Automatyzacja procesów technologicznych i produkcji. Technologie automatyzacji produkcji. Automatyzacja procesów produkcyjnych (kompendium)

1. Cechy projektowania procesów technologicznych w zautomatyzowanych warunkach produkcyjnych

Podstawą automatyzacji produkcji są procesy technologiczne (TP), które powinny zapewniać wysoką produktywność, niezawodność, jakość i efektywność wytwarzania produktów.

Cechą charakterystyczną obróbki technologicznej i montażu jest ścisła orientacja części i narzędzi względem siebie w procesie pracy (pierwsza klasa procesów). Obróbka cieplna, suszenie, malowanie itp. w przeciwieństwie do obróbki i montażu nie wymagają ścisłej orientacji części (druga klasa procesów).

TP są klasyfikowane według ciągłości na dyskretne i ciągłe.

Rozwój TP AP w porównaniu z technologią produkcji ręcznej ma swoją specyfikę:

1. Zautomatyzowane procesy technologiczne obejmują nie tylko różne operacje obróbki skrawaniem poprzez cięcie, ale także obróbkę ciśnieniową, obróbkę cieplną, montaż, kontrolę, pakowanie, a także transport, magazynowanie i inne operacje.

2. Wymagania dotyczące elastyczności i automatyzacji procesów produkcyjnych dyktują potrzebę kompleksowego i szczegółowego badania technologii, dokładnej analizy obiektów produkcyjnych, opracowania technologii trasowej i operacyjnej, zapewnienia niezawodności i elastyczności procesu wytwarzania wyrobów o zadanej jakości .

3. Przy szerokiej gamie produktów rozwiązania technologiczne są wielowariantowe.

4.Rośnie stopień integracji pracy różnych działów technologicznych.

Podstawowe zasady konstruowania technologii obróbki w APS

1.Zasada kompletności . Należy dążyć do wykonywania wszystkich operacji w ramach jednego APS bez pośredniego przenoszenia półproduktów do innych oddziałów lub działów pomocniczych.

2.Zasada technologii o niskim działaniu. Kształtowanie procesów technologicznych z maksymalną możliwą konsolidacją operacji, przy minimalnej liczbie operacji i instalacji w eksploatacji.

3.Zasada technologii „niskiego tłumu”. Zapewnienie automatycznej pracy APS w całym cyklu produkcyjnym.

4.Zasada technologii „bez debugowania”. . Rozwój procesów technologicznych nie wymagających debugowania na stanowiskach pracy.

5.Zasada technologii aktywnie sterowanej. Organizacja zarządzania procesami i korygowanie decyzji projektowych w oparciu o robocze informacje o postępie procesu. Regulować można zarówno parametry technologiczne kształtowane na etapie zarządzania, jak i początkowe parametry technologicznego przygotowania produkcji (TPP).

6.Zasada optymalności . Podejmowanie decyzji na każdym etapie TPP i zarządzania TPP w oparciu o jedno kryterium optymalności.

Oprócz omówionych, technologię APS charakteryzują także inne zasady: technologia komputerowa, bezpieczeństwo informacji, integracja, dokumentacja bez papieru, technologia grupowa.

2. Standardowy i grupowy TP

Typizacja procesów technologicznych dla grup części o podobnych konfiguracjach i cechach technologicznych zapewnia ich produkcję przy zastosowaniu tego samego procesu technologicznego, w oparciu o zastosowanie najnowocześniejszych metod przetwarzania i zapewniających osiągnięcie najwyższej produktywności, wydajności i jakości. Podstawą typizacji są zasady obróbki poszczególnych powierzchni elementarnych oraz zasady ustalania kolejności obróbki tych powierzchni. Typowe TP stosowane są głównie w produkcji na dużą skalę i masowo.

Zasada technologii grupowej leży u podstaw technologii produkcji rekonfigurowalnej - produkcji na małą i średnią skalę. W przeciwieństwie do typizacji TP, w przypadku technologii grupowej, cechą wspólną jest wspólność obrabianych powierzchni i ich kombinacji. Dlatego metody obróbki grupowej są typowe dla obróbki części o szerokim zakresie.

Zarówno typizacja procesów technologicznych, jak i metoda technologii grupowej stanowią główne kierunki unifikacji rozwiązań technologicznych, zwiększające efektywność produkcji.

Klasyfikacja części

Klasyfikacja przeprowadzana jest w celu wyznaczenia grup jednorodnych technologicznie części do ich wspólnej obróbki w grupowych warunkach produkcyjnych. Przeprowadza się ją w dwóch etapach: klasyfikacja pierwotna, czyli kodowanie części badanej produkcji według cech konstrukcyjnych i technologicznych; klasyfikacja wtórna, czyli grupowanie części o takich samych lub nieco odmiennych cechach klasyfikacyjnych.

Przy klasyfikacji części należy wziąć pod uwagę następujące cechy: konstrukcyjne - gabaryty, waga, materiał, rodzaj obróbki i przedmiot obrabiany; liczba operacji przetwarzania; dokładność i inne wskaźniki.

Grupowanie części odbywa się w następującej kolejności: wybór zestawu części na poziomie klasy, np. korpusu obrotowego do produkcji skrawaniem; wybór zestawu części na poziomie podklasy, np. części typu wał; klasyfikacja części na podstawie kombinacji powierzchni, na przykład wały z kombinacją gładkich powierzchni cylindrycznych; grupowanie według wymiarów gabarytowych z wyróżnianiem obszarów o maksymalnej gęstości rozkładu wielkości; Wyznaczenie na podstawie diagramu obszarów o największej liczbie nazw części.

Możliwość wytwarzania projektów produktów w warunkach awaryjnych

Projekt produktu uważa się za zaawansowany technologicznie, jeśli jego wytworzenie i obsługa wymaga minimalnych kosztów materiałów, czasu i pieniędzy. Ocena wykonalności odbywa się według kryteriów jakościowych i ilościowych oddzielnie dla półfabrykatów, części obrabianych i zespołów montażowych.

Części przeznaczone do obróbki w AM muszą być zaawansowane technologicznie, czyli proste w kształcie, wymiarach, posiadać standardowe powierzchnie i posiadać maksymalny stopień wykorzystania materiału.

Części przeznaczone do montażu muszą posiadać jak najwięcej standardowych powierzchni stykowych, najprostszych elementów orientacji jednostek montażowych i części.

3. Cechy projektowania procesów technologicznych wytwarzania części na liniach automatycznych i maszynach CNC

Linia automatyczna to działający w sposób ciągły zespół wzajemnie połączonych urządzeń i systemu sterowania, w którym konieczna jest pełna synchronizacja czasowa operacji i przejść. Najbardziej efektywnymi metodami synchronizacji są koncentracja i różnicowanie TP.

Zróżnicowanie procesu technologicznego, uproszczenie i synchronizacja przejść są niezbędnymi warunkami niezawodności i produktywności. Nadmierne zróżnicowanie prowadzi do bardziej złożonego wyposażenia usług, wzrostu powierzchni i wolumenu usług. Odpowiednią koncentrację operacji i przejść, bez praktycznego zmniejszania produktywności, można osiągnąć poprzez agregację i zastosowanie konfiguracji wielonarzędziowych.

Aby zsynchronizować pracę na linii automatycznej (AL), wyznacza się narzędzie ograniczające, maszynę ograniczającą i odcinek ograniczający, zgodnie z którymi ustala się rzeczywisty cykl zwolnienia AL (min) według wzoru

Gdzie F - rzeczywisty fundusz operacyjny sprzętu, h; N- program wydania, szt.

Aby zapewnić wysoką niezawodność, AL podzielono na sekcje, które połączone są ze sobą napędami, które zapewniają tzw. elastyczną komunikację pomiędzy sekcjami, zapewniając niezależną pracę sąsiednich sekcji w przypadku awarii jednej z nich. Wewnątrz obszaru zachowane jest sztywne połączenie. W przypadku urządzeń połączonych na sztywno ważne jest zaplanowanie harmonogramu i czasu trwania planowanych przestojów.

Maszyny CNC zapewniają wysoką precyzję i jakość produktów i mogą być stosowane przy obróbce skomplikowanych części o precyzyjnych schodkowych lub zakrzywionych konturach. Zmniejsza to koszty obróbki, kwalifikacje i liczbę personelu serwisowego. Cechy obróbki części na maszynach CNC zależą od cech samych maszyn, a przede wszystkim ich systemów CNC, które zapewniają:

1) skrócenie czasu konfiguracji i przezbrajania sprzętu; 2)zwiększająca się złożoność cykli przetwarzania; 3) możliwość realizacji ruchów cyklicznych o złożonej trajektorii krzywoliniowej; 4) możliwość ujednolicenia układów sterowania (CS) obrabiarek z układami sterowania innych urządzeń; 5) możliwość wykorzystania komputera do sterowania maszynami CNC wchodzącymi w skład APS.

Podstawowe wymagania dotyczące technologii i organizacji obróbki w rekonfigurowalnym APS na przykładzie wytwarzania podstawowych części normalnych

Rozwój technologii w APS charakteryzuje się zintegrowanym podejściem - szczegółowym badaniem nie tylko głównych, ale także pomocniczych operacji i przejść, w tym transportu produktów, ich kontroli, magazynowania, testowania i pakowania.

Aby ustabilizować i zwiększyć niezawodność przetwarzania, stosuje się dwie główne metody konstruowania TP:

1) zastosowanie sprzętu zapewniającego niezawodne przetwarzanie prawie bez interwencji operatora;

2) regulacja parametrów procesu technologicznego w oparciu o kontrolę wyrobów w trakcie samego procesu.

Aby zwiększyć elastyczność i wydajność, APS wykorzystuje zasadę technologii grupowej.

4. Cechy rozwoju TP do montażu zautomatyzowanego i zrobotyzowanego

Zautomatyzowany montaż wyrobów odbywa się na maszynach montażowych i AL. Ważnym warunkiem opracowania racjonalnego TP do automatycznego montażu jest ujednolicenie i normalizacja połączeń, czyli doprowadzenie ich do określonej nomenklatury typów i dokładności.

Operacje montażowe powinny przechodzić od prostych do złożonych. W zależności od złożoności i gabarytów produktów wybierana jest forma organizacji montażu: stacjonarna lub przenośnikowa. W skład RTK wchodzą urządzenia i urządzenia montażowe, system transportowy, operacyjne roboty montażowe, roboty sterujące i system sterowania.

Przy opracowywaniu montażu TP w RTK preferowana jest duża koncentracja operacji, określających modele robotów, ich funkcje, dokładność, wydajność i szybkość. Szczególnie ważne jest doprecyzowanie połączeń czasowych elementów RTK, ponieważ mogą one także określać możliwości operacyjne, modele i liczbę montażowych robotów przemysłowych (IR). W tym celu istnieje możliwość skonstruowania cyklogramu zarówno poszczególnych stanowisk i stanowisk robotycznych, jak i całego kompleksu robotycznego jako całości.

Roboty uczące się to roboty, które potrafią przystosować się do różnych czynników losowych towarzyszących zaprogramowanej pracy. Ta zdolność adaptacyjna wyraża się w dostosowaniu własnego programu w oparciu o zdobyte „doświadczenie” – wyniki analizy i klasyfikacji pojawiających się odchyleń oraz metod ich eliminacji.

5. Wydajność głośników

O efektywności automatyzacji decyduje przede wszystkim efektywność ekonomiczna, a także relacja między technicznymi i ekonomicznymi wskaźnikami produkcji. Wydajność pracy i tempo wzrostu wydajności pracy są uogólnionymi wskaźnikami zautomatyzowanej produkcji (AP).

Metody obliczania i oceny wydajności systemów zautomatyzowanych

Produktywność określana jest przez liczbę części użytkowych, produktów, zestawów wyprodukowanych przez maszynę w jednostce czasu. Czas potrzebny maszynie na przetworzenie części jest odwrotnością produktywności.

Przy obliczaniu, analizowaniu i ocenie wydajności zautomatyzowanego sprzętu, biorąc pod uwagę różne rodzaje spędzonego czasu, stosuje się cztery rodzaje wskaźników.

1. Wydajność technologiczna DO- maksymalna teoretyczna produktywność, pod warunkiem nieprzerwanej pracy maszyny i zapewnienia jej wszystkiego, co niezbędne:

2. Wydajność cyklu Q ts - teoretyczna wydajność maszyny przy rzeczywistych skokach biegu jałowego i pomocniczego oraz przy braku przestojów (Σ T pr = 0):

3. Wydajność techniczna Q t - teoretyczna praca maszyny przy rzeczywistych obrotach jałowych i uwzględnieniu własnego czasu przestoju Σ T C , związane z awarią narzędzi, urządzeń, wyposażenia, tj. jeśli się uwzględni T x > 0, T vsp > 0 i Σ T c > 0:

4. Rzeczywista wydajność Q f - produktywność, biorąc pod uwagę wszystkie rodzaje strat:

Im częstsze i dłuższe przestoje, tym niższa produktywność.

Wydajność linii automatycznych o różnej agregacji

Na jednoprzepływowych liniach agregacji sekwencyjnej koncentrują się różne operacje TP, wykonywane sekwencyjnie dla każdego produktu.

Linie takie mogą posiadać sztywne połączenie międzyobiektowe bez międzyoperacyjnych magazynów zapasów lub połączenie elastyczne z instalacją takich magazynów.

Parametry techniczne linii ze sprzęgłem sztywnym

Gdzie tp- czas skoków roboczych cyklu, określony przez czas przetwarzania w pozycji granicznej.

Równoległe wały agregacyjne skupiają operacje o tej samej nazwie realizowanego zróżnicowanego procesu technologicznego R produkty. Podczas cyklu pracy T wydano t R produktów, a co za tym idzie, cykliczna produktywność takich linii

W warunkach produkcji masowej stosuje się dwie główne modyfikacje tych linii:

1) linie dyskretnych, sekwencyjnych automatów pracujących równolegle;

2) linie równoległych automatów pracujących szeregowo.

Dla linii pierwszej modyfikacji, produktywność techniczna

Dla linii drugiej modyfikacji, produktywność techniczna

Jeżeli wieloprzepływowy AL jest podzielony na sekcje metodą równych strat, wówczas zaleca się obliczenie wydajności na podstawie sekcji wylotowej

Gdzie R - liczba strumieni wylotowych; T ts to czas trwania cyklu roboczego sekcji wylotowej; W- straty pozacykliczne jednego stanowiska pracy; Q- liczba stanowisk pracy w miejscu wylotu; N y to liczba sekcji w linii; W jest współczynnikiem wzrostu czasu przestoju sekcji wylotowej z powodu niepełnej kompensacji awarii poprzednich sekcji.

6. N niezawodność w zautomatyzowanej produkcji

Niezawodność to zdolność maszyn i mechanizmów do wykonywania określonych funkcji, utrzymując w czasie wartości wskaźników eksploatacyjnych w określonych granicach odpowiadających ustalonym trybom i warunkom użytkowania. W przypadku systemów zautomatyzowanych niezawodność to zdolność do nieprzerwanego wytwarzania odpowiednich produktów w ilości ustalonej przez program przez cały okres użytkowania.

Głównymi właściwościami maszyn decydującymi o niezawodności są niezawodność, trwałość i łatwość konserwacji.

P wskaźniki i metody oceny niezawodności

Wskaźniki niezawodności dzielą się na częściowe, które oddzielnie oceniają niezawodność, łatwość konserwacji i trwałość, oraz złożone (uogólnione), które oceniają wszystkie trzy właściwości.

Częściowym wskaźnikiem niezawodności jest funkcja niezawodności P (T)

gdzie ω( T) jest parametrem przebiegu awarii charakteryzującym prawdopodobieństwo wystąpienia awarii w jednostce czasu lub cyklu operacyjnym; T- okres działania systemu.

Zasoby techniczne R- równy całkowitemu czasowi pracy przez cały okres użytkowania T od uruchomienia do stanu granicznego (zniszczenie, utrata dokładności):

Gdzie T niewolnik I - I- Mam na myśli czas pomiędzy awariami; N- liczba awarii systemu w okresie T jego działanie; θ kp I- średni czas eliminacji I- awaria określona na podstawie łatwości konserwacji systemu.

N niezawodność złożonych układów wieloelementowych

Przy podziale złożonego systemu na poszczególne elementy, dla każdego z których można określić prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy, powszechnie stosuje się diagramy strukturalne do obliczenia niezawodności. W tych programach wszyscy I-ty element charakteryzuje się prawdopodobieństwem P ja bezproblemową pracę przez zadany okres czasu. Na podstawie tych danych określa się prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy. P (T) całego systemu.

Prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy takiego układu, przy założeniu niezależności awarii, jest równe iloczynowi prawdopodobieństw bezawaryjnej pracy jego elementów:

Aby zwiększyć niezawodność złożonych systemów, można zastosować redundancję, gdy w przypadku awarii jednego z elementów, kopia zapasowa spełnia swoje funkcje, a element nie przerywa swojej pracy.

T niezawodność technologiczna sprzętu

Niezawodność technologiczna- jest to właściwość urządzeń polegająca na utrzymywaniu wartości wskaźników określających jakość procesu technologicznego, w określonych granicach i w czasie.

Wskaźniki jakości sprzętu technologicznego obejmują jego dokładność geometryczną, sztywność, odporność na wibracje i inne wskaźniki określające dokładność przetwarzania, jakość powierzchni i właściwości fizyczne materiału przedmiotu obrabianego. Do najskuteczniejszych metod zwiększania niezawodności technologicznej urządzeń zalicza się metodę automatycznej regulacji i samoregulacji jego parametrów. Przy wdrażaniu tej metody zmienione parametry są automatycznie przywracane dzięki systemom samoregulującym, których struktura zależy od szybkości wpływu różnych procesów na parametry urządzeń.

7. Sterowanie i diagnostyka w zautomatyzowanych warunkach produkcyjnych

Działania zapewniające niezawodne działanie systemów zautomatyzowanych opierają się na ciągłym lub okresowym monitorowaniu postępu procesów technologicznych realizowanych w tych systemach. Aby wdrożyć te funkcje w nowoczesnej produkcji, stosuje się mikroprocesory, systemy laserowe itp.

Kontrola- jest to sprawdzenie zgodności obiektu z ustalonymi wymaganiami technicznymi. Pod obiekt kontroli technicznej odnosi się do wyrobów podlegających kontroli, procesów ich tworzenia, użytkowania, transportu, przechowywania, konserwacji i naprawy, a także odpowiedniej dokumentacji technicznej.

Zatem przedmiot może być zarówno produktem, jak i procesem jego powstania.

Istotnym warunkiem skutecznej pracy w trybie zautomatyzowanym i szybkiego przywrócenia funkcjonalności sprzętu jest jego wyposażenie w narzędzia diagnostyczne.

O organizacja zautomatyzowanego sterowania w systemach produkcyjnych

Kontrola w AM może być międzyoperacyjna (pośrednia), operacyjna (bezpośrednio na maszynie), pooperacyjna i ostateczna. Automatycznej kontroli muszą podlegać wszystkie elementy układu technologicznego: część, narzędzie skrawające, osprzęt, samo urządzenie. Preferowane są metody kontroli bezpośredniej, chociaż przy monitorowaniu narzędzi i diagnozowaniu stanu sprzętu szerzej stosowane są metody kontroli pośredniej.

Kontrola podczas przetwarzania jest jedną z najbardziej aktywnych form kontroli technicznej, ponieważ pozwala na poprawę jakości produktów przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności pracy. Dlatego opracowywane są samoregulujące się systemy kontroli zarządzania.

Sterowanie samonastawne to sterowanie, w którym na podstawie informacji uzyskanych w zmieniających się warunkach pracy następuje automatyczna zmiana ustawień urządzenia sterującego w celu zapewnienia określonej dokładności przy dowolnie zmieniających się zakłóceniach zewnętrznych i wewnętrznych.

DO kontrola części i produktów w systemach zautomatyzowanych

Bezpośrednio w miejscu obróbki przeprowadzane są trzy rodzaje kontroli:

Instalowanie przedmiotu w uchwycie;

Rozmiar produktu bezpośrednio na maszynie;

Kontrola wyjściowa części.

Kontrola montażu detalu w uchwycie może odbywać się na przenośniku przed maszyną lub na maszynie bezpośrednio przed obróbką. W pierwszym przypadku można zastosować czujniki położenia umieszczone na przenośniku lub specjalne instalacje pomiarowe z robotami. Bezkontaktowe czujniki położenia rejestrują odchylenie rzeczywistego położenia mierzonej powierzchni od zaprogramowanego lub różnicę pomiędzy konwencjonalną podstawą a mierzoną powierzchnią (czujniki dotykowe).

Do czujników bezkontaktowych zaliczają się: mierniki optyczne; czujniki laserowe; czujniki obrazu (wizja techniczna). Zdalna kontrola detali i części podczas ich transportu nie wydłuża cyklu produkcyjnego, ale najskuteczniejszą metodą jest kontrola detali i części bezpośrednio na maszynie. Przy nieznacznym wydłużeniu czasu przetwarzania znacznie poprawia jego jakość, aktywnie wpływając na proces przetwarzania.

D diagnostyka układu technologicznego

Istotnym warunkiem skutecznej pracy w trybie zautomatyzowanym i szybkiego przywrócenia funkcjonalności sprzętu jest wyposażenie go w narzędzia diagnostyczne.

Diagnostyka techniczna(TD) to proces określania w czasie stanu technicznego obiektu diagnostycznego (OD) z pewną dokładnością w warunkach ograniczonej informacji.

Za pomocą TD rozwiązuje się następujące zadania:

Określanie parametrów urządzeń technicznych;

Określenie form manifestacji awarii;

Opracowanie metod lokalizacji, rozpoznawania i przewidywania wad ukrytych bez demontażu lub z demontażem mało pracochłonnym urządzeń technicznych;

8. Zasady budowy i przykłady zautomatyzowanych systemów produkcyjnych

Zautomatyzowane systemy produkcyjne tworzone są w oparciu o odpowiednie urządzenia w zależności od branży i rodzaju produkcji. Urządzenia mogą być uniwersalne, modułowe, specjalne i specjalistyczne. Mogą to być maszyny automatyczne, półautomatyczne, centra obróbcze, maszyny CNC.

W zależności od transportu między stacjami IPN klasyfikuje się w następujący sposób:

Z transportem przelotowym bez przestawiania produktu;

Z systemem transportu z relokacją produktu;

Z systemem transportowym ze schowkiem.

Według rodzajów układu (agregacji) wyróżnia się następujące IPN;

Pojedynczy wątek;

Agregacja równoległa;

Wielowątkowy;

Złożony z komórek robotycznych.

Ostatnia linia otrzymała preferencyjny rozwój ze względu na możliwość stworzenia rekonfigurowalnych obiektów produkcyjnych.

Moduł produkcyjny oznacza system składający się z jednostki wyposażenia technologicznego, wyposażonego w zautomatyzowane urządzenie sterujące programem (PU) i narzędzia automatyzacji procesów, działający autonomicznie i posiadający możliwość wbudowania w system wyższego poziomu.

Szczególnym przypadkiem PM jest komórka produkcyjna(PY) - połączenie podstawowych modułów z ujednoliconymi systemami pomiarowymi, oprzyrządowaniem, transportem, magazynowaniem oraz systemami załadunku i rozładunku, ze sterowaniem grupowym.

Linia automatyczna - rekonfigurowalny system składający się z kilku PM i (lub) PM, połączonych jednym systemem transportowo-magazynowym oraz zautomatyzowanym systemem kontroli procesu. Urządzenia AL (rys. 3) umieszcza się w przyjętej kolejności operacji technologicznych.

Dobór urządzeń technologicznych i robotów przemysłowych w warunkach awaryjnych

Wstępną informacją do doboru urządzeń i robotów przemysłowych (IR) jest informacja o wytwarzanych częściach oraz warunkach organizacyjno-technologicznych ich wytwarzania.

Wybór i grupowanie części do produkcji w zautomatyzowanym obszarze odbywa się z uwzględnieniem następujących cech:

1) podobieństwo konstrukcyjne i technologiczne części, tj. podobieństwo gabarytów, masy, konfiguracji, charakteru elementów konstrukcyjnych, wymagań dotyczących dokładności obróbki i jakości obrabianych powierzchni, liczby obrabianych powierzchni;

2) maksymalny stopień realizacji trasy obróbki części w zautomatyzowanym obszarze bez przerywania trasy obróbki w celu wykonania określonych operacji (obróbka cieplna, wykańczanie itp.);

3) podobieństwo używanego sprzętu i narzędzi;

4) obecność wyraźnie określonych znaków orientacji w częściach, jednolitego kształtu i układu powierzchni do oparcia w urządzeniach satelitarnych lub uchwycenia przez urządzenia chwytające PR.

Wybrana grupa części z uwzględnieniem rocznego programu produkcji, wielkości i częstotliwości powtarzania każdego standardowego rozmiaru.

Ilość przezbrojeń powinna zapewniać załadunek sprzętu podczas pracy dwu- lub trzyzmianowej.

Na podstawie wybranej grupy części, biorąc pod uwagę rodzaj obróbki i pracochłonność, dobiera się rodzaj wymaganego sprzętu, urządzeń, PR, charakter i drogę transportu części. Na tym etapie określany jest układ zautomatyzowanego zakładu produkcyjnego, obliczana jest pojemność zautomatyzowanego magazynu i liczba satelitów oraz optymalizowane jest rozmieszczenie przestrzenne sprzętu.

9. Konstrukcja cyklogramów funkcjonowania zespołów robotycznych. Przykłady rekonfigurowalnych zautomatyzowanych systemów obróbczych. Wymagania dotyczące narzędzi i urządzeń stosowanych w APS. Metodyka konstruowania cykli operacyjnych zrobotyzowanego kompleksu technologicznego

Do skonstruowania cyklogramu funkcjonowania RTK konieczne jest:

1) określić wszystkie ruchy (przejścia) urządzeń głównych i pomocniczych (robot, maszyna, napęd) niezbędne do wykonania danego cyklu obróbki części;

2) zidentyfikować i sporządzić listę wszystkich mechanizmów urządzeń głównych i pomocniczych biorących udział w tworzeniu danego cyklu;

3) ustawić początkowe położenie mechanizmów robota, obrabiarki, przenośnika;

4) sporządzić w formie tabeli sekwencję ruchów sprzętu na cykl;

5) określić czas wykonania każdego ruchu t godz :

gdzie α i to kąt obrotu mechanizmów, li to ruch liniowy mechanizmów, mm; ω i , υ i - odpowiednio prędkości obrotowe kątowe w °/s i liniowe w mm/s, ruchu mechanizmów wzdłuż odpowiednich współrzędnych.

Przykłady rekonfigurowalnych zautomatyzowanych systemów do produkcji części standardowych

Obróbka standardowych części odbywa się według standardowych procesów technicznych, co powoduje konieczność stosowania niektórych typów maszyn do cięcia metalu w systemach zautomatyzowanych.

W RTC do obróbki części takich jak korpusy obrotowe dominują frezarki i centrowanie CNC, tokarki i szlifierki serwisowane przez PR. Do obróbki części karoserii w RTC dominują frezarki i wiertarki CNC, maszyny wielofunkcyjne typu „centrum obróbcze”, połączone z systemem transportu i magazynowania.

Zautomatyzowane systemy rekonfigurowalne, takie jak ASK to RTC, obejmujące zestawy urządzeń CNC do obróbki części ciała, połączone jednym systemem transportu i przechowywania oraz komputerowym systemem sterowania. Profile typu ASK przeznaczone są do obróbki zgrubnej i wykańczającej części karoserii w produkcji małoseryjnej.

Frezowanie, wytaczanie, wiercenie, gwintowanie i inne operacje wykonywane są na maszynach CNC. Oprócz tych maszyn w skład sekcji typu ASC może wchodzić maszyna do znakowania współrzędnych z wyświetlaczem cyfrowym oraz maszyna kontrolno-pomiarowa CNC.

Do obróbki części karoserii metodą ASC służą wielofunkcyjne maszyny CNC z automatyczną wymianą narzędzi. Rozmieszczenie maszyn umożliwia obróbkę części z czterech stron w jednej instalacji z dokładnością wierconych otworów wg H 7- H 8 I Ra 1,25...2,5 mikrona.

Wymagania dotyczące narzędzi i urządzeń stosowanych w APS

Oprzyrządowanie powinno być sztywniejsze, masywne i odporne na wibracje niż w warunkach produkcji niezautomatyzowanej.

Aby zapewnić daną dokładność, narzędzie skrawające musi posiadać szereg właściwości:

1) wysoka zdolność skrawania i niezawodność przy zastosowaniu najbardziej zaawansowanych materiałów narzędziowych;

2) zwiększona dokładność dzięki produkcji przyrządów według specjalnych, rygorystycznych norm;

3) wszechstronność, umożliwiająca obróbkę skomplikowanych części w jednym cyklu automatycznym;

4) wysoka sztywność i odporność na wibracje;

5) szybka zmiana;

6) możliwość automatycznej konfiguracji i dostrajania.

Aby zainstalować części w AM, stosuje się zautomatyzowane urządzenia stacjonarne. i satelity. Wyróżnia się 3 typy urządzeń stacjonarnych: specjalne (jednofunkcyjne, nierekonfigurowalne), specjalistyczne (wąskoprzeznaczone, z ograniczoną możliwością rekonfiguracji), uniwersalne (wielofunkcyjne, z szeroką możliwością rekonfiguracji). Jako akcesoria stacjonarne. oraz wymienne regulacje satelitów w celu ponownej regulacji. przy produkcji wieloproduktowej stosuje się standardowe układy pomocnicze: uniwersalne-prefabrykowane, uniwersalne-nastawne, prefabrykowane, specjalistyczne regulacje itp. Te akcesoria. składają się z jednostki podstawowej i ustawień, nr kat. instalowany na jednostce bazowej i ustawiany bezpośrednio na stole maszyny lub płycie dolnej satelity. Napędy mechanizmów mocujących muszą zapewniać możliwość regulacji siły mocowania w określonych granicach. Wymaganie to spełniają napędy hydrauliczne, napędy pneumatyczno-hydrauliczne i napędy pneumatyczne.

Liczba zacisków w urządzeniu powinna być minimalna (jeden lub dwa).

10. Urządzenia ładujące dla systemów zautomatyzowanych. Urządzenia do ładowania magazynów. Urządzenia do załadunku bunkrów. Urządzenia odcinające i indywidualne mechanizmy dozujące

Urządzenia załadowcze systemów zautomatyzowanych to grupa mechanizmów docelowych, do których zaliczają się windy, przenośniki-rozdzielacze, mechanizmy przyjmowania i wydawania produktów, systemy tacowe, przenośniki odbiorcze, magazyny międzyoperacyjne (leje zasypowe i magazynki), automatyka.

Urządzenia do ładowania magazynów W zależności od sposobu transportu można je podzielić na 3 klasy: grawitacja; wymuszone (magazyny przenośnikowe); półgrawitacyjny. W urządzeniach sklepowych wszystkich klas części są przechowywane i wydawane w stanie zorientowanym od momentu odbioru. W MZU zasilanych grawitacyjnie elementy poruszają się pod wpływem grawitacji. Magazynki takie służą do dokładnego podawania detali, a detali o specjalnym kształcie - nierozładowanych, tj. w odstępach, dla których każdy detal umieszczany jest w osobnym gnieździe lub pomiędzy uchwytami elementu transportowego. Przedmioty obrabiane poruszają się poprzez toczenie lub przesuwanie.

W wymuszonych MZU i urządzeniach transportowych elementy przemieszczane są za pomocą mechanizmów napędowych w dowolnym kierunku i z dowolną prędkością. Urządzenia tego typu umożliwiają transport detali za pomocą środków nośnych (przenośników) lub specjalnych chwytaków obok siebie oraz rozładunek, pojedynczo lub w porcjach. Najczęściej stosowane są urządzenia z ruchem orbitalnym korpusów roboczych do przemieszczania przedmiotu obrabianego, z obrotowymi gładkimi rolkami, jedno- i dwuślimakowe, bezwładnościowe, bębnowe, karuzelowe itp.

W półgrawitacyjnych MZ przedmioty ślizgają się po płaszczyźnie położonej pod kątem znacznie mniejszym niż kąt tarcia. Przedmioty obrabiane poruszają się na skutek sztucznego zmniejszenia siły tarcia pomiędzy powierzchniami ślizgowymi podczas drgań poprzecznych powierzchni nośnej lub w wyniku utworzenia poduszki powietrznej pomiędzy powierzchniami ślizgowymi.

Urządzenia załadowcze leja Są to pojemniki z zorientowanymi półfabrykatami ułożonymi w jednym lub kilku rzędach. Cechę BZU należy uznać za brak urządzeń chwytających i orientujących oraz ręczne orientowanie przedmiotów obrabianych. BZU różnią się między sobą lokalizacją, charakterem przemieszczania się w nich detali oraz sposobem wydawania detali. Z reguły w pojemnikach przechowywane i wydawane są półfabrykaty prostych części: śruby, podkładki, kołpaki.

Detale gromadzą się luzem w zbiorniku, dlatego wymagane jest ich automatyczne przechwytywanie (przetrząsanie) i orientacja w celu późniejszego załadunku na urządzenie. Bunkry mogą posiadać albo jeden pojemnik do gromadzenia i przechwytywania detali, albo dwa pojemniki: jeden do gromadzenia zapasu detali, a drugi do dozowania zorientowanych detali.

Najbardziej rozpowszechnione są wibracyjne BZU (leje wibracyjne). Zasada działania leja wibracyjnego opiera się na wykorzystaniu ruchu postępowego detali podczas ich wibracji. Istnieją leje wibracyjne do pionowego podnoszenia części z kierunkowym i swobodnym zawieszeniem tacy lub miski. Obliczenia takiego leja wibracyjnego przeprowadza się na podstawie warunków wymaganej wydajności, wielkości obrabianych przedmiotów, ich masy, przybliżonej pojemności leja zasypowego i innych czynników.

Przecinaki - mechanizmy dozujące kawałek po kawałku - przeznaczone do oddzielenia jednego przedmiotu (lub kilku przedmiotów) od ogólnego przepływu przedmiotów pochodzących z urządzenia magazynującego i zapewnienia ruchu tego przedmiotu (lub przedmiotów) do obszaru roboczego maszyny urządzenia lub na przenośnik. Zgodnie z trajektorią ruchu, noże wyróżniają się ruchem posuwisto-zwrotnym, oscylacyjnym i obrotowym. Kołki, paski, krzywki, śruby, bębny i tarcze z rowkami są używane jako obcinaki do detali.

Podajniki przeznaczone są do wymuszonego przemieszczania zorientowanych detali z urządzenia magazynującego do obszaru urządzenia mocującego lub do urządzenia transportowego. Konstrukcje podajników są zróżnicowane; ich kształt, wymiary i napęd części ruchomych zależą od konstrukcji sprzętu, względnego położenia narzędzia i przedmiotu obrabianego oraz od kształtu, wielkości i materiału dostarczonych przedmiotów.

Krajarki i podajniki wchodzą w skład urządzeń automatycznego ładowania (LOD) – autooperatorów. Operatorzy samochodów to specjalne ładowarki tarczowe, które składają się z podajnika, urządzenia odcinającego, popychacza, wyrzutnika (wyciągacza) i urządzenia wyładowczego. Urządzenia te są szczególne, tj. służą do obsługi jednej lub kilku podobnych operacji. Operatorzy automatyczni wykonują ruch posuwisto-oscylacyjny detali do strefy obróbki. Jednocześnie czas pracy operatora jest ściśle zsynchronizowany z pracą serwisowanego sprzętu. Urządzenia automatyczne mogą być wyposażone w mechaniczne, magnetyczne, elektromagnetyczne lub próżniowe urządzenia chwytające.

11. Systemy transportowo-magazynowe zautomatyzowanej produkcji. Wymagania, główne typy i przykłady wdrożeń

Urządzenia transportowe systemów zautomatyzowanych służą do przemieszczania części z pozycji na pozycję, rozprowadzania części wzdłuż przepływów, obracania i orientowania części. Wszystkie urządzenia transportowe podzielone są na systemy zautomatyzowane z połączeniami sztywnymi i elastycznymi.

Do połączeń sztywnych zaliczają się: a) przenośniki krokowe; b) stoły obrotowe i pochylniki; c) przeładowarki; d) wodze; e) urządzenia satelitarne; f) mechanizmy zwrotu urządzeń satelitarnych.

Do elastycznych połączeń zaliczają się: a) przenośniki-rozdzielacze; b) tace; c) dzielniki przepływu; d) windy; e) roboty transportowe; e) podajniki rytmu. Jako komponent mechanizmy transportowe z elastycznymi połączeniami obejmują: a) transportery magazynujące; b) magazyny; c) pojemniki do przechowywania. Obejmuje to również pojazdy z rekonfigurowalnymi systemami zautomatyzowanymi.

Środki techniczne TPS dzielą się na dwie grupy: wyposażenie główne i pomocnicze.

Podstawy służy do przemieszczania towarów w zautomatyzowanych warunkach produkcyjnych - są to żurawie regałowe i pomostowe - układarki, PR-y transportowe, przenośniki, urządzenia magazynujące, urządzenia przeładowujące i orientujące, kontenery transportowe i magazynowe, zautomatyzowane systemy sterowania.

Pomocniczy - Są to wypychacze, orientatory, podnośniki, podajniki, adresatory.

Ponadto w zautomatyzowanych warunkach produkcji szeroko stosuje się transport podwieszony, przenośniki podłogowe, przenośniki i transport wózkowy. DO transport podwieszony obejmuje:

Przenośniki podwieszane do przemieszczania wewnątrzzakładowego i międzyoperacyjnego detali o masie do 2 ton na odległość do 1000 m;

Koleje podwieszane do wewnątrzsklepowego potoku towarowego (maksymalna nośność do 20 ton);

Roboty do transportu jednoszynowego wraz z urządzeniami do przenoszenia produktów o masie do 300 kg;

Drogi naziemne z ciągnikiem elektrycznym i ciągnionymi wózkami o nośności do 500 kg.

DO przenośniki podłogowe i przenośniki do produkcji ciągłej zaliczają się:

Przenośniki rolkowe (napędowe i beznapędowe, pochylone) do międzyoperacyjnego przemieszczania produktów o masie do 1200 kg;

Przenośniki taśmowe do transportu małych części o masie do 250 kg z krótkim cyklem wydania;

Przenośniki wózkowe służą do transportu produktów w obszarze montażu, rzadziej w obszarach mechanicznych. W zależności od gabarytów produktów stosuje się przenośniki pionowe (do 8000 kg) i poziome (do 1000 kg) zamknięte;

Przenośniki schodkowe z pulsacyjnym ruchem produktów podczas montażu, nośność tych przenośników wynosi do 7 ton przy stosunkowo małych gabarytach i prostocie konstrukcji.

DO transport wewnątrzsklepowy na wózku podłogowym włączać :

Elektryczne wózki widłowe i wózki elektryczne (samochody elektryczne) o udźwigu do 0,5 tony;

Elektryczne wózki podnośnikowe o udźwigu do 2 ton;

Transport PR-ów montowanych na podłodze (szynowych i bezszyniowych), montowanych na wózkach i sterowanych za pomocą programu.

Jak jeździ Można wykorzystać zautomatyzowane magazyny obsługiwane przez układarki i PR-y transportowe oraz magazyny międzyoperacyjne (podłogowe i podwieszane). Magazynki magazynowe wykorzystywane są w ciągłej produkcji części takich jak korpusy obrotowe. Podwieszane urządzenia magazynujące stosowane są głównie do części karoserii oraz części o skomplikowanych konfiguracjach.

System połączonych ze sobą urządzeń transportowo-magazynowych wykorzystywanych w AP do układania, przechowywania, tymczasowego gromadzenia, rozładunku i dostarczania przedmiotów pracy i sprzętu technologicznego nazywany jest zautomatyzowanym systemem transportowo-magazynowym (ATSS).

Istnieją dwie główne opcje projektowania budowy ATSS: z połączonymi i oddzielnymi podsystemami transportu i magazynu.

Główne typy magazynów automatycznych:

a) regały regałowe z układnicą automatyczną lub układnicą;

b) regały grawitacyjne z układnicą; c) stojaki na windy;

d) podwieszany w połączeniu z przenośnikiem pchającym z automatycznym adresowaniem ładunku.

Najczęściej spotykane są magazyny wyposażone w zrobotyzowane układarki regałowe, ponieważ są one bardzo produktywne, zajmują mało miejsca i są łatwiejsze do zautomatyzowania.

12. Automatyzacja operacji montażowych. Roboty wykorzystywane w operacjach montażowych. Struktura zautomatyzowanego procesu montażu

Zautomatyzowany montaż wyrobów odbywa się na maszynach montażowych i AL. Ważnym warunkiem opracowania racjonalnego procesu technologicznego zautomatyzowanego montażu jest ujednolicenie i normalizacja połączeń. W oparciu o ujednolicenie i normalizację połączeń w jednostkach montażowych i produktach opracowywane są standardowe procesy montażowe (operacje i przejścia), wykonywane na standardowym sprzęcie montażowym przy użyciu standardowych narzędzi i urządzeń.

Główną różnicą pomiędzy produkcją zrobotyzowaną jest zastąpienie monterów robotami montażowymi, a sterowanie za pomocą robotów sterujących lub automatycznych urządzeń sterujących.

Montaż robotyczny powinien być realizowany zgodnie z zasadą całkowitej zamienności lub (rzadziej) zgodnie z zasadą zamienności grupowej. Możliwość regulacji i regulacji jest wykluczona.

Operacje montażowe powinny przechodzić od prostych do złożonych. W zależności od złożoności i gabarytów produktów wybierana jest forma organizacji montażu: stacjonarna lub przenośnikowa.

W skład RTK wchodzą urządzenia i urządzenia montażowe, system transportowy, operacyjne roboty montażowe, roboty sterujące i system sterowania.

Roboty uczące się to roboty, które potrafią przystosować się do różnych czynników losowych towarzyszących zaprogramowanej pracy.

Roboty przemysłowe zbudowane na zasadzie modułowo-blokowej.

Struktura algorytmu składa się z kilku etapów.

1. Przygotowanie modeli geometrycznych składanych części w środowisku graficznego pakietu CAD (projektując kompleks montażowy zawsze można wybrać grupę urządzeń obsługiwanych przez jednego CP i odpowiednio wykonujemy w tym celu wiele ruchów w celu zaprojektowania dla nich jednostki sterującej).

2. Symulacja demontażu zmontowanego produktu z zapisem punktów pośrednich lokalnych trajektorii na tablicę punktów pod warunkiem braku kolizji zdemontowanych części w wymaganym obszarze lub punkcie przestrzeni (inne warunki i ograniczenia ze strony środowiska zewnętrznego może zostać nałożony).

3. Wybór optymalnej sekwencji punktów odniesienia lokalnej trajektorii według pewnego kryterium.

4. Wyznaczanie wektora zmiennych przegubowych w każdym punkcie z równania kinematycznego SR przy rozwiązywaniu odwrotnego zadania kinematycznego dla każdego punktu odniesienia trajektorii.

5. Kształtowanie wpływu sterującego na elementy wykonawcze SR.

W wyniku powiększonej konstrukcji operacji montażu nie ma trudności w programowaniu ruchów manipulatora i logiki sterowania poza lokalnymi trajektoriami ruchu jedną ze znanych metod. Jednocześnie lokalne ruchy fazy połączenia realizowane są przy znacznych ograniczeniach środowiska technologicznego i wymagają skomplikowanych trajektorii, które łączą ruch o różnych stopniach mobilności. Taka trajektoria, nawet jeśli da się ją zaprogramować, wymaga wielokrotnego debugowania, ponieważ jest wykonywana bez uwzględnienia rzeczywistych prędkości i przyspieszeń łączy.

14.Roboty przemysłowe we współczesnej inżynierii mechanicznej. Podstawowe cechy klasyfikacyjne. Etapy rozwoju. Przykłady najczęściej stosowanych schematów kinematycznych robotów przemysłowych

Zastosowanie robotów w nowoczesnej produkcji przemysłowej wynika nie tylko z chęci zwiększenia produktywności, ale także z konieczności zapewnienia wysokiej jakości produktu i stabilności tego wskaźnika w dużych partiach.

Zastosowanie robotów wynika także z:

Ciągła redukcja kosztów robotów w kontekście rosnących kosztów pracy

Brak wykwalifikowanej siły roboczej w wielu zawodach

Uwolnienie pracowników od ciężkiej, intensywnej i monotonnej pracy, szczególnie przy pracach montażowych

Ograniczenie wpływu szkodliwych produktów (spawanie, malowanie) na zdrowie pracowników.

Zastosowanie robotów w nowoczesnych operacjach produkcyjnych

Charakterystyka klasyfikacji

1. według poziomu rozwoju

I generacja – ze ścisłym algorytmem działania

II generacja – z regulacją funkcji (ok. we współczesnej produkcji)

III generacja – roboty z elementami sztucznej inteligencji.

2. zgodnie z przeznaczeniem technologicznym

Podstawowe – wywierają bezpośredni wpływ na przedmiot pracy (spawanie, malowanie, robot montażowy)

Pomocnicze – realizują pomocnicze funkcje technologiczne (załadunek/rozładunek, konserwacja urządzeń)

3. według nośności

Z małym G – do 2 kg

Przy średnim G – od 2 do 50 kg

Przy wysokim G – ponad 50 kg

4. przez liczbę stopni swobody

Niska mobilność 1-3

Średnio 3-6

Od wysokiego powyżej 6

5. Dokładność pozycjonowania

systemy dokładności absolutnej i systemy dokładności względnej.

6. według rodzaju zastosowanego układu współrzędnych

Kartezjański (proste roboty)

Kulisty

Cylindryczny

Polarny

7. według typu napędu

Hydraulika + siły – wymiary

Pneumatyka + precyzja – siły

Elektryczny

Łączny

8. według rodzaju zastosowania systemów sterowania

Z cyklicznym systemem sterowania

Z systemem kontroli położenia

Z systemem kontroli konturu

Etapy rozwoju złożonej automatyki:

1. automatyzacja cyklu pracy, tworzenie maszyn automatycznych i półautomatycznych. Pojawienie się automatów było logiczną konsekwencją rozwoju i udoskonalenia konstrukcji maszyn roboczych

2. automatyzacja układów maszynowych, tworzenie automatycznych linii łączących wykonywanie różnych operacji przetwarzania, sterowania, montażu, pakowania itp.

3. Należy tworzyć automatyczne warsztaty i fabryki

Etapy rozwoju automatyzacji wyznaczają trendy produkcji przemysłowej.

Schematy kinematyczne robotów przemysłowych

1. schemat kinematyczny jarzmowego antropomorficznego 6-ruchomego manipulatora

0 – baza podstawowa

1 – karuzela obrotowa

2 – karamyslo

3 – podstawa dłoni

5 – pędzel

6 – kołnierz do mocowania narzędzi podrzędnych

2. schemat kinematyczny równoległego manipulatora antropomorficznego

0 – baza podstawowa

1 – kolumna obrotowa

2 – dźwignia jazdy

3 – zębatka napędowa

4 – podstawa dłoni

6 – pędzel

7 – kołnierz do mocowania narzędzia

15. Przetworniki pomiarowe. Rodzaje czujników. Główne cechy czujników. Charakterystyki statyczne czujników. Procesy nieustalone w przetwornikach pomiarowych. Zrozumienie czułości, dokładności i zakresów pomiarowych

Pomiary przeprowadza się za pomocą przetworniki pomiarowe, stosując pewne zasady fizyczne.

Zwykle przeprowadza się je do obiektu pomiarowego transduktor, który składa się z jednego lub większej liczby przetworników pomiarowych. Czujnik to urządzenie, które odbiera mierzony parametr i wytwarza odpowiedni sygnał w celu przekazania go do dalszego wykorzystania lub rejestracji.

Zgodnie z zasadą pomiaru:

Absolutny

Cykliczny

Według rodzaju informacji wyjściowych:

Dyskretny (impulsowy lub cyfrowy)

Analogowy (sygnał wyjściowy w postaci danych napięciowych lub fazowych)

Czujniki mogą być:

Pasywne (parametryczne), dla których wymagane jest zewnętrzne źródło energii:

czujniki rezystorowe, indukcyjne, transformatorowe, pojemnościowe

Aktywny (generator)

czujniki piezoelektryczne, termoelektryczne, indukcyjne, fotoelektryczne

Typy czujników:

Tensometr (1,2,3,4,5,6)

Potencjometr (1,2,3,4,5)

Transformator różnicowy (2,3,4,5)

Termopara (7)

Pojemnościowy (1,2,3,5,6)

Prąd wirowy (2,3,4)

Magnetorezystancyjny (2.3)

Piezoelektryczny (1,2,4,5,6)

Termistor (7)

Parametry: 1-ciśnienie; 2-Ruch; 3-pozycyjny; 4-biegowa; 5-Przyspieszenie; 6-Wibracje; 7-Temperatura

Wrażliwość– wartość wskazująca, jak bardzo zmieni się wartość wyjściowa, gdy zmieni się wartość wejściowa.

Dokładność pomiaru– pokazuje, jak blisko wartości mierzonej jest wartość rzeczywista.

Zakres – różnica pomiędzy wartością maksymalną i minimalną mierzonej wartości.

Charakterystyka statyczna jest rozumiana jako zależność m/d od wielkości wejściowych i wyjściowych w stanie ustalonym

Wejście X, wyjście Y

A) wartości wyjściowe proporcjonalny wartość stanu ustalonego wielkości wejściowej.

B) czujnik ze strefą martwą

c) czujnik ze strefą nieczułości i nasyceniem wyjścia

d) czujnik ze strefą martwą na wejściu, z nasyceniem na wyjściu i pętlą histerezy

zwana histerezą różnica między charakterem zgodności wartości wyjściowej z wartością wejściową podczas zmian wartości wejściowej w przód i w tył.

Nieliniowa charakterystyka statyczna czujników

c) Wyidealizowana charakterystyka statyczna przekaźnika

d) charakterystyka statyczna przekaźnika z histerezą

16. Czujniki rezystancyjne . Elektryczne czujniki kontaktowe

Zbudowane są w oparciu o elektryczne przetworniki stykowe, które przekształcają ruch mechaniczny w stan zamknięty lub otwarty styków sterujących obwodem elektrycznym.

Na początku obróbki szczegóły kiedy jego rozmiar największy, pręt pomiarowy urządzenia sterującego znajduje się w skrajnym (górnym) położeniu. Pierwsza para wstępnie skonfigurowanych kontaktów jest zamknięta. W miarę zmniejszania się kontrolowanego rozmiaru przedmiotu obrabianego, pręt pomiarowy przetwornika przesuwa się, a wahacz zaczyna się obracać. Otwiera się pierwsza para styków, w wyniku czego generowane jest i wysyłane polecenie zmiany trybu pracy, np. przejścia z obróbki zgrubnej na wykańczającą. Przy dalszym usuwaniu naddatku (już podczas wykańczania) pręt pomiarowy nadal się porusza, a wahacz obraca się, aż do zamknięcia drugiej pary wstępnie skonfigurowanych styków. Oznacza to, że osiągnięto określony rozmiar i przetwarzanie zostało zatrzymane.

Pneumoelektryczne czujniki kontaktowe

Do bezkontaktowego, precyzyjnego pomiaru wymiarowego. Zasada działania opiera się na pomiarze oporu przepływu powietrza przez skalibrowaną dyszę umieszczoną w określonej odległości od powierzchni. Odległość ta jest wartością kontrolowaną.

Jeśli rozmiar otworu mieści się w granicach tolerancji, to ciśnienie powietrza w prawym i lewym kolanku czujnika jest w przybliżeniu takie samo i czujnik nie wydaje żadnych poleceń.

Jeżeli średnica otworu jest mniejsza niż podana, wówczas szczelina pomiędzy manometrem a otworem dyszy będzie mała i ciśnienie w prawym kolanku czujnika wzrośnie. Z czujnika pojawi się dyskretny sygnał „Rozmiar wynosi za niska”, nastąpi następnie.

Jeśli otwór będzie większy niż podany, ciśnienie w prawym kolanku czujnika będzie mniejsze niż w lewym, lewy mieszek się rozciągnie, a prawy mieszek się ściśnie. Czujnik wyśle wówczas dyskretny sygnał „Przewymiarowany”.

Czujniki reostatyczne i czujniki rezystancji stykowej

Reostatyczny Czujniki to czujniki zbudowane w oparciu o przetworniki będące reostatem, których silnik porusza się pod wpływem mierzonej wielkości nieelektrycznej. Wartością wejściową jest ruch mechaniczny silnika, a wartością wyjściową jest zmiana rezystancji.

Czujniki, których rezystancja omowa zmienia się pod wpływem czynników siłowych, również są czujniki rezystancji styków. Zasada działania przetworników stosowanych do budowy takich czujników opiera się na zmianie pod wpływem ciśnienia mechanicznego rezystancji elektrycznej pomiędzy elementami przewodzącymi oddzielonymi warstwami materiału słabo przewodzącego.

Przykładem elektrycznego czujnika rezystancji styku jest konwencjonalny mikrofon węglowy, który przetwarza wahania ciśnienia akustycznego na wahania rezystancji elektrycznej, które następnie przekształcane są na wahania sygnału elektrycznego.

Tensometry (tensometry)

Działanie tensometrów opiera się na zjawisku efektu tensometrycznego, które polega na zmianie rezystancji przewodników i półprzewodników podczas ich odkształceń mechanicznych. Tensometry są dostępne w różnych rozmiarach, a ich minimalna długość wynosi około 0,025 cm.

Tensometry mocuje się do powierzchni badanej próbki lub montuje w materiale, którego odkształcenia się mierzy. Są w stanie mierzyć odkształcenia rzędu 1 mikrona.

Tensometry mogą być trzech różnych typów: drut, folia i półprzewodniki. Mogą to być tensometry drutowe naklejany I bez naklejki, i półprzewodnik - naklejany Lub dyfuzja.

Termistory, termopary i czujniki magnetorezystancyjne

Termistory- są to rodzaje parametrycznych czujników rezystancyjnych, które zmieniają swoją rezystancję w zależności od zmian mierzonej temperatury.

Termistory występują w dwóch odmianach: półprzewodnik I metal .

Istnieją dwa sposoby pomiaru temperatury za pomocą termistorów:

1.Temperatura jest określana przez środowisko.

2. Temperatura jest określana na podstawie warunków chłodzenia termistora, ogrzewanego stałym prądem. Schemat ten służy na przykład do budowy czujników przepływu cieczy lub gazu, przewodności cieplnej otoczenia i gęstości otaczającego gazu.

Zjawiska fizyczne podczas efektu piezoelektrycznego

Siła mechaniczna przyłożona w określony sposób do kryształu piezoelektrycznego wytwarza w nim napięcie elektryczne. Zjawisko to nazywa się bezpośredni efekt piezoelektryczny. I odwrotnie, napięcie elektryczne przyłożone do kryształu piezoelektrycznego powoduje jego mechaniczne odkształcenie, tj z powrotem Efekt piezoelektryczny.

Efekt piezoelektryczny ma wrażliwość na znaki. Piezoelektryczność obserwuje się zarówno w materiałach monokrystalicznych, na przykład kwarcu, turmalinu, niobianie litu, soli Rochelle itp., Jak i w materiałach polikrystalicznych, na przykład tytanianu baru, tytanianu ołowiu, cyrkonianu ołowiu itp.

Rozważmy zjawiska fizyczne zachodzące podczas efektu piezoelektrycznego na przykładzie znanego materiału piezokrystalicznego – kwarcu, jak pokazano na ryc. 1.

Aby uzyskać dobre właściwości piezoelektryczne, kryształy kwarcu muszą być precyzyjnie zorientowane. Naturalne formy kryształów ograniczają się również do najprostszych konfiguracji, takich jak płytki lub dyski.

Ryż. 1. Wykresy podłużne (A) i poprzeczny (B)ściskanie i ścinanie (c) w krysztale kwarcu

Odkształcenie ogniwa nie wpływa na stan elektryczny wzdłuż osi Y . Tutaj suma wektorów polaryzacji ze względu na symetrię jest równa zeru.

Tworzenie ładunków polaryzacyjnych na ścianach prostopadłych do osi X , pod wpływem siły skierowanej wzdłuż tej osi X , zwany wzdłużny efekt piezoelektryczny.

Nazywa się efekt powstawania ładunków elektrycznych na powierzchniach prostopadłych do obciążonych mechanicznie poprzeczny efekt piezoelektryczny.

Kiedy kryształ jest równomiernie obciążony ze wszystkich stron (na przykład podczas sprężania hydrostatycznego), kryształ kwarcu pozostaje elektrycznie obojętny. Kryształ kwarcu pozostaje również elektrycznie obojętny pod obciążeniem mechanicznym działającym wzdłuż osi Z prostopadłej do tych osi X I Y . Ta oś nazywa się optyczny oś kryształu.

Pod wpływem mechanicznego ścinania, jak pokazano na ryc. 1, V, suma geometryczna rzutów wektorów R2 I R 3 na oś X okazuje się równy trzeciemu wektorowi skierowanemu wzdłuż osi X , oraz na ścianach prostopadłych do osi X , nie powstają żadne ładunki polaryzacyjne. Jednakże rzuty wektorów R2 I R 3 na oś Y nie są sobie równe i ładunek powstaje na ścianach prostopadłych do osi Y.

Oprócz naturalnych kryształów, takich jak kwarc czy turmalin, w celu uzyskania efektu piezoelektrycznego można zastosować również piezoceramikę.

Zasady projektowania konstrukcji czujników piezoelektrycznych

Zaletami przetworników piezoelektrycznych są ich małe wymiary, niezawodność działania, prostota konstrukcji, możliwość pomiaru zmiennych, w tym wartości o wysokiej częstotliwości, oraz bardzo duża dokładność przetwarzania naprężeń mechanicznych na sygnał elektryczny.

18. Efekt Halla i jego zastosowanie w budowie czujników

Przetwornik z efektem Halla to przetwornik wykorzystujący efekty magnetyczne i służący do pomiaru natężenia pola magnetycznego. Efekt Halla występuje w różnym stopniu we wszystkich materiałach. Istotę efektu Halla pokazano na ryc. 3.

Jeśli płytkę półprzewodnikową o jednostkowej grubości umieszcza się w polu magnetycznym o sile W, i płynie wzdłuż niego prąd o wartości I, a wektor natężenia pola elektrycznego tworzy kąt prosty z wektorem natężenia pola magnetycznego, po czym nośniki ładunku (elektrony i jony) poruszają się wewnątrz tej płytki półprzewodnikowej, tworząc prąd elektryczny, będzie działać siła skierowana wzdłuż ich płaskiego ruchu i prostopadle do wektora natężenia pola magnetycznego. Oznacza to, że ruch nośników ładunku będzie odbiegał od prostoliniowego i na bocznych powierzchniach płyty powstanie różnica potencjałów Uo , zdefiniowane wyrażeniem:

U 0 = KH IB

Ryż. 3. Efekt Halla

Za ich pomocą można mierzyć ruchy kątowe i liniowe, prądy elektryczne itp.

Ryż. 4 A - Schemat ideowy czujnika ciśnienia oparty na efekcie Halla.

Kiedy ciśnienie wzrasta R magnes stały 2 umieszczony na elastycznej membranie 1 czujnika, porusza się względem elementu czujnikowego 3, w oparciu o efekt Halla. W rezultacie na płytkach czujnika pojawia się napięcie wyjściowe U H rzędu 0,5 V, w pewnych granicach proporcjonalnych do przesunięcia wejściowego. Liniową część charakterystyki statycznej czujnika pokazano na rys. 4 B.

Ryż. 4 Czujnik ciśnienia wykorzystujący efekt Halla

19. Przetwornice pojemnościowe

Fizyczne zasady budowy przekształtników pojemnościowych

Istotą działania pojemnościowych przetworników pomiarowych jest zmiana ich pojemności elektrycznej pod wpływem mierzonej wielkości fizycznej, co z kolei przekłada się na wielkość ich sygnału wejściowego.

Pojemność elektryczną kondensatora utworzonego przez równoległe płytki określa się ze wzoru

С=ε o εn ( N -1)( A / A )

gdzie n jest liczbą płyt; A to powierzchnia jednej strony płyty; d jest grubością dielektryka umieszczonego pomiędzy płytami; ε 0, jest względną stałą dielektryczną tego dielektryka; ε n jest stałą dielektryczną próżni, tj. dobrze zdefiniowaną stałą.

Do pomiaru przemieszczeń mniejszych niż 1 mm stosuje się przetworniki pojemnościowe o zmiennej odległości pomiędzy płytkami. Do pomiaru przemieszczeń większych niż 1 mm najczęściej stosuje się przetworniki ze zmiennym zakładem płytek.

Przetworniki pojemnościowe mogą być stosowane zarówno do pomiarów statycznych, jak i dynamicznych, jednak stosowane są głównie w warunkach stacjonarnych do badań laboratoryjnych i precyzyjnych pomiarów wielkości fizycznych.

Zasady projektowania konstrukcji czujników pojemnościowych wielkości mechanicznych

Czujniki pojemnościowe są szeroko stosowane do pomiaru wielkości mechanicznych, takich jak wibracje, przemieszczenie, prędkość, przyspieszenie, siła, moment obrotowy i ciśnienie.

Powszechnym urządzeniem, które przekształca drgania akustyczne otaczającego powietrza na odpowiednie sygnały elektryczne, jest mikrofon pojemnościowy (ryc. 6.

Ryż. 6. Schemat konstrukcyjny mikrofonu pojemnościowego

Schemat konstrukcyjny mikrofonu pojemnościowego, który zawiera umieszczony w obudowie 1 membrana 2 wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny, płyta stała 3, montowany na dielektryku 4, i warstwę tłumiącą 5. Kiedy zmienia się ciśnienie akustyczne, membrana 2 odkształca się i zmienia się jego odległość od płyty 3. W rezultacie zmienia się pojemność elektryczna mikrofonu i to właśnie jest wykorzystywane.

Zasady projektowania konstrukcji pojemnościowych czujników poziomu cieczy

Istnieją dwa przypadki: gdy ciecz, której poziom jest mierzony i kontrolowany, jest dielektrykiem i gdy ta ciecz jest przewodnikiem.

Na ryc. 10 przedstawia schemat konstrukcyjny pomiaru poziomu cieczy będącej dielektrykiem, za pomocą przetwornika pojemnościowego.

Ryż. 10. Schemat konstrukcyjny pojemnościowego pomiaru poziomu cieczy-dielektryka

Zasady projektowania konstrukcji pojemnościowych czujników parametrów środowiskowych

Czujniki pojemnościowe są szeroko stosowane do pomiaru różnych parametrów środowiskowych. Jednym z najważniejszych parametrów tego rodzaju jest ciśnienie cieczy lub gazu.

20. Przetworniki optoelektroniczne

Podstawowe właściwości promieniowania optycznego

Optoelektronika łączy w sobie optyczne i elektroniczne metody pomiarowe. W oparciu o przetworniki optoelektroniczne stworzono czujniki ciśnienia, siły, przemieszczenia, prędkości, parametrów akustycznych oraz natężenia pola elektrycznego i magnetycznego.

Promieniowanie optyczne składa się z fal elektromagnetycznych w zakresie długości fal od 0,001 do 1000 mikronów. Ten zakres długości fal jest zwykle podzielony na trzy podzakresy - obszar ultrafioletu, obszar światła widzialnego i obszar podczerwieni.

Do opisu zjawisk optycznych stosuje się trzy systemy wielkości: energię, światło i kwant.

Nazywa się przepływ o pojedynczej częstotliwości monochromatyczny.

Jeżeli fale poszczególnych promieni tworzących przepływ znajdują się w tej samej fazie względem siebie, wówczas taki przepływ nazywa się zgodny.

Kiedy strumień światła przechodzi przez granicę dwóch ośrodków, zmienia się jego kierunek, tzw załamanie światła

Istnieją dwie główne metody pomiaru parametrów promieniowania optycznego: metoda radiometryczna i metoda fotometryczna.

Metoda radiometryczna umożliwia wyznaczenie energii promieniowania optycznego poprzez jego absorpcję i przekształcenie w odpowiednim czujniku, a następnie określenie zmiany temperatury.

Metoda fotometryczna opiera się na wizualnym odczuciu zmian światła widzialnego, a głównym wrażliwym elementem jest w tym przypadku ludzkie oko.

Naturalny źródło promieniowania świetlnego jest słońce. Powszechnie stosowane są lampy żarowe z żarnikiem wolframowym.

Obecnie coraz powszechniej stosowane są źródła promieniowania laserowego. Lasery są gazowe, półprzewodnikowe i półprzewodnikowe. Najpowszechniej stosowane są lasery gazowe, charakteryzujące się monochromatycznością i polaryzacją emitowanego przez nie spójnego światła.

Odbiorniki Promieniowanie można podzielić na dwie grupy: integralną i selektywną. DO całka obejmują odbiorniki promieniowania oparte na konwersji energii promieniowania na temperaturę, niezależnie od jego długości fali. DO selektywny Należą do nich konwertery fotoelektryczne, które są dostrojone do określonej długości fali promieniowania. Należą do nich przetworniki wykorzystujące zjawiska wewnętrznych i zewnętrznych efektów fotoelektrycznych: fotorezystory, fotodiody, fotokomórki próżniowe i gazowe, fotopowielacze itp.

Istnieją detektory promieniowania wykonane w postaci paska dwóch różnych metali tworzących termoparę. Istnieją również odbiorniki promieniowania wykonane w postaci paska lub pręta wykonanego z metalu lub półprzewodnika, który zmienia swoją rezystancję w zależności od temperatury ( bolometr).

Światłowód

Jako źródła światła najczęściej wykorzystuje się diody LED i lasery półprzewodnikowe, a jako odbiorniki stosuje się fotodiody półprzewodnikowe.

Transmisja sygnału świetlnego za pomocą światłowodu opiera się na zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia.

Podstawowe schematy konstrukcyjne przetworników optoelektronicznych

W produkcji maszynowej i związanych z nią badaniach jest najwygodniejszy w użyciu modulacja amplitudy promieniowanie optyczne.

Można to osiągnąć poprzez:

Osłabienie sygnału świetlnego w ośrodku przy zmianie współczynnika absorpcji;

Zmiany przekroju kanału optycznego;

Generowanie dodatkowego promieniowania pod wpływem mierzonego czynnika fizycznego;

Zmiany współczynnika odbicia lub absorpcji w przypadku zmiany współczynnika załamania światła lub zakłócenia całkowitego wewnętrznego odbicia.

W zautomatyzowanej produkcji kontrola jakości obrabianej powierzchni odbywa się za pomocą czujniki chropowatości, którego zasada działania opiera się na rozpraszaniu wiązki światła.

Metody optyczne są dość szeroko stosowane pomiary ciśnienia. Schemat pokazano na ryc. 6. Pomiędzy diodą LED 7 i dwoma fotodetektorami 2 I 3 założona kurtyna 4, blokowanie strumienia promieniowania padającego na jeden z fotodetektorów 2 Lub 3. Kurtyna 4 sztywno zamontowane na elastycznej membranie 5, odczucie zmierzonego ciśnienia. Aby nakładać się strumień świetlny pomiędzy diodami LED 1 i fotodetektory 2 I 3, wystarczy przesunąć zasłonę 4 o ułamki milimetra.

Ryż. 6. Schemat najprostszego optycznego czujnika ciśnienia

Powszechną wadą tej metody optycznego pomiaru prędkości przepływu jest to, że czujniki umieszczone w strumieniu cieczy powodują zaburzenia tego przepływu. Takich zniekształceń można uniknąć stosując bezkontaktowe metody pomiarowe wykorzystujące laser (tzw. anemometry laserowe).

Istota metod laserowych polega na tym, że wiązka laserowa jest rozdzielana w półprzezroczystym zwierciadle na dwie wiązki, które skupiają się w jednym punkcie w przezroczystym odcinku rurociągu. Po przejściu przez ciecz rozproszone przez nią światło trafia do fotopowielacza, gdzie zostaje zamienione na napięcie proporcjonalne do zmierzonego natężenia przepływu cieczy.

21. Przetworniki elektromagnetyczne

Podstawowe zasady działania

Przetworniki elektromagnetyczne reprezentują jeden lub więcej obwodów, przez które może przepływać prąd elektryczny znajdujący się w polu magnetycznym.

Przetworniki elektromagnetyczne charakteryzują się takimi parametrami, jak wielkość i kierunek prądów przepływających przez obwód, połączenie strumienia i indukcyjność. Wielkość wyjściową dla takich przetworników może stanowić indukcyjność, siła elektromagnetyczna i pole elektromagnetyczne indukowane w obwodzie.

Ryż. 1. Obwody przetworników elektromagnetycznych

Ryż. Rys. 1a – schemat ideowy przekształtnika indukcyjnego z rdzeniem ferromagnetycznym. Indukcyjność L zależy od położenia rdzenia, które jest wartością wejściową czujnika. Nazywa się przetworniki, których wartość wyjściowa zależy od zewnętrznego pola magnetycznego modulacja magnetyczna.

Ryż. 1 B- schemat magnetoelastyczny przetwornik Pod wpływem przyłożonej siły rdzeń ferromagnetyczny ulega odkształceniu, w wyniku czego zmienia się jego przenikalność magnetyczna. Przetworniki takie są często używane do pomiaru sił i ciśnień.

Ryż. 1c - takie konwertery nazywane są magnetoelektryczny i stosowane są w układach pomiarowych urządzeń elektromechanicznych.

Ryż. 1d - rdzeń ferromagnetyczny jest wciągany do obwodu (cewki) prądem tak, aby indukcyjność obwodu była minimalna. Siła ciągnąca jest proporcjonalna do kwadratu prądu. Przetworniki takie stosowane są w elektromagnetycznych przyrządach pomiarowych.

Ryż. 1 D - pokazuje, w jaki sposób ferromagnetyczne rdzenie magnetyczne służą do wzmocnienia pola elektromagnetycznego i skupienia go na określonym obszarze. Przez uzwojenie 1 prąd przemienny przepływa przez ramę 2 indukowany jest emf, którego wielkość zależy od kąta obrotu tej ramy.

Przetwornice indukcyjne są stosowane w przemyśle ze zmiennym rozmiarem szczeliny(do pomiaru ruchów od ułamków mikrona do kilku milimetrów), ze zmienną powierzchnią szczeliny(do pomiaru ruchów do 15...20 mm) i z ruchomym rdzeniem cylindrycznym(przetworniki indukcyjne typu elektromagnetycznego do pomiaru przemieszczeń do 2000 mm).

Istnieją również przetwornice indukcyjne transformator typ. Przetwornice takie to urządzenia, w których ruch wejściowy zmienia wielkość sprzężenia indukcyjnego pomiędzy dwoma układami uzwojeń, z których jeden zasilany jest bazowym prądem przemiennym, a drugi stanowi sygnał wyjściowy.

Przetwornik taki znalazł szerokie zastosowanie do pomiaru odkształceń i sił.

Pozytywną cechą przetworników indukcyjnych jest to, że mają sygnał wyjściowy o dużej mocy i można ich używać bez wzmacniacza. Przetworniki indukcyjne znajdują szerokie zastosowanie w urządzeniach do aktywnej kontroli wymiarów przedmiotu obrabianego, szczególnie w metodach obróbki wykańczającej.

Przetworniki wiroprądowe i magnetoelastyczne

Zasada działania prąd wirowy przetworniki polegają na zmianie indukcyjności i indukcyjności wzajemnej cewek w momencie zbliżenia się do nich ciała przewodzącego.

Istnieją trzy typy przetworników prądu wirowego:

- faktury(ryc. 3 A);

- ekran(ryc. 3 B);

- szczelinowe(ryc. 3 V).

Przetwornik prądu wirowego składa się z cewki, której pole magnetyczne ulega zniekształceniu, gdy zbliża się płyta przewodząca lub powłoka przewodząca.

Przetworniki tego typu służą do kontroli wymiarów liniowych i grubości cienkich blach i powłok, a także do wykrywania defektów wewnętrznych oraz wszelkiego rodzaju pęknięć, złuszczań, zarysowań i ubytków.

Przetworniki wiroprądowe charakteryzują się stosunkowo małą czułością i występowaniem błędów spowodowanych zmianami właściwości elektrycznych ciała przewodzącego.

Do budowy czujników wielkości nieelektrycznych w budowie maszyn wykorzystuje się także zjawisko fizyczne zmian przenikalności magnetycznej ciał ferromagnetycznych pod wpływem przyłożonego do nich obciążenia mechanicznego (rozciąganie, ściskanie, zginanie, skręcanie). Stanowi to podstawę do budowy tzw magnetoelastyczny konwertery.

Materiały magnetoelastyczne charakteryzują się względną wrażliwością sprężystą S , co jest równe

Sμ =( Δ / μ )/ δ

Gdzie Δ / μ - względny przyrost przenikalności magnetycznej; δ - naprężenia mechaniczne w materiale ferromagnetycznym, które powodują dany wzrost przenikalności magnetycznej.

Wszystkie przetworniki magnetoelastyczne dzielą się na dwie grupy.

Do pierwszej grupy zaliczają się przetworniki, w których mierzona jest przenikalność magnetyczna elementu czujnikowego w jednym kierunku.

W przetwornikach drugiej grupy mierzone są zmiany przenikalności magnetycznej, zachodzące jednocześnie w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach.

Przetworniki magnetoelastyczne służą do pomiaru sił, ciśnień i momentów obrotowych. Są wysoce niezawodne, ponieważ nie zawierają ruchomych części i mogą mierzyć zarówno obciążenia statyczne, jak i dynamiczne.

Transformatory i rezolwery wirujące, induktozyny liniowe i kołowe

Urządzenie służące do zamiany kąta obrotu jednej cewki względem drugiej na przesunięcie fazowe jednego przemiennego napięcia sinusoidalnego względem fazy innego przemiennego napięcia sinusoidalnego o tej samej częstotliwości to tzw. transformator obrotowy.

Transformator obrotowy to mikromaszyna indukcyjna podobna do dwufazowego silnika asynchronicznego z uzwojonym wirnikiem. Nazywa się także transformatorem obrotowym sinus-cosinus rozwiązanie.

Innym powszechnym rodzajem czujników służących do pomiaru programowalnych ruchów współrzędnych w maszynach CNC są tzw. czujniki liniowe i obrotowe induktosynów.

Induktosyn liniowy składa się z dwóch skal, z których jedna jest zainstalowana na ruchomych, a druga na nieruchomych elementach maszyny.

Automatyzacja procesów produkcyjnych polega na tym, że część funkcji zarządzania, regulacji i kontroli kompleksów technologicznych jest realizowana nie przez ludzi, ale przez mechanizmy robotyczne i systemy informacyjne. Właściwie można to nazwać główną ideą produkcyjną XXI wieku.

Zasady

Na wszystkich poziomach przedsiębiorstwa zasady automatyzacji procesów produkcyjnych są takie same i jednolite, choć różnią się skalą podejścia do rozwiązywania problemów technologicznych i zarządczych. Zasady te zapewniają, że wymagane prace zostaną wykonane sprawnie i automatycznie.

Zasada konsekwencji i elastyczności

Wszystkie działania w ramach jednego systemu komputerowego muszą być skoordynowane ze sobą i z podobnymi stanowiskami w powiązanych obszarach. Pełną automatyzację procesów operacyjnych, produkcyjnych i technologicznych osiągamy dzięki ujednoliceniu wykonywanych operacji, receptur, harmonogramów oraz optymalnemu połączeniu technik. Nieprzestrzeganie tej zasady spowoduje zakłócenie elastyczności produkcji i zintegrowanej realizacji całego procesu.

Cechy elastycznych zautomatyzowanych technologii

Stosowanie elastycznych systemów produkcyjnych to kluczowy trend współczesnej automatyzacji. W ramach ich działania przeprowadzana jest optymalizacja technologiczna dzięki skoordynowanej pracy wszystkich elementów systemu i możliwości szybkiej wymiany narzędzi. Zastosowane metody pozwalają skutecznie odbudowywać istniejące kompleksy według nowych zasad, bez znaczących kosztów.

Kreacja i struktura

W zależności od poziomu rozwoju produkcji elastyczność automatyzacji osiągana jest poprzez skoordynowane i zintegrowane współdziałanie wszystkich elementów systemu: manipulatorów, mikroprocesorów, robotów itp. Ponadto oprócz zmechanizowanej produkcji wyrobów, transportu, magazynu i innych działów przedsiębiorstwa biorą udział w tych procesach.

Zasada kompletności

Idealny zautomatyzowany system produkcyjny powinien być procesem całkowicie cyklicznym, bez pośredniego przenoszenia produktów do innych działów. Wysoką jakość realizacji tej zasady zapewniają:

wielofunkcyjność sprzętu, która pozwala na przetwarzanie kilku rodzajów surowców jednocześnie w jednej jednostce czasu;
produktywność wytworzonego produktu poprzez zmniejszenie wymaganych zasobów;
ujednolicenie metod produkcji;
minimum dodatkowych prac regulacyjnych po uruchomieniu urządzenia.

Zasada kompleksowej integracji

Stopień automatyzacji zależy od interakcji procesów produkcyjnych ze sobą i ze światem zewnętrznym, a także od szybkości integracji danej technologii z ogólnym środowiskiem organizacyjnym.

Zasada niezależnego wykonania

Nowoczesne systemy automatyczne działają w oparciu o zasadę: „Nie przeszkadzaj w pracy maszyny”. W rzeczywistości wszystkie procesy w cyklu produkcyjnym muszą być przeprowadzane bez interwencji człowieka, przy minimalnej kontroli człowieka.

Obiekty

Można zautomatyzować produkcję w każdym obszarze działalności, jednak informatyzacja najskuteczniej sprawdza się w skomplikowanych, monotonnych procesach. Takie operacje występują w:

przemysł lekki i ciężki;
kompleks paliwowo-energetyczny;
rolnictwo;
handel;
medycyna itp.

Mechanizacja pomaga w diagnostyce technicznej, działalności naukowo-badawczej w ramach odrębnego przedsiębiorstwa.

Cele

Wprowadzenie do produkcji zautomatyzowanych narzędzi, które mogą usprawnić procesy technologiczne, jest kluczową gwarancją postępowej i wydajnej pracy. Do kluczowych celów automatyzacji procesów produkcyjnych zalicza się:

redukcja personelu;
zwiększenie wydajności pracy dzięki maksymalnej automatyzacji;
rozszerzenie linii produktów;
wzrost wielkości produkcji;
poprawa jakości towarów;
redukcja składnika konsumpcyjnego;
tworzenie produkcji przyjaznej dla środowiska poprzez ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery;
wprowadzenie wysokich technologii do regularnego cyklu produkcyjnego przy minimalnych kosztach;
zwiększenie bezpieczeństwa procesów technologicznych.

Kiedy te cele zostaną osiągnięte, przedsiębiorstwo uzyskuje wiele korzyści z wdrożenia systemów zmechanizowanych i odzyskuje koszty automatyzacji (pod warunkiem stabilnego popytu na produkty).

O wysokiej jakości realizacji powierzonych zadań mechanizacyjnych decyduje wdrożenie:

nowoczesne zautomatyzowane narzędzia;
indywidualnie opracowane metody informatyzacji.

Stopień automatyzacji zależy od integracji innowacyjnych urządzeń z istniejącym łańcuchem technologicznym. Stopień realizacji oceniany jest indywidualnie w zależności od specyfiki konkretnej produkcji.

Komponenty

Następujące elementy są uważane za część zunifikowanego zautomatyzowanego środowiska produkcyjnego w przedsiębiorstwie:

systemy projektowania służące do opracowywania nowych produktów i dokumentacji technicznej;
maszyny ze sterowaniem programowym oparte na mikroprocesorach;
przemysłowe kompleksy robotyczne i roboty technologiczne;
skomputeryzowany system kontroli jakości w przedsiębiorstwie;
zaawansowane technologicznie magazyny ze specjalnymi urządzeniami dźwigowymi i transportowymi;
ogólny zautomatyzowany system kontroli produkcji (APCS).

Strategia

Zgodność ze strategią automatyzacji pozwala usprawnić cały zakres niezbędnych procesów i uzyskać maksymalne korzyści z wdrożenia systemów komputerowych w przedsiębiorstwie. Zautomatyzować można tylko te procesy, które zostały w pełni zbadane i przeanalizowane, ponieważ opracowany dla systemu program musi uwzględniać różne warianty jednego działania w zależności od czynników środowiskowych, ilości zasobów i jakości wykonania wszystkich etapów produkcji.

Po zdefiniowaniu koncepcji, przestudiowaniu i przeanalizowaniu procesów technologicznych przychodzi kolej na optymalizację. Konieczne jest jakościowe uproszczenie struktury poprzez usunięcie z systemu procesów, które nie wnoszą żadnej wartości. Jeśli to możliwe, należy zmniejszyć liczbę wykonywanych akcji, łącząc niektóre operacje w jedną. Im prostszy porządek strukturalny, tym łatwiej go skomputeryzować. Po uproszczeniu systemów można przystąpić do automatyzacji procesów produkcyjnych.

Projekt

Projektowanie to kluczowy etap automatyzacji procesów produkcyjnych, bez którego nie da się wprowadzić kompleksowej mechanizacji i informatyzacji produkcji. W jego ramach tworzony jest specjalny diagram przedstawiający strukturę, parametry i kluczowe cechy zastosowanych urządzeń. Schemat zazwyczaj składa się z następujących punktów:

skala automatyzacji (opisana osobno dla całego przedsiębiorstwa i dla poszczególnych wydziałów produkcyjnych);
określenie parametrów kontrolnych pracy urządzeń, które później będą pełnić rolę wskaźników weryfikacyjnych;
opis układów sterowania;
konfiguracja lokalizacji środków zautomatyzowanych;
informację o blokowaniu sprzętu (w jakich przypadkach ma to zastosowanie, w jaki sposób i przez kogo zostanie uruchomione w sytuacji awaryjnej).

Klasyfikacja

Istnieje kilka klasyfikacji procesów informatyzacji przedsiębiorstwa, jednak najskuteczniejsze jest rozdzielenie tych systemów w zależności od stopnia ich wdrożenia w całym cyklu produkcyjnym. Na tej podstawie automatyzacja może być:

częściowy;
złożony;
kompletny.

Odmiany te to po prostu poziomy automatyzacji produkcji, które zależą od wielkości przedsiębiorstwa i wielkości prac technologicznych.

Częściowa automatyzacja to zbiór operacji usprawniających produkcję, w ramach których jedno działanie jest zmechanizowane. Nie wymaga tworzenia złożonego kompleksu zarządzania i pełnej integracji powiązanych systemów. Na tym poziomie informatyzacji udział człowieka jest dozwolony (nie zawsze w ograniczonym zakresie).

Kompleksowa automatyzacja pozwala zoptymalizować pracę dużej jednostki produkcyjnej w jednym złożonym trybie. Jego zastosowanie jest uzasadnione tylko w dużym innowacyjnym przedsiębiorstwie, w którym wykorzystuje się najbardziej niezawodny sprzęt, gdyż awaria choćby jednej maszyny grozi zatrzymaniem całej linii roboczej.

Pełna automatyzacja to zbiór procesów zapewniających niezależne działanie całego systemu, m.in. zarządzanie produkcją. Jego wdrożenie jest najdroższe, dlatego system ten stosowany jest w dużych przedsiębiorstwach w warunkach opłacalnej i stabilnej produkcji. Na tym etapie udział człowieka jest zminimalizowany. Najczęściej polega na monitorowaniu systemu (np. sprawdzaniu odczytów czujników, rozwiązywaniu drobnych problemów itp.).

Zalety

Zautomatyzowane procesy zwiększają szybkość cyklicznych operacji, zapewniają ich dokładność i bezpieczeństwo, niezależnie od czynników środowiskowych. Eliminując czynnik ludzki, zmniejsza się ilość możliwych błędów i poprawia się jakość pracy. W typowych sytuacjach program zapamiętuje algorytm działania i stosuje go z maksymalną efektywnością.

Automatyzacja pozwala zwiększyć dokładność zarządzania procesami biznesowymi w produkcji poprzez objęcie dużej ilości informacji, co przy braku mechanizacji jest po prostu niemożliwe. Sprzęt skomputeryzowany może wykonywać kilka operacji technologicznych jednocześnie, bez uszczerbku dla jakości procesu i dokładności obliczeń.

Koncepcja automatyzacji procesów jest nierozerwalnie związana z globalnym procesem technologicznym. Bez wprowadzenia systemów informatyzacji nowoczesny rozwój poszczególnych działów i całego przedsiębiorstwa jest niemożliwy. Mechanizacja produkcji pozwala najskuteczniej podnosić jakość wyrobów gotowych, poszerzać asortyment gatunkowy oferowanych towarów i zwiększać wielkość produkcji.

Konferencja na temat automatyzacji produkcji 28 listopada 2017 w Moskwie