Наукові основи розширення функціональних можливостей верстатних комплексів за результатами моніторингу роботи обладнання

Рис. 8. Моніторинг верстатного обладнання

У сьомому розділі наведені дані про результати практичної реалізації результатів роботи та розроблені комп'ютерні моделі. Проблема забезпечення необхідної якості та експлуатації властивостей деталей машин набуває в машинобудуванні все більш важливого значення. Проте до теперішнього часу не розроблені узагальнені теоретичні залежності між параметрами якості поверхні, точністю обробки, експлуатаційними властивостями деталей і параметрами процесів механічної обробки, що дозволяють вирішувати задачу технологічного забезпечення заданих експлуатаційних властивостей деталей. Керування процесом формування поверхні з необхідними властивостями здійснюється переважно шляхом використання часткових експериментальних залежностей і таблиць режимів обробки. Складність проблеми полягає в тому, що при обробці деталей необхідно встановити такі умови обробки, які б забезпечували комплекс вимог щодо зносу інструменту, точності обробки, характеристикам якості поверхні, продуктивності тощо. Області найбільш ефективного використання виробничих систем перш за все визначаються технологічним обладнанням, яке є складовою частиною системи, номенклатурою оброблюваних деталей та автоматизованою системою керування. Вхідними даними моделі є електронний образ деталі, який включає геометричні та конструктивні параметри. На рис. 9 як приклад наведена реалізація електронної моделі виробу (корпус гідрозподільника) засобами САПР Autodesk Inventor.

а) б) в)

Рис. 9. Електронний образ деталі а) - 3D модель корпусу розподільника; б) - фрагмент текстового файлу, в) - параметрична модель корпуса; що містить опис геометрії та елементів деталі

За допомогою Stateflow-Simulink реалізована загальна модель верстатного комплексу рис. 10.Створена система описує всі зазначені вище потоки і відображає такі дії: декомпозицію електронного образу, побудову на його основі процесу механічної обробки, в залежності від поточного стану системи вибирається маршрут обробки. Модель верстатного комплексу механічної обробки складається із підсистем: декомпозиції геометричного образу деталі, отриманого з системи автоматизованого проектування; декодування програми керування для системи числового програмного керування, отриманої з системи адаптивного керування; вибору та призначення інструменту; моніторингу стану процесу обробки на верстаті тощо. Моніторинг обладнання та процесу механічної обробки орієнтований на обслуговування верстатів за фактичним технічним станом і включає на практиці систему контролю, що реалізовує спостереження, супровід, захист і керування технічним станом об'єкту з використанням комп'ютерних систем реального часу. У загальному випадку моніторинг обладнання є складовою частиною виробничого моніторингу. Дещо відмінне поняття моніторингу включає діагностування, ідентифікацію, прогнозування та керування станом верстатної системи на основі аналізу інформації і прийняття рішення. Оптимізація технології обробки деталі на верстаті здійснюється за класичною методикою на основі критерію максимальної продуктивності обробки.

Рис. 10. Загальна модель верстатного комплексу, реалізована засобами комплексу Stateflow-Simulink

У верстатах традиційних схемних рішень задаються і вимірюються порівняно прості графічні об'єкти - лінії, площини, циліндри, які відповідають простим рухам. Верстати паралельної кінематики мають складні елементарні рухи, контроль яких є ускладненим. Елементарні рухи змінюються під впливом експлуатаційних факторів (температури, деформації, тощо), тому з метою суттєвого підвищення надійності обробки запропоновано періодичний контроль точності верстата з визначенням його реальної геометрії. За допомогою Stateflow-Simulink формується набір раціональних варіантів обробки на верстатному комплексі. Варіанти порівнюються шляхом моделювання або розрахунку. Вибираються оптимальні варіанти для певного проміжку часу. Стадія (інтервал) моніторингу після реалізації даного оптимального варіанта повторюється. При цьому вибирається оптимальний та раціональний варіант всієї системи. Застосування комплексу потребує детального опису кожного елемента та потоку в системі. Наведено отриману модель обробки деталі з послідовності керівних дій та діаграм Stateflow-Simulink стану окремого блока моделі та моніторинг стану як окремого верстату, так і системи в цілому. Можливості моніторингу є досить широкими: від визначення ефективності - до енергетики цілого комплексу. Розроблено подійно-орієнтований граф станів процесу обробки, який реалізований за допомогою комплексу Stateflow-Simulink.

Оптимізація процесу обробки деталі на верстаті здійснюється за методикою, що базується на основі критерію максимальної продуктивності обробки. Цільова функція процедури оптимізації будується на основі залежності (7). Конструктивними та технологічними обмеженнями виступають найменша можлива частота обертання фрези, при якій погіршуються умови отримання стружки і з'являється наріст; найбільша можлива частота обертання фрези, що визначається конструктивно заданою верхньою межею діапазону та величиною, при перевищенні якої відбувається швидке зношування і руйнування інструменту внаслідок його нагрівання; найбільша подача на зубець sz1mах, обмежена допустимою чистотою обробки та міцністю інструменту, найбільша і найменша подачі smin?sz?smах зміни частоти обертання приводу подачі; допустимий момент на інструменті М?min(М1д, М2д), що визначається міцністю інструменту і механізмів верстата.

Моделювання руху платформи верстата паралельної кінематики здійснюється за допомогою пакета Simulink математичної системи Matlab. Розрахунок здійснюється за допомогою блоків розширення пакета SimMechanics. Пакет розширення SimMechanics системи Simulink призначений для фізичного моделювання. Його мета - технічне проектування та моделювання механічних систем (в межах законів теоретичної механіки). Модель механізму створюється на основі задання інерційних параметрів його рухомих частин. Найпростіший спосіб визначення цих параметрів - використання твердотільної моделі механізму, створеної за допомогою CAD системи. SimMechanics дозволяє моделювати поступальний та обертовий рух в трьох площинах. SimMechanics містить набір інструментів для задання параметрів ланок (маса, моменти інерції, геометричні параметри), кінематичних обмежень, локальних систем координат, способів задання і вимірів параметрів руху. SimMechanics дозволяє створювати моделі механічних систем подібно іншим Simulink-моделям у вигляді блок-схем. На рис. 11-14 наведено процедури розрахунку кінематичних і силових параметрів верстата паралельної кінематики та геометрична модель механізму. В моделі передбачено задання двох основних видів навантаження - обробка осьовими інструментами (свердла, зенкери, розвертки) та фрезами (кінцевими. канавковими, грибковими). Моделювання руху платформи здійснюється за принципом зворотної динаміки. Геометричні характеристики руху визначаються на основі точної геометричної моделі. А далі в розраховані координати вноситься поправка, яка враховує динамічні явища, що виникають при русі внаслідок інерційних властивостей самої платформи і ланок приводів. На основі розрахунку параметрів руху приводної штанги платформи визначаються кути нахилу штанги, реакції в шарнірах та приводах переміщення штанг механізму. Моделі, що використовують блоки функцій пакета SimMechanics, є універсальними і дозволяють створювати моделі нових механізмів просто заміною деяких модулів. Основними виробничими причинами відхилень дійсних розмірів і форми деталей від теоретичних є: похибки обладнання, пристосувань, ріжучого і вимірювального інструменту; неточності установки і деформації деталей та інструменту під дією прикладених до них сил; нерівномірний нагрів деталей та інструменту і знос інструменту в процесі обробки деталей; деформації литих, зварних і термічно оброблених деталей під дією залишкових і внутрішніх напружень.

а) б) в)

Рис. 11. Математична модель розрахунку параметрів верстата: а) - головний модуль процедури; б) - модуль задання навантаження платформи; в) - модуль визначення навантаження в приводі лінійного переміщення штанги

а) б) в)

Рис. 12. Математичні моделі розрахунку координат траєкторії руху платформи: а) - модуль завдання; б) - модуль розрахунку; в) - модуль моделювання

а) б) в)

Рис. 13. Математичні моделі визначення переміщень штанги:

а) - модуль моделювання руху штанги; б) - модуль визначення поточної довжини штанг механізму; в) - модуль розрахунку поточної довжини і-ої штанги

а) б)

Рис. 14. Результати моделювання: а) - візуалізація результатів моделювання; б) - результати моделювання руху платформи

Похибки розмірів є скалярними первинними похибками і викликають накопичення похибки переміщення та відхилення швидкостей ведених ланок. Похибки розташування робочих поверхонь, а також складальні зсуви і перекоси, скалярні і векторні; у першому випадку вони викликають накопичення похибок переміщення і відхилення швидкостей, а в другому - періодичні похибки переміщення і коливання швидкостей. Похибки форми робочих поверхонь викликають завжди змінні нерегулярні похибки переміщення і коливання швидкостей. Під час експлуатації механізмів з'являються похибки, викликані зсувами в зазорах кінематичних пар, деформаціями деталей і зносом. Причинами їх можуть бути сили, що діють на деталі, нагрів деталей і внутрішні залишкові напруги. Величини цих зсувів визначаються величинами зазорів, напрями зсувів - напрямом діючих зусиль. Зазори є технологічними похибками і мають випадковий характер. Концепція верстата підпорядкована модулярності, безвідмовності та взаємозамінності окремих компонент, а також нескладному обслуговуванню. При цьому паралельний механізм додає верстату високий коефіцієнт співвідношення жорсткості та динаміки. Тому у верстатах паралельної кінематики завжди необхідно вирішувати досить серйозну проблему, яка полягає в тому, що точність кінцевого встановлення координат інструмента залежить від знання про дійсні розміри механізму.

Рис. 15. Запропоновані траєкторії переходу по спіралі всередину і назовні

Запропонована методика проведення калібрування верстата, що полягає у визначенні дійсних розмірів верстата з визначеної множини контрольних вимірювань (рис. 15). У кожній позиції були виміряні точні координати положення шпинделя. За спеціальною методикою були проведені обчислення та уточнена фактична геометрія кінематичних ланцюгів верстата. За допомогою системи числового програмного керування шпиндель послідовно виводився в усі 100 позицій. При цьому визначалося відхилення осі шпинделя від осі контрольного циліндра для кожної точки. З метою врахування асиметрії приводів і напрямних запропоновано спеціальний алгоритм переходу по спіралі всередину і назовні. Згідно зі схемою вимірюються відхилення по осі Х та по осі У для кожної позиції. Робочий простір верстату має відхилення від ідеального, і його можна уявити як скалярне поле похибок. У такому полі, якщо обрати будь-яку точку з координатами x, y, то функція поля похибок може бути записана як r=xi+yj. У параметричному вигляді радіус-вектор має опис як r=x(t)i+y(t)j. Розглянемо поле похибок верстату з погляду градієнта скалярного поля похибок. Для цього визначимо, що n - одиничний вектор, а L(r) - скалярне поле похибок (рис. 16). Радіус-вектор r є якась зразкова довжина і внесення його у поле спотворених координат дасть похибку. Тобто, розглядаючи поле похибок L(r) через поверхні рівня похибок, це можна уявити так, якщо n - одиничний вектор, який побудовано перпендикулярно відносно поверхні рівня у точці A у напрямку зростаючих значень L, то у цьому випадку gradL у точці A має напрямок нормалі n, а його довжина дорівнює похідній у цьому напрямку . Існує можливість побудувати поверхневий інтеграл похибок. Поверхня Q розбивається на n елементарних площин Qi з площею ДSi. Позначимо це розбиття через Bn. Будемо мати , або скалярний потік векторного поля Якщо вищеозначені процеси розглядати через задану функцію L(A), або при заданому векторному полі V(A) будемо мати: , або векторний потік поля: З наведеного очевидно, що абсолютна величина функції похибки залежить від напрямку руху, а точність визначення положення робочого органа в робочому просторі верстата залежна від вибору дискретності лінійних переміщень. Сутність запропонованої методики полягає в одночасному вирішенні цих двох задач. Розглянемо переміщення вимірювальної головки в двох циклах переміщення. При заданому переміщенні з точки X1 у точку X2 верстат у своїй відліковій системі відпрацьовує якусь уявну відстань L(U) (рис. 17).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 16. Визначення градієнта поля похибок верстата

Рис. 17. Вимірювання похибки положення шпинделя в двох взаємно-протилежних напрямках

Окрім того ця відстань L(U) буде неоднозначно розташована у робочому просторі верстату, тобто для координати X1 це буде , а для координати X2 це . Беручи до уваги те, що реальний розмір L(R) реалізовано у вигляді зразкової міри довжини, що встановлена на столі верстата, ми можемо зв'язати уявні координати X1(R) та X2(R) тільки шляхом утримання постійного напрямку руху. При переміщенні вправо відлік координати і похибка визначення положення складає . Кінцева координата переміщення буде , а похибка прив'язки X2(U) буде становити . При переміщенні вліво система відліку змінює розмір L(R) у зворотному напрямку на величину , що веде до уявного подвоєння площі елементарної ділянки. Тобто, при зміні напрямку переміщення на протилежний первинна прив'язка до координати X2 дає похибку координати L(R) на (рис. 18).

Рис. 18. Схема визначення проекції похибки на вісь Х при переміщенні вимірювальної головки по заданій траєкторії

Графіки отриманих залежностей функції градієнтів похибки в проекціях на координатні осі Х та У робочого простору верстата отримані під час дослідної апробації розробленої методики. За отриманими значеннями можна визначити сумарні значення градієнта функції похибки. Для даних попереднього прикладу це поле може бути подано у вигляді графіка поверхонь рівня (рис. 19), або у вигляді тривимірного графіка поверхні (рис. 20). На основі здійснених вимірів отримаємо значення функції градієнта похибок переміщення робочого органу верстата в кожній точці його робочого простору, в залежності від напрямку переміщення приводів. На рис. 21 вона представлена у вигляді тривимірної функції, що апроксимує дані вимірів в залежності від напрямку переміщення робочого органу верстата.

Рис. 19. Ізолінії градієнта функції похибки

Рис. 20. Просторовий графік градієнта функції похибок

Рис.21. Тривимірна функція

Використання даного інструменту дозволяє автоматизувати процес програмування і модифікації та налаштувань системи ЧПК з метою зниження трудомісткості проведення контрольних робіт. Використання результатів дисертаційної роботи суттєво підвищило показники ефективності та надійності гнучких виробничих систем механообробки і дозволило ввести корекцію в план-графіки роботи автоматизованої лінії, що забезпечує більш ефективне її використання і зниження енергозатрат на одинадцять відсотків (11%). Очікуваний економічний ефект від впровадження результатів - триста п'ятдесят тисяч гривен (350000 грн.). Встановлено умови обробки, які забезпечують вимогу по зносу інструменту, точності обробки, характеристикам якості поверхні, продуктивності. Продуктивність корпусної деталі з кількістю отворів, що оброблюються, 8-12 підвищує ефективність обробки на 15-20 %, а при більшій кількості отворів складає 25-32%. Компенсація похибки шляхом калібрування знижує загальний рівень похибок в 2-10 раз.

ВИСНОВКИ

1. Вперше створені наукові основи розширення функціональних можливостей верстатних комплексів за результатами моніторингу, які дозволяють за рахунок оптимізації процесів механічної обробки забезпечити його продуктивність та надійність в процесі його експлуатації.

2. Доведено, що ефективність функціонування верстатного комплексу визначає взаємодія матеріального, енергетичного та інформаційного потоків у вигляді переміщення заготовки через відповідну послідовність функціональних блоків, які задаються наборами кількісних, просторових, часових, технологічних та логічних операторів множин характеристики стану об'єктів в структурі процесу механічної обробки.

3. Розроблено методику системного підходу до проектування верстатного комплексу як системи взаємозалежних підсистем - об'єкта обробки, процесу обробки, технологічного обладнання - та запропоновано матричну форму його запису, що дозволяє вирішувати задачі аналізу і синтезу цього комплексу на рівні системи та підсистем.

4. На основі запропонованої послідовності розробки системної моделі розроблено узагальнену модель процесу механічної обробки, що включає мету, взаємозв'язок задач, побудову та технічні засоби системи підпорядкованої системи прийняття рішень, яка в режимі реального часу визначає параметри та похибки обладнання і формулює задачу забезпечення оптимальної взаємодії частин системи для досягнення її оптимальних характеристик.

5. На основі визначення функціональних характеристик верстатних комплексів в залежності від призначення та типу механічної обробки обґрунтовано вибір основного показника якості та ефективності у вигляді функціонала, що залежить від величини та характеру зміни параметрів.

6. Доведено, що для побудови багатоцільової моделі системи, якою є верстатний комплекс, методику формування функцій системи у вигляді коректно заданої множини цілей (взаємодії з іншими підсистемами, з навколишнім середовищем та людиною) доцільно виконувати на основі теорії складних систем, коли за істотну ознаку системи обрана ієрархічна структура зв'язків між загальним критерієм для всієї системи в цілому (продуктивністю) і окремими локальними критеріями (якості, стійкості, точності тощо), сформульованими для окремих підсистем різних рівнів ієрархії.

7. Доведено, що задача оптимізації процесу механічної обробки на сучасних верстатних комплексах є багатокритеріальною задачею при наявності широкого класу обмежень і повинна вирішуватися за допомогою розробленої критеріальної оцінки ефективності даного типу механічної обробки з врахуванням показників його продуктивності та отриманих аналітичних виразів для визначення оптимального періоду контролю й обслуговування верстатного комплексу, який забезпечує максимум коефіцієнту його готовності.

8. Визначено, що верстатний комплекс виконує своє службове призначення при надійній роботі системи керування, яка погоджує інформаційний потік з матеріальним потоком і забезпечує реалізацію функцій обладнання відповідно до їх службового призначення. Розроблені загальні вимоги до структури і складу функцій автоматизованої системи керування у вигляді універсального алгоритму, що включає функції систем планування та керування матеріальним забезпеченням.

9. Розроблено принципово новий підхід до моделювання процесів механічної обробки на верстатних комплексах, сутність якого полягає у використанні структурних уявлень складових процесу та реалізації концепції методики керування цим процесом на основі єдиного інтегрованого інформаційного середовища адаптованого до універсального комплексу комп'ютерного моделювання Matlab/Stateflow та Matlab/Simulink. Моделювання успішно використовується як основний інструмент обґрунтування моніторингу верстатів і дозволяє: реалізувати механізм забезпечення функціонування верстату та розробити математичний апарат для його кількісного аналізу, визначити основні напрямки підвищення ефективності моніторингу за рахунок оцінювання та прогнозування стану верстату в області оптимальних значень параметрів.

10. Запропоновано комплексний підхід до проведення калібрування верстату, що базується на визначенні дійсних розмірів верстата на основі множини контрольних вимірювань та побудові загальної картини похибок в кожній точці робочого простору верстату, в залежності від напрямку переміщення приводів. Для верстатних комплексів механічної обробки побудована електронна модель деталі у вигляді 3D-моделей комплексу AutodeskInventor.

11. Сформульовані основні підходи та положення щодо підвищення керування ефективністю процесу механічної обробки з використанням верстатів з паралельною кінематикою. Впорядковано систему вибору стратегії з врахуванням результатів моніторингу. Доведено, що розвиток технології моніторингу доцільно проводити у напрямку використання моделей та алгоритмів для виявлення неявних залежностей між станом верстата (або верстатного комплексу в цілому) та параметрами якості деталей, що виготовляються на ньому. Інтеграція таких алгоритмів в систему керування верстатом дозволить здійснювати моніторинг у реальному часі.

12. Експериментальними дослідженнями доведено, що отримані наукові положення і результати роботи в цілому дають ефективні практичні результати та впроваджені на машинобудівних і промислових підприємствах України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Струтинський В. Б. Технологія моделювання динамічних процесів та систем. Монографія./ Струтинський В. Б., Веселовська Н. Р. - Вінниця: О. Власюк, 2007.- 466 с. (здобувачеві належить друга частина-системний аналіз та методи проектування технологічних процесів та систем).

2. Іскович-Лотоцький Р. Д. Вібраційні та віброударні процеси та машини у ливарному виробництві. Монографія / Р. Д. Іскович-Лотоцький, М. М. Вірник, Н. Р. Веселовська - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2007.-1 98 с. (здобувачі належить шостий розділ - підвищення надійності та ефективності діагностування обладнання).

3. Веселовська Н. Р. Задачі моделювання технологічних систем / Н. Р. Весе-ловська, В. Б. Струтинський, О. В. Зелінська // Всеукраїнський НТЖ «Вібрації в техніці та технологіях».- 2007. - №2(47). - С.16-20. (здобувачем запропоновано аналіз задач моделювання технологічних систем).

4. Веселовська Н. Р. Перспективи розвитку гнучких комп'ютерно-інтегрованих виробничих систем/ Н. Р. Веселовська, В. Б. Струтинський, О. В. Зелінська // “Наукові нотатки”: Міжвузівський збірник (за напрямом “Інженерна механіка”), Луцьк: Луцький державний технічний університет.- 2009.- Випуск № 25, частина 1.- С.53-64. (здобувачем визначені перспективи розвитку гнучких комп'ютерно-інтегрованих виробничих систем).

5. Веселовська Н. Р. Дослідження принципів побудови систем діагностування/ Н. Р. Веселовська //“Наукові нотатки”: Міжвузівський збірник (за напрямком “Інженерна механіка”), Луцьк: Луцький державний технічний університет.- 2000.- Випуск №6. - С.32-41.

6. Веселовська Н. Р. Задача оптимізації обсягів накопичувачів агрегатних засобів в гнучких виробничих системах/ Н. Р. Веселовська //“ Вісник НТУ України «Київський політехнічний інститут», Машинобудування.- 2010.- №59/ Машинобудування/.- С.249-254.

7. Веселовська Н. Р. Методика дослідження багатоцільового технологічного обладнання з використанням програмного комплексу STATEFLOW-SIMULINK / Н.Р. Веселовська // Вісник СевНТУ, Машинобудування та транспорт. - Севастополь. - 2010. - С.25-29.

8. Веселовська Н. Р. Системний підхід до підвищення надійності та ефективності керування технологічними процесами в системах механічної обробки/ Н.Р. Веселовська // Всеукраїнський науково-технічний журнал «Промислова гідравліка і пневматика», Вінниця.- 2010.- №2(28). - С. 87-90.

9. Веселовська Н. Р. Аналіз статистичних характеристик та формулювання задачі прийняття рішень при контролі й діагностуванні технологічного обладнання/ Н. Р. Веселовська //Вісник українського дежавного університету водного господарства та природокористування. Збірник наукових праць, Рівне.- 2002. - Випуск 4(17) .- С.283-289.

10. Веселовська Н. Р. Подійно-орієнтований графо-аналітичний опис елементів гнучких інтегрованих виробничих систем/ Н. Р. Веселовська //Всеукраїнський НТЖ «Вібрації в техніці та технологіях».-2010.- №1(57).-С.43-53.

11. Веселовська Н. Р. Современные аспекты гибкой автоматизации производства/ Н. Р. Веселовська // Научное издание, труды Калужского филиала МГТУ им. Баумана, спец. Выпуск материалов МНТК «Приборостроение-2000», Винница - Калуга.- 2000.-С.185-189.

12. Веселовська Н. Р. Керування проектуванням технологічних процесів/ Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська // Всеукраїнський НТЖ «Вібрації в техніці та технологіях».-2008.- №1(50)-.С.108-111. (здобувачем запропоновано алгоритм керування проектуванням технологічних процесів).

13. Веселовська Н. Р. Методика розробки інформаційної моделі технологічної підготовки процесу переробного виробництва в АПК/ Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська //Наукові праці ВДАУ, Технічні науки.- 2006.- Випуск № 1.- С181-186. (здобувачем визначено методику розробки інформаційної моделі).

14. Веселовська Н. Р. Оцінка ефективності вихідного контролю технологічного обладнання/ Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська, В. О. Денисюк //Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського. - 2008.- Випуск № 4/2008 (51). -Частина 2.- С.103-106. (здобувачем висунута ідея визначення оцінки ефективності вихідного контролю технологічного обладнання).

15. Веселовська Н. Р. Задачі математичного моделювання для оптимізації технологічних систем/ Н. Р. Веселовська, В. М. Лисогор, О. В. Зелінська //ТДТУ ім. Івана Пулюя, Вісник Тернопільського державного технічного університету. - №1. -Том 11.- 2006. - С.143-151. (здобувачем обґрунтована задача оптимізації технологічних сиcтем).

16. Веселовська Н. Р. Взаємодія матеріального, енергетичного та інформаційного потоків у гнучких виробничих системах на основі багатокоординатних верстатів / Н. Р. Веселовська, В. Б. Струтинський //Збірник наукових праць КНТУ «Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація», Кіровоград. - 2008. - Випуск 21. - С.142-149. (здобувачем запропоновано представлення взаємодії матеріального, енергетичного та інформаційного потоків у вигляді графів).

17. Зелінська О. В. Актуальні проблеми підвищення надійності та ефективності діагностування сільськогосподарської техніки / Р. Д. Іскович-Лотоцький, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська // Збірник наукових праць, Серія «Галузеве машинобудування, будівництво». - Полтава.- 2009. - Випуск 3(25).- Том 2. - С.91-94. (здобувачем сформульовані проблеми підвищення надійності та ефективності діагностування сільськогосподарської техніки).

18. Іскович-Лотоцький Р. Д. Розробка та дослідження математичної моделі робо-чого процесу технологічного комплексу/ Р. Д. Іскович-Лотоцький, Н. Р. Веселовська // Наукові нотатки, ЛДТУ, Луцьк. - 2004. - Вип.14. -- С.99-107. (здобувачем досліджена математична модель робочого процесу технологічного комплексу).

19. Іскович-Лотоцький Р. Д. Системний підхід до проектування технологічного комплексу з віброударного пресування порошкових заготовок/ Р. Д. Іскович-Лотоцький, Н. Р. Веселовська // Всеукраїнський НТЖ «Вібрації в техніці та технологіях».-№2(40).-2005.- С.31-33. (здобувачем сформульовано методику системного підходу до проектування технологічного комплексу).

20. Іскович-Лотоцький Р. Д. Система підтримки прийняття рішень при проектуванні процесів обробки на технологічному обладнанні/ Р. Д. Іскович-Лотоцький, Н. Р. Веселовська //ТДТУ ім. Івана Пулюя, Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2005.- №2. -Том 10.- С.61-67. (здобувачем запропоновано ідею створення системи підтримки прийняття рішень при проектуванні процесів обробки на технологічному обладнанні).

21. Іскович-Лотоцький Р. Д. Автоматизований контроль якості виробів машинобудування // Р. Д. Іскович-Лотоцький, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська //Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського.- Випуск 4/2008 (51). -Частина 2.-2008.-С. 155-158. (здобувачем визначено ідею автоматизованого контролю якості виробів машинобудування).

22. Іскович-Лотоцький Р. Д. Керування ефективністю та надійністю технологічних процесів в гнучких інтегрованих виробничих системах// Р. Д. Іскович-Лотоцький, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська // Вісник НТУ України «Київський політехнічний інститут». - 2009.- №56/Машинобудування.-С.266-273. (здобувачем запропоновано алгоритм керування ефективністю та надійністю технологічних процесів в гнучких інтегрованих виробничих системах ).

23. Іскович-Лотоцький Р. Д. Керування ефективністю та надійністю технологічних процесів в гнучких інтегрованих виробничих системах/ Іскович-Лотоцький Р.Д., Веселовська Н.Р., Зелінська О.В.// Х міжнародна науково-технічна конференція «Прогресивна техніка та технологія - 2009». - Київ-Севастополь. - 2009.- С.18. (здобувачем запропоновано алгоритм керування ефективністю та надійністю технологічних процесів в гнучких інтегрованих виробничих системах ).

24. Іскович-Лотоцький Р. Д. Автоматизація процесу діагностування вібраційних машин з гідроімпульсним приводом/ / Р. Д. Іскович-Лотоцький, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська //Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Материалы МНТК, Севастополь.- 2009. - С.203-204. (здобувачем обґрунтовано автоматизований процес діагностування).

25. Іскович-Лотоцький Р. Д. Спеціальні методи і технології контролю багатокоординатного механообробного обладнання / Р. Д. Іскович-Лотоцький, В. Б. Струтинський, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська //Всеукраїнський науково-технічний журнал «Промислова гідравліка і пневматика» ,Вінниця.- №2(24).-2009. - С. 83-88. (здобувачем сформульовані спеціальні методи і технології контролю багатокоординатного механообробного обладнання).

26. Лисогор В.М. Моделі ідентифікації та керування якістю продукції технологічних періодичних процесів у нормальних і екстремальних станах функціонування/ В. М. Лисогор, Н. Р. Веселовська // Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського.- Випуск 2/2006 (37). -Частина 1.-2008.-С. 29-33. (здобувачем розроблена модель керування якістю продукції технологічних періодичних процесів у нормальних станах функціонування ).

27. Лисогор В. М. Моделі мікроекономічного аналізу автоматизованої системи комп'ютерного контролю й керування підприємством/ В. М. Лисогор, Н. Р. Веселовська // Наукові нотатки, ЛДТУ, Вип.15. - 2004. - С.180-185. (здобувачем розроблена модель аналізу автоматизованої системи комп'ютерного контролю й керування підприємством).

28. Лисогор В. М. Математична модель критеріїв мікроекономічного аналізу системи комп'ютерного контролю й керування підприємством (фірмою) / В. М. Лисогор, Н. Р. Веселовська // Наукові нотатки, ЛДТУ.- 2004. - Вип.15. -- С. 168-179. (здобувачем розроблена модель критеріїв мікроекономічного аналізу системи комп'ютерного контролю й керування підприємством (фірмою).

29. Лисогор В. М. Моделі комплексу технічних засобів побудови оптимальної системи обслуговування сільськогосподарської техніки/ В. М. Лисогор, Н. Р. Веселовська, О. В.Зелінська // Всеукраїнський науково-технічний журнал «Промислова гідравліка і пневматика» ТДАУ, №3(17).-2007. - С. 107-109.(здобувачем розроблена модель комплексу технічних засобів ).

30. Пєтух А. М. Дослідження похибки алгоритму тривимірної лінійної інтерполяції за методом цифрового диференційного аналізатора / А. М. Пєтух, Н. Р. Веселовська, В. О. Денисюк //МНТЖ Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах, Хмельницький,2008.- №.1.- С.104-112 (здобувачем запропонована ідея дослідження похибки алгоритму тривимірної лінійної інтерполяції).

31. Струтинський В. Б. Структурна модель технологічного процесу як динамічної системи/ В. Б. Струтинський, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська // НЖ Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля,Луганськ.- №3(109).-Частина 2.- 2007.-С.158-165. (здобувачем визначена структурна модель технологічного процесу).

32. Струтинський В. Б. Загальні методи діагностування та принципи підвищення надійності технологічних систем та процесів/ В. Б. Струтинський, Н. Р. Веселовська // Всеукраїнський НТЖ «Вібрації в техніці та технологіях».- 2007. - №4(49). - С.81-85. (здобувачем обґрунтовані загальні методи діагностування та принципи підвищення надійності технологічних систем та процесів).

33. Струтинський В. Б. Автоматизація проектування технологічних процесів та систем/ В. Б. Струтинський , Н. Р. Веселовська , О. В. Зелінська //Всеукраїнський НТЖ «Вібрації в техніці та технологіях».-№3(52). -2008. - С.22-29. (здобувачем визначена методика автоматизованого проектування технологічних процесів та систем).

34. Струтинський В. Б. Оцінка ефективності та надійності вихідного контролю параметрів технологічних систем/ В. Б. Струтинський, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська // Технологія і техніка друкарства, збірник наукових праць НТУУ «КПІ».- Випуск 1(19).- 2008.- С.42-46.(здобувачем визначено алгоритм оцінки ефективності та надійності вихідного контролю параметрів технологічних систем).

35. Струтинський В. Б. Принципи побудови структури технологічного процесу в гнучкій автоматизованій верстатній системі/ В. Б. Струтинський , Н. Р. Веселовська, О.В. Зелінська // «Наукові нотатки»; Міжвузівський збірник (за напрямом «Інженерна механіка»), Луцьк: ЛДТУ. -2008.- С. 93-98. (обґрунтовані принципи побудови структури технологічного процесу в гнучкій автоматизованій верстатній системі).

36. Струтинський В. Б. Вдосконалення методів моніторингу технологічного процесу механічної обробки у гнучких інтегрованих виробничих системах/ В. Б. Струтинський, Н. Р. Веселовська, О. В. Зелінська , О. Л. Мусієнко // Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Материалы МНТК, Севастополь.- 2009. - С.203-204. (здобувачем висунута ідея вдосконалення методів моніторингу технологічного процесу механічної обробки у гнучких інтегрованих виробничих системах).

37. Струтинський В. Б. Окремі аспекти автоматизації гнучких виробничих систем механообробки/ В. Б. Струтинський, Н. Р. Веселовська //Всеукраїнський НТЖ «Вібрації в техніці та технологіях».- 2009. -№1(53).- С.74-79. (здобувачем обґрунтовані аспекти автоматизації гнучких виробничих систем механообробки ).

38. Струтинський В. Б. Моделі контролю і керування багатостадійних логіко-динамічних технологічних систем/ В. Б. Струтинський , Н. Р. Веселовська , О. В. Зелінська //“Наукові нотатки”: Міжвузівський збірник (за напрямком «Інженерна механіка»), Луцьк: Луцький державний технічний університет.- Випуск № 20.- 2007.-С.486-490. (здобувачем розроблена модель керування багатостадійних логіко-динамічних технологічних систем ).

39. Струтинський В. Б. Визначення періоду контролю та надійності стану складних технічних систем/ В. Б. Струтинський, Н. Р. Веселовська, С. Ф. Роботько, О. В. Зелінська //Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського.- 2008.- Випуск №2/2008 (49). - Частина 1.- -С.43-45. (здобувачем визначено період контролю стану складних технічних систем ).

40. Weselowska Natalia. Analiza і perspektywy rozwoju systemow informacijnych dla potrzeb gospodarki rolnej /Weselowska Natalia // Zborka prac naukowych, Akademia Rolniczaim.Augusta Cieszkowskiego, IV Ogolnopolska konferencja naukowa.- Poznan, 2003.- S.57.

41. Іскович-Лотоцький Р. Д., Булига Ю. В., Веселовська Н. Р., Манжилевський О.Д. Пристрій для вібраційного очищення великогабаритних деталей та деталей складної конфігурації. Патент на корисну модель, Вінницький національний технічний університет, Україна,№ 42248.U200901114.Заявл. 12.02.2009 ; Опубл 25.06.2009; Бюл.№12-с.4. B24B 31/00. (здобувачем запропоновано ідею створення пристрою для вібраційного очищення великогабаритних деталей та деталей складної конфігурації).

42. Іскович-Лотоцький Р. Д., Добранюк Ю. В., Веселовська Н. Р. Вібраційна установка для обробки деталей. Патент на корисну модель, Вінницький національний технічний університет, Україна, № 40983. U200815035.Заявл.26.12.2008; Опубл.27.04.2009; Бюл.№8 - с.6,2009. B24B 31/00. (здобувачем визначена взаємодії установки з деталлю).

АНОТАЦІЯ

механічний обробка верстатний моделювання

Веселовська Н. Р. Наукові основи розширення функціональних можливостей верстатних комплексів за результатами моніторингу роботи обладнання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2011.

Основна ідея роботи полягає в розробці принципово нового підходу до моніторингу верстатного комплексу механічної обробки, сутність якого полягає в організації методики керування процесом механічної обробки на основі єдиного інтегрованого інформаційного середовища адаптованого до універсального комплексу комп'ютерного моделювання Matlab/Stateflow та Matlab/Simulink, при структурному поданні всіх складових процесу механічної обробки та моделювання як інструменту розв'язання задачі, що розширює функціональні можливості верстатних комплексів.

На основі запропонованого комплексного підходу до проведення калібрування верстата, що полягає у визначенні дійсних розмірів верстата з визначеної множини контрольних вимірювань, сформульовані основні положення підвищення ефективності процесу механічної обробки при використанні верстатів з паралельною кінематикою у складі верстатного комплексу, використання універсального комплексу комп'ютерного моделювання дозволяє суттєвим чином підвищити якість організації процесу обробки, впорядковано систему вибору стратегії з врахуванням результатів моніторингу верстатного комплексу.

Ключові слова: верстатний комплекс, функціональні можливості, моніторинг, калібрування обладнання, процес механічної обробки, інформаційний, матеріальний та енергетичний потоки, багатоцільові та багатокоординатні верстати, верстати з паралельною кінематикою.

ABSTRACT

Veselovska N. R. The scientific bases of functional possibilities expansion of machine-tool complexes as a result of monitoring of equipment work. - Manuscript.

The tesis for the scientific degree of Doctor of engineerings science in speciality 05.03.01 - Processes of tooling, machine-tools and instruments.- National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, 2011.

The basic idea of work is the development of principle new way of machine tools complex monitoring of tooling, which is aimed to organize the methods of tooling process control on the basis of the unique integrated informative environment of the computer design of Matlab/Stateflow and Matlab/Simulink adapted to the universal complex, at structural presented all of constituents of process of tooling and design, as instrument of decision of task which extends functional possibilities of machine-tool complexes.

The basic statements of efficiency increasing of tooling process with the usage of tools with a parallel kinematics as a part of machine tool complex are formulated on the basis of offered complex way of machine-tool calibration, that is aimed to distinguish the real machine tool sizes. the usage of universal complex of computer modelling considerably allows to increse the quality of tool process organization, the system of strategy choise is organized too.

Keywords: machine-tool complex, functional possibilities, monitoring, calibrations of equipment, process of tooling, informative, financial and power streams, multico-ordinate machine-tools, machine-tools with a parallel kinematics.

АННОТАЦИЯ

Веселовская Н. Р. Научные основы расширения функциональных возможностей станочных комплексов по результатам мониторинга работы оборудования. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2011.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы расширения функциональных возможностей станочных комплексов по результатам мониторинга оборудования, позволяющих на основе оптимальных процессов механической обработки обеспечить их высокую производительность и надежность в процессе эксплуатации.

Современные станочные комплексы являются технически сложными системами по следующим причинам: процессы механической обработки при формообразовании обеспечиваются совокупностью преобразований инфор-мационного, материального и энергетического потоков. В многономенклатурном производстве этот фактор имеет большое значение, так как множество операций производится на одном и том же оборудовании с применением различных инструментов. В работе исследовано и показано, что эффективность станочного комплекса определяется взаимодействием информационных, материальных и энергетических потоков в виде передвижения заготовки через определенную последовательность функциональных блоков, которые заданы наборами количественных, пространственных, временных, технологических, логических операторов, характеризующих состояние объекта в структуре процесса механической обработки.

Предложена методика системного подхода к проектированию станочного комплекса, схема станочного комплекса в виде взаимозависимых систем и реализована матричная форма его описания, позволяющая решать задачи анализа и синтеза данного комплекса на уровне систем и подсистем. Разработана обобщенная модель процесса механической обработки, включающая цель, взаимосвязь задач, технологические средства системы принятия решений, которая в режиме реального времени позволяет определять параметры и погрешности оборудования, а также формировать задачу оптимального взаимодействия всех частей системы для достижения оптимальных характеристик. Обоснован, на основании определения функций станочного комплекса, выбор основного показателя качества и эффективности в виде функционала, зависящего от величины изменяемых параметров.

На основе теории сложных систем предложена разработка многоцелевой модели системы - станочного комплекса - в виде методики формирования функций системы как корректно заданного множества целей (взаимодействия с другими системами и окружающей средой). При этом определяющим признаком системы выбрана иерархическая структура связей между общим критерием для всей системы в целом (призводительность) и отдельными частными критериями (качества, устойчивости, точности), которые сформулированы для отдельных подсистем различных уровней иерархии.

Обосновано утверждение, что задача оптимизации процесса механической обработки на современных станочных комплексах является многокритериальной задачей при наличии широкого ряда ограничений, которая должна решаться с помощью предложенной критериальной оценки эффективности данного типа механической обработки, с учетом показателей его производительности для определения оптимального периода контроля и обслуживания станочного комплекса, обеспечивающих максимальное значение коэффициента готовности.

Определено, что станочный комплекс выполняет свое функциональное предназначение при надежной работе системы управления, которая согласовывает информационный и материальный потоки, обеспечивает реализацию функций оборудования соответственно их функционального назначения. Обоснованы общие требования к структуре и составу функций автоматизированной системы управления в виде универсального алгоритма, который включает в себя функции систем планирования и управления материальным потоком.

Предложен принципиально новый подход к моделированию процессов механической обработки на станочных комплексах, суть которого состоит в использовании структурных представлений составляющих процесса и реализации концепции методики управления этим процессом на основе единой интегрированной информационной среды, адаптированной к универсальному комплексу компьютерного моделирования Matlab/Stateflow и Matlab/Simulink. Моделирование используется как основной инструмент обоснования мониторинга станков и позволяет реализовать механизм обеспечения функционирования станка и разработать математический аппарат для его количественного анализа, определить основные направления повышения эффективности мониторинга за счет оценивания и прогнозирования состояния станка в области оптимальных значений параметров.

Предложен комплексный подход к проведению калибровки станка, который основан на определении действительных размеров станка на основании множества результатов контрольных измерений и построении общей картины ошибок в каждой точке рабочего пространства станка в зависимости от направления перемещения приводов.

Предложены основные подходы к повышению эффективности управления процессом механической обработки с использованием станков с параллельной кинематикой. Упорядочена система выбора стратегий с учетом результатов мониторинга. Показано, что развитие технологии мониторинга целесообразно проводить в направлении использования моделей и алгоритмов для выявления неявных зависимостей между состоянием станка (или комплекса в целом) и параметрами качества деталей, изготавливаемых на нем. Интеграция таких алгоритмов в систему управления станком позволит осуществлять мониторинг в режиме реального времени.

Ключевые слова: станочный комплекс, функциональные возможности, мониторинг, калибровка оборудования, процесс механической обработки, информационный, материальный и энергетический потоки, многоцелевые и многокоординатные станки, станки с параллельной кинематикой.

Размещено на Allbest.ru