Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Книга - СУСсЧПУ (24.05.06) - для зоочников.doc
Скачиваний:
236
Добавлен:
19.12.2018
Размер:
10.95 Mб
Скачать

28 Диагностика в гпс

Целью технического диагностирования обору­дования, эксплуатируемого в ГПС, является:

  • поддержание заданных условий выполнения техно­логического процесса (технологическая надежность);

  • предупреждение поломок или своевременная остановка оборудования в аварийных ситуациях;

  • прогнозирование постепенно развивающихся дефек­тов с целью уточнения сроков ремонта и предупреждения аварий;

  • контроль качества регулирования механизмов и выдача объективной информации в цифровой или аналоговой форме;

  • проверка качества ремонта оборудования;

  • исключение возможности вредного влияния техно­логических сред, излучений и отходов на производствен­ный персонал.

При создании новых ГПС техническое диагностирова­ние должно обеспечить:

  • определение критериев оценки качества выполнения технологического процесса;

  • поиск и достаточную глубину локализации мест де­фектов, включение резерва, изменение режимов работы или оповещение персонала о месте отказа;

  • выбор критериев оценки состояния оборудования;

  • индивидуальное назначение рациональных сроков обкатки для каждой единицы оборудования;

  • проверку качества регулировки всех механизмов си­стемы и отладки оборудования;

  • получение эталонных значений параметров и эталон­ных характеристик для контроля состояния и диагности­рования оборудования.

В условиях эксплуатации оборудования ГПС, с одной стороны, ужесточаются требования к оперативности, до­стоверности и глубине диагностирования, с другой — облегчается и удешевляется применение автоматизиро­ванных процедур диагностирования благодаря широ­кому использованию ЭВМ и микропроцессоров для реше­ния основных производственных задач.

Техническое диагностирование оборудования в про­цессе его эксплуатации начинают применять в современ­ном машиностроительном производстве, в частности в условиях ГПС. Наиболее широко используемым в на­стоящее время методом диагностирования является метод эталонных (нормированных) модулей. Он пригоден для всех видов оборудования и основан на сравнении экспериментально определенных и расчетных (в частности, полученных на математических моделях) численных зна­чений параметров и показателей качества (мощности, КПД, сил, крутящих моментов, давлений, ускорений, подачи, амплитуд вибраций и др.) с их паспортными дан­ными и нормами технических условий. Преимуществом метода является возможность разностороннего использо­вания полученной информации (для проверки деталей на прочность и износостойкость, прогнозирования их ре­сурса, определения затрат энергии и т.п.).

Диагностика оборудования, автоматический контроль точности обработки, стабильности протекания технологического процесса и самонастройка режимов резания являются основными показателями системы управления ГПС, обеспечивающими работу в условиях трудосберегающей (безлюдной) технологии. Диагностика использует информацию УП, сигналы измерительных преобразователей обратной связи и ряда вспомогательных датчиков. Самодиагностика микропроцессорных устройств ЧПУ выполняется на основе специальных тестов, часть из которых функционирует в фоновом режиме. При этом используются тео­ретические и практические разработки этого вопроса применительно к средствам вычислительной техники.

Регистрация фактических значений параметров и сопоставление их с заданными являются основой определения технического состояния технологического оборудования. В результате сравнения параметров выявляются «симптомы», характеризующие текущее состояние контролируемых элементов системы станочного оборудования и устройства управления. Диагностирование оценивает результаты сравнения состояний, локализует место и причину неисправностей. Систематическое диагностирование значительно снижает трудоемкость процесса обнаружения дефектов. Кроме того, своевременное диагностирование дает возможность с помощью введения соответствующих коррекций в систему управления компенсировать отклонения в функционировании технологического оборудования. Это позволяет осуществлять своевременный и целенаправленный ремонт оборудования. Таким образом, время простоя оборудования, связанное с неис­правностями, значительно снижается.

Анализ характеристик, полученных при испытании технологического оборудования, и сопоставление их с замеряемыми при эксплуатации дают возможность определить неисправности уже в самом начале их возникновения и тем самым избежать аварийных ситуаций, исключить снижение качества продукции. Своевременное распознание возникающих повреждений оправдывает использование сложной и дорогостоящей системы контроля, не говоря уже о простых методах диагностики.

По интервалам времени виды диагностики можно разделить на четыре группы:

  • непрерывная по граничным условиям в течение всего времени эксплуатации (например, температура отдельных узлов, зазоры в кинематической цепи);

  • периодическая через небольшие промежутки времени (например, измерение изготовленных деталей, контроль инструмента);

  • периодическая через нормированные длительные промежутки времени при профилактических осмотрах;

  • через случайные интервалы времени при отказах.

Периодически через небольшие промежутки времени, например, контролируют размеры детали, состояние инструмента. К диагностированию с большим промежутком времени относят все мероприятия, которые проводят в период планового профилактического ремонта. В этом случае необходимо проверять геометрические, кинематические и динамические параметры оборудования, изменяющиеся очень медленно и определение которых требует значительного времени.

Данные периодического контроля инструмента и точности обработки используют для принятия решения по изменению режимов обработки, необходимости смены инструмента, расчета величины коррекции и соответствующего изменения управляющей программы. В ГПС эти виды контроля можно выполнять на любой стадии изготовления детали: во время обработки, до начала и по окончании ее без снятия обрабатываемой детали со станка. Для этого используют измерительные головки, устанавливаемые в шпиндель, либо вспомогательные датчики для получения информации об инструменте. Таким образом, ГПМ выполняет функции измерительной машины. Естественно, в этом случае точность измерения существенно зависит от погрешности в отработке УП, главным образом погрешности позиционирования. Первичную обработку данных измерения производят обычно на УЧПУ, и затем полученные величины передают по каналу связи на ЭВМ верхнего ранга для выполнения задач диагностики, более сложных расчетов и статистической обработки. Периодический контроль с высокой точностью выполняют на специальном оборудовании (контрольно-измерительных машинах с ЧПУ), предусматриваемом в составе ГПС.

Активный контроль стал необходимой функцией всех видов ГПМ, в том числе фрезерно-расточной группы. На некоторых станках (шлифовальных, токарных и др.) активный контроль с помощью специальных измерительных устройств применяли еще до создания ГПМ и микропроцессорных УЧПУ. Однако эти измерения использовали для прямой подналадки без выполнения вспомогательных расчетов, учитывающих факторы, влияющие на точность. В микропроцессорных УЧПУ появились дополнительные возможности расширения активного контроля и более широкого использования получаемой измерительной информации в геометрических и технологических расчетах.

Задачи управления, решаемые автоматическим измерением детали, инструмента и введением коррекции, относятся фактически к области адаптивного управления при неполной априорной информации.

Корреляция полученных результатов с контролируемыми параметрами оборудования позволяет определять состояние технологического процесса.

В простейших случаях результаты контроля непосредственно сообщают об отказах оборудования или остановке хода технологического процесса, но в большинстве случаев возникают более сложные ситуации. Так, отдельные контролируемые параметры не всегда поддаются прямому измерению, например, износ инструмента. При использовании методов косвенного контроля результаты измерения могут быть недостаточны для идентификации состояния объекта.

Для диагностирования трудно идентифицируемых параметров часто необходимо единовременно оценивать несколько факторов. По результатам анализа определяют ошибку, место ее возникновения и необходимость коррекции программы обработки. Например, может выполняться снижение режимов обработки, коррекция эквидистанты, а в отдельных случаях изменение операционной или маршрутной технологии.

ЭВМ ГПС обеспечивает решение большого количества аналитических задач в реальном масштабе времени.

Диагностика может выявить термические деформации оборудования, установить связанные с этим изменения параметров деталей и скорректировать их с использованием ЭВМ. С этой целью производятся замеры, которые определяют термические смещения между деталями и инструментом. Однако циклы измерения приводят к увеличению вспомогательного времени. Поэтому можно использовать косвенные методы, основанные на зависимости между изометрическим полем корпуса станка и его термопластичной деформацией. В этом случае термические смещения определяют косвенным путем во время обработки. Для этого с помощью температурного зонда измеряют температуру в определенных точ­ках оборудования. Результаты измерений являются входными параметрами модели деформации, которая составляется заранее и вводится в ЭВМ ГПС. Параметры модели определяют на этапе наладки, измеряя температуру в определенных точках и возникающие температурные деформации на месте обработки. С помощью расчета корреляционных соотношений и уравнений регрессии определяют параметры модели. Модель температурного поля станка позволяет определить температурные деформации для каждой оси. С помощью этих данных рассчитывают величины коррекций, вводимых в УП.

Перспективным является создание универсальных средств диагностики, построенных по модульному принципу. Адаптирование их к различным видам оборудования выполняется с помощью программного обеспечения ЭВМ ГПС.

Для разработки универсальных программ диагностики, пригодных для станков различных типов, требуется четкое разделение между непосредственно программой и диагностическими дан­ными, характерными для конкретных станков. Построение программы иллюстрировано рис. 28.1.

Рис. 28.1 Система диагностики неисправностей оборудования'«алгоритм и граф проверки F1, F2,…Fn функциональных состояний механизма

Любую неисправность определяют в результате последовательности проверок, которую изображают в виде структурной схемы или дерева неисправностей. Дерево для п неисправностей можно описать в виде матрицы, имеющей п строк (табл. 28.1) результатов проверок и m столбцов тестов. В матрицу входят все данные, необходимые для поиска неисправностей. Программа поиска нужной строки и определения типа неисправности может быть, выполнена универсальной и использована для различного оборудования. Таким образом, задача сводится к построению матрицы неисправностей применительно к определенному станку или ГПМ.

Табл. 28.1 Матрица неисправностей (пример)

Tl

T2

Т3

...

Ti

...

Tm

F1

1

0

0

...

1

...

1

F2

1

0

1

...

1

...

0

.

.

.

.

...

.

...

.

.

.

.

.

...

.

...

.

.

.

.

.

...

.

...

.

Fn-1

0

1

1

...

0

...

1

Fn

0

1

1

...

1

...

1

Анализ возможных неисправностей механизмов и составление матриц неисправностей облегчаются при изображении процесса управления в виде графа состояний для отдельных функциональных групп (механизма смены инструмента, привода подач и т.д.). По каждой из таких групп может быть составлена отдельная матрица состояний.

Поскольку многие функциональные элементы имеют структуру, описываемую аналогичными графами состояния, то для диагностики их можно использовать общую программу с вводом различных параметров в матрицу неисправностей. Основная часть программы, таким образом, является инвариантной к различным видам неисправностей.

Из общих методов диагностики следует указать, что дальнейшее развитие получают оптические средства. Наряду со световыми «завесами», ограничивающими зоны перемещения механизмов и роботов, особое значение в ГПС приобретают оптические средства распознавания изображений. Развиваются также методы, основанные на акустических средствах диагностики.

Техническая диагностика в условиях автоматизированного и автоматического производств. Как уже отмечалось, повышение степени автоматизации производства определяет и повышение роли систем технической диагностики. Своевременное выявление дефект­ных узлов в сложной структуре ГАП позволяет применить в полной мере его основное отличие — гибкость производства, способность перестраиваться не только на изготовление требуемой номенклатуры деталей, но и перестраивать в зависимости от состояния оборудо­вания сам ход технологического процесса, обеспечивая при этом максимальное использование всех ресурсов производства.

К системам технической диагностики предъявляются следующие специфические требования, которые следует учитывать на этапе разработки производства:

1. Степень автоматизации систем технической диагностики должна соответствовать степени автоматизации всего производства.

2. Системы технической диагностики должны обладать как можно меньшим объемом, чтобы не снижать общую надежность оборудования. Целесообразно применять средства, позволяющие осуществ­лять самоконтроль системы технической диагностики.

3. Система технической диагностики ГАП должна иметь иерар­хическую структуру с возможностью широкого обмена информацией между средствами верхних и нижних уровней. При этом допустимо использовать и возможность обмена информацией посредством комму­тируемой телефонной линии с внешним обслуживающим центром.

4. Система технической диагностики должна охватывать все оборудование производства с требуемой разрешающей способностью.

5. Система технической диагностики должна обеспечить не только выявление дефектов, но и принимать все меры для автоматического восстановления работоспособности оборудования на всех уровнях. Особенно это важно для оборудования с преобладанием парамет­рических отказов, так как в этом случае возможна адаптация к из­менению состояния оборудования на основе результатов работы системы диагностики.