CC BY
14
- воздействие на реечную передачу в корпусе патрона при повороте детали - Х42;
- работу привода с применением пневмоцилиндра управления с фиксирующими плунжерами - Х62;
- контроль выполнения функций совместно с датчиком положения детали - Х72.
Разработанная на основе выполненного синтеза структурно-функциональная схема привода АКМО приведена на рис. 1.
Согласно схеме (рис. 1) привод 2 содержит силовой вращающийся пневмоцилиндр 2.1, смонтированный на подшипниках качения с возможностью осевого перемещения в гильзе 2.2, закрепленной на задней стенке шпиндельной бабки. На гильзе также закреплен привод управления 2.3, содержащий стационарный пневмоцилиндр, соединенный плунжерами, поочередно фиксирующими через подшипники качения силовой цилиндр или его поршень. Цилиндр 2.1 через трубчатый шток воздействует на ползун клинового механизма при зажиме и разжиме заготовки. Шток поршня силового цилиндра 2.1 соединен с реечной передачей и далее с механизмом поворота детали 4, размещенным в одном из кулачков поворотного патрона.
На схеме (рис. 1) показано положение привода в процессе обработки зажатой в патроне заготовки. Для ее поворота поршень силового цилиндра совершает возвратно-поступательные ходы (циклы). За каждый такой цикл, отслеживаемый датчиком положения 3.1, происходит угловое перемещение заготовки на 900. Циклы повторяются от команд УЧПУ до вывода заготовки в заданное программой угловое положение при последующей обработке или останове шпинделя для снятия обработанной детали со станка.
р - 0,4г... 06 МПа
Рис. 1. Структурно-функциональная схема привода АКМО
Для разжима заготовки с целью ее замены приводом 2.3 производится переключение положения плунжеров с освобождением от фиксации цилиндра 2.1, с возможностью его движения в левую сторону, что обеспечивает расхождение кулачков (разжим заготовки) и фиксацию поршня цилиндра 2.1, оставляя заготовку в фиксированном угловом положении (для ее снятия).
Таким образом, приводом АКМО, работающим совместно с устройством управления положением вращающейся детали от одного силового цилиндра, выполняются основные функции, задаваемые программой ЧПУ.
Силовой привод внедрен в составе АКМО в производство на ряде машиностроительных предприятий Российской Федерации.
Список литературы
1. Пухов А. С. Синтез решений при поисковом проектировании
автоматизированных систем: Монография. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2009.-154 с.
2. Пухов А.С., СвидуновичД.Н. Конструктивно-параметрический
синтез поворотных устройств// Автоматизация и современные технологии.-2007.-№11.-С.3-8.
УДК 658.012
А.С. Пухов, И.А. Иванова
Курганский государственный университет
ПОТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ
Аннотация
В статье рассмотрены принципы формирования структуры автоматизированных систем (АС) как совокупностей элементов с устойчивыми связями, отражающими единство противоположных сторон: расчлененности и целостности. Выделены две главные подсистемы АС - исполнительная и информационно-управляющая, образующих единый автоматизированный производственный Т-поток. Рассмотрены составляющие Т-потока и их системные интегрирования в АС.
Ключевые слова: автоматизированные системы, потоки материалов, инструментов, информации, интеграция потоков.
A.S. Pukhov, I.A. Ivanova Kurgan State University
STREAM CHARACTERISTICS OF MODERN AUTOMATED PRODUCTION SYSTEMS
Annotation
The article contains principles of creating automated system structures (AS) as number of elements with steady connections describing features: separateness and integrity. It is allocated two main subsystems of AS -executive and information-operating, creating automated production T-stream. Components of T-stream and their system integration in AS are considered.
Key words: the automated systems, streams of materials, tools, information, integration of streams.
Структуру автоматизированных систем (АС) определяет совокупность элементов (подсистем) с устойчивыми связями между ними, отражающими единство их противоположных сторон: расчлененности и целостности. В качестве главных подсистем АС выделяют исполнительную и информационно-управляющую системы.
Исполнительная система реализует технологические процессы и включает в себя технологическое обо-
рудование, транспортные средства, склады-накопители, контрольно-измерительный комплекс, различное вспомогательное оборудование.
Информационно-управляющая система осуществляет функцию оперативного планирования, управление оборудованием, диагностику отказов, контроль качества продукции. Ее информационная часть обеспечивает хранение и выдачу информации, необходимой для автоматизированного проектирования и производства продукции заданной номенклатуры, а также используется в качестве источника сведений и сигналов обратной связи для управляющей части системы.
В совокупности исполнительная и информационно-управляющая системы реализуют единый автоматизированный производственный Т-поток материалов, инструмента и информации [2], характеризующийся следующей трехпотоковой структурой:
T = {Д, И, П},
где Д - поток материалов, заготовок, деталей;
И - поток инструментов (инструментальной среды);
П - программно-информационный поток.
Схема фрагмента Т-потока и общие характеристики организационной структуры АС рассмотрены в работе [2]. Формирование структуры потока заготовок и деталей (Д-потока) автоматизированных систем
Структура Д-потока оказывает существенное влияние на формирование конфигурации АС и компоновку ее транспортно-накопительной системы. На структуру Д-по-тока оказывают влияние следующие факторы:
- конструктивно-технологические особенности (технологические потребности деталей и заготовок);
- технологические возможности основного оборудования и его связи с транспортно-накопительной системой;
- компоновка, расположение и функции автоматизированного склада-накопителя (АСН).
Решающее влияние на построение структуры Д-по-тока оказывают технологические потребности деталей и технологические возможности АС. Данные характеристики могут находиться в различных соотношениях. Основные из этих соотношений [1, 2] рассмотрены ниже.
1. Каждая заготовка d £ D (D - партия заготовок) может быть обработана на одном рабочем месте АС (станке) за одну установку в двух вариантах. В первом случае деталь обрабатывается полностью только на одном конкретном станке АС с £ С (С - множество станков в составе АС). Во втором варианте любая заготовка может быть обработана на любом станке системы. Технологические возможности всех станков здесь совпадают
f01 = f02 = ■ fQn.
2. Заготовка полностью обрабатывается на одном станке более чем за одну установку. Здесь также возможны два варианта. Первый - обработка за несколько автоматических переустановок. Второй - обработка за несколько установов, требующих удаления заготовки из рабочей зоны станка. При этом в обоих случаях межстаночные связи не используются.
3. Заготовки полностью обрабатываются от одной технологической базы на двух или нескольких станках. Этот случай имеет место, когда технологические возможности одного или нескольких станков не могут удовлетворить все технологические возможности детали.
4. Заготовка полностью обрабатывается на двух и более станках со сменой технологических баз. Перебазирование осуществляется специальными устройствами (кантователями, роботами) или оператором.
Соотношения технологических потребностей деталей и технологических возможностей агрегатов (станков) АС могут быть реализованы Д-потоками самых различных структур, на которые существенное влияние оказывают автоматизированные склады-накопители (АСН). При этом возможно совместное хранение заготовок и готовых деталей в одном АСН (рис. 1 а), что формирует замкнутую структуру Д-потока. При дифференцированном хранении заготовок и деталей (рис. 1 б) транспорт-но-накопительная система имеет два склада - склад заготовок (АСН - 1) и склад готовых деталей (АСН - 2). В этом случае структура Д-потока разомкнута.
АСН
I---1
1
} V - \ Л /
a С2 Сп
п ->
i С2 -> =С
•
•
—> Сп -3»
а б
Рис. 1. Структуры Д-потока: а) с совмещенным хранением заготовок и деталей; б) с дифференцированным хранением
При наличии в АС промежуточных накопителей возле станков структура Д-потока системы имеет два иерархических уровня (рис. 2). Здесь ПН1 ... ПНп - промежуточные накопители заготовок, обеспечивающие работу станков в случае отказа АСН до полной издержки всех заготовок из ПН.
При одних и тех же взаимосвязях элементов АС ее планировка может быть различной, в том числе с двусторонним расположением станков относительно АСН.
На формирование структуры Д-потока влияет также и форма АСН. Так, при цилиндрической форме склада поток приобретает лучеобразную или кольцевую структуру.
а б
Рис. 2. Двухуровневые структуры Д-потоков с промежуточными накопителями: а) параллельная; б) последовательная
Таким образом, генерирование возможных структур Д-потоков АС сводится к комбинированию факторов, определяющих конкретную структуру на основе декомпозиционного анализа этих факторов (признаков и свойств) и синтеза эффективных (оптимальных) потоков. Транспортные связи между АСН и оборудованием АС также реализуются различными средствами - транспортерами, промышленными роботами, штабелерами, рельсовыми и безрельсовыми тележками.
Формирование структуры потока инструментов
(И-потока) автоматизированных систем Поток инструментов, осуществляемый системой инструментального обеспечения (СИО), является составной частью материального потока, реализуемого АС.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
179
Структура данного потока оказывает значительное влияние на технологические возможности автоматизированной системы и на эффективность ее функционирования.
На СИО возлагается выполнение ряда функций по длительному и оперативному хранению инструмента, его приему на хранение и выдаче станкам, выполняющим технологические операции и процессы [1, 2]. Длительное хранение инструмента заданной номенклатуры выполняет центральный накопитель инструмента (ЦНИ). Роль оперативного хранения, приема и выдачи выполняют индивидуальные станочные магазины инструмента (МИ), работающие совместно с автоматическими устройствами смены инструмента.
Между ЦНИ и МИ станков в АС могут находиться промежуточные накопители (ПНИ) или хотя бы один такой накопитель, что позволяет быстрее изменить технологические возможности станков и свести к минимуму их простой в ожидании инструмента (рис. 3).
рами. На рис. 4 а полная структура представлена нагруженным графом. Каждой вершине графа соответствует накопитель, а дугам - способы и средства передачи инструментов между смежными накопителями. На рис. 4 б показана промежуточная графовая структура И-потока с одним ПНИ, обеспечивающим накопление, выдачу и прием инструментов, а также связь с транспортной системой их доставки при перенастройках.
Рис. 3. Структурная схема системы инструментального обеспечения
В состав СИО входят также средства контроля неисправности и износа инструмента Ки и средства его настройки Ни. Синтез структуры СИО базируется на использовании данных структуры АС и таких дополнительных структурообразующих факторах, как:
- состав технических средств, формирующих поток Т = {ЦНИ, ПНИ, МИ, К , Н };
И 1 1 ' ' ' И' '
- способы передачи инструментов между накопителями (поштучный, групповой (кассетный), магазино-ком-плектный);
- способы обмена инструментами между станками в процессе их функционирования;
- уровень централизации инструментального обеспечения. Верхний предел централизации формируется, когда АС (совокупность станков и агрегатов) обслуживается одним ЦНИ, нижний - когда каждый станок снабжен индивидуальным магазином-накопителем. Между этими предельными структурами размещается множество промежуточных структур И-потока.
При наличии в СИО всех трех видов накопителей (ЦНИ, ПНИ, МИ) и транспортных связей между ними формируется полная структура И-потока, а обе предельные и все промежуточные структуры являются ее подструкту-
а б
Рис. 4. Графовые модели структуры СИО: а) полная (универсальная) структура И-потока, б) промежуточная (с одним ПНИ) структура И-потока
Согласно рис. 4 транспортные и приемопередающие средства, связывающие накопители инструментов различных иерархических уровней, соответствуют вертикальным дугам графов, а средства, обеспечивающие обмен инструментами между накопителями одного иерархического уровня, - горизонтальным дугам.
Удаление одной или нескольких вершин исходного (полного) графа равносильно исключению из состава СИО соответствующих этим вершинам накопителей инструментов (рис. 4 б). Исключение дуг графов соответствует исключению транспортных устройств, попарно связывающих накопители.
Исключение вершин и дуг исходного графа (рис. 4 а) приводит к сужению функциональных возможностей соответствующих им структур, а многообразие всех возможных подграфов и частей исходного графа порождает многообразие структур СИО. Более того, при одинаковых структурах две СИО необязательно должны иметь одинаковые конструктивно-компоновочные оформления и одинаковые качества функционирования.
Системное интегрирование составляющих автоматизированного производственного Т-потока АС
Дифференциальное рассмотрение Д- и И-потоков, а также и П-потока возможно лишь только при изучении их индивидуальных свойств и структур. Пространственно-временное объединение Д- и И-потоков порождает материальный поток (М-поток). Системное взаимодействие этих потоков в едином М-потоке осуществляется под воздействием программно-информационного П-потока, в результате чего образуется единая трехпотоковая система материально-информационного обеспечения, структура которой полностью определяет конфигурацию АС, ее технологические возможности и приспособительный потенциал.
Интегрирование Д- и И-потоков внутри одной автоматизированной системы реализуется одними и теми же техническими средствами. В структурах того и другого потоков имеются центральный автоматизированный склад, промежуточные и индивидуальные накопители. В условиях интегрированного материального потока накопители, находящиеся на различных иерархических уровнях, одновременно выполняют функции хранения и транспор-
тирования заготовок, деталей и инструментов. В результате изменяется структура АС, ее компоновочные решения и уменьшается занимаемая ею производственная площадь.
В условиях использования оборудования с ЧПУ системное интегрирование потоков АС осуществляется под воздействием программного обеспечения П-потока. Оборудование при этом разделяется на несколько логических (по управлению) групп. Так, для станочного оборудования с ЧПУ могут быть сформированы следующие группы:
- группа 1 - станки с современными системами ЧПУ, оснащенные устройствами для объединения их в сеть с реализацией терминальных задач на основе ОС Windows;
- группа 2 - станки с ЧПУ, оснащенные последовательными портами ввода/вывода данных RS232 без стандартных сетевых протоколов;
- - группа 3 - автоматизированные рабочие места (АРМ) технологов-программистов и диспетчера на базе достаточно мощных ПК.
При таком разделении задача обеспечения П-по-током передачи и обмена данными между ЧПУ оборудованием и архивом технологических программ осуществляется через стандартную сеть Ethernet (группа 1 ) и последовательный порт RS232 (группа 2). При этом реализуются следующие функции: хранение данных ЧПУ в базе данных Microsoft SOL Server; обслуживание и администрирование машинных данных и архивов данных по приводам и электроавтоматике; конфигурирование системы; импорт/экспорт данных; передача данных на станки с ЧПУ и в обратном направлении; администрирование пользователей; управление фильтрами данных и др.
Передача и прием данных производится с помощью программы, интегрированной с ЧПУ станков и архивом программ. Для оператора АС на экране управления DNC предусмотрена возможность просмотра списка доступных программ и данных ЧПУ в режиме реального времени.
Программным обеспечением (ПО) П-потока решаются задачи по учету времени работы и простоев оборудования, а также работы с сигналами аварийных сообщений при автоматическом подключении соответствующих служб для их реагирования и анализа ситуаций на АС (на участке, в цехе).
На основе учтенных данных программным обеспечением П-потока определяется комплекс показателей эффективности функционирования системы. При этом ПО предусмотрена возможность привлечения специалистов для выработки экспертных оценок и принятия решений. При определении эффективности работы АС или отдельного ее рабочего места (станка) могут использоваться следующие зависимости:
Q = ( ^ (Кобщ. ■ (Тз - Тп)) / Тз,
Кач. = ( ^ (Кобщ. - Кбр.)) 100%/ (Кобщ.),
ОЕЕ = Кисп. ■ Q ■ Кач./106,
МТРВ = Тпрод. / Колич. нарушений,
M^R = Длит наруш. / Колич. наруш.,
где Q - производительность в ед. времени ( мин); Кач.
- качество работы системы или ед. оборудования; ОЕЕ (Overall Equipment Effectiveness ) - показатель общей эффективности работы оборудования АС; MTFB (Meantime between Failure) - надежность, среднее время безотказной работы оборудования АС; M^R (Meantime to Repair)
- ремонт, средняя наработка до ремонта; Кобщ. - общее количество изготовленных деталей; Кбр. - количество бракованных деталей; Кисп. - коэффициент использования оборудования; Тз - запланированное время работы
АС (час, смена в минутах); Тп - время простоев единицы оборудования; Тпрод. - полезное оперативное время работы оборудования.
Внедрение данной системы определения показателей эффективности значительно увеличивает информационную картину работы оборудования АС, завершает под воздействием П-потока интеграцию всех 3-х потоков в единый автоматизированный Т-поток, что позволяет непрерывно оптимизировать производственный процесс и объективно оценивать целесообразность принимаемых технических и организационных решений.
Таким образом, П-поток системы выполняет множество различных производственных и всевозможных обслуживающих функций, включая функции диагностики и сервиса.
Список литературы:
1. Наянзин Н.Г.Поисковое проектирование гибких производственных
систем.- М.: ВНИИТЭМР, 1986.-75с.
2. Пухов А. С. Синтез решений при поисковом проектировании автома-
тизированных систем: Монография. - Курган: Изд-во Курганского
гос. ун-та, 2009.-154с.
УДК 658.562.012.7 Ф.Н. Салахов
Курганский государственный университет
СЛОЖНЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ
Аннотация
В статье рассматриваются статистические методы управления качеством на основных стадиях жизненного цикла продукции, начиная от требований потребителей и заканчивая производственными процессами для реализации этих требований в параметры показателей качества ожидаемого продукта
Ключевые слова: индексы воспроизводимости, концепция Тагути, функция потерь, «дом качества».
F.N. Salakhov Kurgan State University
DIFFICULT STATISTICAL METHODS OF QUALITY MANAGEMENT
Annotation
In article statistical management methods by quality at the basic stages of life cycle of production are considered, from the beginning of consumers' requirements to finishing productions for realisation of these requirements in parametres indicators of product expected quality.
Key words: reproducibility indexes, the concept of Taguti, function of losses, «the quality house».
Многие из современных статистических методов управления качеством довольно сложны для восприятия, что ограничивает их широкое применение. Особенность этих методов состоит в том, что для их применения требуется инженерное образование, а также специальная подготовка в области математической статистики и теории вероятностей. Из многообразных сложных методов можно выделить такие, как индексы воспроизводимости, статистические методы приёмочного контроля, методы Тагути, методы развертывания функции качества.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК б
181
