автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка и исследование информационно-измерительной системы распределенных контрольных измерений геометрических параметров деталей

На правах рукописи

Акбулатов Павел Александрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ КОНТРОЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ

05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ "

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005558689

Москва - 2014

005558689

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент, заведующий

кафедрой «Измерительные информационные системы и технологии» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», г. Москва

Шулепов Алексей Виленинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, ведущий

научный сотрудник, секция по оборонным проблемам Министерства обороны Российской Федерации (при Президиуме Российской академии наук), г. Москва Акиншин Руслан Николаевич

кандидат технических наук, заместитель начальника лаборатории поверки и испытаний СИ геометрических величин, силы, твердости, параметров движения, ФБУ «Ростест-Москва», г. Москва Косинский Дмитрий Владимирович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Самарский государственный

технический университет», 443100, Самарская область, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244 Защита состоится «24» февраля 2015 года в 16:00 на заседании диссертационного совета Д212.142.04 на базе ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» по адресу: 127994, г. Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д.За, зал заседаний диссертационного совета, ауд. 0622.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технологического университета «СТАНКИН» (ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»),

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения (организации), просим направлять по указанному адресу в диссертационный совет Д212.142.04. Ссылка на сайт организации: http://www.stankin.ru/science/dissertatsionnye-sovety/d-212-142-04/ Автореферат разослан « 22 » УмЬр 2Щ4~г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /V // , Ермолов Иван Леонидович

д.т.н., доцент ' '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Укрепление и дальнейшее развитие экономики России, ее диверсификация и уход с "нефтяной иглы" невозможны без ускоренной модернизации отрасли машиностроения, которая была и остается основой индустриальной мощи страны.

Повышение конкурентной способности российских предприятий машиностроения возможно за счет создания гибких автоматизированных производств и внедрения современных методов управления качеством выпускаемой продукции. Однако требования ГОСТ Р ИСО 9001-2011 в условиях постоянного расширения номенклатуры выпускаемой продукции, жестких требований к точности ее изготовления и наличия временных ограничений на подготовку технологического процесса и его реализацию приводят к существенному возрастанию количества и видов контролируемых параметров и объему циркулирующей измерительной информации. Это, в свою очередь приводит к необходимости использования в ИИС дорогостоящего измерительного и компьютерного оборудования и широкополосных каналов связи. Так как с течением времени номенклатура изготовляемых на данном производстве деталей может существенно изменяться, большое значение приобретает универсальность ИИС, подразумевающая применение широкой номенклатуры универсальных средств измерений (СИ) и адаптивность программно-математического обеспечения (ПМО) к изменяющимся условиям технологических процессов.

Переход от специализированных средств измерения (контрольные автоматы, многомерные измерительные системы и т.п.) к набору универсальных СИ с цифровым выходом и возможностью объединения в информационные измерительные системы позволит исключить необходимость расширять парк измерительного оборудования при каждом изменении номенклатуры изготавливаемых деталей, снизит издержки, связанные с обслуживанием и ремонтом измерительного оборудования. Также это позволяет разработать систему рекомендаций по выбору методов и средств измерения и построению ИИС в зависимости от вида контрольных операций в соответствии с технологической документацией.

При выполнении технологического процесса машиностроительного производства одним из важнейших видов информации является измерительная информация, содержащая данные в первую очередь о параметрах точности объектов производства. На основе измерительной информации строятся управляющие системы или системы активного контроля, построенные как системы с обратной связью, позволяющие управлять точностью продукции по результатам контроля параметров детали или процесса.

Не менее важную роль играет информационный поток, содержащий данные о текущем состоянии технологического оборудования, средств измерения, эффективности работы исполнителей, условиях проведения технологических операций и т.п. Объединение измерительной и такой

3

дополнительной информации позволяет построить информационную обратную связь и на ее основе совершенствовать процедуры управления точностью технологического процесса за счет использования зависимостей точности продукции от перечисленных параметров и факторов (например, по накопленным за некоторый промежуток времени результатам измерения одного геометрического параметра детали делаются выводы о точности режущего инструмента, точности настройки оборудования, эффективности работы оператора станка и т.д.).

Функциональное назначение информационной обратной связи - это формирование управляющих воздействий на отдельные компоненты технологического процесса, основанных на полученных ИИС информационных данных о широком спектре факторов, которые влияют на точность выполнения технологического процесса обработки изделия.

Особые преимущества использования информационной обратной связи открываются в распределенных технологических процессах.

Под распределенными технологическими процессами на примере операций контроля и измерения понимают процессы измерения и допускового контроля параметров обрабатываемой детали, имеющие распределенный во времени и/или пространстве характер. Решение задач повышения точности технологических процессов возможно на основе построения ИИС распределенных контрольных измерений, способных получать измерительную информацию о параметрах точности деталей и объединять, накапливать, обрабатывать, хранить информацию на основе применения ПМО для формирования оптимальных управляющих воздействий.

В связи с изложенным, актуальной является проблема оптимальной организации ИИС распределенных контрольных измерений геометрических параметров деталей на машиностроительных производствах. Все сказанное обусловило тему диссертации.

Тема диссертации - разработка и исследование информационной измерительной системы распределенных контрольных измерений геометрических параметров деталей.

Цель исследования - повышение точности технологического процесса производства деталей, имеющего распределенный во времени и/или пространстве характер.

Степень разработанности темы исследования.

Вопросам автоматизации измерений и контроля, управления точностью обработки посвящены работы профессоров СТАНКИНа Волосова С.С., Педя Е.И., Ростовых А.Я., Соломенцева Ю.М, Григорьева С.Г., Балакшина Б.С, Колесова И.М. Методология выбора средств измерения, научно обоснованной допускаемой погрешности измерения с учетом особенностей условий проведения измерений детально рассмотрена профессором Марковым H.H. Теория ИИС в машиностроении, вопросы интеллектуальной обработки

измерительной информацией разработаны научной школой профессора Телешевского В.И.

В работах Игнатьева С.А., Рощина Д.А., Бекаева А.А., рассматривались вопросы обеспечения качества при изготовлении различных типов высокоточных деталей и изделий в машиностроительном производстве.

Задачи исследования.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

1) установление структуры ИИС распределенных контрольных измерений на основе модели информационных потоков о параметрах деталей, выпускаемых в технологическом процессе;

2) разработка принципов построения информационной обратной связи распределенных контрольных измерений, обеспечивающей повышение точности технологического процесса механообработки на гибких автоматизированных производствах;

4) разработка в рамках системы управления базами данных (СУБД) решения, реализующего процедуры обработки и хранения измерительных данных, а также формирования управляющего воздействия посредством информационной обратной связи;

5) выбор цифровых СИ и совместимых с ними интерфейсов связи с соответствующими параметрами по метрологическим характеристикам, количеству, типам для включения в состав ИИС распределенных контрольных измерений.

6) разработка способа статистической обработки измерительных данных и организационной информации, связанной с учетом работы средств измерении, отслеживания жизненного цикла оборудования и СИ, обеспечения единства измерения;

Научная новизна работы заключается в:

1) установлении взаимосвязи между структурой, функциями, алгоритмом функционирования ИИС распределенных контрольных измерений и характеристиками технологического процесса;

2) модели информационных потоков параметров деталей в технологическом процессе, распределенном во времени и пространстве;

3) разработке и создании программно-математического обеспечения (ПМО) для управления технологическим процессом машиностроительного производства.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в:

1) разработке метода построения ИИС распределенных контрольных измерений;

2) разработке системы экспертных оценок сложности технологического процесса, определяющих структуру ИИС распределенных контрольных измерений;

3) разработке метода выбора подсистем ИИС в зависимости от типа технологического процесса;

4) разработке рекомендаций по организации взаимодействия между подсистемами ИИС, включая создание интерфейсов на этапах передачи данных от СИ к контроллеру и от контроллера к серверу, язык описания, тип СУБД, средства измерения, процедуры обработки информации.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались методы измерения, испытания и контроля, системного анализа, теории базы данных, теории измерительных информационных систем.

Положения, выносимые на защиту:

1) сетевая модель информационных потоков параметров деталей распределенного технологического процесса с использованием ИИС распределенных контрольных измерений;

2) система экспертных оценок сложности технологического процесса и выбор на ее основе подсистем ИИС распределенных контрольных измерений с информационной обратной связью;

3) информационное представление ИИС распределенных контрольных измерений с информационной обратной связью.

Достоверность проведенных исследований и полученных результатов определяется экспериментальными исследованиями, традиционными подходами к повышению точности технологического процесса, применением высокоточного измерительного оборудования, методами и средствами измерения, испытания и контроля.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1) периодических заседаниях кафедры «Измерительные информационные системы и техологии» ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин»;

2) студенческих научно-практических конференциях «Автоматизация и информационные технологии» (АИТ-2011, АИТ-2012, АИТ-2013), Москва, МГТУ «СТАНКИН», 2011,2012, 2013;

3) X Всероссийском семинаре - совещании "Инженерно - физические проблемы новой техники", Москва, МГТУ им. Баумана, 2012;

4) Шестой Всероссийской научно-практической конференции "Перспективные системы и задачи управления" и Третьей молодежной школы-семинара "Управление и обработка информации в технических системах. - Таганрог, 2011.

Кроме того, материалы исследований и результаты диссертации используются в учебном процессе кафедры «ИИСиТ» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», а также внедрены в ООО «СП Автоматика» (акт о внедрении №193 от 30.10.2014 г.).

Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 10 печатных работах, из них 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для публикации основных результатов диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 179 страницах, имеет 36 рисунков и 25 таблиц. Библиографический список литературы имеет 108 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость результатов работы, представлены положения, выносимые на защиту и аннотация работы по главам.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы обеспечения точности технологических процессов механообработки в автоматизированных производствах и факторы, определяющие точность. Проанализирована и показана необходимость объединения процедур обеспечения точности на локальном уровне (непосредственное управление точности обработки) с проблемами организационного плана, которые решаются на основе совмещения разных видов информации.

Из анализа требований ГОСТ ИСО 9001-2011 "Системы менеджмента качества. Требования" и современных мировых тенденций в их дальнейшем развитии кардинальное сделан вывод о том, что улучшение качества производимой продукции требует широкого внедрения автоматизированных информационно-измерительных систем, их интеграции в промышленные АСУ (автоматизированные системы управления) и использовании оперативных данных измерений в математических прогнозных моделях производственных процессов.

Установлено, что для обеспечения требуемого уровня точности необходимо составление специализированной измерительной информационной и управляющей системы (далее - ИИУС), как составной части АСУ технологическим процессом, для удовлетворения высоких требований к метрологическим характеристикам (так как идет речь о получении и обработке измерительной информации). Такие ИИУС должны быть оснащены соответствующими каналами, по которым должна передаваться измерительная информация, линиями связи, интерфейсами передачи данных. В составе задач, решаемых подобными системами, включаются специфические задачи, связанные с метрологическим обеспечением производства, вопросы поверки, межповерочных интервалов, времени работы средств измерения, учета времени работы, аттестации каналов связи. Эти задачи должны решаться локально - на уровне участка, цеха, но при этом необходимо наличие возможности интегрирования этих решений в общую систему. Для учета большого количества источников информации, оказывающих влияние на точность, требуется создание сложных распределенных структур.

Сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава. В данной главе рассматриваются синтез структуры передачи данных, выбор оборудования, программно-математического обеспечения, каналов связи для ИИС распределенных контрольных измерений с информационной обратной связью, а также модель информационных потоков параметров деталей распределенного технологического процесса. Разработана система оценки сложности технологического процесса, которая определяет особенности выбора подсистем ИИС.

На основе обобщения данных различных источников с целью выбора подсистем для реализации ИИС распределенных контрольных измерений были проанализированы:

1) структуры передачи данных, реализуемых в современных ИИС;

2) универсальные СИ с цифровым интерфейсом, интегрируемые в ИИС;

3) стандартные интерфейсы передачи данных в автоматизированных системах управления производственными процессами;

4) различные виды топологий сети для работы ИИС;

5) различные виды моделей данных и СУБД;

6) математическая модель информационных потоков параметров деталей технологического процесса.

Для выбора перечисленных выше составляющих при построении ИИС была разработана система экспертных оценок сложности технологического процесса, на основании которых строится выбор. Под сложностью технологического процесса понимается совокупность его параметров, определяющих технологический маршрут, состав используемого оборудования, метрологическое обеспечение и т.д. Оценка сложности технологического процесса может быть определена, как:

Р = К* Pop + Kmcas * Pmeas + K.mach * Pmach + Kjist * Pdist + Knest * Pnest + K-kv *

Pkv- (1)

На основании анализа установлены следующие параметры технологического процесса, оказывающие влияние на его сложность:

1) количество операций механообработки в технологическом процессе (Рор), коэффициент влияния Кор=0,7;

2) количественный и качественный состав средств измерения (СИ) (PmeaS), коэффициент влияния Кшеа5 = 0,5;

3) количественный и качественный состав используемого станочного оборудования (Pmach)> коэффициент влияния Kmach = 0,3;

4) распределенность технологического процесса по времени и пространству (Pdist), коэффициент влияния К<ц5| = 1;

5) вложенность операций технологического процесса (Pnesi), коэффициент влияния Knes, = 0,8;

6) наивысший квалитет точности (PkV), коэффициент влияния Kkv= 0,9.

Для оценки каждого из указанных параметров предлагается балльная система экспертных оценок от 1 до 10 баллов в порядке возрастания сложности ТП с точки зрения рассматриваемого параметра.

Были сформулированы требования к ИИС распределенных контрольных измерений:

• одновременный доступ к измерительной информации сразу для нескольких рабочих мест;

• своевременное (в идеале моментальное) оповещение о возникновении брака;

• расчет и ведение статистики по результатам выполнения контрольных операций;

• выявление трендов регулируемых параметров технологических процессов и смещения настройки;

• выполнение автоматической подналадки или выработка инструкций и рекомендаций по возможным путям оперативного исправления смещения настройки технологических процессов и передача ее в виде текстового или голосового сообщения на рабочее место.

Далее на основе данного подхода были проанализированы составляющие ИИС и получены рекомендации по их параметрам.

В качестве основы математической модели информационных потоков параметров деталей рассматривались расширения сети Петри, особенно раскрашенные сети Петри. Таким образом, сетевая модель информационных потоков параметров деталей технологического процесса с применением ИИС распределенных контрольных измерений с информационной обратной связью представляет собой двудольный ориентированный граф. Основным отличием такой модели от обычных раскрашенных сетей Петри являются особые правила работы «дуг» и «переходов». Так как «переход» в рамках данной модели соответствует проведению некоторых операций над деталью-«меткой». Изменение значений ее параметров происходит именно в ходе срабатывания «перехода» (что соответствует проведению соответствующих процедур над деталью в определенном состоянии технологического процесса), а не на «дугах» (например, во время транспортировки детали между различными состояниями). К «дугам» добавляется функциональность в виде разрешенных к движению по ним меткам - разграничение осуществляется на основании значений параметров «метки»-детали: при срабатывании «перехода», из которого выходит «дуга», «метка» переместится по ней только тогда, когда значения параметров «метки» удовлетворяют всем ее условиям (используя терминологию раскрашенных сетей Петри, «обладает определенным цветом»),

9

Реализована возможность моделирования направления информационных потоков параметров деталей по результатам измерения их параметров: в случае, когда «метка» обладает набором параметров, свидетельствующих о браке. В этом случае метка отправляется в специальную позицию-хранилище меток бракованных деталей по особой «дуге», что соответствует прерыванию на уровне управления технологическим процессом для конкретной детали по причине ее выбраковки. В противном случае деталь последует дальше по технологическому процессу.

Установлено, что предлагаемая структура и состав оборудования ИИС распределенных контрольных измерений подходят для участков производств, как с ручным, так и автоматизированным оборудованием на основе станков с ЧПУ.

В третьей главе рассмотрены вопросы практической реализации рекомендаций по выбору параметров компонентов ИИС распределенных контрольных измерений с информационной обратной связью для производственного участка механообработки. Установлены взаимосвязи между структурой, функциями, алгоритмом функционирования ИИС распределенных контрольных измерений и характеристиками технологического процесса. Построена модели информационных потоков параметров детали в технологическом процессе, распределенном во времени и пространстве, на примере технологического процесса производства корпусной детали. Разработано программно-математическое обеспечение (ПМО) для управления технологическим процессом машиностроительного производства.

В части выбора интерфейсов передачи данных установлено, что наилучшим образом для ИИС распределенных контрольных измерений может быть использована иерархическая структура. На первой ступени иерархии необходимо использовать интерфейс USB для передачи данных между СИ и контроллером рабочего места, интерфейс RS-232C для передачи управляющих воздействий при наличии технической возможности от контроллера рабочего места к СИ и обратно, интерфейс Ethernet для организации передачи данных между рабочими местами и центральным контроллером (сервером).

В части выбора СИ с цифровым интерфейсом для ИИС распределенных контрольных измерений с информационной обратной связью определена номенклатура СИ в соответствии с видом измерительных задач, решаемых на рабочем месте. Выбранные средства измерения обладают цифровым интерфейсом, совместимым с USB. Подобные технические решения являются весьма распространенными и зачастую предлагаются производителями измерительной техники в качестве дополнительных принадлежностей.

Была выбрана реляционная модель базы данных (далее - БД). Разработана инфологическая структура универсальной базы данных для ИИС

распределенных контрольных измерений, сформированы таблицы данных и структуры отдельных полей:

•справочные таблицы (таблицы-справочники), информация в которые заносится заранее и содержит в себе значения допусков и предельных отклонений, содержание технологического процесса и проч.; данные из этих таблиц в ходе работы ИИС не изменяются;

•рабочие таблицы, информация в которых в течение работы ИИС постоянно добавляется и актуализируется по мере проведения измерительных операций;

•внутренние таблицы, создаваемые временно и удаляемые по окончанию работы с ИИС - служат для технических целей.

В качестве базовой системы управления базами данных (далее - СУБД) выбрана СУБД Oracle.

В качестве интегрированного пакета прикладного программного обеспечения, поддерживающего общую модель данных и процессов в ИИС распределенных контрольных измерений используется ERP-система SAP ERP (ранее SAP R/3).

Разработана сетевая модель информационных потоков параметров деталей распределенного технологического процесса с использованием ИИС распределенных контрольных измерений.

распределенного технологического процесса изготовления корпусной детали

В качестве программного средства для создания подобной сетевой модели применена программа CPN Tools.

В процессе моделирования предусмотрено сохранение данных о различных параметрах технологического процесса, включая временные, в таблицах разработанной БД. Поэтому, при необходимости, на уровне ERP-системы может быть проведен анализ временных характеристик операций,

входящих в состав технологического процесса (изучены связи между временными и иными характеристиками, например, точностными). Благодаря гибким возможностям реляционной модели данных возможна регистрация времени поступления изделия на рабочее место (станок), время конца обработки изделия, время начала измерения и его завершения. Это открывает возможности нахождения критического пути, а также дает количественные данные для дальнейшей оптимизации технологического процесса.

В качестве примера практической реализации проведенных теоретических исследований был взят распределенный технологический процесс изготовления корпусной детали, проведена экспертная оценка его сложности, выбраны составляющие ИИС, заполнены поля справочных таблиц данных БД технологического процесса (Приложение А диссертационной работы) и разработано программное обеспечение для организации обратной информационной связи ИИС с ЕЯР-системой (соответственно - Приложение В). Также была разработана сетевая модель информационных потоков параметров деталей технологического процесса.

Показаны возможности статистической обработки результатов моделирования работы ИИС распределенных контрольных измерений с информационной обратной связью накопленных в БД, например, на базе контрольных карт Шухарта и КУСУМ-карт.

Показаны возможности выявления и устранения т.н. «узкого места» технологического процесса, то есть того функционального узла, в результате работы которого наблюдается наибольшее количество брака.

На основании экспериментальных данных были проведены исследования влияния на точность одного из размеров обработанной корпусной детали замены инструмента плоскошлифовального станка, влияния промежутка времени рабочей смены на точность выполнения основных и вспомогательных переходов (снятие, установка, настройка, измерение, установка приспособлений и т.д.), влияния уровня квалификации оператора станка на точность обработки детали, влияния на точность обработки детали технологической наследственности (влияние величины фактического припуска и отклонения формы после фрезерования на результат шлифования).

Зависимость смещения уровня настройки параметра Б при шлифования от величины фактического припуска,

0.01

0.03 :------ —-----0.00?,«ЯЯ?ЫЙ * 0.007,-----

0 01 -----одц^огиугый

М (•)

Рис. 2 Графики экспериментальных исследований На рисунке 2 показаны: а) фактически измеренные значения параметра Б в мм (график с маркерами в виде ромбов) и прогнозируемые значения параметра Б без учета подналадочных операций в мм (график с маркерами в виде квадратов) после операции шлифования до замены шлифовального круга; б) фактически измеренные значения параметра Б в мм (график с маркерами-ромбами) и прогнозируемые значения параметра Б без учета подналадочных операций в мм (график с маркерами-квадратами) после операции шлифования после замены шлифовального круга; в) временные промежутки между фиксированием значений параметра Б для двух последовательно обработанных деталей, график с маркерами-ромбами - до обеда (с 9:00 до 13:00), график с маркерами-квадратами - после обеда (с 14:00 до 18:00); г) прогнозируемые значения параметра Б без учета подналадочных операций в мм (график с маркерами-ромбами) для первой партии деталей (с более квалифицированным

Фактические значения параметра В после фрезерования, мм

оператором) и прогнозируемые значения параметра Б без учета подналадочных операци в мм (график с маркерами-квадратами) для третьей партии деталей (с менее квалифицированным оператором) после операции шлифования; д) временные промежутки между фиксированием значений параметра Б после операции шлифования для двух последовательно обработанных деталей, график с маркерами-ромбами - более квалифицированный оператор (первая партия), график с маркерами-квадратами - менее квалифицированный оператор (третья партия); е) фактически измеренные значения параметра Б, мм по результатам операции 050 - фрезерование на вертикально-фрезерном станке в размер 30,3 мм для двух партий деталей; ж) зависимость смещения уровня настройки параметра Б при шлифования от величины фактического припуска, мм; з) графики значений отклонений от прямолинейности параметра Б по 10 сечениям после операции 050 - фрезерование (график с маркерами-ромбами) и после операции 060 - шлифование (график с маркерами-квадратами), в подписях к точкам указан характер отклонения от прямолинейности.

В четвертой главе рассмотрены предложения по возможным путям совершенствования ИИС распределенных контрольных измерений.

В качестве одного из возможных перспективных направлений развития ИИС является переход от проводной организации сети к беспроводной. Новые беспроводные технологии, имеющие необходимую пропускную способность и удовлетворяющие жестким требованиям по помехозащищенности в условиях промышленного производства, позволяют решить сразу несколько проблем, связанных с коммутацией измерительного оборудования, например, автоматическая реализация гальванической развязки, избавление от необходимости протягивать кабели. Отсутствие проводных коммуникаций также значительно повышает мобильность отдельных узлов ИИС распределенных контрольных измерений.

Другим перспективным направлением развития является дальнейшее уменьшение использования неуниверсальных средств измерения для проведения контрольных операций, в первую очередь это касается бесшкальных СИ (калибров, шаблонов, щупов), к тому их сложно автоматизировать.

Предложено дальнейшее совершенствование математического и программного обеспечения для более гибкой подстройки всей системы под конкретное производство с его задачами и особенностями. В частности, за счет универсальности сетевой модели информационных потоков открываются широкие возможности для моделирования сколь угодно сложных технологических процессов машиностроительного производства.

В заключении приведены результаты диссертационной работы и основные выводы.

В приложения вынесены описание таблиц данных БД технологического процесса и программные коды.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В представленной диссертационной работе разработан новый подход к повышению точности технологического процесса на гибких автоматизированных производствах за счет разработки ИИС распределенных контрольных измерений геометрических параметров деталей.

По результатам проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

1. Повышение точности технологического процесса достигается посредством построения ИИС, выполняющей функции сбора, передачи, обработки информации обо всех параметрах технологического процесса и выработки управляющих воздействий. Данный подход обоснован экономически и технически.

2. Поставленная цель повышения точности распределенного технологического процесса производства деталей достигнута путем формирования концепции и дальнейшей реализации информационной обратной связи распределенных контрольных измерений и создания на ее основе ИИС. Разработанная система представляет собой гибрид АСУ технологическим процессом и измерительной информационной и управляющей системы с высокой степенью совместимости между собой ее различных компонент.

3. Разработана процедура построения ИИС распределенных контрольных измерений на основе методик выбора подсистем с учетом особенностей технологического процесса. Предлагаемая структура и состав оборудования ИИС распределенных контрольных измерений подходят для участков производств как с ручным, так и автоматизированным оборудованием на основе многофункциональных станков с ЧПУ.

4. Модель информационных потоков параметров деталей технологического процесса вне зависимости от его сложности целесообразно изображать в виде сетевой модели, являющейся модификацией раскрашенных сетей Петри.

5. На примере технологического процесса изготовления корпусной детали, имеющего распределенный во времени и пространстве характер, и с учетом его характеристик показана обоснованность, удобство при проектировании использования разработанных методик выбора подсистем ИИС на основании сложности технологического процесса и моделирования информационных потоков параметров деталей с применением сетевой модели, являющейся модификацией раскрашенных сетей Петри.

6. Разработаны структуры таблиц данных и ПМО, которые позволяют учитывать непосредственно данные измерительной информации. Дополнительно в информационный вектор включены такие параметры, как ФИО оператора, станок, СИ, оборудование, время совершения операции, технологическая наследственность. Информация, полученная в ходе работы

ИИС распределенных контрольных измерений, используется для управления точностью технологического процесса.

7. Были проведены экспериментальные исследования процесса изготовления корпусной детали, по которым удалось установить информационные взаимосвязи параметров точности и технологической наследственности, влияние организационно-производственных факторов (замена шлифовального круга снизила СКО размера обработанной поверхности на 29,51%, замена оператора-станочника на менее квалифицированного повысила СКО на 81,97%).

8. На основе экспериментальных данных, полученных при изготовлении 3 партий корпусных деталей по 15 штук каждая, была исследована мера тесноты статистической взаимосвязи отклонения размера при шлифовании от настройки и величины фактического припуска при фрезеровании (коэффициент корреляции 0,5305), а также значений отклонения от прямолинейности при фрезеровании и шлифовании с учетом вида этих отклонений (коэффициент корреляции 0,9807), являющейся следствием проявления технологической наследственности.

9. Рассмотрены перспективы развития ИИС распределенных контрольных измерений.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК при Минобрнауки России

1. Акбулатов, П.А. Проблема построения информационной измерительной системы для распределенных контрольных измерений / П.А. Акбулатов, A.B. Шулепов // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. М.: Радиотехника. 2014. - №8 - Стр. 70-74.

2. Акбулатов, П.А. Организация передачи данных в ИИС для распределенных измерений / П.А. Акбулатов // Вестник МГТУ «СТАНКИН». М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН». 2014 - №3 - Стр. 89 - 92.

3. Акбулатов, П.А. Математическое моделирование технологического процесса машиностроительного производства при помощи сетей Петри / П.А. Акбулатов // Вестник МГТУ «СТАНКИН». М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН». 2014. - №1. Стр. 118-122.

Статьи и материалы конференций

1. Акбулатов П.А. Описание модели производственного процесса с распределенными контрольными измерениями: материалы студенческой научно-практической конференции "Автоматизация и информационные технологии" (АИТ-2013). Первый тур. Факультет информационных технологий и систем управления: сборник тезисов докладов. / П. Акбулатов, П. Кирилкин. -М.: ФГБОУ ВПО МГТУ "Станкин", 2013 - с. 225-227

2. Акбулатов, П.А. О стандартных интерфейсах передачи данных в ИИС для распределенных контрольных измерений / П.А. Акбулатов, A.B. Шулепов / Все материалы. Энциклопедический справочник. 2013 - № 11 - с. 18-25.

3. Акбулатов, П.А. Реализация ИИС для распределенных контрольных измерений: материалы Всероссийской молодежной конференции «Автоматизация и информационные технологии» (АИТ-2012). Первый том: сборник докладов. / П.А. Акбулатов. - М.: МГТУ «Станкин», 2012 - с. 10-14. -296 стр.

4. Акбулатов, П.А. Метод информационной обратной связи для распределенных контрольных измерений: сборник материалов X Всероссийского совещания - семинара "Инженерно - физические проблемы новой техники". / П.А. Акбулатов. - М.: МГТУ им. Баумана. 2012 г. - 318 стр. -с. 26 - 29.

5. Акбулатов, П.А. Разработка' ИИС для контроля параметров геометрической точности детали на основе цифровых измерительных приборов: материалы Шестой Всероссийской научно-практической конференции

"Перспективные системы и задачи управления" и Третьей молодежной школы-семинара "Управление и обработка информации в технических системах". / П.А. Акбулатов. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. -с. 132-144.

6. Акбулатов, П.А. Внедрение информационной обратной связи для метрологического обеспечения качества продукции: сборник материалов XII Всероссийской научно-практической конференции «Состояние и проблемы измерений», М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 04-06 февраля 2013 г. / П.А. Акбулатов. - 240 стр.; с. 108-110.

7. Акбулатов, П.А. Разработка ИИС для контроля параметров геометрической точности деталей топливной аппаратуры на основе цифровых измерительных приборов: материалы студенческой научно-практической конференции «Автоматизация и информационные технологии» (АИТ-2011). Первый тур. Факультет информационных технологий и систем управления: сборник тезисов докладов. / П.А. Акбулатов. - М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2011,171 стр., с. 87-91.

Заказ № 189. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Петроруш». г.Москва, ул.Палиха 2а.тел.(499)250-92-06 www.postator.ru