книги / Надежность и диагностика технологических систем

ских испытаний (наблюдений, обобщения опыта эксплуатации) малоэффективен в силу ряда причин.

Во-первых, оборудование уже изготовлено и если допущены просчеты, то они неисправимы, а при работе оборудования на­ чинаются отказы, поломки, остановы. К сожалению, это лишь констатация факта, что конструкция ненадежная. Польза при этом только в том, что выявляются «слабые» звенья и причины отказов, но с большим опозданием.

Во-вторых, использование этого метода означает безнадеж­ ное отставание во времени. Машина (конструкция) может даже морально устареть, пока набираются статистические данные о ее «надежности».

Конструирование должно быть поисковым, опережающим. Пер­ спективными направлениями при оценке надежности машин явля­ ются специальные методы моделирования (аналитическое прогно­ зирование, метод Монте-Карло и др.).

Для оценки безотказности станков с ЧПУ можно использо­ вать коэффициент надежности Кн, который определяется соот­ ношением

где 5 — допуск на обработку; 6Н— запас (резерв) станка по точ­ ности обработки.

Анализ последствий отказов. Для работающей ТС наиболее опасны внезапные отказы. Они непредсказуемы и могут привести

к тяжелым последствиям, большим материальным затратам и даже опасным ситуациям, среди которых назовем следующие:

•неожиданный выход параметров точности обработки за ус­ тановленные пределы (последствия — брак);

•внезапный останов станка (последствия — нарушение рит­ ма и такта);

•поломка режущего инструмента, выкрашивание и сколы режущей части, катастрофический износ (последствия — авария или брак);

•поломка элементов механической части ТС (узла, механиз­ ма, отдельной детали), что требует больших затрат времени на поиск и устранение неисправностей, а также на ремонт;

•утечки масла из гидросистем и загрязнение (заражение) тер­ ритории, на которой размещена ТС;

•неправильное функционирование или неисправности в СУ, которые трудно обнаружить сразу (например, сгорела плата, элемент, нет контакта);

•возгорание из-за короткого замыкания в электросетях. Постепенные (износные) отказы трудно обнаружить своевре­

менно. Они назревают монотонно и неотвратимо. Это объективный физический процесс. Существует два метода предотвращения постепенных отказов:

1)прогнозирование (расчет) потери станком точности;

2)применение автоматизированной системы диагностики (АСД) состояния основных элементов оборудования и контроль за ходом ТП.

Социально-экономический ущерб из-за отказов обусловлен работой с ухудшенными параметрами; длительными простоями

идополнительными трудозатратами на восстановление работо­ способности и наладку оборудования; снижением производи­ тельности и эффективности; срывом производственного задания; повышенным процентом брака.

Низкий уровень надежности приводит к большим матери­ альным потерям. Даже промышленно развитые страны теряют по этой причине до 10 % национального дохода. Поэтому для повышения надежности автоматизированных ТС применяют специальные методы, которые будут рассмотрены ниже.

Рис. 1.8. Динамика автоматизации и повышения

В качестве программоносителя на станках с ЧПУ использовались магнитная лента (МЛ) и перфолента (ПЛ). Однако технический уровень и надежность станков с ЧПУ первого поколения были крайне низкими, поэтому они нашли применение только в сред­ несерийном и мелкосерийном производстве. Кроме того, процесс подготовки управляющих программ (УП) был неавтоматизиро­ ванным, довольно трудоемким и длительным.

уровня надежности ТС металлообработки

Станки с ЧПУ первого поколения позволяли автоматизиро­ вать только сам цикл механообработки заготовок (рабочие и холо­ стые ходы, смену инструмента). Высвобождение человека пол­ ностью от работы на этих станках невозможно. Для этого нужна комплексная автоматизация производства.

Второй качественный скачок (рис. 1.8; 2) связан с появлением в 1980-х гг. принципиально нового вида комплексно автомати­

зированного оборудования с ЧПУ — ГПМ. Модуль включает в себя комплекс специализированных, автоматически работающих по программе элементов (автономных систем), к которым относятся:

•основное технологическое оборудование (собственно станок);

•автоматическое загрузочно-разгрузочное устройство (робот или манипулятор);

•автоматическое зажимное устройство для закрепления за­ готовок на станке;

•система автоматической смены инструмента;

•система автоматизированного контроля точности обработки;

•система автоматического программного управления всем тех­ нологическим комплексом и отдельными элементами;

•накопители-ориентаторы для заготовок;

•система автоматической уборки стружки.

Высокий общий технический уровень ГПМ (оснащение систе­ мами диагностики (СД) и системами контроля качества обработки, возможность обработки заготовок без переустановки, введения коррекции и автоматического управления точностью) позволяет значительно повысить и уровень надежности, а также произво­ дительность и эффективность всего процесса производства.

ГПМ позволяет почти полностью высвободить человека от участия в процессе производства. На базе ГПМ создаются гибкие автоматизированные производства (ГАП). На них практически реализуется идея «безлюдной» технологии. Однако для создания полностью автоматизированных производств необходимо автома­ тизировать еще и техническую подготовку производства, включаю­ щую конструкторскую и технологическую подготовку (проекти­ рование заготовок, оснастки, инструмента, оптимальных ТП). При традиционных (неавтоматизированных) методах проектиро­ вания, организации и управления производством практически невозможно своевременно обеспечить его техническую подготовку и эффективное функционирование.

Третий качественный скачок (рис. 1.8; 3) связан с использова­ нием в ГАП комплекса полностью автоматизированных специа­ лизированных систем технической подготовки и управления про­ изводством: систем автоматизированного проектирования (САПР); систем автоматического программирования (САП) для подготов­ ки УП; автоматизированных систем технической подготовки про­ изводства (АСТПП); автоматизированных систем научных ис­ следований (АСИИ); автоматизированных систем управления

технологическими процессами (АСУТП); автоматизированных систем диагностики (АСД) и систем автоматизированного кон­ троля (САК). Кроме того, появилась возможность оперативно использовать информационное обеспечение базы данных (БД) и базы знаний (БЗ).

Комплексное использование указанных автоматизированных систем обеспечивает высокий уровень надежности, безопасности, мобильности и эффективности ГПС, а также качества выпускае­ мой продукции.

Быстрому расширению технологических возможностей, по­ вышению надежности и эффективности автоматизированного оборудования способствовал высокий темп создания СУ на осно­ ве современной элементной базы электронной техники и новых схемных решений.

В 1970-х гг. были созданы системы ввода и преобразования управляющей информации типа NC (Numerical Control — чи­ словое управление). Появилась возможность размещать вычисли­ тельные устройства непосредственно у станка. Оператор вводит коррекцию с устройства ЧПУ, но только при останове станка.

Развитие интегральных микросхем позволило перенести к стан­ ку еще более мощные вычислительные средства — микропро­ цессоры (МП). Стали внедряться системы типа CNC (Computerised Numerical Control — числовое управление от вычислительных машин). В системах CNC возможен ввод управляющей инфор­ мации преднабором на пульте станка или ее ввод с ПЛ. Возмо­ жен также ввод коррекции и ее визуализация на дисплее, что значительно повышает надежность уже на стадии подготовки УП.

Наиболее эффективными являются системы «прямого цифро­ вого управления» DNC (Direct Numerical Control). Эти развитые системы позволили исключить при вводе управляющей инфор­ мации перфоленту и перфоввод (самый ненадежный узел системы ЧПУ); объединить в общей системе подготовку УП и изготовле­ ние детали; управлять группой станочных модулей с верхнего уровня.

Научно-техническая революция в конце XX в., высокие дости­ жения и возможности электроники, вычислительной техники, кибернетики коренным образом изменили традиционную систему производства и технологическую науку путем разработки и вне­ дрения новых методов, подходов и концепций при решении задач технологии. Однако одной из сложнейших и важнейших науч­

По организационному признаку (структуре) ГПС подразде­ ляют на следующие уровни: ГПМ — первый уровень; гибкая ав­ томатизированная линия (ГАЛ) и гибкий автоматизированный участок (ГАУ) — второй уровень; ГАД — третий уровень; гибкий автоматизированный завод (ГАЗ) — четвертый (высший) уровень.

ГПМ — это ГПС, состоящая из единицы ТО, оснащенная автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации ТП, автономно функционирую­ щая, осуществляющая многократные циклы и имеющая воз­ можность встраиваться в систему более высокого уровня. Кроме обработки заготовок ГПМ выполняет в автоматическом режиме функции по их накоплению, загрузке и разгрузке, контролю точности обработки и др.

Робототехнический комплекс (РТК) является частным слу­ чаем ГПМ при условии возможности встраивания его в систему более высокого уровня. ГПМ (РТК) является главной структур­ ной единицей ГПС. Как правило, в ГПМ входят ОЦ или МС с ЧПУ, накопители, магазины инструментов с манипуляторами для их замены, приспособления-спутники (паллеты), специальные авто­ матические устройства: управления; замены оснастки; перена­ ладки; ориентирующие; удаления отходов; контроля и диагно­ стики; загрузочно-разгрузочные, в том числе промышленные роботы (ПР).

ГАЛ — это ГПС, в которой ТО расположено в соответствии с принятой последовательностью технологических операций, со­ стоящая из нескольких ГПМ, объединенных между собой средст­ вами межоперационного транспортирования и автоматизиро­ ванной системой управления (АСУ). Транспортная система ГАЛ перемещает изготовляемые изделия только по заранее установ­ ленным маршрутам. Такая структура несколько снижает уровень (запас) надежности ГПС, так как при отказах нет возможности варьировать материальные потоки.

ГАУ — это ГПС, в которой средства межоперационного транс­ портирования обеспечивают свободу адресации (перемещения) ма­ териальных пбтоков и изменения последовательности работы ТО; состоит из нескольких ГПМ, объединенных АСУ.

ГАД — это ГПС, представляющая собой совокупность ГАЛ и (или) ГАУ, предназначенная для выпуска изделий заданной номенклатуры или выполнения какого-либо технологического передела.

ГАЗ — это ГПС, представляющая собой совокупность ГАЦ, предназначенная для выпуска готовых изделий в соответствии с планом основного производства.

По степени автоматизации ГПС подразделяют на гибкий про­ изводственный комплекс (ГПК) и ГАП.

ГПК — это ГПС, состоящая из нескольких ГПМ, объединен­ ных АСУ и автоматизированной транспортно-складской систе­ мой (АТСС), автономно функционирующая в течение заданного интервала времени и имеющая возможность встраиваться в сис­ тему более высокой степени автоматизации.

ГАП — это ГПС, состоящая из нескольких ГПК, объединен­ ных автоматизированной системой управления производством (АСУП) и автоматизированной транспортно-складской системой (АТСС), позволяющая осуществлять автоматизированный пере­ ход на изготовление новых изделий с помощью АСНИ, САПР и АСТПП.

ГПС условно различаются также по степени автоматизации, каждая из которых характеризуется выполнением системой в автоматическом режиме совокупности определенных функций (табл. 1.1). Уровень автоматизации ГПС во многом определяется уровнем автоматизации ГПМ, из которых комплектуются ГПС.

Таблица 1.1