При формировании модели анализа работоспособности элементов металлоконструкций выделяются следующие параметры:

марка стали;

вид поставки;

сечение;

текущая скорость ультразвука;

текущее напряжение;

предел упругости;

предел прочности;

скорость ультразвука;

коэффициент наклона;

коэффициент начального смещения;

напряжение;

расчитываемый предел прочности;

оценка локальных напряжений;

оценка прочности металлоконструкций.

Каждому параметру соответствует множество его дискретных или непрерывных значений. Например, для качественных параметров могут быть следующие значения:

для параметра “марка стали”- сталь Вст3кп, сталь 09Г2С, сталь 15ХСНД, сталь 10ХСНД, сталь65Г, сталь 12Х18Н10Т;

для параметра “вид поставки”- прокат горячекатанный ГОСТ 380-71, листы горячекатанные ГОСТ 16523-70, листы холоднокатаные ГОСТ 16523-70, сортовой и фасонный прокат ГОСТ 19281-73, листы и полосы ГОСТ 19282-73 и т.д.

Аналогично для количественных параметров с дискретными значениями также перечисляются все возможные значения.

Для количественных параметров с непрепывными значениями указывается интервал изменений значений. Например:

для параметра “предел упругости”- >=195 <=365 МПа;

для параметра “предел прочности”- >=360 <=490 МПа.

При формировании значений параметров “коэффициент наклона” и “коэффициент начального смещения”, были проведены исследования металлоконструкций из разных марок сталей. А получение значения параметра “напряжение” расчитывается по методике.

Применительно к рассматриваемой предметной области выделено четыре качественных и десять количественных параметров.

Формирование сети связей параметров

Следующий шаг при формировании модели - построение сети связей, вершинами которой являются параметры, а дуги отражают непосредственные зависимости параметров друг от друга. Здесь определяются отношения между понятиями предметной области.

В истоках сети располагаются, так называемые, базовые параметры, значения которых не зависят от значений других.

Все остальные параметры, так или иначе, зависят от базовых.

Сначала определяются параметры, которые непосредственно зависят от истоков. Они составляют второй слой сети.

Затем определяются параметры, которые непосредственно зависят от параметров предыдущего слоя и т.д.

В стоках располагаются обобщенные параметры, характеризующие моделируемый процесс в целом.

Строить сеть можно как с истоков, так и со стоков.

Для формируемой модели в истоках сети располагаются параметры, характеризующие текущую ситуацию (исходные данные): марка стали, вид поставки, сечение, текущая скорость ультразвука, текущее напряжение. От них зависят параметры, характеризующие последствия.

Стоками сети является обобщенная оценка, диагноз.

Рассмотрим процесс построения сети взаимосвязей параметров.

Истоки сети:

марка стали;

вид поставки;

сечение;

текущая скорость ультразвука;

текущее напряжение.

Стоки сети:

оценка локальных напряжений;

оценка прочности металлоконструкций.

Начнем строить сеть со стоков. Для этого сначала пронумеруем параметры. Заметим, что нумерация параметров в сети должна идти по слоям. В каждом слое номера параметров должны быть больше, чем у параметров предыдущего слоя. Внутри одного слоя нумерация может быть произвольной. Нумерация должна быть без пропусков.

Марка стали.

Вид поставки.

Сечение.

Текущая скорость ультразвука.

Текущее напряжение.

Предел упругости.

Предел прочности.

Скорость ультразвука.

Коэффициент наклона.

Коэффициент начального смещения.

Напряжение.

Расчетный предел прочности.

Оценка локальных напряжений.

Оценка прочности металлоконструкций.

Чтобы записать сеть параметров, необходимо для каждого параметра (кроме истоков) перечислить параметры, от которых он непосредственно зависит.

Для формируемой модели сеть параметров записывается следующим образом:

параметр1-исток;

параметр2-исток;

параметр3-исток;

параметр4-исток;

параметр5-исток;

параметр6-зависит от 1,2,3;

параметр7-зависит от 1,2,3;

параметр8- зависит от 1;

параметр9- зависит от 1;

параметр10- зависит от 1;

параметр11- зависит от 4,7,8,9,10;

параметр12- зависит от 4,5,8,9,10;

параметр13- зависит от 6,11;

параметр14- зависит от 7,12.

На рисунке 1 представлена сеть параметров.

Рисунок 4.1 - Сеть связи параметров.

4.3.3 Правила и формулы для оценки параметров величин

После того, как построена сеть для формируемой модели и для каждого параметра указано, от каких параметров он непосредственно зависит, необходимо показать, как именно его значения зависят от значений других параметров, то есть раскрыть вид зависимости.

Вид зависимости может задаваться совокупностью правил, либо аналитической формулой.

Продукционные правила-PR - это структурно-лингвистические модели представления процедурных знаний предметной области (рекомендаций, указаний, стратегий), которые формально записываются в виде следующих пар [2]:

PR1:= ЕСЛИ (ситуация), ТО (действие)

PR2:= ЕСЛИ (условие применимости), ТО (действие)

PR3:= ЕСЛИ (причина), ТО (следствие)

PR4:= ЕСЛИ (посылка), ТО (заключение)

Условия представляют собой некоторую комбинацию значений параметров, от которых непосредственно зависит параметр, для которого строится правило, а заключение содержит значение этого параметра, соответствующее данной комбинации. В левой части правила, возможно, определение нескольких наборов условий, соединенных знаком “И”:

ЕСЛИ (1 ЕСТЬ P) И (2 ЕСТЬ C) ТО (3 ЕСТЬ 1)

или, если записать короче: P & C - 1

(значения следуют в том порядке, который соответствует порядку следования параметров).

Одному параметру в левой части правила может соответствовать не одно значение, а несколько, соединенных знаком “ИЛИ”:

ЕСЛИ (1 ЕСТЬ М) И (2 ЕСТЬ с ИЛИ п) ТО (3 ЕСТЬ 0)

или, если записать короче: М & с, п - о.

Если в правиле какой-либо параметр принимает любое значение, то вместо перечисления всех значений знаком “ИЛИ” в правиле ставиться пробел:

М & - 0.

Однако в правой части правил не может стоять пробел так же, как и не может быть нескольких значений, соединенных знаком “ИЛИ”.

В правилах, где сравнивается параметр с константой или с текущим значением другого параметра используются следующие обозначения: `=' (равно), `!=' (не равно), `>' (больше), `<' (меньше), `>=' (больше или равно), `<=' (меньше или равно).

Для одного параметра в правиле может быть указано сразу несколько сравнений, например, если значение находится в интервале между двумя числами. Приведем некоторые правила для формируемой модели.

Имеется правило: “Если “марка стали”- сталь Вст3кп (3) и “вид поставки”- прокат горячекатаный ГОСТ 380-71 (1) и “сечение”- <20 мм, то “предел упругости”- 235 МПа”. Это правило записывается следующим образом:

ЕСЛИ (1 есть 3) и (2 есть 1) и (3 есть <20 мм), ТО (6 есть 235 МПа).

Или, если записать короче: 3& 1 & <20мм - 235 МПа.

Для числовых параметров с непрерывными значениями вид зависимости значений параметра от других может задаваться арифметической формулой.

В формуле могут использоваться следующие знаки арифметических операций: `+' (сложение), `-' (вычитание), `*' (умножение), `/'(деление).

Формулы могут быть какой угодно сложности.

Для формируемой модели параметры 11 и 12 зависят от параметров 4,7,8,9,10 и 4,5,8,9,10 соответственно арифметическими формулами:

11=(((@4 / @8) - @10)/ @9)*@7

12= (@5* @9)/ (( @4 / @8)- @10),

где @4 - обозначает значение параметра 4 при заданных истоках (текущее значение параметра 4).

Применение продукционных правил как модель представления знаний позволяет создавать продукционные экспертные системы, то есть системы, основанные на правилах.

Основные достоинства продукционных систем, определяющие новый стиль программирования:

обеспечивается быстрый отклик на изменяющиеся в широких пределах и во многом непредсказуемые ситуации внешней среды;

отдельные правила могут быть независимо добавлены в базу знаний, исключены или изменены, при этом не надо перепрограммировать всю систему;

достигается единообразие представления знаний в базе знаний, что облегчает их понимание человеком или интерпретацию другой подсистемой;

с помощью продукционных правил достигается естественность выражения;

при наличии соответствующего программного обеспечения возможна реализация параллельных вычислений.

Итак, определено множество параметров и для каждого параметра - множество значений, построена сеть, множество правил либо формула для каждого параметра.

4.4 Математическое обеспечение экспертной системы

Одним из важных и неформализованных этапов экспериментальных исследований является выбор математического аппарата для преобразования и интерпретации априорной информации об изучаемом объекте и обработке полученных опытных данных.

Для обработки результатов эксперимента чаще всего применяют классические методы регрессионного и дисперсионного анализов [3].

4.4.1 Регрессионный анализ

Основой задачей регрессионного анализа является построение по экспериментальным данным математической модели изучаемого объекта или процесса, которая в данном случае носит название функции регрессии, уравнения регрессии, или просто регрессии. Итак, цель регрессионного анализа - получение формульной зависимости, связывающей значение выходной переменной y (выхода, отклика) объекта с факторами x1,x2,…x_k при наличии аддитивной помехи случайного характера:

Для вычисления коэффициентов уравнения регрессии используют, как

правило, метод наименьших квадратов (МНК), в соответствии с котором оценки находят из условия минимизации суммы квадратов отклонений измеренных значений отклика от значений, предсказанных уравнением регрессии:

(1)

Минимум S (30) ищут обычным способом приравнивания к нулю частных производных S по , , в результате чего получается система, называемая системой нормальных уравнений:

(2)

Решение системы (2) в матричной форме:

(3)

где X - матрица независимых переменных Y - вектор-столбец наблюдений B - вектор-столбец эмпирических коэффициентов регрессии

Решение системы (31) в поэлементной форме:

(4)

где - элементы матрицы (ковариационной матрицы),

В случае ортогонального планирования матрица диагональна, т.е. при и формула (4) принимает вид

(5)

а для нормированных планов, когда :

(6)

4.4.2 Дисперсионный анализ

Техника дисперсионного анализа заключается в разбиении общей дисперсии наблюдаемой случайной величины на составляющие, порожденные независимыми источниками влияния на исследуемую случайную величину, и последующем сравнении этих составляющих.

Если имеются m блоков наблюдений над случайной величиной y по n наблюдений в каждом блоке, то вначале вычисляются суммы квадратов:

- общая

- межблоковая (7)

- внутри блоков

где

Для вычисления оценок соответствующих дисперсий вычисленные суммы квадратов делятся на числа степеней свободы

(8)

(соответственно общая оценка дисперсии, оценка дисперсии между блоками, оценка дисперсии внутри блоков или остаточная дисперсия).

Далее две составляющие и сравниваются между собой с помощью критерия Фишера по стандартной процедуре: вычисляется F- отношение и сопоставляется с , выбранным из таблицы по заданному уровню значимости . При влияние фактора A признается несущественным. Другие вычислительные формулы для сумм квадратов:

(9)

где , , .

5. Организация процесса контроля ходовых колес

5.1 Общие сведения

Процесс измерения и определения овальности железнодорожного колеса происходит в том же цеху где и само производство. Схема работы комплекса, изображенная на листе Д.П.02.01.01., такова: после самоотпуска или отпуска цельнокатаные колеса подвергаются осмотру и обмеру с целью выявления дефектов. Колеса, доставленные до комплекса по конвейеру (4) укладываются вспомогательным роботом (2) на смотровой стол №1 №2 и №3 наружной поверхностью кверху. В этом положении колесо, на позиции №1, осматривает робот-контролер (1) с целью выявления недопустимых значений овальности. Затем робот-контролер переходит к следующему смотровому столу, а тем временем вспомогательный робот, по команде от робота контролера, перемещает колесо, со стола №1, на конвейер (3), ведущий к следующим испытаниям. Пока робот-контролер осматривает колесо на столе №2, вспомогательный робот берет новое колесо и укладывает его на смотровой стол № 1. Так происходит со всеми позициями в течении всего рабочего дня.

5.2 Организация работ и расчет времени рабочего цикла

5.2.1 Последовательность программируемых действий

Формулируются задачи управления в виде последовательности команд, отрабатываемых различными механизмами после проверки различных условий переходов, составляется единая блок-схема алгоритма работы для всех основных режимов. Строится циклограмма работы системы механизмов. Осуществляется построение фрагментов логической системы управления для реализации циклограммы. Под системой управления понимают совокупность средств, обеспечивающих группе объектов, объединенной общностью задач, достижение определенной цели.[3]

Так как применяемый в нашем комплексе промышленный робот М20П.40.01 управляется с помощью числового программного управления, необходимо составить программу для правильной его работы. Принцип действия данной программы показан на листе ДП.02.01.01. За начало координат мы принимаем центральную ось относительно которой вращается рука промышленного робота.

Расшифровка обозначений:

Х 1282 Y750 Z0-координаты точки перемещения робота.

М20-передача управления вспомогательному роботу.

D5-выдержка 5 секунд времени, для того чтобы робот смог точно

позиционироваться.

М01-остановка с подтверждением, необходима для поворота кисти

относительно колеса и отдачи приказа на следующее действие

вспомогательного робота.

Повтор-начало нового цикла.

принцип действия робота по программе таков:

№001 робот неподвижен

№002 перемещение робота к смотровому столу №2 и приказ вспомогательному роботу на перемещение исследованного колеса на конвейер.

№003 опускание робота над колесом

№004 5 секундная выдержка с целью повышения точности позиционирования.

№005 контроль овальности колеса

№006 подъем

№007 перемещение к следующей позиции с приказом вспомогательному роботу на перемещение исследованного колеса на конвейер

И так далее для двух оставшихся позиций контроля.

5.2.2 Расчет времени цикла

Описание циклограммы представленной на листе 1

Промышленный робот.

Начало цикла.

Поворот на 60^о к позиции контроля №2. Время - 1с.

Выдвиг руки к смотровому столу№2. Время - 1 с.

Движение руки вниз к колесу. Время - 1 с.

Позиционирование. Время - 5 с.

Поворот кисти на180^о. Время - 3с.

Подъем руки над колесом. Время - 1с.

Вдвиг руки. Время - 1с.

Поворот руки от смотрового стола №2 к смотровому столу№3 на 120^о.

Время - 2с.

Вспомогательный робот.

Движение к колесу №1. Время - 1с.

Захват колеса №1. Время - 1с.

Движение манипулятора с колесом №1 к конвейеру №3. Время - 3с.

Разжим колеса №1 над конвейером №3. Время - 1с.

Движение робота к конвейеру № 4. Время - 2с.

Захват колеса. Время - 1с.

Движение к позиции №2. Время - 2с.

Разжим колеса над позицией № 2. Время - 2с.

Движение в исходную точку. Время - 1с.

Промышленный робот.

Выдвиг руки к смотровому столу№3. Время - 1с.

Движение руки вниз к колесу. Время - 1с.

Позиционирование. Время - 5с.

Поворот кисти на180^о. Время - 3с.

Подъем руки над колесом. Время - 1с.

Вдвиг руки. Время - 1с.

Поворот руки от смотрового стола №3 к смотровому столу№1 на 60^о.

Время - 1с.

Вспомогательный робот.

Движение к колесу №2. Время - 1с.

Захват колеса №2. Время - 1с.

Движение манипулятора с колесом №2 к конвейеру №3. Время - 3с.

Разжим колеса №2 над конвейером №3. Время - 1с.

Движение робота к конвейеру № 4. Время - 2с.

Захват колеса. Время - 1с.

Движение к позиции №2. Время - 2с.

Разжим колеса над позицией № 2. Время - 2с.

Движение в исходную точку. Время - 1с.

Промышленный робот.

Выдвиг руки к смотровому столу№1. Время - 1с.

Движение руки вниз к колесу. Время - 1с.

Позиционирование. Время - 5с.

Поворот кисти на180^о. Время - 3с.

Подъем руки над колесом. Время - 1с.

Вдвиг руки. Время - 1с.

Поворот руки от смотрового стола №1 к смотровому столу№2 на 60^о.

Время - 1с.

Вспомогательный робот.

Движение к колесу №1. Время - 1с.

Захват колеса №1. Время - 1с.

Движение манипулятора с колесом №1 к конвейеру №3. Время - 3с.

Разжим колеса №1 над конвейером №3. Время - 1с.

Движение робота к конвейеру № 4. Время - 2с.

Захват колеса. Время - 1с.

Движение к позиции №1. Время - 2с.

Разжим колеса над позицией № 1. Время - 2с.

Движение в исходную точку. Время - 1с.

Конец цикла.

Общее время цикла - 83с (1,3 мин).

Хотя робототехнический комплекс может работать круглосуточно, мы рассмотрим режим его работы в течении 8 часового рабочего дня. Запуск, осмотр и обслуживание комплекса производит оператор.

Запуск комплекса в 9:00, внешний осмотр вспомогательного робота 10:00, внешний осмотр робота-контролера 11:00, контрольный замер исследуемого колеса 13:00, остановка комплекса с целью детального осмотра всех узлов и механизмов. 14:00 запуск комплекса, остановка комплекса 18:00.

6. Технологический процесс изготовления держателя датчиков

Рассматривается технологоия изготовления держателя для двух оптических датчиков.

Деталь представлена на листе ДП.03.01.01. это сварная конструкция, состоящая из трубы квадратной, ГОСТ 8639-68, размером 20x2 и фланцев выполненных из листовой стали ГОСТ 19903-74.

Сварка является весьма прогрессивным и высокопроизводительным способом обработки металла. В производстве широкое распространение получили как механизированные способы электродуговой сварки и наплавки (автоматическая и полуавтоматическая сварка и наплавка под флюсом в защитных газах, вибродуговая наплавка в различных средах), так и ручная сварка различными электродами; в том числе при сварке стали, чугуна и алюминиевых сплавов.

Ручная дуговая электросварка осуществляется постоянным и переменным током. При сварке постоянным током плюс может быть на детали, а минус на электроде (прямая полярность), или плюс на электроде, а минус на детали (обратная полярность).

Деталь перед сваркой или наплавкой должна быть очищена от грязи, масла и ржавчины. Трещины должны быть засверлены по краям. Часто на месте трещин вырубаются v-образные канавки на всю глубину трещины. При сварке деталей встык до толщины 8 мм кромки не разделывают. При больших толщинах подготавливают кромки согласно ГОСТ 5264--69.

Цилиндрические или конические поверхности наплавляются двумя способами: продольными валиками, которые накладываются вдоль оси, и круговыми валиками, накладываемыми по покружности или по винтовой линии.

Шейки валов малых диаметров, имеющих достаточную длину, удобнее наплавлять наложением продольных валиков. Каждый последующий валик накладывается на противоположной стороне шейки после поворачивания детали на 180°. Наплавку, торцовых поверхностей начинают от центра и ведут концентрично. Таким же способом наплавляют сферические поверхности.

При заварке отверстий малых диаметров наплавка производится по периметру до заполнения всего отверстия. После заполнения отверстия производится подварка с другой стороны.

В практике неразделанные трещины заваривают поперечными швами. В результате продольной усадки шва края трещины плотно стягиваются и становятся водонепроницаемыми даже при давлении воды до 0,3МПа. Для сварки применяют сварочную проволоку или электроды.

Стальная сварочная холоднотянутая проволока изготавливается следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12 мм (ГОСТ 2246--70).

При ручной дуговой сварке улучшение механических свойств сварных соединений достигается применением электродов с качественным покрытием.[2]

Крепление датчика к механизму поворота происходит с помощью металлической конструкции приведенной в технологической части на листе ДП.02.01.01. Технология изготовления данной конструкции приведена в соответствующей части диплома. Так как конструкция держателя ранее ни где ранее не применялась, то необходимо провести расчет на прочность. Такой расчет был произведен в программном комплексе APM WinMachine. Точнее в его специализированном модуле APM Beam. Система АPМ Beam предназначена для расчета балок и брусьев. Система разработана в Центре АПМ. Программа позволяет рассчитать любую прямолинейную балку с любым поперечным сечением при произвольном нагружении и закреплении.

Основой конструкции является стальная труба ГОСТ 8639-68 размером 20x2 и длинной 1200 мм. Данная труба является основой несущей датчики, на нее воздействуют как вертикальные так и горизонтальные силы. Рассчитаем трубу использую исходные данные и модуль APM Beam.



исходные данные:

длинна балки, мм…………………………………………….…..…….1190

ширина, мм…………………………………………………………….....20

высота, мм…………………………………………………………….….20

толщина стенки, мм……………………………………………………….2

сила тяжести, Н…………………………………………………………..50

сила инерции, Н………………………………………………….……...100

предел прочности металла, МПа……………………………………300

Параметры сечения:

Площадь 145.152 кв.мм

Центр масс: X= 10.008 Y= -9.992 мм

Момент инерции: вокруг горизонтальной оси 7936.468 мм4

вокруг вертикальной оси 7936.468 мм4

полярный 15872.94 мм4

Угол наклона главных центральных осей 0 град

Максимальное напряжение в наиболее опасном сечении 104.527 МПа

Радиальные силы

N	Расстояние от левого конца балки, мм	Модуль, Н	Угол, град
0	30	111.8029964	116.5649824
1	1160	111.8029964	-116.5649824

Реакции в опорах

N	Расстояние от левого конца балки, мм	Реакция верт., Н	Реакция гориз., Н	Модуль Н	Угол, град
0	585	41.5	-5674.48	5674.63	179.58
1	605	58.5	5674.48	5674.78	0.59

Изгибные колебания в вертикальной плоскости

N	Частота, рад/с	Частота, Гц
0	14.931	2.376
1	15.663	2.493
2	94.357	15.017
3	98.264	15.639
4	265.871	42.315

Изгибные колебания в горизонтальной плоскости

N	Частота, рад/с	Частота, Гц
0	313.571	49.906
1	328.935	52.352
2	1981.593	315.38
3	2063.653	328.441
4	5583.559	888.651

Крутильные колебания

N	Частота, рад/с	Частота, Гц
0	6383.23	1015.923
1	12770.086	2032.422
2	19158.128	3049.111
3	25532.918	4063.69
4	31812.45	5063.109



Как видно из представленных выше расчетов, заданная балка выдерживает приложенные к ней нагрузки, напряжения в креплениях не превышают предельно допустимых значений предела прочности балки. Перемещения балки при нагружении находятся в допустимых пределах и никак не влияют на процесс измерения овальности колеса.

6.1 Выбор режима сварки деталей держателя

Режим ручной дуговой сварки и наплавки характеризуется силой тока и скоростью сварки. Сила тока выбирается в зависимости от диаметра электрода по формуле:

I=k•d,

I-- сила тока, А;

d --диаметр электрода, мм;

k=35--55 А/мм. [2]

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла.

Техническая норма времени состоит из оперативного времени, времени обслуживания рабочего места и подготовительно-заключительного времени. Оперативное время равно:

tоп=(tо+tв1)•L+tв2

где: t_оп -- оперативное время на одно изделие, мин;

t_о -- основное время на один погонный метр сварочного шва. Время, в течение которого происходит разогрев и плавление металла (основного и присадочного) для образования сварочного шва, мин;

t_в1 -- вспомогательное время, связанное с переходом (с длиной свариваемого шва на один погонный метр шва), мин;

t_в1=t'_в1+t''_в1

где: t'_в1 -- время, необходимое на осмотр и очистку стальной щеткой свариваемых кромок и на осмотр, очистку и измерение сварочного шва. Для электросварочных работ оно составляет: при стыковых соединениях без разделки кромок 0,3 мин на 1 пог. м шва. Время на очистку швов от шлака стальной щеткой и зубилом, а также на осмотр промежуточных и промер последующих (завершающих) слоев шва зависит от их количества. При сварке без разделки кромок в один слой это время равно 0,6 мин на 1 пог. м шва.

t''_в1--время, необходимое на смену присадочного прутка;

t_в2-- вспомогательное время, связанное со сваркой изделия, мин;

Основное время при электродуговой сварке является время плавления металла электрода для образования сварочного шва, т.е. время непосредственного горения дуги; для сварки 1 пог. м шва в 1 мин оно определяется по формуле:

t₀=G•60/a_н•I или t₀=F•y•60/a_н•I

где: G - масса наплавленного металла, г/пог. м шва;

F - поперечное сечение шва, мм2;

y - плотность наплавленного металла, г/см3, который можно принять равным плотности расплавляемого металла;

а_н - коэфицент наплавки г/А•ч, количество металла в граммах, наплавляемого за 1 ч горения дуги, отнесенное к силе сварочного токав 1 А;

I - сила сварочного тока, А.

Коэффициенты наплавки a_н зависят от типа электродов и их покрытия и указываются в паспортах электродов.

Сила сварочного тока I назначается в соответствии с паспортами электродов в зависимости от их диаметра, который выбирается по толщине свариваемого металла с учетом характера и размеров кромок под сварку.

Время обслуживания рабочего места t_o.р.м. принимается 11,0--15,0% от оперативного времени t_o.р.м. =(0,11-0,15)t_o.п. [2]

Подготовительно-Заключительное время равняется 2--4% от оперативного t_п.з.= (0,02-0,04)•t_о.п. [2]

Техническая норма времени на ручные сварочные работы:

t_шк=t_оп+t_о.р.м.+t_п.з.

6.2 Расчет технической нормы времени на сварочные работы

Технологическая схема сборки изделия представлена на листе ДП.03.01.01. Процесс сборки начинается с трубы 3. Ее укладывают на сварочный стол, затем приваривают две трубы 4, после чего, сверху, к трубам 4 приваривают фланцы 5. После этого трубу 3 с приваренными трубами 4 и фланцами 5 переворачивают и ставят на сварочный стол. Присоединяют сверху на трубу 3 трубу 2, приваривают, и к приваренной трубе 2 подставляют фланец 1 и закреплют его с помощью сварки.

Далее, в расчетной части, для примера представлены расчеты технической нормы времени необходимой для сваривания двух труб, трубы 3 и трубы 4. На их примере можно будет рассчитать техническую норму времени оставшихся операций сварки. В данном разделе они не рассматриваются, т.к. все расчеты соответствуют расчетам, представленным ниже.

Для сваривания этих двух изделий выбираем электрод диаметром 3 мм, т.к. толщина свариваемого металла составляет 2мм. Необходимое значение сварочного тока приведено ниже. Вспомогательное время, необходимое для дальнейших расчетов, легко рассчитать, зная технологию сборки изделия представленную выше.

Оно состоит из времени необходимого для поднисения заготовок к сварочному столу (10 с), времени на укладку трубы 3 (5 с), время для перемещения трубы 4 на сварочный стол (10 с) и присоединение к ней трубы 4 (2с).

Длину сварного шва расчитываем зная характеристики свариваемых изделий представленых на листе ДП.03.01.01. Плотность наплавляемого металла выбираем по таблице 3.2. прил. [2]. Коэффицент наплавки выбираем исходя из характеристик нашего соединения из таблицы 4.5. прил. [2].

Исходные данные:

толщина свариваемого металла, мм …2

диаметр электрода, мм ……...3

длина сварного шва, м……………………0,08

плотность наплавленного металла, г/см3………………….8,79

коэфицент наплавки г/А•ч………………………...11

вспомогательное время, сек……………….25

Расчет силы сварочного тока:

I=k•d=40•3=120 A

Для расчета технической нормы времени необходимо знать площадь поперечного сечения шва. Для вычисления этого значения воспользуемся программным комплексом APM WinMachine, точнее одним из его модулей APM Joint, система предназначена для расчёта соединений деталей машин. Программа позволяет рассчитать практически все виды соединений, встречающихся в современном машиностроении.

Тип соединения: Тавровое односторонним швом

Тип расчёта: Проверочный

Рис. 3.1. Схема нагружения сварочного шва

Рис. 3.2. Соответствие цветов диапазону напряжений [МПа]

Таблица 3.1. Суммарные результаты.

Площадь шва в опасном сечении	10.596	кв.мм
Момент инерции шва относительно центральных осей	X= 10.00 Y= -10.00	мм
относительно горизонтальной оси	706.403	мм4
относительно вертикальной оси	706.403	мм4
Угол наклона главных центральных осей	0.000	град
Макс. касательное напряжение	42.000	МПа
Катет	0.189	мм
Коэффициент запаса по пределу прочности	3.000
Коэффициент запаса выносливости	1.047

Таблица 3.2. Постоянные параметры

Коэффициент запаса текучести деталей крепления	3.000
Предел текучести материала деталей сопряжения	210.000	МПа
Предел прочности материала деталей сопряжения	300.000	МПа

На Рис.3.1. представлена схема нагружения сварочного шва. На Рис. 3.2. соответствие цветов диапазону напряжений. Анализируя два этих рисунка, можно увидеть расположение опасных сечений в сварном шве; далее в таблице 3.1. представлено значение площади шва в этом сечении. Все опасные сечения проходят с запасом по прочности, равным 3.

Пользуясь представленными выше результатами расчитаем техническую норму времени сварки держателя.

Расчет основного времени на один погонный метр сварочного шва.

t₀=F•y•60/a_н•I = 10,6•7,8•60/11•120 = 3,75 мин = 225 с/мпог шва

Расчет вспомогательного времени:

t_в1=t'_в1+t''_в1=1,5+4=5,5 сек

Расчет оперативного времени:

t_оп =(t_о+t_в1) •L+t_в2=(225 + 5,5)•0,08+25,2= 43,6 сек

Расчет времени обслуживания рабочего места:

t_o.р.м. =0,14•t_o.п. =0,14•43,6 = 6,1 сек

Расчет подготовительно-заключительного времени:

t_п.з.= 0,03•t_о.п = 0,03•43,6= 1,3 сек

Расчет технической нормы времени на ручные сварочные работы:

t_шк=t_оп+t_о.р.м.+t_п.з. = 43,6+6,1+1,3= 51 сек

Вывод: из расчетов следует, что для сваривания деталей конструкции держателя потребуется время равное 51 секунде (без подготовительных и дополнительных операций).

7. Экономическая эффективность разработанного комплекса

7.1 Определение барьерной ставки

Капитал предприятия формируется из двух источников: собственного и заёмного. Для привлечения капитала из этих источников предприятию необходимо платить. Это либо процент по кредитам (заёмный капитал), либо дивиденды ( акционерный капитал). Чем более рискованный проект, тем более высоких дивидендов будут ожидать акционеры, а кредиторы будут предлагать кредиты под более высокие проценты. И акции предприятий, и кредиты реализуются на финансовых рынках. И именно силы свободного рынка определяют степень риска инвестиций.

Поэтому можно сказать, что стоимость капитала предприятия представляет собой рыночную оценку уровня риска по операциям предприятия. Предприятия принимают эту оценку в качестве среднего значения барьерного коэффициента HR, так как у них нет более объективного показателя.

Исходные данные:

ДД=0.3 ДСИ=0.7СН=0.2N(кб)=0.22N(дб)=0.1 Р=2

В общем случае стоимость капитала - это средневзвешенная цена (в процентах), которую предприятие уплатило за денежные средства, используемые для формирования своего капитала. Эта величина определяется соотношением заемного и собственного капиталов:

где: СК - стоимость капитала, %;

ДД - доля долга;

СД - стоимость долга, %;

ДСК - доля собственного капитала;

ССК - стоимость собственного капитала, %.

Так как выплаты процентов уменьшают величину налогооблагаемой прибыли, то соответственно уменьшается и величина налоговых выплат. Экономия на налогах частично компенсирует выплаты по долгам. Поэтому реальный процент выплат по долгам с учетом экономии составит:

где: СН - ставка налога на прибыль;

Nе(СД) - уровень эф. процентной ставки.

ССК=Nе(CCK)

Доля долга и собственных средств в сумме, равны единице. Поэтому, определив одну из составляющих, можно определить и другую:

; Тогда:

Стоимость собственного капитала при отсутствии развитого фондового рынка в России для Государственных предприятий можно взять на уровне альтернативного размещения средств (депозитные банковские ставки, проценты по государственным облигациям и т.д.).

В условиях высокой инфляции ставки ссудного процента и депозитные ставки рассчитываются с учетом внутригодовых реинвестиций и очищаются от инфляции по следующей методике. Берутся номинальные (т.е. с учетом инфляции) годовые ставки коммерческих банков. На их основе рассчитываются эффективные ставки (т.е. с учетом реинвестиций по периодам внутри года):



где N_e(СД,ССК) - номинальная эффективная ставка (кредитная и депозитная соответственно)

N(кб,дб) - номинальная банковская ставка (кредитная и депозитная соответственно)

р - число периодов начисления процентов внутри года.

Полученное значение Nе(СД) подставляется в формулу расчета СД, а значение Nе(ССК) является искомым значением ССК.

Определение верхней предельной стоимости промышленного робота М20П.40.01. Исходные данные в таблице 1.

Наименование	Обозначение	Ед. измерения	БТ (работа вручную)	НТ (пром. робот)
Масса ПР	G	т	-	0.56
Номинальная мощность двигателей ПР	N	кВт	-	3
Цена ПР	Цм	тыс. руб	-	350
Годовой фонд времени работы техники	Тф	дней	-	247
Средняя продолжительность смены	Тсм	маш.часы	7	7
Количество машиночасовр работы промышленного робота в год	Тг	маш.часы	-	1730
Количество обслуживающего персонала и разряд	N	чел.	1
Оператор ПР - VI-ой разряд	N	чел.	-	1
Количество потребного контингента	N	чел.	2	-

7.2 Расчет чистых денежных потоков

Хотя в рыночных условиях предприятия стараются максимизировать свою прибыль, но при определении эффективности используют не результаты изменения прибыли, а так называемые чистые денежные потоки (ДП).

Расчет ДП обычно оформляется в виде таблицы, где денежные потоки разделены на три части.

Инвестиции.

Приращение доходов и расходов.

Корректировка денежных потоков.

Инвестиции

В этой части представлены все существенные и связанные с инвестициями расходы. Они включают стоимость новых активов и сопутствующие им расходы. Обычно считается, что инвестиции проводятся в нулевой период.

Капитальные вложения

Капитальные затраты включают в себя расходы на создание, производство и доставку техники потребителю. Тогда для промышленного робота М20П.40.01 капитальные затраты составят:

КЗ = Ц_м К_у = 350000 1.2 = 420 тыс.руб.

где Ц_м - цена ПР М20П.40.01, тыс.руб.;

К_у - коэффициент учитывающий затраты на доставку техники потребителю и ее монтаж.

Корректировка денежных потоков

В этой части содержатся статьи, которые прибавляются или вычитаются из доходов части 2. Эти корректировки включают те статьи, которые не входят в отчет о доходах, но которые связаны с приходом или расходом наличности, а также статьи, которые появляются в отчете о доходах, но не связаны с движением наличных денег. Из всех корректировок денежных потоков самые важные связаны с амортизационными отчислениями и остаточной стоимостью.

Амортизация является важной составляющей при определение денежных потоков по следующим причинам.

1. Амортизация часто является одной из самых крупных статей расходов.

2. Поскольку амортизацию можно исключить из налогообложения, ее учет уменьшает налоговые обязательства.

3. В силу того, что амортизация представляет собой неденежный расход и деньги не покидают предприятие в качестве платы за нее, то предприятие получает возможность использовать эти деньги. Для этого необходимо сделать корректировку, то есть в части 3 поместить величину амортизации со знаком плюс. В результате, рассматривая амортизацию как отток в части 2 и как приток в части 3, получаем нулевое значение. Единственным результатом будет уменьшение выплат налогов на прибыль.

Применение роботизированного комплекса контроля ходовых колес влечет за собой изменение в доходах и расходах предприятия. Для осуществления контроля необходимо новое оборудование (оптические датчики и промышленный робот). Все операции по измерению овальности колеса будет производить промышленный робот, контроль над процессом осуществляет экспертная система, заменяющая квалифицированного специалиста. Технологу время от времени нужно лишь проверять выводы экспертной системы. Высокая квалификация рабочего персонала требует повышения заработной платы. Комплекс, так же как и человек, работает 8 часов.

Для того, чтобы произвести вычисления, примем среднюю стоимость аппаратного обеспечения:

Цена робота: 300000 рублей

Цена двух датчиков: 50000 рублей

Рассчитаем изменения в доходах и расходах предприятия:

Тариф: 3777/166=22 рубля/час

Тарифный коэффициент для инженера 3 разряда: 1,4; 5 разряда: 1,7.

Тарифная ставка: тариф * тарифный коэффициент;

Доплаты: 40% от тарифной ставки;

Основная заработная плата: тарифная ставка + доплаты;

Дополнительная заработная плата: 10% от ОЗП;

Отчисления на социальные нужды: 26% от ОЗП+ДЗП;

Амортизация: цена * норма амортизации;

Норма амортизации: Nаморт =0,3;

Прочие затраты: 15% от ОЗП+ДЗП;

Налог на прибыль: 24% от всех затрат;

Приращение доходов и расходов.

В этой части определяем экономический результат, возникающий, вследствие осуществления инвестиций. Здесь рассматриваются только те денежные потоки, которые изменяют сложившееся состояние производства и могут быть объяснены именно действием новых инвестиций. Подсчитывается изменение расходов по заработной плате, материалам, топливу, электроэнергии, амортизации, налогам, и так далее. Алгебраическая сумма притоков и оттоков денежных средств дает величину приращения доходов и расходов.

Фонд заработной платы

,

где - часовая тарифная ставка обслуживающего персонала;

N_i - количество потребного контингента;

T_см - средняя продолжительность смены;

T_ф - годовой фонд времени работы техники;

1.15 - коэффициент невыхода на работу;

d_пр - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату в праздники

d_пр = 40%;

d_доп - коэффициент, учитывающий доплаты к з/п d_доп = 10%.

= 890k_тар/166,

где k_тар - коэффициент, учитывающий разряд обслуживающего персонала

k_тар = 1.78 -для IV-го разряда, k_тар = 2,1 -для VI-го разряда

= 4450 · 1.78/166 = 47.7 = 4450 · 2.1/166 = 56.3

Тогда ФЗП для старого варианта (ручной труд)

Отчисления на социальные нужды для старого варианта

З1_сн = ФЗП1 · 0.365

где 0.365 - коэффициент, учитывающий норму отчислений на социальные нужды

З1_сн = 438180 · 0.365 = 159936 руб.

Считаем тоже для промышленного робота

Отчисления на социальные нужды для промышленного робота

З2_сн = ФЗП2 · 0.365 = 172394 · 0.365 = 62924 руб.

Тогда экономия заработной платы считается по формуле

ЭЗП = (ФЗП1 + З1_сн) - (ФЗП2 + З2_сн)

ЭЗП = (438180 + 159936) - (172394 + 62924) = 362798 руб. в год

Затраты на электроэнергию робота

З_топ = К_нп · ЦТ · WТ · T_Г = 1.1 · 2.5 · 3 · 1730 = 14273, руб.

где К_нп = 1,1 - коэффициент, учитывающий накладные расходы на прочие

затраты;

Ц_Т - цена 1кВт энергии;

W_Т - часовой расход энергии;

T_Г - количество машино-часов, работы манипулятора в год.

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования

З_эо = 0,05 · Ц_м = 0,05 · 350 = 17.5

Годовые амортизационные отчисления

З_ам = 0,1 · Ц_м = 0,1 · 350 = 35

Прибыль от уменьшения количества отбракованных деталей

Производство, которое мы рассматриваем, выпускает колеса. Производительность комплекса - одно колесо каждую 1 мин. Учитывая, что предприятие работает 247 дней в году, в среднем 7 часов за смену, получаем ?103740 колес в год. Из них, согласно статистике около 2% - это брак, получаем: 103740 / 100 · 2 = 2080 шт.

Внедрение промышленного робота М20П.40.01 позволит сократить брак на 1.7% от общего выпуска, что составляет: 103740 / 100 · 1.7 = 1770 шт.

Учитывая, что из-за каждого бракованного гидроцилиндра предприятие теряло 200 руб., получаем уменьшение затрат за год, в связи с уменьшением брака, на сумму:

1770 · 200 = 234000 руб.

Нахождение предельной цены манипулятора.

Искомую величину обозначим - X.

Таблица 2.

	Срок использования
	0	1	2-4	5
1. Инвестиции: Стоимость оборудования ПР	-350 000
2. Приращение доходов и расходов: - Экономия заработной платы - Расходы на электроэнергию - Прибыль от уменьшения количества бракованных деталей - Расходы на амортизацию - Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования		362798 -14273 234000 - 35000 - 17500	362798 -14273 234000 - 35000 - 17500	362798 -14273 234000 - 35000 - 17500
ИТОГО:		547525		547525
Налог на прибыль (24 % ) :		131406		131406
Приращение доходов		416119		416119
3. Корректировка денежных потоков: Амортизация		35000		35000
4. Чистые денежные потоки (ЧДП)	-350 000	44228		44228

Показатели эффективности инвестиций

Основными показателями эффективности инвестиций являются:

Чистая текущая стоимость (NPV)

Внутренняя норма рентабельности (IRR)

Чистая текущая стоимость представляет собой сумму дисконтированных чистых денежных потоков, порожденных инвестициями, и определяется следующим образом:

,

где ЧДП_i - чистый денежный поток, руб.;

HR - барьерная ставка;

i - Количество лет функционирования объекта.

Чистый денежный поток берется со знаком соответствующим оттоку или притоку денежных средств. Положительное значение NPV говорит об эффективности рассматриваемого варианта.

Определение верхней предельной цены промышленного робота (X). Для нахождения величины X составим следующее уравнение:

В итоге произведя необходимые преобразования, получаем следующее уравнение:

1.05 X = 1370556 (*)

X = 1305291 (руб) - верхний предел стоимости промышленного робота М20П.40.01

Рассмотрим зависимость чистой текущей стоимости от цены промышленного робота, т.е. NPV = ( X). Данная зависимость и показана в табл. 3.

Таблица 3. Зависимость чистой текущей стоимости от цены промышленного робота.

NPV, руб	X, руб
1370555.648	0
1233661.371	130529.1
1096767.094	261058.2
959872.8167	391587.3
822978.5396	522116.4
686084.2624	652645.5
549189.9853	783174.6
412295.7082	913703.7
275401.431	1044232.8
138507.1539	1174761.9
1612.876776	1305291
-135281.4	1435820.1

На основании данных полученных при решении уравнения (см. табл. 3) построим зависимость чистой текущей стоимости от цены промышленного робота:

NPV = f(Х) или NPV = f(Цм).

По полученным результатам для наглядности строим график, который представлен на плакате. На графике видна область эффективного применения разработанной системы. Как и любой робототехнический комплекс, рассматриваемые в дипломном проекте комплекс, в первоначальный момент времени является убыточным. Но со временем, благодаря более высокой точности и повышенной производительности, комплекс начнет окупать свою стоимость. А внедрение похожих комплексов в других областях промышленности, где также требуется высокая точность, позволит снизить их стоимость за счет удешевления производства и обслуживания.

8. Безопасность жизнедеятельнотсти

8.1 Расчет защитного заземления

Поражение человека электрическим током может произойти не только при прикосновении к токоведущим частям, но и при контакте с металлическими корпусами электрооборудования, случайно оказавшимися под напряжением в результате повреждения изоляции. В этих аварийных условиях прикосновение к нормально нетоковедущим металлическим частям равноценно прикосновению к токоведущим и сопряжено с опасностью для жизни.

Для предотвращения подобных случаев поражения электрическим током применяется защитное заземление предмеренное соединение металлических частей электрической установки с землей посредством заземляющих проводников и заземлителей. При этом между корпусом защищаемого устройства и землей создается достаточно малое сопротивление, что позволяет снизить до допустимых значений напряжение прикосновения.

На листе 1. видно, что в случае нарушения изоляции одного из питающих проводов, например 2, человек включается параллельно сопротивлениям заземлителя Rз и изоляции относительно земли второго провода R2 и последовательно с сопротивлением изоляции относительно земли первого провода R1.

Так как R2 >> Rч и R2 >> Rз, где Rч -- электрическое сопротивление тела человека, то сопротивлением R2 можно пренебречь. Тогда напряжение, приложенное к телу человека, будет

Uч=(Rз+Rч)/(R1+(Rз*Rч)/(Rз+Rч))

Учитывая, что Rз << Rч и Rз << R1, можно допустить: Rз + Rч=Rч; R1+Rз~R1. Тогда ток, протекающий через тело человека, определится следующим выражением:

I=U/R=(U*Rз)/Rч*R1

Таким образом, при Rч = const (в расчетах принимается Rч = 1000 Ом) величина тока, проходящего через тело человека, всецело зависит от Rз и R1. Причем, чем меньше Rз, тем меньше опасность поражения электрическим током.

Наибольшие допустимые значения Rз установленные «Правилами устройства электроустановок» [6], приведены в табл. 1.

Защитное заземление эффективно только в тех случаях, когда ток замыкания на землю не увеличивается с уменъшением сопротивления заземлителя. Это возможно в сетях любого напряжения с изолированной нейтралью, где при замыкани фазного провода на заземленный корпус электроустановки величина тока замыкания будет определяться только сопротивлением изоляции фаз относительно земли, так как их величина много больше сопротивления заземляющего устройства.

В сетях напряжением выше 1000 В с заземленной нейтралью замыкание на заземленный корпус приводят к срабатыванию максимальной токовой защиты. В таких сетях защитное заземление выполняют в виде заземляющих сеток, что обеспечивает выравнивание потенциалов на поверхности земли.

В сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В защитное заземление неэффективно, так как ток замыкания на землю оказывается здесь недостаточным для срабатывания максимальной токовой защиты и с уменьшением сопротивления заземлятеля возрастает. В таких сетях защита от замыкания фазы на корпус достигается устройством зануления.

Таким образом, защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением выше 1000 В как с изолированной, так и заземленной нейтралью.

Согласно ГОСТ 12.1.030--81 защитному заземлению подлежат электроустановки:

1) при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока -- во всех случаях;

2) при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока -- при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных;

3) независимо от величины напряжения питания -- во взрывоопасных помещениях.

Заземляющее устройство состоит из заземляющих проводников и заземлителей. Заземляющие проводники электрически связывают металлические корпуса заземляемых частей электроустановки с заземлителем. В качестве заземляющих проводников могут быть использованы:

- специально предусмотренные для этой цели проводники;

- металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т. п.);

- арматура железобетонных строительных конструкций и фундаментов;

- металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, шахты лифтов и подъемников, обрамление каналов и т. п.);

- стальные трубы электропроводок;

- алюминиевые оболочки кабелей.

Заземляющие проводники специального назначения прокладываются по конструкциям зданий открыто, в легкодоступных для осмотра местах; к оборудованию они присоединяются сваркой или болтами, а к заземлителю (под землей) -- только сваркой.

Заземлитель -- это металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Различают искусственные и естественные заземлители.

Искусственные заземлители предназначаются исключительно для целей заземления и выполняются в виде вертикально погруженных стальных труб, уголков, стержней, сваренных по верхним концам горизонтальной соединительной полосой.

В агрессивных почвах, где заземлители подвергаются усиленной коррозии, их выполняют из меди; омедненного или оцинкованного металла. Обычно длина вертикальных электродов составляет 2,5--4,0 м.

Однако в плохо проводящих грунтах часто приходится устраивать глубинные заземлители -- стальные стержни длиной 10--12 м и более, которые позволяют достигнуть слоев земли с хорошей проводимостью. Такие заземлители применяются, в частности, в песчаных грунтах.

Естественные заземлители -- это находящиеся в земле металлические предметы иного назначения. Из соображений экономии металла их следует максимально использовать.

Естественными заземлятелями могут служить:

- проложенные в земле водопроводы и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов, или смесей;

- обсадные трубы скважин;

- подземные металлические и ж...