РефератСистемы автоматизированногоконтроля в гибких производственных системах (ГПС)
САК ГПСявляется его важнейшим модулем, так как именно она определяет возможностиреализации безлюдного производственного процесса.САК решает следующие задачи
- получение и представлениеинформации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположенииконтролируемых объектов и состоянии технологической среды;
- сравнение фактическихзначений параметров с заданными;
- передача информации орассогласованиях для принятия решений на различных уровнях управления ГПС;
- получение и представлениеинформации об исполнении функций.
САК обеспечивает: возможность автоматическойперестройки средств контроля в пределах заданной номенклатуры контролируемыхобъектов; соответствие динамических характеристик САК динамическим свойствам контролируемыхобъектов; полноту и достоверность контроля, в том числе контроля преобразованияи передачи информации; надежность средств контроля.
САК должна обеспечивать, с одной стороны,требуемый уровень качества продукции на основе контроля параметров материала,заготовок, инструмента, приспособлений, режима изготовления, измерения ииспытания изделий, параметров технологических сред и изделий на всех стадияхего изготовления. С другой стороны, максимальную эффективность функционированияГПС за счет поддержания его в работоспособном состоянии на основе контроля идиагностирования РТК и автоматического оборудования, обеспечивающего обработкуи реализацию вспомогательных операций, вычислительной техники и программногообеспечения.
По воздействию на объект контроль может бытьактивным и пассивным. Наиболее целесообразным и перспективным является активныйконтроль параметров изделия и режимов технологических процессов и сред в зонеобработки, так как он позволяет обеспечить регулирование или управление ими и исключить(снизить) появление брака.
Для ГПС задачи контроля многократно усложняютсятем, что соответствующие системы должны функционировать в условияхстохастически изменяющейся во времени номенклатуры изделий. Это вызываетнеобходимость в переходе от специализированных средств и процедур контроля,характерных для крупно серийного и массового производства, к универсальным наоснове широкого внедрения средств вычислительной техники. САК пронизывает всеэлементы ГПС и их связи (материальные и информационные потоки), обеспечиваядостоверность информации, используемой в системе управления. Схема потоковконтрольно-измерительной информации представлена на рис. 1.
В условияхГПС требуется измерять в общей сложности около сотни физических, химических итехнико-экономических величин. Это следует из того, что САК является связующимзвеном между ГПС, его обеспечивающими системами и системой управления (рис. 2).
/>
Рис. 2 — Взаимосвязи САК с элементами ГПС
1 — материальные потоки:2 – управляющие сигналы; 3 – контрольно-измерительная информация.
Типовая структура САК (рис. 3) ГПС включает три уровня.Верхний уровень обеспечивает общий контроль совокупности ГПМ и осуществляеткоординацию их взаимодействия (в рамках участка или цеха), перенастройки иремонта, выдачи информации на пульт управления ГПС, получение, обработку иобобщение информации, поступающей со среднего уровня; контроль объема икачества продукции и инструмента; контроль за исполнением совокупностиопераций, выполняемых ГПМ.
/>
Рис. 3 — Структура САК вГПС
Среднийуровень обеспечивает контроль ГПМ и представление на верхний уровень обобщеннойинформации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположенииконтролируемых объектов и составных частей ГПМ. При этом решаются задачи:контроль качества изготавливаемого изделия на ГПМ, самоконтроль и контрольфункционирования нижестоящего уровня; обработка информации о параметрахтехнологической среды.
Нижний уровень обеспечивает контроль объектовобработки и сборки, технического состояния и пространственного расположениясоставных частей ГПМ (станков с ЧПУ, ПР). На этом уровне САК решает задачи:входной и выходной контроль объекта производства; получение и обработкаинформации о контролируемых параметрах объекта обработки или сборки в процессеобработки; передача информации на средний уровень; контроль за выполнениемпереходов. Средствами контроля на нижнем уровне являются датчикипозиционирования и контроль технологической среды (температуры, давления,скорости, влажности) и др.
Объемконтроля может распределяться различным образом. В частности, он можетраспределяться между средством и объектом обработки в ГПМ, а также междувзаимодействующими по объекту обработки ГПМ. Например, объект обработки можноконтролировать на основе измерения как его параметров (размеров и формызаготовки в механообработке, толщины покрытия при гальванических процессах,размеров кристалла в процессах его выращивания и т.д.), так и параметровсредства обработки (износа режущего инструмента, концентрации состава,температуры электролита и времени осаждения, температурного режима ростакристалла и т.д.).
При этомпараметры измерения могут быть разнесены и во времени и в пространстве. Такчасть параметров может контролироваться в зоне обработки, другая — притранспортировании, третья — при хранении и т. д.
Принципиальноможно разделять контроль между различными обрабатывающими ячейками и строитьего по одному из следующих принципов: с перепроверкой контролирующих параметровна последующей ячейкеполностью или частично; с разделением полной группыпроверяемых -ирл.метров между выходом предыдущей и входом последующей ячеек; сотсутствием повторного контроля на входе последующей ячейки.
На нижнемуровне оптимизация сводится к минимизации средств контроля для компонентов ГПМна основании их надежности, статистики дефектов, потерь при отказах и общихзатрат на контроль. При этом следует стремиться к тому, чтобы на нижнем уровнеСАК обеспечивалась максимально возможная автономность управления по результатамконтроля.
Номенклатурапараметров измерения в разных технологических процессах существенно различна.
При входномконтроле материалов проверяют их соответствие сертификату по габаритным,массовым и основным физико-химическим параметрам (марка материала, химическийсостав, твердость), а также по внешнему виду.
При контролезаготовки проверяют ее внешний вид (наличие выбоин, сколов и других дефектов,исключающих возможность обработки в автоматическом режиме), геометрическиеразмеры (длину, базовые диаметры для охватов роботов и крепление в зажимномустройстве станка), массу и др.
Контроль взоне обработки включает контроль правильности установки и фиксации заготовки взажимном устройстве станка, а в случае активного контроля — ряда геометрических(размерных и параметров формы) характеристик.
Дляобеспечения качества продукции контролируются не только параметры изделия, но иряд параметров инструмента (смена, степень износа, температура лезвия), станка(зажим и позиционирование заготовки, отсутствие посторонних предметов в зонеобработки, деформация частей станка), режима обработки (сила, скорость,мощность резания, крутящий момент, подача и глубина резания), технологическойсреды (температура и расход охлаждающей жидкости, внешние воздействующиефакторы, в том числе вибрация, температура, давление и влажность воздуха) иобеспечивающих систем.
Контролируемыепараметры технических средств ГПС по функциональному признаку можно разделитьна параметры целевого назначения, энергопитания, рабочих режимов, готовности кработе, цепей управления, безопасности, а также параметры, определяющиеработоспособность и надежность элементов ГПС.
Переченьосновных контролируемых параметров компонентов ГПС при функционировании идиагностировании приведен на рис. 4.3.
Особымявляется вопрос о выборе минимальной совокупности контролируемых параметров,необходимых и достаточных для решения задач контроля и диагностирования.
Структуру САКнельзя рассматривать в отрыве от структуры ИПС, включающей обеспечивающиесистемы АСУП-АСНИ-САПР-АСТПП-ГПС-АСИ. Функционирование САК ГПС зависит отфункционирования всех элементов ИПС и с учетом их структурной связанности (рис.4). В рамках И ПС ее элементами реализуются следующие функции, определяющиеэффективность работы САК планирование объемов контроля, осуществляемое АСУП:
· построениемоделей изделий, выявление информативных параметров и определение видовконтроля, реализуемых АСНИ;
· построениемоделей объектов производства, оптимизация номенклатуры контролируемыхпараметров, выбор методов и средств контроля из существующего набора с учетомноменклатуры проектируемых изделий, осуществляемых САПР;
· выборвидов и маршрутов контроля объектов, оптимизация межоперационного контроля,распределение функций контроля по уровням, определение периодичности контроля,реализуемых АСТПП.
Дляорганизации безлюдного производства необходимо обеспечить в ГПС постоянныйконтроль технического состояния всех его элементов.
Для этихцелей предназначена подсистема технического диагностирования (ПСТД) ГПС,входящая в состав САК, которая определяет правильность функционирования, поисканарушений в исполнительной, управляющей и контрольной части ГПС.
/>
Рис. 4 — Схемавзаимосвязей подсистем ИПС
1 —контрольно-измерительная информация, 2 — управляющие воздействия; 3 —диагностическая информация; 4 — материальные потоки
Существеннымиотличиями ПСТД ГПС от известных систем диагностирования являются еемногоуровневый характер и распределенность в пространстве.Принципыфункционирования САК. САК может функционировать в трех режимах: номинальном, перенастройки и аварийном.
Номинальныйрежим функционирования на различных уровнях имеет следующее содержание. Нанижнем уровне системы определяются значе6ния параметров и функцииконтролируемых компонентов АТМ.
Информация отехническом состоянии и пространственном расположении АТМ передается вуправляющие микро-ЭВМ АТМ. Она служит для принятия решений о техническомсостоянии средств обработки и годности объекта обработки.
ЭВМ среднегоуровня передает на ЭВМ верхнего уровня информацию о техническом состоянииавтоматической ячейки и обобщенную информацию об объектах обработки среднегоуровня и по сигналам ЭВМ верхнего уровня периодически подвергает самоконтролю ипередает ей информацию о своем техническом состоянии.
ЭВМ верхнегоуровня принимает решение о режиме функционирования САК по информации отавтоматических ячеек и обеспечивает периодический самоконтроль своей работы.
В режимеперенастройки управляющая информация поступает на ЭВМ верхнего уровня, котораяпринимает решение о реконфигурации системы контроля на среднем и нижнемуровнях. ЭВМ нижнего уровня устанавливает совокупность контролируемыхпараметров и функций объектов обработки и нормы контроля.
Аварийныйрежим инициируется любым уровнем САК. На нижнем уровне он вызывается повышениемдопустимого уровня брака, отклонением от нормы параметров ГПМ или самих средствконтроля. Номинальный режим функционирования САК Сигнал об аварийном состояниис каждого уровня передается на более высокий отображается на пульте управленияГПС.
Программноеобеспечение САК (ПО) состоит из:
1.ПО контроля за ходомпроцесса изготовления на конкретных рабочих местах ГПС;
2.ПО системы контроля какподсистемы управления:
Программноеобеспечение САК реализует следующие функции:
1.Автоматический сборинформации о фактическом выпуске деталей на контролируемом оборудовании;
2.Автоматический учетпростоев оборудования и дифиренцирования по причинам;
3.Документированный вызовремонтных служб цеха;
4.Выдачу оперативнойинформации о ходе производства, простоях линейному персоналу цеха в течениисмены;
5.Автоматический прием иобработку информации о размерах деталей для управления ТП;
6.Автоматическую обработкуинформации приемного контроля.
САК делятсяна несколько классов, которые предназначены для измерения геометрических,физико-механических параметров деталей и сборочных единиц и электрических параметрови характеристик МЭА.
Контрольгеометрических параметров реализуется с использованием контрольно-измерительныхмашин (КИМ). Контроль изделий ЭА включает следующие операции:
1.Настройку САПК наконтроль данного типа изделий ЭА:
· Программную адаптацию(вводпрограммы контроля);
· Конструктивную адаптацию,связанную с автоматизацией процессов установки и соединения ЭА с измерительнойчастью САК;
· Идентификациюправильности установка всех сменных устройств и введенных программ.
2.Загрузку изделий.
3.Автоматическое измерениепараметров ЭА, включая подачу питающих напряхений и токов, управляющихвоздействий, стимулирующих сигналов выходных параметров ЭА, передачу данных обизмерениях параметров сигналов в устройство обработки результатов измерений.
4.Обработку результатовизмерений.
5.Индикацию и регистрациюрезультатов испытаний изделий и дополнительной служебной информации и индексатипа изделия, заводского номера, даты измерения и т.п.
6.Выгрузку изделий.
7.Передачу данных контроляв систему внешнего централизованного управления и сбора данных.
Список литературы
1. Харченко А.О. Станки сЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие длястудентов вузов. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – 304 с.
2. Р.И. Гжиров, П.П. Серебреницкий.Программирование обработки на станках с чпу.Справочник, — Л.: Машиностроение, 1990. – 592 с.
3. Роботизированныетехнологические комплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А.Фадеев – Учеб. Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ»,2003. – 214с.
4. Н.П. Меткин, М.С. Лапин,С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкие производственные системы. – М.:Издательство стандартов, 1989. – 309с.
5. Гибкиеробототехнические системы / А.П. Гавриш, Л.С. Ямпольский, — Киев, Головноеиздательство издательского объединения “Вища школа”, 1989. — 408с.
6. Широков А.Г. Склады вГПС. – М.: Машиностроение, 1988. – 216с.