Анализ состояния вопроса

Горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточный станок с ЧПУ, крестовым столом и инструментальным магазином мод. 2204ВМФ4 предназначен для комплексной обработки с четырех сторон без переустановки корпусных деталей средних размеров. На станке может производиться получистовое и чистовое фрезерование плоскостей, пазов и криволинейных поверхностей концевыми, торцовыми и дисковыми фрезами, а также растачивание, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы метчиками. Шероховатость обработанной поверхности Ra 1,5...2,5 мкм. Управление станком производится с помощью микропроцессорного устройства ЧПУ и вручную (с пульта управления). На станке программируются координатные перемещения стола и шпиндельной бабки, скорости этих перемещений, режимы обработки, выбор и смена инструмента с коррекцией их размеров, выполняемых в автоматическом цикле. Особенностью станка является наличие устройства для контроля угла поворота шпинделя, позволяющее нарезать резьбу резцом, а также автоматически устанавливать ориентированный относительно продольной оси инструмент. Применение замкнутых роликовых направляющих качения и беззазорных шариковинтовых пар повышает долговечность станка, плавность перемещения рабочих органов и КПД их приводов.

Рисунок 1 – Общий вид станка 2204ВМФ4

Рисунок 2 – Схема планировки 2204ВМФ4

1.2 Постановка задачи

              Основное назначение автоматизированной системы интеллектуального сопровождения объекта в его жизненном цикле – сформировать данные по этому объекту, применить к ним аналитические методы и на их основе сформировать базы знаний объекта «о самом себе» с целью дальнейшего оптимизированного управления данным объектом.

              В основе построения автоматизации интеллектуального сопровождения объекта лежат следующие задачи:

      сбор и интеллектуальный анализ данных о технологическом объекте;

      создание базы данных и базы знаний на основе полученных данных;

      применение интеллектуального управления к технологическому объекту;

      интеграция ПП в УЧПУ технологического объекта и т.д.

В качестве метода и модели решения задачи автоматизированного интеллектуального сопровождения технологического объекта в его жизненном цикле выбирается модель электронной паспортизации объекта.

Это метод учета объектов предприятия путем объединения всей информации о каждом из них в электронном паспорте. Паспорт содержит идентификационный номер, описание, местоположение, характеристики объекта, а также чертежи, схемы, документы и любую другую необходимую информацию по нему.

Рисунок 3 – Модель электронной паспортизации объектов.

Главный результат применения решения – организация легкого, оперативного, территориально-распределенного доступа к данным. С помощью него создается единая база данных, содержащая полную информацию об оборудовании и системах предприятия. Для поиска местоположения объекта предприятия или информации и документации по нему теперь не требуется пользоваться сложно организованными бумажными архивами и постоянно возвращаться к ним во время выполнения планово-профилактических работ.

Первоочередной задачей является сбор исходных данных для создания базы данных и, впоследствии, применения к ней интеллектуального управления с целью формирования базы знаний.

Для этого необходимо определить параметры электронного паспорта технологического объекта:

Часть 1. РЕГИСТРАЦИОННОЕ ДОКУМЕНТИРОВАНИЕ

1.      Регистрационные параметры.

2.      Основные технические характеристики.

3.      Краткие сведения об особенностях конструкции.

4.      Гарантийное обслуживание производителем.

5.      Сведения о капитальных ремонтах,  техническом обслуживании и пр.

Часть 2. ОПИСАНИЕ СТАНКА.

Часть 3. ПРИЕМО-СДАТОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СТАНКА.

Часть 4. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СТАНКА ПО ТОЧНОСТИ (наследуемые).

Часть 5. СИСТЕМА ЗНАНИЙ СТАНКА-ИНДИВИДУУМА. (CОБСТВЕННАЯ СИСТЕМА ЗНАНИЙ).

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАСПОРТ (ЭП):

      Как элемент базы знаний станка-индивидуума (для каждого выпускаемого станка).

      Как интеллектуальный узел, система знаний о станке- индивидууме.

Содержит (кроме характерных для техпаспорта станка сведений):

1.      Программу обращений к Data Mining и синтеза решений по количеству и параметрам проходов.

2.      Набор правил принятия решений по различным ситуациям в обработке, видам обработки (… длина сверления, расточка, конусы, сферы, резьбы …), и требуемым параметрам точности (… размерная точность, соосность и пр., шероховатость…).

3.      Язык и ПО для ЭП, сочетание с языками и ПО в PLM и ИПИ.

4.      Интерфейсы связи с УЧПУ станка.

5.      Программа обращений к БД и БЗ электронного паспорта, механизм взаимодействия УЧПУ и ЭП.

6.      Возможности размещения ЭП в УЧПУ станков.

ЭП ДОЛЖЕН ИМЕТЬ ИНФОРМАЦИЮ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ:

1.      Паспорта станков с ЧПУ отечественных различных типов.

2.      То же – иностранного производства.

3.      Документация по приемо-сдаточным испытаниям.

4.      Возможности размещения ЭП в УЧПУ станков.

В ПРОГРАММУ ДЕЙСТВИЙ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ВНЕСЕНЫ:

1.      Определение необходимого, возможного и достаточного перечня информации от датчиков станка, находящегося в типовом режиме эксплуатации; типовое оснащение датчиками современных станков.

2.      То же для станков, имеющих позицию контроля готовой детали; станков с контрольным инструментом в магазине.

3.      Определение минимально-необходимого состава информации о погрешностях, достаточного для адекватного вывода по возможностям достижения точности:

      Оперативной (ОИ) – полученной в процессе обработки.

      Наследуемой (НИ) – полученной на этапе приемо-сдаточных или специальных испытаний.

4.      Вид представления результатов НИ – виды и параметры распределений, таблицы испытаний.

5.      Состав ОИ по возможностям регистрации погрешностей в современном станкостроении и условиям эксплуатации станков.

6.      Регламент и ПО для принятия решений в  Data Mining при учете ОИ и НИ, т.е. при наличии наследуемых данных измерений и оперативном контроле.

7.      В процедуры преобразования измерительной информации входят вычисления отклонений от заданного положения инструмента или отклонений производимых размеров. Например, при измерении или регистрации жесткости шпинделя А и жесткости заготовки В нужно определить отклонение, умножив А и В на радиальную составляющую усилия резания Ру. Ру во многих случаях само определяется косвенно.

1.3 Пути решения поставленной задачи

Необходимость повышения качества выпускаемой продукции и возросшая конкуренция привела к заметному ужесточению требований, предъявляемых к технологическим машинам. Для того чтобы сохранить конкурентоспособность и вести эффективную экономическую деятельность, необходимо применять результативные системы контроля и управления этими машинами на всех этапах жизненного цикла. Предлагается инновационный подход к решению задач повышения эксплуатационных качеств  технологических машин, в том числе, металлорежущих станков. Подход основывается на следующих базовых концептуальных положениях.

1. Технологические машины как сложные мехатронные системы наделяются системой знаний (СЗ) о своих особенностях, в том числе, преимуществах и недостатках, отличающих машину-индивидуум от себе подобных. Этим обеспечивается информационная и интеллектуальная поддержка управления технологическим процессом обработки и сопровождения в жизненном цикле. Так СЗ  в виде интеллектуального узла или блока УЧПУ станка используется для планирования и программирования процесса обработки конкретной детали. Планирование предполагает обеспечение экономически эффективной обработки при условии удовлетворения конструкторских требований к точности детали. Обеспечение точности обработки основывается на использовании технологии искусственного интеллекта в формировании  предложенного в [1] обобщенного подхода– Generalized Knowledge Mining for Technological System (GKM TS) – «Обнаружение обобщенных знаний для технологической системы».

Повышение эффективности функционирования в производственных условиях в течение жизненного цикла открывает новые возможности в соответствии с подходом PLM  (Product Lifecycle Management — технология управления жизненным циклом изделий) и системой электронного документирования сложных технических объектов. Электронное представление информации о сложном техническом объекте стало нормой на мировом рынке высокотехнологичной продукции. Процессы в PLM в современных условиях не мыслимы без применения интерактивных электронных технических руководств, технической и эксплуатационной документации, обучающих систем. Это особенно важно для станкостроительных предприятий, представляющих свои изделия на мировой рынок.                                     

2. Подход предполагает реализацию указанных концептуальных положений 1 и 2 путем создания для каждой единицы технологического оборудования интеллектуального электронного паспорта. Это дает возможность использования СЗ, формализуемой в разработанной документации, и возможность интеграции электронного паспорта в информационную инфраструктуру станка и технологической системы предприятия. Таким путем создается информационная и интеллектуальная поддержка управления процессом обработки на станке и, в целом, эксплуатации станка, включая обслуживание, ремонт и утилизацию.

Стоит обратить внимание на следующие положения, ставшие отправными моментами в формировании предложенного инновационного подхода.

1.1. В проблеме повышения точности обработки деталей на металлорежущих станках внимание специалистов сосредоточено на двух аспектах [2]:

      Анализ причин, вызывающих погрешности, и их устранение в процессе конструирования и изготовления станков.

      Синтез методов учета составляющих погрешностей и методов управления процессом обработки, обеспечивающих заданную точность.

Не смотря на значительное количество исследований, выполненных по этой проблеме, актуальность продолжения разработок не ослабевает в связи с востребованностью  и повышением значимости их результатов [3 - 6]. Однако геометрические погрешности получаемых поверхностей и особенно погреш­ности контурной обработки представляют собой нестационарные функции, в ряде случаев с негауссовскими законами распределения. В общем случае для такой сложной технологической системы как станок существенно затрудняется ее моделирование с помощью известных математических выражений. Велико число переменных и параметров, измерение отдельных переменных и определение их влияния на погрешности обработки поверхностей аналитическими методами сильно затруднено или недостижимо. Можно полагать, что создание полностью адекватной модели поведения такой системы в процессе обработки практически невозможно.

При традиционных системах управления станками стохастичность протекания самого технологического процесса, изменение внешних условий, погрешности исходных и текущих положений рабочих органов и инструмента, состояние заготовки и режущей части инструмента, отсутствие возможности получения достаточно точной информации о положении вершины инструмента относительно заготовки и др. вносят неопределенность в формирование управлений рабочими органами станка.  Применение методов интеллектуального управления станком позволяет сформировать оценки складывающейся ситуации, в том числе, оценку состояния системы и оценку достигаемых параметров качества изготавливаемой детали, а также сделать правильный выбор из альтернативных вариантов управлений.

Использо­вание алгоритмов искусственного интеллекта открыва­ет возможности современного подхода к проблеме обеспечения точности обработки и основывается на принципе динамической самообучаемости и приспособляемости системы управ­ления станка к реальным условиям.

1.2.                     Документирование мехатронных технологических объектов.

  В сложившейся системе документального сопровождения  технологического оборудования основную роль играет  паспортизация.  Паспорт - это технологический документ, содержащий сведения об основном назначении и особой применимости оборудования, которые определяют области его рационального использования. Например, в паспорте станка приводятся его кинематическая схема,  перечень и характеристика применяемых инструментов и приспособлений, характеристика системы управления, электрическая схема привода и др. данные.

К недостаткам существующей системы ведения паспортной и другой документальной информации многими станкостроительными предприятиями относятся:

      Отсутствие возможности организованного документооборота технологических данных; несистемное хранение данных.

      Практически полное отсутствие информационного обмена данными, содержащими результаты испытаний на геометрическую точность станков и точность обработки образцов изделий. Такие данные должны быть в сопроводительной документации в соответствии с существующими  ГОСТ, устанавливающими показа­тели качества станков и методы испытаний (контроля) для их определения, в том числе,  ГОСТ 8-82, ГОСТ 27843-2006 и др.

      Невозможность оперативного поиска данных из-за отсутствия в электронном виде паспортной и другой документальной информации.

Специфические особенности, которыми обладает каждый станок, не учитываются при программировании обработки, практически паспорт станка и другая сопроводительная информация при этом не используются.