CC BY
25
Key words: luminophors, rare earths, strontium thiogallate, luminescence, ytterbium, erbium, holmium.
Maryina Ulyana Andreevna, candidate of technical sciences, senior researcher, uma-rina@,ncfu.ru, Russia, Stavropol, PLC «LUM»,
Vorobyev Victor Andreevich, doctor of technical Sciences, senior re-searcher, director, lum.npf@,gmail.com, Russia, Stavropol, PLC «LUM»,
Maryin Alexander Petrovich, postgraduate, deputy chief technologist, kosmostechayandex.ru, Russia, Stavropol, PLC «LUM»,
Pigulev Roman Vitalyevich, candidate of technical sciences, head of chair, rpig-ulev@,ncfu.ru, Russia, Stavropol, North Caucasian Federal University
УДК 621.90.02
ИНДУСТРИЯ 4.0 ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
А.В. Ковалев
Рассмотрены комплексные решения, позволяющие повысить эффективность технического обслуживания на основе анализа динамических процессов, связанных с эксплуатацией оборудования. Сбор, хранение и анализ данных осуществляются в среде Индустрия 4.0. Автоматизация работы ремонтных служб позволяет снизить количество внеплановых ремонтов, улучшить качество обслуживания и степень надежности оборудования.
Ключевые слова: техническое обслуживание, износ, индустрия 4.0, прогнозирование, тренд, диагностика, цифровая среда.
Неоспоримо высокий потенциал имеет цифровое производство при проведении работ по техническому обслуживанию. Современные технологии позволяют собирать информацию в режиме реального времени, хранить её без ограничений и анализировать. Своевременно полученная и проанализированная информация о фактическом состоянии оборудования позволяет оперативно корректировать межремонтные периоды, распределять людские и финансовые ресурсы по необходимости. Таким образом, основная задача состоит в оцифровке состояния оборудования и периода его возможной эксплуатации.
Срок эксплуатации металлорежущего оборудования определяется износом его узлов вследствие длительно действующих нагрузок или разрушения поверхностного слоя при трении. Скорость износа напрямую зависит от условий и режимов эксплуатации, износостойкости материала, характера смазки трущихся поверхностей, удельных нагрузок и скорости
скольжения. Определяется износ по изменению зазора между сопрягаемыми поверхностями деталей, уменьшению точности обработки изделия. При определенных значениях изменений, возникающих в результате изнашивания, наступает предельный износ, вызывающий резкое ухудшение эксплуатационных качеств улов, механизмов и оборудования в целом, что влечет за собой необходимость ремонта. Первостепенной причиной износа является трение, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения их поверхностей по касательным к ним с выделением тепла. Изнашивание происходит под действием механических или коррозийных процессов. При механическом износе происходят истирание поверхностного слоя металла и искажение геометрических размеров у совместно работающих деталей. При штатной эксплуатации оборудования износ трущихся поверхностей сопрягаемых узлов и деталей незначительный. Степень и характер механического износа деталей зависят от многих факторов: физико-механических свойств верхних слоев металла, условий работы и характера взаимодействия сопрягаемых поверхностей, давления, относительной скорости перемещения, условий смазывания трущихся поверхностей, степени шероховатости. Механический износ может быть вызван халатным обслуживанием оборудования, к примеру, некачественным ремонтом или несоблюдением его сроков, длительной перегрузкой. В период эксплуатации узлы оборудования подвергаются длительному действию переменных динамических нагрузок, которые более существенно влияют на прочностные свойства детали, чем нагрузки статические. Усталостный износ является результатом действия на деталь переменных нагрузок, в результате которых наступает разрушение. Усталостные разрушения материалы детали не обязательно должны сразу привести к его поломке. Однако усталостные трещины, шелушения вызывают ускоренный износ деталей механизмов.
Коррозионный износ является результатом изнашивания узлов под действием агрессивной среды. Под влиянием коррозии в деталях образуются глубокие разъедания, поверхность становится губчатой, теряет механическую прочность. Коррозионный износ сопровождается и механическим износом вследствие сопряжения поверхностей. В таком случае происходит так называемый комплексный износ.
К примеру, ходовые винты приводов подач металлорежущих станков имеют трапецеидальную или прямоугольную резьбу. У винта и его гайки изнашивается резьба, витки становятся тоньше. Износ резьбы у винтов неравномерный. Сильнее изнашивается та часть резьбы, которая работает больше. Гайки ходовых винтов изнашиваются быстрее, чем винты, по причине того, что у гайки, сопряженной с винтом, участвуют в работе все витки резьбы, тогда как у винта одновременно работает только небольшая часть его витков, равная числу витков гайки. В подшипниках качения вследствие различных причин износу подвержены рабочие поверхности - на них появляются оспинки, наблюдается шелушение поверхностей беговых дорожек и шариков. Под действием динамических нагрузок происходит их усталостное разрушение; под влиянием излишне плотных посадок подшипников на
вал и в корпус шарики и ролики защемляются между кольцами, в результате чего возможны перекосы колец при монтаже и другие нежелательные последствия [1]. Для организации цифровой среды необходимо с помощью программно-аппаратных средств оцифровать известные дефекты металлорежущего оборудования, процесс износа и скорость его развития.
На АО «КБП» внедрено и применяется приложение Winnum CNC, разработанное на базе решений Winnum. Мониторинг работы оборудования и подключенной к нему периферии ведется в постоянном режиме. В составе комплекса реализованы непрерывный сбор и хранение важной информации с каждой единицы оборудования (параметры работы оборудования и его узлов, заданные технологические процессы, действия операторов, ошибки и предупреждения, состояния и статусы). Имеется возможность удаленного контроля и управления оборудованием в соответствии с назначенными правами доступа и фактическими параметрами работы оборудования.
Анализ полученной информации о статистике работы оборудования, расчеты фактических показателей работы/простоя в режиме реального времени позволяют оценивать состояние оборудования.
Применение программного комплекса Winnum CNC упрощает поиск причин поломок и способствует сокращению количества внештатных ситуаций, связанных с выходом из строя оборудования. Возможность объективного анализа внештатных ситуаций реализуется возможностью удаленного контроля действий операторов, назначением алгоритмов и правил, действующих при возникновении ошибки или выборе недопустимых параметров работы.
Отсутствие человеческого фактора при выполнении мониторинга и контроля позволяет получить более точные и актуальные независимые данные. В составе программного комплекса реализованы создание, отладка и запуск диагностических программ и алгоритмов, оперативное уведомление и информирование.
Программный продукт Winnum CNC состоит из разделов, специализированных приложений. Приложение «Мониторинг» позволяет следить за текущим состоянием оборудования. Приложение «Анализ» отображает графики изменения сигналов за выбранный интервал времени.
Экспертно-превентивное техническое обслуживание и ремонт могут заблаговременно определять и выявлять возможные поломки и сбои в работе оборудования. Заблаговременное прогнозирование вероятных сбоев и неисправностей позволит производить своевременный заказ запасных частей как в гарантийный, так и постгарантийный период.
Основная трудность состоит в обработке и интерпретации большого массива данных, который формируется в результате работы каждой единицы оборудования.
Представителями ремонтных подразделений совместно с разработчиками системы мониторинга на основе штатных возможностей Winnum CNC разработано приложение «Диагностика». Алгоритм работы данного приложения заключается в фильтрации и сохранении пиковых значений
диагностического сигнала при установившихся режимах работы в настраиваемый период времени. Установив зависимости между значениями диагностического сигнала и фактического состояния оборудования, осуществим переход к переводу износа в цифровую среду.
Согласно стандарту СТО 671 - 2017 на предприятии применяется методика прогнозирования износа путем построения тренда изменения диагностического сигнала [2]. При практическом применении данный метод прогнозирования зарекомендовал себя с наилучшей стороны. Универсальный алгоритм прогнозирования, заложенный в данном стандарте, применим и в разработанном приложении диагностика.
При совместном тестировании разработанного приложения «Диагностика» и прогнозной модели из СТО 671 - 2017 в условиях производства по полученным данным проведен ремонт оборудования в скорректированный момент времени по данным тренда.
На рисунке представлены данные нагрузки на одном из приводов подач металлорежущего станка.
Данный график характеризует изменение диагностического сигнала полученное с помощью приложения «Диагностика». По результатам работы приложения на интервале 0 - 5 был зафиксирован рост амплитуды диагностического сигнала. По данным нагрузки, введенным в прогнозную модель, построен тренд, в результате чего сделан вывод о наступлении в скором времени критического износа. На основании спрогнозированной величины скорректировано время проведения регламентных работ. В ходе работ были заменены шарики более высокой точности в винтовой паре, и станок сдан в эксплуатацию с сохранением заданных параметров. На интервале измерений 5 - 20 представлены данные диагностики после проведения ремонтных работ. Как видно из графика, диагностический сигнал имеет монотонную и установившуюся амплитуду. Данный вид кривой свидетельствует об отсутствии критического износа, что позволяет эксплуатировать оборудование до следующего ремонтного цикла.
200
I 150
р!
М 100
50 0
О 5 10 15 20 25
Измерения
Рис. 1. Данные диагностики
Разработанные и внедренные программно-аппаратные средства позволяют ремонтным службам перейти в сферу цифрового производства, а представленные решения - собирать в режиме реального времени и хранить большие массивы данных, проводить анализ. Это позволяет осуществлять
техническое обслуживание исходя из фактического состояния оборудования, тем самым повышается рентабельность оборудования и всего предприятия за счет максимально допустимого периода эксплуатации и минимальных рисков внеплановых простоев оборудования.
Список литературы
1. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1978. 199 с.
2. Ковалев А.В., Трушин Н.Н., Сальников В.С. Прогнозирование технического состояния технологического оборудования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 2. 2014. C. 554 - 560.
Ковалев Андрей Владимирович, ведущий инженер, khkedratula.ru, Россия, Тула, АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»
INDUSTRY 4.0 FOR THE ORGANIZATION OF MAINTENANCE SERVICE OF METAL-CUTTING EQUIPMENT
A. V. Kovalev
In this paper, we consider integrated solutions to improve the efficiency of maintenance based on the analysis of dynamic processes associated with the operation of equipment. The collection, storage and analysis of data is carried out in Industry 4.0. Automation of the repair services allows to reduce the number of unscheduled repairs, improve the quality of service and the degree of equipment reliability.
Key words: maintenance, wear, industry 4.0, forecasting, trend, diagnostics, digital environment.
Kovalev Andrey Vladimirovich, lead engineer, khkedratula. ru, Russia, Tula, JSC «Instrument Design Bureau academician A.G. Shipunova»
