Оптимизация показателей гибкости системы автоматического контроля и диагностирования гибкого автоматического производства

Решение проблемы трудовых ресурсов и повышение производительности труда в народном хозяйстве зависит в значительной степени от развития комплексной автоматизации производства с обеспечением при этом возможности быстрого перехода на выпуск новой продукции.

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и на период до 1990 года» сказано: «.Последовательно осуществлять переход к массовому применению высокоэффективных систем машин и технологических процессов, обеспечивающих комплексную механизацию и автоматизацию производства, техническое перевооружение его основных отраслей». И далее: «На основе использования достижений науки и техники развивать производство и обеспечить широкое применение автоматических манипуляторов (промышленных роботов), вй^оенных систем автоматического управления с использованием микропроцессоров и микроЭВМ, создать автоматизированные цехи и заводы» .

В документах июньского 1983 г. пленума ЦК КПСС говорится: «Нас ждет огромная работа по созданию машин, механизмов и технологии как сегодняшнего, так и завтрашнего дня. Предстоит осуществить автоматизацию производства, обеспечить широчайшее применение компьютеров и роботов, внедрение гибкой технологии"позволяющей быстро и эффективно перестраивать производство на изготовление новой продукции» .

Общим недостатком традиционных средств автоматизации следует признать узкую ориентацию станков и автоматических линий на изготовление определенного вида изделий. В связи с этим подобные средства автоматизации можно использовать только в массовом или крупносерийном производстве. Однако в промышленно развитых странах крупносерийное и массовое производство составляет лишь 20 $, а единичное и мелкосерийное производство 30%,.

Способом преодоления указанного недостатка является создание гибких автоматических производств (ГШ).

Гибкое автоматическое производство (ГАП) — производственная единица (линия, участок, цех, завод), функционирующая на основе безлюдной технологии, работа всех производственных компонентов которой (технологического оборудования, складских и транспортных систем, участков комплектования и др.) координируется как единое целое многоуровневой системой управления, обеспечивающей изменение программы функционирования компонентов ГШ и тем самым быструю перестройку технологии изготовления при смене объектов производства [ I ] .

Преимущества создания ГШ:

— резкое увеличение производительности труда в процессе изгтовле-ния единичной и мелкосерийной продукции (благодаря более высокой загрузке оборудования), что особенно важно в условиях нарастания дефицита рабочей силы в стране;

— быстрое реагирование на изменение требований заказчиков;

— существенное повышение качества продукции за счет устранения ошибок и нарушений технологических режимов, неизбежных при ручном труде;

— сокращение времени производственного цикла;

— уменьшение капитальных вложений, площадей и численности обслуживающего персонала за счет трехсменного режима работы, при этом две смены ведутся практически только под наблюдением оператора ;

— снижение объема незавершенного производства;

— повышение эффективности управления;

— улучшение условий труда, устранение сложных, трудоемких и тяжелых операций, освобождение человека от малоквалифицированного и монотонного труда .

Дальнейшая автоматизация промышленности сводится к объединению в единое целое отдельных автоматизированных систем:

— системы автоматизированного проектирования (САПР) ;

— автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП) ;

— автоматизированной системы управления производством (АСУП) ;

— автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) и созданию на этой основе интегрированных производственных комплексов (ИПК).

Важнейшей системой ГАП, определяющей возможность осуществления безлюдного производственного процесса, является система автоматического контроля и диагностирования (САКД).

Система решает следующие задачи:

— получение и представление информации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении контролируемых объектов, а также о состоянии технологической среды ;

— сравнение фактических параметров с заданными ТУ;

— передача информации о рассогласованиях для принятия решений на различных уровнях управления ГАП ;

— получение и представление информации об исполнении функций;

— автоматическую перестройку средств контроля и диагностирования в пределах заданной номенклатуры контролируемых объектов ;

— обеспечение соответствия динамических характеристик САЙД динамическим свойствам контролируемых объектов;

— обеспечение полноты достоверности контроля и диагностирования;

— обеспечение быстрого поиска и локализации места неисправности;

— обеспечение возможности прогнозирования работы системы и устройств ГШ ;

— обеспечение надежности средств контроля и диагностирования.

Система САКД ГАП должна обеспечивать требуемый уровень качества продукции путем контроля параметров материала, заготовок, инструмента, приспособлений, оборудования, режима изготовления, измерения и испытаний изделий, параметров технологических сред и изделия на всех стадиях его изготовления^, с другой стороны, максимальную эффективность ГШ за счет поддержания его в работоспособном состоянии путем контроля и диагностирования роботизированных технологических комплексов изготовления, контроля, вычислительной техники и программного обеспечения.

При разработке САКД приходится решать целый ряд научно-технических задач. Их трудности постоянно растут с усложнением объектов контроля, повышением требований к их качеству функционирования. В настоящее время известно большое количество примеров, когда при разработке ГШ не уделяется достаточного внимания разработке САКД, что ведет к большим потерям, связанными с вынужденным простоем высокопроизводительного оборудования, срыву плановых заданий. Кроме того, из-за отсутствия высокоэффективных САКД, все еще велико время вынужденного простоя техники при планово-предупредительных аварийных проверках и ремонтах. С другой стороны, необходимо отметить недостаточную проработку вопросов теории и практики систем контроля и диагностирования производственных систем. Вся известная литература рассматривает, в основном, системы контроля и диагностирования радиоэлектронного и радиотехнического оборудования, которые хотя и являются в настоящее.

— ХО время очень сложными системами, характеризуются, как правило, большим количеством однородных параметров.

Для ГШ же характерно большое количество разнородных параметров, распределенных в пространстве, постоянно меняющихся в процессе производства.

Сжатые сроки разработок и отсутствие достаточного количества научно обоснованных рекомендаций по созданию средств контроля и диагностирования для конкретных производственных систем приводит разработчиков к необходимости всякий раз начинать решения возникающих проблем контроля и диагностирования практически заново. В конечном счете все это отрицательно влияет на качество функционирования ГШ.

Разработка САКД должна базироваться на всестороннем изучении технологических процессов производства изделий, применяемого оборудования и условий производства.

При разработке методов и средств контроля и диагностирования ГШ, в первую очередь, необходимо формализованное описание объекта и средств контроля, так как из-за большой сложности и стоимости невозможно построить физические модели как объекта контроля, так и средств контроля.

Рассматривая современное состояние вопроса создания ГШ, необходимо отметить, что не существует пока еще единого метода моделирования как ГШ в целом, так и составляющих его систем, что значительно затрудняет разработку САКД на ранних стадиях проектирования, а это, в свою очередь, приводит в дальнейшем к большим материальным потерям.

Сложность формирования математической модели САКД объясняется невозможностью указания в начале проектирования точной зависимости влияния каждого из технических параметров друг на друга и на показатель качества оборудованиям также большой разнородностью параметров. Разнородность параметров объясняется различием их физической природы и различными способами проверки в процессе эксплуатации.

Этап перехода от структуры САКД к его математической модели мало исследован с позиций рационального выбора этих моделей, и, в частности, с точки зрения информационного обеспечения, последующих вычислительных трудностей решения. Кроме того, мало обращается внимания на устойчивость этих моделей по отношению к возникающим новым техническим задачам.

Представляется целесообразным использовать иерархическую последовательность математических моделей, основанную на алгебраических описаниях.

В настоящее время получили развитие исследования в таких направлениях контроля и диагностирования, как разработка и применение диагностических моделей для различных классов объектов, автоматизация построения тестов и получения диагностической информации, разработка методов функционального и тестового диагностирования объектов, реализующих функции различного типа.

Большой вклад в разработку этих вопросов внесли П. П. Пархоменко, А. В. Мозгалевский, Е. С. Согомонян, И. А. Ушаков, В. В. Карибский, П. И. Кузнецов, Л. А. Мироновский и др.

В теоретические основы обеспечения качества изделий в ходе контрольно-испытательных работ большой вклад внесли труды А. Г. Варжапетяна, В. Д. Гаскарова, Л. Г. Евланова, В. Я. Розенберга, Е. Г. Нахапетяна и др. Большое место вопросы автоматизации производственных процессов, в том числе контроля и диагностирования, занимают в работах П. И. Буловского, М.С.Невельсона"А.И.Федотова,.

П.И.Белянина, Е. ИЛОревича" .

Несмотря на существенные теоретические достижения, значительный опыт построения автоматизированных систем контроля и диагностирования, арсенал методов формализации и моделирования, описывающих процессы и устройства контроля и диагностирования, оказывается недостаточным для решения выдвигаемых практических задач контроля и диагностирования. Особенно остро сказывается отсутствие систем диагностирования сложных производственных комплексов, что приводит к увеличению времени поиска и устранения возникших дефектов и простоям высокопроизводительного оборудования.

К проблеме создания САКД в условиях ГАП тесно примыкают вопросы обеспечения контролепригодности элементов ГШ. В настоящее время отсутствуют методы количественной оценки и оптимизации контролепригодности.

В результате анализа современного состояния вопросов проектирования САКД в условиях ГШ можно сделать вывод, что к числу научных задач, требующих решения относятся:

— разработка математических моделей (ММ) объектов контроля производственных систем;

— построение ММ и решение задач оптимального синтеза модулей контроля и диагностирования (МКД) САКД;

— разработка частных ММ технических средств контроля и диагностирования (ТСК) ;

— исследование и оптимизация показателей гибкости САКД;

— разработка системы показателей оценки контролепригодности элементов ГАП ;

— оптимизация показателей контролепригодности элементов ГШ;

— разработка методики повышения уровня контролепригодности элементов ГАП.

Цель диссертационной работы заключается в разработке научных положений и на их основе инженерных методов проектирования САКД в условиях ГАП, оптимизации показателей гибкости САКД, методов оценки, оптимизации и повышения контролепригодности элементов ГАП.

Объектами исследования являются системы автоматического контроля и диагностирования гибких автоматических производств.

Методы и с сл едо вания. Теоретические и экспериментальные исследования, изложенные в диссертационной работе, основываются на использовании аппарата системного анализа, теории моделирования, теории вероятностей и математической статистики, теоретических основ технической диагностики, основ теории множеств, на методах линейной оптимизации и дискретного программирования, теории чувствительности.

Научная новизна, В диссертационной работе на основе системного подхода и применения методов декомпозиции разработана математическая модель гибкого автоматического производства. Впервые предложены и разработаны показатели гибкости системы автоматического контроля и диагностирования. Разработана методика проектирования САКД в условиях ГАП.

Предложена методика разработки оптимального набора модулей контроля и диагностирования. Исследовано понятие контролепригодности. Предложены количественные показатели контролепригодности. Разработаны алгоритмы и программа оптимизации показателей контролепригодности. Разработана методика повышения уровня контролепригодности элементов ГАП.

Научная новизна результатов диссертационной работы подтверждается наличием публикаций по основным разделам диссертационной работы и авторских свидетельств на изобретения. работы состоит в том, что на ее основе разработаны методики, позволяющие:

— оптимальным образом разрабатывать модули системы контроля и диагностирования Г АЛ на этапе проектирования;

— оптимизировать гибкость САМ ГАП ;

— оптимизировать контролепригодность элементов ГЛП на этапе проектирования и проводить мероприятия с целью повышения уровня контролепригодности.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены при разработке САКД ГАП холодной листовой штамповки, при разработке и испытаниях системы контроля сложного приборного комплекса. Отдельные положения работы используются в учебном процессе на кафедре «Технология авиационного приборостроения» ЛИАП.

Полученный эффект. Суммарный экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составляет около? Ю, 0тыс. рублей, что подтверждено актами соответствующих организаций.

Основные положения работы доложены и обсуждены на Всесоюзных научно-технических конференциях: УП ВНТК «Технологические резервы повышения качества и эффективности приборостроительного производства-1 г. Смоленск, 1976 г. — IX ВНТК «Технологические пути экономии трудовых и материальных ресурсов и интенсификация производства в приборостроении1,1 г. Суздаль, 1983 г.- ВНТК «Технологическое управление триботехническими характеристиками узлов машин1,' г. Севастополь, 1983 г. — на Всесоюзных научно-технических семинарах: «Пути повышения уровня механизации и автоматизации механосборочного производства', 1 г. Севастополь, 1982 г.

Прогрессивные технологические процессы холодной листовой и объемной штамповки1,' г. Пенза, 1983 г., Всесоюзном совещании-семинаре «Гибкие автоматизированные производственные системы',' г. Ленинград, 1984 г., краткосрочном семинаре «Гибкие автоматические производства в радиоаппаратои приборостроении',' ЛДНТП, г. Ленинград, 1984 г., Всесоюзной научно-технической конференции «Гибкие автоматические производства в машиностроении',' г. Вильнюс, 1984 г. Кроме того основные положения диссертационной работы докладывались на ХХУШДХХ1, ХХХП ДХХШДХХУ каучно-технических конференциях Ленинградского института авиационного приборостроения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 1% работ и получено 2 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов"заключения, указателя использованных источников и приложений, всего 198 страниц, из них 164 машинописных, 2 В рисунков, б таблиц.

Основные результаты работы.

1. Разработана методика проектирования системы автоматического контроля и диагностирования в условиях ГАП.

2. Предложен алгоритм построения декомпозиционной модели ГАП" образованной иерархической системой взаимосвязанных моделей, соответствующих подсистемам ГАП.

3'. Исследованы вопросы обеспечения точности выходных характеристик модулей контроля и диагностирования (МВД) и технических средств контроля (ТСК) системы автоматического контроля и диагностирования.

4. Исследовано понятие гибкости системы контроля и предложены показателихарактеризующие гибкость САКД.

5. Сформулирована и решена задача оптимизации количества контролируемых параметров модулем контроля и диагностирования.

6', Сформулирована и решена задача выбора оптимальной глубины поиска неисправностей при контроле ГАП.

7. Сформулирована и решена задача оптимизации коэффициента готовности САКД.

8. Разработана система количественных показателей для оценки контролепригодности объекта контроля.

9. Разработан метод и программа решения задачи оптимизации показателей контролепригодности.

10. Предложена методика обеспечения высокого уровня контролепригодности объекта контроля.

11. Результаты исследований прошли экспериментальную проверку и внедрены на двух предприятиях г. Ленинграда, а также в учебно-методических разработках кафедры «Технология авиационного приборостроения» ЛИШ. Общий эффект от внедрения результатов работы составляет около 40,0 тыс. рублей в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.