CC BY
27
Volchkevich Ilya Leonidovich, doctor of technical sciences, docent, professor, vil@,bmstu.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University,
Galiy Valentin Vladimirovich, assistant, galiy. valentin@,gmail. com, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University
УДК 62-13:001
ОЦЕНКА ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ СТАЦИОНАРНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РОТОРНЫХ МАШИН
Е.А. Ядыкин, Е.В. Давыдова
Рассматривается один из подходов к оценке перемежающихся отказов САЗ технологических роторных машин штучными предметами обработки и к выбору рациональной стратегии обслуживания САЗ, обеспечивающей наибольшую производительность системы.
Ключевые слова: технологическая роторная машина, система автоматической загрузки, штучный предмет обработки, производительность.
В ряде отраслей пищевой промышленности, машино- и приборостроения, производящих штучную продукцию массового выпуска, основой комплексной автоматизации производства, обеспечивающей рост производительности труда, стали автоматизированные технологические системы (ТС), создаваемые на базе технологических роторных машин (РМ) [1-4].
Особенностью ТС, создаваемых на базе РМ, является то, что они представляют собой жесткосинхронизированную совокупность технологических, контрольных и транспортных роторов, расположенных в соответствии с технологической последовательностью обработки предметов на общей станине и объединённых системами привода и управления. В каждой позиции технологического, контрольного и транспортного роторов находятся соответственно инструментальные блоки, контрольные блоки и транспортные клещи. Каждый из инструментальных и контрольных блоков представляет собой автономную систему вида «приспособление - инструмент - предмет обработки». Инструментальные, контрольные блоки и транспортные клещи образуют многоканальную часть ТС.
Общий поток предметов обработки в многоканальной части ТС, создаваемой на базе РМ, разделяется на постоянное число технологических маршрутов. Под маршрутами понимают установленные пути движе-
107
ния предметов обработки по совокупности позиций технологических, контрольных и транспортных роторов, участвующих в процессе обработки, контроля и одновременного транспортирования предметов обработки от позиции загрузки до позиции выдачи готовой продукции. Числовое значение совокупности всех маршрутов.
N = НОК(и1, «2,..., пц,..., ик),
где НОК - наименьшее общее кратное; и£ - число позиций в £ -м роторе
ТС; £ = 1,К - число роторов в многоканальной части ТС.
Процесс образования маршрутов получил название процесса маршрутизации, а периодический процесс образования с первого до ^го маршрутов - цикла маршрутизации [5, 6].
Обеспечение эффективности автоматизированных ТС на стадии эксплуатации, особенно систем, реализующих технологические операции сборки многокомпонентных изделий, невозможно без качественного решения задач автоматической загрузки в ориентированном виде штучных предметов обработки (заготовок, элементов, деталей) с требуемой производительностью и надежностью.
Автоматическая загрузка штучных предметов обработки в различные ТС, в том числе и создаваемые на базе технологических РМ с производительностью до 300...400 шт./мин, осуществляется посредством стационарных систем автоматической загрузки (САЗ).
Для загрузки осесимметричных предметов обработки формы тел вращения в структуре стационарных САЗ широко используют механические дисковые бункерные загрузочные устройства (БЗУ), в которых захватывающие органы расположены по периферии вращающегося диска, при этом каждый захватывающий орган является также и ориентирующим [7].
Большинство известных конструкций механических дисковых БЗУ предназначены для автоматической загрузки предметов обработки с явно выраженной асимметрией по торцам и продольной асимметрией центра масс. Однако, во многих практических случаях загружаемые предметы обработки не имеют явно выраженной асимметрии формы и положения центра масс. С целью повышения надежности механических дисковых БЗУ при загрузке осесимметричных предметов обработки формы тел вращения с неявно выраженной асимметрией по торцам и продольной асимметрией центра масс предложен способ, основанный на разделении функций захвата и ориентирования загружаемых предметов обработки. На основе предложенного способа разработан ряд усовершенствованных конструкций механических дисковых БЗУ [8, 9].
Показано, что для САЗ (как стационарных, так и роторных), имеющих в своей структуре механические БЗУ, наиболее характерны параметрические отказы, связанные со случайным выходом действительного зна-
чения времени гравитационного движения предмета обработки в определенном интервале цикла работы БЗУ за расчетное значение и вероятностью опорожнения накопителя САЗ [10, 11].
По характеру проявления параметрические отказы относят к перемежающимся отказам.
Будем считать, что перемежающиеся отказы САЗ возможны с момента начала ее работы. Вероятность безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону
Р = в'1,
где 1 - параметр потока отказов.
Соответственно вероятность отказа в любой момент времени определяется как
^ = 1 - р = 1 - в~Ъ.
Будем определять возможность отказа САЗ в конце каждого цикла маршрутизации. Обозначив производительность САЗ как П, запишем, что определение возможности отказа будет происходить через каждые временные интервалы
Л N А? = —.
П
Из теории серий случайных событий известно, что математическое ожидание числа т опытов до первого появления серии событий А длиной к при условии, что в каждом опыте осуществляется событие А с вероятностью X, находится по формуле
1 -X к м [т] = х
(1 -X)-Xк'
Будем считать, что в среднем в каждый 1 -й временный интервал А?г появление перемежающегося отказа длиной кг будет определяться из зависимости
1 - ¿г 1 - цкг
N1 = N =-^ = —(1)
(1 - Чг) - Чг1 Р - Чг1
где кг - количество сигналов о отказе САЗ (сигналы вида «брак») в 1 -й
-12 А?г
временной интервал; я = 1 - в 1 - средняя вероятность безотказной
работы в 1 -й временной интервал 2 А?г = 1А?.
г
Преобразуем (1) для определения к* и получим
__ 1п( N ■ в-1*'** +1) 1 _ 1п(1 _ в-1 ' 1' **) '
Переходя к непрерывному времени, запишем
__ 1п(N ■ в~и +1) 1 _ 1п(1 _ в-1' *) .
Сумма вероятностных потерь из-за непоступления предметов обработки из САЗ за время Т определится так:
0_ ] _1п( N ■ в~Х'+') с. 0 1п(1 _ е-1 *)
Возможны следующие стратегии обслуживания САЗ.
1. САЗ работает до появления первого отказа (к = 1), после чего САЗ останавливается и происходит процесс восстановления.
За время восстановления Тв потери составят
©в _ П Тв .
Средняя производительность САЗ за время Тк=1+Тв составит п ■ Тк _ _ У _ ^+1 * _ ПТ в
пк_1 _-0 ТЫ(1:е ']-. (2)
Тк_1+Тв
2. САЗ работает до появления второго отказа (к = 2), после чего САЗ останавливается и происходит процесс восстановления.
Средняя производительность САЗ за время Тк=2+Тв составит
пт к _2 _Т?2 _ ^ +1) * _ ПТ в
Пк_2 _-0 1п(1 _ в 1 *)-. (3)
/V -ГГ1 ГТ1 V /
Тк_2 +Тв
Сравнивая значения Пк=1 и Пк=2, можем выбрать рациональную стратегию обслуживания САЗ. Если Пк=1 > Пк=2, то выбираем 1-ю стратегию, а если Пк=1 < П^=2, то выбираем 2-ю стратегию. Эти рассуждения можно распространить на сравнение П^=2 и П^=3 и т.д.
Таким образом, рассмотренный подход к оценке перемежающихся отказов стационарной САЗ позволит обоснованно выбрать рациональную стратегию обслуживания САЗ, обеспечивающую наибольшую производительность ТС.
Список литературы
1. Крюков В.А., Прейс В.В. Комплексная автоматизация производства на базе роторных и роторно-конвейерных линий // Вестник машиностроения. 2002. № 11. С. 35-39.
2. Прейс В.В., Бондаренко Д.С. Автоматические роторные и ротор-но-конвейерные машины и линии в пищевых производствах // Вестник машиностроения. 2003. № 7. С. 37-43.
3. Цфасман В.Ю., Савельев Н.И., Прейс В.В. Роторные и роторно-конвейерные линии в производствах массовых деталей сельскохозяйственного и автотракторного машиностроения // Вестник машиностроения. 2003. № 9. С. 40-43.
4. Быстров В.А., Прейс В.В., Фролович Е.Н. Роторные технологии, машины и линии на современном этапе промышленного развития // Вестник машиностроения. 2003. № 10. С. 43-47.
5. Прейс В.В., Ядыкин Е.А. Теоретические основы надежности и технического диагностирования многоканальных технологических систем роторных машин. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 72 с.
6. Ядыкин Е.А., Прейс В.В. Теоретические основы технической диагностики автоматических роторных и роторно-конвейерных линий в массовых производствах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 10. 2012. С. 9-20.
7. Прейс В.В., Усенко Н.А., Давыдова Е.В. Автоматические загру-зочно-ориентирующие устройства. Ч. 1. Механические бункерные загрузочные устройства: учеб. пособие для вузов / под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 125 с.
8. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Бункерное загрузочное устройство для деталей с неявно выраженной асимметрией торцов // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2007. № 9. С. 28-33.
9. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматическая загрузка стрежневых предметов обработки с неявно выраженной асимметрией по торцам / под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 112 с.
10. Прейс В.В. Модели и оценка надежности роторных систем автоматической загрузки с параметрическими отказами // Автоматизация и современные технологии. 2003. № 1. С. 9-15.
11. Давыдова Е.В., Дружинина А.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности механического дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с параметрическими отказами // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2015. № 10. С. 11 - 15.
Ядыкин Евгений Александрович, д-р техн. наук, проф., начальник управления, jadykin@,tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Давыдова Елена Викторовна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION PUNCTUATED FAILURE STATIONARY SYSTEMS A UTOMA TIC FEEDING TECHNOLOGICAL ROTARY MACHINE
E.A. Jadykin, E. V. Davidova
One of the approaches to the evaluation of intermittent failures of SAF technology rotary machines stick objects to the selection process and rational strategy services SAF, been ensured vides the highest system performance.
Key words: technological rotary machine, the system will automatic feed, piece item processing, performance.
Jadykin Evgenie Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, the head of department, iadykinatsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Davidova Elena Viktorovnа, candidate of technical sciences, docent, elen-davidovaamail.ru, Russia, Tula, Tula State University
