книги / Надежность и диагностика технологических систем

От авторов

Проблемы обеспечения надежности в области машиностроения являются чрезвычайно актуальными. Процессы производства из­ делий при внедрении гибких автоматизированных технологических систем значительно усложняются. Технологические системы отно­ сятся к сложным человеко-машинным системам, которые в общем случае не поддаются строгому математическому описанию. Они спро­ ектированы с использованием функциональной, структурной и вре­ менной избыточности и характеризуются разветвленной структурой, динамическим характером процессов функционирования, высокими силовыми нагрузками, наличием деформаций различной физической природы. Важную роль играют также процессы износа и старения элементов. Поэтому у таких систем предусмотрены эксплуатацион­ ное обслуживание, восстановление и ремонт.

Эффективность использования технологических систем по служеб­ ному назначению связана с обеспечением требуемой точности, про­ изводительности и экономичности, которые в значительной степени определяются уровнем их надежности, параметрами восстановления

иремонта. При высокой динамичности физико-механических про­ цессов особое значение приобретают проблемы диагностирования технологических модулей, в первую очередь режимов обработки

исостояния инструментов.

Методы проектирования производительных, надежных и безо­ пасных машин основываются на использовании передовых научнотехнических достижений. Поэтому специалисты в области машино­ строения должны обладать разносторонними знаниями.

1. Изучение теоретических методов расчета показателей надеж­ ности, базирующихся на предельных теоремах и фундаментальных положениях теории вероятностей. Например, процессы восстанов­ ления технологических систем во многих случаях достаточно точно описываются уравнениями теории массового обслуживания. Для расчета надежности и производительности сложных технических систем применяют методы статистического имитационного моде­ лирования.

2. В настоящее время для обеспечения надежности следует ши­ роко использовать компьютерные сетевые и информационные техно­ логии, правила создания и использования баз данных. Компьютерные сети позволяют оперативно собирать сведения об отказах, их типах и характере, быстро устанавливать степень работоспособности обору­ дования, принимать правильные решения по управлению производ­ ством, оперативно перестраивать структуру технологических систем,

обрабатывать данные по ремонту и восстановлению технологиче­ ских модулей, определять наличие на складах необходимого заде­ ла запасных частей.

Современные автоматизированные системы научных исследова­ ний создаются на базе готовых компьютерных, аппаратных и про­ граммных средств модульного исполнения, выпускаемых по единым стандартам мирового экономического сообщества. С помощью таких автоматизированных систем можно решать и задачи технической диагностики.

3. Необходимо иметь базовые знания об информационно-изме­ рительной технике, составляющей основу систем технической диаг­ ностики, о методах выбора наиболее информативных параметров диагностирования автоматизированных технических систем, об ал­ горитмах сбора, обработки, хранения и передачи диагностической информации.

Данный учебник предназначен для формирования у студентов комплексного восприятия научных знаний и практических сведе­ ний по проблемам надежности и технической диагностики.

Учебник состоит из 14 глав. Главы 1,11, параграф 14.5 написаны профессором, доктором педагогических наук, кандидатом техниче­ ских наук, заслуженным работником высшей школы РФ А.Г. Схиртладзе; главы 2, 6, 7, 9,14 — профессором, кандидатом технических наук М.С. Уколовым; главы 3, 4, 8,12 — профессором, кандидатом технических наук А.В. Скворцовым; главы 5, 10, 13 подготовлены совместно М.С. Уколовым и А.В. Скворцовым.

Авторы выражают признательность рецензентам: доктору тех­ нических наук, профессору В.Г. Митрофанову и доктору технических наук, профессору Н.М. Султан-заде за внимательное прочтение руко­ писи и ценные критические замечания.

Список сокращений

АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки

АСУТП — автоматизированная система управления технологическими процессами

АФ Ч Х — амплитудно-фазово-частотные характеристики

АЧ Х — амплитудно-частотные характеристики

кило —комплексная поверхностная ионно-плазменная обработка

мм—математическая модель

ппп—преобразователь последовательного приближения

тт— технические требования

энимс — Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков

CAD (Computer Aided Design) — компьютерная система проектирования и конструирования

CAE (Computer Aided Engineering) — компьютерная система моделиро­ вания технологических процессов и инженерных расчетов

CALS (ContinuousAcquisition and Life Cycle Support) — непрерывные по­ ставки и информационная поддержка жизненного цикла продукции САМ (Computer Aided Manufacturing) — компьютерная система техно­ логической подготовки производства

CAN (Controller Area Network) — сеть уровня контроллеров

CNC (Computerised Numerical Control) — числовое управление от вычис­ лительных машин

DNC (Direct Numerical Control) — системы «прямого цифрового управ­ ления>

ERP (Enterprise Resource Planning) — компьютерная система планиро­ вания и управление ресурсами предприятия

MRP (Materials Requirement Planning) — компьютерная система пла­ нирования потребностей в материалах

MRP II (Manufacturing Resource Planning) — компьютерная система управления производственными ресурсами

NC (Numerical Control) — числовое управление

PDM (Product Data Management) — компьютерная система управления проектами и техническим документооборотом

с ГОСТ 3.1109-82 технологический процесс — это часть произ­ водственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Под термином ТС подразумевается весь комплекс разнообразного оборудования и других средств, используемых для металлообра­ ботки при изготовлении изделий — от универсальных станков до высокоавтоматизированных комплексов. Наиболее ярким при­ мером таких комплексов являются гибкие производственные си­ стемы (ГПС). На рис. 1.2 показана организационная структура ГПС на уровне гибкого автоматизированного цеха (ГАЦ), а также специфика формирования ГПС на базе технологического обору­ дования (ТО) и средств оснащения.

Термин «автоматизированный» означает обязательное (актив­ ное) участие человека в выполняемых процессах (проектирования, изготовления, функционирования объектов, систем, оборудования, комплексов).

В соответствии с ГОСТ 26228-95 гибкая производственная система — это совокупность (или отдельная единица) ТО и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установ­ ленных пределах значений их характеристик.

За счет высокого уровня автоматизации и надежности обору­ дования ГПС стало возможным практически реализовать идею «безлюдной», точнее «малолюдной», технологии. Термин «без­ людный» сложился исторически, однако его нельзя понимать буквально — как «производство без людей». В ГПС автоматизи­ рованы большинство функций, которые ранее требовали обяза­ тельного участия человека, — тяжелые, трудоемкие, монотонные операции. Современное оборудование ГПС может работать дли­ тельное время автоматически, по программе, без непосредствен­ ного участия и вмешательства человека в процесс обработки. За человеком закреплены только некоторые специфические (мож ­ но даже сказать «творческие») функции, требующие высокого уровня квалификации и подготовки: наладочные работы; тех­ ническое обслуживание и подготовка производства; некоторые функции контроля, управления, координации и принятия ре­ шений.