автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Разработка и исследование методологии организации НИОКР, конструкций и технологий автоматизированного производства щитовых магнитоэлектрических приборов

Вопросы проектирования электромеханических приборов, в том числе и магнитоэлектрической системы, разработаны в работах ведущих отечествен-ных;ученых Арутюнова В.О., Орнатского П.П., Пономарева H.H., Шляндина В.М. и других [41, 42, 46, 49, 50] и в целом удовлетворяют практике сегодняшнего дня. В сочетании с большим практйческим опытом, накопленным отечественными предприятиями, специализирующимися на проектировании и производстве ЩЭП, это обеспечивает мировой уровень качества отечественных электроизмерительных приборов [44]. В то же время, несмотря на массовый характер производства ЩЭП, уровень его автоматизации на отечественных предприятиях, где более 60% рабочих в сборочно-монтажном производстве заняты ручным трудом [43], ниже, чем на ведущих зарубежных фирмах.

Задачи автоматизации производства, в том числе и ЩЭП, как правило, решаются на базе общепринятых принципов проектирования, изложенных в работах [42, 48, 51]. К общим недостаткам предлагаемых подходов можно отнести: преимущественную ориентацию разработчиков на автоматизацию сборки, в ущерб другим стадиям производства; использование экспертных оценок в качестве оценочны^ критериев; ограниченный уровень детализации объекта автоматизации при математическом моделировании. В этой связи задача разработки методологии и вопросов, организации НИОКР при создании автоматизированных , производств,:, в: том числе и ЩЭП, является актуальной и первоочередной в рамках решения вопросов повышения эффективности произ-водетва.- -., .и/ :•;■.:■■' '>•' ■•.::'.■:■'". '■>. . . ■■

Учитывая важность и актуальность вопросов автоматизации производства ЩЭП,в целом, в рамйа* Минприбора СССР в течение 80-х и начале 90-х годов проводились работы, направленные на повышение уровня механизации и автоматизации производства. Работы проводились на базе разработки конструкций ЩЭП, отвечающих-требованиям автоматизированного производства, соответствует тенденциям развития производства ведущих зарубежных ' л [47, 52]. Продолжением этих работ на ведущих отечественных предпри-< стали комплексные программы развития и внедрения автоматизирован-f ■ производства ЩЭП на базе создания их конструкций, отвечающих рованиям такого производства. В связи с изложенным, комплексная разработка и исследование методо-- вопросов организации проведения НИОКР, конструкций и технологий [ язированного производства ЩЭП, в том числе и магнитоэлектрической ■■■■•■ , является актуальной научной проблемой и имеет научное и практиче-ление.

Тема работы непосредственноязана выполнением отраслевой комплексной научно-технической программыздания и внедрения габких^производственныхстем на предприятиях Минприбора СССР в 1986 1990; гг., Приказов Минприбора №58 от 28.02.1985г. и №252 от 07.06.1986г., планов НИОКР Чебоксарского. ОАО "Электроприбор" в 1980-1998 г.г.

Целью работы является разработка и исследование методологии организации НИОКР, при проведений работ по проектам производственного назначения, направленных на повышение эффективности производства, в :том числе и за счет автоматизации, а также на ее основе разработка и исследование теоретических основ, практических конструктивных ¡решений И технологических разработок щитовых магнитоэлектрических приборов,; отвечающих требованиям организации автоматизированного производства на всех его этйпах, начиная от изготовления деталей,и кончая поверкой, а также создания комплексно-автоматизированного .производства ЩЭГЬ; в- условиях Чебоксарского ОАО "Электроприбор". ^ у.■ п.- Поставленная цель достигается решением следующих задач: 3 •

1. Разработка критерия оценки технического уровня проведения НИОКР (Юру) по проектам производственного назначения, обеспечивающего единый и взаимосвязанный анализ конструкций изделий и технологий их изготовления на всех производственных этапах. ; ,,

2. Разработка и обоснование методологии организации НИОКР по проектам производственного, назначения, основанной на выделенном критерии - коэффициенте технического уровня проекта - Кту и обеспечивающей повышение эффективности производства, в том числе и за счет его автоматизации.

3., Разработка и исследование математических моделей конструкций изделий и технологий их производства, позволяющих в рамках разработанной методологии проводить количественный анализ на соответствие требованиям эффективного производства, в том числе и автоматизированного, и указать возможные направления изменения конструкций изделий й технологий их производства с целью повышения его эффективности.

4. Разработка и исследование механических конструкций и технологий производства щитовых магнитоэлектрических приборов, отвечающих требованиям автоматизированного производства на этапах изготовления'деталей и сборки прибора.

5. Исследование информативных < функций хцитовых магайтоэлектрических приборов в динамических режимах для решения задач автоматизации операций регулировки и контроля при производстве. ';

6. Разработка и исследование ЩЭГ1 с встроенным датчиком положения стрелочного указателя, обеспечивающего расширение функциональных возможностей приборов и повышение их автоматопригодноети при производстве.

7. Разработка и исследование структурных схем технологического оборудования, предназначенного для . автоматизированного производства щитовых магнитоэлектрических приборов.

8. Разработка и внедрение на базе проведенных исследований комплексно-автоматизированного производства ЩЭП в условиях Чебоксарскбго ОАО "Электроприбор".

Новые научные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Технико-экономический критерий Кту оценки эффективности выполнения проектных работ, обеспечивающих повышение эффективности производства, в том числе и за счет автоматизации, основанный на взаимосвязанном учете затрат на производство по всем его этапам и полученных при этом экономических результатах.

2. Математические модели в виде графов, отражающие топологию конструкций изделий производственного назначения и технологий их производства.

3. Методология организации НИОКР при разработке проектов производственного назначения, основанная на выделенном технико-экономическом критерии Кту и математических моделях конструкций изделий и технологии их производства.

4. Пути повышения автоматопригодности механических конструкций ЩЭП и технологии их производства, основанные на организации узловой и общей сборки приборов за счет простейших рабочих движений сборочных автоматов.

5. Пути повышения автоматопригодности конструкций ЩЭП и технологии их производства на операциях регулировки й контроля приборов, основанные на использовании информативных функций ЩЭП в обратимых режимах.

6. Метод расширения функциональных возможностей ЩЭП при производстве и эксплуатации с помощью организации встроенного съема показаний стрелочного указателя.

7. Структурные схемы специального технологического оборудования, предназначенного для автоматизации производства на основных технологических операциях сборки, регулировки и контроля приборов.

8. Структурная схема комплексно-автоматизированного производства ЩЭП.

Достоверность основных положений, выносимых на защиту, подтверждается экспериментальной проверкой и внедрением полученных результатов в производстве. )

Практическая значимость выполненных исследований и разработок заключается в следующем: . л

1. Разработанаи апробирована на практике методология организаций пррведе-ния НИОКР при разработке проектов производственного назначения [31, 32, 39], обеспечивающая анализ'эффект^иЬности принимаемых проектных решений, начиная с ранних стадий выполнения проектных работ, основанная на выделенном технико-экономическом" критерии Кту и разработанных математических моделях конструкций изделий и технологий их производства.

2. Разработанная математическая модель реализована в виде программ для ЭВМ [31], обеспечивающих высокий уровень детализации, анализируемого объекта и, как следствие, повышающих эффективность проведения НИОКР непосредственно.

3. Предложены ряд защищенных авторскими свидетельствами и патентами [1, 4, 5, 7, 9, 10, 13, 20] механических конструкций ЩЭП, отвечающих требованиям автоматизированного производства на этапах изготовления деталей, а также узловой и общей сборки приборов. Показано их преимущество по уровню технологичности по сравнению с традиционными конструкциями.

4. Предложены ряд защищенных авторскими свидетельствами и патентами [4, 6, 10] конструкций ЩЭГТ, позволяющих использовать информативные функции приборов в обратимом режиме, обеспечивающие требования автоматизированного производства на производственных этапах их регулировки и поверки. Показано их преимущество по уровню технологичности и точности проведения операций регулировки и поверки но сравнению с традиционными конструкциями. . . ,. .;

5. Предложены защищенные авторскими свидетельствами и патентами [14, 15, 16, 17, 1 В] конструкции встроенного емкостного датчика положения стрелочного указателя, обеспечйвающие расширение функциональных возможностей ЩЭП при производстве и эксплуатации. .,.V4).,,.

6. Предложены и внедрены в действующее производство ряд защищенных авторскими свидетельствами и патентами [2, 7, И, 12]технологических,про-цессов изготовления деталей, узловой и общей сборки, регулировки и поверки приборов. Показаны их преимущества по качеству и трудоемкости выполнения по сравнению с традиционными технологическими процессами;

7. Предложен и внедрен в действующее производство ряд защищенных авторскими свидетельствами и патентами [3, 6, 7, 8, 10] конструкций специального технологического оборудования (СТО), обеспечивающих автоматизацию производства ЩЭП.

8. Разработано и внедрено в опытную эксплуатацию на Чебоксарском ОАО "Электроприбор" комплексно-автоматизированное производство ЩЭП.

Полученные результаты также использованы: . ,.

1. На Чебоксарском ОАО "Электроприбор" при проведении НИОКР по серии приборов, отвечающей требованиям автоматизированного производства, что обеспечило коэффициент технического уровня проекта Кту=0,721.

2. В учебном процессе Чувашского государственного университета им. И.Н.Ульянова при изучении дисциплин "Технологический менеджмент", "Основы автоматизации производства".

К результатам проведенных исследований и разработок проявили интерес зарубежные фирмы "Ganz Muszer Maver" (Венгрия) и "Metra Blansko"

Словакия).

Апробация работы. Основные положения и результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались:

- на заседании Ульяновской территориальной группы Научного Совета по проблемам электрических измерений и измерительных информационных систем Академии Наук СССР (г.Ульяновск, 1984г. дважды);

- на научно-технических конференциях УлГТУ (г.Ульяновск, 1986г. дважды, 1989г., 1994г., 1996г.); Г . "

- на научно-практической конференции (г.Ижевск, 1987г.);

- на международной конференции "Мера-92" (г.Москва, 1992г.);

- на 5-ой Российской научно-технической конференции (г.Ульяновск, 1993г.);

- на Всероссийской межвузовской научно-практической конференции (г.Чебоксары, 1996г.);

- на международной научно-технической конференции (г.Пенза, 1996г.);

- на научно-технической конференции с международным участием (г.Ульяновск, 1996г.);

- на межвузовском научно-практическом семинаре (г.Самара, 1997г.);

- на научно-технических советах Чебоксарского ОАО"Электроприбор" (г.Чебоксары, 1986г., 1989г., 1994г., 1997г.).

Кроме того, работа получила апробацию на Чебоксарскрм ;ОАО "Электроприбор" при выполнении НИОКР и подготовке комплексного автоматизированного производства ЩЭП. : ч - . -

Публикации. Результаты научных исследований и проведенных разработок опубликованы в 55 научных работах, включая 2 монографии, 23 авторских свидетельствах на изобретения и патентах, а также в 6 учебных и.методических пособиях. ■ \

Список использованных в докладе публикаций приводится в конце доклада.

Яичный вклад автора. Всё основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации получены автором лично, при его непосредственном участии и под его руководством. В работах, выполненных в соавторстве, автором разрабатывались идеи, фбрмировались задачи, разрабатывались методики исследований, проводились теоретические расчёты, осуществлялась обработка, анализ и обобщение полученных результатов. В авторских свидетельствах, выполненных в соавторстве, вклад всех соавторов равноценен. Все ¡ работы по внедрению и практическому использованию результатов научных исследований проведены под руководством и личном участии автора.

1. МЕТОДОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ НИОКР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Кту И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КОНСТРУКЦИЙ

И ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ., .,

Несмотря на очевидную связь технического уровня производства, обеспечиваемого при выполнении НИОКР, и его эффективностью, недостаток научно-обоснованных методов и,, критериев, позволяющих, количественно оценить эту связь, 'ставит №о^ество практичееких воцросов. Основными из этих вопросов являются: оценка технического уровня выполнения НИОКР, втом числе и на ранних стадиях их проведения; ш^з эффекттаносхи принимаемых разработчиком техничерких решений па, крнструкции изделий и тех- < нолоГии их изготовления; эффективная оценка риска инвестиционных затрат ; на осуществление проектов производственного назначения и другие. ! ■ > •

Одной из наиболее прагматичных целей осуществления проектов производственного назначения является получение стабильной прибыли на вложенный в проект капитал [21]. Оценка эффективности достижения этой цели может быть осуществлена с использованием предложенного технико-экономического критерия [31], названного коэффициентом технического уровня проекта - Кту,. Математическое выражение дапного критерия имеет вид : '''' '' ' дБ Кту *[-,- \ , (1.1)

У (АМ + И,ЛТ - Ыг АБ) • Тн 4 > где: ЛМ, АТ и АР*1 - изменение показателей материале-, трудо- и фондоемкости соответственно, являющееся результатом осуществления проекта (руб.); Ы» и - коэффициенты, учитывающие связь трудо- и фондоемкости соответственно с себестоимостью производства; Тн - принятый (нормативный) срок окупаемости проекта. *

В соответствии с ГОСТ 14205-83 коэффициент технического уровня проекта - Кту по существу является показателем технологичности, так как он является количественным выражением совокупности свойств конструкции изделия и его элементов, определяющих их приспособленность к достижению эффективных затрат при производстве.

Математическое моделирование конструкций изделий и технологий их производства проведено с использованием теории графов, в соответствии с которой объекты моделирования представлены в виде множества показателей, состоящих из непересекающихся подмножеств разных,иерархических уровней, учитывающих структуру изделия и способа его производства. При этом можно выделить три основных типа моделей, соответствующих трем основным этапам производства: изготовление деталей; узловая и общая сборки; регулировка и поверка изделия. Общий вид этих моделей показан на рис, 1.1.

На первой стадии производства - изготовление деталей, в моделировании участвует одна компонента изделия - деталь и технологический процесс ее изготовления. Процесс в целом может быть представлен в виде графа рис. 1.1,а. На второй стадии производства - узловой и общей сборки изделия, в моделировании участвуют детали и узлы изделия, а также технологический процесс их сборки. Процесс в целом может быть представлен в виде графа рис. 1.1,б.

На третьей стадии производства - регулировки и поверки изделия, в моделировании участвует собранное изделие и технологический процесс его регулировки и поверки. Процесс в целом может быть представлен в виде графа рис. 1.1,в. '

В представленных моделях вершина а0 характеризует заготовку, из которой изготавливается компонента изделия (деталь), для ее описания использованы показатели удельной материалоемкости детали М в стоимостном выражении. Вершины типа ап; А-ь.Аг; Аз; Ак; Ап; Во", В„ характеризуют компоненты (детали и узлы) изделия, для их* описания используются показатели, определяемые для их уровней: удельные подетальная или узловая материало-, трудо- и фондоемкость, в стоимостном выражении, а также Кту детали или узла. Промежуточные вершины типа а-|.ап.1; А4.Д; В|. В[характеризуют промежуточное состояние заготовки, собираемого объекта юга собранного изделия в процессе их последовательного превращения в конечный продукт, предусмотренный конкретным технологическим процессом - изготовления детали, узловой или общей сборки, регулировки и поверки изделия. Для их описания могут быть использованы удельные затраты труда - Т, в стоимостном выражении, необходимого на осуществление технологической операции или перехода. Дуги между вершинами типа Ц; и'у характеризуют технологические опера В общем случае необходимо учитывать удельные затраты на проведение проектных работ и основные фонды до - р1 и после - Рг модернизации производства (тогда Др=р2-Р1)

РОССИЙСКАЯ в) регулировки и поверки изделия ции, выполняемые в процессе изготовления деталей, узловой и общей сборки, регулировки и поверки изделия. Для их описания могут быть использованы удельные затраты на оборудование - Б, в стоимостном выражении, необходимого для выполнения этих, операций. Петли типа У,,; ,ий; и'я характеризуют присоединение к детали, узлу или изделию в целом материалов, необходимых для придания заданных свойств объекту в целом. Это мо1уг быть лакокрасочные материалы, металлы, наносимые гальваническим способом, клеи или припои и т.д. Для их описания могут быть использованы удельные нормы-расхода этих материалов - М', в стоимостном выражении. : -.-ут

Анализ предложенных математических моделей с использованием технико-экономического критерия Кту может быть осуществлен как на уровне деталей, узлов или изделия в целом, так и на уровне отдельной технологической операции и даже технологического перехода, по всем производственным стадиям. При этом обеспечивается единый подход и сопоставимость результатов анализа, что в свою очередь позволяет учесть структуру всех затрат одновременно, т.е. получить обобщающий в целом по изделию показатель Кту. Высокая степень детализации анализируемого объекта, вплоть до отдельных технологических переходов, является важным инструментом при проведении НИОКР, позволяющим повысить эффективность проведения проектных работ. Эта задача может быть решена с помощью разработанных программ для ЭВМ [31].

Показателем для оценки экономической эффективности проекта может служить прибыль - Р, полученная на единицу капитала, вложенного в проект. Данный показатель соответствует основной цели реализации проекта, которой является стабильное получение прибыли и который по существу характеризует доходность инвестиционных затрат. Взаимосвязь между показателей экономической эффективности Р и техническим уровнем проекта К-ру устанавливается [31] преобразованием выражения (1.1) с учетом общеизвестной формулы, определяющей эффективность затрат - Е за счет дополнительных капитальных вложений - К.

Е-——. (1.2)

В результате имеем

Р= , " (1.3)

Очевидно, что показатель прибыли - Р, определенный из выражения (1.3) не учитывает дисконтирование стоимости инвестиционных вложений и инфляционные процессы, происходящие за период реализации проекта. Кроме того, он отражает финансовый результат, полученный только за счет изменения производственной себестоимости выпускаемой по проекту продукции. Однако, такие упрощения представляются вполне допустимыми. Во-первых, потому что легко учитываются при необходимости. Во-вторых, обеспечивают достижение основной поставленной цели - определение взаимосвязи между финансовым результатом и достигнутым техническим уровнем проекта.

На рис. 1.2 показана графическая интерпретация функции (1.3) для установленного срока окупаемости 1; 3; 5 и 7 лет.

Полученные кривые по существу образуют карту кривых безразличия для двух вступающих во взаимный компромисс факторбв - доходность и риск [53]. При этом очевидно, что чем выше установлена планка по показателю Кту, тем меньше вероятность (больше риск) получения ожидаемого результата по показателю Р.

Вопрос дисконтирования будущих доходов достаточно просто решается через установление минимально допустимого значения коэффициента технического уровня проекта Кту, с учетом установленного (нормативного) срока окупаемости Тн- Такое ограничение на Кту может быть установлено через минимально необходимый уровень прибыли, который может быть определен по формуле [53]

- ' Рт!п=(1+1)Тн-1, (1.4) гДе: 1 - принятая минимально допустимая (с учетом дисконтирования) процентная ставка доходности; Тн - установленный (нормативный) срок окупаемости проекта.

На рис. 1.2 значения минимально допустимых уровней прибыли Р и коэффициентов технического уровня проекта Кту обозначены точками на карте кривых безразличия, выражающих зависимость Р. = { (Кту). Точки 1 и 2 обозначают минимально допустимые значения коэффициентов технического уровня проектов при сроке окупаемости 5 и 7 лет соответственно и процентной ставке

Р, руб.

А Б ВГ

4/У /1 / / '/ / /

1 2\\ [ ' ' ::

Рис. 1.2. Взаимосвязь Р и КГу для: кривая А принятого срока окупаемости -Тн = 1 год; кривая Б - Тн — 3 года; кривая В - Тн = 5 лет; кривая Г - Тн = 7 лет доходности 10%. Точки 3,4 и 5 обозначают то же при сроке окупаемости 3, 5 и 7 лет соответственно и процентной ставке доходности 20%. Таким образом, появляется возможность определить минимально допустимое значение коэффициентов технического уровня проекта для конкретных условий его выполнения.

Структурная схема организации НИОКР по проектам производственного назначения с использованием показателей Кту, Тн и Р показана на рис. 1.3. Исходя из интересов и функций выполняемых при проведении работ по проекту, можно выделить три главных действующих лица: носитель идеи проекта; инвестор; разработчик проекта. В целом работы проводятся по традиционной схеме, более того, непосредственно проектная часть работ выполняется в соответствии с ГОСТ 2.103-68 "Единая система конструкторской документации. Стадии разработки". При этом необходимо отметить, что формирование и учет показателей Кту, Тн и Р начинается с ранних стадий работ по проекту, т.е. со стадии формирования предложения по проекту. Носитель идеи проекта определяет обобщенные по проекту показатели Кту, Тн и Р с учетом имеющейся у него информации о проекте. Инвестор после принятия решения о инвестировании проекта уточняет показатели Кту, Тн и Р с учетом собственных интересов и затем согласовывает их с разработчиком проекта. Разработчик дифференцирует показатели Куу, Тн и Р по исполнителям и соисполнителям с учетом сложности поставленной перед ними технической задачи. Кроме того, в процессе выполнения проектных работ и подготовки производства он контролирует обеспечение этих показателей по исполнителям и соисполнителям, а также безусловное обеспечение установленного уровня показателей Кгу, Тн и Р в целом по проекту. В процессе выполнения работ должно быть обеспечено согласование достигнутых по отдельным этапам результатов с инвестором и носителем идеи проекта.

Предложенная методология использовалась при проведении НИОКР по серии приборов, отвечающих требованиям автоматизированного производства,

Предприятие, организация, частное лицо (носители идеи проекта)

Инвестор

Формирование предложение по инвестиционному, проекту

Определение показателей К^.Тд и Р по проекту

Экспертиза бизнес-плана

Разработка: бизнес-плана

Принятие решения об инвестировании проекта

Уточнение показателей К^ Тн и Р

Согласование

Согласование

Согласование Сот ласование [■ Принятие проекта [■

Разработчик проекта (генеральный подрядчик)

Принятие решения о проведении работ по проекту.

Выполнение и контроль за осуществлением работ по всем этапам и исполнителям

- проекта

Согласование показателей, К^у, Ту и Р

Разработка частных ТЗ для исполнителей разработчика и -соисполнителей

Назначение дифференцированных показателей Кту, Тн и Р по исполнителям и соисполнителям

Проведение НИР

Проверка результатов работ на соответствие показателям

КТУ'ТНИР

Проведение ОКР

Разработка технологии. Разработка-ТЗ на проектирование ТО и СТО

Проверка результатов работ на соответствие показателям К^иР

Изготовление ТО и СТО, проведение испытаний на соответствие ТЗ

Отчёт по проекту

Проверка на соответствие проекта показателям К^, Т„ иР

Рис. 1.3. Структурная схема проведения НИОКР с использованием показателей Кту, ТН, Р и создании комплексно-автоматизированного производства ЩЭП,на Чебоксарском ОАО "Электроприбор". Это дозволило получить технические решения, защищенные более чем 20 авторскими свидетельствами и патентами, а также обеспечить технический уровень проекта по отдельным узлам и деталям на уровне КГу = 0,487.0,914, и по прибору в целом на уровне Кту - 0,721. \

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ ЩЭП, МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРИ И31 ОТОВЛЕ11ИИ ДЕТАЛЕЙ И СБОРКЕ

Научные и практические результаты, изложенные в настоящей и последующих главах, получены с использованием методологии организации НИ-ОКР, рассмотренной в первой главе. Конкретно на Чебоксарском ОАО "Электроприбор" ставилась задача повышения эффективности производства ЩЭП за счет комплексной автоматизации их производства. Необходимо отметить, что методология, изложенная в первой главе, применима для различных задач и проектов производственного назначения, имеющих своей конечной целью стабильное получение прибыли, в том числе и за счет автоматизации производства.

Анализ существующих конструкций с использованием коэффициента К ту, проведенный на наиболее массовых приборах магнитоэлектрической системы серии М42300, имеющих к тому же уровень унификации с другими конструктивными сериями более 90%, показал, что прибор в целом и основные его конструктивные элементы не отвечают требованиям автоматизированного производства. В таблице 2.1 даны некоторые обобщенные результаты автома-топригодности приборов серии М42300 по критерию Кту.

•■ Таблица 2.1. Результаты анализа автоматопригодности приборов М42300 , :

Наименование конструктивного элемента Коэф. технического уровня проекта, Кту

1. Крышка 0,793

2. Корректор (крышка) . . . .0',.

3. Коышка СБ « 0

4. Кольцо магнвда ,

5. Сердечник СБ 0,375

6. Обойма 1 ' •""' '':. о ' '

7. Корректор (обойма) 0,933

8. Пружино держатель , 0,897: ::

9. Обойма СБ 0

10.Стрелочный указатель СБ 0,185

11. Магнитопровод 0,206

12. Механизм измерительный СБ ' 0

13. Корпус СБ 0,179

14. Прибор СБ

Результаты анйлиза позволил ш сделать следующие практические выводы и дать рекомендации по изменению конструкции й технологии изготовления 1ЦЭП: ■ " ' : '■'"" : '' '

1; В наибольшей степени по заготовительному производству требованиям автоматизированного производства удовлетворяют конструктивные элементы, изготавливаемые методом штамповки. Штамповка, как метод изготовления 5 деталей прибора,' должнабыть основньш, технологическим приемом заготовительного производства! В соответствий с требованиями получения деталей . методами штамповки'необходимо переработать конётрукцию деталей: обой; ма, кольцо маггата, магнитопровод и т.д. ; ; л л,. .-.п;; •.<>:.<;.■. <2. Разделить .узел "Измерительный механизм" на ряд конструктивно независи-мыхузлов с числомдеталейше более 6;.8 шт. Обеспечить сборку каждого из л новыхузлов и измерительного механизма в; цёломл на! одну базовую деталь или , узел; за счетов элементарных-'рабочих »движений (возвратно-поступательного и-вращательного). ; ЙОГ- м

3 . В конструкции1 деталей малой жесткости йсключить'гальванические покрытия, например, за счет использования прогрессивных материалов. Обеспечить', конструктивно возможность ориентации и поштучной выдачи этих . деталей при сборке, например, за счет подачи их на сборку в ленте.

4. Исключить из конструкции узлов верхней и нижней опоры стопорные гайки, пружинные шайбы и-другие конструктивные элементы, не несущие непосредственно приборных функций^ например; за счет использования соединений с натягом, упругих свойств материалов других деталей и т.д.

5. Для автоматизации регулировочных и поверочных операций использовать активные функции прибора, разработать конструктивные элементы, моющие бьггё датчиками при проведении этих операций.

6. Ориентировать конструкцию и технологию изготовления деталей на методы, позволяющие получить более высокую (по сравнению с базовой конструкци ей) точность геометрических размеров, в особенности базовых й сопрягаемых элементов.

С учетом проведенного анализа и выработанных рекомендаций переработана конструкция и технология изготовления приборов сёрйи М42300 [9, 10, 20, 32], которая стала базовой для других серий приборов. В наибольшей степени была изменена конструкция и технология изготовления измерительного механизма [1,7, 25, 32] рис.2.1, являющегося основным конструктивным узлом прибора. Его отличительными особенностями является: обойма, состоящая из двух частей - скобы 1 и верхнего моста 2, каждая из которых изготовлена методом штамповки. В скобе обоймы установлен магнитный сердечник, состоя-щии из магнита 3 и двух закрепленных на нем с помощью сухого пленочного клея ПКС135 полюсных наконечников 4, изготовленных методом штамповки. Магнитный сердечник является отдельным конструктивным узлом, который собирается на роторно-конвейерной линии РКЦМ. Сопряжение скобы и магнитного сердечника обеспечивается за счет воздушных зазоров 5 между полюсными наконечникамии выступов 6 по внутренним сторонам скобы. ,

Узлы верхней и нижней неподвижных опор расположены на мосту и скобе оббймы соответственно. Использование в их конструкцйи фланцевой щэп пластмассовой втулки 7, изготавливаемой методом литья под давлением, позволило исключить из конструкции узла опоры пружинную шайбу и стопорную гайку. Закрепление верхнего и нижнего узлов коррекции положения подвижной части и винтов подпятника 8 обеспечивается за счет упругих свойств фланца втулки и натяга в резьбовом соединении между винтом подпятника и втулкой.

Конструкция подвижной части прибора 9, состоящая из алюминиевого каркаса, выполненной на нем обмотки и закрепленных на обмотке узлов верхней и нижней подвижных опор, разработана с учетом обеспечения возможности автоматизации процесса статической балансировки прибора.

В конструкции измерительного механизма использован витой магнито-провод 10 [1, 29], изготавливаемый методом штамповки с последующей навивкой на специальном автомате, установленный на обойме с натягом. Использование витого магнитопровода, кроме улучшения технико-экономических показателей производства, обеспечивает более высокие метрологические характеристики прибора за счет более жесткой геометрии рабочего воздушного зазора, что важно для последующей автоматизации регулировочных и поверочных операций. . ' .;;

В работе [32] даны'методы расчета основных конструктивных параметров и эксплуатационных характеристик приборов с витым магнитопроводом. В частности: по формуле (2.1) (определяется максимально допустимая величина натяга А при-установке магнитопровода на обойму, по формулам (2.2), (2.3) определяются предельно допустимые значения-вибро- Wo и ударопрочное™ Wyд магнитной системы. - " ' ( ' Б-Ь

• . Д = 2Я0:-—--1 (2.1)

Е-Ь-2110аг

2.2)

Ууд<

2.3) где Ко - радиус кривизны магнитопровода в свободном состоянии; Е - модуль упругости материала магнитопровода',Ь - высота сечения магнитопровода; и -предел текучести материала магнитопровода; ^ - коэффициент сухого трения; Р - сила реакции, действующей на магнитопровод со стороны обоймы; С* - вес магнитопровода; § - ускорение свободного падения.

Технологическая схема сборки измерительного механизма изложена в работах [7, 32]. Разработанная конструкция измерительного механизма обеспечивает независимую раздельную сборку основных его узлов (скоба, мост, магнитный сердечник, подвижная часть), которые затем собираются непосредственно в измерительный механизм рис.2.2.

Полная сборка каждого из узлов и механизма в целом осуществляется с использованием разработанных индивидуальных автоматических сборочных устройств, конструкция которых упрощена за счет обеспечения сборки про

Рис.2.2. Схема сборки измерительного механизма стейшими рабочими движениями (преимущественно возвратно-поступательными и вращательными). , ,.

Разработана также нрвдя конструкция прибора в целом [9], обеспечивающая возможность автоматизации основных технологических операций изготовления и поверки прибора.

Новая конструкция измерительного механизма и прибора в целом обеспечивает:

1. Автоматизацию заготовительного производства за счет сокращения номенклатуры используемых технологических процессов в пользу легко автоматизируемых, например, получения деталей методом штамповки, применения новых прогрессивных материалов, сокращения объема гальванической обработки и т.д.

2. Автоматизацию сборочного производства за счет расчленения процесса сборки на автономную сборку конструктивно простых узлов с ограниченным количеством деталей, обеспечения сопряжения и сборки деталей и узлов элементарными рабочими движениями сборочных автоматов и т.д.

3. При установленном сроке окупаемости 5 лет, коэффициент технического уровня проекта Кту: для узла "Измерительный механизм" равный 0,768 и для "Прибора" в целом равный 0,721.

3. МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОПЕРАЦИЙ РЕГУЛИРОВКИ И ПОВЕРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ ПРИБОРОВ

Технологические операции регулировки и поверки прибора выполняются после сборки между собой узлов "Измерительный механизм" и "Корпус в сборе". При этом последовательность выполнения основных технологических операций следующая: намагничивание до насыщения магнитного сердечника измерительного механизма; выставление осевого зазора в опорах подвижной части; вибростабилизация основных конструктивных элементов измерительного механизма; балансировка подвижной части; регулировка прибора на конечную отметку; определение индекса шкалы; установка шкалы выбранного шдекса; поверка прибора., Для^решения задач автоматизации ' большинства вышеназванных (операдайиспользовано свойство информативности приборов магнитоэлектрической системы [23,27,46]. При.этом сам прибор рассматривается как активный объект.автрматизации, способный выдавать информацию о своем состоянии во время проведения технологических операций регулировки и поверки. В действительности приборы магнитоэлектрической системы представляют собой, электромеханические системы, обладающие свойством .обратимости, и по существу являются генераторными или параметрическими измерительными преобразователями перемещения подвижной части прибора [46]. Их выходной электрический сигнал использован в задачах автоматизации технологических операций регулировки и прверки приборов.

Операция "Намагничивание до насыщения магнитного сердечника измерительного механизма" автоматизируется за счет дооснащения серийной установки намагничивания манипулятором, осуществляющим подачу узла "Корпус с измерительным механизмом" с транспортирующего устройства в зону намагничивания и обратно. ,

Операция "Выставление осевого зазора в опорах подвижной части" выполняется с помощью специального автомата [8, 40], оснащенного автогенератором для самовозбуждения колебаний подвижной части на резонансной частоте стрелочного указателя - ^ = 190.260 Гц подвижной части прибора, рис.3.1.

Рис.3.1. Автогенератор для возбуждения резонансных колебаний подвижной <части .

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования [46] показали, что при заданной амплитуде рабочего электрического сигнала, подаваемого в обмотку подвижной части прибора, на резонансной частоте стрелочного указателя при осевом зазоре в опорах подвижной части б0 = м происходит скачкообразное, в десятки раз, увеличение амплитуды резонансных колебаний стрелочного указателя и устанавливается устойчивый стационарный режимработы автогенератора. При вертикальном расположении оси вращения подвижной части прибора и осевых зазорах больших (2.'.3)х10"6м имеет место эффект гашения резонансных колебаний стрелочного указателя поперечными колебаниями подвижной части, которые возникают за счет радиального зазора в опорах подвижной части прибора. Динамический эффект скачкообразного изменения амплитуды колебаний стрелочного указателя и переход работы автогенератора в стационарный режим служив информативным сигналом о моменте выборки осевого зазора в опорах подвижной части.

Далее с помощью реверсивного устройства, которым1 оснащен автомат для выставления осевого зазора, происходит вывинчивание верхнего винта подпятника на заданную величину и установка необходимого рабочего осевого зазора равного оо = (З5.40)х10 м.

Операция "Вибростабилизация основных конструктивных элементов измерительного механизма" проводится с целью снятия внутренних остаточных напряжений, возникающих у деталей малой жесткости в процессе их изготовления и сборки прибора. Внешнее вибрационное воздействие значительно эффективнее, чем температурное, ускоряет естественные процессы релаксации остаточных напряжений. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования [23, 46] показали, что наиболее эффективными являются вибрационные воздействия на подвижную часть измерительного механизма с частотой резонансных колебаний стрелочного указателя. При этом вполне достаточными являются: амплитуда колебаний конца стрелочного указателя, равная (2.3)х10"3м, и время вибрационных воздействий, равное 50.60 сек.

Операция выполняется на специальном автомате УК-250 [2], оснащенном автогенератором аналогичным показанному на рис.3.1, позволяющим реализовать метод возбуждения резонансных колебаний стрелочного указателя, основанный на использовании сигнала прибора как генератора в качестве сигнала положительной обратной связи для устройства возбуждения. Прибор в вертикальном положении устанавливается в автомат. В рабочую обмотку подвижной части подается сигнал возбуждения. За счет обратной связи наводимый в обмотке сигнал ЭДС через фильтр подается в усилитель автогенератора и затем вновь в рабочую обмотку подвижной части. В автогенераторе устанавливается устойчивый стационарный режим работы. Автомат отключается после истечения установленного времени, и прибор возвращается в транспортирующее устройство.

Операция "Балансировка подвижной части" проводится с целью уравновешивания последней и заключается в приведении центра массы подвижной части измерительного механизма на ось ее вращения. В качестве информативного сигнала о месте расположения центра массы подвижной части относительно оси ее вращения служит сигнал ЭДС, наводимый в обмотке подвижной части. Информативный сигнал наводится за счет крутильных колебаний подвижной части вокруг оси ее вращения, вызванных возвратно-поступательными движениями прибора в направлении, перпендикулярном оси вращения подвижной части, с частотой, равной собственной частоте крутильных колебаний подвижной части (5.7)Гц.

Для реализации возможности использования данного информативного сигнала разработаны способы и устройства балансировки [3, 4], и изменена конструкция подвижной части измерительного механизма [10], рис.3.2. На верхней опоре подвижной части 1 расположен балансировочный узел, основным элементом которого является чашка 2, выполненная в форме-части сферы и расположенная на конце со стороны, противоположной стрелочному указателю 3: В чашке балансировочного узла располагается балансировочный груз 4. Значение угла сферического сегмента (р, образующего рабочую поверхность чашки, определяется по формуле р = 2 • Р + 20°, ■ (3.1) где (3 - угол наклона рабочей платформы автомата для балансировки от горизонтального положения. В работе [32] даны методы и математические выражения для расчета параметров балансировочного узла и груза, а также основных режимов работы автомата для балансировки. а)

Рис.3.2. Подвижная часть прибора с автоматопригодным балансировочным узлом ' с'!::-!'".;;: ¡-Л"/;:- ■-■'■.-.■:■•-■•■•. .

Операция выполняется на автомате "Баланс" в три основных этапа. На первом прибор в горизонтальном положении устанавливается на горизонтально расположенную платформу автомата. Затем платформа начинает совершать возмущающие возвратно-поступательные движения. Платформа к тому же имеет возможность наклона в обе стороны от своего горизонтального положения на угол |3 вокруг горизонтальной оси, расположенной параллельно направлению ее возвратно-поступательного движения. Прибор автоматически поворачивается на движущейся платформе до тех пор, пока центр массы не сместится в плоскость, перпендикулярную направлению движения платформы и проходящую через ось вращения подвижной части. При этом информативный сигнал, наводимый в рабочей обмотке подвижной части, достигает своего максимального значения по амплитуде.

На втором этапе положение прибора на платформе фиксируется, и платформа начинает наклоняться, одновременно продолжая возвратно-поступательное движение. Направление наклона платформы определяйся по фазе информативного сигнала. Центр массы подвижной части, за счет перемещения балансировочного груза в чашке балансировочного узла, смещается на ось вращения подвижной части. За счет сферической формы чашки перемещение балансировочного груза происходит в плоскости, параллельной оси вращения подвижной части и перпендикулярной оси наклона платформы. О смещении центра массы подвижной части на ось ее вращения свидетельствует минимальный (нулевой) уровень информативного сигаала.

Операция завершается фиксацией положения платформы и креплением балансировочного груза, выполненного из легкоплавкого материала, с помощью точечного инфракрасного источника теплового излучения. Операция "Балансировка" в общей сложности проводится за 1,5—2 минуты.

Операция "Регулировка прибора на конечную отметку" эффективно может быть автоматизирована с использованием, технологических шкал, оснащенных емкостным датчиком положения стрелочного указателя. Об э'гом будет сказано в следующей главе доклада.

Операция "Определение индекса шкалы" по существу представляет собой определение градуировочной характеристики конкретного прибора, и предполагает его регулировку подбором необходимого индекса шкалы, соответствующего определенной градуировочной характеристике из стандартного ряда [12, 24, 30]. Для приборов магнитоэлектрической системы такой стандартный ряд состоит из 3.5 индексов.

Информативным сигналом при проведении операции служит значение максимальной амплитуды ЭДС - Е„, наводимой в рабочей обмотке подвижной части прибора после снятия (выключения) калиброванного токового сигнала 1К, подаваемого в обмотку. Значения подаваемых токовых сигналов, как правило, соответствуют оцифрованным отметкам шкалы прибора. В работе [46] показано, что значение Е„ может быть определено по формуле

Е„-8-1|/с, (3.2) где 1)/д - угол отклонения стрелочного указателя под воздействием калиброванного сигнала 1к; Б - чувствительность преобразования для конкретного прибора.

Последовательно подавая в рабочую обмотку рад калиброванных тбко-вых сигналов

1Ь12, .,1ь .,1П, (3.3) получаем ряд максимальных значений ЭДС, наводимых в обмотке после снятия каждого из калиброванных сигналов :

Еь Ег,'., Ек,,., Еп . (3.4)

Последнее значение Е„ соответствует полному углу отклонения стрелочного указателя на конечную отметку, отсюда

3.5)

Еп

Зная ряд углов расположения оцифрованных отметок на шкале прибора, определяется необходимый ее индекс. Операция реализуется в автоматическом режиме с использованием серийных технических средств.

Операция "Установка шкалы выбранного индекса" автоматизируется с использованием манипулятора, которым из магазина шкал выбирается шкала необходимого индекса и далее собирается с прибором. Операция выполняется за счет возвратно-поступательного движения исполнительного органа манипулятора, что обеспечивается за счет изменения конструкции прибора [9].

Технологический контроль прибора на этапе его регулировки и поверки осуществляется с помощью методов и средств, изложенных в работах [22, 23]. Окончательный контроль выполняется работниками ОТК.

Предложенные методы и устройства автоматизации основных технологических операций регулировки и поверки приборов обеспечивают значение коэффициента технического уровня проекта КТу на этих операциях от 0,648 до 0,893.

4. ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ СТРЕЛОЧНОГО УКАЗАТЕЛЯ

Один из основных недостатков стрелочных приборов, заключающийся в сложности автоматического считывания показаний, ограничивающий их использование в составе автоматических устройств контроля и управления, устраняется введением в конструкцию прибора встроенного емкостного датчика положения стрелочного указателя (ВЕД) [12,26].

Конструктивно ВЕД состоит из подвижного электрода, которым является стрелочный указатель, и одного или нескольких неподвижных электродов, выполненных в виде токопроводящих слоев и нанесенных на лицевую поверхность шкалы прибора под ее рисунок. Подвижный электрод - стрелочный указатель - соединяется с общей минусовой клеммой прибора. Неподвижные электроды электрически изолированы друг от друга и соединяются с независимыми дополнительными клеммами прибора. Выходным сигналом ВЕД является емкость между подвижным и каждым из неподвижных электродов. Количество и конструктивное исполнение последних определяют вид выходной характеристики ВЕД и функциональные возможности стрелочного прибора, а также его чувствительность и помехозащищенность.

Разработаны различные варианты конструктивного исполнения неподвижных электродов [14, 15, 16, 17, 18], предназначенные для решения различных задач управления и контроля, которые могут быть сведены к трем основным типам (рис.4.1).

На рис.4.1,а показана конструкция неподвижного электрода, состоящего из изолированных друг от друга радиально расположенных токопроводящих слоев шириной, равной ширине стрелочного указателя. ВЕД такой конструкции позволяет определить момент прохождения стрелочного указателя над каждым из радиально расположенных электродов.

На рис.4.1,6 показана конструкция неподвижного электрода, состоящая из изолированных друг от друга нескольких частей круговых колец, каждое из

23 % . . . которых разделено радиальными пазами'шириной, равной ширине стрелочного указателя, на два электрода. ВЕД такой конструкции позволяет снимать информацию о нахождении стрелочного указателя в заданном секторе в виде двоичного кода.

РиЬ;4:1. Варианты констругадай непоДвижньк электродов » ; На рис.4.1,в показана конструкция неподвижного электрода, состоящая из изолированных друг от друга нескольких частей круговых колец, каждое из которых разделено дугообразным пазом на два электрода равной площади. Выходные емкости ВЕД данной конструкции дифференциальны и пропорциональны углу поворота стрелочного указателя, что позволяет получить информацию об угле отклонения стрелочного указателя в виде аналогового сигнала. Характерной точкой такой конструкции ВЕД является положение стрелочного указателя, при котором площади перекрытия стрелочным указателем двух электродов одной и той же части кругового кольца и выходные емкости ВЕД равны между собой.

Выходной сигнал ВЕД складывается из двух составляющих [37, 38]: сВЕД = ^пост + Сперем(а), (4-1) где Споет - постоянная составляющая, являющаяся результатом взаимодействия неподвижных электродов и конструктивных элементов прибора, электрически связанных со стрелочным указателем; С„ерем(а) - переменная составляющая, являющаяся результатом взаимодействия рабочих электродов. Постоянная составляющая для каждого типа прибора определяется экспериментально и равна для приборов типа М42300 2.3пФ. Основное значение переменной составляющей формируется за счет площади перекрытия подвижным электродом -стрелочным указателем неподвижных электродов - токопроводящих слоев на лицевой стороне шкалы. Математическое выражение для определения Сперем(а) определяется известной моделью плоского конденсатора. Проведенные эксперименты показали, что погрешность модели не превышает 10%. Разность между максимальным и минимальным значением выходной емкости по переменной составляющей для ВЁД конструкций, показанных на рис.4.1,а и 4.1,6, составляет 0,4.0,5пФ, а ВЕД рис.4.1,в обеспечивает чувствительность порядка 0,006пФ на 1° поворота стрелочного указателя.

Столь малые значения выходных сигналов ВЕД требуют обеспечения помехозащищенности приборов с ВЕД и разработки специальных измерительных схем (ИС) для различных типов ВЕД. Достаточно эффективным методом повышения помехозащищенности приборов с ВЕД является выполнение на обратной стороне шкалы прибора, по всей ее поверхности, токопроводящего слоя, электрически связанного со стрелочным указателем. Такая конструкция по существу является экраном и обеспечивает практически необходимую помехозащищенность приборов с ВЕД.

Одним из основных требований к измерительным схемам для ВЕД является их высокая чувствительность. Для недифферёнциальных ВЁД (рис.4.1,а и 4.1,6) использованы схемы автоколебательных ЬС- и КС-генераторов, в которых в качестве частотозадающей емкости включен ВЕД, параллельно с которым включена дополнительная высокостабильная емкость. Это позволило повысить стабильность и помехозащищенность ВЕД. Экспериментальным путем была подобрана оптимальная частота генерации 20МГц. Разработана схема ЬС-генератора, питание и входной сигнал в которой передаются по одной шине, что обеспечивает уменьшение длины соединительных проводов.

В качестве ИС могут быть использованы мостовые схемы на переменном токе, где в двух плечах емкости, а в двух других - резисторы. Для недифференциальных ВЕД последний включается в одно из плеч моста, а для другого плеча используется емкость между неподвижным электродом на лицевой стороне шкалы и токопроводящим слоем, служащим экраном, на обратной стороне шкалы. Для дифференциальных ВЕД (рис.4.1,в) его выходные емкости помещаются в различные плечи мостовой схемы. Установка моста в равновесное состояние при требуемых положениях стрелочного указателя осуществляется переменными резисторами в его резисторных плечах.

Задача преобразования дифференциальных выходных емкостей ВЕД в напряжение постоянного тока решается с помощью ИС с диодным кольцом, показанной на рис.4.2.

Увых

Рис.4.2. Измерительная схема с диодным кольцом

К одной диагонали диодного кольца подсоединены неподвижные электроды (точки А и С), стрелочный указатель при этом заземлен (точка В). Вы

25 ' ходной сигнал снимается с конденсатора С4, который вместе с резистором Я2 образует пассивный фильтр, подавляющий на выходе переменную составляющую, идущую от питающего генератора. Такая схема обладает высокой чувствительностью, позволяющей получить значение выходного напряжения ВЕД в пределах 0.0,5В, то есть 5,7мВ на 1° отклонения стрелочного указателя, без дополнительного усиления.

Разработанные и. исследованные встроенные датчики положения стрелочного указателя позволяют расширить функциональные возможности стрелочных приборов [28, 33, 35] и использовать их не только в составе автоматических устройств контроля и управления, но и создавать: дополнительные сигнализирующие устройства для операторов, а также решить задачи поверки приборов при эксплуатации без снятия прибора со Щита. Актуальной также является задача автоматизации считывания показаний с приборных'щитов, которая достаточно просто решается с использованием приборов 8 ВЕД [34,36]. ; ; V. ^ :

Другим важным практическим приложением использования приборов с ВЕД являются задачи автоматизации их производства на стадий их регулировки и поверки. Для решения этих задач могут, использоваться ВЕД, выполненные как на штатных, так и на технологических шкалах приборов. В частности, технологическая операция "Регулировка прибора на конечную отметку"'может быть автоматизирована с использованием технологической шкалы с ВЕД позволяющей фиксировать нулевое и конечное положение стрелочного указателя. Вначале, с помощью штатного корректора положения стрелочного указателя последний автоматически устанавливается на нулевую отметку, затем в рабочую обмотку прибора подается электрический сигнал, соответствующий конечному положению указателя, и путем последовательного дозированного намагничивания и размагничивания магнитного сердечника измерительного механизма последний намагничивается до необходимого значения, обеспечивающего отклонение стрелочного указателя до конечной отметки шкалы.

Использование встроенного емкостного датчика положения стрелочного указателя обеспечивает коэффициент технического уровня проекта Кту на операциях регулировки и поверки приборов, равный от 0,742 до 0,921.

5. КОМПЛЕКСНО-АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЩЭП В УСЛОВИЯХ ЧЕБОКСАРСКОГО ОАО "ЭЛЕКТРОПРИБОР"

Проведенные разработки и исследования позволили: создать; в условиях Чебоксарского ОАО 'Электроприбор" комплексно-автоматизированное производство.щитовых электроизмерительных приборов-магнитоэлектрической системы. Структурная схема такого производства показана на рис.5.1. Комплексный подход обеспечен за счет автоматизации основных технологических операций изготовления деталей прибора, сборки конструктивных узлов и прибора в целом и последующей регулировки и поверки прибора. Кроме того, за счет использования АСУТП "Прибор" обеспечивается управление основными технологическими потоками, работой промежуточных складов и складом сбыта, а также управление работой главного сборочного конвейера и отдельных автоматов.

Сх) о

Я Узчэ я о X о

К р

§ § а 8 я о 3 и К 43 о м и о

3 а о к ло м о

Й ш

ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Участок переработки пластмасс 'чяштззшввшшшшшЕй

Участок СА для сборки подузлов Задачи, реш&вьа.кЭВМ

1. ПлаюфовакиЕ ву&т хю заготовительному проюводству

2. V пр ззл? кк* работок склбл&-йвтсматй

3. Ллмтровешке куче* да еборочнопу произвоолву

4. Управление работой пмвиого сборочкого конвейера

5. Обслуживание скгшда сбыта

Штамповочный участок

СА сборки серпе чинка

СА сборки изйер». меянязяи СА сборки гокерит. ЯДО&ОСИИа сборкк . скйбН

Г8

Главный сборочный конвейер

Склад" сбыта

ТОКОПрОВСЩОВ/ г>

СА сборки корпуса. юм.

Выставление осевого зазора

Балансировка

Подбор. ивдпЕа шкалы

Закрьгйю прибора

СБОРОЧНОЕ ПРОЮВОДСТВО

ЗА сборки корпуса

Упакжка,

В составе комплексно-автоматизированного производства выделены заготовительное производство и сборочное производство. Детали, изготавливаемые на основных производственных участках заготовительного производства -автоматном, гальваническом, штамповочном и участке переработки пластмасс, после завершения технологического цикла их изготовления подаются на автоматизированный склад. Некоторые участки заготовительного производства до-оснащены специальными1 автоматами (СА), обеспечивающими полный цикл изготовления деталей на этих участках. Кроме того, в составе заготовительного производства организован специализированный участок СА, обеспечивающий сборку подузлов,Например, винта с подпятником, керпа с буксой и т.д. В состав сборочного производства входят главный сборочный конвейер и участок специальных сборочных автоматов, на которых выполняют сборку моста, сборку скобы, сборку подвижной части и сборку измерительного механизма. На главном сборочном конвейере выполняют сборку корпуса прибора, сборку корпуса с измерительным механизмом й затем последовательно1 всё' регулировочные и поверочные операции с использованием специальных автоматов для регулировки и поверюя приборов. Завершающей операцией на главном сборочном конвейере является выписка паспорта и упаковка прибора, после проведения которой готовые приборы подаются на склад сбыта. • ■

Работа комплексно-автоматизированного производства организуется с помощью ЭВМ и системы АСУТП "Прибор". Основными задачами, решаемыми в рамках АСУТП, являются: планирование и учет по заготовительному производству; управление работой склада-автомата; планирование и учет по сборочному производству; управление работой главного сборочного конвейера; обслуживание склада сбыта; оперативный контроль за работой производства в целом. 1

Разработанный проект комплексно-автоматизированного производства рассчитан на программу выпуска одного миллиона ЩЭП в год и, при установленном сроке окупаемости 5 лет, обеспечивает коэффициент технического уровня проекта Кту равный 0,721.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполнения комплекса научно-технических исследований осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение - разработана и исследована методология организации НЙОКР при проведении работ по проектам производственного назначения, направленных на повышение эффективности производства, в том числе и за счет его автоматизации,: С использованием предложенной методологии разработаны теоретические основы и осуществлены практические конструкторские и технологические разработки щитовых магнитоэлектрических приборов, отвечающих требованиям организации автоматизированного производства на всех его этапах, начиная от изготовления деталей й кончая поверкой, а также разработан и внедрен проект комплексно-автоматизированного производства ЩЭП в условиях Чебоксарского ОАО "Электроприбор".

Основные результаты и выводы, полученные при решении данной проблемы, заключаются в следующем:

1. Предложен, теоретически обоснован технико-экономический критерий Кту -коэффициент технического уровня проекта, позволяющий количественно оценить эффективность выполнения проектных работ, ориентированных на повышение эффективности производства, основанный на взаимосвязанном учете затрат на производство по всем его этапам и получаемых при этом экономических результатов. Разработанный критерий позволяет оценить результаты внедрения проекта в конкретных экономических условиях.

2. Разработаны математические модели в виде графов, отражающие топологию конструкций изделий производственного назначения и технологий их производства, обеспечивающие высокий, вплоть до отдельных, переходов технологического процесса, уровень детализации анализируемого объекта, что в свою очередь позволяет проводить количественный анализ конструкций изделий и технологий их производства на соответствие требованиям эффективного производства, а также указать возможные направления изменения конструкций изделий и технологий их производства с целью повышения его эффективности.

3. Разработана и апробирована на практике при проведении НИОКР по теме "Разработка комплексно-автоматизированного производства ЩЭП в условиях Чебоксарского ОАО "Электроприбор" методология организации НИОКР, основанная на предложенном критерии и математических моделях, позволяющая поэтапно, начиная с ранних стадий, оценить эффективность проведения проектных работ и указать пути повышения эффективности их проведения.

4. В рамках предложенной методологии предложены пути решения конкретных технических задач и: а) разработаны и исследованы механические конструкции и технологии производства щитовых магнитоэлектрических приборов, отвечающих требованиям автоматизированного производства на этапах изготовления деталей и сборки, обеспечивающие организацию .узловой и общей сборки приборов за счет простейших рабочих движений сборочных автоматов; б) проведено исследование информативных функций щитовых магнитоэлектрических приборов в динамических режимах и разработаны пути повышения автоматопригодности конструкций ЩЭП и технологий их производства на этапах регулировки и поверки, основанные на использовании информативных функций ЩЭП в обратимых режимах; в) разработан и исследован встроенный емкостной датчик положения указателя стрелочного прибора с использованием конструктивных элементов традиционных конструкций стрелочных приборов (шкалы и стрелочного указателя), за счет чего обеспечено расширение функциональных возможностей ЩЭП и возможность их использования в автоматических системах управления и контроля; г) предложены пути повышения автоматопригодности конструкций ЩЭП при проведении технологических операций их регулировки и поверки, основанные на использовании встроенного емкостного датчика положения стрелочного указателя; д) разработаны структурные схемы технологического оборудования, предназначенного для автоматизации производства щитовых магнитоэлектрических приборов, проверена его работоспособность на опытных и опытно-промышленных образцах. '

5. Основным практическим результатом данной работы является разработка и опытное внедрение комплексно-автоматизированного производства ЩЭП в условиях. Чебоксарского ОАО "Электроприбор", при этом полученнные результаты могут быть распространены на другие предприятия отрасли, методология организации НИОКР может использоваться при проведении работ по любым проектам производственного назначения. i

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.C. СССР 1171717. Измерительный механизм магнитоэлектрической системы / М;И.Белый, В.А.Мишин,Т.В.Медведёв, В.С.Ильин. Опубл. в БИ, 1985,№29. ' , : !.''

2. A.C. СССР 1174864. Способ вибрационной стабилизации подвижной системы магнитоэлектрического прибора / В.А.Мишин, Д.М.Белый, А.Е.Докторов, Г.В.Медведев, В.С.Ильин. Опубл. в БИ, 1985, №31.

3. A.C. СССР 1216691. Устройство для статической балайсировки подвижной части прибора / В.А.Мишин, Д.М.Белый, А.А.Новиков, Г.В.Медведев. Опубл. в БИ, 1986, №9.

4. A.C. СССР 1226315. Подвижная система магнитоэлектрического измерительного прибора и способ ее балансировки / В.А.Мишин, Д.М.Белый,

A.А.Новиков, F.B.Медведев, В.С.Ильин. Опубл. в БИ, 1986, №15.

5. A.C. СССР 1242832. Подпятник / Г.В.Медведев, В.А.Мишин, Е.И.Лазарев, В.П.Ласточкин. Опубл. в БИ, 1986, №25.

6. A.C. СССР 1308018. Электроизмерительный прибор и устройство его поверки / В.А;Мйшин, Г.В.Медведев, Ф.С.Корчев. Опубл. в БИ, 1987, №12.

7. A.C. СССР 1376747- Измерительный механизм электроизмерительного прибора й способ его сборки / В.А.Мишин, Г.В.Медведев, В .П. Ласточкин. Опубл. в БИ, 1988, №7.

8. A.C. СССР 1397838. Устройство для возбуждения колебаний подвижной системы магнитоэлектрического прибора / В.А.Мишин, А.Е.Докторов, Г.В.Медведев. Опубл. в БИ, 1988, №19.

9. A.C. СССР 1430892. Электроизмерительный прибор / В.А.Мишин, Г.В.Медведев. Опубл. в БИ, 1988, №38.

10. A.C. СССР 1485816. Подвижная система магнитоэлектрического измерительного механизма и способ ее балансировки / А.А.Новиков, В.А.Мишин, Г.В.Медведев и др. Опубл. в БИ, 1989, №36.

11. A.C. СССР 1499330. Способ автоматической поверки аналоговых электроизмерительных приборов / Ю.В.Корольков, Г.В.Медведев, А.Н.Кирчун. Опубл. в БИ, 1990, №3.

12. ¡A.C. СССР 1599818. Способ автоматической поверки измерительных приборов /В.А.Мишин, С.К.Киселев, Г.В.Медведев. Опубл. в'БИ, 1992, №10.

13. Патент РФ 2108586. Противоударный подпятник для керновой опоры /

B.А.Мишин, Е.К.Лазарев, Г.В.Медведев. Опубл. вБИ, 1998, №10.

14. Патент РФ 2122180 Электроизмерительный прибор / Г.В.Медведев, Д.Л.Федоров,В.Н.Шивринский,В.А.Мишин. Опубл. вБИ, 1998,№32.

15. Патент РФ 2121135 Электроизмерительный прибор / Г.В.Медведев, Д.Л.Федоров, В.Н.Шивринский, В.А.Мишин. Опубл. в БИ, 1998, №30.

16. Патент РФ 2121661 Электроизмерительный прибор,/;Р.ВМедведев, Д.Л.Федоров, В .Н.Шивринский, В.А.Мишин. Опубл. в БИ, 1998," №31.

17. Патент по заявке №97115971/28(017138) Электроизмерительный прибор / ГЛЗ.Медведев, Д.Л.Федоров, В.Н.Шивринский, В.А.Мишин - решение о выдаче патента от 29.09.97. '■■••

18. Патент по заявке №97115975/28(017134) ЭлектроизмерйтеДьньщ прибор / Г.В.Медведев, Д.Л.Федоров, В.Н.Шивринский, В.А.Мишин - решение о выдаче патента от 29.09.97.

19. Патент РФ 2118825 Магнитоэлектрический измерительный механизм / В.А.Мишин, Е.К.Лазарев, Г.В.Медведев. Опубл. в БИ, 1998, №25.

20. Meßwerk fur ein elektrisches Meßgerat und Verfahren zu Seiner Montage / V.A.Mischin, G.V.Medvedev, V.P.Lastovkin. Offen legungsschrift DE 41.07546A1 10.09.92. Bundesrepublik Deutschland.

21. Бизнес-план инвестиционного проекта: Учеб. пособие В.М.Попов, Л.П.Кураков, Г.В.Медведев и др. / Под ред. В.М.Попова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Финансы и статистика, 1997. - 418с. ;

22. Киселев C.K., Медведев Г.В. Методы устранения динамической ошибки в автоматизированных системах поверки стрелочных приборов // В кн.: Тезисы докладов XXVII научно-технической конференции Ульяновского политехнического института. Ульяновск, 1989, с. 19-20.

23. Киселев С.К., Медведев Г В., Мишин В.А. Автоматическая поверка стрелочных электроизмерительных приборов в динамических режимах. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1996,120с.

24. Мищин В.А., Медведев Г.В. Автоматизация регулировочных операций сборки с помощью технологических писал И Вкн.: Автоматизацад контрольно-поверочных . работ в элек5фоприборостроении: :Тезись1 докладов научно-технического семинара. Ульяновск, 1986, с. 16. : - . ■ ; . Аопоно ■

25. Йишин B.À., Медведев Г.В. Состояние и перспективы создания уни-. фицированцых цзмерительных механизмов аналоговых электроизмерительных приборов // Приборы и .системы управления, l,,c.27-28.:,j;^ ; ь : -, ,

26. Мишин В.А., Медведев Г.В. Расширение фунгащональных ¡возможностей аналоговых электроизмерительных приборов на основе встроенного контроля показаний // В кн.: Тезисы докладов международной конференции "Мера-92". Москва, 1992, с.24-26. J /

27. Мишин В А., Шивринский В.Н., Медведев Г.В. и др. Обеспечение контролепригодности аналоговых измерительных приборов // В кн.: Тезисы докладов 5-ой Российской научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые, тепловые .методы и средства контроля качества: материалов, изделий и окружающей среды". Ульяновск, 1993, с. 11-12.

28. Мишин В.А., Шивринский В.Н., Медведев Г.В. и др. Расширение функциональных ¡возможностей аналоговых приборов// В кн.:: ¡Тезисы докла-. дов XXVIII научно-технической конференции. Часть 1. Ульяновск, 1994, с.20-21.

29. Медведев Г.В. Влияние конструктивных и технологических параметров магнитопровода на характеристики ЩЭП с внутрирамочным магнитом // В кн.: Новые методы повышения надежности аналоговых электроизмерительных приборов: Препринт докладов Научного Совета АН СССР. Ульяновск; 1984, с.5-7.

30. Медведев Г.В. Исследование погрешности изготовления и установки стандартных шкал магнитоэлектрических приборов // В кп.: Автоматизация контрольно-поверочных работ в электроприборостроений: Тезйсы докладов научно-технического семинара. Ульяновск, 1986, с. 18-19. ' ) , : ,

3h Медведев Г.В. Методология организации НИОКР и подготовка производства инвестиционных проектов производственного назначения. УльянЬвск: Изд. УлГТУ, 1998,43с. о: л . ; v

32. Медведев Г.В., Мишин В:А. Щитовые магнитоэлектрические 1фиборы, пригодные для автоматизации производства: ЧебоксарЬ!-. Изд-йо Чуваш, ун-та, 1996, 132с. ' .л,".

33. Медведев Г.В., Федоров Д.Л. Стрелочные измерительные приборы с расширенными возможностями // В кн.: Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Тезисы докладов Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. Чебоксары: Изд-во Чуваш; ий-та, 1996; с.46-48. • : г

34. Медведев Г.В., Федоров Д.Л. Щиты электроизмерительных приборов с кодовым информационным выходом // В кн.: Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития: Тезисы докладов научно-технической конференции с международным участием. Ульяновск: Изд. УлГТУ, 1996, с.93-95.

35. Медведев Г.В., Федоров Д.Л. Расширение функциональных возможностей стрелочных электроизмерительных прибЬров // Сб. статей "Измерительные преобразователи и информационные технологии". Под ред. Гусева В;.Г. Уфа: Гилем, 1996, с.93-102.

36. Медведев Г.В., Федоров Д.Л. Автоматизация считывания информации с щитов электроизмерительных приборов // В кн.: Автоматизация ТП и производств. Точность, качество и надежность конструкций и технических систем: Тезисы докладов межвузовского семинара. Самара, 1997, с.12-15.

37. Федоров Д.Л., Медведев Г.В. Выбор и обоснование расчетных схем емкостного датчика угла положения стрелки измерительного прйбора // В кн.: Тезисы докладов XXX научно-технической конференции УлГТУ. - Ульяновск, Изд. УлГТУ, 1996, с. 7-9.

38. Федоров Д.Л., Медведев Г.В. Разработка конструкции и расчет функции преобразования емкостного датчика угла положения стрелки измерительного прибора // В кн.: Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Тезисы докладов научно-технической конференции. - Пенза: Изд. Пенз. гос. техн. ун-та, 1996, с.70-71.

39. Федоров A.B., Медведев Г.В. Технико-экономические аспекты отработки конструкций изделий на технологичность // В кн.: Совершенствование организации производства в условиях интенсификации: Тезисы докладов научно-практической конференции. Ижевск, 1987, с.52-53.

Список цитируемой литературы:

40. A.C. СССР 1760366. Способ регулировки , осевого зазора в керновых опорах ЭИП и устройство для его осуществления / В.А.Мишин, А.Е.Докторов, Г.А.Алексеев, Е.С.Угандеев. Опубл. в БИ, 1992, №33.

41. Арутюнов В.О. Электрические измерительные приборы. M.-JL: Гос-энергоиздат, 1958, 631с. .

42. Бегларян В.Х. Проектирование приборов, оптимальных по конструктивно-технологическим параметрам (Б-ка приборостроителя). - М.: Машиностроение, 1977, 120с.

43. Владимирский P.A. Пути технического перевооружения отрасли на основе внедрения прогрессивной технологии // Приборы и системы управления, 1982, №12, с.З 8-40.

44. Гореликов Н.И., Елимов A.B., Модягин И.В. Качество и надежность средств электроизмерительной техники // В кн.: Перспективные направления развития электроприборостро.ения. Труды VI Всесоюзной научно-технической конференции. - Л.: ВНИИЭП, 1981, с.89-99.

45. Каплин O.K., Смирнов А.Н., Ятманов Б.А. Выбор структуры построения функционально полной серии щитовых приборов для энергосистем // Приборы и системы управления, 1978, №5, с.28-29.

46. Мишин В.А. Теория, разработка и исследование стрелочных электроизмерительных приборов как активных объектов автоматизации производства на этапах регулировки и контроля: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ульяновск, 1988г.

47. Материалы симпозиума фирмы "Prefag". Доклад ФРГ, фирма "Prefag,,.-M.: 1983,27с.

48- Медвидь М.В. Автоматические ориентирующие загрузочные устройства и механизмы. - М.: Машгиз, .1963,376с.

49. Нестеренко А.Д., Орнатский П.П. Детали и узлы приборов. Киев; Тех-, пика,1965,428с. ■ .;-. 50. Пятин Ю-М. Проектирование элементов , измерительных приборов. -М.: Высшая школа, 1977,304с. • .,.;„• .с ■ .,

51. Технологичность конструкций изделий. Справочник. Т.КАлферова, Ю.Д.Амирова, А.Н.Волкова и др. / Под ред. Ю.Д.Амирова. - М.: Машиностроение, 1985,368с. . '. ,v ■

52.; Состояние и перспективы развития автоматизированного, производства в мире // Оперативная информация ДНИИТЭИ приборостроения, 1983, №26 (533), 16с.

53. Хайман Д.Н. Современная микроэкономика: анализ и применение. В