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
помощью вихретокового метода, ориентирован на выявление различных
дефектов в поверхностном слое дорожек качения (прижоги, трещины, неравномерность твердости и др.). Автоматизация такого вида контроля и
сравнительный количественный анализ дефектов, зафиксированных до и
после чистового шлифования, позволяют оперативно определить возможные причины дефектов и оценить исправляющие свойства процесса обработки на данном станке, а затем внести изменения в технологический ре-
жим или осуществить подналадку станка. Указанное способствует практи-
ческому исключению причин возникновения дефектов, повышению долговечности колец и, соответственно, улучшению эксплуатационных характе-
ристик подшипников.
Многопараметровый контроль в системе мониторинга процесса
шлифования колец подшипников. Анализ научно-технической информа-
ции и изложенный системный подход к вопросу повышения качества
шлифования показывают, что для эффективного управления обработкой
колец подшипников на станках, помимо активного контроля размеров и
обоснованного выбора технологического режима, целесообразно исполь-
зовать дополнительные информационные параметры. Измерение значений
этих параметров, связанных как с динамическим состоянием станка и технологическим режимом, так и с выходными параметрами процесса шли-
фования – параметрами качества колец, выполняется различными метода-
ми и средствами. Указанные параметры следует использовать для создания
дополнительных информационных каналов для управления процессом автоматизированной обработки. При этом неизбежно усложнение систем
управления, и это одна из причин относительно медленного внедрения по-
добных предложений в производство. Задача решается использованием в
системах контроля и управления микропроцессоров, поскольку усложне-
ние функций управления достигается в этом случае программным, а не ап-
паратным путем. При реализации системы мониторинга с использованием
дополнительных информационных параметров следует принять во внимание имеющиеся средства контроля в автоматизированном шлифовальном
станке и те средства, которые следует использовать для многопараметро-
вого контроля. При этом выделяются встроенные и внешние средства кон-
троля (рис. 2.6).
Каждый дополнительный информационный параметр используется
для внесения коррекции в исходную программу обработки, воздействуя ли-
бо на скорость подачи, либо на время выполнения той или иной операции,
либо на структуру цикла обработки, что и позволяет управлять качеством
51
Заданное качество
Технологический процесс
Средства мониторинга
Принятие решения о профилактических,
Реализация управляющего решения
Экспертная
Встроенные средства
Внешние средства
Специальное
ПМО
Повышение
Контроль скорости вращения
Контроль потребляемой мощ-
ности двигателем шпинделя
Контроль подачи СОТС
Контроль текущего припуска
Рис. 2.6. Контроль встроенными и внешними средствами в системе мониторинга
контроля
Контроль величины
и подачи круга
шпинделей
Контроль вибраций
процесса шлифования
корректирующих и защитных действиях
обработки деталей
контроля
Контроль геометрических
параметров точности
заготовок и деталей
Вихретоковый контроль
физико-механических свойств
поверхностного слоя деталей
Контроль уровня и спектра
вибрации узлов станка:
– на холостом ходу;
– на различных режимах
обработки
система
производительности
52
шлифования колец. При выборе указанных параметров целесообразно при-
,
n
n
i
и
ш
нять во внимание влияние контролируемых величин на качество обработки.
Точность обработки и качество поверхности при шлифовании во
многом определяются характером и уровнем относительных колебаний
инструмента и заготовки. Наиболее мощным источником вибраций в зоне
резания является дисбаланс круга, непрерывно изменяющийся во время
обработки и вызывающий вынужденные и собственные колебания на ча-
стоте вращения круга и кратных ей частотах.
Различают два вида неуравновешенности кругов: статическую и ди-
намическую, причем причины, вызывающие ее на различных стадиях изготовления, хранения и эксплуатации, могут быть следующие: погрешности,
связанные с монтажом; неравномерная плотность материала круга; неравномерность износа; погрешности геометрической формы круга, связанные с
несовершенством технологии их изготовления; неравномерная пропитка
круга СОТС. Практически в каждом конкретном случае погрешности, вы-
зывающие неуравновешенность, встречаются в различных сочетаниях.
Потеря точности обработки под влиянием неуравновешенности выражается главным образом в нарушении правильной формы изделия в его
поперечном сечении. При круглом наружном, бесцентровом и внутреннем
шлифовании отмечается появление макроволн (огранки). Число волн i
подчиняется приближенной зависимости:
(2.2)
где nш – число оборотов круга в минуту; nи – число оборотов изделия в минуту.
Методы статической и динамической балансировки шпиндельных уз-
лов (ШУ) и кругов на шлифовальных станках достаточно хорошо разработа-
ны и широко освещены в известной литературе, причем основным информационным параметром при динамической балансировке в большинстве случаев является уровень виброускорения или виброскорости на частоте вращения
шпинделя. Другими источниками вибраций, оказывающими влияние на об-
разование погрешности обработки, являются дефект изготовления и сборки
ШУ, а также неравномерность режущих свойств абразивного инструмента.
Очень часто дисбаланс и неравномерность режущих свойств взаимосвязаны.
Колебания ДС на частоте вращения шпинделя круга, вызванные его
неуравновешенностью, приводят к дополнительному возбуждению резонансных колебаний тех элементов станка, собственные частоты которых
53
близки или кратны частоте вынужденных колебаний. Так как ДС станка состоит из большого количества элементов с различными массами и жесткостью, результирующие колебания на холостом ходу представляются слож-
ными колебаниями с биениями, с периодическим возрастанием амплитуды
выше номинального значения, создаваемым дисбалансом круга. В таких
условиях самая тщательная правка не в состоянии исключить относительные
колебания поверхности инструмента и обрабатываемой детали, что создает
неравномерность сил резания за каждый оборот круга и приводит к появлению еще одного источника вынужденных колебаний, осложняющего
общую вибрационную картину. В результате ухудшаются такие параметры
качества как овальность, огранка и волнистость обработанных поверхностей, увеличивается вероятность прижогов, нарушается стабильность процесса обработки и его управляемость по другим параметрам качества, то
есть снижается технологическая надежность станка.
Применение автоматизированного вихретокового контроля качества
шлифованных поверхностей, как указано выше, обеспечивает эффективное
выявление дефектов, а компьютеризация контроля способствует его инте-
грации в СМТП.
Применение многопараметрового активного контроля (припуск, скорость съема припуска и вибрации) способствует существенному снижению
брака колец при шлифовании. Известно, что при традиционных алгоритмах управления подачей шлифовальных станков параметры рабочего цикла остаются неизменными. При изменении динамического состояния станка
наблюдаются существенные вариации скорости съема металла, что приво-
дит к вариации показателей качества как геометрических, так и физико-
механического состояния поверхностного слоя. Одним из вариантов усовершенствования алгоритмов управления является изменение скорости по-
дачи круга и припуска на выхаживание, что стабилизирует показатели каче-
ства поверхности. Однако в этих случаях отсутствует обратная связь и
полностью не исключается возможность возникновения прижогов. Более
совершенным является управление подачей круга в зависимости от скоро-
сти съема припуска при наличии ограничений на скорость съема и уровень
вибраций, которые контролируются в процессе обработки.
Таким образом, анализ и учет влияния различных факторов на параметры точности и состояние поверхностного слоя дорожек качения позволяет использовать дополнительные информационные параметры для повышения качества изготовления колец подшипников за счет организации контроля характеристик шлифовальных станков в процессе эксплуатации,
54
управления режимом шлифования и оперативного контроля качества изго-
товленных деталей (рис. 2.7). Как следует из изложенного выше, в качестве
дополнительных параметров следует принять: скорость съема припуска, уровень ВА колебаний формообразующих узлов станка, непосредственно связанных с процессом шлифования (до обработки и в процессе шлифования), а
также качество поверхностного слоя, которое контролируется вихретоковым
методом. Следует также иметь информацию о качестве заготовок, поступающих на финишную обработку, поскольку чистовое шлифование имеет конечные исправляющие свойства. Рассмотренный системный подход к анализу процесса шлифования колец подшипников, обрабатываемых на кон-
кретном станке, при условии экспериментально-аналитической оценки
влияющих факторов позволяет минимизировать их воздействие для повы-
шения качества обработки.
Программно-математическое обеспечение системы мониторинга.
Важнейшим условием функционирования информационной подсистемы
СМТП является специальное программно-математическое обеспечение.
Оно позволяет осуществлять, во-первых, оперативное накопление и обра-
ботку данных о контроле состояния ТП (деталей, станков и режима обра-
ботки) и, если необходимо, о работе производственного персонала; во-
вторых, представление результатов в форме, удобной пользователям различного уровня, т.е. с точки зрения процессного подхода осуществляется
«расслоение» результатов в зависимости от запросов пользователей. Ре-
зультирующие отчеты представляются в форме графиков различного вида,
диаграмм или таблиц.
Данные о результатах измерений на объектах контроля поступают в
лабораторию мониторинга, сотрудники которой осуществляют непосредственную координацию всех измерений в рамках системы мониторинга.
Вся обработанная в лаборатории мониторинга информация поступает в
АСУ ТП предприятия, при этом она в любой момент времени доступна для
специалистов в цехах и отделах, для специалистов управленческого звена,
руководителей подразделений и предприятия.
В общую структуру ПМО входит собственно программное обеспечение системы мониторинга и комплекс прикладных программ для оценки
динамического состояния шлифовальных станков и моделирования их ди-
намических характеристик, оценки качества деталей по данным вихрето-
кового контроля, оценки управления процессом обработки на станках с
многопараметровым активным контролем, оценки исправляющих свойств
процесса шлифования.
55
Волнистость
Шероховатость
Качество
поверхностного
слоя
Припуск
Скорость съема припуска
Момент касания
Размер
Технологическая система
Активный контроль
в реальном времени
Контроль
заготовок
Принятие решения
об обеспечении
Шлифовальный
автомат
Деталь
Заготовка
Процесс
резания
Контроль
обработки
ВА колебания
узлов
до обработки
Принятие решения
станка
Принятие решения
о корректировке
режима обработки
ВА колебания
узлов при
резании
Контроль
метров
Контроль
качества
методом
б
г
качества
качества заготовок
состояния
станка до
Контроль
процесса
резания
микрогео-
метриче-
ских пара-
о подналадке
поверхности
вихретоковым
Рис. 2.7. Управление процессом шлифования с использованием
дополнительных информационных параметров
56
Из изложенного следует, что для создания СМТП необходим тщательный анализ конкретного ТП и параметров качества обрабатываемых
деталей, на основе которых осуществляются выбор и обоснование контролируемых параметров, разрабатывается методическое обеспечение, аппа-
ратура для реализации процесса контроля и специализированное ПМО.
57
3. УПРАВЛЕНИЕ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ ИЗДЕЛИЙ
(CALS (ИПИ)-ТЕХНОЛОГИИ)
Жизненный цикл изделий (ЖЦИ) включает ряд этапов, начиная от
зарождения идеи нового продукта до его утилизации по окончании срока
использования. К ним относятся этапы маркетинговых исследований, проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), собственно производства, послепродажного обслуживания и эксплуатации продук-
ции, утилизации.
На всех этапах жизненного цикла имеются свои целевые установки.
При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных
целей с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, ТПП и
производства нужно обеспечить выполнение требований, предъявляемых к
производимому продукту, при заданной степени надежности изделия и
минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики.
Понятие эффективности охватывает не только снижение себестоимости
продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и
обеспечение удобства освоения и снижения затрат на будущую эксплуатацию изделий. Особую важность требования удобства эксплуатации имеют
для сложной техники, например, в таких отраслях, как авиа- или автомобилестроение.
Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, оказывается невозможным без
широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на
применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и
использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых
автоматизированных систем.
3.1. Предпосылки и причины появления CALS-технологий
3.1.1. Научные проблемы CALS-технологий
Современные условия характеризуются все более жесткой конкуренцией на международном рынке, повышением сложности и наукоемкости
продукции, что ставит перед промышленниками и предпринимателями
страны новые проблемы. К их числу относятся:
58
- критичность времени для создания изделия и организации его
продажи;
- снижение всех видов затрат, связанных с созданием и сопровожде-
нием изделия;
- повышение качества процессов проектирования и производства;
- обеспечение гибкого и надежного эксплуатационного обслужива-
ния.
Действенным средством решения этих проблем в последнее десяти-
летие выступают новые информационные CALS-технологии (англ.
Continuous Acquisition and Lifecycle Support – непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделий), или ИПИтехнология – информационная поддержка процессов жизненного цикла
изделий, сквозная поддержка сложной наукоемкой продукции на всех эта-
пах ее жизненного цикла от маркетинга до утилизации. Они базируются на
стандартизованном едином электронном представлении данных и коллективном доступе к ним. Эти технологии позволяют существенно упростить
выполнение этапов ЖЦИ и повысить производительность труда согласно
западному опыту примерно на 30%, автоматически обеспечить заданное
качество продукции.
CALS-технологии призваны служить средством, интегрирующим
промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Целью интеграции автоматизированных систем проектирования и управления является повышение эффективности создания и
использования сложной техники.
В чем выражается повышение эффективности?
Во-первых, повышается качество изделий за счет более полного уче-
та имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений. Так, обоснованность решений, принимаемых в автоматизированной системе управления предприятием (АСУП), будет выше, если
ЛПР (лицо, принимающее решение) и соответствующие программы АСУП
имеют оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к базам
данных других автоматизированных систем (САПР, АСТПП и АСУТП) и,
следовательно, могут оптимизировать планы работ, содержание заявок,
распределение исполнителей, выделение финансов и т.п. При этом под
оперативным доступом следует понимать не просто возможность считывания данных из БД, но и легкость их правильной интерпретации, т.е. согласованность по синтаксису и семантике с протоколами, принятыми в
АСУП. То же относится и к другим системам, например, технологические
59
подсистемы должны с необходимостью воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного
конструирования. Этого не так легко добиться, если основное предприятие
и организации-смежники работают с разными автоматизированными системами.
Во-вторых, сокращаются материальные и временные затраты на про-
ектирование и изготовление продукции. Применение CALS-технологий
позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания ранее выполненных удачных разработок компонентов и устройств,
многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любо-
му пользователю CALS-технологии. Доступность опять же обеспечивается
согласованностью форматов, способов, руководств в разных частях общей
интегрированной системы. Кроме того, появляются более широкие возможности для специализации предприятий, вплоть до создания виртуаль-
ных предприятий, что также способствует снижению затрат.
В-третьих, существенно снижаются затраты на эксплуатацию, благо-
даря реализации функций интегрированной логистической поддержки.
Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меня-
ющимся условиям эксплуатации и т.п.
Эти преимущества интеграции данных достигаются применением
современных CALS-технологий.
Промышленные автоматизированные системы могут работать автономно, и в настоящее время так обычно и происходит. Однако эффективность автоматизации будет заметно выше, если данные, генерируемые в
одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимае-
мые в них решения станут более обоснованными. Для достижения должно-
го уровня взаимодействия промышленных АС, требуется создание единого
информационного пространства в рамках как отдельных предприятий, так
и, что более важно, в рамках объединения предприятий.
За рубежом работы по созданию и внедрению CALS-технологий ве-
дутся более 25 лет. В этом направлении достигнуты существенные резуль-
таты. CALS-технологии в настоящее время рассматриваются как выгодная
глобальная экономическая стратегия во всех отраслях промышленности.
Работы ведутся во всех ведущих индустриальных странах, создаются международные кооперации производителей сходных видов продукции, так
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]