Требования к качеству и показатели надежности АЛ и ГПС

Несмотря на различие технологических процессов, автоматизированное технологическое оборудование имеет много общего, что определяет близость требований к критериям его качества. В то же время от ГПС, включающих в себя программно-переналаживаемые станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, транспортно-складские средства, системы управления и др., требуется значительная производственная гибкость. Кроме того, по сравнению с АЛ существенно изменяется как состав, так и ранжирование ряда показателей качества. В табл. 10.1 показатели качества условно разделены на две группы. При этом из числа основных показателей качества выделены показатели надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности). Показатели сохраняемости при проводимом анализе не рассматривались, так как они прямо не связаны с вопросами, изучаемыми технической диагностикой.

В условиях серийного и массового производства безотносительно к видам применяемого оборудования основными критериями его качества являются:

высокая производительность оборудования, обеспечивающая выполнение заданной программы выпуска продукции;

качество продукции, оцениваемое коэффициентом выхода годных изделий;

себестоимость продукции, определяющая экономичность принятых конструктивных и технологических решений;

ритмичность выпуска деталей, имеющая наряду с производительностью большое значение для обеспечения устойчивой работы сборки без создания больших заделов;

производительность труда основного и вспомогательного персонала, зависящая в том числе от надежности оборудования и.

информационно-управляющих систем, качества заготовок и инструмента, квалификации персонала и других факторов;

безопасность труда, определяемая в первую очередь особенностями принятого технологического процесса, степенью автоматизации оборудования и необходимостью постоянного нахождения персонала в зоне работы оборудования (особенно вблизи транспортных и загрузочных средств);

социально-экономические показатели, включающие в себя эргономичность, экологичность и эстетические свойства. Здесь выделены также затраты на обслуживание и ремонт, так как они зависят от принятой системы диагностирования.

Для оценки качества гибких производственных систем приоритетные критерии качества производства с их краткими обоснованиями можно сформулировать следующим образом:

гибкость, обеспечивающая возможность автоматизации обработки определенной номенклатуры изделий при заданном качестве продукции и высокой производительности труда;

высокое качество продукции, в основном определяющееся качеством оборудования, оснастки, математического обеспечения, развитыми системами контроля и наличием обратных связей в системе управления;

высокая производительность труда, которая обеспечивается в первую очередь путем уменьшения основного и вспомогательного персонала по сравнению с неавтоматизированным производством благодаря автоматизации не только операций обработки и контроля, но и многих вспомогательных операций и технологической подготовки производства;

более низкая себестоимость продукции, которая здесь ранжируется выше производительности;

достаточная производительность ГПС, которая обычно ниже, чем у АЛ, ввиду меньшей концентрации операций; она в большей степени зависит от надежности оборудования, что частично компенсируется повышением различными путями живучести системы;

безопасность, требующая особого обеспечения ввиду высокой концентрации средств автоматизации, ограниченности обслуживающего персонала и наличия неуправляемых человеком транспортных средств;

незначительный объем незавершенного производства, являющийся важным критерием правильного построения и управления ГПС.

Принцип ранжирования остальных показателей ГПС — тот же, что и у АЛ.

Показатели надежности машин, как известно, являются вероятностными характеристиками:

где p (t) — вероятность безотказной работы;/(/) — плотность распределения наработки до отказа; Т — заданная наработка до отказа.

Для АЛ вопросы определения показателей надежности достаточно разработаны. При оценке надежности АЛ широко используются накопленные эмпирические данные, в частности по интенсивности отказов и времени восстановления. Основным показателем может быть принят (см. табл. 10.1) коэффициент технического использования.

где — интенсивность отказов; /_ср/ — средняя продолжительность восстановления (затраты на техническое обслуживание и ремонт); п — число элементов (узлов и систем); Г_р — фактическое время работы АЛ (длительность цикла, умноженная на число обработанных деталей) за заданную длительность наблюдения Т_н (обычно десятки смен).

Обычно при расчетах ц_1Н для АЛ из агрегатных станков используют следующие данные по затратам времени на восстановление нормализованных и типовых узлов АЛ (в левой ко;

лонке приведены типы узлов, в правой — средняя продолжительность восстановления, мин, приходящаяся на 1000 мин работы):

Силовые головки и столы …1,8…2,5

То же, для глубокого сверления

и подрезно-расточных операций…3,2…4,2

Шпиндельные коробки …0,3…1,0

Фрезерные бабки… 0,4… 1,2

Поворотные столы и кантователи …1,0… 1,3

Загрузочные и разгрузочные приспособления …5,0

Транспортер деталей …10… 16

Транспортер стружки…2,4

Электрооборудование …5,0…14

При анализе приведенных данных следует учитывать общее число применяемых узлов этого типа, которое увеличивает вероятность их отказа. Например, число силовых головок и шпиндельных коробок в АЛ может достигать нескольких десятков, при этом соответственно увеличивается количество гидравлических систем.

Все это повышает простои линии (они не учтены в приведенных выше данных по средней продолжительности восстановления). Простои по вине гидравлической системы, которые могут составить дополнительно 8… 14 мин, увеличивают частоту отказов. Влияние простоев агрегатных станков на производительность на первых операциях уменьшают путем деления линии на участки. Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС) предлагает для расчета г|_{т и} ГПС следующую формулу:

п.

где ^/уп — суммарное время работы по управляющей программе.

/=1.

всех гибких производственных модулей (ГПМ), входящих в состав.

п

ГПС; ?/_о6сл — суммарное время технического обслуживания ГПМ 1−1.

и суммарное неперекрываемое время технического обслуживания.

п

вспомогательного оборудования; ?/,*," — то же, для планового и.

/?1.

внепланового ремонта; п — количество ГПМ в составе ГПС.

Данные для расчета ri_T «определяют в процессе эксплуатации. В АЛ из металлорежущих станков сильное влияние на простои /_0бсл оказывает стойкость инструментов. Поэтому влияние простоев из-за смены инструментов обычно рассматривается более подробно. Без учета потерь по организационным причинам производительность АЛ.

где Т_п — средняя продолжительность цикла АЛ, Т_и = /"(I + г|_х); /₀ — время обработки; /_хх — время холостых ходов, ri_x = tjt₀. Чем больше г|_х, тем больше влияние на производительность АЛ механизмов холостых ходов. Это вызывает ужесточение режимов их работы и как следствие — уменьшение ц_{т и}, что необходимо учитывать при планировании работ по технической диагностике. Достаточно широко при анализе надежности АЛ используются следующие показатели (см. табл. 10.1):

где и — число отказов, t_iH — /-й интервал времени безотказной работы (в рассматриваемом интервале суммарной наработки или заданной продолжительности эксплуатации);

среднее время устранения отказа.

где t_iy — интервал времени устранения отказа;

коэффициент готовности.

где В — удельная длительность восстановления (устранения) отказа, В = Сср.уЛср.Н;

Точность определения показателей по этим формулам тем выше, чем больше период наблюдения за работой АЛ. Значения /_{ср у} и В существенно зависят от квалификации персонала и наличия технических средств для обнаружения мест неисправностей. Вероятность обеспечения заданной суммарной наработки за фиксированное календарное время для АЛ имеет большое значение, так как определяет стабильность работы сборочных конвейеров.

Средний ресурс АЛ определяется при эксплуатации как математическое ожидание наработки до перехода в предельное состояние (например, по точности), требующее поведения капитального ремонта. Поскольку АЛ уникальны по своей конструкции, то необходимые данные могут быть определены заранее лишь для наиболее ответственных нормализованных узлов при проведении ресурсных испытаний.

В качестве показателя долговечности используется также Т_у — гамма-процентный срок службы, определяемый с заданной вероятностью у как календарная продолжительность от начала эксплуатации АЛ до достижения предельного состояния. Для ГПС дополнительно учитываются как имеющие большое значение с точки зрения возможности уменьшения количества обслуживающего персонала: средняя наработка до отказа, вероятность наличия не менее чем заданного интервала безотказной работы за фиксированное календарное время, достоверность правильного функционирования информационно-расчетных систем.

Для ГПС из металлорежущих станков определяется запас надежности К" станков по точности. Ряд этих показателей может быть определен лишь после длительной эксплуатации, что снижает их практическую ценность. Таким образом, для АЛ основное значение имеют функциональная, аппаратурная надежность, параметрическая надежность технологической системы и системы «человек—машина», а для ГПС — программная, аппаратурная, информационная надежность, параметрическая надежность технологической системы, надежность систем управления.

Рассмотрим возможности улучшения показателей надежности оборудования путем применения методов технической диагностики (ТД) и контроля кинематических и динамических показателей качества (табл. 10.2), а также методов резервирования, адаптивного управления, очувствления и коррекции.

Эффективность применения рассмотренных методов у АЛ существенно зависит от технологического назначения и соотношения времени холостых ходов и времени обработки г|_х. Например, у АЛ, осуществляющих контактную сварку, ri_x в десятки раз больше, чем у АЛ из агрегатных станков, обрабатывающих детали резанием. Поэтому в первом случае очень эффективны методы 1 и 2, а во втором случае не меньшее, а иногда и большее значение имеют методы 5 и 11.

Далее перечислены основные задачи динамических методов контроля и ТД:

• а) для АЛ — уплотнение циклограммы, улучшение качества регулирования механизмов, повышение точности обработки, уменьшение потерь от брака, предотвращение длительных простоев и аварий, уменьшение потерь времени на поиск неисправностей, снижение трудоемкости и потерь времени на ремонтные работы, уменьшение влияния индивидуальных свойств, квалификации оператора и ремонтного персонала на качество продукции и надежность АЛ, уменьшение численности персонала;
• б) для ГПС — проверка информационно-расчетных систем, проверка и корректировка математического обеспечения, повышение точности обработки, улучшение качества регулирования механизмов, снижение потерь от брака, увеличение гибкости и «живучести» системы, снижение длительности и трудоемкости профилактических работ, проводимых в первую смену, снижение длительности простоев в первую и вторую смены, предотвращение простоев или своевременная остановка оборудования в третью («безлюдную») смену, предотвращение аварий, уменьшение трудоемкости ремонтных работ, уменьшение численности персонала.

Примечание. 1 — контроль кинематических и динамических показателей при приемке оборудования и проведения профилактических работ; 2 — приборные методы проведения регулировочных работ; 3 — прогнозирование отказов по результатам ТД и проверок оборудования; 4 — ускорение поиска отказов оборудования и предотвращения аварий методами ТД; 5 — диагностирование инструмента и назначение рациональной периодичности его замены; 6 — контроль и профилактика оборудования в первую смену перед началом работы; 7 — ТД системы управления во время работы с автоматическим включением резерва; 8 — изменение по данным ТД структуры ГПС и режимов работы; 9 — корректировка программного обеспечения поданным ТД; 10 — периодическое диагностирование информационнорасчетной системы с помощью программно-аппаратных средств; 11 — контроль качества обработанных поверхностей оборудования; 12 — то же, с автоматическим изменением режимов или подналадкой инструмента.

Для ГПС актуальны контроль и корректировка математического обеспечения станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, ПР, роботизированных тележек, автоматизированных складов. При этом ставятся задачи повышения точности обработки или взаимодействия механизмов (например, ПР и станка с ЧПУ), предотвращения брака благодаря учету внешних условий и состояния механизмов, улучшения качества регулирования механизмов оборудования, проведения контроля информационнорасчетных систем. Комплекс этих контрольных и диагностических работ, систематически проводимый в первую смену, обеспечивает сохранение гибкости системы, повышает производительность труда во вторую смену, делает возможной работу без обслуживающего персонала в третью смену, что составляет одно из важных преимуществ ГПС. Эффективность контрольнодиагностических работ и надежность системы повышаются, если в третью смену обрабатываются серийно выпускаемые детали, не требующие переналадки оборудования. Контроль и диагностирование, наличие резервного оборудования или узлов, временное изменение режимов работы или структуры позволяют обеспечить высокую живучесть системы. Комплексное проведение контрольно-диагностических работ и применение средств очувствления обеспечивают также выполнение условий техники безопасности, так как возможность столкновения узлов оборудования и человека, поломки инструмента, вырывания или выбрасывания ненадежно зажатой детали в цехе гибкого производства представляют не меньшую опасность, чем в обычном частично автоматизированном производстве, поскольку оборудование не находится под постоянным контролем персонала, что затрудняет предотвращение всевозможных аварий и несчастных случаев.