CC BY
10
Виктор Скачек Алексей Скачек Алексей Сотцев
кандидат технических наук, заведующий лабораторией заведующий сектором научный сотрудник
(лаборатория автоматизации производства БНТУ)
ОПЫТ РАЗВИТИЯ СОБСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Современное производство характеризуется повышенным спросом на новейшие наукоемкие технологии, которые дадут возможность производителю получить преимущества в жесткой конкурентной производственной среде, которая наконец-то начала формироваться в Республике Беларусь. Особо остро вопрос выбора направлений работы стоит перед относительно небольшими научно-техническими коллективами, способными динамично реагировать на потребности рынка научно-технической продукции и технологий. При этом имеются следующие альтернативы: или быть разработчиком и поставщиком технологий, документации и know-how для стороннего заинтересованного потребителя, или развивать собственное производство на основе оригинальных разработок.
Коллектив сотрудников Белорусского национального технического университета (БНТУ), специализирующихся в области обработки силомоментной информации на основе тензометрических преобразователей, сформировался в период 1987—1990 гг. и прошел становление в самые тяжелые годы экономического развала и последующей стагнации производства. В качестве основной экономической идеи развития был выбран путь создания собственной аппаратной и программно-алгоритмической базы для конструирования тензометрических весов и дозаторов.
Формирование приоритетного технико-экономического направления, на наш взгляд, является принципиальным решением для дальнейшего успешного развития. При этом следует учитывать следующие обстоятельства. Во-первых, техническая идея, принятая для реализации, должна быть востребована обществом на достаточно длительный период, нельзя ориентироваться на сиюминутные, хотя и выгодные, на первый взгляд, задачи. Во-вторых, при планировании научно-технического инновационного проекта следует реально оце-
нивать собственные возможности, особенно в части финансирования работ. Практика показала, что расчет на финансирование проектов за счет государственных источников или частных инвесторов может быть оправдан только в том случае, когда имеется большой научно-технический задел — не менее 60—80 % объемов работ. В-третьих, создаваемый продукт должен быть максимально наукоемким, так как от этого параметра напрямую зависит доля прибыли авторов проекта при его серийном производстве на предприятии-изготовителе или в процессе самостоятельного освоения.
Идея создания весовых и дозирующих систем в БНТУ возникла на основе значительного опыта, приобретенного еще в советское время при создании средств очувствления промышленных роботов. Очевидно, что даже в тяжелых экономических условиях весы и дозаторы у потребителей будут пользоваться большим спросом, так как в условиях недостатка средств точное взвешивание — это путь к серьезной экономии. Данная концепция была блестяще подтверждена в период галопирующей инфляции 1992—1994 гг., когда стоимость систем в сопоставимых единицах была в 2—3 раза выше, чем в настоящее время. Именно тогда были созданы основные элементы весоизмерительных систем, явившихся основой для последующего совершенствования и модернизации.
В БНТУ проведены работы по созданию таких основных элементов весоизмерительных систем, как тензометрические датчики и специализированные весовые контроллеры. Первые являются сердцем любого весоизмерительного устройства. Несмотря на видимую простоту, в процессе конструирования датчика и его последующего изготовления пришлось решить ряд сложнейших теоретических, технологических и конструкторских проблем. Не удивительно, что в мировой практике круг изготовителей качественных тензометрических систем крайне узок. В начале работ сразу было принято решение о самостоятельном производстве тензодатчиков как для своих нужд, так и для внешних потребителей. Такое решение было принято благодаря проведенному анализу тензометрических систем основных мировых производителей. Оказалось, что во всем мире производство тензодатчиков категории точности 0,06...0,1 % (наиболее ходовые модели) осуществляется только вручную, так как автоматизация
или хотя бы механизация основных процессов производства таких изделий в настоящее время практически невозможна, чем и объясняется их высокая стоимость на мировых рынках. Следовательно, производство тензодатчиков на небольшом предприятии представляется более выгодным, так как исключает бюрократические проволочки, неизбежные при большой численности работающих. Подтверждением этому служат крупнейшие российские фирмы-производители весов: АОЗТ «Масса-К», ЗАО «Тензо-М» и др.
Номенклатура разработанных и выпускаемых в университете тензо-метрических датчиков охватывает весь диапазон встречающихся на практике усилий: от 60 Н до 100 кН. Выпускаются 3 конструктивные модификации датчиков: параллелограммные, S-образные и стержневые. Основные характеристики параллелограммных датчиков приведены в таблице 1, S-образных — в таблице 2, стержневых — в таблице 3.
Таблица 1.
Наименование Тип датчика ДВТ
параметра по ГОСТ 30129 6 15 30 50 100 150 300
Наибольший предел измерения, кг 6 15 30 50 100 150 300
Рабочий коэффициент передачи, мВ/В 1,1
Категория точности С3
Таблица 2.
Наименование Тип датчика ДВТ
параметра по ГОСТ 30129 100Б 200Э
Наибольший предел измерения, кг
Рабочий коэффициент передачи, мВ/В 1,0
Категория точности С3
Таблица 3.
Наименование Тип датчика ДВТ
параметра по ГОСТ 30129 500 1000 2000 500р 1000р
Наибольший предел измерения, кг
Рабочий коэффициент передачи, мВ/В 1,0
Категория точности С1
Параллелограммные датчики, внешний вид которых приведен на рис. 1, используются преимущественно в весовых системах платформенного типа, так как конфигурация упругого элемента этих датчиков менее чувствительна к паразитным изгибающим моментам. На их основе построены все платформенные весы настольного типа и многие модели напольных измерителей. В связи с тем, что для производства этих приборов не требуется сложного специального нагрузочного оборудования, цена изделий относительно невелика и их серийность выше, чем у других моделей.
S-образные датчики (рис. 2) используются в мультисенсорных системах, к которым относятся приборы с пределами дозирования до 400 кг. Датчики очень удобны для применения в подвесных системах. Благодаря высокой чувствительности и точности метрологические параметры таких систем могут быть выше чем, например, при использовании стержневых конструкций.
ж*^ Рис. 1^» ' Рис. 2
^^ шг
Рис. 1. Внешний вид датчика ДВТ-6 (15,30) Рис. 2. Внешний вид датчика ДВТ-100S
Датчики стержневого типа (рис. 3, 4) изготовлены в герметичном исполнении и предназначены для эксплуатации в тяжелых климатических условиях. Такие конструкции хорошо проявили себя в работе на асфальтобетонных заводах и бетоносмесительных узлах.
Выпуск датчиков мелкими партиями и единичными экземплярами начался с 1993 г., за это время произведено более 10 тыс. этих изделий различных типов. Потребителями продукции являлись ви-лейский завод «Зенит», минский завод «Эталон», Минский моторный завод, ряд институтов НАН Беларуси, предприятия России. В настоящее время месячная программа выпуска составляет от 100 до 200 шт.
Весоизмерительная система становится метрологическим прибором только после того, как информация, поступающая от тензометриче-ского датчика, обрабатывается микропроцессорным устройством, получившим название «весовой контроллер». Создание таких устройств является другим важным направлением, которое разра-
Рис. 3. Внешний вид датчика ДВТ-500 (1000, 2000) Рис. 4. Внешний вид датчика ДВТ-500р (1000р)
Рис. 6
Рис. 5. Внешний вид весов ВЭ-15 Рис. 6. Внешний вид весов ВЭ-150
батывается в БНТУ. Их конструкция имеет достаточно простую схемотехнику, поэтому производство может быть организовано даже на небольших предприятиях и в лабораториях. Разработка такого наукоемкого продукта, как весовой контроллер, требует глубоких знаний не только в радиоэлектронике и программировании, но и метрологии. Несмотря на внешнюю простоту, его создание является весьма длительным и дорогостоящим процессом. Опыт проектирования и выпуска показал, что достичь приемлемых, с точки зрения метрологии, технологии и экономики, результатов удалось только в третьем поколении приборов.
Важно отметить, что программное обеспечение, устанавливаемое в весы и дозаторы, не является универсальным и зависит от характера выполняемой задачи. Так, например, торговые весы должны обеспечивать вывод информации на индикаторы с плавным нарастанием показаний и без присущего всем измерительным устройствам дребезжания после достижения установившихся показаний. Обработка информации в дозаторах носит совершенно другой характер, требующий вычислений достоверного значения веса в каждый таймерный цикл и корректировки управляющих воздействий на подающие механизмы. Учитывая многообразие задач, возникающих перед разработчиком весовых систем, следует весьма скрупулезно провести их систематизацию, иначе придется для каждого конкретного случая разрабатывать новую версию программ, что неизбежно приведет к их низкому качеству. К настоящему времени сформированы две основные базовые версии программного обеспечения, которые могут адаптироваться под конкретные задачи.
На основе имеющихся аппаратно-программных средств в БНТУ создана гамма электронных весов технического назначения. Их конструкция упрощена до предела для обеспечения возможности самостоятельного серийного производства. Достаточно сказать, что, к примеру, весы ВЭ-15 состоят всего из 12 деталей. Достичь такой предельной простоты конструкции удалось путем значительного усложнения алгоритмов работы и программного обеспечения изделия. Внешний вид весов типа ВЭ-15 приведен на рис. 5, а весов ВЭ-150 — на рис. 6.
Весы имеют ряд отличительных особенностей. К их числу следует отнести повышенную степень защиты от различных помех (таких, как, например, работа сотовых телефонов), логическое управление включением питания, автономное питание от встроенного аккумулятора. В конструкции использованы специальные ЖК-индикаторы с подсветкой, обеспечивающие прекрасную читаемость в любое время суток, предприняты специальные меры для упрощения санитарной обработки корпуса в процессе эксплуатации. Настольные весы имеют выносной блок индикации, позволяющий контролировать показания.
Потребителями электронных весов являются в основном предприятия республики, только в 2005 г. было выпущено более 700 единиц измерителей. Они находят применение в почтовых отделениях, на рынках, у частных предпринимателей, на промышленных предприятиях.
Еще одним направлением деятельности ученых БНТУ является автоматизация крупных объектов, оснащенных технологическими линиями на основе дозирующих устройств. К таким объектам относятся асфальтобетонные заводы и бетоносмесительные узлы. В настоящее время в дорожном строительстве и индустрии производства строительных материалов сложилась буквально катастрофическая ситуация с дозирующим оборудованием. Материально-техническая база старых заводов, введенных в эксплуатацию еще в 60-е гг. прошлого века, сильно изношена и не соответствует современным требованиям. Разработаны новые технологии, например, для повышения качества покрытий в дорожном строительстве появилась необходимость добавлять в смеси целлюлозу, а в бетонные смеси — химические добавки различного состава. Кроме того, существовавшие ранее метрологические нормы на дозирующие устройства перестали соответствовать современным техническим требованиям.
Все эти проблемы решаются путем проведения или частичной, или глубокой модернизации производства. Выбор того или иного способа зависит от возможностей предприятия. Специалисты БНТУ предлагают гибкую схему комплектования линий современным оборудованием. При частичной модернизации предполагается только замена дозаторов или их части, при этом меняться может не вся конструкция, а только ее измерительная составляющая. Речь идет о достижении новых качественных показателей устройства при значительно меньших капиталовложениях, чем при покупке нового оборудования. Глубокая модернизация требует замены всего электро- и пневмооборудования линии, а также установки современной АСУ на основе или центрального контроллера, или компьютера.
Идя навстречу потребностям рынка дозирующего оборудования, в университете был создан ряд дозирующих устройств различного назначения: для дозирования целлюлозы, химических добавок, песка, цемента, битума и др. (рис. 7, 8).
Достаточно простая и дешевая конструкция дозатора целлюлозы обеспечила ее большую востребованность. Только за последние 3 года выпущено и внедрено более 20 таких устройств в республике, а в прошлом году, после того как выпускаемые БНТУ приборы прошли квалификационные испытания в России и получили сертификат соответствия, начались поставки и в Россию.
Рис. 7. Дозатор целлюлозы
Рис. 8. Дозатор химических добавок
Рис. 9. Пульт оператора Рис.10. Контроллер тензосистем
Комплексные работы по автоматизации производства включают в себя также разработку и установку на объекты средств автоматизации. К их числу относятся пульты оператора (рис. 9) и шкафы электроавтоматики. Используемая в них современная элементная база обеспечивает высокую надежность при эксплуатации даже в самых неблагоприятных условиях. Проработанные дизайнерские решения делают рабочее место не только удобным, но и красивым.
Особо следует остановиться на устройствах управления, применяемых при дозировании. Современное многокомпонентное дозирование предполагает строгое соблюдения рецептуры дозирования, но при ручном задании рецепта неизбежны ее нарушения, возникающие из-за невнимательности оператора или из-за сложности рецептуры. Для автоматизации процедуры задания параметров дозирования на отдельные дозаторы используют, как правило, компьютеры, однако высокая стоимость как самой аппаратной части, так и программного обеспечения резко повышает стоимость всей системы в целом.
Для управления локальным дозатором в БНТУ создан контроллер тензосистем (рис. 10), для снижения стоимости создания АСУ — многофункциональный контроллер оператора, являющийся заменителем компьютера в системе управления (рис. 11). Это устройство позволяет не только рассчитывать рецептуру и определять задания дозаторам на выдачу того или иного количества материала, но и осуществляет запоминание количества отгруженного продукта. Двухстрочное алфавитно-цифровое табло обеспечивает удобный интерфейс пользователя. Герметичный корпус делает возможным использование в запыленном или сыром помещении. Контроллер оператора работает в одной локальной сети с
контроллерами тензоси-стем, при необходимости на нем может быть продублирована вся информация, регистрируемая локальными управляющими устройствами. Имеющаяся система контроля может фиксировать несанкциониро-Рис.11. Контроллер оператора ванные доступы к базам
данных, хранящимся в энергонезависимой памяти устройства. Учет выдачи материалов производится за смену, месяц, год. При необходимости эта информация может быть передана в устройство верхнего уровня.
Залогом успешного производства в условиях рыночных отношений является выпуск качественной продукции, востребованной потребителями. Достижение высокого качества возможно только при условии сознательного его контроля всеми работниками на всех технологических участках. В БНТУ внедрена ступенчатая система контроля при производстве тензодатчиков. Сущность этой системы заключается в следующем. Весь технологический процесс разбит на отдельные операции и переходы, всего при производстве датчиков имеется 19 основных операций и 42 технологических перехода. На каждой операции сформулированы входные и выходные параметры. Контроль каждого параметра производится рабочим, выполняющим операцию. Следующая операция может начаться только после выполнения предыдущей. Каждый этап продвижения изделия по технологии сопровождается отметками в специальной карте качества. Изделие не может быть признано годным и не может быть подвергнуто приемо-сдаточным испытаниям, если отсутствует отметка в карте качества о выполнении хотя бы одной операции. Последовательный контроль, во-первых, повышает качество продукта за счет исключения возможности возникновения скрытого брака в результате невыполнения какой-либо операции и, во-вторых, повышает ответственность работников за выполняемую операцию.
Положительным результатом внедрения описанной системы явилось, в частности, выявление необходимости проведения технологической тренировки упругих элементов датчиков, которая позволила снизить случайную составляющую погрешности на 40 %.
Важным элементом организации процесса производства является проведение маркетинговых исследований. При этом надо понимать, что данная работа предполагает не только прямые запросы потенциальных заказчиков, но и более широкую деятельность по анализу современного состояния производства, прогнозирования ближайших и дальних перспектив рынков сбыта. В БНТУ маркетинговая деятельность проводится в следующих направлениях:
• прямой опрос потенциальных потребителей;
• опрос головных организаций (дорожно-строительных, строительных трестов, департамента по автомобильным дорогам, Министерства строительства и архитектуры);
• создание системы дилерских организаций по всем областям республики;
заключение дилерских договоров с Россией; разработка Интернет-сайта www.nilap.com; разработка и издание рекламных материалов; создание базы данных по фирмам-производителям; проведение анализа конструкций и программного обеспечения основных конкурентов на рынке весовой техники, определение тенденций развития этого вида техники.
В результате объем выполненных работ за 2005 г. увеличился почти в 1,6 раза, идет успешное формирование портфеля заказов на текущий год.
