WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРОБЛЕМАМ МАШИНОВЕДЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОВЕДЕНИЯ РАН САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ КАФЕДРА МЕХАТРОНИКИ КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES Council for theoretical engineering and manufacturing methods Research institute of mechanical engineering problems of RAS Saint-Petersburg state university of information technologies, mechanics and optics Mechatronic department Department of technology of instrument-making industry PROCEEDINGS OF THE 6th SESSION OF THE INTERNATIONAL SCIENTIFIC SCHOOL FUNDAMENTAL AND PRACTICAL PROBLEMS OF PRECISION THEORY AS APPLIED TO PROCESSES, MACHINERY, INSTRUMENTS AND SYSTEMS (FRIDLANDER’s READINGS) Part 2 IS DEDICATED TO MEMORY OF V.P. BULATOV September 31 - October 3, 2003 Under the editorship V.M. Musalimov and B.S. Padun Saint-Petersburg, 2003 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Научный совет по проблемам машиноведения и технологических процессов Институт проблем машиноведения РАН Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики Кафедра мехатроники Кафедра технологии приборостроения ТРУДЫ ШЕСТОЙ СЕССИИ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ ТОЧНОСТИ ПРОЦЕССОВ, МАШИН, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ (ФРИДЛЕНДЕРОВСКИЕ ЧТЕНИЯ) Часть 2 ПОСВЯЩЕНО ПАМЯТИ В.П. БУЛАТОВА 31 сентября - 3 октября, 2003 Под редакцией д.т.н., проф. В.М. Мусалимова и к.т.н., проф. Б.С. Падуна Санкт-Петербург, 2003 УДК 621.01+531 ББК 34.41 Ф.94 Труды шестой сессии международной научной школы "Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем Часть 2. / Под редакцией д.т.н., проф. В.М. Мусалимова и к.т.н., проф.

Б.С. Падуна - СПб: ИПМаш РАН, 2003. - 172 c.

В книге представлены материалы и доклады шестой сессии международной научной школы, посвященные решению фундаментальных и прикладных проблем обеспечения точности при проектировании, изготовлении и эксплуатации машин, приборов и систем.

Книга предназначена для научных сотрудников, специалистов промышленных предприятий и отраслевых институтов, а также для преподавателей, аспирантов и студентов технических университетов.

Works of the 6th session of the international scientific school "Fundamental and applied problems of the theory of accuracy of processes, machines, devices and systems Part 2. / Under the editorship V.M. Musalimov and B.S. Padun St. Petersburg: RIMEP of RAS, 2003. - 172 p.

Proceeding and papers of the 6th session of the international scientific school devoted to solving of fundamental and applied problems concerning design accuracy, manufacturing and machine operation.

The book is intended for scientists, experts of industrial enterprises and for lecturers, post-graduates and students of technical universities.

2003-11-© Коллектив авторов, © ИПМаш РАН, © СПбГУ ИТМО, © Кафедра Мехатроники, © Кафедра Технологии приборостроения, Компьютерная верстка Ларин А.С., Сенькин Д.С.

Дизайн обложки Ефремов Л.В.

Секция 4.

Проблемы точности при создании машин и приборов 6 Труды шестой сессии международной научной школы 4.1. НЕЧЕТКАЯ ЛОГИКА И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА МОНИТОРИНГА МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Мусалимов В.М., Брагинский В.А., Резников С.С. (СПбГУ ИТМО), Ростовцев А.М. (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Рассмотрено современное состояние проблемы мониторинга механических систем. Обсуждены вопросы пассивного, активного, транспортно - сборочного мониторинга, а также вопросы его техническихи теоретических возможностей. Показано, как результаты мониторинга используются для построения нечеткого контроллера.

Введение В данной работе все возможности реализации механических систем и их свойств рассматриваются с использованием современного базового понятия "качество". Качество рассматривается как интегральная характеристика объекта, включающая: надежность, работоспособность, прочность, точность и т.д. Управление качеством, таким образом, определяется возможностями интегрального управления, для чего представляется целесообразным использовать (в процессе создания, контроля и управления качеством и точностью объекта) мониторинг функционирования объекта-системы с целью выявления реализации проектных целевых установок. Мониторинг по характеру организации, форме и содержанию весьма разнообразен. Это может быть:

- пассивный технологический мониторинг [1]: "исследование качества поверхностного слоя деталей машин, осуществляемое по окончании технологической операции [2]";

- активный технологический мониторинг "контроль состояния технологического процесса, цикличности выполнения предписанных технологических операций в реальном времени [3]";

- транспортно-сборочный мониторинг: "контроль транспортных операций (загрузка-разгрузка, накопление, расходование деталей перед сборкой) и самого процесса сборки, включая сортировку деталей на группы по показателям качества перед селективной сборкой [4]".

Реализация мониторинга в любом варианте требует системного подхода [5]: Во-первых, строится динамическая модель на основе разделения процессов, протекающих, например, в подвижных соединениях конструктивных элементов привода, несущей системы, инструмента и заготовки Все указанные элементы образуют сложную механическую систему, которая становится естественной частью динамической модели конкретной технологической системы.

Во-вторых, формируются прямые и обратные связи между отдельными частями модели технологической системы. Одновременно с этим составляется Проблемы точности при создании машин и приборов матрица оценки чувствительности производственной системы к нарушениям режима ее нормальной эксплуатации [6] и проводится минимизация элементов этой матрицы с целью повышения инвариантности технологического процесса по отношению к возмущающим факторам. Далее необходимо [7] интегрировать метрологический процесс в процесс изготовления машиностроительной продукции. Это позволяет решить первоочередную задачу немедленного получения информации, которая может быть использована также и для оптимизации производственного процесса.



Требования к методам и средствам контроля сводятся к трем показателям: экономичность, эффективность, надежность. Об эффективности такой интеграции можно судить, например, по тому, что фирма Ford Motors (США) в 1999г. вручила премию Q1 Quality Award итальянской фирме "Marposs S.

P.A.", присуждаемую производителям станков и инструментов за существенные разработки в области обеспечения качества продукции [7], включающие в себя: "измерительные системы для технического контроля и неразрушающего контроля деталей и узлов машин;" датчики для автоматизированной диагностики станков и процессов механической обработки, а также для обеспечения селективной сборки.

В отечественной научно-инженерной практике идеи мониторинга разрабатываются применительно к этапам разработки продукции организации её серийного производства и использования готовой продукции потребителем. На стадии разработки продукции- это так называемое параллельное проектирование основного объекта, а также подготовка производства; концепция такой параллельной разработки предполагает высокий уровень детализации и синхронизации работ и четкое разделение целей качества(точности) продукции на каждой стадии(и на всех этапах внутри каждой стадии). На стадии выпуска продукции - это опора на результат структурирования функции качества, разделение качества(точнеее петли качества) на две составляющие: до запуска в производство и с момента начала производства; реализация принципа робастности в системе "технология - оборудование - изделие", позволяющего создать условия, противостоящие спонтанным колебаниям неуправляемых воздействий в достаточно широких пределах, и на этой базе оптимизировать параметры качества продукции и оценивать уровень воспроизводства качества, вводить нормы-индексы воспроизводимости качества (ИВК).

На стадии использования (или эксплуатации) продукции - это сопоставление отдельных элементов и(или) общего результата собственной деятельности с лучшими аналогами(так называемый Benchmarking). Мониторинг как система требует определенных средств "расширения" от аналитико-эвристических до технических(база и метрология). Насыщение содержанием каждой из позиций средств "расширения" достаточно сложна и противоречива. Особенность состоит в том, что на выходе продукции оценка качества определяется ключевым неравенством[8]: T t T k T f, где обозначены соответственно допуски: технологический, сборочный, функциональный.

8 Труды шестой сессии международной научной школы Фазовый мониторинг механических систем Главная проблема мониторинга - организация сбора и анализа информации. Мониторинг призван отслеживать формирование выходного качества(номиналов) и допусков выходных параметров. В технологии приборостроения (машиностроения) первоначальные элементы последовательного пооперационного анализа качества нашли отражение в методиках "технологической наследственности". Реализация мониторинга предполагает наличие наиболее информативного параметра, каким-либо образом связанного с оценкой выходного качества объекта. Такая реализация предполагает наличие: приемника информации, анализатора, синтезатора(обратная связь). Теоретические расчеты динамической точности механических систем, приведенные далее на примере кривошипно-шатунного механизма [9], обосновывают необходимость динамического отслеживания реакции связей узлов механизма, для чего предполагается вмонтирование специальных датчиков с системой усиления снимаемых сигналов.

В настоящее время при изготовлении механизмов производят контроль качества изделия, проверяя размеры, шероховатость, зазоры и другие статические характеристики механизма, совершенно не учитывая динамику, связанную с эксплуатационным режимом работы. Динамику отражают фазовые портреты (характеризующие механическое состояние системы) или другие визуально-аналитические образы, связанные с обобщенными координатами и обобщенными скоростями. Каждый механизм как динамическая система имеет свой фазовый портрет, который отличается от фазовых портретов других механизмов. Например, для кривошипно-шатунного механизма визуально-аналитический образ механического состояния построен в базисе обобщенных координат и квадратов обобщенных скоростей и характеризуется четырьмя окнами семейств эквиреактивных кривых. Это набор эталонных семейств (норма-номинал), отклонение от которых (по анализу реакций связей) определяет состояние системы,связанное с появлением различных эксплуатационных дефектов: износ, появление остаточных деформаций звеньев и т.д. Для того, чтобы фиксировать отклонение реакции связей от номинального значения, необходимо использовать технические средства. Технические средства фазового мониторинга. Практика показывает, что наиболее просто и эффективно эта и подобная ей задача решается измерением реактивных силовых факторов, в данном случае, реакции обоймы, в которой ходит ползун. Использование реакций опор для получения информации о параметрах механического состояния представляется технически перспективным по следующим причинам: "отсутствие вращающихся токосъёмников подачи электропитания и съёма(ввода) информационно-управляющих сигналов," возможность схемотехнического или программно-алгоритмического выделения силомоментных потоков, проходящих через опорные датчики механических величин интересующих нас усилий и моментов в технологическом оборудовании.





Проблемы точности при создании машин и приборов Разработка параметрического ряда технологических датчиков механических величин для различных пределов измерений Особое значение приобретает подобный подход к определению механических параметров непосредственно в зоне формообразования будущей детали из заготовки, особенно для токарных и фрезерных станков. Так, измерительная информация о податливости системы шпиндель-патрон-заготовка токарного станка позволяет получить геометрический образ детали еще до её изготовления [10-12]. Не меньшее значение имеет контроль режущего инструмента. Вышеизложенное не умаляет значения традиционных средств активного контроля в процессе обработки, применяемых, в основном, на финишных операциях(шлифование и т.п.) [13]. Существенным является также модульность конструкций датчиков механических величин, выражающаяся в том, что его первичный преобразователь("сердце" датчика) выполняется в виде встроенного модуля из числа выпускаемых отечественной промышленностью. К таким модулям относятся механотронные преобразователи, до недавнего времени выпускавшиеся серийно электровакуумной промышленностью [14], и полупроводниковые тензомодули [15-16], серийный выпуск которых освоен приборостроительной промышленностью в середине 90-х г.г.

и продолжается в настоящее время в нарастающих масштабах. Эти модули могут быть укомплектованы вторичной аппаратурой, поставляемой как их заводом-изготовителем [17], так и другими предприятиями [18-19]. Общим для механотрона и полупроводникового тензомодуля является наличие консольного элемента, к которому прикладывается измеряемое усилие и деформируемой этим усилием мембраны [20]. Таким образом их можно назвать мембранно-рычажными преобразователями.

К консольным первичным преобразователям с податливой силоактивной опорой отнесены балочные тензопреобразователи, виброчастотные (ВБЧ) преобразователи, преобразователи на нитевидных кристаллах(НК), на использовании поверхностно-активных волн(ПАВ). В таблице они в целях более компактного представления условно совмещены на одной балке и показаны с одной стороны, имея ввиду аналогичную симметричную структуру с противоположной стороны для каждого из указанных преобразователей. К консольным первичным преобразователям с жесткой электропассивной опорой принадлежат тензомодули с гетероэпитаксиальной структурой "кремний на сапфире". Механотроны, а также перспективный преобразователь со структурой "кремний на кремнии", который по аналогии с названием механотрон предлагается назвать "мехатрон", - все три принадлежат к изделиям мехатроники, изготавливаемых методами микроэлектронной(тонкопленочной) технологии, при использовании которой мембрану мехатрона получают анизотропным травление, обеспечивающим воспроизводимость параметров в условиях массового производства [21]. Альтернативой тонкопленочной технологии изготовления первичных преобразователей является толстопленочная технология [22-24], однако габариты преобразователей получаются гораздо больши10 Труды шестой сессии международной научной школы ми, точность - более низкая. Выигрыш здесь можно получить только за счет простоты и относительной дешевизны технологических операций, причем в условиях серийного, а не массового производства, как в первом случае, производства первичных преобразователей. В соответствии с порядком перечисления преобразователей приводим их технические характеристики:

- предел измерений сН: 0,1-104; 2-50; 500-104; 0,01-104;

- рабочий прогиб мм: 0,01-0,05; 0,1-0,5; 0,15; 0,01-0,05;

- приведенная основная погрешность измерения %: 0,2; 0,5; 0,1; 0,05.

Результаты мониторинга:

Построение нечеткой экспертной системы Мониторинг проводится с целью определения состояния (качества) системы. Рассмотрим реализацию экспертной системы на примере простейшего механизма с помощью пакета нечеткой логики (Fuzzy Logic).

Пусть система имеет 3 входа: фазовая структура механизма (ФСМ), узлы механизма (УМ), детали узлов (ДУ); выходом установим качество системы (КС). Для ФСМ зададим 2 функции принадлежности: Z-функцию и S-функцию с соответствующими именами "плохо" и "хорошо"; для УМ зададим 3 функции принадлежности трапецеидального типа с именами "плохо", "хорошо", "отлично"; для ДМ зададим 3 функции принадлежности гауссового типа с именами "плохо", "хорошо", "отлично". Качество каждого из трех входов будем оценивать по 10-балльной системе. Для выходной переменной КС примем диапозон изменения от 0 до 100 и зададим 3 функции принадлежности тругольной формы с именами "плохо", "хорошо", "отлично". Приведем один из вариантов логических правил, ориентированный на применение алгоритма Мамдани:

1. Если ФСМ = хор. И УМ = отл. И ДУ = отл., то КС=отл.

2. Если ФСМ = хор., то КС = хор.

3. Если ФСМ = пл., то КС = пл.

4. Если ДУ = пл. ИЛИ УМ = пл., то КС = пл.

5. Если ФСМ = хор. И УМ = пл., то КС = пл.

Отметим, что в нечетких предикатных правилах в качестве связок использованы логические операции конъюнкции И и дизъюнкции ИЛИ. На этом конструирование экспертной системы закончено. Далее, воспользуемся пакетом Fuzzy Logic Toolbox (Matlab), чтобы построить нечеткий контроллер.

Результат представлен на рис.1. окном просмотра правил контроллера.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.