книги / Надежность и диагностика технологических систем
..pdfТЕХНИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Д.Г. СХИРТЛАДЗЕ М.С. УКОЛОВ А.В. СКВОРЦОВ
НАДЕЖНОСТЬ И ДИАГНОСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Под редакцией доктора педагогических наук, кандидата технических наук, профессора,
заслуженного работника высшей школы РФ А.Г. Схиртладзе
Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов высшихучебных заведений, обучающихся по специальности «Металлообрабатывающие станки и комплексы» направления подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
МОСКВА «ПОКОИ ЗПАПНК» 2008
От авторов
Проблемы обеспечения надежности в области машиностроения являются чрезвычайно актуальными. Процессы производства из делий при внедрении гибких автоматизированных технологических систем значительно усложняются. Технологические системы отно сятся к сложным человеко-машинным системам, которые в общем случае не поддаются строгому математическому описанию. Они спро ектированы с использованием функциональной, структурной и вре менной избыточности и характеризуются разветвленной структурой, динамическим характером процессов функционирования, высокими силовыми нагрузками, наличием деформаций различной физической природы. Важную роль играют также процессы износа и старения элементов. Поэтому у таких систем предусмотрены эксплуатацион ное обслуживание, восстановление и ремонт.
Эффективность использования технологических систем по служеб ному назначению связана с обеспечением требуемой точности, про изводительности и экономичности, которые в значительной степени определяются уровнем их надежности, параметрами восстановления
иремонта. При высокой динамичности физико-механических про цессов особое значение приобретают проблемы диагностирования технологических модулей, в первую очередь режимов обработки
исостояния инструментов.
Методы проектирования производительных, надежных и безо пасных машин основываются на использовании передовых научнотехнических достижений. Поэтому специалисты в области машино строения должны обладать разносторонними знаниями.
1. Изучение теоретических методов расчета показателей надеж ности, базирующихся на предельных теоремах и фундаментальных положениях теории вероятностей. Например, процессы восстанов ления технологических систем во многих случаях достаточно точно описываются уравнениями теории массового обслуживания. Для расчета надежности и производительности сложных технических систем применяют методы статистического имитационного моде лирования.
2. В настоящее время для обеспечения надежности следует ши роко использовать компьютерные сетевые и информационные техно логии, правила создания и использования баз данных. Компьютерные сети позволяют оперативно собирать сведения об отказах, их типах и характере, быстро устанавливать степень работоспособности обору дования, принимать правильные решения по управлению производ ством, оперативно перестраивать структуру технологических систем,
4 |
О т авторов |
обрабатывать данные по ремонту и восстановлению технологиче ских модулей, определять наличие на складах необходимого заде ла запасных частей.
Современные автоматизированные системы научных исследова ний создаются на базе готовых компьютерных, аппаратных и про граммных средств модульного исполнения, выпускаемых по единым стандартам мирового экономического сообщества. С помощью таких автоматизированных систем можно решать и задачи технической диагностики.
3. Необходимо иметь базовые знания об информационно-изме рительной технике, составляющей основу систем технической диаг ностики, о методах выбора наиболее информативных параметров диагностирования автоматизированных технических систем, об ал горитмах сбора, обработки, хранения и передачи диагностической информации.
Данный учебник предназначен для формирования у студентов комплексного восприятия научных знаний и практических сведе ний по проблемам надежности и технической диагностики.
Учебник состоит из 14 глав. Главы 1,11, параграф 14.5 написаны профессором, доктором педагогических наук, кандидатом техниче ских наук, заслуженным работником высшей школы РФ А.Г. Схиртладзе; главы 2, 6, 7, 9,14 — профессором, кандидатом технических наук М.С. Уколовым; главы 3, 4, 8,12 — профессором, кандидатом технических наук А.В. Скворцовым; главы 5, 10, 13 подготовлены совместно М.С. Уколовым и А.В. Скворцовым.
Авторы выражают признательность рецензентам: доктору тех нических наук, профессору В.Г. Митрофанову и доктору технических наук, профессору Н.М. Султан-заде за внимательное прочтение руко писи и ценные критические замечания.
Список сокращений
а к с |
— |
автоматическая коробка скоростей |
АЛ |
— |
автоматическая линия |
АЛ У |
— |
арифметико-логическое устройство |
АС |
— |
администратор сети |
АСД |
- |
автоматизированная система диагностики |
АСИО |
— автоматизированная система инструментального обеспече |
|
|
|
ния |
АСНИ |
— автоматизированная система научных исследований |
|
АСРС |
— автоматизированная система расчета себестоимости |
|
АСТН |
— автоматизированная система технического нормирования |
АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки
|
производства |
АСУ |
— автоматизированная система управления |
АСУ О |
— автоматизированная система удаления отходов |
АСУП |
— автоматизированная система управления производством |
АТНС |
— автоматическая транспортно-накопительная система |
АТСС |
— автоматизированная транспортно-складская система |
АСУТП — автоматизированная система управления технологическими процессами
АФ Ч Х — амплитудно-фазово-частотные характеристики
АЧ Х — амплитудно-частотные характеристики
БД |
- база данных |
БЗ |
— база знаний |
БЗУ |
— буферное запоминающее устройство |
БУФО |
— безабразивная ультразвуковая финишная обработка |
ВБР |
— вероятность безотказной работы |
ВЗУ |
— внешнее запоминающее устройство |
ВО |
— внезапный отказ |
ВП |
— вихретоковый преобразователь |
ВС |
— восстанавливаемая система |
ВСТД |
— встроенные средства технической диагностики |
ВЭ |
— восстанавливаемый элемент |
ГАЗ |
— гибкий автоматизированный завод |
ГАЛ |
— гибкая автоматизированная линия |
ГАП |
— гикое автоматизированное производство |
ГАУ |
— гибкий автоматизированный участок |
ГАЦ |
— гибкий автоматизированный цех |
ГИП |
— генератор импульсной последовательности |
ГЛИН |
— генератор линейно изменяющегося напряжения |
ГПК |
— гибкий производственный комплекс |
ГПМ |
— гибкий производственный модуль |
6 |
|
Список сокращений |
гпс |
—гибкая производственная система |
|
дви |
- |
датчик внутренней информации |
ду |
- |
динамометрический узел |
ЕСКД |
— |
единая система конструкторской документации |
ЕСТД |
— единая система технологической документации |
|
Ж Ц |
— жизненный цикл |
|
И А |
— измерительная аппаратура |
|
ИК |
— измерительная катушка |
|
ИО |
— информационное обеспечение |
|
ИПИ |
— информационная поддержка жизненного цикла изделий |
|
ИПС |
— инструментальные программные средства |
|
ИР |
— измерительный робот |
|
ИУ |
— инструментальный усилитель |
|
КИМ |
— координатно-измерительная машина |
кило —комплексная поверхностная ионно-плазменная обработка
кит |
—компьютерные информационные технологии |
кпо |
—комплект программного обеспечения |
ЛВС |
— локальная вычислительная сеть |
лк |
—локализация контакта |
мл |
—магнитная лента |
мм—математическая модель
МП |
— микропроцессор |
|
мс |
—многооперационный станок |
|
мсп |
—марковский случайный процесс |
|
НГМД |
— накопитель на гибких магнитных дисках |
|
НЖ М Д — накопитель на жестком магнитном диске |
||
НМЛ |
— накопитель на магнитной ленте |
|
НС |
— невосстанавливаемые системы |
|
нэ |
—невосстанавливаемый элемент |
|
ОД |
- |
объект диагностирования |
ОЗУ |
— оперативное запоминающее устройство |
|
ос |
—операционная система |
|
ОбУ |
— объект управления |
|
ОУ |
— операционный усилитель |
|
оц |
- обрабатывающий центр (многоцелевой станок) |
|
оэ |
—обслуживающий элемент |
|
П А |
— периферийный аппарат |
|
ПБД |
- |
преобразователь быстрого действия |
пдп |
- |
прямой доступ к памяти |
ПЗУ |
— постоянное запоминающее устройство |
|
ПК |
— персональный компьютер |
|
пкн |
—показатели качества и надежности |
Список сокращений |
7 |
|
ПЛ |
— перфолента |
|
ПО |
— программное обеспечение |
|
ппп—преобразователь последовательного приближения
ППР |
— |
планово-предупредительный ремонт |
ПР |
— |
промышленный робот |
ПРО |
— промышленная рабочая станция |
|
ПРЭ |
— параллельный элемент |
|
ПрС |
— преобразователь суммирующий |
|
ПС |
— последовательная система |
|
птч |
—преобразователь с тональной частотой |
|
ПУ |
— периферийное устройство |
|
РВ |
— реле времени |
|
PC |
— рабочая станция |
|
РТК |
— робототехнический комплекс |
|
р ц |
- |
размерная цепь |
САдУ |
— система адаптивного управления |
|
САК |
— система автоматизированного контроля |
|
САП |
— система автоматического программирования |
|
САПР |
— система автоматизированного проектирования |
|
САУ |
— система автоматизированного управления |
|
СБИС |
— сверхбольшие интегральные схемы |
|
СВФИ |
— система временной и функциональной избыточности |
|
СД |
- |
система диагностики |
СИ |
— счетчик импульсов |
|
сктп |
—компьютерная система конструкторско-технологического |
|
смо |
|
проектирования |
—система массового обслуживания |
||
СОФ |
— система обеспечения функционирования оборудования |
|
сотс |
—смазывающе-охлаждающее технологическое средство |
|
спи |
—смена и подналадка инструмента |
|
СПС |
— специальные программные средства |
|
сси |
—системы структурной избыточности |
|
ссоин —система сбора и обработки информации о надежности |
||
стд |
- |
система технической диагностики |
стз |
—система технического зрения |
|
СУ |
— система управления |
|
СУБД |
— система управления базой данных |
|
тд |
- |
техническая диагностика |
тз |
— техническое задание |
|
тм |
—технологический модуль |
|
тмо |
—теория массового обслуживания |
|
то |
—технологическое оборудование |
8 |
Список сокращений |
ТОР |
— техническое обслуживание и ремонт |
тп |
— технологический процесс |
тс |
— технологическая система |
тсд |
- технические средства диагностирования |
тт— технические требования
ТхС |
— техническая система |
ТУ |
— технические условия |
УВВ |
— устройство ввода-вывода |
УВК |
— управляющий вычислительный комплекс |
УП |
— управляющая программа |
УПУ |
— усилительно-преобразующее устройство |
УСО |
— устройство связи с объектом |
УЧПУ |
— устройства числового программного управления |
ФС |
— файловый сервер |
ЦАП |
— цифро-аналоговый преобразователь |
ЧПУ |
— числовое программное управление |
ЭВМ |
— электронно-вычислительная машина |
ЭЛТ |
— электронно-лучевая трубка |
энимс — Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков
CAD (Computer Aided Design) — компьютерная система проектирования и конструирования
CAE (Computer Aided Engineering) — компьютерная система моделиро вания технологических процессов и инженерных расчетов
CALS (ContinuousAcquisition and Life Cycle Support) — непрерывные по ставки и информационная поддержка жизненного цикла продукции САМ (Computer Aided Manufacturing) — компьютерная система техно логической подготовки производства
CAN (Controller Area Network) — сеть уровня контроллеров
CNC (Computerised Numerical Control) — числовое управление от вычис лительных машин
DNC (Direct Numerical Control) — системы «прямого цифрового управ ления>
ERP (Enterprise Resource Planning) — компьютерная система планиро вания и управление ресурсами предприятия
MRP (Materials Requirement Planning) — компьютерная система пла нирования потребностей в материалах
MRP II (Manufacturing Resource Planning) — компьютерная система управления производственными ресурсами
NC (Numerical Control) — числовое управление
PDM (Product Data Management) — компьютерная система управления проектами и техническим документооборотом
10 |
1. Обеспечение надежности автоматизированных ТС |
с ГОСТ 3.1109-82 технологический процесс — это часть произ водственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Под термином ТС подразумевается весь комплекс разнообразного оборудования и других средств, используемых для металлообра ботки при изготовлении изделий — от универсальных станков до высокоавтоматизированных комплексов. Наиболее ярким при мером таких комплексов являются гибкие производственные си стемы (ГПС). На рис. 1.2 показана организационная структура ГПС на уровне гибкого автоматизированного цеха (ГАЦ), а также специфика формирования ГПС на базе технологического обору дования (ТО) и средств оснащения.
Термин «автоматизированный» означает обязательное (актив ное) участие человека в выполняемых процессах (проектирования, изготовления, функционирования объектов, систем, оборудования, комплексов).
В соответствии с ГОСТ 26228-95 гибкая производственная система — это совокупность (или отдельная единица) ТО и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установ ленных пределах значений их характеристик.
За счет высокого уровня автоматизации и надежности обору дования ГПС стало возможным практически реализовать идею «безлюдной», точнее «малолюдной», технологии. Термин «без людный» сложился исторически, однако его нельзя понимать буквально — как «производство без людей». В ГПС автоматизи рованы большинство функций, которые ранее требовали обяза тельного участия человека, — тяжелые, трудоемкие, монотонные операции. Современное оборудование ГПС может работать дли тельное время автоматически, по программе, без непосредствен ного участия и вмешательства человека в процесс обработки. За человеком закреплены только некоторые специфические (мож но даже сказать «творческие») функции, требующие высокого уровня квалификации и подготовки: наладочные работы; тех ническое обслуживание и подготовка производства; некоторые функции контроля, управления, координации и принятия ре шений.