автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Методы и средства контроля качества в технологических процессах изготовления элементов трения качения

На правах рукописи

Бочаров Александр Александрович

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004 г.

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» (ГУАП)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор А.К. Явленский

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.Е. Поляков кандидат технических наук, доцент Е.Е. Чаадаева

Ведущее предприятие - ЗАО «Вологодский подшипниковый завод»

Защита состоится «¿У» декабря 2004 г. в^а сов на заседании диссертационного совета Д 221.233.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 67, ГУАП

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы заключается в том, что производство элементов трения качения требует повышения качества изготавливаемых изделий; существующие в настоящее время на производстве методы не могут заметно улучшить качество изготавливаемой продукции. Предлагаемый метод позволяет без существенных экономических затрат, используя существующее оборудование, заметно повысить качество изготавливаемых подшипников. Основанием для этого является происходящий в наше время бурный рост и развитие информационных технологий, что открывает широчайшие возможности для исследователей в области диагностики и контроля качества различных устройств.

Известную сложность представляет выбор технологии, позволяющей наиболее точно распознать принадлежность изготавливаемой детали к классу по уровню качества. При обширном предложении систем диагностики, практически отсутствуют методы оценки качества исходя из текущих диагностических данных: В таком случае задачу нельзя считать полностью решённой, так как именно совокупность системы сбора данных о текущем состоянии объекта исследования и системы диагностирования даст выдающиеся технологические и экономические преимущества.

В настоящей диссертации задача отнесения изготавливаемой детали к заранее определённому классу решена при помощи вибродиагностирования как способа оценки её качества. В настоящей работе разработаны методы контроля, основанные на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки, которые могут быть использованы в производственной системе контроля качества, на различных этапах изготовления подшипников и их деталей. В диссертации проведена разработка и обоснование системы вибродиагностирования на базе ЭВМ и специализированного программного обеспечения, для вибродиагностирования изготавливаемых деталей подшипников и которая позволила включить её в процесс контроля качества деталей систем трения качения в процессе их механической обработки. Одной из задач, решённых в рамках работ над настоящей диссертацией, явилось построение прибора для контроля качества деталей подшипника в процессе их изготовления.

Цель работы: создание методов и средств для осуществления вибродиагностирования с целью классификации уровня качества элементов трения качения в технологических процессах их изготовления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ вибрационных свойств изготавливаемых деталей

подшипников в процессе производства

рКциоШШГ6 диагно'

киблиотска

¡гят

стические признаки;

- обосновать методы преобразования диагностических данных без потери информационных признаков в вид, пригодный для проведения анализа;

- обосновать применение методов контроля, основанных на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки для решения задач классификации диагностируемой вибродиагностической информации в преобразованном виде и теоретически обосновать их применение;

- разработать алгоритм диагностирования на основе рассмотренных методов;

- создать прибор на базе ЭВМ и специализированного программного обеспечения для вибродиагностирования деталей подшипника и включить его в процесс контроля качества и диагностики деталей трибомеханических систем в процессе их изготовления;

- провести тестирование сформулированных алгоритмов при помощи созданного прибора.

В данной работе на защиту выносятся следующие новые положения, которые подробно рассмотрены в данной работе и подтверждены практически:

В научном плане:

1. Теоретическое обоснование метода вибродиагностики с применением технологий основанных на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки для решения задач классификации вибродиагностической информации в трибомеханических системах.

2. Обоснование применимости математических моделей вибрационных процессов в процессе обработки элементов трибосистем, позволяющие оценивать их качественные характеристики, которые составляют математическое обеспечение методов контроля качества и диагностирования состояния подшипников.

3. Методика применения прикладных программ, основанных на математических моделях основанных на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки, необходимых для реализации теоретической части разработанных методов анализа вибрационной информации и диагностирования качества подшипников и их элементов.

В практическом плане:

1. Разработано и обосновано применение решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки определённых типов для решения задач поиска необходимых диагностических признаков и классификации по уровню качества изготавливаемых деталей подшипников.

2. Разработан комплексный контрольно-диагностический прибор,

включающий в себя: ЭВМ; специализированное программное обеспечение для анализа вибродиагностической информации; средства измерения вибродиагностической информации; специализированное программное обеспечение, основанное на принципах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки, для контроля качества деталей подшипников в процессе их производства.

Научная новизна данной диссертационной работы заключается в том, что разработаны методы для решения задач повышения качества в производстве подшипников, за счёт использования на этапах их изготовления методов и алгоритмов решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки для классификации элементов трения качения и их деталей по принадлежности к разным классам качества. Решён следующий комплекс задач информационного, математического, технического и программного обеспечения предполагаемого метода контроля:

1. Сжатия информации и понижения размерности данных без потери информативности;

2. Выбора наиболее оперативного метода проведения кластеризации с использованием технологий решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки;

3. Обоснование алгоритма диагностирования в режиме реального времени;

4. Теоретического обоснования структуры и функциональных свойств разработанного прибора.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что на основе выполненных исследований получены следующие практические результаты:

1. Разработана методика построения системы сбора и обработки данных;

2. Создан оригинальный алгоритм диагностирования, позволяющий построить систему диагностики;

3. Создан комплексный контрольный прибор, реализующий классификатор для оценки качества элементов трения качения в процессе их производства;

4. Повышена конкурентоспособность изделий, в процессе изготовления подшипников;

5. Разработана система вибродиагностики для контроля качества изготавливаемых деталей.

В ходе работы над диссертацией были использованы следующие методы исследований:

- методы и алгоритмы исследования нечётких множеств,

- методов классификации, реализованных в модулях прикладных про-

грамм для ЭВМ,

- методы теории вибродиагностики.

Для проверки теоретических положений проводились измерения и анализ вибропараметров образцов подшипников разного уровня качества с использованием теоретически обоснованных методик и при помощи разработанного прибора.

Реализация и внедрение результатов работы.

Материалы экспериментов и теоретические положения данной диссертации были использованы при проведении практических и лекционных занятий на кафедре «Электротехника» СПб ГУАП по специальности 190200 «Организация экспериментальных исследований в системе контроля качества и диагностики» в ходе обучения студентов.

Данная система (поэтапно) была внедрена в качестве эксперимента на ЗАО «ВИЗ» г. Вологда.

Также, теоретические и практические материалы диссертации были получены при работе в соответствии с грантом конкурса 2002г. Министерства образования и науки РФ но фундаментальным исследованиям в области технических наук №Т02-06.1-3613 «Разработка методов и алгоритмов вибродиагностики деталей машин и механизмов с использованием технологии нейронных сетей», по гранту Правительства Санкт-Петербурга № М02-3.2К-297 «Применение технологии нейронных сетей при диагностике электротехнических устройств».

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на следующих научно-технических конференциях (НТК):

- Седьмая научная сессия аспирантов и соискателей ГУАП доклад «Разработка метода диагностических имитационных испытаний электротехнических устройств» - 2004г.

- Шестая научная сессия аспирантов и соискателей ГУАП «Моделирование искусственных нейронных сетей в пакете Matlab для решения задач контроля технического состояния», 2003 г.

- международная конференция Mathtools 2003, июнь 2003 г. "Математическое моделирование реодинамики электромеханических систем"

- международная конференция "Schwingungen in Anlagen und Mashi-nen", Германия, Апрель 2001 «Vibrodiagnosing ofTribosystems»

Материалы экспериментов и теоретические положения данной диссертации были использованы при проведении практических и лекционных занятий на кафедре 33 СПб ГУАП по специальности 190200 "Приборы и методы контроля качества и диагностики" в ходе обучения студентов.

Публикации по теме диссертационной работы.

По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ: материалы 4 докладов, 3 статьи.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрена существующая система контроля качества на предприятии и некоторые из существующих средств контроля.

В первой главе рассматривается процесс контроля качества в ходе изготовления элементов трения качения в производственных условиях. Проведено научное и практическое обоснование задач контроля качества изделий трения качения, рассмотрены основные принципы контроля качества в процессе изготовления деталей подшипников в производственных условиях и теоретически обоснована необходимость интеграции разрабатываемой системы в систему с автоматической подналадкой.

Кратко рассмотрено, также, развитие проблемы управления качеством.

Используемые производственные системы контроля качества, хотя и приводятся в соответствие с системой ISO (и иными существующими стандартами), используют методы не позволяющие контролировать качество изделия непосредственно в процессе его изготовления.

Рассмотрена структура системы контроля качества (рис. 1) в условиях производства.

Рис. 1 - Структура системы контроля качества деталей в процессе производства

Также, в первой главе рассмотрены характеристики некоторых существующих импортных и отечественных устройств, позволяющих получать вибродиагностическую информацию в производственных условиях. Данные устройства применяются только на этапе выходного контроля качества

изделий и не могут быть применены непосредственно во время изготовления детали или устройства.

Применение автоматизированных систем контроля качества, и, более того, систем, состоящих из комплексов измерительного оборудования, специализированного программного обеспечения и ЭВМ в системе контроля качества позволит заметно упростить рекомендуемые стандартами системы контроля качества, в первую очередь из-за автоматизации процессов контроля. Также, значительно улучшается эффективность от контроля качества ещё не законченных изделий, что позволит контролировать качество на более ранних стадиях изготовления сложных изделий избежать значительных организационных и финансовых потерь.

Таким образом, на основании рассмотренного в первой главе, был сделан основной вывод: существующие приборы и системы контроля и диагностики качества, используемые при производстве элементов трения качения, не могут оказывать влияния на изменение качества изготавливаемой детали непосредственно в ходе её изготовления.

Во второй главе рассмотрены объекты диагностирования- подшипники и их детали, их основные характеристики, особенности их диагностики и диагностические параметры. Как результат, получены все посылки для создания системы диагностики. Необходимо заметить, что от изменения масс и упругих свойств инструмента и обрабатываемой детали изменяются виброхарактеристики системы. Поэтому была исследована система и создана её модель.

Была разработана вибрационная модель системы деталь- инструмент, которая состоит из двух инерционных систем:

Уравнения вибраций:

где - инерционные свойства тел в системе деталь-инструмент

характеризуются данными матрицами, - силы, линейно завися-

щие от разности векторов перемещений, (7 (¿1_ ¿2) -силы, линейно зависящие от разности векторов скоростей, - возмущения вызывающие вибрацию. Матрицы характеризуют соответственно жесткостные и

демпфирующие свойства.

Вибрации определяют сближения контактирующих тел

3

5 = 50+lzpap-M , (3)

где; гр - р-ая координата вектора г; Д/г - функция, характеризующая технологические погрешности обрабатываемой детали, § 0 -среднее значение.

Возмущения зависят от динамические нагрузок - Q и стабильности контактирования - , которые определяются по формулам:

где В- конструктивный параметр, характеризующий упругие свойства контактирующих элементов; е (z) - функция контактирования S- параметр, определяющий характер контактирования (точечный, линейный и др.).

Исследование вибраций при изготовлении колец на этом этапе заключается в оценке динамической деформации или сближения контактирующих тел (обрабатываемого кольца и резца), что позволяет оценивать цикличность и стабильность нагрузки в зоне контакта. Однако, рассмотрение математической модели показало, что приведённая модель, равно как и аналогичные ей, не смогут в полной мере учитывать все постоянно изменяющиеся параметры динамической системы в каждый момент времени в процессе изготовления детали. Необходимо существенно дополнить математическую модель статистическими исследованиями.

Сформулируем последовательность действий по обработке вибродиагностической информации:

1. Сбор данных. На этом этапе данные, полученные от вибродатчика, обрабатываются в программах-спектроанализаторах до преобразования в формат файла, пригодного для дальнейшей статистической обработки.

2. Выделение информативных составляющих методом К-средних. Для получения информативных составляющих используются программы анализа и обработки статистической информации, позволяющие провести анализ методом К-средних. В данной работе использована программа Statistica.

3. Получение неэлементарных признаков методом дискриминантного анализа в программе статистической обработки. Для получения неэлементарных признаков использована программа SPSS; неэлементарные признаки позволили значительно уменьшить объём анализируемой инфор-

Q =В Sse(s0);

е

1, if Z >0 , 0,if z <0 ,

мации без потери информативных свойств.

4. Выбор параметров классификатора с использованием обучения. Для выбора параметров классификатора используются модули (программы) в Matlab. В итоге выбран LVQ-модуль, который может обучаться в процессе диагностики и самонастраиваться.

Для анализа виброхарактристик диагностируемого объекта необходимо произвести сбор данных. В данной работе был произведен сбор данных для "обучения" системы, полученных при измерении вибрации в процессе обработки выбранной партии деталей, и их спектральный анализ. В процессе изготовления колец были собраны данные по вибрации. Выборка данных должна быть представительной; в работе предлагается собирать данные с различных станков для уточнения возможного изменения уровней вибраций.

В результате сортировки получен массив данных с разным уровнем показателей качества. Па данном этапе и закладывается возможный критерий качества: по профилограммам, или по виброактивности, или по другим характеристикам. В настоящей работе критерием качества выбрана виброактивность- данный критерий уже используется во внутризаводской системе контроля качества (на предприятии внедрения- ЗАО «ВПЗ») и является несомненно более подходящим для анализа динамически изменяющихся характеристик системы в процессе изготовления детали, нежели, к примеру, профилограмма, отображающая уже имеющуюся форму детали. Итак, рассматривается массив, преобразовываемый далее в массив элементарных диагностических признаков (рис. 2).

6

5

4

а

I

с

£

<

2

1

0 1 3 5 7 » 11 13 15 17 19 21 Икогьцо1

Номер частотного диапазона - ЮЗ Кольцо 2

порядковый номер координаты вектора диагностических признаков

Рис. 2 - Спектр элементарных диагностических признаков Каждый спектр из массива данных, представляется в виде вектора

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

Номер частотного диапазона -порядковый номер координаты вектора диагностических признаков

А=(АьА2,...,Ап), координатами которого являются амплитуды вибрации для соответствующих частотных диапазонов (на рис 2 n= 22).

Для снижения размерности, данные анализируются в программе SPSS. На этом этапе выделяются информационные частотные составляющих методом К-сердних. Метод К-средних существует для классификации с заранее известным числом классов, то есть даёт возможность разбить на классы множество данных в зависимости от требуемой классификации по выбранным показателям качества Метод К- средних использован для снижения размерности диагностических признаков, которые теперь фигурируют как элементарные дискриминантные, так как уже произошло разделение на классы. Это разделение позволяет выбрать информационные частоты для диагностирования. Алгоритм К-средних служит для присвоения начальных значений центрам первого слоя решающего правила. Метод К-средних относит каждое обучающее наблюдение к одному из К кластеров (где К -число элементов). Каждый кластер должен быть представлен центроидом соответствующих наблюдений, а каждое наблюдение отстояло бы от центроида своего кластера меньше, чем от центров всех других кластеров. Затем координаты центров классов копируются в радиальные элементы. В результате применения метода К-средних получены векторы:

Ad=(Ald,A2d,...Ami)), m<n.

На рис. 3 в качестве примера показан вектор А^ при m=3. Координатами этого вектора являются амплитуды для трёх диапазонов частот, для которых различие амплитуд для классов максимально. Это и является признаком их информативности. 45

40 35 30 26 20 1 S

1 о

05

00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Школьцо1

Номер частотного диапазона- порядковый номер координаты вектора КОЛЬЦО 2

дискриминантных признаков

Рис. 3 - Спектр элементарных дискриминантных признаков

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Номер частотного диапазона- порядковый номер координаты вектора дискриминантных признаков

Согласно разработанному алгоритму преобразуем переменные с помощью дискриминантного анализа - в массив неэлементарных дискриминантных признаков. Это преобразование выполнено в программе SPSS. Формула преобразования элементарных признаков в неэлементарные имеет следующий вид:

Rootl=Au * W„+ Aj2* W12+...+ A1(n, * W1(B); Root2=A21 * W21+ A22 * Wj2+...+ Аад * W2(n),

где Aij -амплитуда, Wij-весовой коэффициент, Root 1(2)-амплитуда неэлементарного дискриминантного признака.

Весовые коэффициенты получены методом наименьших квадратов.

0,6

Координата 1- Root 1 Координата 2- Root 2

Рис. 4 - Спектр неэлементарных дискриминантных признаков при исследовании колец.

Из рис. 4 видно, как после обработки данных по кольцам подшипников (полученным при их изготовлении), спектр признаков дал возможность выделить две координаты для дальнейшего анализа.

Далее, произведём группирование диагностических признаков, выберем наиболее подходящее разбиение на классы по нескольким выбранным методикам, чтобы сравнить их и выбрать наиболее эффективную методику. Основной целью такого разбиения на классы является нахождение центров кластеров. На данном этапе работы определены диагностические признаки спектра вибрации деталей при их изготовлении и преобразованы данные,

для их дальнейшего анализа без потери информативности.

В третьей главе производится обоснование алгоритма диагностирования элементов систем трения качения, рассматривается группирование диагностических признаков, выбор наиболее подходящего разбиения на классы по амплитудным признакам, рассматривается разбиение на классы в статистических программах, более подробно - в программах, основанных на алгоритмах решающих правил и формулируется алгоритм диагностирования деталей подшипников при их изготовлении. Более точное разбиение на классы производится в зависимости от требуемого разбиения по уровням качества по амплитудным признакам. Три кластера и их центры получаются при помощи модуля (программы) fcmdemo Matlab, который позволяет разбивать данные на классы и находить их центры. Были проведены эксперименты с отбором колец более высокого и более низкого классов. Таким образом, были определены центры классов для амплитуд на информационных частотах, в зависимости от уровня качества.

Для разбиения данных по классам в работе были рассмотрены вопросы разбиения на классы тремя методами: методом К-средних (чёткие методы) в пакете SPSS, с применением нечётких методов- fuzzy-toolboxes пакета Matlab и с применением вероятностных методов.

При разбиении на классы был использован метод К-средних. Цель здесь состоит в том, чтобы найти набор центров, наилучшим образом представляющий распределение обучающих наблюдений. По результатам разбиения значения статистики лямбда Уилкса лежат в интервале (0,1), что говорит о хорошей дискриминации. Также по результатам, 93,3% наблюдений, первоначально разнесённых по группам, было классифицировано корректно и 90,0% из подвергнутых сквозной выборке случаев классифицировано корректно.

Далее, согласно рассмотренной выше последовательности анализа и обработки данных, а также сообразно решаемой задаче, воспользуемся возможностью LVQ (Learning Vector Quantization) - решающего правила, имеющего возможность к обучению (что необходимо для самоподстройки системы диагностики) и анализу вновь поступающей информации на предмет принадлежности к классу, согласно определённым ранее классам по уровням качества.

Был проанализирован массив состоящий из неэлементарных признаков в модифицированном модуле demolvql. Были внесены некоторые изменения в этот модуль для того, чтобы он мог производить разбиение на три класса: 'net = newlvq(minmax(P),4,[ .3 .4 .3],0.1);', где .3 .4 .3 - первоначальное разбиение на классы, 0.1 - скорость настройки. В приведённом операторе вызова функции lvq задана возможность разделения на три класса. Также, было задано достаточно большое количество циклов обучения

сети:

net.trainParam.epochs=2 00; net.trainParam.show=100;

net=train(net,P,T).

Кроме того, данные, полученные для анализа в LVQ-модуле, были преобразованы в воспринимаемый программой формат.

В соответствующих фрагментах программы также было изменено содержимое обучающей последовательности и указана актуальная принадлежность к классу. Также были внесены изменения и во фрагменты описания действий программы. В результате был получен классификатор, который может обучаться и самоподстраиваться.

В ходе разработки системы важнейшим параметром являлось время выполнения диагностических операций. Как показала практика, время изготовления кольца исследованных образцов подшипников составляло 36 секунд. Крайне важным является то, что используемый модуль должен обрабатывать информацию, проходить обучение и самоподстройку за столь короткий срок. Практические опыты показали, что при соответствующей доналадке программного обеспечения, модуль LVQ может выполнить все необходимые операции по анализу и подстройке в рамках требуемого временного интервала.

Для классификации вновь поступающих значений, модуль LVQ использует решающие правила, пошагово строит функции классификации. С помощью этих функций можно вычислить классификационные значения для вновь поступающих данных объектов по формулам:

а=Ф (Y1*F1 + Y2*F2 + Y3*F3 - F0),

где Y1 - весовые коэффициенты, Fl(2,3) - значения амплитуд , Fo-константа, Ф- функционал, реализующий операции модуля LVQ.

Для разработки модели решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки использованы возможности функции gensim программного пакета Matlab (Рис. 5). Реализованные в Matlab алгоритмы, основанные на статистических методах, позволили интегрировать модули Matlab в качестве управляющих модулей для LabView, как внешнего приложения.

В данной главе было пояснено, как возможно осуществить кластеризацию спектральных характеристик для последующего их анализа и классификации вновь поступающей информации одновременно с коррекцией представлений анализирующей LVQ-модуля о принадлежности к классу в зависимости от уровня качества изготавливаемой детали. Как основной решающий инструмент, было предложено использовать модуль, реализующий LVQ-модуль (решающее правило) для анализа данных и предложения были подкреплены анализами данных в других статистических программах или модулях. В итоге был разработан алгоритм диагностирования, и классификации.

В четвёрюй главе рассмотрены существующие средства моделирования в процессе контроля, и описан процесс построения комплексного контрольно-диагностического прибора на основе ЭВМ и специализированного программного обеспечения, применяемого для диагностирования в процессе производства деталей элементов трения качения.

Данная система работает с использованием ЭВМ, но для создания производственной системы с возможностью использования современных высокоскоростных АЦП и систем управления станками с ЧПУ, сопряжения с уже разработанными системами управления станками, необходимо разработать упрощённый классификатор, на базе ЭВМ и специализированного программного обеспечения.

Для проведения комплексных испытаний были задействованы следующие элементы: ЭВМ - PC Celeron 800МГц/255Мб/20Гб/Ш2000; PCI-6023Е; датчик вибрации; плата со встроенным АЦП 6023Е (производства National Instruments) имеет 16 каналов аналогового ввода, 68-ми пиновый разъём и 8 линеек цифрового ввода-вывода. Разрешающая способность АЦП 12 бит. В зависимости от установленного коэффициента усиления меняется входной диапазон и шаг преобразования. В результате разработан прибор, лицевая панель которого изображена на рис.6

Рис.6 - Вид лицевой панели созданного прибора

На индикаторах прибора отображаются основные характеристики сигнала: его спектр (среднее и более детальное изображение), индикаторы наличия дефекта и принадлежности к классу в зависимости от уровня дефекта. Также, прибор позволяет управлять фильтрами высоких, средних и низких частот для более точной подстройки в границах различных частотных диапазонов (в зависимости от диагностируемых деталей). Задача прибора состоит в том, чтобы отнести сигнал к одному из классов, в зависимости от уровня качества детали в ходе её изготовления для чего в приборе предусмотрена возможность такого соотнесения и отображения результатов. Таким образом, прибор используется для диагностики входящих сигналов, с возможностью ввода весовых коэффициентов. Реализована система, основанная на принципах функционирования описанных в гл. 3. Получено средство диагностирования в процессе производства с использованием ЭВМ и специализированного программного обеспечения.

Оценка результатов, полученных в ходе работы прибора, проводилась также и в сравнении с результатами, полученными в ходе использования разработанного алгоритма. Производилась оценка результатов работы разработанного прибора Было произведено сравнение профилограмм изготовленных деталей и спектров с результатами диагностирования с использованием разработанного прибора.

В результате было получено, что 85% наблюдений было классифицировано корректно при помощи прибора, что показало эффективность алгоритма и его приборной реализации.

Оценка достоверности полученных в ходе работы прибора результатов проводилась также в сравнении с данными, полученными традиционными

методами. В качестве контрольного примера было рассмотрено разбиение на пять классов в зависимости от уровня качества с помощью прибора непосредственно в процессе изготовления деталей и при помощи измерения профилограмм уже готовых изделий. В результате получено, что результаты классификации мало отличаются (рис. 7). При этом эффективность контроля предлагаемым методом значительно выше. Анализ готовых колец требует большого количества времени - порядка 20 минут на каждое кольцо, что не даёт возможности контролировать каждую деталь. Диагностика колец в процессе их изготовления не заняла никакого дополнительного времени, а сам процесс контроля длится около 2 секунд. Выводом из полученных результатов является то, что удалось организовать потоковый анализ в процессе изготовления элементов трения качения

Рис. 7 - Результаты сравнения классификации с использованием системы и без её использования

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе выполненной работы была достигнута её основная цель, а именно: были разработаны методы вибродиагностирования с целью классификации деталей подшипников непосредственно во время их изготовления и создан прибор, позволяющий классифицировать изготавливаемые детали на производстве.

Материалы экспериментов и теоретргческие положения данной диссертации были использованы при проведении практических и лекционных занятий на кафедре 33 СПб ГУАП по специальности 190200 "Приборы и методы контроля качества и диагностики" в ходе обучения студентов.

Данная система (поэтапно) внедрялась в качестве эксперимента на ЗАО «ВПЗ», где в ходе ее использования были получены указанные выше результаты.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бочаров А.А., Явленский А.К., и др. Тезисы :Vibrodiagnosing ofTri-bosystems// Опубликованный в "Schwingungen in Anlagen und Mashinen", А.А. Бочаров, А.К. Явленский, Германия, Апрель 2001.

2 Бочаров А.А. Применение технологии нейронных сетей при контроле качества программного обеспечения и аппаратной части бортовых систем // Тезисы статьи на Молодежной конференции «Задачи космического образования в XXI веке». М.: 2001

3. Бочаров А. А. Моделирование искусственных нейронных сетей в пакете Matlab для решения задач контроля технического состояния // Сборник докладов Шестой научной сессии аспирантов и соискателей ГУАП, посвященной всемирному дню космонавтики. СПб.: ГУАП, 2003

4. Бочаров А.А. «Применение технологии нейронных сетей при диагностике электротехнических устройств» // Седьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодых учёных и специалистов, 2002 г. Сборник статей.

5. Явленский А.К., Бочаров АА. "Математическое моделирование рео-динамики электромеханических систем"// Сборник материалов международной конференции Mathtools 2003, июнь 2003 г.

6. Бочаров А.А. Разработка метода диагностических имитационных испытаний электротехнических устройств. // Сборник докладов Седьмой научной сессии аспирантов и соискателей ГУАП. СПб.: ГУАП, 2004.

7. Бочаров А.А. Применение технологии нейронных сетей при диагностике электротехнических устройств // Сборник отчётов по грантам Седьмой Санкт-Петербургской ассамблеи молодых учёных и специалистов (М02-3.2К-297)

Формат 60x84 1\16 .Бумага офсетная. Печать офсетная. _Тираж 100 экз. Заказ №

Отдел оперативной полиграфии СПбГУАП

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 67

».26 4 07

Введение

1 Контроль качества в технологических процессах изготовления элементов трения качения

1.1 Развитие проблемы управления качеством

1.2 Структура системы контроля качества в условиях производства

1.3 Средства виброакустического контроля в условиях производства 21 Выводы

2 Контроль качества подшипников и их деталей

2.1 Анализ вибрационных свойств деталей подшипника

2.2 Поиск информационных характеристик деталей подшипника

2.3 Определение закономерностей при диагностике качества различных типов подшипников

2.4 Предварительный анализ виброхарактеристик подшипников 43 Выводы

3 Обоснование алгоритма диагностирования элементов систем трения качения

3.1 Группирование диагностических признаков, выбор наиболее подходящего разбиения на классы

3.2. Классификация уровней качества

3.3 Алгоритм диагностирования

Выводы

4 Разработка средства диагностирования в процессе производства с использованием ЭВМ и специализированного программного обеспечения

4.1 Средства моделирования в процессе контроля

4.2 Использование пакета Lab View для вибродиагностирования

4.3 Построение прибора на базе ЭВМ и специализированного программного обеспечения для вибродиагностирования дефектов 107 Заключение

Современное производство элементов трения качения требует повышения качества изготавливаемых изделий; существующие в настоящее время на производстве методы не могут заметно улучшить качество изготавливаемой продукции. Предлагаемый в настоящей работе метод позволяет без существенных экономических затрат, используя существующее оборудование, заметно повысить качество изготавливаемых подшипников. Основанием для этого является происходящий в наше время бурный рост и развитие информационных технологий, что открывает широчайшие возможности для исследователей в области диагностики и контроля качества различных устройств.

Известную сложность представляет выбор технологии, позволяющей наиболее точно распознать принадлежность изготавливаемой детали к классу по уровню качества. При обширном предложении систем диагностики, практически отсутствуют методы оценки качества исходя из текущих диагностических данных. В таком случае задачу нельзя считать полностью решённой, так как именно совокупность системы сбора данных о текущем состоянии объекта исследования и системы диагностирования даст выдающиеся технологические и экономические преимущества.

В настоящей диссертации для решения задачи отнесения изготавливаемой детали к заранее определённому классу на основе вибродиагностирования как способа оценки её качества. В настоящей работе разработаны методы контроля, основанные на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки, которые могут быть использованы в производственной системе контроля качества, на различных этапах изготовления подшипников и их деталей. В диссертации проведена разработка и обоснование системы вибродиагностирования на базе ЭВМ и специализированного программного обеспечения, для вибродиагностирования изготавливаемых деталей подшипников и которая позволила включить её в процесс контроля качества деталей систем трения качения в процессе их механической обработки. Одной из задач, решённых в рамках работ над настоящей диссертацией, явилось построение прибора для контроля качества деталей подшипника в процессе их изготовления.

Таким образом, целью работы является: создание методов и средств для осуществления вибродиагностирования с целью классификации уровня качества элементов трения качения в технологических процессах их изготовления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ вибрационных свойств изготавливаемых деталей подшипников в процессе производства и выделить их характерные диагностические признаки;

- обосновать методы преобразования диагностических данных без потери информационных признаков в вид, пригодный для проведения анализа;

- обосновать применение методов контроля, основанных на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки для решения задач классификации диагностируемой вибродиагностической информации в преобразованном виде и теоретически обосновать их применение;

- разработать алгоритм диагностирования на основе рассмотренных методов;

- создать прибор на базе ЭВМ и специализированного программного обеспечения для вибродиагностирования деталей подшипника и включить его в процесс контроля качества и диагностики деталей трибомеханических систем в процессе их изготовления;

- провести тестирование сформулированных алгоритмов при помощи созданного прибора.

В данной работе на защиту выносятся следующие новые положения, которые подробно рассмотрены в данной работе и подтверждены практически:

В научном плане:

- Теоретическое обоснование метода вибродиагностики с применением технологий основанных на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки для решения задач классификации вибродиагностической информации в трибомеханических системах.

- Обоснование применимости математических моделей вибрационных процессов в процессе обработки элементов трибосистем, позволяющие оценивать их качественные характеристики, которые составляют математическое обеспечение методов контроля качества и диагностирования состояния подшипников.

Методика применения прикладных программ, основанных на математических моделях основанных на алгоритмах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки, необходимых для реализации теоретической части разработанных методов анализа вибрационной информации и диагностирования качества подшипников и их элементов.

В практическом плане:

- Разработано и обосновано применение решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки определённых типов для решения задач поиска необходимых диагностических признаков и классификации по уровню качества изготавливаемых деталей подшипников.

Разработан комплексный контрольно-диагностический прибор, включающий в себя: ЭВМ; специализированное программное обеспечение для анализа вибродиагностической информации; средства измерения вибродиагностической информации; специализированное программное обеспечение, основанное на принципах решающих правил с возможностью обучения и самоподстройки, для контроля качества деталей подшипников в процессе их производства.

Для проверки теоретических положений проводились измерения и анализ вибропараметров образцов подшипников разного уровня качества с использованием теоретически обоснованных методик и при помощи разработанного прибора.

ВЫВОДЫ

В данной главе было пояснено, как возможно осуществить кластеризацию спектральных характеристик для последующего их анализа и классификации вновь поступающей информации одновременно с коррекцией представлений анализирующей LVQ-модуля о принадлежности к классу в зависимости от уровня качества изготавливаемой детали. В итоге был разработан алгоритм диагностирования и классификации.

В качестве альтернативы рассматривались, также, вероятностные методы, но их применение для анализа непрерывно поступающих данных нецелесообразно, так как возможно будет лишь определить вероятность принадлежности детали к классу в зависимости от уровня её качества. Как основной решающий инструмент, было предложено использовать модуль, реализующий решающее правило с обучением и классификацией входящих векторов (LVQ) для анализа данных и предложения были подкреплены анализами данных в других статистических программах или модулях.

Рис. 3.21 - Структурная схема классификатора

Технологический процесс изготовления колец

Кольцо (п)

Кольцо (п+1)

Измерение вибраций

Измерение в и 6 с а ци й

Форм, классификатора

Форм, классификатора

Классификация

Классификация

Цикл работы модуля LVQ

Цикл работы модуля LVQ

Рис. 3.18- Технологический процесс изготовления кольца

В ходе разработки системы важнейшим параметром являлось время выполнения диагностических операций. Как показала практика, время изготовления кольца исследованных образцов подшипников составляло 36 секунд. Крайне важным является то, что используемый модуль должен обрабатывать информацию, проходить обучение и самоподстройку за столь короткий срок. Практические опыты показали, что при соответствующей доналадке программного обеспечения, модуль LVQ сможет выполнить все необходимые операции по анализу и подстройке в рамках требуемого временного интервала.

4 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

4.1 Средства моделирования в процессе контроля

На сегодняшний день все теоретические и практические работы по данному направлению можно условно разделить на две взаимозависимые категории: моделирование экспериментальных исследований и построение систем контроля и диагностики для исследования реальных объектов. Первое направление даёт возможность проведения экспериментов над смоделированными на компьютере реальными устройствами, что несёт в себе дополнительные сложности по построению моделей диагностируемых объектов и сред, в которых производятся исследования. Модель объекта может быть построена с использованием информации по аналогичным реально существующим и диагностируемым объектам; создаётся банк данных по однородным объектам, на основе таких данных могут вноситься изменения в компьютерную модель при построении модели нового, отличного от базового, устройства. Такой метод оправдывает себя при необходимости исследования крупномасштабных объектов, а особенно при моделировании их поведения в различных условиях и средах без проведения очень дорогих и долгосрочных натурных исследований.

Итак, комплексный контрольно-диагностический прибор — это набор программных и аппаратных средств, добавленных к обычному компьютеру таким образом, что пользователь может взаимодействовать с компьютером как со специально разработанным для него традиционным прибором. Преимуществами работы с такими приборами является возможность смоделировать практически любые условия работы прибора и получить достоверные данные в ходе эксперимента.

Рассмотрим несколько примеров, позволяющих составить представление о существующих продуктах на этом направлении.

Одним из примеров построения сложной вибрационной модели с использованием последних разработок в области программного моделирования и визуализации эксперимента, является моделирование вибраций различного оборудования.

К примеру, ЗАО "Диапром" (автор нескольких крупных проектов в области технической диагностики), разработало ряд вибрационных моделей оборудования в рамках отраслевых программ.

При моделировании использовался конечно-элементный метод, как наиболее универсальный для дискретизации пространственных систем. Подготовка конечно-элементной модели, проведение расчетов и визуализация результатов проводилась с помощью программного комплекса ANSYS 5.5.

В модель ТВ С включены все основные элементы конструкции. При моделировании использовались некоторые геометрические упрощения, которые не оказывают влияния на результаты расчета, но в тоже время упрощают подготовку модели. К таким упрощениям в частности относятся все мелкие детали (отверстия, выступы, пазы и пр.), которые не изменяют существенным образом жесткостные характеристики конструкции. Далее, рассмотрим материалы, которые предоставлены для анализа компанией LMS International (Бельгия). Материалы подготовлены на основе документации по LMS SYSNOISE rev.5.5. [74] Акустические передаточные вектора в LMS SYSNOISE

Проведение инженерных расчетов, в том числе и акустических, требует больших трудозатрат, в том числе и временных. Очень часто возникает необходимость в проверке множества случаев нагружения. Для упрощения работы инженера, в пакете виброакустического анализа SYSNOISE rev 5.5 (LMS International) существует технология, которая, используя акустические передаточные вектора (ATV), позволяет пользователю проводить такие расчеты. Если раньше проведение расчетов с множеством случаев нагружения занимало дни, т.е. каждый случай нагружения надо было рассчитать по отдельности, то сейчас достаточно провести один длительный расчет, рассчитывающий ATV, а остальные расчеты для других случаев нагружения или комбинации нагрузок будут проведены, уже используя ATV за считанные минуты. В приведенных ниже материалах можно ознакомиться с основными особенностями и принципами работы этой технологии, а также узнать какие модули SYSNOISE ее используют. Принципы технологии ATV

Модуль ATV-отклика и три других самостоятельных модуля основаны на технологии акустических передаточных векторов (Acoustic Transfer Vectors). Акустические передаточные вектора определяют соотношение между нормальными скоростями излучающих поверхностей и уровнями звукового давления в выбранных точках. Физический смысл А TV-векторов -множество Акустических 11ередаточных Функций от узла на поверхности до единственной точки в пространстве (как показано ниже). pH=<ATVH>{vn(m)} жнрмфои

V»> где: <ATV(o>)> - матрица ATV-векторов, - вектор граничных условий, р(со) - звуковое давление в точке

Рис. 4.1 - I Гример применения технологии ATV к конкретному объекту Раньше ATV-вектора назывались «Contribution Vectors» и могли быть получены в задачах Acoustic Sensitivities (акустической чувствительности) из отношений по нормальным скоростям, что было крайне неудобно. Сейчас методика получения акустических векторов отлажена и настроена на комфортное ее использование пользователем. Создание ATV-вектора зависит от конфигурации акустической среды, т.е. геометрии и свойств (скорости звука и плотности), граничных условий, частотного диапазона и месторасположения точек, в которых будут выводиться результаты (кроме условий нагружения).

В классическом приближении акустический отклик вычисляется решением системы уравнений для каждого условия нагружения. Задание последовательности множеств случаев нагружения занимает много времени, ВЕМ-система уравнений должна быть собрана и решена на каждой частоте, с последующей обработкой всех случаев нагружения.

В ATV подходе основная идея заключается в том, что сначала необходимо вычислить акустическую передачу от излучающей поверхности до специфических точек в диапазоне частот без учета актуального нагружения, и уже на последующих шагах вычислить акустический отклик от всех требуемых нагрузок, путем простейшего комбинирования акустических передаточных векторов с вектором граничных условий по скорости колебаний конструкции. Это «прямое» вычисление ATV отклика определяется простым векторным произведением, что приводит к очень малому времени вычислений.

ПН &ЯФЧ11У Uttdfi Arab»* То*Ь £Mt»J»om ГМ»|»1«Г Hkfci mt fj H^f&Hfpr f-jr;j« c -i □ 4|4.л: *

1«ч:1кГ шчг.ь-СА*, >IIU Эдк зтШи

J

Рис. 4.2 - Моделирование акустического поля объекта

Очень важная особенность подхода заключается в том, что эти частотно-зависимые вектора могут быть интерполированы на любую промежуточную частоту возбуждения. Это используется в анализе вкладов излучающих поверхностей на суммарную картину акустического поля, принимая во внимание в векторном произведении часть полного вектора, относящуюся к областям только излучающих поверхностей.

Ясно, что этот новый подход вычисления Акустических Передаточных Векторов является привлекательным при условии, что, для вычислений отклика необходимо обработать достаточно большой спектр нагрузок. Эта эффективная процедура по вычислению ATV внедрена во все модули, которые решают несвязанные задачи гранично-элементным методом. Связанные виброакустические модели могут рассматриваться, используя новую методику вычисления акустического отклика - MATV. Эта процедура использует импортированные формы, частоты и соответствующий модальный отклик от внешних программ конечноэлементного анализа, а также MATV-вектора, которые модально дополняют ATV-вектора. Они выражают акустическую передачу в модальных координатах от излучающей поверхности к произвольным точкам акустической среды, тем самым определяется вклад от каждой частоты колебания конструкции.

Модули SYSNOISE 5.5, использующие технологию ATV Модуль Acoustic Transfer Vector Response -модуль ATV отклика, обеспечивает проведение анализа с использованием ATV подхода для общих приложений, например, таких как определение акустического излучения, как для внутренних, так и для внешних областей. Важно обратить внимание, что подход ATV применяется к несвязанным проблемам и решение определяется тогда, когда возбуждение исходит от известных поверхностных колебаний (граничные условие - задание нормальных скоростей), а не из акустических волновых источников (например, не относится к проблемам рассеивания).

Рис.4.3 - Статическая карта

Модуль ATV отклика позволяет также использование собственных форм конструкции, через одностороннюю связь между конструкцией и акустической средой, в Модальном ATV ('MATV') анализе. Модуль Numerical Engine Acoustics

Модуль Numerical Engine Acoustics использует технологию ATV и имеет специальные расширения цля увеличения эффективности акустического анализа двигателей. В частности, многократные случаи нагружения могут быть эффективно заданы, используя импортированные данные по модальным характеристикам конструкции (обычно используется конечноэлементная модель) и результаты модального отклика.

Комбинируя модальные характеристики конструкции (собственные формы) и ATVs, можно рассчитать модальные ATV вектора, которые потом могут использоваться множество раз, используя различные случаи нагружения. Случаи нагружения, в свою очередь, могут зависеть от скорости двигателя, как функция от часто :ы. В итоге, результаты, соответствующие этим множествам случаев нагружения могут экспортироваться из SYSNOISE в различные средства просмотра диаграмм типа «waterfall» таких как LMS Gateway, LMS CADA-X или средства других производителей.

Использование ATV-и MATV подхода делает удобным и практичным в пределах разумных времен вычисления создание больших объемов результатов для представления в виде диаграмм типа «waterfall». На диаграммах типа «waterfall» могут быть представлены как звуковая мощность, так и звуковое давление.

Модуль позволяет определить вероятные источники шума от измеренных звуковых давлений в области вокруг вибрирующего объекта. Это является обратной задачей ATV -отклику. Решение, основанное на инверсии обычного BE уравнения, достигается, используя ATV-вектора, быстрее, чем при прямой инверсии BE матриц. Inverse Numerical Acoustics -полезный и удобный инструмент в исследованиях и при поиске ошибок.

Flit £к«гчкгу Medkl Arabic Inqt** Т«Ы» Pn*pr>cvti DUptoy в;к mini^+i tmitti rtMtim^ifi® lUMIt Xnt'J*?Jlia fciXflftct В «к licz lYxuast-' [

Рис. 4.4 - Возможности BEM вариации

Модуль Panel Acoustic Contribution Analysis (Анализ отностительного влияния элементов конструкции)

Panel Acoustic Contribution Analysis, используя ATV методологию, позволяет проводить быструю оценку относительного влияния (вкладов) различных вибрирующих элементов конструкции на шум в определенных точках или на суммарную величину энергии. В интерактивном режиме или с использованием других методов, таких как чтение свойств из файла с моделью, могут быть отобраны группы элементов на вибрирующих поверхностях.

SV9NC1SE ftei 15 ш □ im SYSNOISE - COMPUTA 1IONAL VIBRO-ACOUSTICS tnSS vnmv flF"* bnf W-SPMri)-?tf JT I""- , c [Vina crciljo Nut

J H m f I i iUH

1 1

J 1 1 1 . 1

-

EOT 4UU1 . ,:v . ■1

-a f I L f) 1 □ 1 1 г

1 ■

-t 4 I 1

-r I П

1 j * < i 3 1 <1 in 1 МЦЁ1 F.SK 1 D i i 1b. 1

Рис. 4.5 - Отображение относительного влияния элементов системы

Вклады от индивидуальных элементов могут быть представлены в виде цветной заливки, вклады от групп элементов могут рассматриваться в различных вариантах диаграмм, таких как функции частоты, гистограммы, векторные полярные карты, диаграммы Найквиста и другие.

Повторное использование ATV-векторов, сохраненных в базе данных модели SYSNOISE, позволяет проводить очень быстрые вычисления с вновь созданными группами элементов. Интерпретация результатов этого анализа позволит провести дальнейшую оценку конструкции для проведения оптимизации в целях снижения шума.

Рис. 4.6 - Общая картина вибрации объекта после проведённой оптимизации

Рассмотрим, также, систему «Диамант 2» производства российской компании «Диамех» [75]

Рис. 4.7- Общий вид основной панели «Диамант 2»

Пакет программ "ДИАМАНТ 2", разработанный специалистами фирмы "ДИАМЕХ 2000" для операционных систем MS WINDOWS, представляет собой оригинальную разработку программного обеспечения системы прогнозируемого обслуживания механического оборудования. Система работает совместно с коллекторами данных моделей "КВАРЦ", "ТОПАЗ" и

АГАТ" и позволяет производить периодические обследования на основе загружаемых в приборы МАРШРУТОВ, разгружать их результаты в БАЗУ ДАННЫХ, хранить неограниченное количество данных, производить их анализ и формировать разнообразные отчетные материалы. Предусмотрена конвертация баз данных системы "ТРЕНД-ТЕСТ" и использование для проведения обследований коллекторов ранее выпускавшихся моделей AU011, AU012, AU014 и AU014L.

Рис. 4.8 - Панель отображения замеров

Использование восьми типов замеров (точки ручного ввода, измерения общего уровня, пик-фактора, эксцесса, амплитуды/фазы, спектров, форм сигналов и третьеоктавных спектров), гибкой системы задания типов определения диапанов(стандартный, частотный/ временной, гармонический/синхронный,ВЧ диапазон для ОУ и огибающая), произвольного задания границ диапазонов (до 40 кГц), разрешения спектров от 100 до 1600 линий, реального расширения спектрального диапазона (ZOOM) до 1/10, записи для корреляции с данными частот вращения исследуемых устройств и до 12 основных режимных параметров,, использование датчиков любого типа, имеющих выход по напряжению, обеспечивают высокую информативность данных системы, глубину и достоверность анализа состоянил оборудования и диагностирование его дефектов с точностью до узла. Высокая чувствительность тренд-анализа обеспечивается пятью типами срабатывания сигнализации исключений, наличием сигнализации по относительному изменению измеряемых параметров, двумя уровнями сигнализации достоверности данных, сигнализацией по маске для данных третьоктавных спектров.

Рис. 4.9 - Окно анализа замеров Удобством системы "ДИАМАНТ 2" является простой самообучающий интерфейс пользователя, предусматривающий как использование "мыши", так и управление с помощью клавиатуры. Предусмотрены вывод оперативных подсказок по используемым функциям и исчерпывающая система контекстно-зависимых сообщений ломощи. Все основные функции системы дублируются кнопками панели инструментов. Система использует все преимущества 32-разрядных операционных систем Windows, что позволяет легко переносить необходимые данные между приложениями, работать в многозадачном и многооконном режимах, использовать технологию Drag&Drop, Пятиуровневая иерархическая организация структуры базы данных с возможностью ручной или автоматической сортировки объектов в ней позволяет быстро и безошибочно производить поиск необходимых данных, вносить изменения и дополнения, выводить необходимые графические и текстовые материалы. Оригинальная разработка файловой структуры обеспечивает скоростную высокоэффективную работу при небольших требуемых объемах дискового пространства и высокоэффективную защиту данных от случайного повреждения.

Рис. 4.9- Окно анализатора трендов Кроме данных, собранных по маршрутам, система позволяет разгружать, хранить и анализировать данные, собранные в режиме анализатора, включающие в себя как обычные типы данных, так и данные временных характеристик или разгонов/выбегов вместе с каскадами спектров (до 8 каналов синхронно), данные спектров собственных частот, полученные методом импульсного возбуждения и данные дампов сигналов (длиной до 64 К точек). Данные режима анализатора могут быть перенесены в структуру базы данных с созданием соответствующих точек и замеров.

Отдельным блоком предлагается экспертная система "ДИАМАНТ-ЭКСПЕРТ" с каталогом подшипников качения и расчетом характерных частот их неисправностей. Возможность создания пользователем собственных каталогов узлов с коитериями и правилами их диагностирования. Автоматическое диагностирование состояния узлов с выдачей протоколов и рекомендаций по устранению дефектов.

Рис. 4.11 - Окно отображения характеристик диагностируемых подшипников

Графическое построение моделей и агрегатов в режиме "конструктора" из каталога узлов с автоматическим созданием требуемых замеров. Создание интерактивных схем моделей и агрегатов с выводом "карты" измерений. Возможность создания и использования шаблонов протоколов данных в любой требуемой форме. Таким образом, система «Диамант 2» обеспечивает возможность измерения разнообразных вибропараметров, неплохую визуализацию получаемых измерений, проведение исследований смоделированных на компьютере устройств, информация об узлах которых получена в ходе многократных исследований реальных узлов приборов, но и в этой системе влияние внешней среды напрямую не учитывается. По словам самих разработчиков системы, задача полномасштабных исследований с созданием компьютерных моделей устройств анализа вибраций с учётом влияния динамически изменяющихся параметров в процессе изготовления деталей подшипников, не решена, и не может быть по их мнению, решена в ближайшее время.

4.2 Использование пакета LabView для вибродиагностирования.

Краткое описание пакета LabView

Программный продукт LabView, разработанный фирмой National Instruments, за последнее десятилетие вышел на первое место по популярности в странах Европы и Северной Америке. LabView получил распространение в области обработки экспериментальных данных, управлении технологическими процессами и моделировании [27]. Как средство программирования, продукт близок к конструкции языка C/C++. Однако он не требует написания текстов программ. Основной особенностью среды LabView является использование графического программирования. Программа создаётся в виде блок-схем, т.е. может применяться широким кругом пользователей.

В качестве достоинств продукта можно отметить: обработку информации в реальном времени, большой набор средств для анализа и представления данных. Возможно подключение блоков созданных в С++.

Краткое описание платы PCI-6023E

Для проведения комплексных испытаний были задействованы следующие элементы:

PC Celeron 800МГц/255Мб/20Гб/\Уш2000; плата PCI-6023E; датчик колебаний. Также, было применено специализированное программное обеспечение для анализа данных и были разработаны блок-схемы, на основе которых был создан прибор.

Рис. 4.12- Внешний вид платы 6023Е Плата 6023Е имеет 16 каналов аналогового ввода, 68-ми пиновый разъём и 8 линеек цифрового ввода-вывода. Внутреннее устройство плат 602Х показано на блок схеме (рисунок 4.13).

Рис. 4.13 —Устройство платы PCI-6023E

Разрешающая способность АЦП 12 бит. В зависимости от установленного коэффициента усиления меняется входной диапазон и шаг преобразования (таблица 4.1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При написании данной работы, я, как автор, занимался проблемой создания системы (средства) вибродиагностирования / контроля качества с учётом уже имеющихся научных и практических работ по данной теме других авторов. Главной задачей было разработать такое средство, которое могло бы с достаточной точностью относить к тому или иному классу качества элементы систем трения качения непосредственно в процессе их изготовления, что сулило немалый экономический эффект в случае внедрения такой системы. В ходе разработки такого средства, оно было внедрено на Вологодском подшипниковом заводе, что позволило изменить общую ситуацию в производстве подшипников в лучшую сторону:

1. Айвазян С.А., Бухштабер В.М. Прикладная статистика: классификация и снижение размерности. М., 1989, 256 с

2. Айвазян С.А. Многомерный статистический анализ // Математическая энциклопедия. Т.З. М. 1982. 736 с.

3. Арене X., Лёйтер Ю. Многомерный дисперсионный анализ / Пер. с нем. В.М. Ивановой и Ю.Н. Тюрина.-М.:Финансы и статистика, 1985. 210с.

4. Артамонов Е.В. Оптимизация процессов обработки резанием деталей из труднообрабатываемых материалов на токарных станках с ЧПУ: Учеб. пособие для студентов машиностроит. спец.Тюмень, 1994. 83 с.

5. Аршанский М.М., Учеб. пособие по спец. 2102 "Автоматизация технол. процессов и пр-в", Гос. ком. РФ по высш. образованию. Акад. Приборостроения и информатики, М.: Изд-во: МГАПИ, 1995. 83 с.

6. Аршанский М.М. Повышение точности механической обработки на основе вибродиагностики технологической операции. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. д. т. н. Тула, 1989. 38 с.

7. Аршанский М.М. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках.: М. Машиностроение 1988, 134 с.

8. М.М. Аршанский, В.А. Лизогуб, В.И. Козлов и др. Автоматизированное проектирование металлорежущих станков: Учеб. пособие. Всесоюз. заоч. машиностроит. ин-т.: М. ВЗМИ 1986. 79 с.

9. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. М., 1982.220 с.

10. Барков А.В. Диагностика и прогнозирование технического состояния подшипников качения по их виброакустическим характеристикам. /Судостроение. 1985. №3.с.21-23

11. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.

12. Браун Э. Д., Буше Н. А., Буяновский И. А. и др. Основы трибологии: (Трение, износ, смазка) : Учеб. для техн. вузов. Под ред. А. В. Чичинадзе. -М.: Центр "Наука и техника". 1995. 777 с.

13. Браун, Датнер. Анализ вибраций роликовых и шариковых подшипников:

14. Пер. с англ. М.: Мир, 1979. 82 с

15. Бочаров А.А. Применение технологии нейронных сетей при контроле качества программного обеспечения и аппаратной части бортовых систем // Тезисы статьи на Молодежной конференции «Задачи космического образования в XXI веке». М.: 2001. 2 с.

16. Бочаров А.А. Применение технологии нейронных сетей при диагностике электротехнических устройств Седьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодых учёных и специалистов, 2002, 2 с.

17. Бровкова М.Б. Оперативная оптимизация процесса чистовой токарной обработки на основе учета динамического состояния оборудования: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.03.01, 05.13.07. -Саратов, 1998. 16 с.

18. Бююль Ахим, Цёфель Петер. SPSS: искусство обработки информации. Анализ статистических данных и восстановление скрытых закономерностей: Пер. с нем. СПб.: ООО «ДиаСофтЮП», 2001. 608 с.

19. Вибродиагностика авиационных конструкций: Сб. ст. / Науч. ред. А.Б. Милов, к. т. н., М.З. Фридман, к. т. н. М. : ГосНИИ ГА, 1988. 95 с.

20. Вибродиагностика качества механизмов приборов : Сб. ст. / Науч. ред. д. т. н. проф. К.Н. Явленский. Л. : ЛИАП, 1987. 144 с.

21. Вибродиагностика машин и механизмов. Методы и средства : Тез. докл. к науч.-практ. конф., 27-30 мая 1985 г. Запорожье : Б. и., 1985. 84 с.

22. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Высш. школа, 1984. 208 с.

23. Диментберг М.Ф. Нелинейные стохастические задачи механических колебаний. М.: Наука, 1980. 368 с.

24. Джеффри Тревис Lab VIEW для всех (+ CD-ROM)1.bVIEW for Everyone 2004 Издательства: ДМК Пресс, ПриборКомплект ISBN 5-94074-257-2 Тираж:3000экз. 544 с.

25. Исследование эксплуатационных характеристик подшипников. Сб. науч. тр. Гл. ред. JI. В. Черневский Б.М. 1988. 144 с.

26. Короткий С. Нейронные сети: основные положения// http://www.neuropower.de/rus/books/index.html

27. Климентьев К.Е. Основы графического программированияв среде LabVIEW Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2003 79 с. http://www.smtp.ru/~drmad/lvO.htm

28. Кулаков А.В. Вибродиагност^ка качества роторных систем приборов в процессе ускоренных испытаний: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. к. т. н. / Ленингр. ин-т авиац. приборостроения. Л., 1988. 18 с.

29. Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л., Испытания и надёжность электрических машин: Учебн. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1988. 232 с.

30. В.В. Круглов и др. Нейронные сети: конфигурации, обучение, применение. Смоленск: Изд-во МЭИ, 1998.

31. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. М.Горячая линия-Телеком 2001. 382 с.

32. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования. М.: Статистика, 1979. 254 с.

33. Лукьянов А.В. Классификатор вибродиагностических признаков дефектов роторных машин : Справ, пособие / М-во образования РФ, Иркут. гос. техн. ун-т,- Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 1999. 228 с.

34. Левитин М.А. Развитие системного подхода в трибологии Ташк. автомоб.-дор. ин-т. Ташкент: Фан. 1988. 143 с.

35. Медведев B.C.,Потемкин В.Г. Нейронные сети. Matlab 6 ISBN:5-86404-163-7 Изд-во: Диалог-МИФИ, 2002, 496 с.

36. Мельников А.Л. Средства диагностирования виброактивности трибомеханических систем в процессе их производства: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.11.14. -Санкт

37. Петербург, ГУАП, 2001. 20 с.

38. Мирнов И.Я. Обработка деталей на токарных многопозиционных горизонтальных станках (технологическое обеспечение повышения точности): Учеб.пособие/ Мирнсв И.Я.-Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2000. 161 с.

39. Микита Г.И. Виброакустическая диагностика. Брянск: Изд-во БГИТА. -2003. 36 с.

40. Мэтью Д., Альфредсон Р. Применение вибрационного анализа для контроля технического состояния подшипников качения: Пер. с англ.-Конструирование и технология машиностроения.- М.: Мир, 1984,-т. 106, №3.-с.100-108.

41. Надёжность технических систем: Справочник / Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985. 608 с.

42. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М.: Машиностроение, 1971. 227 с.

43. Подураев В.Н. Автоматически регулируемые и комбинированные процессы резания / М.: Машиностроение, 1977. 303 с.

44. Приборные шариковые подшипники: Справочник / Под ред. К.Н.Явленского. М.: Машиностроение, 1981. 351 с.

45. Д.М. Решетов и др. Надёжность машин: Учебн. пособие для ВУЗов. М.: Высш. школа, 1988. 238 с.

46. Режимы резания при обработке деталей на токарно-карусельных станках с ЧПУ: Метод.рекомендации/ Укр.гос.проектно-технол.и эксперим.ин-т "Укроргстанкинпром". -М., 1977. 132 с.

47. Сотник С. Курс лекций по предмету «Основы проектирования систем с искусственным интеллектом»// http://www.neuropower.de/rus/books/index.html

48. Справочник конструктора точного приборостроения / Под общ. Ред. К.Н. Явленского, Б.П. Тимофеева, Е.Е. Чаадаевой. JL: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1989. 792 с.

49. Свиткин М.З., Мацута В.Д., Рахлин К.М. Менеджмент качества и обеспечение качества продукции на основе международных стандартов

50. ИСО.- СПб.: изд-во ВСЕГЕИ, 1999. 403с.

51. Создание новых и совершенствование действующих технологических процессов производства деталей подшипников: Сб. науч. тр. Гл. ред. JI.B. Черневский Б.М. 1988. 174 с.

52. Совершенствование конструкций подшипников и методов их расчета Гос. произв. об-ние по пр-ву подшипников (ГПО Подшипник) Гл. ред. J1. В. Черневский Б.М. 1988. 140 с.

53. Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ. Под. ред. В. А. Белого, К. Лудемы, Н. К. Мышкина. М. Машиностроение; Нью-Йорк: Аллертон пресс, 1993. 454 с.

54. Технология токарной обработки: Учеб.пособие/ Схиртладзе А.Г., Матвеев А.И., Андреев и др. -Тверь, 1997. 544 с.

55. Токарная обработка поверхностей: Учеб.пособие/ Фонотов В.Т., Медведев А.Г., Студенников Г.В. и др. -Курган, 1999. 60 с.

56. Трение и износ в опорных узлах машин: Сб. науч. тр. АН СССР, Урал, отд-ние. Отв. ред. А. Г. Бургвиц. Свердловск: УрО АН СССР. 1990. 119 с.

57. Уебе Г., ШеферМ. Многомерный статистический анализ в экономике. М., 1999. 354 с.

58. Фещенко В.Н. Токарная обработка : Учеб. для учащихсянач. проф. образования / 4-е изд., испр. М.: Высш. шк : Академия, 2000.302 с.

59. Чихос X. Системный анализ в трибонике / Пер. с англ. С.А. Харламов. М.: Мир, 1982.238 с.

60. Чуев Ю.А. и др. Прогнозирование количественных характеристик процессов. М.: Сов.радио, 1975. 400 с.

61. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику http://www.matlab.ru/fTizzylogic/bookl/index.asp

62. Явленский А.К.,Бочаров А.А. Математическое моделирование реодинамики электромеханических систем // Сборник материалов международной конференции Mathtools 2003, 2003.

63. Явленский А. К., Явленский К. Н. Теория динамики и диагностики систем трения качения. Л.: ЛГУ, 1978. 184 с.

64. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1983. 239 с.

65. Walter Enders Applied econometric time series / ISBN 0-471-03941-1 1995.427 p.

66. ГОСТ 16819-71 Приборы виброизмерительные. Термины и определения

67. ISO 9004-1:1994 Административное управление качеством и элементы системы качества. Часть 1. Руководящие указания

68. ISO 8402-94 Управление качеством и обеспечение качества — Словарь

69. ГОСТ Р ИСО 9001-2000/ МС ИСО 9001-2000 Система менеджмента (управления) качества

70. Установка для испытаний виброактивности шарикоподшипника А-507. Инструкция по эксплуатации И.В.9001.8.2.4-0028.416-2003, ЗАО «ВПЗ»

71. Информация о системе LMS Sysnoise // http://www.tesis.com.ru/llevel/21evel/cad-index.html

72. Официальный сайт фирмы Диамех // www.diamech.m/shablon.php?content=diamant

73. Руководство по качеству РК.А.9001.4.25.2.037.002-2003, ЗАО «ВПЗ»

74. Информация о системе LMS Pimento http://www.novatest.ru/solutions/tanalyzers/body.html

75. Официальный сайт компании «Bruel&Kjaer» http://www.bk.dk/

76. Официальный сайт «ТД Прибор»http ://www.tdpribor.ru/index.php?id=8&idobj=148

77. МС ISO 9000:2000 Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь

78. РД.В.9001.8.5.2.037.002-2001 Корректирующие и предупреждающие действия ЗАО «ВПЗ», 2001