Основні положення автоматизації 3 страница

Час безвідмовної роботи і є безвідмовністю відмов . Ця ймовірність і ймовірність безвідмовної роботи протилежної величини, їх сума дорівнює одиниці.

Імовірність відмов можна визначити як

Якщо , це гарантія того що протягом часу “0” відмов не відбудеться. Якщо , то навпаки.

При , а при .

В автоматизовану систему входить велика кількість різноманітних елементів автоматичних, електричних механічних систем, ріжучі інструменти. Тому в залежності від конкретної системи імовірність розподілу роботи буде різною і буде підкорятися законам.

Середній час безвідмовної роботи

Середній час можна визначити наближено як середнє арифметичне

– час безвідмовної роботи і-го елемента

– кількість елементів у системі.

При , то

Інтенсивність відмов – це відношення середньої кількості елементів системи, які відмовили до середньої кількості безвідмовно працюючих елементів системи за час в межах кількості елементів, які досліджуються.

Рисунок 4.2 – Інтенсивність відмов на протязі часу

Інтенсивність відмов висока, потім зменшується. Внаслідок конструктивних, технологічних недоробок починають виникати відмови елементів чи їх сукупності. Доопрацювання їх, внаслідок чого спадає відмова і далі стабілізується. За деякий час інтенсивність відмов майже не змінюється, або навіть трошки зменшується. До нуля не падає, бо йде спрацювання елементів, старіння матеріалів, збільшуються зазори в з’єднаннях, внаслідок чого зростає рух в робочих з’єднаннях. Наступає другий час, коли інтенсивність відмов значно збільшується, внаслідок старіння, критичного спрацювання з’єднань і таке інше. Після наступу цього часу машина втрачає свою цінність.

Термін служби машини і механізму

Якщо ресурс випрацьовується, то змінювати машину чи механізм або проводити її ремонт недоцільно.

Показники надійності визначаються розрахунками на основі проведених досліджень, обробкою результатів статистичних даних, експлуатацією та моделюванням на ЕОМ. Розрахунок показників визначається при програмуванні системи з метою прогнозування даної надійності даного варіанту автоматизованої системи.. дослідження проводиться за допомогою експериментального зразка (скільки відмов і т.п.).

Обробка результатів статистичних даних проводиться на підприємстві бюро чи групою надійності, які слідкують за надійністю. Вони розсилають, які можуть виникнути (чи виникнули) відмови, як працює виріб і т.д.

Моделювання на ЕОМ найбільш ефективний шлях. Задається модель, режими, після опрацювання ЕОМ видає те, що може бути.

В процесі експлуатації автоматизованої системи велике значення має довговічність роботи системи. Довговічність – ознака системи зберігати працездатність до початку граничного стану. Граничний стан буває різним в залежності від системи і від виду виробу. Якщо система не ремонтується (електрична лампа, підшипники кочення) для таких систем граничний стан збігається з відмовою. В деяких випадках граничний стан виявляється підвищеною інтенсивністю відмов.

Граничний стан систем, які ремонтуються визначається їх подальшою експлуатацією з приводу старіння та відмов, або підвищення витрат на ремонт. Граничний стан визначається моральною застарілістю системи, вона працює не приносячи економічної ефективності.

4.3. Причини відмов автоматизованих систем

Головна проблема при створенні автоматизованих систем це забезпечення високої їх надійності. Особливо це проблематично в тих випадках, де це пов’язане з життям людини. Відмови виникають через механічні і гідравлічні частини автоматизованих систем, через електричні та електронні мережі автоматизованих систем. Причини відмови через вихідні заготовки:

- нерівномірний припуск та нерівномірність твердості матеріалу

- недостатній припуск, робота по кірці, при неправильно розрахованому припуску

- похибка установки через налипання стружки на бази, не чітка робота затискних елементів, порушення послідовності затиску, зменшення сили затиску через падіння тиску в гідросистемах. Виникає завищена сила, чи внаслідок зростання похибки динамічного налагодження розмір вийде за межі допуску.

Причини відмов через ріжучий інструмент:

- стійкість різального інструменту є випадковою величиною, тому величина спрацювання різального інструменту є функцією часу його роботи

- відмова роботи різального інструменту внаслідок сколювання чи розкошування інструменту.

Основні причини відмови на фрезерних операціях чи переходах:

- затуплення та поломка інструменту при роботі по кірці. В автоматизованих системах враховується частка фрезерних робіт, яка складає 6,7 години. Після 6 годин можна очікувати на поломку чи спрацювання фрези.

Стовідсотковий контроль заготовок і їх відбракування. Якщо таке рішення економічно недоцільне, то необхідно передбачити додатковий робочий хід обробки цієї поверхні з метою вирівняння припуску, зняття кірки. Тим самим підвищується надійність.

Технологічні переходи та надійність у розточувальних операціях. Напрацювання на відмову складає 40 хв. Виникає проблема через швидку відмову різального інструменту. Причини:

- спрацювання та положення різців на чорнових переходах

- відхилення розміру отвору через спрацювання різців на чистових переходах і вихід розміру за межі допуску.

Шляхи підвищення:

- заміна на чорнових операціях робочого ходу однолезового інструменту на багатолезовий, що дозволяє проводити обробку з розбиттям припуску

- попереднє зняття фасок в отворах внутрішніх стінок партії деталей.

Рисунок 4.3 – Шляхи підвищення надійності

Попередньо потрібно профрезерувати торець для зняття кірки, щоб різець не йшов по кірці. Це потребує додаткового переходу і більше часу.

- введення додаткового робочого ходу для забезпечення встановлення рівномірності припуску на встановлене розточування. Ми повинні задати невеликий і рівномірний припуск, чим забезпечуємо точність розміру і геометричної форми

На свердлильних операціях відмова трапляється під час виходу свердла на кірку і при свердлінні отворів малого діаметру і великої довжини. Під час виходу свердла трапляється також ситуація як і при виході свердла на суцільний матеріал, і при виході свердла на необроблену поверхню потрібно зменшувати подачу. При свердлінні отворів малого діаметру задається недостатня частота обертання шпинделя. Недостатня швидкість різання призводить до пакетування стружки в канавках, внаслідок чого виникає заклинювання і руйнація.

Верстати, які мають недостатню частоту обертання мають бути оснащені мультиплікаторами, які підвищують частоту обертання. При свердлінні слід періодично виводити інструмент з отвору. Для очищення від стружки на автоматах використовується потужний струмінь ЗОР. Ступінчасте свердління для утворення довгих отворів.

Напрацювання свердел на відмову в середньому дорівнює діаметру свердла (5-20 хв.)

Для різенарізних переходів з усіх відмов 8% припадають на мітчики:

- недостатні розміри отвору під нарізання різі

- попадання стружки на задню поверхню мітчика

- недостатнє або неякісне змащення.

Відмови обладнання

Якщо в звичайному обладнанні з ручним керуванням причин відмов мало, і ці причини відмов або відмов або легко визначаються, то в сучасному технологічному обладнанні, яке містить взаємні механічні, гідравлічні елементи, блоки модулів. Тому причин багато, що їх визначення потребує часу та засобів:

- врізання системи заготовок, внаслідок збою системи автоматичного керування

- наїзд супортів або столів один на одного чи на інші вузли з тих же причин

- забиття зони обробки стружкою, виривання заготовки з пристрою, перемикання шестерень на великі швидкості

- спрацювання механізмів та з’єднань та інше.

Особливо спрацьовуються механізми, які погано захищені від забруднення і які працюють в умовах недостатнього тертя (передачі гвинт – гайка, гайка шестерня). В тих місцях, де застосовуються антифрикційні матеріали особливо небезпечним є заїдання, заклинювання.

Порушення роботи гідроприводів пов’язане з спрацюванням клапанові елементів, які спрацьовуються через порушення регулювання. Клапан не закритий, дестабілізація. Через неякісну пружину, бо неякісно виготовлений і матеріал.

Відмова внаслідок того, що гідропривод працює при високих температурах, окислюється мастило, високо температурні з’єднання засмічують отвори, щілини в елементах системи.

Відмови пристроїв

Щільний контакт заготовок з установочними елементами пристрою може бути порушене трьома причинами:

- налипання на установочні елементи стружки, а також на поверхню технологічних баз

- неякісна робота затискних механізмів

- нестабільність форми баз. Замість площинності вгнутість, вгнутість, внаслідок чого виникає невизначеність базування.

4.4. Способи підвищення надійності системи

Надійність визначається надійністю та числом її складових. Чим менше елементів системи, тим система надійніша. Розрізняють 2 способи з’єднань системи: послідовно і паралельно. Для автоматизованих систем з послідовною схемою з’єднання, вихід з ладу одного елементу системи, викликає зупинку всієї системи (гірлянда, автоматична лінія). Якщо зупинка кожного елементу системи не залежить один від одного, то імовірність безвідмовної роботи такої системи

– імовірність безвідмовної роботи і–го елемента системи. При , тоді

при великій кількості складових системи імовірність ефективної роботи зменшується навіть при високій надійності. Способи підвищення надійності:

- розподіл автоматизованої системи на частини, зменшення кількості елементів, використання компенсаторів надійності, тобто використання систем чи механізмів, які б компенсували ненадійність. Використання резервних елементів, тобто паралельно з основним працюють один чи два елементи, які компенсують його ненадійність (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – Використання резервних елементів

Звуження потоку, тому вузьке місце потрібно розширити

– число паралельно працюючих елементів

– імовірність безвідмовної роботи j- го робочого елемента, і- тої чарунки.

За методом використання резервів виділяють активні і пасивні. Активні складаються з спеціальних автоматичних і неавтоматичних пристроїв, які вмикають резерв при виході з ладу автоматизованої системи чи її елементів. При пасивному резервуванні резерв виникає пасивно. Якщо виникає відмова елементів, то він має вимикатися, щоб не заважати працювати резерву. Резерв ускладнює систему і зменшує надійність. Резерв найбільш ненадійний і відповідальний елемент системи. Причому резервні елементи повинні бути різноплановими, не такими як основні (основні елементи електричні, а резервні пневматичні).

4.5 Діагностування стану технологічного процесу системи

Ускладнення обладнання, технічної системи, перехід на безлюдні технології пред’являють

високі вимоги до системи керування технологічним процесом, технологічною системою. Щоб керувати такою системою потрібно мати інформацію, нормальне керування вимагає постійного отримання інформації, не тільки про стан виходу системи, але і постійної інформації про стан самої системи, про її працездатність.

Причини відмов можуть бути несуттєві, але час пошуку цих причин займає набагато більше часу від їх усунення. В умовах складних технологічних систем використовують системи технологічного діагностування – це процес визначення в часі з певною точністю технічного стану об’єкту діагностування в межах обмеженої інформації.

Діагностування включає в себе сукупність операційного контролю як всього об’єкту так і його елементів. Використовується для визначення в якому з попередньо визначених станів знаходиться об’єкт. Об’єктом діагностування може бути технологічна система, технологічний комплекс, процес, верстат та окремі його механізми. Результатом технологічного діагностування є повідомлення про технічний стан об’єкта, а при необхідності вказується причина дефектів.

Мета технологічного діагностування: підтримання заданих умов виконання технологічного процесу, попередження поломок, зупинка обладнання, прогнозування ефективності з метою визначення строків ремонту. Контроль якості регулюється механізмом, перевірка якості ремонту обладнання, визначення впливу технологічного середовища на виробництві, пошук місця та визначення причин відмови, прогнозування технологічного об’єкту з заданою імовірністю.

Технологічний стан характеризується параметрами, які можуть бути якісні і кількісні. Ці характеристики поділяються на 3 групи:

- структурні

- функціональні

- супутні

Структурні характеризують структуру об’єкта діагностування (наприклад, величина зазорів в кінематичних парах), величина бокового зазору.

Функціональні параметри, які характеризують функціонування об’єкту діагностування (потужність, частота обертання шпинделя, час циклу, час виконання операції чи переходу).

Супутні це ті параметри, які супроводжують роботу системи, обладнання чи елементів системи (вібрації, шум, зміна струму в електроприводах, зміна температури в вузлах).

Структурні параметри в умовах автоматизованого виробництва мають можливість прямого вимірювання дуже обмежена, бо потребує розбирання обладнання (для вимірювання зазору в з’єднанні потребує розбирання і вимірювання).

Функціональні параметри піддаються вимірюванню, але вони потребують порівняння з еталонними, а еталонні значення як правило не відомі.

Найбільш зручні для вимірювання опосередковані параметри, наприклад, спрацювання інструменту (його важко міряти, але знаючи формулу потужності і знаючи силу чи потужність, можна знайти спрацювання). Контроль здійснюється за допомогою сенсора (давача). Давач зв’язуюча ланка між процесом і аналізатором відповіді. Оцінка стану процесу є основною задачею технологічного прогнозування.

Система технологічного діагностування є частиною системи керування. Вимірювання і контроль вимірюваних кількісних значень параметрів, якісне характеризує ознаку і через аналіз результатів вимірювання та контролю. Результатами діагностування є діагноз про технологічний стан об’єкта, з повідомленням місця, виду та причин ризику.

Діагностування може проводитися безперервно, в процесі всього часу роботи (контроль температури, мастила в гідросистемі, потужність різання, яку розвиває двигун приводом). Це залежить від того, що це за параметр. Якщо це розмір, машинний час 30 с, то кожні 30 с потрібно проводити контроль при цьому зважаючи на допуск.

Геометрична точність верстата

Засоби отримання інформації про стан автоматизованої системи проділяють на 3 групи:

- штатні

- додаткові

- спеціальні

Штатні засоби контролю це ті засоби, які має верстат для забезпечення циклу його роботи (здавачі швидкості, переміщення).

Додаткові монтуються до потрібних параметрів діагностування (здавачі температури, сили струму).

Спеціальні це спеціальні контрольно – вимірювальні пристрої, які працюють автономно або з’єднуються за вимогою (вимірювальні роботи, маніпулятори, контрольно – вимірювальні машини).

Загальний алгоритм контролю параметрів:

- сприймання інформації

- ідентифікація інформації

- розрахунок параметрів

- порівняння з нормою

- прийняття рішення

4.5.1. Види діагностування

Передбачають 3 види діагностування:

- діагностування початкового стану системи, контроль готовності до роботи

- оперативне (супроводжувальне)

- діагностування за результатами роботи керуючої програми

Контроль готовності передбачає наявність заготовки, інструменту, відсутність блокувань робочих органів в початковому положенні, розміри заготовки, з метою визначення необхідної кількості робочих ходів чи потрібного режиму різання. Оперативне циклове діагностування полягає в безперервному контролі обладнання. Під час цього контролю здійснюється стеження за керуючою програмою, за часом обробки різних зон, контроль знімання стружки, контроль за роботою різального інструменту. Потрібно звертати увагу на контроль спрацювання різального інструменту і характером процесу різання. Контроль температури в зоні різання, інтенсивність вібрації, амплітуда акустичних коливань і таке інше.

Діагностування за роботою керуючої програми включає контроль розмірів оброблюваної заготовки, вихід робочого органу або пристрою в задану точку, фактичного часу допрацювання програми. Засоби діагностування за результатами обробки можуть бути:

- спеціальний контрольний щуп (трьох – координатний вимірювальний щуп, головка), який зберігається в магазині інструментів, забезпечує вимірювання з потрібною точністю

- внутрішній таймер СЧПК. Передбачає контроль найбільш навантажених та ненадійних елементів системи та напівавтоматичний (або ручний) контроль менш відповідальних частин. Результати діагностування використовуються для аналізу стану об’єкта діагностування з еталоном з пам’яті, для організації роботи об’єкту діагностування в режимі поступової деградації.

Розрізняють функціональний і параметричний контроль працездатності.

Параметричний контроль полягає у визначенні рівнів сигналів, розмірів. Параметричний контроль не потребує додаткового обладнання, але і не дає можливості аналізувати місце дефекту. Має велику ефективність, але потребує великих додаткових апаратурних засобів

Функціональний контроль полягає у перевірці результатів функціонування від остаточних розмірів, форми. Функціональний контроль може бути двох видів: тестовий і апаратний.

Тестовий базується на подачі тестових виробів і порівнянні з еталоном.

Апаратурний полягає в порівнянні апаратурою, за допомогою контролюючого обладнання.

Діагностування різального інструменту

Різальний інструмент найменш надійний елемент системи. Діагностування включає перевірку наявності, цілісність кожного різального інструменту перед операцією, контроль спрацювання поверхонь. По відношенню до технологічного процесу розрізняють 3 основних види діагностування та контролю:

- до, перед обробкою

- під час обробки

- після обробки

Перевірка наявності здійснюється у вихідній позиції за допомогою контрольних чи безконтрольних давачів.

Перевірка цілісності інструменту, типу свердла, розверсток, зенкерів, яку здійснюють пневматичні елементи, здавачі.

Рисунок 4.5 – Алгоритм оперативного діагностування

Рисунок 4.6 – Схема визначення спрацювання задньої поверхні різальної кромки

Рисунок 4.6 – Алгоритм діагностування перед початком роботи

Струм, менше освітленість. Фотоелемент при більшому спрацюванні буде менше освітлюватись. Недолік такої системи є наростоутворення, метал поливають. Краще підвести світлопроводи від яких промені будуть відбиватися в потрібну сторону.

Це можна зробити лише для зовнішньої обробки чи при періодичній обробці. Для свердел таким чином виміряти спрацювання не можливо і вимірювання спрацювання проводиться за допомогою сил різання.

Поновлення працездатності різального інструменту здійснюється шляхом його заміни, яка може бути одночасною, профілактичною та індивідуальною.

Одночасна заміна всіх різальних інструментів – всі інструменти замінюються після відмови одного з них. Перевагою є те, що непотрібні лічильники циклів, проте різко зменшується термін служби. Тому такий спосіб заміни різальних інструментів застосовується для однакових тотожньо працюючих інструментів, в тому випадку, коли відсутні лічильно – рахувальні пристрої.

Профілактична заміна різального інструменту проводиться при заміні всіх інструментів в примусовому порядку після певного часу роботи (жорстка профілактика). Для кожного інструменту розраховується значення часу роботи, система діагностує визначений час і перевіряє, надалі роблячи висновок. Для інструментів з різними значеннями спрацювання потрібні лічильники. Пристрої для кожного різального інструменту чи групи.

Різальний інструмент, який відмовив замінюється індивідуально. Доцільно мати якусь інформацію про імовірний час безвідмовної роботи інструменту. Для цього потрібно мати математичну модель.

5. Автоматизація завантажувального обладнання

Автоматизація завантажувального обладнання є найбільш складною з задач автоматизації. Це дозволяє скоротити допоміжний час на установку і знімання виробів. Процес завантаження складається з таких основних етапів:

- захоплення чи відділення деталі (заготовки) від маси, яка знаходиться у впорядкованому положенні

- переміщення їх до робочої зони (зони обробки)

- надання їм певного положення в просторі відносно деякої нерухомої системи координат (орієнтація в просторі)

- подача деталей в робочу зону обладнанням до устаткування чи елементів пристроїв через проміжки часу, які визначені циклом роботи (орієнтація в часі)

Виконання всіх або частини названих дій в автоматичному режимі називається автоматизацією завантаження. Складність автоматизації завантаження полягає в різноманітності процесів механічної обробки і складання, в різноманітності заготовок і деталей, які потрібно завантажити.

5.1 Автоматизація орієнтування

Автоматизація орієнтування - процес внаслідок якого деталь чи заготовка без участі людини приводиться з хаотичного стану в певне положення відносно деяких поверхонь. Для здійснення транспортування заготовка (деталь) повинна мати один ступінь волі. Якщо це тіло обертання, то два ступені волі (обертання і переміщення навколо своєї осі). Розрізняють стійке розпізнане та нерозпізнане положення деталі чи заготовки.

Стійким називається таке положення, коли вектор ваги деталі проходить через опорну поверхню.

Розпізнаним називається таке положення деталі (заготовки) при якому проекції її на орієнтовану поверхню не повторюють інших орієнтованих положень. Кількість розпізнаних положень залежить від ступеня симетричності деталі.

Якщо проекції деталі (заготовки) на орієнтовану поверхню аналогічні, то такі поверхні називаються нерозпізнаними.

Перехід тіла з одного орієнтованого положення в інше можливий шляхом повороту навколо осей. Чим більше осей симетрії, тим більше нерозпізнаних і менше розпізнаних положень. Чим більше розпізнаних положень, тим складніша орієнтація.

Рисунок 5.1 – Розпізнані положення заготовок різної конфігурації

В процесі руху кількість розпізнаних положень істотно зменшується в порівнянні з теоретично можливими, тому що при русі є мили інерції. З всіх розпізнаних положень є одне в якому деталь (заготовка) потрапляє в робочу зону. Розрізняють первинне і вторинне орієнтування.

Первинне – процес переводу заготовки (деталі з хаотичного або стійкого положення в одне з розпізнаних. Використовується в процесі захоплення і орієнтації деталі.

Вторинне орієнтування – процес переводу деталі (заготовки) з розпізнаного положення в задане. Може здійснюватись трьома різними способами (рисунок 5.2):

- активне

- пасивне

- активно – пасивне

Активно орієнтуючий пристрій вторинної орієнтації пропонує правильно орієнтувати деталі, а неправильно зорієнтовані приводяться примусово в правильне положення. Активно орієнтуючий пристрій забезпечує потрібну продуктивність подачі деталей (заготовок), але недоліком є складність конструкції і необхідність застосування спеціальних заходів для захисту від заклинювання при переповненні деталями (заготовками).

Пасивне орієнтування - правильно орієнтовані йдуть, а неправильно зорієнтовані відкидаються. Перевагою пасивного орієнтування є простота конструкції і відповідно надійна робота. Недоліком такого орієнтування є зниження продуктивності орієнтації деталей (заготовок) в стільки разів скільки розпізнаних положень має деталь.

Пасивно – активне орієнтування – процес зберігання деталями (заготовками) початкового орієнтування і створення власного потоку деталей (заготовок), які однаково зорієнтовані. Пасивно – активне орієнтувальні пристрої застосовують коли потрібно подавати чи є необхідність подавати деталі (заготовки) двома потоками.

Рисунок 5.2 – Активне, пасивне та активно-пасивне орієнтування

Кількість розпізнаних положень зменшує в ту ж саму кількість разів продуктивність.

Орієнтувальні пристрої взаємодіють за знаком асиметричності, який зветься ключем орієнтації. За характером такої взаємодії всі пристрої поділяються на 3 класи (рисунок 5.3):

- пристрої механічної дії на деталі (заготовки)

- пристрої дії силового поля

- програмно – орієнтувальні пристрої

Рисунок 5.3 – Приклади ділення пристроїв за характером взаємодії

5.2. Завантажувальні пристрої

В загальному випадку завантажувальні випадки сколються з таких вузлів і механізмів:

- бункер. Для накопичення деталей (заготовок) в неорієнтованому стані. Іноді використовують для подачі деталей (заготовок) в орієнтованому стані для первинної орієнтації. Конструкція і розміри бункерів залежить від розміру і форми деталей (заготовок) і від складності їх орієнтування в просторі

- магазин. Для накопичення заготовок в орієнтованому стані. Магазин (накопичувач) компенсує нерівномірність продуктивності бункера. Іноді функції магазина виконує прямий або спіральний лоток. Конструкція магазинів (накопичувачів) різноманітна і залежить від форми і розмірів деталей (заготовок), від технологічних засобів орієнтації

- захватно – орієнтуючі механізми. Для захоплення заготовки (деталі) з бункера, її орієнтації та подачі в орієнтованому положенні. Якщо в завантажувальному пристрої є магазин, то захватно – орієнтувальний механізм виключається