Тугенгольд А.К., Изюмов А.И., Терехов Д.Ю.

Донской государственный технический университет, Россия

Интеллектуальная интерактивная техническая документация многооперационного станка

Введение. Многооперационные станки с ЧПУ являются достаточно распространенными представителями класса технологических объектов автоматизированного производства. Известно, что точность обработки является важнейшей характеристикой любого технологического оборудования, в данном случае – металлорежущего станка с ЧПУ. Повышение точности изготовления деталей увеличивает срок службы машин и оборудования. При недостаточной точности изготовления составляющих машину частей качество ее функционирования будет невысоким, так же в процессе работы могут возникать существенные динамические нагрузки, которые приводят к ускоренному износу оборудования и его разрушению [1].

Данная работа посвящена аспектам создания интеллектуальной интерактивной электронной технической документации мехатронного технологического объекта, которой присвоено название «Смарт-паспорт». В технологии производства система смарт-паспорта представляется как способ совершенствования информационного обеспечения в целях достижения высокого качества изготовления изделий и организационного документооборота технических и технологических данных (сведений) в жизненном цикле каждого конкретного технологического объекта. Система реализуется [2] в качестве автономного программного модуля, который имеет возможность подключения к системе ЧПУ станка. Таким образом, появляется возможность внесения коррекции в управляющую программу с помощью интеллектуальной поддержки смарт-паспорта, реализованной за счет наличия собственной системы знаний.

Система знаний представляет собой основу интеллектуальной базы смарт-паспорта и обеспечивает принятие решений по управлению технологическим объектом. Непосредственно сами решения формируются системой знаний с учетом индивидуальных и текущих особенностей конкретного объекта на основе правил, содержащихся в СЗ, что позволяет обеспечить более адекватную оценку ситуации при принятии решений. В работе [3] указывалось, что для наиболее полного формирования системы знаний станка предварительно должна быть создана база данных как оперативных, так и наследуемых параметров мехатронного технологического объекта.

Также система знаний включает ряд подсистем, в числе которых: процесс обработки, станок, инструмент, заготовка, а также ряд совокупностей правил принятия решений в операциях металлообработки (длина сверления, расточка), и требуемых параметров точности (размерная точность и т.д., шероховатость). Оценка ситуации и принятие решений выполняется многоуровневой интеллектуальной системой управления [4]. Программа принятия решений по количеству и параметрам проходов определяется, исходя из наследуемых и оперативных данных. В функции этой системы управления входят прогнозирование точности обработки, принятие решений и программы действий, сопоставление прогнозов с результатами обработки деталей и накопление знаний.

Связи между смарт-паспортом и УЧПУ станка предусматривают возможность использования принимаемых интеллектуальной системой управления решений для составления или коррекции управляющей программы, а также пополнения баз данных и знаний паспорта. Связь с операторами обеспечивает доступ к смарт-паспорту посредством информационной сети предприятия.

Рассмотрим некоторые принципы функционирования смарт-паспорта на примере подсистемы «Инструмент». Эта подсистема включает в себя совокупность данных о состоянии режущих инструментов, установленных в магазин многооперационного станка. Подсистема оснащена модулем наблюдения за изменением состояния инструмента в связи с его изнашиванием на стадии металлообработки. Модуль наблюдения работает в совокупности с модулем мониторинга состояния инструмента, который предназначен для оценки поведения инструмента, а также прогнозирования его параметров стойкости и износа. Модуль использует введенное в работе [5] условное значение в периоде стойкости, на некотором интервале времени / пути / объема удаленного материала при резании до начала катастрофического износа инструмента. В соответствии с теорией нечетких знаний используются представления нечеткой границы и нечеткой пограничной полосы стойкости.

Рисунок 1 – Диаграммы износа режущего инструмента, формируемые модулем прогнозирования подсистемы «инструмент» смарт-паспорта многооперационного станка; а) Нечеткая граница стойкости инструмента FB до износа, б) Нечеткая граница размерной стойкости инструмента; hr – радиальный износ, Т – стойкость инструмента.

На рисунке 1 представлены диаграммы радиального износа режущего инструмента в зависимости от времени обработки. Обрабатываемый материал – сталь 45, инструмент – концевые фрезы Links, d=10 мм, 4 зуба. Контрольные точки фиксации состояния инструмента отмечены на графике. Снятие данных производилось через равные промежутки времени (исключая процесс приработки инструмента). Как можно увидеть из рисунка, модуль наблюдения зафиксировал период повышенного изнашивания инструмента в 4 из 5 случаев на отметке в 40 мин. с начала обработки. По истечении 55 мин. все фрезы подверглись стабильно возрастающему износу, что может привести к поломке как инструмента, так и оборудования.

Заключение. Паспортизация станков является важным этапом в повышении эффективности, точности и производительности операций металлообработки. Смарт-паспорт мехатронного технологического объекта предлагается к использованию как своременная технология управления станочной системой в автоматизированном производстве. Кроме непосредственного повышения точности и производительности с помощью смарт-паспорта обеспечивается обмен информацией, определение остаточного ресурса надежности оборудования и пр.

Литература

1. Тугенгольд А.К. Система управления станком, обеспечивающая повышенную точность обработки / А.К. Тугенгольд, Е.А. Лукьянов, В.А. Герасимов. – СТИН. – 1999. – № 8, с. 21-26.

2. Тугенгольд А.К. Smart-Passport открытой мехатронной технологической системы. Контент / Интеллектуальная электронная документация. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013/ - 83 c.

3. Тугенгольд А.К., Лысенко А.Ф., Тишин А.С. Интеллектуальная электронная паспортизация в системе управления технологическими объектами.// Микроэлектронные информационно-управляющие комплексы: сб. тез.и ст. Всерос. науч. шк., 5-7 сент. – Новочеркасск: Лик, 2011.

4. Тугенгольд А.К., Лукьянов Е.А. Интеллектуальное управление мехатронными технологическими системами. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2004. – 117 с.

5. Тугенгольд А.К., Изюмов А.И. Принципы концептуального подхода к созданию подсистемы "ИНСТРУМЕНТ" в Смарт-паспорте многооперационного станка. – Вестник ДГТУ. – 2014. – №2.