УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ...venec.ulstu.ru ›...

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

С. И. Рязанов Ю. В. Псигин Н. И. Веткасов

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

В МАШИНОСТРОЕНИИ

(робототехника, робототехнические комплексы)

Учебное пособие к выполнению практических занятий для студентов,

обучающихся по направлению 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение

машиностроительных производств», профиль – Технология машиностроения

Ульяновск УлГТУ

2018

УДК 621 (075) ББК 34.5 я7 Р 99

Рецензенты: Кафедра «Технология автоматизированного машиностроения» механико-технологического факультета ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)»; Кафедра «Математическое моделирование технических систем» УлГУ; Зам. начальника производственно-диспетчерского отдела предприятия АО «УКБП» А. В. Сизов

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Рязанов, Сергей Иванович

Р99 Автоматизация производственных процессов в машиностроении (робототехника, робототехнические комплексы) : учебное пособие к выполнению практических занятий / С. И. Рязанов, Ю. В. Псигин, Н. И. Веткасов. – Ульяновск : УлГТУ, 2018. – 162 с.

ISBN 978-5-9795-1820-6

Учебное пособие разработано в соответствии с рабочей программой

дисциплины «Автоматизация производственных процессов в машиностроении» для студентов, обучающихся по направлению 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль – Технология машиностроения.

Пособие предназначено для использования при самостоятельной работе студентов и проведении практических занятий. Пособие полезно для решения вопросов автоматизации производства в курсовой работе по дисциплине «Автоматизация производственных процессов в машиностроении».

Работа подготовлена на кафедре «Технология машиностроения».

УДК 621(075) ББК 34.5 я7

© С. И. Рязанов, Ю. В. Псигин, Н. И. Веткасов, 2018

ISBN 978-5-9795-1820-6 © Оформление. УлГТУ, 2018

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….

8

1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ (деловая игра)…………………………………....... Введение……………………………………………………………... 1. Цели занятия……………………………………………………… 2.Общие положения………………………………………………… 2.1. Средства пневмоавтоматики в составе исполнительной системы промышленных роботов………………………………… 2.2. Средства пневмоавтоматики в составе энергообеспечивающей системы промышленных роботов……… 2.3. Средства пневмоавтоматики в составе регулирующей системы промышленных роботов………………………………….. 2.4. Средства пневмоавтоматики в составе информационной системы промышленных роботов…………………………………. 3. Порядок выполнения практического занятия………………….. 3.1. Общие рекомендации для подготовки к занятию…………….. 3.2. Информационная подготовка к занятию……………………… 3.3. Изучение и обсуждение исходных материалов для выполнения задания……………………………………………….. 3.4. Индивидуальное задание……………………………………… 4. Оформление отчета, подведение итогов деловой игры……… 5. Контрольные вопросы………………………………………….. Информационные ресурсы…………………………………………

9 9 10 10

10

13

14

14 15 15 16

17 18 19 23 24

2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ…………………………………… Введение……………………………………………………………... 1. Цели занятия……………………………………………………… 2. Общие положения……………………………………………….. 2.1. Критерии выбора пневматических механизмов……………

26 26 26 26 26

4

2.2. Расчет пневматических цилиндров…………………………… 2.3. Примеры использования пневматических приводов в элементах и системах автоматизации производства…………….. 3. Порядок выполнения практического занятия………………….. 3.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию……………… 3.2. Информационная подготовка к занятию……………………… 3.3. Индивидуальное задание и примеры решения задач………… 4. Оформление отчета, подведение итогов практического занятия……………………………………………………………….. 5. Контрольные вопросы…………………………………………… Информационные ресурсы………………………………………….

27

30 36 36 36 37

51 52 52

3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3.ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ………………………….. Введение……………………………………………………………. 1. Цель занятия …………………………………………………….. 2. Общие положения……………………………………………….. 2.1. Оценка надежности сложных автоматизированных систем… 2.2. Оценка функциональной надежности системы………………. 2.3 Оценка эффективной надежности системы…………………… 2.4. Пример расчета функциональной и эффективной надежности системы………………………………………………… 3. Порядок выполнения практического занятия…………………... 3.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию……………… 3.2. Информационная подготовка к занятию……………………… 3.3. Индивидуальное задание………………………………………. 4. Оформление отчета, подведение итогов практического занятия………………………………………………………………. 5. Контрольные вопросы……………………………………………. Информационные ресурсы………………………………………….

53 53 53 54 54 54 56 57

60 60 60 60 60 64 64 64

5

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4. АНАЛИЗ СТРУКТУРНЫХ КОМПОНОВОК АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ…………………………... Введение……………………………………………………………... 1. Цели занятия………………………………………………………. 2. Общие положения………………………………………………… 2.1 Выбор альтернативы……………………………………………. 2.2. Понятия оценки альтернативных компоновок АТК………… 2.3. Оценка вариантов компоновок АТК………………………….. 2.4. Выбор варианта компоновки АТК……………………………. 2.5. Методика расчета неполных приведенных затрат для оценки экономической эффективности реализации вариантов компоновок АЛ……………………………………………………… 3. Пример оценки альтернативных вариантов структурных компоновок автоматизированных линий …………………………. 3.1. Формулировка задачи………………………………………….. 3.2. Решение задачи…………………………………………………. 4. Порядок выполнения практического занятия………………….. 4.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию…………….. 4.2. Информационная подготовка к занятию……………………… 4.3. Индивидуальное задание……………………………………… 5. Оформление отчета, подведение итогов практического занятия………………………………………………………………. 6. Контрольные вопросы…………………………………………… Информационные ресурсы………………………………………….

65 65 65 65 65 66 66 66

67

69 69 69 72 72 72 72

75 76 76

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И ТОПОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ………. Введение…………………………………………………………….. 1. Цели занятия……………………………………………………… 2. Общие положения………………………………………………… 2.1 Топология АТК………………………………………………….. 2.2. Многообразие технологических топологий АТК…………….. 2.3. Поиск оптимальной технологической структуры АТК……... 2.4. Методика формирования вариантов топологии………………

77 77 77 77 77 77 79 79

6

3. Пример проектирования структуры АТК………………………. 3.1. Базовые формулы расчета производительности АЛ………… 3.2. Результаты применения методики……………………………. 4. Порядок выполнения практического занятия…………………... 4.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию……………… 4.2. Информационная подготовка к занятию……………………… 4.3. Индивидуальное задание………………………………………. 5. Оформление отчета, подведение итогов практического занятия……………………………………………………………….. 6. Контрольные вопросы……………………………………………. Информационные ресурсы………………………………………….

81 81 82 85 85 85 85

86 87 87

6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №6. ВЫБОР ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА (деловая игра)………………….. Введение……………………………………………………………... 1. Цели занятия………………………………………………………. 2. Общие положения………………………………………………… 2.1. Проект «Выбор ПР»…………………………………………….. 2.2. Алгоритмы выбора ПР…………………………………………. 2.1.1. Простейший (типовой) алгоритм выбора ПР………………. 2.1.2. Нетривиальные алгоритмы выбора ПР……………………… 2.1.3. Алгоритмы выбора ПР на основе анализа размерных цепей…………………………………………………………………. 2.3. Выбор ПР как анализ предложений на рынке современной индустриальной робототехники ………………………………….. 3. Порядок выполнения практического занятия…………………... 3.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию……………… 3.2. Информационная подготовка к занятию……………………… 3.3. Индивидуальное задание………………………………………. 4. Оформление отчета, подведение итогов практического занятия……………………………………………………………….. 5. Контрольные вопросы……………………………………………. Информационные ресурсы………………………………………….

88 88 88 88 88 90 90 92

94 96 97 97 97 97

98 101 101

7

7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7. АВТОМАТИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ (деловая игра)……… Введение …………………………………………………………….. 1. Цель занятия………………………………………………………. 2. Общие положения………………………………………………… 2.1. Автоматизация современного машиностроения……………… 2.2. SWOT-анализ проекта «Изучение автоматизации машиностроения с помощью интернет-ресурсов» …………..... 2.3. Применение результатов SWOT-анализа …..…………….. 2.3.1. Знание теории, принципов и методов автоматизации…….. 2.3.2. Системный анализ промышленной автоматизации………... 2.3.3. Формат деловой игры………………………………………… 2.3.4. Знание национальных приоритетов…………………………. 2.3.5. Изучение социально-экономических аспектов и современных тенденций автоматизации…………………………... 2.3.6. Методика совершенствования изложенных выше мероприятий…………………………………………………………. 3. Порядок выполнения практического занятия…………………... 3.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию……………… 3.2. Информационная подготовка к занятию……………………… 3.3. Проведение деловой игры……………………………………… 4. Оформление отчетов. Подведение итогов игры………………... 5. Контрольные вопросы……………………………………………. Информационные ресурсы………………………………………….

104 104 104 105 105

105 107 107 109 112 115

118

122 122 122 122 122 124 126 126

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ……………………………………... 132 ОСНОВНЫЕ ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПОНЯТИЯ…………………. 133 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………… 137 ПРИЛОЖЕНИЯ 1-5…………………………………………………. 138

8

ВВЕДЕНИЕ

Практические занятия по курсу «Автоматизация производственных процессов в машиностроении» (АППМ) способствуют выявлению ресурсов, пригодных для самосовершенствования в профессии. Ресурсы такого рода могут быть использованы в деле сохранения и/или развития такого привлекательного качества, каковым является адекватная персональная / корпоративная конкурентоспособность в условиях тотальной автоматизации жизни. В пособии принято, что главные цели практических занятий – это такие цели, достижение которых способствует увеличению следующих конкурентных преимуществ: – способность видеть горизонты делового применения систем классификации элементов, устройств и систем автоматизации; – уверенное следование традициям и культурам расчета элементов и систем автоматизации; – знание источников выгоды, которая возникает благодаря применению теории надежности в практике построения автоматизированных систем; – гибкость в сочетании персональных компетенций, что позволяет принимать участие в мероприятиях стратегического характера, например, в проектировании структурных компоновок автоматизированных технологических комплексов (АТК); – самостоятельность и своевременность развития компетенций до уровня, который открывает доступ к участию в проектах создания, внедрения, модернизации, эксплуатации современных робототехнических комплексов; – умение применять алгоритмы профессионального поведения для уверенного участия в процедурах подготовки решений о выборе средств автоматизации, представленных на мировом индустриальном рынке элементов и систем промышленной автоматизации.

9

1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ (деловая игра)

Введение Пневмоавтоматика – это комплекс технических средств,

предназначенных для построения такой разновидности автоматического управления, когда источником информации является давление или расход воздуха или других газов. Информацию такого вида называют пневмосигналами [1].

Пневматические системы автоматического управления (САУ) применяют для оснащения станков – автоматов, автоматических линий, промышленных роботов, транспортеров, толкателей, укладчиков и многих других средств автоматизации основных, вспомогательных и обслуживающих операций.

Например, циклические пневматические системы (рис.1.1) обеспечивают последовательную смену фиксированных положений выходных звеньев 1, ведомых пневматическими исполнительными механизмами типа 2.

Рис.1.1. Фрагмент автоматизированного станочного приспособления с пневматическим приводом ([2], с.462, рис.8)

1- звенья приспособления; 2 - пневматический цилиндр; 3 - объект (установленный и зафиксированный в приспособлении)

10

Возможный вариант обобщенной классификации средств пневмоавтоматики представляет собой модель ранжирования средств пневмоавтоматики в соответствии с видами функциональных систем / подсистем в которых эти средства используют. Такая модель является инструментом для системной инвентаризации всего многообразия средств пневмоавтоматики в соответствии с их служебной / функциональной принадлежностью к той или иной части автоматической системы из следующего списка: исполнительная, энергообеспечивающая, регулирующая, информационная, логико - вычислительная подсистемы. Современные примеры неординарных возможностей пневмоавтоматики в робототехнике демонстрирует, например, компания Festo Gesellschaft m.b.H [3], [4], [5]. Альтернативные дидактические материалы для изучения элементов пневмоавтоматики размещены во многих интернет-ресурсах, например, [6], [7], [8] , [9]. 1. Цели занятия Главная цель занятия – приобретение навыков использовать принципы классификации средств пневмоавтоматики для разработки спецификации узлов и элементов пневмоавтоматики, когда решают задачу оснащения функциональных подсистем автоматизированных устройств, в частности, промышленных роботов. Вспомогательные цели формируют на основе сведений о результатах самостоятельной внеаудиторной подготовки студентов к занятию.

2. Общие положения 2.1. Средства пневмоавтоматики в составе исполнительной системы промышленных роботов В состав пневматических исполнительных механизмов входят пневмодвигатели следующих видов: - линейные пневмодвигатели (пневматические цилиндры); - поворотные пневмодвигатели;

11

-пневмодвигатели вращательного действия (пневматические моторы). Например, в цикловых промышленных роботах пневмодвигатели используют в конструкциях захватных устройств (иное название – захваты, рис.1.2), в узлах манипулятора, ведомых пневмодвигателями (рис.1.3, позиция 11 – «цилиндр уравновешивания руки»). Нередко пневмодвигатели используют непосредственно как исполнительное звено манипулятора (рис.1.4, позиция 17 – «цилиндр горизонтального перемещения руки манипулятора»).

Рис. 1.2. Схема устройства поворота захватов робота (в основе схемы

- фрагменты рис.1,[10, лист 37])

Рис. 1.3. Фрагмент принципиальной пневматической схемы

манипулятора ПР РГШ – 40.02 [10, лист 74] 1 – блок пневматический; 2– пневмоклапан; 3– реле давления; 4– манометр; 5 –

вентиль; 6– клапан обратный; 7 – фильтр влагоотделитель; 8– маслораспылитель; 9 – пневмораспределитель; 10 – блок цилиндров схватов; 11- цилиндр уравновешивания руки; 12 – пневмоклапан предохранительный; 13 – регулятор давления;14 –ресивер

12

Рис.1.4. Принципиальная пневматическая схема промышленного

робота ПРЦ -1 [10, лист 45] 1 – фильтр –влагоотделитель; 2 – разъем выходной ЦПУ; 3 – разъем входной ЦПУ; 4 – пневмоклапан редукционный; 5 – маслораспылитель; 6 – включатель конечный; 7 – пневмораспределитель; 8 – выключатель конечный; 9 – клапан-разделитель; 10 блок упоров; 11 – пневмораспределитель; 12 – золотник с пневмоуправлением; 13 – клапан трехлинейный с роликом; 14 – цилиндр вертикального перемещения; 15 –цилиндр упора; 16 – цилиндр модуля схвата; 17 – цилиндр горизонтального перемещения, 18 – цилиндр качания кисти руки; 19 – цилиндр поворота кисти руки; 20 цилиндр модуля поворота; 21 – цилиндр фиксатора модуля поворота

13

2.2. Средства пневмоавтоматики в составе энергообеспечивающей системы промышленных роботов

Энергообеспечивающая система (ЭОС) является подсистемой (частью системы) пневмоавтоматики. ЭОС производит и доставляет в заданном темпе, в необходимых объемах и с определенным качеством рабочее тело (сжатый воздух) для пневматического привода. ЭОС поддерживает в соответствии с заданными параметрами определенное состояние рабочего тела на всех этапах его использования вплоть до утилизации (выхлоп, выход в атмосферу).

В состав ЭОС входят следующие устройства: компрессоры (объемного типа и динамического типа), устройства очистки и осушки воздуха (фильтры, фильтры-глушители, фильтры – влагоотделители, теплообменники, подогреватели, осушители воздуха, ресиверы, пневмоклапаны, манометры, термометры, трубопроводы и их соединения, блоки подготовки воздуха, маслораспылители и другие), ресиверы (устройства для создания резервного запаса воздуха), трубопроводы и их соединения, блоки подготовки воздуха.

Например, анализ пневматической схемы манипулятора ПР РГШ – 40.02 (рис.1.3) позволяет выявить следующие устройства, входящие в состав ЭОС пневмоавтоматики робота: блок пневматический 1 «в целом», маслораспылитель 8, глушитель энергии звука, который возникает вследствие выхода воздуха из цилиндра 11, ресивер 14.

Анализ пневматической схемы промышленного робота ПРЦ -1 (рис.1.4) позволяет выявить следующие устройства, входящие в состав ЭОС пневмоавтоматики этого робота: фильтр -влагоотделитель 1 без автоматического отвода конденсата, маслораспылитель 5 (другие элементы ЭОС на схеме не показаны).

14

2.3. Средства пневмоавтоматики в составе регулирующей системы промышленных роботов

Регулирующая система (РС) является подсистемой (частью системы) пневмоавтоматики. РС реализует способы управления потоками рабочего тела (сжатого воздуха) в пневмосистеме, формирует направления и поддерживает заданные параметры этих потоков. К параметрам потоков относят такие факторы как давление и расход сжатого воздуха. В состав РС входят пневмораспределители, запорные элементы (обратные клапаны, замки, вентили), устройства регулирования расхода (дроссели, клапаны быстрого выхлопа), устройства регулирования давления (редукционные пневмоклапаны, предохранительные пневмоклапаны, усилители давления). Например, анализ пневматической схемы манипулятора ПР РГШ – 40.02 (рис.1.3) позволяет выявить следующие устройства, входящие в состав РС пневмоавтоматики робота: пневмораспределители 9, пневмоклапан предохранительный 12, регулятор давления 13, а также те элементы, которые присутствуют в составе ЭОС - пневмоклапан 2, реле давления 3, вентиль 5 и клапан обратный 6.

Анализ пневматической схемы промышленного робота ПРЦ -1 (рис.1.4) позволяет выявить следующие устройства, входящие в состав РС пневмоавтоматики этого робота: пневмоклапан редукционный 4, несколько пневмораспределителей 7, клапан разделительный 9, пневмораспределитель 11, золотник 12 с пневмоуправлением, клапан 13 трехлинейный с роликом.

2.4. Средства пневмоавтоматики в составе информационной системы промышленных роботов

Информационная система (ИС) формирует и поддерживает информационные потоки в автоматизированной системе. ИС

15

обеспечивает своевременность, надежность и другие заданные показатели качества дискретных информационных сигналов, последовательное появление которых во времени образует потоки информации. Информация, формируемая в ИС, становится пригодной для автоматического управления устройством в результате качественных преобразований (вида, формы, мощности и других атрибутов) информационных сигналов пневматической природы. В состав ИС входят пневмокнопки, пневматические путевые выключатели, немеханические пневматические датчики положения (например, так называемые струйные датчики), усилители давления, пневмоклапаны последовательности, индикаторы давления, счетчики импульсов. Например, анализ пневматической схемы манипулятора ПРЦ -1 (рис.1.4) позволяет выявить следующие устройства, входящие в состав ИС пневмоавтоматики робота: выключатели конечные 6, выключатели конечные 8, блок упоров 10, клапан 13 трехлинейный с роликом. К логико – вычислительным элементам пневматической части информационной системы управления промышленными роботами относят логические пневмоклапаны, пневмоклапаны выдержки времени, устройства запоминания сигнала в пневматических системах [11] и другие.

3. Порядок выполнения практического занятия

3.1. Общие рекомендации для подготовки к занятию

Во время подготовки к занятию, традиционно, выявляют неосвоенные резервы самосовершенствования в смежных дисциплинах, которые могут быть актуальны для успешного выполнения предстоящего практического занятия. Перечень смежных дисциплин размещен в программе курса «Автоматизация производственных процессов в

16

машиностроении» (АППМ) в разделе «Дисциплины, предшествующие изучению курса». В программе курса АППМ в разделе «Самостоятельная работа студентов» приведены дополнительные актуальные сведения о регламенте внеаудиторной работы, которая рекомендована для подготовки к занятию.

Раздел «Формируемые компетенции» дает представление о тех средствах повышения персональной конкурентоспособности на рынке труда, которые могут быть выявлены и освоены каждым исполнителем во время практического занятия и по его завершении, в частности, на стадии анализа достигнутых результатов.

3.2. Информационная подготовка к занятию

Информационная подготовка к занятию предполагает, прежде всего, выявление персональной осведомленности о предмете практического занятия. В этой связи, рекомендуемые информационные ресурсы (см.п.5) полезны также для построения персональных образовательных траекторий поведения в информационном пространстве, которое образует современную систему знаний о пневмоавтоматике. Видеофайлы в интернете, например, такие как [3], [4], [5], дают наглядное представление о современных достижениях индустрии в развитии средств и технологий пневмоавтоматики и обычно мотивируют к углублению познаний предмета. Такие источники, как [11], раскрывают «как все устроено» в пневмоавтоматике, выводят на позиции профессионального восприятия информации о пневмоавтоматике, представленной в популярных форматах, например, в [3] и [4]. Изучение языка символов в пневмоавтоматике [12], [13] – это условие формирования профессиональных компетенций в рамках изучения

17

курса АППМ. Обычно, понимание смыслов и значений графических символов в схемах пневмоавтоматики возникает благодаря изучению основ пневмоавтоматики, например, согласно списку литературы в источнике [11]. Дидактические видеофайлы, например, такие как [6], [7], [8] и их аналоги, способствуют приобретению навыков чтения схем пневмоавтоматики. Необходимо обсуждать академическую репутацию любых дидактических материалов, если академические рекомендации (например, одобрение Ученым Советом, рецензентом) о состоятельности источника отсутствуют. Практическая («контактная») работа со средствами пневмоавтоматики (сборка – разборка, ремонт, модернизация, изучение макетов, размещенных на демонстрационных стендах и т.д.) – один из наиболее действенных приемов информационной подготовки к занятию. 3.3. Изучение и обсуждение исходных материалов для выполнения задания Основной исходный материал к заданию – пневмосхемы промышленных роботов (схемы, подобные изображению на рис.4). Источники, виды носителей и форматы пневмосхем не ограничены в своем разнообразии – это альбомы, книги, учебники и промышленные каталоги, содержащие пневмосхемы; твердые и электронные копии пневмосхем из архивов и баз данных (например, www.fips.ru); другие варианты, например, пневмосхемы в усеченном или сочетательном формате.

Особый интерес для практического занятия, которое проходит в формате «деловая игра», представляют инициативы студентов, направленные на развитие тематических инноваций. Например, студенты принимали участие в разработке пневмосхем не имеющего аналога манипулятора для обслуживания гидросистем автомобиля (операция «прокачка» гидросистемы), участвовали в создании новых пневматических устройств – так называемых пневматических юбок

18

для предотвращения разброса стружки на металлорежущих операциях, разрабатывали новый тип ротора автоматических линий, когда на роторе установлены пневмо-манипуляторы (руководитель студенческих исследований – Рязанов С.И.).

Среди вспомогательных материалов к заданию – чертежи общего вида манипулятора, общее описание его работы, характеристики робота (форма и габариты рабочего пространства, сведения о системе координат, силовые и скоростные параметры работы, точность и другие характеристики), описание работы систем робота, спецификации. К средствам возможного оснащения занятия относят макеты и модели промышленных роботов и средств пневмоавтоматики, которые используют как прототипы для поиска современных промышленных аналогов по каталогам продукции от компаний – производителей пневматической аппаратуры (www.festo.com; www.camozzi.ru; www.camozzi.com; www.pneumax.ru; www.boschrexroth.ru; www.smc- pneumatic.ru).

Если студенты предпочитают иные характеристики и иную политику администрирования интернет - трафика, чем те, которые предоставляет университетский компьютерный класс во время работы с профильными интернет-ресурсами при выполнении практического занятия, тогда допустимо использовать персональные средства работы в Интернет. Однако университет не возмещает издержки, которые студенты несут в таком случае самостоятельно или «на паях».

3.4. Индивидуальное задание

1. Прочитать пневмосхему и изучить назначение элементов и систем пневмоавтоматики промышленного робота; 2. Разработать спецификацию пневмоавтоматики робота, в которой элементы и узлы пневмоавтоматики распределены на группы со следующими названиями:

19

- исполнительная система; - энергообеспечивающая система; - регулирующая система; - информационная система и логико - вычислительная часть информационной системы (см. п. 2); 3. Изучить по каталогам производителей (дилеров, торговых и других посредников) номенклатуру современной пневматической аппаратуры для автоматизации, которую демонстрируют, например, Интернет - ресурсы www.festo.com; www.camozzi.ru; www.camozzi.com; www.pneumax.ru; www.boschrexroth.ru; www.smc- pneumatic.ru. 4. Подобрать два-три аналога пневматических элементов из каталогов от производителей пневматической аппаратуры (например, www.festo.com; www.camozzi.com) в предположении альтернативного комплектования пневмосистемы робота этими элементами в соответствии с разработанной спецификацией или, когда для поиска аналогов назначены прототипы в виде моделей и макетов пневматической аппаратуры из фонда лаборатории кафедры; 5. Разработать сводную ведомость элементов пневмоавтоматики промышленного робота в предположении альтернативного (по отношению к базовому варианту) оснащения робота пневматической аппаратурой от двух – трех производителей (табл. 1.1).

4. Оформление отчета, подведение итогов деловой игры

Образец оформления титульного листа отчета приведен в разделе «Приложение 1». Содержание отчета:

1. Цель занятия; 2. Копия пневмосхемы промышленного робота; 3. Описание работы пневматической системы робота (согласно

пневмосхеме);

20

4. Сводная ведомость альтернативного оснащения промышленного робота пневматической аппаратурой от двух – трех производителей (табл.1).

Таблица 1.1

Форма сводной ведомости к разделу «Проект модернизации базового варианта пневматической

аппаратуры промышленного робота» (деловая игра) Наименование группы элементов пневматической системы

Наименование элемента группы

Кол. Варианты оснащения робота пневматической аппаратурой* Производитель www.festo.com

Производитель www.camozzi.com

1 2 3 4 5

Исполнительная система

1.Цилиндр поворота блока захватов

1 A K

2.Цилиндр уравновешивания руки

1 B L

Энерго -обеспечивающая система

1. Фильтр – влагоотделитель 1 C M

2. Ресивер 1 D N

3. Фильтр-глушитель 1 E O

Регулирующая система

1. Пневмоклапан редукционный 2 F P

2.Пневматический распределитель 4 G Q

Информационная система

1. Пневмокнопка 1 H R

2.Пневматический путевой выключатель

4 J S

* Примечание к таблице: приняты условные обозначения A,B,C…Q,R,S элементов пневматической аппаратуры, поставляемой производителями www.festo.com и www.camozzi.com;

21

5. Копии протокола взаимодействия с интернет-ресурсами и список использованных информационных ресурсов. В этом разделе практического занятия освещают процедуры выбора средств пневмоавтоматики из каталогов компаний – производителей. В табл. 1, в колонках 4 и 5 приводят построчно электронные адреса разделов или страниц каталога, из которых заимствованы сведения о номенклатурных характеристиках элементов A,B,C…Q,R,S. В отчете приводят 5 - 7 копий экрана с изображением элементов пневмоавтоматики (если политика сайта компании разрешает это делать в учебных целях), выбранных в предположение оснащения пневмосистемы робота – прототипа пневмоаппаратурой от одной из компаний из списка поставщиков. Для обсуждения конкурентных преимуществ близких или одинаковых по типоразмерам пневмоэлементов от разных компаний, в отчете приводят изображения этих элементов (с соблюдением норм «копирайт»).

В подрисуночной надписи к изображениям элементов, выполненных, в частности, средствами функции «вырезка, копия экрана», необходимо размещать ссылки на первоисточник информации. Например, необходимо указывать сайт компании – производителя или дилера аппаратуры, а также указывать цель размещения копии: «для учебных, некоммерческих, ознакомительных целей». То есть следует проявлять полную солидарность с мировым индустриальным сообществом, которое призывает соблюдать общепринятые нормы уважения к интеллектуальной и другой собственности компаний. Смыслы этих призывов заключены, в частности, в следующем: «Полное или частичное воспроизведение материалов сайта или сервера компании без ссылки и упоминания имени правообладателя запрещено и является нарушением российского и международного законодательства».

22

Если политика сайта компании запрещает любое коммерческое и иное использование, кроме предварительного ознакомления с размещенной на сайте информацией, тогда следует поступать в соответствии с этим требованием.

6. Подведение итогов деловой игры включает презентацию результатов экспертной работы в связи с выбором средств пневмоавтоматики в той части деловой игры, которая может быть названа «Проект модернизации базового варианта пневматической аппаратуры промышленного робота». Коллегиальное обсуждение итогов деловой игры предполагает также обсуждение индустриальных новостей в области пневмоавтоматики, обсуждение итогов сопоставления производственной политики мировых производителей пневматической аппаратуры для автоматизации, причем обсуждение необходимо сопровождать ссылками на соответствующие ресурсы. Особый интерес для коллегиального обсуждения представляет творческий интернет-поиск и его результаты, которые раскрывают работу профильных тематических вебинаров, интернет – форумов, сведения об учебных пособиях, сведения об учебных видеофайлах.

7. Процедура защиты отчетов по практическому занятию предполагает собеседование по теме занятия в разнообразных видах и формах: директивное, творческое, контрольное, оперативное, импровизационное, мотивационное и другое собеседование. Протокол отчета (после завершения процедуры защиты результатов практического занятия) поступает в архив кафедры. Электронный протокол отчета может быть признан в качестве такового только при наличии электронной подписи ведущего преподавателя.

23

5. Контрольные вопросы

А). Какие смыслы несет/передает слово «промышленный» в термине «промышленный робот» (ПР) ? Б). Что такое пневмоавтоматика? В). Из каких систем состоит ПР (какие системы входят в состав ПР)? Г). Что представляет собой исполнителная система ПР? Д). Какие устройства и элементы входят в состав пневматической исполнительной системы ПР? Е). Разъясните назначение и укажите на пневматической схеме ПР условные графические обозначения следующих элементов: пневмоклапан, реле давления, манометр, вентиль, фильтр – влагоотделитель, маслораспылитель, пневмоклапан предохранительный, регулятор давления, ресивер; Ж). Что представляет собой энергообеспечивающая система ПР? З). Какие устройства и элементы входят в состав пневматической энергообеспечивающей системы ПР? И). Разъясните назначение и укажите на пневматической схеме ПР условные графические обозначения следующих элементов: компрессор, устройство очистки и осушки воздуха; теплообменник; подогреватель воздуха; термометр; трубопровод, соединения трудопровода; К). Что представляет собой регулирующая система ПР? Л). Какие устройства и элементы входят в состав пневматической регулирующей системы ПР? М). Разъясните назначение следующих устройств ПР: запорные элементы, устройства регулирования расхода, устройства регулирования давления; укажите на пневматической схеме ПР уловное графическое изображение элементов, входящих в состав перечисленных устройств;

24

Н). Что представляет собой информационная и логико-вычислительная системы ПР? О). Какие устройства и элементы входят в состав пневматической информационной системы ПР? П). Разъясните назначение и укажите на пневматической схеме ПР условные графические обозначения следующих элементов: пневмокнопки, пневматические путевые выключатели, усилители давления, пневмоклапаны последовательности, индикаторы давления, счетчики импульсов.

Информационные ресурсы

1. Большая советская энциклопедия. Т.20 / А.М. Прохоров [и др.]. – М. : Советская энциклопедия, 1977. – С. 62-63.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя : В 3 т. Т.3. – 5-е изд-е, перераб. и доп. – М. : Машиностроение, 1980. – 557 с., ил.

3. Festo – Bionic Cobot [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=54u3H69tcgM , свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

4. All Festo Bionic Robots [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=7-JvyzOddTM, свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

5.Hohe Taktzahl Pneumatik Festo [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=otR1b3ACqrA, свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

6. Pneumatic control: Festo Didactics [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=5q7YasmwXCs, свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

7. Pneumatics control [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=H7W0qNTv4Qo, свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

25

8. Tipes of Valves [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=wKsNQpffRJU, свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

9. Produktives Automatisieren leicht gemacht[Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.festo.com/cms/de-at_at/60863.htm, свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

10. Промышленные роботы в машиностроении:Альбом схем и чертежей : учебное пособие для технических вузов/ Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др.; под общ. ред. Ю.М. Соломенцева.– М. : Машиностроение, 1986. – 140 с.: ил.

11. Наземцев А.С. Гидравлические и пневматические системы. Часть 1. Пневматические приводы и средства автоматизации :

учебное пособие. – М. : ФОРУМ, 2004. – 240 с., ил. 12. ГОСТ 2.781-96. Обозначения условные графические.

Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления и приборы контрольно-измерительные.– Введ.1998-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 2000. – 23 с., ил.

13. ГОСТ 2.782-96. Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические.– Введ.1998-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 2000. – 17 с., ил.

14. SMC [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.smc-pneumatik.ru , свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

15. Бош Рексрот [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.boschrexroth.ru/ , свободный. – (дата обращения: 21.12.2017).

26

2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Введение Существует две группы обстоятельств, которые учитывают в процедурах расчета и выбора пневматических исполнительных механизмов промышленных роботов (ПР). Первая группа – это характеристики, параметры и условия эксплуатации механизма ПР. Вторая группа – это установленный набор критериев выбора.

1. Цели занятия Главная цель занятия – приобретение навыков расчета элементов пневмоавтоматики и навыков использовать расчетную информацию на этапе выбора пневматических исполнительных устройств. Вспомогательные цели формируют на основе сведений о результатах самостоятельной внеаудиторной подготовки студентов к занятию.

2. Общие положения

2.1. Критерии выбора пневматических механизмов Минимальный базовый набор критериев, которые учитывают на начальных стадиях проектирования пневматических исполнительных механизмов, включает следующие атрибуты: - вид движения (вращательное, поворотное, линейное, комбинированное); - реверс и дискретность движения (реверсивное или нереверсивное, непрерывное или пошаговое); - скорость и ускорение движения (угловые и/или линейные); - силовые характеристики (моменты, усилия); - допустимые габариты и вес механизма, ограничения рабочего монтажного пространства, способы монтажа и присоединения; - конфигурация и особенности пространства, в пределах которого предполагают выполнить монтаж пневматических механизмов.

27

2.2. Расчет пневматических цилиндров

2.2.1.Предварительный расчет пневматического цилиндра на основе сведений о его служебном назначении (преодолеваемые нагрузки, продольная устойчивость, скорость исполнительного движения, управляемый реверс) – это процедура выбора расчетной модели, выявление взаимосвязи параметров модели, определение ряда возможных диаметров поршня цилиндра в соответствии с типовыми моделями и методами расчета (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Сведения для расчета диаметра поршня пневмоцилиндра

Модель Формула Назначение 1 2 3 4

М1

пневмоцилиндр двустороннего действия

=pизб ·S1=p·

1).Расчет усилия (прямой ход

поршня); 2).Расчет диаметра D поршня

М2 пневмоцилиндр

двустороннего действия = pизб ·S2=p·

1).Расчет усилия (обратный

ход поршня); 2).Расчет диаметра D поршня

М3

пневмоцилиндр

одностороннего действия с возвратом штока пружиной

=

= pизб =·

1).Расчет усилия (прямой

ход поршня); 2). Расчет диаметра D поршня

М4

пневмоцилиндр с

выдвижением штока пружиной

=

=pизб·

1).Расчет усилия

(обратный ход поршня);

2). Расчет диаметра D поршня

28

Окончание табл.2.1

1 2 3 4

М5

неподвижный пневмоцилиндр,

перемещающий груз G ведомого объекта в горизонтальной

плоскости

= f · m · g

1).Расчет усилия P , необходимого для преодоления сил трения при перемещении массы ведомого объекта; 2). Расчет диаметра D поршня

М6

неподвижный пневмоцилиндр, перемещающий груз G ведомого объекта по наклонной плоскости

«вверх»

=

f · =

f · )

1). Расчет усилия P преодоления сил трения Fтр и усилия давления FG на шток 2). Расчет диаметра D поршня

М7

неподвижный пневмоцилиндр,

перемещающий «груз G под нагрузкой Fдоп » по наклонной

плоскости «вверх»

=

f · ) +

1). Расчет усилия P преодоления сил трения Fтр, усилия давления FG на шток и усилия Fдоп ; 2). Расчет диаметра D поршня

Экспликация формул в колонке 3, табл.2.1: , , – теоретическое усилие, развиваемое

цилиндром (индексы передают специфику или обозначение моделей М1…М7 пневмоцилиндров ,колонка 2); pизб – избыточное давление воздуха в рабочих полостях пневмоцилиндра, бар,Па; S1 – площадь поршня со стороны поршневой полости, мм2; S2 – площадь поршня со стороны штоковой полости, мм2; D – диаметр поршня, мм; d – диаметр штока, мм;

– усилие предварительного сжатия пружины, Н; ʝ – жесткость пружины, Н/мм; l – ход поршня цилиндра, мм; f – коэффициент трения; m – масса груза G, кг; g – ускорение свободного падения, м/с2; α – угол наклона плоскости (оси цилиндра), рад.

29

2.2.2. Расчет теоретического диаметра D цилиндра ведут по формуле (2.1) при условии, что полость выхлопа соединена с атмосферой [1]:

= , (2.1)

где – теоретическое усилие, развиваемое цилиндром (индекс ind обозначает любой из индексов в обозначениях усилия P в формулах расчета к моделям М1…М7 , табл.2.1); pизб – избыточное давление воздуха в рабочих полостях пневмоцилиндра, бар,Па.

2.2.3. Фактический диаметр Dфакт цилиндра рассчитывают по формуле (2.2) и заменяют рассчитанное значение на ближайшее большее значение из стандартного ряда, рекомендованного Международной Организацией Стандартизации (ISO) (табл.2.2):

= , (2.2)

где К1 – коэффициент, учитывающий наличие сил трения в цилиндре: К1 = 0,75 – 0,9 (большим значениям К1 соответствуют большие диаметры цилиндров); К2 – коэффициент запаса по усилию: для зажимных цилиндров К2 = 0,9, для транспортирующих цилиндров К2 = 0,5 – 0,6.

Запас по усилию в расчетах с коэффициентом К2 обеспечивает

стабильное значение скорости выходного звена при колебаниях величины внешней нагрузки.

Таблица 2.2

Стандартные значения диаметров цилиндров

Значения диаметров цилиндров, мм 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 140 160 200 250 320

30

2.3. Примеры использования пневматических приводов в элементах и системах автоматизации производства

Изучение приведенных ниже примеров из практики использования пневматических приводов способствует приобретению навыков выбора адекватной расчетной модели из таблицы 2.1 методом аналогии.

2.3.1. Примеры из практики – аналоги для выбора моделей М1 и М2 (см. табл.2.1)

А). Пример из практики – автоматизированное станочное приспособление с пневматическим приводом (см. описание практического занятия № 1, рис.1.1) – аналог для приобретения навыка выбора модели М1 (в качестве основы для расчета пневмоцилиндра двустороннего действия).

Б). Пример из практики – захват робота с пневматическим устройством поворота захвата (см. описание практического занятия № 1, рис.1.2) – аналог для выбора моделей М1 и/или М2 (в качестве основы для расчета пневмоцилиндров двустороннего действия).

2.3.2. Примеры из практики – аналоги для выбора модели М3 (см. табл.2.1)

А). Пример из практики – захватное устройство с пневмоприводом для управления зажимом перемещаемого предмета (рис.2.1) – аналог для приобретения навыка выбора модели М3 (в качестве основы для расчета пневмоцилиндра одностороннего действия с возвратом штока пружиной). На рис.2.1 показано «разжатое», несомкнутое положение губок 2 захватывающего устройства, при этом пружина на штоке 8 в полости пневмоцилиндра 3 удерживает от перемещения поршень 5 и шток 8 привода рычажной системы схвата. Захват и удержание объекта губками схвата происходит во время подачи сжатого воздуха по

31

каналу 11 в рабочую полость пневмоцилиндра 3 одностороннего действия. При движении поршня 5 со штоком 8 серьги 7 поворачиваются, что приводит к смыканию губок 2 схвата.

Рис.2.1. Схема поворотного захватного устройства (к выбору модели расчета пневмоцилиндра схвата, [2], лист 103, рис.5)

Модель М3 (см. табл.2.1) может быть использована в качестве основы для расчета пневмоцилиндра 3 одностороннего действия с возвратом штока пружиной.

Дополнительный комментарий: конструкция захватного устройства (см. рис.2.1) обеспечивает его поворот относительно поперечной оси корпуса 4, вращение схвата вокруг его продольной оси и его фиксацию. Для фиксации захватного устройства в поворотной головке 1 предназначен подпружиненный плунжер 9, внутренняя поверхность которого взаимодействует с шариками 6 при подаче сжатого воздуха по каналу внутри вала 12. Поворот захватного устройства вместе с поворотной головкой 1 относительно поперечной оси корпуса 4 осуществляют посредством конического колеса 13, которое жестко закреплено на валу 12 вместе с корпусом 14. Вращение схвата вокруг его продольной оси выполняют при помощи конического зубчатого колеса 10 от привода (на рисунке не показан).

32

Б). Пример из практики – клещевое захватное устройство с двумя подвижными губками и пневмоприводом для управления разжимом перемещаемого предмета (рис.2.2) – аналог для приобретения навыка выбора модели М3 (в качестве основы для расчета пневмоцилиндра одностороннего действия с возвратом штока пружиной). На рис.2.2 показано сомкнутое положение рычагов 2 с призмами 1 захватывающего устройства, то есть положение «во время удержания перемещаемого объекта». Для освобождения перемещаемого объекта из призм клещевого схвата сжатый воздух подают по трубопроводу в цилиндр 11 через штуцер в крышке 10, в результате поршень 9 со штоком 7 приводят рычажную систему в положение звеньев (вилка 3, серьги 4, рычаги 2), когда призмы 1 разведены.

Рис.2.2. Схема клещевого захватного устройства (к выбору модели расчета пневмопривода рычажной системы схвата) ([3] с.253, рис.9.3)

33

Модель М3 (см. табл.2.1) может быть использована в качестве основы для расчета пневмоцилиндра 3 одностороннего действия с возвратом штока пружиной.

Дополнительный комментарий: корпус 5 захватного устройства установлен и закреплен в расточке кронштейна 12, который устанавливают и закрепляют на механической руке промышленного робота.

2.3.3. Пример из практики – аналог для выбора модели М5 (см. табл.2.1)

Пример из практики – шиберный питатель с пневмоцилиндром (рис.2.3) – аналог для приобретения навыка выбора модели М5 (в качестве основы для расчета усилия, которое должен развивать неподвижный пневмоцилиндр для перемещения груза ведомого объекта в горизонтальной плоскости) и моделей М1 или М2 для расчета диаметра поршня цилиндра.

Питатель с индивидуальным пневмоприводом (см. рис.2.3, схема б) позволяет увеличить ход шибера 2 по сравнению с ходом поршня 4 пневмоцилиндра 3 более чем в два раза благодаря наличию редуктора с реечно-зубчатыми передачами из элементов 5– 9. Модель М5 (см. табл.2.1) может быть использована в качестве основы для расчета усилия, развиваемого пневмоцилиндром 3 (см. рис.2.3,схема б), который должен развивать усилие P на штоке 5 с рейкой, достаточное в случае его преобразования (за счет редукторной передачи) в усилие Qш, необходимого для продвижения шибера при отсекании и перемещении объекта из магазина (см. рис.2.3, схема а).

34

Рис.2.3. Схемы к выбору модели расчета пневмоцилиндра шиберного питателя ([4] стр.76, рис.10, 11)

схема а – расстановка сил в случае перемещения предметов обработки (ПО) из магазина шиберным питателем (α – угол наклона магазина; GN – нормальная составляющая от сил тяжести ПО; Т – сила трения; Qш – расчетное усилие, необходимое для продвижения шибера при отсекании ПО из магазина); схема б – пневмоавтоматика шиберного питателя с пневмоцилиндром (1 – клапан трехходовой; 2 – шибер; 3 – пневматический цилиндр; 4 – поршень цилиндра; 5 – шток с рейкой; 6 –8 – зубчатые колеса; 9 – подвижная рейка; 10 – каретка; 11 – упор; 12 – пружина собачки; 13 – распределитель воздуха; 14 – державка собачки; 15 – собачка; 16 – регулятор потока) 2.3.4. Пример из практики – аналог для выбора модели М7 (см. табл.2.1) Пример из практики – автоматический манипулятор для сборочных операций с пневмоцилиндром подъема руки с вакуумным захватывающим устройством (рис.2.4) – аналог для приобретения навыка выбора модели М7 (в качестве основы для расчета усилия, развиваемого пневмоцилиндром при перемещающении груза G под нагрузкой Fдоп «вверх») и модели М1( в качестве основы для расчета диаметра поршня цилиндра).

35

Манипулятор предназначен для выполнения следующих функций: захват детали из питателя, лотка или магазина (на рисунке 2.4 не показаны), перемещение детали на позицию сборки и установка детали в собираемое изделие.

Краткое описание конструкции манипулятора: пневмоцилиндр 1 установлен на основании 9, механическая рука 3 с пневматическим захватом 2 установлена на штоке 10 пневмоцилиндра 1, колонна 6 сопряжена с рукой 3 посредством фигурного паза и установлена на пневмоцилиндре 1 соосно со штоком 10, вакуумный насос 5 установлен в верхней части колонны 6 и связан трубопроводом 4 с захватом 2.

Цикл работы манипулятора: сжатый воздух подают через штуцер 8 в нижнюю полость цилиндра 1 и в результате перемещения поршеня11 вместе со штоком 10 механическая рука (М Р) 3 занимает верхнее положение; в этом положении МР происходит захват детали из питателя (лотка или магазина) посредством вакуумного захвата 2, соединенного с вакуумным насосом 5; далее сжатый воздух подают через штуцер 7 в штоковую полость пневмоцилиндра 1, рука 3 опускается и одновременно поворачивается на угол 90° – все это позволяет установить деталь в собираемое изделие и затем освободить ее от удержания пневматическим захватом.

Модель М7 (см. табл.2.4) и формула в строке М7 таблицы 2.4 могут быть использованы в качестве основы для расчета пневмоцилиндра манипулятора (см. рис. 2.4).

36

Рис.2.4. Схемы автоматического манипулятора для сборочных операций (к выбору модели расчета пневмоцилиндра перемещения

механической руки манипулятора [2], лист 104, рис.1)


3.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию приведены в пункте 3.1 описания практического занятия № 1

3.2. Информационная подготовка к занятию включает изучение приведенных выше материалов и самостоятельную работу по развитию персональной осведомленности о предмете практического занятия посредством выполнения традиционных мероприятий информационно-прикладного характера. Подготовка к занятию предполагает работу по изучению экспонатов, физических моделей и реальных устройств, которые являются аналогами предметов и объектов к индивидуальному заданию.

37

3.3. Индивидуальное задание и примеры решения задач

3.3.1. Задача 1. Рассчитать в соответствии с п. 2.2.2 теоретический диаметр D и определить в соответствии с п. 2.2.3 фактический диаметр D факт поршня цилиндра пневмопривода захватного устройства (табл.2.3) для управления зажимом перемещаемого предмета (см. п. 2.3.2, А), расчеты выполнить в соответствии с исходными данными варианта индивидуального задания (табл.2.4).

Таблица 2.3

Графо – аналитические модели захватных устройств промышленных роботов [2]

Индекс модели

Схема захватного устройства

Формула передачи усилия

1 2 3

01

=

02

=

03

=

04

=

38

Продолжение табл.2.3

1 2 3

05

06

=

07

=

08

=

09

=

10

=

39

Окончание табл.2.3 1 2 3

11

= 3

12

=

13

=

Таблица 2.4

Варианты индивидуального задания для выполнения задачи 1

Вариант задания 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Индекс модели в табл.2.3 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

Значения усилий F зажима, H (см. схемы табл.2.3)

30 50 80

40 60 90

50 70 100

30 50 80

40 60 90

50 70 100

30 50 80

40 60 90

50 70 100

30 50 80

Модели цилиндра (табл.2.1)

М1 М3

М2 М4

М1 М3

М1 М4

М1 М3

М1 М4

М1 М3

М1 М4

М1 М3

М2 М4

Продолжение табл.2.4 Вариант задания 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Индекс модели табл.2.3 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07


40 60 90

50 70 100

55 75 110

35 55 85

45 65 95

55 75 105

35 55 85

45 65 95

55 75 105

35 55 85


М1 М3

М2 М4

М1 М3

М1 М3

М1 М4

М1 М3

М1 М4

М1 М3

М1 М4

М2 М3

40

Окончание табл.2.4 Вариант задания 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Индекс модели (табл.2.3) 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04


45 65 95

55 75 105

35 55 85

45 65 95

55 75 105

35 55 85

40 60 90

50 70 100

55 75 110

35 55 85


М1 М4

М2 М3

М1 М4

М1 М3

М1 М4

М1 М3

М2 М3

М2 М4

М2 М3

М1 М4

Примечание к табл. 2.4: 1. Линейные и угловые размеры звеньев захватных устройств (см. графические модели в табл. 2.3) назначают по согласованию с преподавателем и уточняют посредством графического моделирования положения звеньев в пределах поля габаритных размеров перемещаемых объектов из предполагаемого номенклатурного ряда;

2. Задача 1 включает моделирование, когда выполняют расчеты цилиндра пневпопривода захватного устройства (ЗУ) для ряда угловых или линейных размеров звеньев ЗУ в соответствии с п.1 настоящего Примечания.

3.3.2. Пример решения задачи 1 Формулировка задачи 1 Рассчитать теоретический диаметр D и определить фактический диаметр D факт поршня цилиндра пневмопривода для управления зажимом захватного устройства (рис.2.5), варианты модели цилиндра - М1, М3 (табл.2.1), исходные данные приведены в таблице 2.5, соотношение усилия P цилиндра и усилия F на схватах зажимного устройства в зависимости от параметров конструкции: (2.3)

схема а схема б схема в

Рис.2.5. Схемы к примеру решения задачи 1: схема а – цилиндр модели М1; схема б – цилиндр модели М2; схема в – захватное

устройство

41

Таблица 2.5

Исходные данные к примеру решения задачи 1

Наименования исходных данных Значения исходных данных 1. Усилие зажима на губке захвата F= 40 Н 2. Геометрические параметры захвата c= 20 мм, b=80 мм, ϑ= 60° 3. Жесткость пружины цилиндра, модель М3 ʝ = 5 Н/мм 4. Усилие предварительного сжатия пружины на штоке цилиндра, модель М3

= 7 Н

5. Ход поршня цилиндра l = 20 мм 6. Избыточное давление воздуха pизб = 6·105 Па Решение задачи 1 1). Определяем усилие P (см. рис.2.5, схема в), которое должен развивать пневмоцилиндр, чтобы усилие зажима на губках с приводом от пневмоцилиндра соответствовало бы значению F= 40 Н (см. табл.2.5). Усилие на штоке P цилиндра модели М1 определяем по преобразованной формуле (2.3):

P= ·F· = ·40·1,73 = 830 H (2.4)

2). Усилие P на поршне в поршневом пространстве цилиндра модели М3 (см. рис. 2.5, схема б) должно быть больше величины, которая рассчитана по формуле (2.4), поскольку цилиндр должен развивать дополнительное усилие на преодоление сопротивления

сжимаемой пружины на штоке поршня:

= ·40·1,73+7+5·20 = 937 Н (2.5)

3). Рассчитаем теоретический диаметр поршня цилиндра модели М1 по формуле (2.1):

= = 1,13 = 0,042 м (2.6)

4). Теоретический диаметр поршня цилиндра модели М3 рассчитываем аналогично:

42

= = 1,13 = 0,045 м (2.7)

5). Рассчитаем фактический диаметр поршня цилиндра модели М1 по формуле (2.2), принимаем :

= = = 0,049 м (2.8)

Из стандартного ряда значений диаметров (см. табл.2.2) выбираем ближайшее большее по величине значение 50 мм.

6). Рассчитаем фактический диаметр поршня цилиндра модели М3 по формуле (2.2), принимаем :

= = = 0,052 м (2.9)

Из стандартного ряда значений диаметров (см. табл.2.2) выбираем ближайшее большее по величине значение 63 мм.

7). Результаты расчета сведены в таблицу 2.6.

Таблица 2.6

Результаты расчета теоретического D и фактического D факт диаметров поршня цилиндров

пневмопривода для управления зажимом захватного устройства Модель цилиндра Теоретический диаметр

D поршня Фактический принятый диаметр D факт поршня

М1 45 мм 50 мм М3 49 мм 50 мм

8). Моделируем изменение фактического диаметра D факт поршня цилиндра (модель М3) в зависимости от изменения угла ϑ (см. рис.2.5,схема в) расположения звеньев захвата, результаты

43

моделирования приведены в табл. 2.7 в качестве примера исполнения рекомендаций пункта 2 Примечания к вариантам индивидуального задания (см. табл. 2).

Таблица 2.7

Результаты моделирования изменений фактического диаметра D факт поршня приводного цилиндра (модель М3) захвата в зависимости от

изменения угла ϑ расположения звеньев захвата

Угол ϑ, град Усилие P цилиндра, Н

Рассчитанный фактический

диаметр D* факт ,мм

Принятый диаметр D факт

поршня, мм цилиндра

80 2829 91 100 70 1422 64 80 60 937 49 50 50 678 45 50 40 509 38 40 30 383 34 40 20 281 29 32

3.3.3. Задача 2. Рассчитать фактический диаметр D факт поршня цилиндра пневмопривода захватного устройства (табл.2.3) для управления разжимом схватов (см. п. 2.3.2, Б), когда усилие P привода захватного устройства создает пружина в пневмоцилиндре, причем это усилие принимают на 10 – 15 % больше по отношению к одному из аналогичных значений, рассчитанных при выполнении задачи 1.

3.3.4. Пример решения задачи 2

Формулировка задачи Принимаем усилие Pпруж = 1078 Н пружины захвата (см. п. 2.3.2, Б) на 15 % больше значения усилия P = 937 Н, рассчитанного в примере выполнения задачи 1 в п.3.3.2 по формуле (2.5).

44

Решение задачи 1). Фактический диаметр D факт поршня цилиндра пневмопривода захватного устройства для управления разжимом схватов рассчитываем по формуле (2.9):

= = = 0,056 м

2). Из стандартного ряда значений диаметров (см. табл.2.2) выбираем ближайшее большее по величине значение 63 мм.

3). Этот размер совпадает с результатом решения задачи 1 – с диаметром поршня цилиндра для управления зажимом схватов (см. п. 3.3.2, подпункт 6).

3.3.5 Задача 3. Рассчитать в соответствии с данными варианта индивидуального задания (табл.2.8) фактический диаметр D факт поршня цилиндра горизонтального перемещения механической руки (рис.2.6, схема а, поз.1), которая должна развивать достаточное усилие P для поштучного изъятия из накопителя 2 сосредоточенных в нем предметов обработки 3 с целью перемещения отсеченного (изъятого) предмета в другую позицию рабочей сцены.

схема а схема б

Рис.2.6. Схемы к задаче 3

45

А). Пояснения к рис. 2.6: схема а - графическая модель фрагмента рабочей сцены: 1 – механическая рука (МР) манипулятора, 2 – накопитель (магазин), 3 – предмет обработки (ПО); схема б – расстановка сил при перемещении ПО из магазина механической рукой (МР) манипулятора (α – угол наклона магазина; GN – нормальная составляющая от сил тяжести ПО; Т – сила трения; P – усилие, развиваемое пневмоцилиндром манипулятора

Б). Расчетное усилие P, развиваемое пневмоцилиндром манипулятора для перемещения ПО из магазина [4]:

P = Q1 + Q2 = β2Т + = 2 β μ GN + GМР/ПО , (2.10)

где Q1 – усилие для преодоления сил Т трения при перемещении ПО из

магазина; Q2 – динамическое усилие при перемещении механической руки (МР) с удерживаемым предметом обработки (ПО) в захвате МР во время изъятия (отсекания) ПО из магазина; β – коэффициент запаса, учитывающий возможное сцепление, обычно принимают β=1,5 – 2,0; Т – сила трения, возникающаяпри движении ПО во время изъятия ПО из магазина; GМР/ПО - сила тяжести механической руки (МР) с удерживаемым предметом обработки (ПО) в захвате МР; – ускорение, развиваемое в период разгона механической руки с приводомом; – ускорение силы тяжести, μ – коэффициент трения скольжения, равный для стали по стали со слабой смазкой μ = 0,12 – 0,15; GN - нормальная составляющая от сил тяжести ПО, находящихся в магазине.

Таблица 2.7 Варианты индивидуального задания для выполнения задачи 3

Вариант задания 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 GN – нормальная составляющая от сил тяжести ПО (рис.2.6, схема б), Н

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Приведенная сила тяжести GМР/ПО, см. формулу (2.10), Н 9,0 8,5 7,5 9,0 8,5 7,5 9,0 8,5 7,5 9,0

46

Продолжение табл.2.7 Вариант задания 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

GN – нормальная составляющая от сил тяжести ПО (рис.2.6, схема б), Н

55 65 75 85 95 105 115 125 135 145

Приведенная сила тяжести GМР/ПО, см. формулу (2.10), Н 9.5 9,0 8,5 8,0 9,5 9,0 8,5 8,0 8,5 9,5


Вариант задания 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 GN – нормальная составляющая от сил тяжести ПО (рис.2.6, схема б), Н

65 75 85 95 90 110 120 130 140 150

Приведенная сила тяжести GМР/ПО, см. формулу (2.10), Н 8,0 8,5 9,0 9,0 9,5 9,0 9,5 8,0 8,5 9,5


Формулировка задачи 3

Рассчитать фактический диаметр D факт поршня цилиндра горизонтального перемещения механической руки 1(рис.2.6, схема а) манипулятора для поштучного изъятия из накопителя 2 сосредоточенных в нем предметов обработки 3 с целью перемещения отсеченного (изъятого) предмета в другую позицию рабочей сцены; модель цилиндра – М2 (табл.2.1), расчет усилия P цилиндра выполнить по формуле (2.10); использовать исходные данные, размещенные в таблице 2.8.

Таблица 2.8 Исходные данные к примеру решения задачи 3

Наименования исходных данных Значения исходных данных 1 2

1. GN – нормальная составляющая от сил тяжести ПО (рис.2.6, схема б), Н

GN = 140 Н

2. Приведенная сила тяжести GМР/ПО, см. формулу (2.10), Н

GМР/ПО =8 Н

3. Коэффициент β запаса, учитывающий возможное сцепление

β=1,7

47

Окончание табл.2.8 1 2

4. Ускорение , развиваемое в период разгона механической руки с приводомом, м/с2 = 2, 5 м/с2

5. Коэффициент μ трения скольжения μ = 0,12

Решение задачи 3

1). Расчетное усилие P, развиваемое пневмоцилиндром манипулятора для перемещения ПО из магазина: P = 2 β μ GN + GМР/ПО = 2·1,7·0,12· 140 + 8· = 59, 16 Н

2). Рассчитаем фактический диаметр поршня двустороннего

цилиндра модели М2 (см. табл. 2.1) по формуле (2.11), полученной путем преобразования формулы расчета усилия = pизб

·S2= · (см.табл.2.1, строка М2), причем в (2.11) учтены

рекомендации модели (2.2); принимаем и диаметр штока d=12 мм, тогда

= = = 0,0277 м (2.11)

3). Из стандартного ряда значений диаметров цилиндров (см. табл.2.2) выбираем ближайшее большее по величине значение 32 мм.

Этот цилиндр, рассчитанный на основе предположения о величине избыточного давления Па, обеспечивает запас по усилию для перемещения ПО из магазина, если принять за норму значение давления воздуха в цеховой сети Па .

3.3.7. Задача 4. Рассчитать фактический диаметр D факт поршня цилиндра вертикального перемещения механической руки 1 (рис.2.7) манипулятора для подъема детали 2 вакуумным захватом 3 из питателя (питатель на рис.2.7 не показан); расчетная модель цилиндра – М7 (см. табл.2.1), для расчета усилия P цилиндра

48

принять формулу (2.12), исходные данные приведены в таблице 2.9; расчет цилиндра выполнить для нескольких значений избыточного давления из диапазона Па .

= · + , (2.12)

где сила тяжести руки 1, захвата 3, трубопровода 4 (от вакуумного насоса 5 к захвату 3); сила трения скольжения,

которая возникает в подвижном сопряжении элементов руки 1 манипулятора и поверхности фигурного паза в колонне 6; сила

тяжести детали 2 удерживаемой вакуумным захватом 3; μ коэффициент трения скольжения (сталь по стали), принимаем μ = 0,1 – 0,4; β угол подъема фигурного паза

Рис.2.7. Схема к расчету цилиндра вертикального перемещения механической руки манипулятора

49

Таблица 2.9

Варианты индивидуального задания для выполнения задачи 4

Вариант задания 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FG – сила тяжести перемещаемых элементов манипулятора (рис.2.7, поз.1,3.4), Н

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Fдоп – сила тяжести детали (рис.2.7, поз.2), Н 55 65 75 85 95 105 115 125 135 140

Угол β подъема фигурного паза (рис.2.7) на колонне 6, град 75 70 65 75 70 65 65 70 75 80

Продолжение табл.2.9 Вариант задания 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

FG – сила тяжести перемещаемых элементов манипулятора (рис.2.7, поз.1,3.4), Н

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28



Окончание табл.2.9 Вариант задания 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

FG – сила тяжести перемещаемых элементов манипулятора (рис.2.7, поз.1,3.4), Н

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30




Формулировка задачи 4

Рассчитать фактический диаметр D факт поршня цилиндра вертикального перемещения механической руки 1 (рис.2.7) манипулятора для подъема детали 2 вакуумным захватом 3 из питателя (питатель на схеме не показан); расчетная модель

50

цилиндра – М7 (см. табл.2.1), расчет усилия P цилиндра выполнить по формуле (2.12); использовать исходные данные, размещенные в таблице 2.10; расчет цилиндр выполнить для трех значений величины избыточного давления .

Таблица 2.10

Исходные данные к примеру решения задачи 4

Наименования исходных данных Значения исходных данных 1. FG – сила тяжести перемещаемых элементов манипулятора (рис.2.7, поз.1,3.4), Н

FG = 20 Н

2. Fдоп – сила тяжести детали (рис.2.7, поз.2), Н Fдоп =140 Н 3. Угол β подъема фигурного паза (рис.2.7) на колонне 6, град

β=65

4. Коэффициент μ трения скольжения μ = 0,12

Решение задачи 4

1). Расчетное усилие P, развиваемое пневмоцилиндром вертикального перемещения руки манипулятора в соответствии с формулой (2.12) и исходными данными (см. табл. 2.10): = · + = 20+0,12 (20+140)· +140 = 168 Н 2). Рассчитаем фактический диаметр поршня двустороннего

цилиндра модели М1 (см. табл. 2.1), которая соответствует конструкции цилиндра манипулятора (см.рис. 2.7); расчет

выполняем по формуле (2.2), принимаем :

= = = 0,0197 м.

3). Из стандартного ряда значений диаметров цилиндров (см. табл.2.2) выбираем ближайшее большее по величине значение 20 мм.

51

4) Аналогично выполнен расчет и выбор для значений

избыточного давления в цилиндре. Результаты моделирования изменений диаметра цилиндра вертикального перемещения руки манипулятора в зависимости от изменений избыточного давления сведены в таблицу 2.11.

Таблица 2.11 Результаты решения задачи

Значение избыточного давления

Па

Рассчитанный фактический

диаметр D* факт , мм

Принятый диаметр D факт

поршня, мм цилиндра

0,4·105 27 32 0,5·105 24 25 0,6·105 20 20

4. Оформление отчета, подведение итогов практического занятия

4.1. Образец оформления титульного листа отчета приведен в разделе «Приложение 1» . 4.2. Содержание отчета: А) Цель занятия; Б) Материалы решения задач 1 – 4 (формулировка задания, схемы, формулы, расчеты, таблицы), оформленные в соответствии с приведенными выше примерами; В) Выводы по итогам практического занятия. 4.3. Процедура защиты отчетов по практическому занятию предполагает собеседование по теме занятия в разнообразных видах и формах: директивное, творческое, контрольное, оперативное, импровизационное, мотивационное и другое собеседование. 4.4. Протокол отчета (после завершения процедуры защиты результатов практического занятия) поступает в архив кафедры.

52

Электронный протокол отчета может быть признан в качестве такового только при наличии электронной подписи ведущего преподавателя. 5. Контрольные вопросы

А) Какие обстоятельства, кроме характеристик и параметров промышленного робота (ПР), необходимо учитывать в расчетах элементов ПР ?

Б) Что представляет собой минимальный базовый набор критериев, которые учитывают на начальных стадиях проектирования пневматических исполнительных механизмов?

В) В чем заключается расчет пневматических цилиндров ?

Г) Чем вызвано разнообразие моделей расчета пневмоцилиндров?

Д) Каковы оособенности расчета пневмоцилиндров ПР?


1. Наземцев, А.С. Гидравлические и пневматические системы. Часть 1. Пневматические приводы и средства автоматизации : Учебное пособие / А.С. Наземцев. – М. : ФОРУМ, 2004. – 240 с., ил. 2. Промышленные роботы в машиностроении:Альбом схем и чертежей : учебное пособие для технических вузов/ Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др.; под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. – М. : Машиностроение, 1986. – 140 с.: ил.

3. Кузнецов, М.М. Проектирование автоматизированного производственного оборудования : учебное пособие для вузов/М.М. Кузнецов, Б.А. Усов, В.С. Стародубов. – М. : Машиностроение, 1987. – 288 с.: ил.

4. Автоматическая загрузка технологических машин : Справочник/ И.С.Бляхеров, Г.М. Варьяш, А.А. Иванов и др..; под общ. ред. И.А. Клусова. – М. : Машиностроение, 1990. – 400 с.: ил.

53

3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3 ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМ Введение

Надежность – это свойство системы сохранять значения установленных параметров функционирования в определенных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования [1].

Автоматизация сокращает возможность непрерывного наблюдения за состоянием устройства, что заставляет осуществлять специальные мероприятия по обеспечению надежности автоматизированных устройств. Одно из таких мероприятий – количественная оценка надежности автоматизированных систем на стадии их проектирования для принятия решений о выборе способов обеспечения необходимой надежности систем на стадии разработки систем.

Для количественной оценки надежности используют показатели: Тср – среднее время работы, приходящееся на один отказ, Т – наработка на отказ, λ(t) – интенсивность отказов; P (t) – вероятность безотказной работы, Рф – функциональна надежность системы, Рэ – эффективная надежность системы, а также другие показатели. 1. Цель занятия

Главная цель занятия – приобретение навыков оценки функциональной Рф и эффективной Рэ надежности автоматизированных систем. Вспомогательные цели формируют на основе сведений о результатах самостоятельной внеаудиторной подготовки студентов к занятию.

54

2. Общие положения 2.1. Оценка надежности сложных автоматизированных систем

Автоматизированные системы, обладающие способностью перестраивать свою структуру для сохранения работоспособности при отказе отдельных частей, принято называть сложными (большими) техническими системами. Число работоспособных состояний таких систем – два и более. Каждое из работоспособных состояний характеризуется своей эффективностью работы, которая может измеряться производительностью, вероятностью выполнения поставленной задачи и т.д. Например, в состоянии частичной работоспособности системы, когда отказывают некоторые элементы (но система продолжает работать), изменяется качество функционирования системы «в целом».

С этой точки зрения автоматизированную систему оценивают по критериям функциональной и эффективной надежности.

Функциональная надежность Рф – это вероятность того, что данная система будет удовлетворительно выполнять свои функции в течение заданного времени.

Эффективная надежность Рэ – это среднее значение (математическое ожидание) величины, которая характеризует относительный объем и полезность выполняемых системой функций в течение заданного времени по сравнению с ее предельными возможностями. Другими словами, эффективная надежность Рэ – это некоторая количественная мера для оценки качества выполняемых системой функций.

2.2. Оценка функциональной надежности системы

А). Прежде чем производят оценку надежности системы в целом, определяют показатели надежности отдельных ее звеньев (подсистем, элементов). Для этого используют спецификацию

55

элементов системы или, сведения о составе системы, полученные на основе анализа структурной схемы системы. Выявляют комплекс устройств (подсистем), любой отказ в работе которых приводит к отказу всей системы. В автоматизированных станках, складах, цехах такими устройствами являются ЭВМ, программируемые логические контроллеры (микропроцессорные управляющие устройства), специализированные компьютеры.

Б). Устанавливают функциональные связи основного устройства с взаимосвязанными (дополнительными) устройствами, которые в процессе работы системы время от времени подключаются к основному устройству на время τi для обмена и обновления информации. Очевидно, что влияние таких устройств будет определяться главным образом тем, какова вероятность нахождения этих устройств в рабочем состоянии в любой произвольный момент времени t.

В). Используют математические модели, которые отражают связь функциональной надежности системы и вероятность безотказной работы как основного устройства (комплекса) в заданное время, так и дополнительных устройств, работающих совместно с основным в течение времени τ: Рф = f {Р0 (t); кi; Рi (τi)} , (3.1) где Р0 (t) – вероятность безотказной работы основного элемента; кi – коэффициент готовности i-го устройства; Рi (τi) – вероятность безотказной работы i-го дополнительного устройства при совместной работе с основным за среднее время при решении основной задачи.

Г). Функциональную надежность системы в основном режиме ее работы определяют по формуле:

( ) ( )∏=

τ⋅=m

1iiii0ф PкtРР , (3.2)

где m – количество дополнительных устройств в системе.

56

Если резервирования в системе нет, то

Р0 (t) = е-λоt, Рi (t) = е-λiτi ,

⋅ρ+

ρ+= ⋅ρ

ρ+−

ii

ir

1

ii e1

11к , (3.3)

где λ0, λi – соответственно средняя интенсивность отказов основного

и дополнительного устройств; i

i

µλ

=ρ ; µ-1 = θi – среднее время

восстановления рабочего состояния устройства; λi-1 = Тi – среднее

время безотказной работы. В случае, когда t → ∞, коэффициент готовности i-го устройства

ii

i

iii T

T1

1кθ+

=θλ+

=

Анализ формул (3.1) – (3.3) свидетельствует о том, что в моделях расчета функциональной надежности Рф учтены временные функциональные связи между дополнительными и основными устройствами автоматизированной системы.

2.3. Оценка эффективной надежности системы

А). Для определения эффективной надежности Рэ системы рассматривают все комбинации состояний устройств, составляющих полную группу событий. Так как каждые из m + 1 рассматриваемых устройств (включая основное) может иметь два состояния («рабочее» или «отказ»), то число комбинаций, составляющих полную группу событий, будет равно n = 2m+1. Тогда эффективную надежность Рэ системы определяют по формуле

( )∑=

⋅=n

1jjjэ EtPР , (3.4)

где Рj (t) – вероятность j-го состояния системы в какой-либо момент времени t; Еj – коэффициент эффективности; определяется как

57

весовой коэффициент важности выполняемых задач в j-м состоянии системы по сравнению с полным объемом задач, решаемых в системе.

Б). Коэффициент эффективности Еj показывает, насколько снижается работоспособность системы при отказе конкретного элемента. Этот коэффициент имеет значения 0 ≤ Еj ≤ 1 и характеризует то, что называют «вес элемента в системе по его надежности». Для элементов, отказ которых не влияет на выполнение системой основных функций, Еj = 0. Для элементов, отказ которых приводит к полному отказу системы, Еj = 1. Для вычисления коэффициентов эффективности системы Еj необходимо вычислить Еi по каждой частной задаче с учетом ее относительной важности. При этом соблюдают условие

∑=

=М

1ii 1E ,

где М – общее число задач, решаемых системой. В). Коэффициент Еj определяют как сумму весовых

коэффициентов частных задач, решаемых системой в j-м состоянии:

∑==

R

1iij EЕ ,

где R – количество частных задач, решаемых в j-м состоянии. Г). Таким образом, эффективная надежность Рэ характеризует

относительный объем и полезность выполняемых системой функций в течение заданного времени по сравнению с ее предельными возможностями.

2.4. Пример расчета функциональной и эффективной надежности системы Исходные данные к расчету Задана подсистема системы управления продольным перемещением стола вертикально-фрезерного станка с ЧПУ, состоящая из основного

58

устройства А (УЧПУ) и вспомогательных устройств В (муфта электромагнитная) и С (шаговый электро-двигатель), блок-схема которой приведена на рис. 3.1. Известно: время работы системы t = 1000 ч; коэффициент готовности вспомогательных устройств кв = 0,95; кс = 0,85; весовые коэффициенты: Е1 = 0,2 – прием информации в устройстве А; Е2 = 0,3 – обработка информации в устройстве А; Е3 = 0,2 – передача информации (управленческого решения) из устройства А в устройство В; Е4 = 0,2 – выдача информации (сигнала о выполняемом решении) из устройства В в устройство С; Е5 = 0,1 – вывод информации о выполненном решении из устройства С. Интенсивность отказов основного устройства А – λА = 0,07 · 10-6; вспомогательного устройства В – λВ = 6,6 · 10-6; вспомогательного устройства С – λС = 27,4 · 10-6. Формулировка задания Требуется рассчитать вероятность безотказной работы элементов, а также функциональную и эффе ктивную надежность подсистемы.

Е2 = 0,3

Рис.3.1. Блок-схема подсистемы управления

_______В________ Муфта

электромагнитная

_______А_______ Устройство

ЧПУ

______С______ Шаговый

электродвигатель

Е3 = 0,2 Е4 = 0,2

Е1 = 0,2 Е5 = 0,1

59

Решение задачи Определяют вероятность безотказной работы элементов по

зависимости (3.3): 999,0ееР 100061007,0tАА === ⋅−⋅−⋅λ− ;

993,0ееР 10006106,6tВВ === ⋅−⋅−⋅λ− ;

972,0ееР 10006104,27tСС === ⋅−⋅−⋅λ− .

Определяют функциональную надежность подсистемы по зависимости (3.2):

Рф = РА · (КВ · РВ) · (КС · РС) = = 0,999 ⋅ (0,95 ⋅ 0,993) ⋅ (0,85 ⋅ 0,972) = 0,778.

Составляют таблицу состояний системы (табл. 3.1) и определяют эффективную надежность подсистемы по зависимости (3.4).

РЭ = ∑=

⋅8

1jjj EР = 0,964 ⋅ 1 + 2,7 ⋅ 10-2 ⋅ 0,9 + 6,7 ⋅ 10-3 ⋅ 0,8 +

+ 9,6 ⋅ 10-4 ⋅ 0,5 + 1,9 ⋅ 10-4 ⋅ 0,7 + 2,7 ⋅ 10-5 ⋅ 0,4 + + 6,8 ⋅ 10-6 ⋅ 0,3 + 1 ⋅ 10-7 ⋅ 0,2 = 0,994.

Таблица 3.1 Возможные состояния системы управления гидроприводом

№ п/п

Состояние системы

Расчетные формулы

Рj Ej

1 АВС РА ⋅ РВ ⋅ РС = 0,964 1

2 САВ РА ⋅ РВ ⋅ (1 – РС) = 2,7 ⋅ 10-2 Е1 + Е2 + Е3 + Е4 = 0,9

3 СВА РА ⋅ (1 – РВ) ⋅ РС = 6 ⋅ 10-3 Е1 + Е3 + Е4 + Е5 = 0,8

4 ВСА (1 – РА) ⋅ РВ ⋅ РС = 9,6 ⋅ 10-4 Е1 + Е2 + Е5 = 0,5

5 СВА РА ⋅ (1 – РВ ) (1 – РС) = 1,9 ⋅ 10-4 Е1 + Е3 + Е4 = 0,7

6 СВА (1 – РА) ⋅ РВ ⋅ (1 – РС) = 2,7 ⋅ 10-5 Е1 + Е2 = 0,4

7 СВА (1 – РА) ⋅ (1 – РВ) ⋅ РС = 6,8 ⋅ 10-6 Е1 + Е5 = 0,3

8 СВА (1 – РА) ⋅ (1 – РВ) ⋅ (1 – РС) = 1 ⋅ 10-7 Е1 = 0,2

Примечание: А – устройство исправно; А – устройство неисправно

60


3.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию приведены в пункте 3.1 описания практического занятия № 1

3.2. Информационная подготовка к занятию включает изучение приведенных выше материалов и самостоятельную работу по развитию персональной осведомленности о предмете практического занятия посредством выполнения традиционных мероприятий информационно-прикладного характера.


Рассчитать надежность элементов и подсистем систем управления: - робототехническим комплексом (рис. 3.2, схема а); - устройством загрузки-выгрузки заготовок (рис. 3.2, схема б); - гибким производственным модулем (рис. 3.3, схема в); - автоматизированной транспортно-складской системой (АТСС) (рис. 3.3, схема г). Вычертить блок-схему и проанализировать структуру выбранной подсистемы системы управления. Определить вероятность безотказной работы элементов и рассчитать функциональную надежность; составить таблицу возможных состояний и рассчитать эффективную надежность подсистемы, используя методику расчета, представленную в п. 2.4 настоящих методических указаний. Коэффициенты готовности вспомогательных устройств: КВ = 0,8; КС = 0,85; КD = 0,9; КЕ = 0,95. Интенсивность отказов основного решающего устройства λА = 0,05 ⋅ 10-6 ч. Время работы системы t = 1000 ч. Возможные состояния подсистемы представлены в табл.3.2; интенсивность отказов остальных вспомогательных устройств – в табл.3.3. Блок-схему и другие исходные данные, согласно номеру варианта, выбрать по табл. 3.4.

61

Схема а Схема б

Рис. 3.2 Варианты блок-схем подсистем

Схема в Схема г

Рис. 3.3. Варианты блок-схем подсистем

62

Таблица 3.2

Возможные состояния системы № Состояние № Состояние № Состояние № Состояние 1 ABCDE 9 ECDBA 17 EDCAB 25 EDCBA 2 EABCD 10 EBCDA 18 EDCBA 26 DECBA 3 EDABC 11 EDCAB 19 EDBCA 27 EDCBA 4 DECAB 12 EDCBA 20 EDCBA 28 EDCBA 5 CDEBA 13 EDBCA 21 EDCBA 29 EDCBA 6 BCDEA 14 DECBA 22 ECDBA 30 EDCBA 7 EDABC 15 DECBA 23 EDCBA 31 EDCBA 8 EDCAB 16 CDEBA 24 EDCBA 32 EDCBA

Таблица 3.3

Интенсивность отказов вспомогательных устройств

Наименование устройства

Интенсивность отказов λ × 10-6,ч Максималь-

ная (max) Средняя

(med) Минималь-ная (min)

Датчики: - давления - температуры

6,60 6,40

3,50 3,30

1,70 1,50

Патрон электромагнитный 3,73 2,60 1,47 Насосы: - с электроприводом - с гидроприводом

27,4 45,0

13,5 14,0

2,90 6,40

Накопитель паллет 31,5 12,5 3,33 Пневмоклапан 0,12 0,075 0,048 Регуляторы: - расхода жидкости - давления

5,54 5,26

2,14 2,03

0,70 0,65

Гидрораспределитель 0,031 0,020 0,011 Гидромотор 0,091 0,040 0,020 Реле электромагнитное 0,50 0,11 0,03 Термореле 1,0 0,40 0,12 Муфта электромагнитная 0,93 0,60 0,45 Электродвигатель 0,58 0,30 0,11 Переключатель плунжерный 0,112 0,054 0,041

63

Таблица 3.4

Исходные данные к практическому занятию №1 №

варианта Схема (рис. 2, 3)

Интенсивность отказов вспомогательных устройств Вспомогательные устройства

В С D Е 1 Схема а min med max min 2 max med 3 max max 4 min min 5 Схема б med max min med 6 min max 7 med min 8 med med 9 Схема в max min med max 10 max min 11 max med 12 max max 13 Схема г min med min min 14 min med 15 min max 16 med min 17 Схема а min med max med 18 max max 19 max min 20 min med 21 Схема б med max min max 22 min min 23 med med 24 med max 25 Схема в max min med min 26 max med 27 max max 28 max min 29 Схема г min med min med 30 min max 31 min min 32 med med

64


4.1. Образец оформления титульного листа отчета приведен в разделе «Приложение 1» . 4.2. Содержание отчета: А) Цель занятия; Б) Материалы выполнения индивидуального задания (формулировка задания, схемы, формулы, расчеты, таблицы), оформленные в соответствии с приведенным выше примером решения задачи; В). Выводы по итогам практического занятия. 4.3. Процедура защиты отчетов по практическому занятию предполагает собеседование по теме занятия и ответы на контрольные вопросы. 4.4. Протокол отчета (после завершения процедуры защиты результатов практического занятия) поступает в архив кафедры. Электронный протокол отчета может быть признан в качестве такового только при наличии электронной подписи ведущего преподавателя.

5. Контрольные вопросы – Что такое надежность технических систем? – Что такое сложные автоматизированные системы? – Что такое функциональная надежность? Что такое эффективная надежность? – Как рассчитывается вероятность безотказной работы? – Что такое средняя интенсивность отказов? – Что такое среднее время безотказной работы? – Что показывает коэффициент эффективности элемента? –Что такое коэффициент готовности устройства? Информационные ресурсы

1. Большая советская энциклопедия. Т.17 / А.М. Прохоров [и др.]. – М. : Советская энциклопедия, 1974. – С. 205-207.

65

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4 АНАЛИЗ СТРУКТУРНЫХ КОМПОНОВОК

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Введение Анализ вариантов структурных компоновок автоматизированного технологического комплекса (АТК) начинают на этапе разработки технического предложения (на его создание) и продолжают вплоть до завершения жизненного цикла этого сложного изделия, если в организации существует культура преемственности опыта прежнего проектирования. Анализ вариантов структурных компоновок АТК позволяет осуществить выбор лучшего (в пространстве определенных обстоятельств и смыслов) варианта. 1. Цели занятия Главная цель занятия - приобретение и/ или развитие компетенций, необходимых для участия в мероприятиях по подготовке информации для оценки альтернативных вариантов структурных компоновок автоматизированных линий (АЛ) с целью выбора оптимального варианта.

Вспомогательные цели формируют на основе сведений о результатах самостоятельной внеаудиторной подготовки студентов к занятию.


2.1 Выбор альтернативы – это «вершина» процесса принятия инженерного решения, «где» лицо, принимающее решение, вынуждено принимать на себя определенные обязательства по предстоящему курсу действий и за последствия, вызванные этими действиями. При выборе альтернатив используют основные и комбинированные подходы, возникающие на основе сочетания

66

основных – учет прошлого опыта, проведение эксперимента, исследование и анализ. 2.2. Понятия оценки альтернативных компоновок АТК Процедуру оценки альтернатив структурных компоновок АТК выполняют применительно к таким автоматизированным комплексам, эксплуатация которых обеспечивает производительность в заданном диапазоне значений и изготовление продукции с заданными показателями качества, причем любой из конкурентных вариантов компоновки АТК должен быть реализуемым, рациональным и соответствующим требованиям профессионального анализа. 2.3. Оценка вариантов компоновок АТК Оценку вариантов компоновок АТК ведут по формальным и неформальным факторам и критериям. Например, когда оценивают компоновки автоматизированных линий (АЛ) как одной из разновидностей АТК, учитывают следующие факторы: - число станций АЛ; - количество участков-секций и межоперационных накопителей заделов; - число станков-дублеров; - конструктивная сложность оснастки; - тип транспортно-загрузочной системы (транспортеры, перегружатели, накопители, манипуляторы, приводы вспомогательного оснащения); - конструктивная сложность системы; - занимаемая площадь;- доступность наладки и обслуживания оборудования АЛ; - удобство выполнения ремонта и другие. 2.4. Выбор варианта компоновки АТК Выбор оптимального варианта компоновки АТК осуществляют на основе анализа результатов решения следующей задачи: “Из конкурирующих вариантов компоновки АТК необходимо выбрать один, который обеспечивал бы необходимое качество изделий (предполагаемых к изготовлению на АТК), необходимую производительность и который, по критерию максимальной

67

экономической эффективности, гарантировал бы минимальные приведенные затраты на его реализацию при заданном уровне рентабельности проекта”. 2.5.Методика расчета неполных приведенных затрат для оценки экономической эффективности реализации вариантов компоновок АЛ Расчет неполных приведенных затрат (НПЗ) выполняют на ранней стадии проектирования АЛ, когда принимают решение об оптимальном варианте структурной компоновки АЛ. На этой стадии расширены границы приемлемой точности определения затрат. Поэтому в себестоимости годового выпуска продукции на АЛ учитывают только амортизационные отчисления, затраты на ремонт и производственные заработные платы. Формула расчета НПЗ имеет вид [1]:

Зi = (0,35 Кi + З п i ) • φi , (4.1) где Кi – стоимость АЛ (по i-му варианту структурной компоновки), руб.; Зп i– годовая заработная плата станочников и наладчиков АЛ, руб.; φi = Q max / Qi – относительный коэффициент производительности; Qma – xмаксимально заданный уровень производительности АЛ; Qi – производительность АЛ согласно сведениям об анализируемом i-м варианте компоновки АЛ. Стоимость АЛ рассчитывают по формулам:

К = Σ Кст + Ктр , (4.2) где Σ Кст – стоимость станков, руб.; Ктр – стоимость транспортно-загрузочной системы, руб. Как показано в [2], ориентировочная стоимость станка в зависимости от его массы М (кг) и удельной стоимости Ц (руб. / кг) капитальных вложений в оборудование (таблица 4.1) может быть определена по формуле

68

К* ст = Ц • М , (4.3) причем результаты расчета по формуле (4.3) должны быть приведены в соответствие с показателями современных цен на станки, поэтому реальную стоимость Кст рассчитывают по формуле Кст = α ц • К* ст = α ц • Ц • М , (4.4)

где α ц – коэффициент перевода стоимости станков в современные цены.

Таблица 4.1 Удельная стоимость Ц оборудования АЛ, руб./кг

Оборудование АЛ из специальных

станков АЛ из агрегатных

станков Металлообрабатывающее 2,7 1,2 Транспортно-загрузочное 2,1 2,0

Для агрегатных станков массу М ( кг) приближенно определяют по формуле М = (1000…1200) • n , (4.5)

где n– число силовых головок в станке. Стоимость Ктр транспортно-загрузочной системы рассчитывают как показано в [1], но с поправкой на коэффициент α ц перевода этой стоимости к показателям современных цен на системы, по формуле: Ктр = α ц • (А•q + В • nу ) , (4.6) где А, В – коэффициенты, характеризующие стоимостные показатели данного типа транспортной системы АЛ; q – число станций АЛ; nу – число участков-секций АЛ, или число накопителей заделов ( включая загрузочно-накопительное устройство в начале линии) . Для АЛ с ветвящимся потоком каждый станок-дублер повышает стоимость транспортно-накопительной системы на величину ( С• m ) , формула (4.6) принимает вид: Ктр = α ц • (А•q + В • nу + С• m) , (4.7)

69

где m – число станков-дублеров; С – коэффициент относительного повышения стоимости транспортной системы АЛ (станки-дублеры). 3. Пример оценки альтернативных вариантов структурных компоновок автоматизированных линий 3.1. Формулировка задачи Предположим, что необходимо рассчитать НПЗ для двух вариантов структурных компоновок АЛ, сведения о которых приведены в таблице 4.2, причем значения производительности АЛ по каждому из вариантов находятся в пределах заданного проектного диапазона (840…860) шт./ смену (максимальная производительность Qmax = 860 шт./смену).

Таблица 4.2 Сведения о структурных компоновках и расчетной

производительности АЛ Номер вариан

та компон

овки АЛ

Число станций

q

Число участков-

секций nу

Число станков-дублеров

m

Номер (а) станции (й),

где размещен(ы) станок-дублер

(станки-дублеры) Про

изво

ди-

тель

ност

ь,

шт.

/сме

ну

1 8 4 0 - 854 2 7 2 2 2,3 846

3.2. Решение задачи Предположим, что автоматические линии состоят из специальных станков, т.е. согласно данным табл. 4.1, удельная стоимость Ц металлообрабатывающего оборудования АЛ равна в таком случае значению Ц=2,7 руб./кг. Для расчета стоимости станков по варианта компоновок АЛ используем формулу (4.4), причем данные о массах М станков приведены в сводной таблице 4.3, значение коэффициента α ц = 26. Суммарная стоимость станков Σ Кст i по i-му варианту компоновки АЛ:

70

ΣКст1=αц•Ц•ΣМ=26•2,7•(6 100+2 700+2 700+2 700+5 000+3 300+3 300+ +3000)= 2 021 760 руб.; ΣКст2=αц•Ц•ΣМ=26•2,7•(6 100+(2 700+2 700)+(2 700+2 700)+5 000+ +3 300+ 3 300+3 000)= 2 211 300 руб.;

Таблица 4.3 Сведения о массах М станков,

планируемых к размещению в пределах станций АЛ по вариантам компоновок АЛ

Номер станции

АЛ

Масса станка, кг; (количество станков на станции АЛ) Номера вариантов компоновок АЛ 1 2

1 6100 (1) 6100 (1) 2 2700 (1) 2700 (2) 3 2700 (1) 2700 (2) 4 2700 (1) 5000 (1) 5 5000 (1) 3300 (1) 6 3300 (1) 3300 (1) 7 3300 (1) 3000 (1) 8 3000 (1) -

Стоимость транспортно-накопительной системы Ктр i по i-му варианту компоновки АЛ рассчитываем по формуле (4.6) для 1-го варианта компоновки и по формуле (4.7) для 2-го варианта компоновки АЛ с ветвящимся потоком (с двумя станками-дублерами). Принятые значения коэффициентов α ц =26 , А=3500, В=8000, С=4200 имеют методический характер и не отражают реальной стоимости устройств и механизмов. Тогда, на основе данных таблицы 4.2, посредством подстановки указанных цифровых значений коэффициентов в формулы (4.6) и (4.7), имеем: Ктр 1 = 26•(3 500•8+8 000•4)=1 560 000 руб.; Ктр 2 = 26•(3 500•7+8 000•2+4 200•2)= 1 271 400 руб.; Стоимость оборудования АЛ по вариантам компоновок рассчитываем по формуле (4.2): К1 = Σ Кст1 + Ктр1 = 2 021 760+1 560 000=3581760 руб.;

71

К2 = Σ Кст2 + Ктр2 = 2 211 300+1 271 400=3 482 700 руб. Для расчета заработной платы З п i обслуживающих рабочих исходим из того, что анализируемые АЛ являются линиями средней сложности, предполагаем, что их обслуживают один наладчик V разряда и один оператор III разряда. Значения нормативов заработных плат [2], приведенные в таблице 4.4, необходимо привести в соответствие с современными значениями посредством умножения на поправочный коэффициент βц .

Таблица 4.4 Нормативы заработной платы рабочих со всеми начислениями [2]

Тарифный разряд

Среднегодовая заработная плата, руб. станочников наладчиков

I 2492 2213 II 2716 2399 III 2995 2660 IV 3311 2939 V 3720 3311 VI 4259 3794

Допустим, что βц = 85 (приведенное значение βц имеет методический характер и не отражает реальное состояние системы современной оплаты труда), режим Рал работы АЛ – двусменный, тогда :

З п 1 = З п 2 = (2 995 +3 311) • βц • Рал = =(2 995 +3 311) • 85 • 2=1 072 020 руб.

Относительный коэффициент производительности φi в формуле (4.1.) по вариантам компоновок АЛ :

φ1 = Q max / Q1 = 860/ 854 = 1,007; φ2 = Q max / Q2 = 860/ 846 = 1,017.

Неполные приведенные затраты по вариантам компоновок АЛ рассчитываем по формуле (4.1) и отображаем в таблице (4.5) :

З1 = (0,35 К1+ З п 1 ) • φ1 = =(0,35• 3 581 760 +1 072 020) • 1,007 =2 341 915 руб.;

З2 = (0,35 К2+ З п 2 ) • φ2 =

72

=(0,35• 3 482 700 +1 072 020) • 1,017 =2 329 911 руб. Таблица 4.5

Исходные данные и результаты расчета неполных приведенных затрат (НПЗ)

Номер

варианта компоновки

АЛ

q nу m Ki , руб.

Зп i , руб.

φi Зi , руб.

(НПЗ)

1 8 4 0 3 581 760 1 072 020 1,007 2341915 2 7 2 2 3 482 700 1 072 020 1,017 2329911

Если значения целевой функции (минимум НПЗ) для альтернативных вариантов различаются не более чем на 5 % , тогда выбор варианта компоновки АЛ ведут по неформальным критериям (см.п.6.2.1). 4. Порядок выполнения практического занятия

4.1. Общие рекомендации по подготовке к занятию приведены в пункте 3.1 описания практического занятия № 1.



Из двух конкурирующих вариантов структурно-компоновочных решений АЛ, реализация каждого из которых обеспечивает заданные требования качества изделий и производственную программу, необходимо выбрать один, который имел бы минимальные показатели неполных приведенных затрат на реализацию. Сведения

73

об альтернативных вариантах компоновок АЛ приведены в таблице 4.6, вариант задания назначает преподаватель. Другие необходимые для расчета НПЗ значения принимают в таких величинах, какие показаны в п.3, либо принимают иные значения - по согласованию с преподавателем.

Таблица 4.6 Исходные данные для выполнения индивидуального задания

№ в

ариа

нта

зада

ния

Вариант компоновки АЛ

Зада

нны

й ди

апаз

он

прои

звод

ител

ьнос

ти

(Q m

in -

Q m

ax),

шт.

/сме

ну

Сло

жно

сть

АЛ

1 вариант АЛ 2 вариант АЛ

q 1

n у1

m1

№ с

танц

ии, г

де е

сть

стан

ок-д

убле

р П

роиз

води

тель

ност

ь,

шт.

/сме

ну

q2 nу2 m2

№ с

танц

ии, г

де е

сть

стан

ок-д

убле

р

Про

изво

дите

льно

сть,

ш

т./с

мену

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 9 3 1 2 560 7 2 2 2,3 545 540-565 Пр 2 1

0 2 0 - 770 6 3 3 2,3,4 780 760-780 Ср

3 7 2 3

2,3,

3

480 8 1 2 2,3 460 460-485 Сл

4 7 3 2 2,3 475 7 2 3 2,3,3 480 470-490 Ср 5 8 1 2 2,3 420 8 1 3 2,3,3 442 415-445 Пр 6 1

0 3 4 1,2 890 8 4 6 1,2,3 880 875-895 Сл

7 8 2 1 2 455 8 2 2 2,3 475 450-480 Ср 8 8 3 1 2 475 8 4 1 2 485 470-490 Ср 9 7 1 5

1,2,

3

475 7 2 2 2,5 465 460-480 Ср

10

8 4 2 2,3 485 10 3 4 2,3,4,5 495 480-500 Сл

74


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11

8 1 5

2,3,

4

465 9 3 2 2,3 475 460-480 Ср

12

7 1 3 2,

3,4

565 7 2 2 2,3 575 560-580 Пр

13

9 4 0 - 985 7 2 3 2,3,4 990 980-995 Ср

14

8 3 1 2 785 6 3 2 3,4 775 770-790 Пр

15

10

4 2 2,5 695 9 4 3 2,3,5 705 690-710 Сл

Примечания к табл.4.6: 1. Обозначения, принятые для указания сложности АЛ в таблице 4.6: ПР –сравнительно простая АЛ; Ср –средняя по сложности АЛ: Сл – сложная АЛ; 2. Количество станков-дублеров на станциях может быть больше, чем один станок; количественное распределение станков-дублеров между станциями, номера которых указаны в таблице выполняют условно -произвольно. Тип оборудования автоматических линий в соответствии с вариантом задания указан в таблице 4.7.

Таблица 4.7 Данные о типе оборудования АЛ

Номера вариантов индивидуальных заданий 1,3,5,7,9,11,13,15 2,4,6,8,10,12,14

Линии из агрегатных станков Линии из специальных и агрегатных станков

Для АЛ из агрегатных станков массу станков определяют по формуле (4.5), число силовых головок “n” агрегатных станков принимают таким, как показано в таблице 4.8.

75

Таблица 4.8 Данные о количестве “n” силовых головок агрегатных станков

(по станциям АЛ) Номер станции АЛ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Число силовых головок на станке

2 3 4 2 4 3 3 4 2 2

Для линий из специальных и агрегатных станков массу специальных станков определяют по данным таблицы (4.3); если в таблице данные отсутствуют, то считают, что станция оснащена агрегатным станком (агрегатными станками) и для определения массы станка (станков) используют данные таблицы (4.8). Режим работы автоматических линий – двусменный. По согласованию с преподавателем индивидуальное задание к выполнению практического занятия № 4 может быть сформулировано на основе данных об альтернативных вариантах структурных компоновок АЛ, разработанных в рамках выполнения курсовой работы / курсового проекта по дисциплине “Автоматизация производственных процессов в машиностроении”. 5. Оформление отчета, подведение итогов практического занятия

5.1. Образец оформления титульного листа отчета приведен в разделе «Приложение 1» . 5.2. Содержание отчета: А). Цель занятия; Б). В отчете к практическому заданию приводят исходные данные, схемы компоновок АЛ (рис.4.1). Промежуточные и окончательные результаты расчетов НПЗ (в частности, как показано в табл. 4.5). Приводят обоснование выбора варианта компоновки АЛ из оцениваемых альтернатив; В). Выводы по итогам практического занятия.

76

Рис.4.1 Схемы компоновок АЛ: 1, 2…7 – станции АЛ, z – накопитель заделов

формируемых изделий (ФИ); Д – делитель потока ФИ; С - соединитель потоков ФИ; I , II – обозначение участков-секций АЛ

5.3. Процедура защиты отчетов по практическому занятию предполагает собеседование по теме занятия в разнообразных видах и формах, включая собеседование по тематике контрольных вопросов. 6. Контрольные вопросы – Каковы цели анализа структурных компоновок автоматизированного технологического комплекса (АТК)? – Каким требованиям должен соответствовать АТК в любом из вариантов компоновки? – Какие факторы учитывают на стадии предварительного проектирования вариантов компоновки АТК? – В чем специфика расчета экономической эффективности АТК методом неполных приведенных затрат? Информационные ресурсы 1. Автоматизация дискретного производства / Б.Е.Бонев, Г.Й. Бохачев и др.; под общ. ред. Е.И. Семенова, Л. И. Волчкевича.– М. : Машиностроение,1987, София : Техника,1987.–376 с. 2. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справочник/ под ред. И.В. Великанова.– Л.: Машиностроение, 1990. – 448 с.

77

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И ТОПОЛОГИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ Введение

Множество вариантов технологических преобразований заготовки в готовое изделие обуславливает необходимость поиска и выбора такой структуры (технологической топологии) автоматизированной системы, воплощение которой обеспечивало бы необходимую производительность системы для выпуска качественной продукции с наименьшими затратами и рисками. 1. Цели занятия

Главная цель занятия – приобретение компетенций, позволяющих участвовать в построении структур АТК, технологическая топология которых гарантирует (в случае ее реализации) выпуск качественной продукции с необходимой производительностью. Вспомогательные цели формируют на основе сведений о результатах самостоятельной внеаудиторной подготовки студентов к занятию.


2.1. Топология АТК раскрывает состояние связей между состояниями объекта, достигнутыми в результате выполняемых на АТК операций. Другими словами, технологическая топология содействует восприятию логики построения АТК, которую иллюстрирует структурная схема АТК. 2.2. Многообразие технологических топологий АТК является следствием многообразия вариантов сочетания следующих факторов (проектирования АТК): – вид заготовки; – методы обработки заготовки; – маршрут обработки заготовки; – структура операций; – вид технологического оборудования и его технологические возможности; – число рабочих позиций – режимы обработки; –

78

оперативное время обработки на рабочих станциях/ позициях/местах; – количество участков АТК; – тип транспортной системы. Изменение одного из вышеперечисленных факторов приводит к появлению очередного варианта топологии АТК, например, как показано на рис. 5.1.

Рис.5.1 Топология автоматизированных линий (АЛ)

схема а – АЛ, состоящая из одного участка (nу=1), отсутствуют накопители межоперационных заделов заготовок (z=0), число станций q=7, станки-дублеры отсутствуют (m=0); схема б – АЛ с двумя участками – секциями (nу=2), один накопитель задела заготовок (z=1), число станций q=7, станки – дублеры отсутствуют (m=0); схема в – АЛ, состоящая из одного участка (nу=1), отсутствуют накопители задела заготовок (z=0), число станций q=7, число станков-дублеров m=2 (делитель «Д» потока заготовок расположен до станций со станками-дублерами 2, соединитель «С» потоков заготовок расположен после станции со станками-дублерами 3); схема г – АЛ с двумя участками – секциями (nу=2), один накопитель задела заготовок (z=1), число станций q=7, число станков-дублеров m=2.

79

2.3. Поиск оптимальной технологической структуры АТК предполагает две основных стадии действий: первая стадия – формирование совокупности технически возможных вариантов топологии (компоновок) АТК; вторая стадия – выбор оптимального варианта топологии АТК по заданной целевой функции. Некоторые мероприятия второй стадии показаны в описании практического занятия № 4.

Методика формирования совокупности возможных вариантов топологии АТК приведена ниже. Методика обладает свойством общности, то есть приемы этой методики правомерны (с известными и ситуативными оговорками и поправками) для поиска оптимальных разномасштабных структур АТК с последовательно – параллельными технологическими связями. К таким АТК относят автоматизированные линии, автоматизированные цеха и автоматизированные заводы (как последовательность технологически связанных переделов, таких как заготовительный, механообрабатывающий, химико-термический, сборочный и т. д.), автоматизированные взаимосвязанные отрасли и т. д. 2.4. Методика формирования вариантов топологии (компоновок) АТК основана на факте устойчивой зависимости производительности АТК и их топологии.

2.4.1.Исходный пункт методики формирования любого из вариантов топологии АТК заключается в том, что решение вопросов обеспечения качества изделий, производимых АТК, изначально находится в сфере ответственности проектировщика.

2.4.2.Вариативная составляющая методики включает следующие приемы:

А). Однофакторное моделирование структур АТК, когда фактором внешнего отличия структуры является число рабочих

80

позиций (станций/ рабочих мест), что влияет на производительность АТК посредством предпринимаемой в таком случае дифференциации или концентрации операций и переходов.

Б) Однофакторное моделирование структур АТК, когда структуру по п. А) расчленяют таким образом, что фактором внешнего отличия структуры становится число участков – секций комплекса (введение в структуру накопителей межоперационных заделов предметов труда – заготовок, см. рис. 5.1, схема б). Этот прием влияет на производительность АТК, в частности, посредством преодоления проблемы, известной как «узкие места в производстве», «лимитирующие станции / рабочие позиции АТК», «разбалансировка АТК по такту».

В). Однофакторное моделирование структур АТК, когда структуру по п. А) «распараллеливают» таким образом, что фактором внешнего отличия структуры становится, например, число станков – дублеров, выполняющих идентичные операции параллельно во времени в отношении предметов труда из одной партии (см. рис. 5.1, схема в). Этот прием влияет на производительность АТК как упомянуто в п. Б). Кроме того, параллельные технологические связи (которые возникают при дублировании операций) увеличивают надежность, и следовательно, производительность АТК, поскольку в таком случае проявляет себя возникающий эффект рабочего резервирования элементов системы.

Г). Многофакторное моделирование структур АТК, когда структуру АТК создают комбинированием структур согласно приемам А), Б), В).

Д). Неизменная составляющая методики – это правило последовательного перебора приемов А) – Г), начиная с приема А). Это правило не исключает другие алгоритмы поиска оптимальных структур АТК.

81

3. Пример проектирования структуры АТК, обеспечивающей достижение заданной производительности АТК, иллюстрирует проектирование структуры одной из разновидностей АТК – автоматизированной линии (АЛ). 3.1. Базовые формулы расчета производительности АЛ за рабочую смену приведены в [1], адаптированные в [2] формулы расчета фактической сменной производительности приведены далее:

(5.1)

или, , (5.2)

где число параллельных потоков обработки; 0,85 – 0,9 –

коэффициент загрузки АЛ; длительность максимального по продолжительности цикла работы оборудования (оперативное время цикла лимитирующего времени обработки заготовки) на «лимитирующей» станции АЛ; суммарное время собственных внецикловых потерь работы АЛ, в пересчете на единицу выпускаемой продукции; число (количество) участков – секций

АЛ; коэффициент возрастания внецикловых потерь времени в связи делением АЛ на участки-секции; коэффициент использования АЛ. Табулированная зависимость от приведена в табл.5.1.

Таблица 5.1 как функция числа участков [2]

1 2 3 4 5 6

1,0 1,10 1,15 1,18 1,20 1,22

Рекомендуемый предел числа участков nу рассчитывают по формуле: , (5.3)

где число станций (рабочих позиций) АЛ.

82

Коэффициент использования АЛ характеризует эксплуатационную надежность линии,

. (5.4)

Суммарное время внецикловых потерь рассчитывают по формуле , (5.5)

где суммарное время простоя АЛ, вызванного заменой и

подналадкой режущих инструментов; суммарное время

простоя АЛ, вызванного отказами в работе оборудования АЛ. Упрощенный вариант расчета используют на стадии эскизного проектирования структуры линии: , (5.6)

где оперативное время обработки заготовки на j-й станции

(рабочей позиции) АЛ. 3.2. Результаты применения методики по п. 2.4 и формул (5.2), (5.3), (5.4) и (5.6) приведены в форме макета (рис.5.2), который иллюстрирует выявление структуры АЛ, обеспечивающей производительность шт./смену в случае производства изделия типа «вал» по типовой технологии [2]. В макете (см. рис.5.2) приняты следующие сокращения названий операций и соответствующих станций в структуре АЛ: «Фр.-центр.» фрезерно-центровальная; «Ток.-копир.» токарно-копировальная, «Б/Ц – шлиф.» – бесцентрово-шлифовальная, «Проф.-накат.» – профиленакатная, «Резьб.-накат.» – резьбонакатная, «Фрез.» – фрезерная. Оперативные времена выполнения операций на

станциях АЛ показаны (в минутах) справа от условных изображений станций АЛ (см.рис.5.2), полужирные начертания цифровых значений

83

приняты для привлечения внимания к величине

«лимитирующего» времени цикла работы АЛ. Токарно - копировальная операция на лимитирующей станция 2

в базовом варианте I топологии АЛ (см. рис.5.2) подвергнута дифференциации в варианте II (стрелки между схемами вариантов I и II демонстрируют переход к распределенному между станциями 2 и 3 формообразованию в варианте II структуры, которое в варианте I планировали выполнять на станции 2). Дифференциация операции подобного рода предпринята при построении структуры и в варианте III.

Вариант IV структуры АЛ построен путем введения трех накопителей Z межоперационных заделов заготовок в структуру по варианту II (логическую связь и преемственность вариантов демонстрирует стрелка от одной схемы к другой). Накопители Z расчленили структуру АЛ на четыре участка – секции ( .

Вариант IV структуры АЛ обеспечивает производительность в пределах заданного диапазона значений

шт./смену. Структура АЛ по варианту V построена на идейной платформе

базового варианта I топологии АЛ (см. рис.5.2, логическую связь и преемственность вариантов демонстрирует стрелка от одной схемы к другой),

Структура V демонстрирует результат применения метода комбинирования двух приемов проектирования АЛ: деление линии на участки и введение станков дублеров (для радикального решения проблемы сдерживания производительности АЛ на лимитирующих станциях). Вариант V структуры АЛ обеспечивает производительность в пределах заданного диапазона значений шт./смену.

84

Рис.

5.2.

Мак

ет д

ля и

ллю

стра

ции

прим

енен

ия м

етод

ики

поис

ка с

трук

тур

АЛ

, об

еспе

чива

ющ

их н

еобх

одим

ую п

роиз

води

тель

ност

ь Q

(ра

сшиф

ровк

а со

кращ

ений

пр

ивед

ена

в п.

3.2,

сим

волы

q, n

y, m

, z р

асш

ифро

ваны

в н

адпи

си к

рис

. 5.1

)

85





4.3.1. Формулировка задачи

Освоить методику проектирования структур АТК (согласно сведениям, приведенным в пунктах 2 и 3) посредством поиска 2 -3 структур автоматизированной линии (АЛ), которые в случае их осуществления обеспечивали бы производство качественной продукции и необходимую производительность АЛ в заданных пределах. Выбор лучшего из альтернативных вариантов структура АЛ осуществить согласно методике, изложенной в описании практического занятия № 4.

4.3.2. Исходные ресурсы и данные

А). Рабочий чертеж детали, технические и другие требования (например, требования отработки на технологичность);

Б). Сведения и рекомендации о доступе к источникам информации о служебном назначении деталей – аналогов (прототипов), включая такие источники как чертеж сборочной единицы, в состав которой входит деталь;

86

В). Сведения и рекомендации о доступе к источникам информации, содержащим описание типовых технологических процессов изготовления детали;

Г). Годовая программа выпуска деталей, данные о допустимых пределах сменной производительности, число рабочих смен в сутки, продолжительность выпуска деталей данного типоразмера;

Д). Сведения и рекомендации о доступе к источникам информации и к ресурсам, полезным для определения оперативного времени обработки заготовки на станциях

(рабочих позициях) АЛ. На этапе предварительного проектирования структур АЛ, когда

расширены границы приемлемой точности расчетов, допустимо использовать формулы для определения приближенных норм основного технологического времени на выполнение операций (Приложение 2).

Е). Число параллельных потоков обработки Ж). Другие ресурсы и данные, например, по поводу выбора

значения коэффициента загрузки линии, рекомендации об

использовании формулы (5.3) расчета приемлемого числа участков – секций АЛ и т. д.

З). Исходные данные могут быть сопряжены с данными задания на курсовое проектирование по дисциплине.


5.1. Образец оформления титульного листа отчета приведен в разделе «Приложение 1» . 5.2. Содержание отчета:

А). Цель занятия; Б). В отчете к практическому заданию приводят исходные

данные, расчеты производительности АЛ (сопровождающие

87

проектирование структуры АЛ), схемы компоновок АЛ в соответствии с макетом на рис. 5.2.

Приводят технико-экономическое обоснование выбора варианта компоновки АЛ из оцениваемых вариантов структуры АЛ. В отчете достаточно привести итоговые результаты расчетов экономической эффективности по методике, изложенной в описании практического занятия № 4.

В). Выводы по итогам практического занятия. 5.3. Процедура защиты отчетов по практическому занятию предполагает собеседование, в том числе по тематике контрольных вопросов.

5.4. Протокол отчета (после завершения процедуры защиты результатов практического занятия) поступает в архив кафедры.


– Чем объясняется возможное разнообразие технологических топологий автоматизированных технологических комплексов? – В чем заключается методика формирования вариантов топологий АТК? – Что такое однофакторное и многофакторное моделирование вариантов топологий АТК? – Приведите названия разномасштабных АТК, приемлемая топология которых может быть выявлена, если использовать изученную методику. Информационные ресурсы

1. Автоматизация дискретного производства / Б.Е.Бонев, Г.Й. Бохачев и др.; под общ. ред. Е.И. Семенова, Л. И. Волчкевича.– М. : Машиностроение,1987, София : Техника,1987. –376 с.

2. Формирование структурно - компоновочных вариантов автоматизированных линий : Метод.указ. Самарский гос. техн. ун-т/ сост. Ю.И.Кургузов. – Самара, 2004. – 44 с.

88

6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6 ВЫБОР ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

(деловая игра) Введение Выбор промышленного робота (ПР) – это название проекта или части проекта создания автоматизированных технологических комплексов с ПР, которые используют в кузнечно – прессовом и литейном производствах, в металлообрабатывающем и сборочном производствах, на таких операциях как «загрузка – выгрузка» оборудования, снятие заусенцев и удаление облоя, сварка, сборка, нанесение гальванопокрытий, окраска изделий и т.д. (Приложение 3). 1. Цели занятия

Главная цель занятия – приобретение и/или развитие компетенций, позволяющих участвовать в проектах проектирования, внедрения, модернизации, эксплуатации автоматизированных технологических комплексов (АТК) с промышленными роботами. Вспомогательные цели формируют на основе сведений о результатах самостоятельной внеаудиторной подготовки студентов к занятию.


2.1. Проект «Выбор ПР» требует по отношению к себе управления как и любой другой индустриальный проект [1] научно- исследовательского характера [2]. Например, постоянное и динамичное изменение ситуации на мировом рынке робототехники требует профессионального внимания и соответствующих исследований [3], результаты которых принимают к сведению для адекватного управления проектом «Выбор ПР».

Создание глобальных индустриальных экспертных систем, которые способствовали бы радикальному снижению расходов в связи с выбором средств технологического оснащения производства и способствовали бы увеличению степени прозрачности

89

индустриального рынка [4] (в частности, робототехники) еще только предстоит. В будущем заинтересованное использование таких глобальных экспертных on-line систем как «4 VIOLETS» [4] («4 ФИАЛКИ») может гарантировать формирование таких субъективных представлений об индустриальном рынке, когда рынок воспринимается как “объективно прозрачный”. Название проекта «4 VIOLETS» - это акроним, развертка которого совпадает с ключевыми словами, характеризующими один из его продуктов – информационную технологию “World-Wide Industry-oriented On Line analytical processing Expert on-the-Machine-Building-Topical System”, пригодную и для выбора промышленных роботов. Пока таких систем нет, необходимо учитывать риски использования предложений от всевозможных локальных экспертных систем, в частности, в Интернет, если нет уверенности в том, что работа этих систем основана на исследованиях, в самой тематике которых учтены соответствующие риски [5].

Методология [1] - [5] призвана иллюстрировать неординарность задачи «Выбор ПР». Участие в решении этой задачи в формате «деловая игра» способствует развитию навыков профессионального поведения в будущих реальных проектах выбора ПР с учетом определенных критериев на основе сведений об альтернативах, а также на основе сведений об аналогах и прототипах. В этих сведениях запечатлен солидный опыт развития робототехники, например, как первый в мире опыт каталогизации роботизированных технологических комплексов (РТК), разработанных в свое время в СССР и в ЧССР [6]. Для уменьшения издержек в связи с выбором ПР используют сведения о современном опыте проектирования РТК . Этот опыт запечатлен, например, в [7] и в других многочисленных отечественных и зарубежных источниках.

В любом случае выбор ПР – это всегда результат мульти – экспертного решения, то есть правильное решение о выборе ПР возникает в условиях, в обстановке и как результат сопряжения

90

индивидуального и/или корпоративного знания многих наук, технологий и искусства [8].

2.2. Алгоритмы выбора ПР – это модели и описание решения одноименной задачи. Согласно [9] задачи выбора технологического оборудования, в частности, ПР (конкретного типоразмера из определенной номенклатурной группы) относят к так называемым нерасчетным задачам.

2.1.1. Простейший (типовой) алгоритм решения задач нерасчетного характера представляет собой (в предельно упрощенном варианте толкования) разветвленный линейный алгоритм с логическими проверками. Каждый шаг алгоритма представлен набором логических проверок, когда между собой сопоставляют исходные данные из комплекса параметров применимости (КПП) с одной стороны и значения из комплекса условий применимости (КУП) робота с другой стороны.

Пример алгоритма выбора модели ПР. Допустим, что КУП двух роботов с индексами конструктивного исполнения «30» и «31» (рис.6.1) содержит сведения о диапазонах линейных и угловых перемещений роботов (таблица 6.1), которые должны обслуживать определенное рабочее пространство, и сведения о точности позиционирования звеньев манипулятора ПР.

Таблица 6.1 Модель комплекса условий применимости (КУП) роботов

(условные данные) Индекс

конструктивного исполнения робота

Условия применимости робота Линейные

перемещения руки l, мм

Угол поворота φ,

град

Точность позиционирования

град

«30» 400…600 20…340 5 «31» 500…700 30…330

91

Предположим, что по условия задачи «Выбор ПР» конфигурация рабочей зоны – плоская полярная (см. рис. 6.1) с параметрами = 500…600 мм, = 40…320 град., причем точность позиционирования перемещаемых в рабочую зону объектов должна соответствовать следующим требованиям: ,

Рис.6.1. Компоновочные схемы ПР (фрагмент [10], лист 2, с.7)

92

Таким образом, набор исходных данных для выявления подходящего робота для обслуживания рабочего пространства АТК следующий:

Uр.з. = (6.1)

Сопоставление значений набора (6.1) и значений КУП (см. табл.6.1) по алгоритму на рис. 6.2 позволяет выявить робот под индексом «31» (см. рис. 6.1), который в случае построения в соответствии с характеристиками модели (см. табл.6.1) способен обслуживать условное рабочее полярное плоское пространство с указанными в Примере параметрами.

Рис. 6.2. Блок – схема алгоритма выбора модели ПР (по индексу скелетно- кинематической схемы/ конструктивного исполнения ПР): блок 3 – «проверка » ; блок 4 – «проверка блок 5 – «проверка » ; блок 6 – «проверка »; блок 8 – «проверка » ; блок 9 – «проверка блок 10 – «проверка » ; блок 11 – «проверка » 2.1.2. Нетривиальные алгоритмы выбора ПР используют, например, когда оценивают образ рабочей сцены согласно эскизам зоны загрузки (рис. 6.3) для решения вопроса о достаточности и

93

неизбыточности числа степеней свободы (подвижности) манипулятора ПР, для решения вопроса о характере движений звеньев манипулятора ПР (Приложение 4), для решения вопроса оптимизации (упрощения) траектории движения исполнительного органа ПР (что влияет на выбор кинематической схемы робота), для решения вопроса о размещении ПР относительно обслуживаемого оборудования (напольное, портальное, встроенное и другие варианты размещения манипулятора ПР) (рис.6.4).

Рис.6.3. Модели рабочих сцен загрузки оборудования роботами [11]

94

Рис. 6.4. Вариант размещения манипулятора ПР на станке (в основе

композиции - рисунки [12]) схема а – размещение манипулятора ПР на передней бабке токарного станка (загрузка заготовок из кассетного накопителя, установленного на полке, прикрепленной к передней стенке корпуса шпиндельной бабки и разгрузка обработанных заготовок в тот же накопитель); схема б – схема движения звеньев и кисти руки манипулятора; схема в – траектория движения звеньев манипулятора для выполнения операции «загрузка-выгрузка» станка Выбор числа степеней свободы манипулятора ПР и схемы размещения ПР для загрузки станка (см. рис.6.4) во многом предопределен возможностями алгоритма имитации вариантов загрузки с учетом множества рабочих сцен загрузки (см. рис. 6.3) для выявления оптимальной или единственно возможной модели поведения робота в зоне загрузки (схема загрузки на рис. 6.4 соответствует модели с индексом группы «60» на рис. 6.3). 2.1.3. Алгоритмы выбора ПР на основе анализа размерных цепей автоматизированного технологического комплекса (АТК) (рис.6.5) уменьшают риски наступления следующих событий: – выбор манипулятора с чрезмерным или недостаточным запасом точности позиционирования (что ведет к сопутствующим этому событию затратам) (рис.6.6); – частичное использование запаса точности позиционирования манипулятора в связи с превышением

95

допустимой погрешности монтажа робота в пространстве АТК (что ведет к сопутствующим этому событию затратам); – увеличение затрат на калибровку, подналадку и обслуживание робота; – увеличение затрат в связи с неоправданно высокими требованиями к характеристикам системы управления промышленным роботом; – увеличение вероятности сочетания перечисленных и других событий.

схема а схема б Рис. 6.5.Автоматизированный технологический комплекс с ПР (схема а) и установочная размерная цепь АТК на виде в плане (вид «сверху») (схема б) (в основе композиции – рисунки [13])

схема а схема б Рис.6.6. Иллюстрация наступления технологических событий, когда выбор ПР выполнен с чрезмерной экономией затрат на проектирование и анализ размерных цепей АТК (в основе композиции – рисунки [13]); схема а – результат расчета размера замыкающего звена , величина которого не гарантирует беспрепятсвенное перемещение заготовки в межкулачковое пространство патрона станка для зажима заготовки патроне; схема б – результат расчета размера замыкающего звена использование которого приведет к невозможности перемещения заготовки в межкулачковое пространство патрона станка с помощью ПР

96

Если ПР оснащен интеллектуальной системой управления, тогда недопустимые погрешности позиционирования (см. рис.6.6) могут быть компенсированы этой системой посредством внесения коррекции в положение исполнительного звена ПР для приведения его в номинальное положение, в частности, благодаря системам технического зрения, распознавания образов рабочей сцены, благодаря элементам искусственного интеллекта.

Таким образом, решение задачи обеспечения заданной точности позиционирования звеньев манипулятора сопряжено с поиском сбалансированной стоимости ПР на основе предварительного анализа калькуляции затрат на манипулятор и затрат на систему управления роботом.

Однако экономический анализ приобретения ПР всегда должен быть основан на предшествующем размерном анализе АТК. 2.3. Выбор ПР как анализ предложений на рынке современной индустриальной робототехники Среди производителей ПР - такие компании как «Fanuc», «KUKA», «Kawasaki», «Nachi», «Universal Robots», «Toshiba», «DMG», «Schunk», «NOKIA» и другие компании, основной перечень которых охватывает много десятков наименований. Студенты машиностроительного факультета УлГТУ способствовали одной из выше перечисленных компаний [14] в части языковой адаптации рекламных проспектов в начальный период продвижения продукции компании на российский индустриальный рынок. Глобальные экспертные системы типа [4] в поддержку операций выбора оборудования – это перспектива, обозрение которой выявляет также другие факторы для анализа источников выбора ПР. Например, предложения на вторичном рынке ПР или эксклюзивные предложения создания ПР, в частности, на основе принципа агрегатно – модульного конструирования ПР [10, с. 61 -65].

97

Степень достоверности результата выбора ПР возрастает, если

проект «Выбор ПР» в своей основе имеет адекватное

(соответствующее) математическое обеспечение, разработанное, в

частности, с использованием теорем выбора [15, с. 774, статья

«ВЫБОРА ТЕОРЕМЫ»].





3.3.1. Формулировка задачи Выбрать современную модель промышленного робота в предположении построения современного планировочного решения роботизированного технологического комплекса (РТК) методом аналогии.

3.3.2. Исходные ресурсы и данные А). Схема композиции РТК – аналога (Приложение 5, вариант планировки /компоновки РТК – аналога назначает преподаватель); Б). Модель перемещаемого роботом объекта (чертеж или натурный экспонат прообраза загружаемых в станок объектов); В). Данные о диапазоне перемещаемых масс и о диапазонах геометрических параметров объектов, входящих в

98

номенклатурную группу перемещаемых объектов (назначает преподаватель); Г). Данные о точности позиционирования (размеры замыкающего звена установочной размерной цепи, см. рис. 6.5, схема б) Г). Сведения о предпочтительных типах привода ПР и системы управления ПР (назначает преподаватель); Д). Ситуативные данные, другие сведения и рекомендации о

доступе к источникам информации и к ресурсам, полезным для решения задачи.


4.1. Образец оформления титульного листа отчета приведен в разделе «Приложение 1» . 4.2. Содержание отчета:

А). Цель занятия; Б). В отчете к практическому заданию размещают следующие

материалы: - схема планировочного решения РТК (на основе РТК-аналога); - обоснование выбора эскиза зоны загрузки (индекс группы, см.

рис. 6.3); - обоснование выбора системы координат ПР и геометрических

параметров перемещений звеньев манипулятора ПР (см. п.2.1.1); - схема установочной размерной цепи (см. рис.6.5); - тип захвата (исполнительного органа) ПР (см. [10, с.48, табл.2]); - схема размерной наладки РТК (рис. 6.7); - таблица основных характеристик ПР (табл. 6.2); - модель ПР в соответствии с номенклатурой продукции компании

– производителя ПР. В). Выводы по итогам практического занятия.

99

Рис. 6.7. Эскиз размерной наладки РТК (см. рис.6.5,а)

1,2…5 – опорные точки положения оси заготовки в пределах маршрута (траектории) перемещения заготовки из гнезда конвейера - накопителя в патрон станка; (90 0,3)° – номинальное угловое перемещение заготовки; (2 0,3)° – допустимая погрешность углового позиционирования робота, перемещающего заготовку

100

Таблица 6.2 Краткая техническая характеристика промышленного робота

(значения параметров и характеристики условные)

Наименование характеристики/ параметра Значение параметра

/характеристика Грузоподъемность, суммарная / на один схват, кг 10/5

Число степеней подвижности (без схвата) 6

Число рук/ захватов на руку 1/ 2 Тип привода Электропневматический Тип системы управления Позиционная Количество программируемых координат 6 Способ программирования перемещений По упорам Погрешность позиционирования, мм Линейное перемещение, мм 520 Угловое перемещение, град 180 Масса, кг 110

4.3. Процедура защиты отчетов по практическому занятию предполагает собеседование по теме занятия в разнообразных видах и формах: директивное, творческое, контрольное, оперативное, импровизационное, мотивационное и другое собеседование. 4.4. Протокол отчета (после завершения процедуры защиты результатов практического занятия) поступает в архив кафедры. Электронный протокол отчета может быть признан в качестве такового только при наличии электронной подписи ведущего преподавателя. 4.5. Подведение итогов деловой игры включает презентацию результатов экспертной работы в связи с выбором ПР.

Коллегиальное обсуждение итогов деловой игры предполагает также обсуждение индустриальных новостей в области робототехники, обсуждение производственной политики мировых

101

производителей ПР, творческие приемы интернет-поиска, результаты которого раскрывают работу профильных тематических вебинаров, интернет – форумов, сведения об учебных пособиях, сведения об учебных видеофайлах и т. д.


– Почему проект «Выбор промышленного робота» правомерно

квалифицировать как непростой проект? – Что представляет собой

простейший алгоритм выбора промышленного робота (ПР);

– Каковы особенности нетривиальных алгоритмов выбора ПР? – Что

представляют собой модели рабочих сцен загрузки оборудования с

помощью ПР? – Какие факторы учтены в алгоритме выбора ПР на

основе анализа размерных цепей?


1. Воропаев, В.И. Управление проектами в России/ В.И.Воропаев. – М. : «Аланс», 1995. – 225 с.

2. Рязанов, С.И. Основы организации научных исследований: методические указания / С.И. Рязанов, Е.А. Карев. – Ульяновск : УлГТУ,2015. – 100 с. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2015/217.pdf, свободный (дата обращения: 10.11.2017).

3. Рязанов, С.И. Выбор темы научного исследования: 10 первых практик (тезисы) [Текст] / С.И. Рязанов // Тезисы докладов участников 50-й научно-технической конференции «Вузовская наука в современных условиях» (25-30 января 2016 года). – Ульяновск: УлГТУ , 2016. – С. 58-61.

4. Рязанов, С.И. Проект “4 VIOLETS” [Текст] / С.И. Рязанов // Мировая экономика и социум: от кризиса до кризиса: Материалы Международ. науч.-практ. конф. – в 3 ч.Ч.3. – Саратов : ИЦ «Наука», 2009. – С. 97-103.

102

5. Рязанов, С.И. Риски тем научных исследований / С.И. Рязанов // Тезисы докладов участников 51-й научно-технической конференции «Вузовская наук в современных условиях» (23-28 января 2017 года). В 3 ч. Ч.1. – Ульяновск : УлГТУ, 2017. – С. 78-81.

6. Роботизированные комплексы, разработанные в СССР и в

ЧССР. Каталог / под ред. Ю. Г. Козырева. – М. : ВНИИТЭМР, 1985. –

148 с. 43.

7. Михеев, В.А. Автоматизированное проектирование и

управление технологическими процессами ОМД [Электронный

ресурс]: электрон. учеб. пособие к курс. проектированию/ В.А.

Михеев, Д.В. Савин; Самар.гос.аэрокосм. ун-т им. С.П. Королева

(нац. исслед. ун-т). – Самара, 2011.

(http://www.ssau.ru/files/education/uch_posob, в загруженной

директории строка Автоматизированное проектирование-Михеев

ВА.pdf, доступ свободный (дата обращения: 12.11.2017).

8. Рязанов, С.И. Проблемы конвергенции в отечественном машиностроении [Электронный ресурс] / С.И. Рязанов // Инновационные технологии в металлообработке. Всероссийская научно-практическая заочная конференция (Ульяновск, 12 ноября 2016 года): сборник научных трудов / отв. ред. Н.И. Веткасов. – Ульяновск : УлГТУ, 2016. – 333 с. Режим доступа: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2017/39.pdf, свободный, С.47 – 61 (дата обращения: 12.11.2017). 9. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов : учебник для вузов по спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструмент»/ С.Н.Корчак, А.А.Кошин и др.; под общ. ред. С.Н.Корчака. – : Машиностроение, 1988. – 352 с.

103

10. Промышленные роботы в машиностроении:Альбом схем и чертежей: учебное пособие для технических вузов/ Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков, Ю.А. Павлов и др.; под общ. ред. Ю.М. Соломенцева.– М.: Машиностроение, 1986. – 140 с.: ил.

11. Автоматизация технологических процессов : учебное

пособие/ Ю.Л. Береснев, Б.Л.Штриков, В.В. Танаев, В.В. Танаев:

Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 1998. – С. 43.

12. Гибкие производственные системы, промышленные роботы,

робототехнические комплексы: в 14 кн. Кн. 5: Промышленные

роботы. / ред. Б. И. Черпаков. – М. : Высшая школа, 1990. – 94 с.

13. Основы автоматизации машиностроительного производства:

учебник для машиностроит. спец. вузов / Е.Р. Ковальчук, М.Г. Косов,

В.Г. Митрофанов и др.; под ред. Ю.М. Соломенцева. – 2-е изд., испр.

– М.: Высш.шк.,1999. – 312 с.: ил.

14. Рязанов, С.И. Введение в интернационализм (опыт

совместной работы со студентами) / С.И. Рязанов // Международная

школа-семинар «Парадигмы интернационализма, исторический опыт

и перспективы развития патриотического воспитания» (18-20 ноября

2014 г., Россия, Ульяновск) : сборник научных трудов. – Ульяновск :

УлГТУ, 2014. – С.266 – 282.

15. Математическая энциклопедия / Ред. коллегия: И.М.

Виноградов (глав. ред.) [и др.] Т.1 – М. : Советская энциклопедия,

1977. – 1152 с.: ил.

16. Схиртладзе, А.Г. Технологические процессы

автоматизированного производства : учебник для студ. учреждений

высш. проф. образования / А. Г. Схиртладзе, А. В. Скворцов. — М. :

Издательский центр «Академия», 2011. — 400 с.

104

7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7

АВТОМАТИЗАЦИЯ

СОВРЕМЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

(деловая игра)

Введение

Современные образовательные Интернет – ресурсы и технологии,

средства дистанционного образования могут быть использованы для

повышения рентабельности мероприятий, целью которых является

персональная и корпоративная осведомленность о современном состоянии

и перспективах развития автоматизации в мировой машиностроительной

индустрии.

Осведомленность о современной автоматизации мирового

машиностроения - это такое состояние и такое качество, когда

субъективные (личные) представления о состоянии рынка

автоматизации мировой машиностроительной индустрии позволяют

воспринимать этот рынок и эту индустрию как “объективно

прозрачные”. Соответственно, объективно прозрачный рынок – это

рынок понятный настолько и в такой мере его адекватного восприятия, что

позволяет считать риски принятия решений в проектах автоматизации

минимальными.

1. Цель занятия

Главная цель: формирование профессиональных манер, техник и

приемов изучения современного автоматизированного машиностроения

посредством Интернет – доступа к разнообразным макетам, моделям,

образам, сценам жизни и источникам знания об автоматизации

современной мировой машиностроительной индустрии.

Вспомогательные цели формируют на основе сведений о результатах

самостоятельной внеаудиторной подготовки студентов к занятию.

105


2.1. Автоматизация современного машиностроения – это глобальный процесс и основа развития крупнейшей и самой комплексной отрасли мировой экономики, которая включает более 200 подотраслей и разновидностей производств. Процесс автоматизации современного машиностроения превратил этот сектор мировой экономики в наиболее наукоёмкую отрасль мировой индустрии с самой высокой долей инновационной продукции. Автоматизация современного машиностроения оказывает решающее влияние на современную и будущую отраслевую и пространственную структуру всего мирового хозяйства [1], с.41 – 53.

2.2. SWOT-анализ проекта «Изучение автоматизации машиностроения с помощью интернет-ресурсов», этот анализ представляет собой, прежде всего, своевременное выявление и упорядочение сведений о сильных (S) и слабых (W) сторонах тех ресурсов, которыми обладает исполнитель образовательного проекта. Этот анализ предполагает также выявление перечня возможностей (O) и потенциальных угроз (T) для продуктивности упомянутого проекта в пределах его жизненного цикла (табл. 7.1).

Макет тематического SWOT-анализа (см. табл. 7.1) – это аналог/ прототип для самостоятельного выявления S –, W –, O – и T–характеристик с целью использования выявленных данных для разработки таких мероприятий, которые минимизируют риски воздействия угроз из группы «Т». SWOT-анализ необходим также для разработки мероприятий, которые позволяют использовать возможности из группы «О» как резерв для пополнения сильных «S» сторон образовательного проекта. Наконец, этот анализ обычно помогает пользователям трансформировать слабые «W» стороны проекта в его сильные «S» качества.

106

Таблица 7.1 Макет данных для SWOT- анализа

к проекту «Изучение автоматизации машиностроения с помощью интернет - ресурсов»

«S» - Сильные стороны проекта «O» - Возможности, благоприятствующие проекту

1. Уверенное владение такими стилями поведения в Сети как «Интернет- серфинг, включая иноязычный», «глубокое интернет-погружение и преодоление давления массы интернет – предложений», «целеустремленность в обстановке информационных шумов», «устойчивость к скрытому спаму и токсичным интернет-ресурсам» и т.д.; 2. Способность соотнести интернет –файлы с академически – выверенными системами классификации средств и систем, методов и видов автоматизации производственных процессов в машиностроении (АППМ); 3. Другие сильные стороны.

1. Достаточные, благоприятные, своевременные и современные ресурсы для доступа к интернет-ресурсам (современные аппаратные средства, комфортный трафик, учтивая политика администрирования и т.д.); 2. Благоприятная политика в образовательном учреждении и его подразделениях, когда существует доверие и свобода для гибких ситуативных изменений в паре «электронное – традиционное образование»; 3. Другие возможности.

«W» - Слабые стороны проекта «T» - Угрозы проекту 1. Отсутствие уверенных знаний и опыта применения академически – выверенных систем классификации, содержащих сведения о методах и видах, средствах и системах АППМ; 2. Отсутствие представлений об источниках информации, которые содержат сведения о системах классификации методов и видов, средств и систем АППМ; 3. Отсутствие знаний об истории, эволюции и перспективах АППМ; 4. Отсутствие представлений об эффектах сбалансированного и/ или гармоничного использования электронных и традиционных форм образования; 5. Отсутствие навыков выстраивать и профессионально использовать информационные фильтры для самостоятельной селекции тематической, смежной и другой информации; 6. Отсутствие знаний о теории, о методах промышленной автоматизации, а также о тех физических эффектах, которые использованы для создания технических средств автоматизации; 7. Другое.

1.Санкции со стороны интернет – ресурса в отношении группы пользователей, например, когда ресурс (сервер) воспринимает одновременный корпоративный визит пользователей как атаку на ресурс или покушение на жизнеспособность ресурса; 2. Неожиданная и/ или неоправданная цензура интернет – ресурсов, например, блокирование доступа к той части ресурса, которая ранее была доступна для изучения; 3. Ограниченный доступ к интернет – ресурсу, который введен собственником ресурса или подчинен политике санкций, принятых в отношении какой – либо страны, с интернет – территории которой осуществляют попытку доступа к ресурсу; 4. Псевдо-академические интернет- ресурсы; 5. Хорошо организованная, явная или подспудная, предвзятая тематическая индустриальная реклама, которая противоречит универсальным и энциклопедическим смыслам образования; 6. Индустриальный псевдо – патриотизм; 7. Другие угрозы.

107

2.3. Применение результатов SWOT – анализа заключается, прежде всего, в поддержке мероприятий по развитию сильных (S) сторон проекта «Изучение автоматизации машиностроения с помощью интернет – ресурсов». Развитие сильных сторон (S) упомянутого проекта начинают с предельно откровенного признания слабых (W) сторон тех образовательных ресурсов, которыми обладает исполнитель образовательного проекта (см. табл.7.1). Однако такое сильное (S) качество любого проекта (не упомянутое в табл. 7.1), каким является «предельно откровенное признание слабых (W) сторон проекта», это качество не совместимо с тем, что называют «интеллектуальное самобичевание за состояние слабых сторон проекта». Эту ситуацию разъясняет следующая древняя мудрость: «Если вы признали ошибку, это означает, что вы ее еще не совершили».

2.3.1. Знание теории, принципов и методов автоматизации – это основа для построения надежных персональных информационных фильтров для восприятия существа автоматизации в обстановке чрезвычайно многообразных по форме интернет-предложений, которые иллюстрируют чрезвычайно многообразные достижения в области автоматизации. Некоторые интернет - ресурсы раскрывают в популярной форме существо автоматизации, например, ресурсы [2] и [3] демонстрируют принцип обратной связи как основу действия автоматических систем (рис. 7.2, 7.3).

Рис.7.2. Принципиальная схема автоматического регулятора Ползунова – Уатта (обобщенная схема автоматических устройств с обратной связью [4], с. 128)

108

схема а схема б

Рис. 7.3.Схемы к пояснению принципа действия автоматического регулятора: схема а – автоматический регулятор питания парового котла (1765-1766) русского механика Ивана Ивановича Ползунова; схема б – автоматический регулятор частоты вращения (угловой скорости) выходного вала паровой машины (1784) английского изобретателя Джеймса Уатта ( в основе композиции – схемы из [4], с. 127- 128) В любом случае, условием обучающей работы с тематическими интернет-ресурсами является знание о том, что огромного количество промышленных автоматов принято подразделять на несколько групп: автоматические устройства контроля (рис. 7.4, 7.5), защиты, регулирования и управления.

Рис.7.4. Схема к пояснению принципа действия автоматического устройства контроля [4]: шарик большего размера не попадает в тару, на своем пути он заденет рычаг и окажется в отдельном бункере; прикладное значение автоматизации проявляет себя в том, что нет необходимости управлять селекцией шариков на группы «Годные изделия» и «Брак»

109

Рис. 7.5. Схемы к пояснению принципа действия устройства

активного контроля на операции круглого наружного шлифования: схема а – комбинированная (электро-пневмо-гидро - кинематическая) схема управления циклом шлифования с помощью устройства активного контроля; схема б – компоновка устройства на станке; (в основе композиции – материалы [5]) 2.3.2. Системный анализ промышленной автоматизации (табл. 7.2) – это инструмент для увеличения эффективности применения базовых ресурсов (время, энергия, здоровье, знание) в проекте «Приращение персональных компетенций», если компетенции необходимы для работы в области автоматизации производства. Предположим, что иллюстрация на рис. 7.5 (схема б) – это как бы «вырезка экрана», «print screen» фрагмента воображаемого интернет- ролика об устройствах активного контроля на операциях шлифования. Тогда, владение приемами системного анализа (см. табл.7.2) позволит профессионально интерпретировать рабочую сцену (см. рис. 7.5, схема б). Это становится возможным, прежде всего, благодаря установлению виртуальных связей между объектами реальной сцены и элементами абстрактной модели этой сцены (см.

110

рис. 7.5, схема а), которая существует или может быть построена силой профессионального воображения (некоторые связи показаны стрелками между элементами изображений на схемах «а» и «б»).

Таблица 7.2 Области знаний, необходимых для постановки системного анализа

Интернет – иллюстраций автоматизации производственных процессов в машиностроении (АППМ)

(фрагмент) Условное

наименование области знания

Секторы знания

«Потоки» Знания о теории и практике автоматизации материальных, энергетических, информационных и других производственных потоков

«Цепи» Знания о теории и практике размерных, временных и информационных цепей применительно к решению задач автоматизации производства

«Средства» Знания о теории и практике технических средств автоматизации производства (датчики, преобразователи, усилители, исполнительные устройства, устройства передачи, отображения, хранения информации и т. д.)

«Переделы» Знания о видах отраслевой, внутриотраслевой производственной автоматизации (например, автоматизация в сырьевом/заготовительном, формообразующем, сборочном и других подразделениях предприятия)

«Иерархия» Знания о теории и практике подразделения автоматизированных операций: основные, вспомогательные, обслуживающие

«Непрерывность» Знания о классификации автоматизированных систем по степени непрерывности процессов: непрерывный, дискретный, квазинепрерывный

«Реактивность» Знания о классификации автоматизированных систем в соответствии со способностью реагировать на внешние изменения: жесткие, гибкие, универсальные и другие системы

«Синхронность» Знания о схемах синхронизации работы автоматизированных комплексов: последовательные, параллельно-последовательные, параллельные циклы работы

«Цикличность» Знания о разновидностях циклов работы автоматических систем: циклические / ациклические

111

Одна из целей уверенного владения приемами системного анализа промышленной автоматизации – это способность приобретать состояние личного психологического комфорта и профессиональной уверенности в условиях дестабилизации персонального восприятия, например, под действием значительных и разнообразных потоков индустриальной информационно-рекламной интернет-нагрузки. Структурированное знание (см. табл. 7.2) позволяет оперативно, в соответствии с реальной ситуацией, выстраивать необходимые виртуальные многомерные системы координат собственного знания с целью «привязки» к этим координатам, например, сцены на рис. 7.5 (схема б), как показано в табл. 7.3.

Таблица 7.3 Фрагмент характеристики рабочей сцены автоматизированной

системы контроля - АСК (см. рис. 7.5) в соответствии с моделью системного анализа АППМ (см. табл.7.2)

Условное наименование

области знания,

которое было задействовано

для характеристики

системы автоматизации

Вид рабочей сцены АСК

Характеристика автоматизированной

системы шлифования и устройства активного

контроля (УАК) на операции шлифования

(см. рис.7.2)

1 2 «Потоки» С позиций учения о производственных потоках, фрагмент

рабочей сцены демонстрирует преимущественно автоматизацию элементарного информационного потока: сбор и преобразование информации о текущем диаметральном размере шлифуемого объекта, которую используют для управления циклом шлифования объекта

«Цепи» С позиций учения о размерных установочных цепях, рабочая сцена демонстрирует вариант позиционирования воспринимающего узла автоматического измерительного устройства относительно измеряемого объекта, когда объект как бы базируют «в призму»

112

Окончание табл. 7.3

1 2 «Средства» Судя по схеме «а» на рис. 7.2, для формирования

информации о текущем размере шлифуемой поверхности используют пневматический датчик. Преобразующий узел датчика осуществляет качественное изменение характера промежуточного информационного сигнала: изменение давления воздуха в полости ртутьсодержащего элемента (РСЭ) датчика приводит к появлению электрического сигнала, который генерирует электронный блок в момент замыкания заранее настроенного «на размер» контакта РСЭ

«Переделы» Устройство активного контроля (УАК) размеров использовано в механообрабатывающем переделе (производстве)

«Иерархия» УАК использовано для автоматизации вспомогательной операции - контроль размеров объекта при выполнении основной операции - круглое наружное шлифование.

«Непрерывность» Автоматизированная система круглого шлифования с встроенным устройством активного контроля текущих размеров обрабатываемой поверхности – это «в целом» дискретная автоматизированная система, в пределах цикла (работы) которой осуществляют непрерывное измерение объекта

«Синхронизация» В автоматизированной системе круглого шлифования с встроенным устройством активного контроля синхронизированы основная и вспомогательная операции – шлифование и измерение шлифуемой поверхности. Цикл работы автоматизированного комплекса – параллельный

«Цикличность» Продолжительность цикла работы автоматизированной системе круглого шлифования с УАК – величина непостоянная, то есть это автоматизированная ациклическая система

2.3.3. Формат деловой игры во время интернет-изучения автоматизации современного машиностроения предполагает упражнения по мысленному вовлечению «себя» в мир действий и отношений, существующих в автоматизированном производстве. Например, мысленное вовлечение в процессы автоматизированного производства подшипников становится возможным благодаря воображению существа действий, которые происходят в пределах каждой из станций автоматно – линейной операции (рис.7.6). Некоторые интернет-ресурсы помогают упомянутым упражнениям, например, такой ресурс как [6].

113

Рис.7.6. Иллюстрация мысленного вовлечения «себя» в процесс автоматизированного производства подшипников, благодаря воображению существа действий на каждой из станций автоматической линии (упрощено , [4], илл. на вкладке, с. 129): 1, 2 – механическая обработка труб и получение заготовок внутренних и наружных колец подшипников; 3 – клеймение колец; 4 –размещение колец в магазине для хранения запаса колец; 5 – термообработка; 6 – очистка водой от окалины; 7 – обработка холодом и снова закалка; 8 – плоское шлифование; 9 – шлифование внешней поверхности (обода) кольца; 10 – шлифование канавки внутреннего кольца; 11 – обработка внутренней поверхности наружного кольца; 12 – автоматический контроль; 13 – сборка подшипника; 14 – смазка и упаковка готовых подшипников

114

Деловая игра «Автоматизация современного машиностроения» – это также моделирование профессиональных конфликтов, как средство психологической подготовки к будущим реальным проектам развития автоматизации в машиностроении. Элементарное моделирование внутриличностного профессионального конфликта может быть представлено, например, как переживание результатов столкновения двух состояний личности: одно состояние – это первоначальное знание, которое проявляет себя в упрощенном представлении общей картины автоматизации машиностроения (например, см. рис. 7.6); другое состояние – это воображение горизонтов еще не достигнутого, потенциального профессионального знания о физических эффектах в машиностроении «в целом» [7] и в автоматизированном машиностроении – в частности (рис.7.7 и 7.8).

схема а

схема б

схема в

Рис. 7.7. Иллюстрация физических принципов работы датчиков [4], с.128 –129: схема а – фотоэлектрический датчик; схема б – датчик положения; схема в – датчик концентрации раствора

115

Рис.7.8 Физические принципы работы автоматического фрезерного

станка ([4], с.125) 2.3.4. Знание национальных приоритетов в науке и практике автоматизации мирового машиностроения – это надежная фактическая и духовная опора для стремления к непреднамеренному первенству. Признаком стремления и первенства подобного рода является постоянное воспроизводство сопутствующего продукта под названием «абсолютная интеллектуальная самодостаточность посредством творчества».

Такой взгляд радикально меняет смыслы и цели изучения автоматизации современного машиностроения в общедоступном (открытом) сегменте мировой сети интернет с чрезвычайно широким спектром мнений об индустриальных и других событиях в мире. Формула «электронное минус духовное есть бесчеловечное» [8] помогает селекции интернет-ресурсов.

Универсальная модель критичного самообразования, которая актуальна и полезна в эпоху Интернет, также как столетия назад: «Мы берём чужие знания и мнения на веру, как ленивые и поверхностные ученики. Но необходимо уметь делать свои собственные выводы.

116

В этом мы похожи на того, кто, нуждаясь в огне, пошел в дом соседа, чтобы одолжить, но, увидев у соседа огонь, сел погреться, забыв о своем доме» (Монтень, цит. по [9]).

Первый международный конгресс по вопросам автоматического регулирования проходил в Москве в 1960 году, поскольку работы по теории автоматического регулирования выдвинули советскую науку на одно из первых мест в мире. Благодаря этим работам в СССР впервые в мире были осуществлены грандиозные проекты атомного машиностроения (1954 год – первая в мире атомная электростанция) и космического машиностроения (1957 год – в СССР запущен первый в мире искусственный спутник Земли, в 1961 году впервые в мире состоялся пилотируемый полет человека в космос – Ю.А. Гагарин).

Однако в таком популярном интернет-ресурсе, как Википедия, упомянутые выше неопровержимые планетарные приоритеты СССР и России преподносят и трактуют своеобразно в различных языковых сегментах этого ресурса или, как вариант, не упоминают вовсе.

России принадлежит исторический приоритет воплощения фундаментального принципа автоматизации – принципа обратной связи (см. рис.7.2 и 7.3), который был воплощен в паровой машине И.И. Ползунова в 1765 году, то есть почти на 20 лет раньше, чем в паровой машине Дж. Уатта. Согласно источнику [10], «по предписанию управителей алтайских заводов Ирмана и Миллера, ползуновская машина была уничтожена. Это они издали в 1779 году чудовищный указ: «…огнедышащую махину…разобрать; находящуюся при оной фабрику разломать и лес употребить на что годен будет». Это они расхитили ползуновский двигатель, оставив на месте его развалины, сохранившие народное название «Позуновское пепелище»».

Сведения о достижениях мирового уровня, которые впервые осуществили именно в России, показаны в систематизированном

117

виде в исследовании академика Пецко А.А. под названием «Великие русские достижения. Мировые приоритеты русского народа» [11], оригинальная аннотация результатов этого исследования приведена в табл. 7.4. Приобщение к источникам, подобным [11], – это средство для адекватной оценки значения общекультурного фона эпохи, что необходимо для проведения продуктивных исследований ([1], с.9) во время самостоятельного образования в области автоматизации современного машиностроения с помощью интернет-технологий.

Таблица 7.4 Аннотация мировых приоритетов и достижений России

(табулированная аннотация разработана на основе данных [11])

Пор

ядок

Область достижений Ограничения, принятые в

инвентаризации достижений

Число достиже-

ний

1 Научные открытия

Учтены только принципиально новые законы, явления, основы

теорий, учения, системы, классификации

400

2 Ключевые изобретения Учтены только бесспорные

прорывные изобретения

400

3 Космические достижения Учтены только неоспоримые первенства 176

4 Ключевые технологии Учтены только прорывные технологии 200

5 Географические открытия Учтены только приоритетные открытия 112

Итог аннотации: Россия принесла человечеству достижения мирового уровня числом более 1000

Примеры современных мировых приоритетов микро-миниатюрного, факультативного масштаба в области автоматизации производства приведены в [1], с.95 (пункты 1.2, 1.3,1.4,1.5,1.6 и 1.7).

Такой мировой приоритет, как «Эстетика технологий» [12], – это возможная методология автоматизации будущих поколений индустрии, выше, чем «Индустрия 5.0».

118

В поддержку национальных приоритетов студенты УлГТУ, начиная с 1999 года, способствовали продвижению, и за рубежом, такого национального бренда, как «Россия – энциклопедическая держава» (автор бренда – Рязанов С.И.) [13].

2.3.5. Изучение социально-экономических аспектов и современных тенденций автоматизации (табл. 7.5) – это обязательная часть программы формирования компетенций, необходимых для обеспечения персональной конкурентоспособности в условиях тотальной автоматизации экономики. Интернет- посещение международных выставок и экспозиций в области автоматизации, например, таких как [14] и [15], – это средство приобщения к современным событиям в области автоматизации производства. Надежными источниками сведений об автоматизации современного машиностроения являются интернет-ресурсы ассоциаций машиностроителей из различных стран, например, такие сайты, как [16], [17], [18], [19] и [20].

Сведения о некоторых образовательных интернет-ресурсах по робототехнике приведены в табл. 7.6. Систематизированные учебные фильмы о многообразных вариантах современного применения роботов в промышленности предлагает ресурс www.sir-mo.it по адресам [21], [22], [23], [24] и [25], . Интернет-форум [26] предлагает видеофайлы о современном оснащении механообрабатывающих и других цехов индустриальных предприятий. Многие предприятия предлагают интернет-туры и другие презентационные материалы для освещения современных достижений в области автоматизации машиностроения [27], [28], [29], [30], [31] и [32].

Особое внимание необходимо уделить достижениям группы компаний DMG MORI [33], [34] и [35], которые оснастили учебный процесс машиностроительного факультета УлГТУ [13].

119

Табл

ица

7.5

Инт

ерне

т-ре

сурс

ы, о

свещ

ающ

ие с

оциа

льно

-эко

номи

ческ

ие а

спек

ты и

сов

реме

нны

е те

нден

ции

авто

мати

заци

и

Ре

сурс

http

s://w

ww

.kom

mer

sant

.ru/d

oc/3

1894

96?f

rom

=doc

_vre

z ht

tps:

//ww

w.k

omm

ersa

nt.ru

/gal

lery

/352

6726

?fro

m=d

oc_v

rez

http

s://w

ww

.kom

mer

sant

.ru/d

oc/3

2964

13?f

rom

=doc

_vre

z

http

s://w

ww

.kom

mer

sant

.ru/d

oc/3

1137

51?f

rom

=doc

_vre

z

http

://ro

botic

slib

.ru/n

ews/

item

/f00/

s08/

n000

0871

/inde

x.sh

tml

http

s://w

ww

.inve

stop

edia

.com

/new

s/ar

tific

ial-i

ntel

ligen

ce-w

ill-

add-

157-

trilli

on-g

loba

l-eco

nom

y-pw

c/

http

s://w

ww

.inve

stop

edia

.com

/arti

cles

/inve

stin

g/07

2215

/iver

stor

s-tu

rn-a

rtific

ial-i

ntel

ligen

ce.a

sp

http

s://w

ww

.iem

ag.ru

/opi

nion

s/de

tail.

php?

ID=3

8561

ht

tps:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?tim

e_co

ntin

ue=6

&v=

JDgn

Lns-

Igo http

s://w

ww

.inve

stop

edia

.com

/arti

cles

/inve

stin

g/04

0616

/ai-t

hese

-co

mpa

nies

-are

-lead

ing-

way

-fbg

oogl

jnjib

m.a

sp

Тема

В к

аких

про

фесс

иях

иску

сств

енны

й ин

телл

ект

заме

нит

чело

века

Ро

боти

заци

я вм

есто

гло

бали

заци

и. Ч

то т

акое

реш

орин

г и

чем

он о

пасе

н ?

Вон

из п

рофе

ссии

. Как

их с

пеци

алис

тов

уже

гото

вы

заме

нить

роб

оты

?

Робо

ты п

овы

сили

ква

лифи

каци

ю р

абоч

их. В

СШ

А

оцен

или

влия

ние

авто

мати

заци

и на

ры

нок

труд

а П

редс

тавл

ена

сист

ема,

кот

орая

поз

воля

ет р

обот

ам

обуч

ать

друг

их р

обот

ов

Arti

ficia

l Int

ellig

ence

Will

Add

$15

.7 T

rillio

n to

the

Glo

bal E

cono

my:

Pw

C

Inve

stor

s Tur

n to

Arti

ficia

l Int

ellig

ence

(GO

OG

L, F

B)

«Инт

ерне

т ве

щей

» –

с че

м эт

о ед

ят

Иск

усст

венн

ый

инте

ллек

т: ч

то м

огут

ней

ронн

ые

сети

и

как

они

изме

нят

наш

у ж

изнь

? A

I: Th

ese

Com

pani

es A

re L

eadi

ng th

e W

ay

(FB

,GO

OG

L,JN

J,IB

M)

120

Табл

ица

7.6

Инт

ерне

т-ре

сурс

ы, о

свещ

ающ

ие р

обот

отех

нику

и р

обот

изац

ию и

ндус

трии

Ресу

рс

http

://ro

botic

slib

.ru/

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?t

ime_

cont

inue

=834

&v=

MkR

40N

ns1c

E ht

tps:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?v=r

ctEE

Ad1

Dfk

ht

tps:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?v=m

mEf

_KzM

gAk

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=mm

Ef_K

zMgA

k ht

tps:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?v=P

U8q

GA

Y11

bc

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=P7W

W8-

NaU

fc

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=E5U

Lbpw

8PZs

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=OtIR

ZnD

JyPY

http

://w

ww

.sir-

mo.

it/it/

5/m

anip

olaz

ione

/10/

auto

maz

ione

-m

anip

olaz

ione

-rob

ot.h

tml

http

://w

ww

.sir-

mo.

it/it/

3/pr

oces

si/1

5/au

tom

azio

ne-p

roce

ssi-

prod

uttiv

i.htm

l

Тема

Робо

тоте

хник

а

Про

мыш

ленн

ые

робо

ты. Т

ерми

ны и

опр

едел

ения

. К

ласс

ифик

ация

К

онст

руир

ован

ие р

обот

ов

Про

мыш

ленн

ые

робо

ты.

Кин

емат

ика

и ди

нами

ка

робо

тов

и ма

нипу

лято

ров,

198

6 К

ак п

ромы

шле

нны

й ро

бот

двиг

аетс

я П

ромы

шле

нны

е ро

боты

и р

обот

отех

ниче

ские

ко

мпле

ксы

Про

мыш

ленн

ые

робо

ты в

СС

СР

(198

6)

Уни

каль

ные

сове

тски

е ро

боты

, (19

80)

Авт

омат

изац

ия т

ехно

логи

ческ

их п

роце

ссов

SITO

MA

NIP

OLA

ZIO

NE

VA

RIE

SITO

PR

OC

ESSI

ALT

RI

121

Око

нчан

ие т

абл.

7.6

Ре

сурс

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=KSO

7oB

kcbG

g

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=RzR

9zG

Vcc

dg

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=CEn

aAhX

p3fU

ht

tps:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?v=y

m64

NFC

WO

RY

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=ItR

Q5O

lLaB

A

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=f1e

oL4A

xEe0

ht

tps:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?v=V

sHbF

THK

pBk

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=Ptn

cirK

iBX

Q

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=Pue

jIauu

P7o

http

s://w

ww

.you

tube

.com

/wat

ch?v

=ztA

Rsm

ouvG

E ht

tps:

//ww

w.y

outu

be.c

om/w

atch

?v=g

O_8

spC

u29M

Тема

Про

мыш

ленн

ые

робо

ты в

маш

инос

трое

нии.

Уче

бны

й фи

льм

Про

мыш

ленн

ые

робо

ты в

СС

СР.

5

Про

мыш

ленн

ые

робо

ты в

СС

СР.

9 Fa

st R

obot

ic A

ssem

bly

of C

PU a

nd M

emor

y M

odul

es o

n a

Circ

uit B

oard

To

p 3

Am

azin

g R

OB

OTI

C A

RM

S A

utom

ate

2015

- R

obot

ics D

emon

stra

tions

, Par

t II

Aut

omat

e 20

17 -

Var

ious

Typ

es o

f Ind

ustri

al R

obot

ics -

C

hica

go Il

linoi

s C

obot

s en

able

s X

iam

en R

unne

r In

dust

rial

Cor

pora

tion

to

achi

eve

flexi

ble

man

ufac

turin

g How

Uni

vers

al R

obot

s an

d R

oboD

K a

utom

ate

NA

SA's

fuse

lage

in

spec

tion

Two-

robo

t col

labo

rativ

e di

sass

embl

y of

a G

MP

187

wat

er p

ump

Grin

ding

and

pol

ishi

ng o

f im

plan

ts w

ith a

KU

KA

robo

t

122

2.3.6. Методика совершенствования изложенных выше мероприятий по развитию сильных сторон проекта «Изучение современного состояния АППМ с помощью Интернет – ресурсов» (см. табл. 7.1) основана на формуле Монтеня: «Компетентный читатель часто обнаруживает в чужих трудах мысли совершенства иного толка, нежели те, которыми хотел их наделить сам автор, и благодаря этому придает им более глубокий смысл и выразительность» (цит. по [8]).



3.2. Информационная подготовка к занятию включает изучение приведенных выше материалов и самостоятельную работу по развитию персональной осведомленности о предмете практического занятия посредством выполнения традиционных мероприятий информационно-прикладного характера. 3.3. Проведение деловой игры

Деловую игру проводят в рамках установленного временного регламента, при соблюдении правил поведения и принятого ролевого распределения участников. Игра состоит из нескольких частей, например, условно названных «АППМ-Терминология» и «АППМ- Классификация ».

3.3.1. Для проведения игры «АППМ-Терминология» в студенческой группе формируют несколько экспертных комиссий (подгрупп), члены которых выполняют идентичную работу по терминологической экспертизе названия элементов, агрегатов, систем и комплексов автоматизации.

123

Задача экспертизы: необходимо назвать «что есть что» в автоматизированных системах, которые показаны в интернет-ресурсах. Анализируемую рабочую сцену автоматизированных систем определяют произвольно, в режиме «скрин -шот» или «стоп-кадр», например, во время просмотра видео-файлов. В качестве задания могут быть использованы электронные плакаты по курсу АППМ или твердые копии плакатов, когда экспликация элементов системы имеет маску (см. рис. 7.5, схема а).

Экспертные группы проводят взаимную поочередную оценку терминологической достоверности тех наименований, которые присвоены средствам автоматизации каждым из участников группы.

Роль «Знаток автоматизации» выполняет каждый участник игры, когда проявляет себя в двух ипостасях: как «Эксперт термина» и как «Специалист, предлагающий термин».

Преподаватель исполняет роль «Председатель экспертной комиссии», а также другие роли: «рефери», «координатор», «советник», «ответственный за регламент деловой игры».

Зачетные очки формируют как сумму следующих двух чисел: число правильных названий элементов, агрегатов, систем и комплексов автоматизации, а также число правильных экспертных оценок по поводу достоверности/ ложности термина, который предложен для оценки в экспертную комиссию.

3.3.2. Для проведения игры «АППМ-Классификация» в студенческой группе формируют экспертные комиссии (подгрупп), члены которых проводят экспертизу достоверности и глубины классификационной характеристики элементов, агрегатов, систем и комплексов автоматизации. Пример такой работы показан как фрагмент характеристики рабочей сцены автоматизированной системы контроля – АСК (см. табл.7.3). Во время проведения этой части игры используют методику, освоенную при выполнении работы по п. 3.3.1.

3.3.3. Во время игры координация действий участников со стороны преподавателя заключается также в организации

124

внутригруппового обмена опытом и в синхронизации действий участников при проведении экспертизы.

Роль секретаря экспертной комиссии выполняет один из ее участников. 4. Оформление отчетов. Подведение итогов игры

Отчет участников деловой игры о выполненной работе представляет собой протокол, в котором приводят копии (5 – 7) рабочих сцен, схем или моделей автоматизации производства, причем копии оснащают экспликациями (названиями) элементов, агрегатов, систем и комплексов автоматизации (рис.7.9).

В отчете приводят развернутую классификационную характеристику 2 – 3-х элементов, агрегатов, систем и комплексов автоматизации (см. табл. 7.3).

Подведение итогов игры построено как презентация результатов экспертизы, выполненной каждой из экспертных комиссий, сформированных внутри академической группы студентов.

Предметом презентации являются также впечатления, новые знания и навыки, приобретенные каждым участником игры.

Коллегиальное обсуждение итогов игры предполагает обсуждение согласованности (рассогласованности) экспертных данных. Коллегиальное обсуждение итогов деловой игры предполагает также обсуждение индустриальных новостей в области автоматизации производства (обсуждение необходимо сопровождать ссылками на соответствующие ресурсы).

Особый интерес для коллегиального обсуждения представляет творческий интернет-поиск и его результаты, которые раскрывают работу профильных тематических вебинаров, интернет-форумов, сведения об учебных пособиях, сведения об учебных видеофайлах, например, таких как [36] - [39].

125

Рис.7.9. Схема автоматизации цикла обработки на кругло-

шлифовальных станках с экспликациями [5]

126

5. Контрольные вопросы – Что такое «прозрачный» индустриальный рынок (автоматизированного оборудования и средств автоматизации)? – Каковы источники, состояние, перспективы и последствия автоматизации машиностроения? – Что такое SWOT-анализ данных к проекту «Изучение автоматизации машиностроения с помощью интернет-ресурсов»? – Какие преимущества возникают благодаря знаниям теории, принципов, методов и методик автоматизации, если эти знания используют в процессе работы с интернет-ресурсами с целью изучения истории, состояния и перспектив автоматизации машиностроения? – Что такое принцип Ползунова–Уатта регулирования автоматических систем? – На какие группы принято подразделять промышленные автоматы? – Что такое системный анализ промышленной автоматизации? – Приведите примеры мировых приоритетов и достижений России в деле развития мировой науки, техники и технологий. – Какие новые знания в области автоматизации производственных процессов приобретены благодаря участию в деловой игре «Автоматизация современного машиностроения»? – Что необходимо усовершенствовать в методике изучения автоматизации машиностроения, когда изучение основано на использовании интернет-ресурсов? Информационные ресурсы 1. Рязанов С.И., Карев Е.А. Экспертиза инновационного развития мирового машиностроения// Основы организации научных исследований [Электронный ресурс] Режим доступа: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2015/217.pdf, свободный, 100 с. (дата обращения: 20.11.2017)

127

2. Джеймс Уатт и паровая машина [Электронный ресурс] Режим доступа:https://www.youtube.com/watch?v=HguGSLm8RWc, https://www.youtube.com/watch?v=h6YktWHiN9k, свободный, (дата обращения: 12.11.2017)

3. Сделано на Алтае — Огненная машина Ивана Ползунова [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=jtaDHu0EaC0, свободный, (дата обращения: 12.11.2017)

4. Детская энциклопедия. Т.5, Техника и производство 2-е изд. – М. : Просвещение, 1965. – С. 132.

5. Активный контроль при круглом шлифовании; Автоматизации цикла обработки на круглошлифовальных станках [Плакаты]/ Наерман М.С., науч. редактор Ананьян В.А., художники Горлов В.В., Дикунов К.И. – «Профтехиздат», ред. Малиновский Ю.Ф. – Калинин: Худож.рем. уч-ще № 12, – 1961.

6. 1 minute produces 1000 steel balls [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=Rl-Ima6vtRk, свободный, (дата обращения: 12.11.2017)

7. Физические эффекты в машиностроении: Справочник /В.А.Лукьянец, З.И. Алмазова, Н.П. Бурмистрова и др.; под общ. ред.

В.А. Лукьянца. – М. : Машиностроение, 1993. – 224 с.: ил.

8.Рязанов С.И. Духовное и электронное /С.И. Рязанов// Результаты научных исследований и разработок: сборник статей Международной научно-практической конференции (14 марта 2015 г., г. Стерлитамак). – Стерлитамак : РИЦ АМИ, 2015. – С.26-30.

9. Монтень об иллюзии нашей оригинальности и коллекционировании информации [Электронный ресурс] Режим

128

доступа: https://monocler.ru/mishel-monten-o-kollektsionirovanii-i-illyuzii-nashey-originalnosti/, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

10. Болховитинов, В.Н. Рассказы из истории русской науки и техники [Текст]/В.Н. Болховитинов и др. – М. : Молодая гвардия, 1957. – С.236.

11. Пецко А. А. Великие русские достижения. Мировые приоритеты русского народа [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.rusinst.ru/docs/books/A.A.Pecko-Velikie_russkie_dostijeniya.pdf, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

12. Рязанов, С.И. Технологическое обеспечение машиностроения и технологическая дисциплина «Эстетика технологий» / Рязанов, С.И. // Технологическое обеспечение машиностроительных производств : сборник научных трудов I международной заочной научно -технической конференции / под ред . В.И. Гузеева и А.А. Дьяконова . – Челябинск : Издательский центр ЮУрГУ , 2014. – С.160-166. 13.Рязанов, С.И. Проблемы конвергенции в отечественном машиностроении [Электронный ресурс] / С.И. Рязанов // Инновационные технологии в металлообработке. Всероссийская научно-практическая заочная конференция (Ульяновск, 12 ноября 2016 года): сборник научных трудов / отв. ред. Н.И. Веткасов. – Ульяновск : УлГТУ, 2016. – 333 с. Режим доступа: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2017/39.pdf, свободный, С.47 – 61 (дата обращения: 12.11.2017).

14. EMO 2017 - Amazing CNC Machines! [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=92ztzCP76ho, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

129

15.Highlights der HANNOVER MESSE 2017 [Электронный ресурс] Режим доступа:https://www.youtube.com/watch?v=sWgvIAkfqXQ, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

16. UCIMU – SISTEME PER PRODURRE. Технологический ассортимент [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.ucimu.it/ru/katalog/tekhnologicheskii-assortiment/, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

17.Verein Deutcher Werkzeugmaschinenfabriken [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.vdw.de/web-bin/owa/homepage, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

18.Rotes Buch http://www.rotebuch.de/index2.html, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

19. SWISSMEM (Swissmem unites the Swiss electrical and mechanical engineering industries and associated technology-oriented sector ) [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.swissmem.ch/en.html свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

20. Innovationen in der Schweizer MEM-Industrie [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?time_continue=85&v=zOBztksnjFY, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

21. SITO SALDATURA PUNTI [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.sir-mo.it/it/4/automazione-industriale-saldatura /17/automazione-industriale-saldatura-a-punti.html, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

22.SITO FONDERIA ALTRELAV [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.sir-mo.it/it/1/fonderia/18/automazioni-fonderia.html, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

130

23.SITO ASSEMBLAGGIO ELETTROMECCANICA [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.sir-mo.it/it/2/assemblaggio/28/assemblaggio-industria-elettromeccanica.html,

свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

24.SITO SANITARI SMALTATURA [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.sir-mo.it/it/7/sanitari/32/smaltatura-robotizzata-industria-sanitari.html,свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

25.SITO SANITARI MANPALL [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.sir-mo.it/it/7/sanitari/34/industria-sanitari-palletizzazione-manipolazione.html, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

26.Modern Machine Shop [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.mmsonline.com, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

27. Ferrari Manufacturing Factory Tour Italy - Videsh Consultz [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=rIVtSviJ1-4, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

28. Haas Factory Tour [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=WTEGAjj_SAs, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

29. Breakthrough Machining Technology for the Industry - Haas UMC - 750 automation [Электронный ресурс] Режим доступа:

https://www.youtube.com/watch?v=zW8I85_SpR4, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

30. Top Mazak Integrex Machining: World leading technology [Электронный ресурс] Режим доступа:

https://www.youtube.com/watch?v=iJp_jD51Yto, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

131

31. An Introduction to Yamazaki Mazak…[Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=fE7TcR7hQLY, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

32. CAR FACTORY : NEW 2017 BMW 7 SERIES PRODUCTION [Электронный ресурс] Режим доступа:

https://www.youtube.com/watch?v=lF6pPoySLOY, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

33. DMG MORI GLOBAL ONE – Integration. Innovation. Quality [Электронный ресурс] Режим доступа:https://ru.dmgmori.com/, свободный, (дата обращения: 12.11.2017)

34. DMG MORI [Электронный ресурс] Режим доступа: https://de.dmgmori.com/, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

35. DMG MORI Automation ab Werk [Электронный ресурс] Режим доступа: https://de.dmgmori.com/produkte/automation, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

36. Автоматизация производственных процессов в машиностроении [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=JkUY7__QGyA, свободный, (дата обращения: 12.11.2017). 37. Видеолекция «Основы автоматического регулирования и управления» [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=d46rH-M7W34, свободный, (дата обращения: 12.11.2017). 38. Основы теории управления [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=xig0IY_kYZI, свободный, (дата обращения: 12.11.2017). 39. Вебинар «Теория автоматического управления» (часть 1 из 2) [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=tonics9GnXw, свободный, (дата обращения: 12.11.2017).

132

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Автомат промышленный 106 Автоматизация современного машиностроения 103 Автоматизация производственных процессов в машиностроении 14 15, 103, 105, 119 Анализ системный промышленной автоматизации 107, 108, 109 Анализ-SWOT 103, 104 Блок пневматический 10, 11 Вентиль 12 Занятие практическое 14, 34, 58, 73 83, 96 Знание 108, 112 Игра деловая 110, 112 Индустрия машиностроительная мировая 102 Интернет 9, 102, 104, 105, 107, 110, 116 Клапан быстрого выхлопа 12 Компетенция 14, 107, 116 Комфорт психологический 109 Комплекс автоматизированный технологический 63, 74 64, 75, 77, 78, 83, 86, 89, 92, 93 Комплекс роботизированный технологический 95, 96 Линия автоматическая 8, 63 64, 65, 66, 67, 70, 72, 73, 76, 79, 80, 83, 84 Надежность: 52 - функциональная 52 - эффективная 52

Манипулятор 10 Маслораспылитель 8, 11 Пневмоавтоматика 8, 9, 11, 12, 13 Пневмодвигатель 9, 10 Пневмоклапан 10 Пневмоклапан редукционный 12 Пневмораспределитель 10, 12 Ресивер 11 Регулятор автоматический 105, 106 Регулятор давления 10 Робот промышленный 8, 9, 11, 86 87, 88, 90, 91, 92, 93, 94, 98 Риски принятия решений 102 Робототехника 9, 105 Россия – энциклопедическая держава 115 Рука манипулятора 10 Рынок прозрачный 102 Система информационная 13 Система большая 52 Станок – автомат 8 Теплообменник 11 Усилитель давления 12 Устройство контроля активного 107 Устройство регулирования давления 12 Устройство регулирования расхода 12 Фильтр 10 Цель занятия 9, 24, 51, 63, 75, 86, 102 Цепь размерная 92, 93, 96 Цилиндр пневматический 8, 9

133

ОСНОВНЫЕ ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПОНЯТИЯ

Автоматизация – способ организации производства, при котором функции управления, регулирования и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, выполняют автоматические устройства управления, регулирования и контроля.

Автоматика – отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения автоматических устройств и систем, выполняющих свои основные функции без непосредственного участия человека.

Автоматическая линия – совокупность машин-автоматов, соединенных между собой автоматическим транспортным устройством и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса.

Автоматизированная система – обобщенное/ не конкретизированное название системы автоматизации производственных процессов, операций, действий и/или системы автоматизированных средств технологического оснащения производства, например, таких как автоматизированная транспортно-складская система, автоматизированная инструментальная система, автоматизированная сборочная система, автоматизированная система контроля.

Автоматизированный технологический комплекс (АТК) – система взаимосвязанных автоматизированных устройств, средств технологического оснащения основных, вспомогательных и обслуживающих операций производственного процесса.

Автоматическое устройство – устройство, которое осуществляет контроль и (или) управление процессами и обеспечивает частичное или полное освобождение человека от выполнения данных функций.

134

Большие системы – системы, имеющие в наличии несколько уровней в структуре и элементы различного происхождения.

Качество продукции – совокупность свойств изделия, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.

Коэффициент эффективности элемента – коэффициент, показывающий, насколько снижается работоспособность системы при отказе данного элемента, т. е. характеризует в системе вес элемента по надежности.

Манипулятор – управляемое устройство (или машина) с рабочим органом для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве.

Надежность технологической системы – свойство системы выполнять все заданные функции при определенных условиях эксплуатации в течение заданного времени с сохранением значений основных параметров в заранее установленных пределах.

Неупорядоченность системы – отклонение контролируемой переменной от ее оптимального значения.

Одноступенчатый контроль – контроль, который позволяет делать вывод о качестве подконтрольной партии по одной выборке.

Операционный цикл – продолжительность законченной части технологического процесса, выполняемой на одном рабочем месте

Пневмоавтоматика – комплекс технических средств для построения систем автоматического управления, в которых информация представляется и передается в виде пневмосигналов (перепад давления или расход воздуха); техническая дисциплина, объектом рассмотрения которой является данный вид технических средств автоматизации.

135

Пневмоцилиндр – устройство, преобразующее энергию потока рабочей среды (воздуха, газа) в энергию поступательного движения выходного звена.

Показатель качества продукции – количественная характеристика свойств изделия, определяющих его качество.

Производственный процесс – совокупность взаимосвязанных процессов труда и естественных процессов, направленных на изготовление определенной продукции.

Производственный цикл – интервал календарного времени от начала до окончания процесса изготовления детали. Он является суммой технологического цикла, времени перерывов в производстве в связи с регламентом работы и отсутствием воздействий на заготовки или изделия между операциями.

Промышленный робот (ПР) – стационарная или подвижная автоматическая машина, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора с несколькими степенями подвижности и устройства программного управления для выполнения двигательных и управляющих функций.

Роботизированный технологический комплекс (РТК) – совокупность технологического оборудования, ПР и средств оснащения для автономного осуществления многократных производственных циклов.

Система – совокупность элементов или подсистем, находящихся во взаимодействии и образующих определенную целостность; система – совокупность взаимосвязанных объектов, объединенных единой целью и общим алгоритмом управления.

Система автоматизированного контроля (САК) – комплекс средств контроля для автоматического измерения размеров детали в процессе ее обработки.

136

Среднее время безотказной работы – математическое ожидание времени исправной работы системы.

Средняя интенсивность отказов – величина, обратная времени исправной работы системы.

Топология технологической системы – выявленная совокупность связей между элементами системы, принятая во внимание для исследования системы, например, для исследования производительности технологической системы.

Технологическая система (ТС) – совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций в соответствии с требованиями нормативно-справочной документации.

Технологический цикл – основная часть производственного цикла, состоящая из операционных циклов.

Управление – процесс преобразования информации о состоянии системы в определенные целенаправленные действия, переводящие управляемую систему из исходного в заданное состояние.

Функциональная надежность – вероятность того, что данная система будет удовлетворительно выполнять свои функции в течение заданного времени.

Элемент системы – конструктивно обособленная часть схемы или системы, выполняющая определенную функцию.

Эффективная надежность – среднее значение (математическое ожидание) величины, характеризующей относительный объем и полезность выполняемых системой функций в течение заданного времени по сравнению с ее предельными возможностями

137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение в автоматизацию – это совместная работа по созданию среды, пребывание в которой способствует приобщению к базовым ценностям и культурам автоматизации машиностроения. Выполнение практических занятий по курсу АППМ – это разновидность упомянутого выше введения в ключевую отрасль профессии.

Со времен Ползунова И.И. и Дж. Уатта в автоматизации мировой индустрии сложились особые культуры и традиции. Среди них важнейшее значение имеют такие культуры и традиции, как «изучение/ исследование истории и эволюции автоматизации», «постижение фундаментальных смыслов автоматизации», «развитие теории и выявление закономерностей автоматизации», «развитие методов и методик, приемов и способов, элементной базы и средств автоматизации», «системы и классификации в области автоматизации», «прогнозирование перспектив автоматизации (включая прогнозирование последствий)». Постижение существа перечисленных и других культур автоматизации становится более рентабельным благодаря тотальной автоматизации жизни, в частности, благодаря автоматизации доступа к образовательным ресурсам, например, к рекомендованным для выполнения практических занятий интернет-ресурсам.

Автоматизация перераспределяет время, в частности, освобождает людей от необходимости выполнять рутинные, однообразные операции, что создает предпосылки, условия и преимущества для большего творчества каждого и всех. Тем самым автоматизация поднимает планку требований к проявлению неординарных способностей на рынке труда с учетом роли Искусственного Интеллекта (ИИ). Действительно, ИИ, как разновидность автоматизации, – это обобщенное название множества мощных искусственных интеллектуальных Игроков на рынке интеллектуального труда. Впрочем, несмотря на феноменальные успехи автоматизации, Природа демонстрирует недосягаемые образцы саморегулирования, что иллюстрирует безграничность пространства для нескончаемого творчества в области автоматизации.

138

Приложение 1 Оформление титульного листа отчета

Рис. Макет титульного листа отчета о практическом занятии

1, 3 – поля для информации о структурной соподчиненности академической дисциплины, в рамках которой выполняют практическую работу (занятие); 2 – поле для размещения элективной (избирательной) информации, например, такой как мотивационный слоган (девиз) факультета, впервые опубликованный и использованный в качестве нематериального актива факультета в 2012 году: “Если за Знаниями, то в «Политех»” (С.И. Рязанов); 4, 5 – поля для идентификации содержания отчета; 6 – поле для размещения информации об исполнителе практического занятия и отчета, а также для авторской визы; 7 – поле для размещения сведений о ведущем преподавателе и для визы, подтверждающей одобрение отчета; 8 – поле для размещения данных об общей топологии и хронологии отчета.

139

Приложение 2 Формулы для расчета приближенных значений основного

технологического времени ТО, затрачиваемого на механическое формообразование поверхностей (на обработку поверхностей)

(ТО = Рассчитанное значение 10-3, мин)

Вид и характер обработки поверхности Формула Примечание 1 2 3

Точение за один проход

Обо

знач

ения

в

форм

улах

: d

– ди

амет

р, м

м;

дли

на о

браб

аты

ваем

ой

пове

рхно

сти

; D -

диа

метр

обр

абат

ыва

емог

о то

рца,

мм;

(D –

)

– р

азно

сть

наиб

ольш

его

и на

имен

ьшег

о ди

амет

ров

обра

баты

ваем

ого

торц

а, м

м

Точение (11 квалитет) Точение (9 квалитет) Подрезка торца предварительная (Ra = 6,3) Подрезка торца окончательная (Ra = 1,6) Отрезание Точение фасонное (фасонным резцом) Шлифование (11 квалитет) Шлифование (9 квалитет) Шлифование (6 квалитет) Растачивание отверстия (на токарном станке) Сверление отверстий Рассверливание (d=20…60 мм) Зенкерование Развертывание предварительное Развертывание окончательное Шлифование отверстий (9 квалитет) Шлифование отверстий (7 квалитет) Растачивание отверстий за один проход (Ra = 12,5)

Растачивание под развертку Развертывание плавающей разверткой (9 квалитет)

Развертывание плавающей разверткой (7 квалитет)

Протягивание отверстий и шпоночных пазов – длина протяжки,

мм

140

Продолжение прил. 2

1 2 3

Строгание предварительное

Обо

знач

ения

в ф

орму

лах:

B

– ш

ирин

а п

овер

хнос

ти,

– д

лина

пов

ерхн

ости

, мм Строгание окончательное (под шлифование

или шабрение)

Фрезерование предварительное (за проход торцевой фрезой)

Фрезерование окончательное (торцевой фрезой)

Фрезерование предварительное (цилиндрической фрезой)

Шлифование плоскостей (торцом круга)

Фрезерование зубьев червячной фрезой (D=80…300 мм)

b – длина зуба, мм

Фрезерование шлицевых валов методом обкатки

– длина шлицев, мм; z – число шлицев Шлицешлифование

Нарезание резьбы на валу d= 32…120 мм

Нарезание резьбы в отверстии метчиком d=10…24 мм

141

Приложение 3

Классификации промышленных роботов

Рис.П3. Табулированная модель классификации промышленных роботов (ПР) по назначению [1]

Источник:

1. Черпаков, Б.И. Автоматизация и механизация производства: учебное пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / Б.И. Черпаков, Л.И. Вереина. – М. : Издательский центр «Академия», 2004. – 384 с.

142

Приложение 4 Скелетные схемы манипуляторов промышленных роботов [1]

Источник:

1. Шишмарев, В.Ю. Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.Ю. Шишмарев. – М. : Издательство «Академия», 2007. – 368 с.

143

Продолжение прил. 4

144

Окончание прил. 4

157

23

158

24

159

25

160

26

161

27

162

28

Учебное издание РЯЗАНОВ Сергей Иванович ПСИГИН Юрий Витальевич

ВЕТКАСОВ Николай Иванович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

(робототехника, робототехнические комплексы)

Учебное пособие

ЭИ № 1140. Объем данных 6,3 Мб

Редактор Н. А. ЕВДОКИМОВА

ЛР №020640 от 22.10.97. Подписано в печать 18.09.2018. Формат 60×84/16.

Усл.печ.л. 9,53. Тираж 100 экз. Заказ № 704.

Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск, Сев. Венец, д. 32.

ИПК «Венец» УлГТУ,432027, г. Ульяновск, Сев. Венец, д.32.

Тел.: (8422) 778-113 E-mail: [email protected]

venec.ulstu.ru

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ...venec.ulstu.ru ›...

Documents