей и принятия решения по управлению точностью обработки. Данное техническое решение было реализо-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]