CC BY
232
УДК 681.5; 621.9.07
С.А. Игнатьев
ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТОЧНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
Рассматривается структура системы мониторинга технологического процесса изготовления высокоточных деталей в виде четырех подсистем.
Система мониторинга, детали подшипников
S.A. Ignatyev
TECHNOLOGICAL PROCESS MONITORING SYSTEM ORGANIZATION OF EXACT ENGINEERING INDUSTRY PARTS MANUFACTURE
The structure of monitoring system of high-precision parts production process in the form of four subsystems is observed her in this article.
Monitoring system, bearings’ parts
Одним из направлений обеспечения качества изготовления деталей точного машиностроения является применение систем мониторинга технологического процесса (СМТП), входящих в состав АСУТП [1, 2].
Качество функционирования и использования средств мониторинга в значительной степени зависит от организации СМТП в рамках предприятия.
Под мониторингом машин понимается научно спроектированная система (средства и методы) непрерывных наблюдений и измерений с применением соответствующих оценочных процедур идентификации, анализа текущего состояния, распознавания особых состояний, краткосрочного (1-2 с) и долгосрочного (минуты, часы) прогнозирования и автоматического принятия оперативных и тактических решений [3].
Мониторинг технологического процесса (ТП) охватывает оборудование (станки), процесс обработки (режимы резания) и изготавливаемые детали (до и после обработки) [2].
Анализ известных работ в области мониторинга ТП механообработки показал, что существующие методы не полностью учитывают специфические особенности СМТП как сложной системы, выполняющей в общем случае функции контроля, идентификации, диагностирования, оценки технического состояния, прогнозирования и управления состоянием ТП на основе анализа информации и принятия решения [1, 6] как на уровне предприятия, так и на уровне цеха и индивидуально каждой единицы автоматизированного технологического оборудования.
Для построения эффективной СМТП необходима методология, позволяющая на основе системных представлений и принятого критерия рекомендовать целесообразную организацию системы и принципы ее функционирования, а также разработать научное обоснование и комплекс технических решений.
Методологической основой при построении СМТП служит системный подход как начальный этап системного анализа, применяемого при исследовании сложных технических систем [4, 5]. Многоаспектные исследования в соответствии с системным подходом позволяют получить достаточно полное представление об организации СМТП и ее взаимодействии с другими системами предприятия.
Системный подход позволяет рационально формировать, структурировать и решать для построения СМТП ряд взаимосвязанных задач, направленных на достижение поставленной цели. Следует отметить, что кроме решения задачи обеспечения заданного качества продукции, СМТП позволяет повысить надежность функционирования оборудования за счет снижения аварийных ситуаций и перехода к техническому обслуживанию по состоянию [2, 3, 7].
При организации СМТП важная роль принадлежит структурному анализу, позволяющему выделить ряд подсистем, необходимых для ее функционирования (рис. 1) [8]:
1) организационная подсистема;
2) подсистема технического обеспечения;
3) подсистема научно-методического обеспечения;
4) информационная подсистема.
В структуру организационной подсистемы входят представители аппарата управления предприятием, отделами и цехами, ответственные за качество продукции, лаборатории мониторинга ТП, отдела АСУТП, а также отдельные операторы, осуществляющие контрольные операции в подразделениях предприятия. В этой подсистеме анализируется выходная информация о качестве продукции, состоянии ТП, в том числе оборудования, поступающая из СМТП в виде документов, принимаются общие решения по структуре документооборота (в том числе электронного) и по совершенствованию ТП, СМТП и системы менеджмента качества предприятия (СМК) [2,
5].
Подсистема технического обеспечения включает в свой состав, во-первых, человеческие ресурсы, в частности, представителей лаборатории мониторинга ТП и производственных подразделений, обеспечивающих нормальное функционирование аппаратных средств СМТП, а также специалистов по диагностированию и ремонту технологического оборудования, во-вторых, аппаратные средства, с помощью которых реализуется СМТП, в том числе, внешние и встроенные, автоматизированные, неавтоматизированные и автоматические измерительные устройства, входящие в состав информационно-измерительных каналов, осуществляющих регистрацию, первичную обработку, передачу, хранение и воспроизведение исходной информации о состоянии оборудования, ТП и качестве деталей. Аппаратные средства СМТП базируются на широком применении современных средств автоматизированных измерений различных параметров и компьютерной техники [2, 6, 7].
В состав подсистемы научно-методического обеспечения входят специалисты лаборатории мониторинга, отдела контроля качества, конструкторского и технологического отделов, а также специалисты других предприятий и научноисследовательских организаций, привлекаемые в роли экспертов по ключевым вопросам. Указанные специалисты решают ряд взаимосвязанных задач:
- разработка общей схемы организации мониторинга на предприятии и частных схем для конкретных видов ТП, включая выбор информативных параметров для СМТП;
- формирование критериев оценки качества ТП;
- разработка рекомендаций по принятию управляющего решения для повышения качества изделий на основе данных, полученных из информационной подсистемы;
Организационная Подсистема научно-методического
подсистема обеспечения
Т
Заготовки
Технологический процесс
Контроль Контроль
состояния режима
Контроль
параметров
Детали
- выбор известных и разработка новых методов и средств измерения основных параметров ТП;
- оценка метрологических характеристик новых средств контроля;
- разработка методик проведения измерений, обучающих экспериментов и обработка их результатов;
- построение комплекса математических моделей объектов контроля и соответствующего программного обеспечения для количественной и качественной интеграции результатов измерений и их использования в СМТП;
- разработка алгоритмов диагностирования оборудования.
Пример методического обеспечения вихретокового контроля колец подшипников в рамках СМТП в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» приведен на рис. 2.
Вихретоковый контроль неоднородности поверхностного слоя дорожек качения колец подшипников
Обучающий эксперимент
Сигнал с ВТД
Контроль качества изготавливаемых колец
Рис. 2. Методическое обеспечение вихретокового контроля качества колец как элемента системы мониторинга
Обучающий эксперимент по оценке качества колец проведен на кольцах с дефектами и кольцах без дефектов, выявленных другими методами контроля. В результате составлен специальный классификатор дефектов, с помощью которого оператор визуально распознает дефекты изготовленных колец (рис. 3 и 4) и дает балльную оценку в зависимости от амплитуды сигнала вихретокового датчика (ВТД) [9].
Для автоматического распознавания дефектов необходимо использовать специальные методы математической обработки сигналов ВТД, в частности, Фурье-преобразование, вейвлет-преобразование, а также методы распознавания образов, например, по геометрическим характеристикам дефектов с использованием искусственных нейронных сетей [10].
Рис. 3. Пример выявления поперечных трещин на поверхности качения
Рис. 4. Пример выявления периодических шлифовочных прижогов
Подсистема информационного обеспечения включает в свой состав, во-первых, человеческие ресурсы, в частности, специалистов отдела АСУТП и лаборатории мониторинга, во-вторых, аппаратные средства, состоящие из компьютерных систем обработки информации и линий связи с измерительными устройствами на объектах контроля. Данная подсистема обеспечивает сбор и обработку измерительной информации, формирование диагностической информации, создание баз данных, формирование и передачу информационных потоков в виде электронного документооборота между другими подсистемами СМТП. Именно на основе данных из
информационной подсистемы и рекомендаций из подсистемы научно-методического обеспечения формулируются управляющие решения как лицом, принимающим решение (из организационной подсистемы), так и экспертными системами по мере повышения уровня интеллектуальности аппаратно-программных средств данной подсистемы [2, 6, 11].
Представленная структура СМТП позволяет достаточно эффективно решить вопросы управления качеством продукции. В той или иной степени рассмотренные подсистемы прошли апробацию в рамках СМТП, реализованной в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» [2, 6, 12].
ЛИТЕРАТУРА
1. Пуш А.В. Моделирование и мониторинг станков и станочных систем / А.В. Пуш // СТИН. 2000. № 9. С. 12-20.
2. Мониторинг станков и процессов шлифования в подшипниковом производстве / А. А. Игнатьев, М.В. Виноградов, В.В. Горбунов и др. Саратов: СГТУ, 2004. 124 с.
3. Надежность и эффективность в технике: справочник: в 10 т. Т. 8. Эксплуатация и ремонт. М.: Машиностроение, 1990. 320 с.
4. Перегудов Ф.И. Основы системного анализа / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко. Томск: Изд-во НТЛ, 1997. 396 с.
5.Меньков А.В. Теоретические основы автоматизированного управления / А.В. Меньков, В. А. Острейковский. М.: Оникс, 2005. 640 с.
6. Игнатьев А.А. Активный контроль и мониторинг процесса шлифования деталей подшипников / А. А. Игнатьев, В.В. Горбунов, С. А. Игнатьев. Саратов: СГТУ, 2007. 104 с.
7. Диагностика и надежность автоматизированных систем / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.В. Мартынов, А.Г. Схиртладзе. Старый Оскол: ТНТ, 2006. 380 с.
8. Игнатьев А.А. Организация системы мониторинга технологического процесса / А.А. Игнатьев, С.А. Игнатьев, В.В. Горбунов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2008. С. 71-75.
9. Волынская О.В. Автоматизация вихретокового контроля неоднородности структуры поверхностного слоя деталей подшипников при мониторинге процесса шлифования: автореф. дис. ... канд. техн. наук / О.В. Волынская. Саратов: СГТУ, 2002. 16 с.
10. Игнатьев А.А. Автоматизация распознавания дефектов шлифованных деталей в системе мониторинга технологического процесса производства подшипников / А.А. Игнатьев, А.Р. Бахтеев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2006. № 3(14). С. 136-142.
11. Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. САЬБ-технологии / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.
12. Игнатьев А.А. Совершенствование системы управления качеством продукции на основе мониторинга технологического процесса / А. А. Игнатьев, О. В. Волынская // Саратовский подшипник. 2007. №7. С.7-9.
Игнатьев Станислав Александрович -
кандидат технических наук,
докторант кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета Статья поступила в редакцию 06.03.08, принята к опубликованию 22.05.08
