Державний університет "Львівська політехніка"

Серкіз Орест Романович

УДК 621.757:621.7.014.5

Підвищення продуктивності автоматизованого

складального обладнання на основі

принципу адаптації

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів-1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Державному університеті "Львівська політехніка" Міністерства освіти України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Бочков В'ячеслав Михайлович, доцент кафедри "Автоматизація та комплексна механізація машинобудівної промисловості" Державного університету "Львівська політехніка".

Офіційні опоненти :

Доктор технічних наук, професор Зенкін Анатолій Семенович, професор кафедри "Метрологія стандартизація і сертифікація" Державної академії легкої промисловості України, м. Київ.

Кандидат технічних наук, доцент Кодра Юрій Васильович, доцент кафедри “Електронне машинобудування” Державного університету "Львівська політехніка".

Провідна установа - Одеський державний політехнічний університет.

Захист відбудеться "28" січня 1999 р. о 1600 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.04 у Державному університеті "Львівська політехніка" (290646, Львів-13, вул.Устіяновича,5, ауд.51, X учбового корпусу).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету "Львівська політехніка" (Львів, вул.Професорська,1)

Автореферат розісланий "17" грудня 1998 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ю.З. Вашкурак

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть теми. Тема дисертаційної роботи є актуальною, оскільки відповідає розвитку теорії продуктивності, яка розглядає питання проектування і експлуатації машин в їх діалектичному взаємозв'язку, слугує основою створення автоматів і автоматичних ліній. Робота виконана у відповідності з сучасними напрямками фундаментальних і прикладних наукових досліджень в галузі машинобудування, механіки і процесів керування, які передбачають, що основнi дослiдження в областi теорiї машин i систем машин повиннi бути присвяченi розробцi систем адаптацiї машин i їх елементiв з метою оптимiзацiї режимiв роботи механiзмiв машин, що здатнi змiнюватись пiд час експлуатацiї, а також теорiї адаптивних самоналагоджувальних систем для оптимального керування з урахуванням надiйностi i ресурсу.

Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідної роботи кафедри автоматизації та комплексної механізації машинобудівної промисловості Державного університету "Львівська політехніка" при виконаннi господарських НДР за угодами (№№ держ. реєстр.: 78014732, 79068017, 01830049931), якi на підставі Програм Державного Комiтету з науки та технiки i Держбуду колишнього СРСР були вiднесенi до категорiї найважливiших.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - пiдвищення продуктивностi автоматизованого складального обладнання на основi впровадження i реалiзацiї принципу адаптацiї як функції технологічних, конструкторських і керуючих задач при розробці та конструюванні обладнання .

Дана мета реалізується вирiшенням наступних завдань:

- розробки методики оцiнки ступеня пiдготовленостi деталей до автоматизованого складання з точки зору їх адаптованостi до відомих варіантів конструкторських рiшень існуючого технологічного обладнання на етапi конструкторсько-технологiчної пiдготовки виробництва;

- розробки математичного апарату для кiлькiсної порiвняльної оцінки технологiчностi конструкцiй виробiв на основi ступеня складностi використовуваного обладнання;

- дослiдження конструкторсько-технологiчних параметрiв пристроїв та механiзмiв складального обладнання як адаптивних засобів маніпулювання предметами складання;

- класифікації механiзмiв, що входять до складу автоматизованого складального обладнання залежно вiд ступеня автоматизації;

- знаходження способiв пiдвищення продуктивностi складального обладнання на етапах завантаження, живлення та складання;

- розробки математичної моделi та визначення граничних вiдхилень розмірів мiж осями деталей, що пiдлягають складанню на основi реактивної (внутрішньої) адаптацiї, що зумовлена змiною форми використовуваних баз та форми деталей;

- розробки адаптивної системи керування роботою завантажувальних пристроїв;

- створення математичної моделi адаптивної схеми керування з метою визначення параметрiв її функцiонування;

- ефективної реалiзацiї запропонованих адаптивних пристроїв та систем в автоматизованому складальному обладнаннi.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розроблена методика оцінки ступеня підготовленості деталей до автоматизованого складання з точки зору їх адаптованості до використовуваного обладнання.

2. Запропоновані алгоритми порівняльної оцінки технологічності різних варіантів деталей виробу на основі ступеня складності використовуваного обладнання.

3. Запропоновані підходи щодо підвищення продуктивності автоматизованого складального обладнання на етапах завантаження, живлення та складання на основі використання реактивних взаємозв'язків, що виникають, як між самими об'єктами складання, так і між об'єктами складання та технологічним оснащенням (принцип пасивної адаптації).

4. Розроблений алгоритм визначення оптимальних відхилень між осями деталей при використанні принципу адаптованості об'єктів складання і використовуваних баз.

5. Розроблена адаптивна система керування роботою завантажувальних пристроїв, що виконані на базі вібраційних транспортно-орієнтувальних модулів (ВТОМ)

6. Розроблений алгоритм функціонування адаптивної системи керування.

7. Досліджено та реалізовано характеристики продуктивності ВТОМ, які дозволяють здійснити оптимальне відлагодження адаптивної системи.

8. Досліджено особливості та реалізовано специфічні властивості спряження деталей, які виготовлені із полімерних матеріалів.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані теоре-тичнi результати і вироблені на їх основі рекомендації мають практичне застосування. Їх використання дало змогу реалізувати процес автоматизованого складання таких виробів, як радіочастотні розетки, шляхом створення та впровадження у виробництво конструкцiй автоматичних лiнiй АЛС-1, АЛС-1М, АЛС-2 за безпосередньою участю дисертанта. Економiчний ефект вiд впровадження робiт складає 25,0 т.крб. у цiнах 1991 року .

На захист виносяться такі основні положення:

1. Методика оцінки ступеня підготовленості деталей до автоматизованого складання з точки зору їх адаптованості до використовуваного обладнання.

2. Алгоритми порівняльної оцінки технологічності різних варіантів виробу на основі ступеня складності використовуваного обладнання.

3. Метод підвищення продуктивності автоматизованого складального обладнання на етапах завантаження, живлення та складання на основі використання реактивних взаємозв'язків, що виникають як між самими об'єктами складання, так і між об'єктами складання та технологічним оснащенням.

4. Алгоритм визначення оптимальних відхилень взаємного розташування деталей при використанні принципу адаптованості об'єктів складання і використовуваних баз при вільному базуванні деталей на сегментних поверхнях.

5. Адаптивна система керування роботою завантажувальних пристроїв, що виконані на базі ВТОМ.

6. Алгоритм функціонування адаптивної системи керування.

7. Результати теоретичних і експериментальних досліджень і реалізації характеристик продуктивності ВТОМ та особливостей процесу спряження деталей, що виконані із полімерних матеріалів.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно [1...4]. Вагомі здобутки досягнуто у співавторстві з працівниками за місцем праці. Особистий внесок здобувача у роботах, що виконані у співавторстві, полягає в тому, що він приймав активну участь у постановці проблеми [1...4,11,12,], досягненні теоретичних результатів досліджень [5,7...10,13,14], розробленні та опрацюванні методики та виконанні експериментальних досліджень [1,3,4,6,8,9,11], розробив адаптивну схему керування роботою завантажувальних пристроїв [11], розробив принципову схему автомата складання радіочастотних розеток, запропонував блок-схему системи керування [15], запропонував структуру та розробив конструкції адаптивних пристроїв [13,14,16...18] .

Апробацiя результатів дисертації. Дисертацiйна робота обгово-рювалась на розширеному засiданнi кафедри "Автоматизацiя та комплексна механiзацiя машинобудiвної промисловостi" Державного унiверситету "Львiвська політехнiка" (протокол № 12 від 23 червня 1998 року).

Основнi результати роботи доповiдались та обговорювались на I та II Мiжнародних симпозiумах Українських iнженерiв-механiкiв у Львовi (Україна, 1993 та 1997 рр.), на Міжнародному науково-технічному симпозіумі "Modelowe technologie i konstrukcje w montazu - MTK'96" (RP, Rzeszow, 1996 r.), Міжнародному науковому симпозіумі "Нарисна геометрія, інженерна та комп'ютерна графіка" (Україна, Львів, 1996 р.), Мiжнароднiй науковiй конференцiї "Наука, обучение, производство" (м.Русе, Болгарiя, 1989 р.), на Мiжнароднiй науково-технiчнiй конференцiї "Wytwarzanie elementow maszyn ze stopow metali o specjalnych wlasnosciach" (RP, Rzeszow, 1990 r.), на Всесоюзному з'їздi з теорiї машин i механiзмiв (Одеса, 1982 р.) на II Всесоюзнiй науково-технiчнiй конференцiї "Проблемные вопросы автоматизации производства" (м.Краснодар, 1981 р.), Всесоюзнiй нарадi "Современные методы синтеза машин, автоматов и их систем" (м.Тамбов, 1981 р.), Bcесоюзнiй науково-технiчнiй конференцiї "Современные проблемы технологии машиностроения" (м.Москва, 1986 р.), на Всесоюзному науковому симпозiумi "Проблемные вопросы автоматизации производства" (м.Воронеж, 1987 р.), Всесоюзному семiнарi "Перспективные методы механообработки и сборки в ГПС" (м. Ленінград, 1988 р.), Республiканськiй конференцiї "Проблемные вопросы развития и повышения эффективности внедрения автоматических производственных комплексов с разной степенью технологической гибкости"(м. Ташкент, 1989 р.), та iнших.

Публiкацiї. За темою дисертацiї опублiковано 39 праць, в тому числi 3 авторських свiдоцтва на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертацiйна робота викладена на 133 машинописних сторінках, складається iз вступу, чотирьох роздiлiв, загальних висновків, списку літературних джерел із 150 назв, мiстить 49 рисунків та 4 таблиці, а також додатків на 24 сторінках. Загальний обсяг роботи - 210 сторінок.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми роботи, висвітлено її важливість, визначена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів досліджень. Сформульовано основні положення, що розглядаються в дисертаційній роботі, і найважливіші результати, які виносяться на захист.

У першому розділі "Дослідження проблеми підвищення продуктивності автоматизованого складального обладнання" викладено літературний огляд, у якому проаналізовані шляхи підвищення продуктивності автоматизованого складального обладнання на основі принципу адаптації як функції технологічних, конструкторських і керуючих завдань. За технологічною ознакою принципу адаптації оцінюється ситуація чи є адаптованою кожна із деталей, що входять у виріб, до відомих конструкторських рішень існуючих функціональних вузлів і механізмів технологічного обладнання, які здатні реалізувати на кожному конкретному етапі покладену на них операцію або перехід. Суть принципу адаптації, який зумовлений множиною факторів, що здатні впливати на сам процес і мають, як правило, випадковий характер, полягає за конструкторською ознакою у створенні таких вузлів і механізмів, які б при протіканні складального процесу в часі і в реальних умовах автоматично здійснювали його корекцію, самоналагоджували як параметри виконавчих пристроїв і механізмів, так і положення деталей, що підлягають складанню. І, на кінець, принцип адаптації як функція систем керування, пов'язує воєдино виникаючу ситуацію, тобто ідентифікацію або розпізнавання, функцію прийняття рішення і керування. Всі ці функції лежать в основі адаптивної системи керування. В цьому ж розділі обгрунтована та викладена мета роботи і завдання щодо її реалізації.

У другому розділі "Оцінка технологічності конструкції виробів, що підлягають автоматизованому складанню" розроблена методика оцінки ступеня підготовленості деталей до автоматизованого складання, оскільки саме від технологічності конструкції виробу залежать не тільки параметри продуктивності розроблюваного обладнання, але і вірогідність створення автоматизованого процесу складання взагалі. В основу методики покладено такі базові положення [4]:

- ступiнь пiдготовки виробу (деталi) до умов автоматичного складання оцiнювати з точки зору пристосування (адаптацiї) її до вiдомих варiантiв конструкторсько - технологiчних рiшень певного типу обладнання, на основi якого можна реалiзовувати необхiднi для даної деталi технологiчнi переходи;

- для визначення оптимального складу обладнання серед декiлькох альтернативно-iснуючих для даного виробу (деталi) варiантiв класифiкувати засоби автоматичного манiпулювання деталями в складальному виробництвi на основi таких комплексних показникiв як ступеня автоматизацiї чи ступеня складностi обладнання iз роздiленням всiєї гами вказаного обладнання на ряд умовних рiвнiв, кожен з яких матиме рiзну вагу;

- при розподiлi обладнання за рiвнями (вагами), як критерiї можуть бути рiвноцiнно використанi такi показники як собiвартiсть, енерговитрати та iншi;

- кiлькiсть рiвнiв, на якi буде здiйснено розподiл всього обладнання являється величиною обмеженою;

- оцiнку технологiчностi здiйснювати на основi строгої математичної моделi, а не на основi емпiричних ваг;

- спiввiдношення мiж рiвнями оцiнювати на основi передавального коефіцієнта K, що вiдповiдає вiдношенню собiвартостi, енерговитрат та iнше, залежно вiд критерiю, на основi якого здiйснено подiл обладнання на рiвнi;

- оцiнка технологiчностi конструкцiї виробу обов'язково повинна враховувати технологiчний маршрут складання.

Використовуючи наведенi положення та характернi параметри обладнання, кiлькiсну оцiнку технологiчностi виробу можна виразити у виглядi узагальненого параметра Т наступної топологiчної моделi

, (1)

де Z, C, N ..., U - параметри ступеня складностi (автоматизацiї) обладнання, собiвартості, енерговитрат та iнше. Максимальне значення iндексу вказує на скiльки саме рiвнiв здiйснено розподiл всього обладнання, а значення будь-якого iндексу в кожному конкретному випадку показує до якого саме рiвня вiдноситься той чи iнший параметр. Дана модель, як приклад, записана для чотирирiвневого розподiлу обладнання, кожен із яких має певну вагу.

Для реалізації даної методики здійснено класифікацію складального обладнання з точки зору ступеня автоматизації (табл.1), що також має чотири рівні. За основні критерiї були вибранi: кiлькiсть ступенiв вiльностi системи (механiзму); матерiало- i енергоємкiсть; тип використовуваного привода; кiнематичнi, силовi та динамiчнi характеристики передавальних ланок; тип системи керування та елементiв мехатронiки, що забезпечують її функцiонування; параметри точностi та надiйностi, які має дана система; принцип агрегатно-модульного комплектування та ступiнь освоєного промислового випуску; показники продуктивностi та забезпечення якостi необхiдного технологiчного переходу.

Таблиця 1

Класифiкацiя засобiв автоматичного манiпулювання деталями у складальному виробництвi.

Ступінь складності (рівень) |

Х а р а к т е р и с т и к а | Позначення (вага)

1 | 2 | 3

І | Цільові механізми та пристрої, які здійснюють операції завантаження, живлення, складання за допомогою найпростіших виконавчих органів (жолоби – ковзалі; нерухомі бази і скидувачі; гравітаційні пристрої; пристрої пневмовихревої, електромагнітної, вібраційної орієнтації, складання та інше).

ІІ | Цільові механізми та пристрої за рівнем 1, які доукомплектовані механізмами поштучної видачі, що мають окремий привод для лінійних та колових переміщень (шибери, відсікачі, транспортні системи базової деталі, складальні пристрої на базі силових пневмоциліндрів і т.п.).

ІІІ | Цільові механізми та пристрої, що можуть включати рівні I і II, однак мають спеціальні маніпуляційні пристрої для переорієнтування, перебазування, складання (маніпулятори, автооператори, захоплюючі пристрої і т.п.).

IV | Цільові механізми та пристрої за рівнем III, що доукомплектовані автономними системами програмного та адаптивного керування, тактильними системами, системами технічного зору та інше).

Нехай вирiб, який пiдлягає автоматичному складанню, складається з n деталей . Ряд iз цих деталей в процесi складання утворює частково зiбранi компоненти - пiдвузли [4].

Разом деталi i пiдвузли, а також сам вирiб - D вважатимемо вершинами графа. Дугами графа процесу автоматичного складання є перехiд деталi в пiдвузол , або пiдвузла в iнший пiдвузол , чи в готовий вирiб .

Нехай є множина механiзмiв, якi використовуються при складаннi деталей. Шляхом експертних оцiнок на множинi введемо частинний порядок. Для цього використаємо поняття теорії множин.

На множинi введений частинний порядок ,якщо вiн:

а) рефлексивний, тобто для всiх ;

б) антисиметричний, тобто з того, що і , випливає ;

в) транзитивний, тобто якщо i , то .

Всю множину з частинним порядком розіб'ємо на класи еквiвалентностi тих елементiв із , якi рiвнi мiж собою, тобто . Класи еквiвалентностi iз позначимо через а саму множину , розділимо на класи через (- фактор-множина за вiдношенням еквiвалентностi, що породжена частинним порядком ). Для класiв еквiвалентностi вже можна вказати строгий порядок: тодi i тiльки тодi, коли і , де - елемент класу , а y - елемент класу .

Приклад. Нехай - механiзми, якi забезпечують складання деякого типу виробiв. Експертним шляхом можна вказати, якi з них складнiшi, чи коштовніші, чи енергомiсткiшi i т.д. вiд iнших, тобто ввести на частинний порядок . Так, "нерухомi скидувачi" "шиберiв" "манiпуляторiв" (табл.1). Разом з тим, за вагою "нерухомi скидувачi" = "жолобам-ковзалям" = "базованим пристроям типу призм" - клас еквiвалентних механiзмiв, або "манiпулятори" = "автооператори" = "захоплюючi пристрої", - iнший клас еквiвалентних механiзмiв. I мiж цими класами еквiвалентних механiзмiв вже можна ввести строгий порядок:

Клас {"жолобiв-ковзалiв" = "нерухомим скидувачам" = ... i т.д.} < вiд класу {"манiпулятори" = "автооператори" = ... i т.д.} (див.табл.1).

Пронумеруємо утворенi класи еквiвалентних механiзмiв i т.д.(в табл.1 є тiльки чотири рiвнi) i вважатимемо, що експертним методом частинний порядок в вибраний так, що мiж класами x можна записати строгi нерiвностi

(2)

Приймемо, що множина має скінченну кiлькiсть класiв, тобто

. (3)

Нехай процесу складання виробу G з деталей вiдповiдає технологiчний орiєнтований граф

(4)

iз вiдповiдними дугами. Кожнiй дузi iз поставимо у вiдповiднiсть певний клас механiзмiв iз фактор-множини .

В цiлому, технологiчному дереву поставимо у вiдповiднiсть цiлочисельний вектор(назвемо його вектором складностi технологiчного дерева )

(5)

кожна компонента якого характеризує, наприклад, кiлькiсть механiзмiв класу , що використовуються в технологiчному деревi , де .

Таким чином рiзним технологiчним деревам i , що вiдображають рiзнi маршрути (шляхи) складання одного i того ж виробу G, вiдповiдають, взагалi кажучи, рiзнi цiлочисельнi вектори:

(6)

(7)

якi характеризують складнiсть вiдповiдних процесiв складання.

Введемо на множинi векторiв складностi рiзних технологiчних дерев, що вiдповiдають рiзним маршрутам складання одного i того ж виробу G, наступне вiдношення частинного порядку:

(8) i т.д.

Дане вiдношення впорядковує розглянутi нами рiвнi i породжує тотожне твердження, що якщо , то процес складання, що вiдповiдає дереву , складнiший вiд процесу, що вiдповiдає .

Для початкової оцiнки дерева порiвнюваних варiантiв, на основi запропонованої методики та отриманих спiввiдношень часткового порядку (8) можна обмежитися лише якiсно-iєрархiчною оцiнкою, або скористатися методом шкалювання i провести кiлькiсну оцiнку при допомозi, наприклад, функцiї, що визначає суму елементiв спадаючого ряду. Такою функцiєю може бути функцiя вигляду:

, (9)

де - кількість механізмів та пристроїв найвищого та найнижчого рівнів, відповідно, що застосовуються для реалізації необхідного технологічного процесу.

Дана функцiя дає змогу на основi класифiкацiйної таблицi 1 та отриманих спiввiдношень (8) проводити кiлькiсну оцiнку порiвнюваних варiантiв, тобто забезпечує виконання умови, що якщо то i тим самим може слугувати шкалою складностi. Тобто - коефiцiєнт складностi технологiчного дерева , який вiдповiдає певному процесу складання виробу G. В дисертаційній роботі, як приклад, наведені чисельні значення порівнювальної оцінки для різних конструктивних варіантів досліджуваного виробу.

У третьому розділі "Покращання конструкторсько-технологічних параметрів технологічних модулів складального обладнання на основі використання принципу пасивної адаптації" запропонований метод вдосконалення пристроїв і механізмів технологічного обладнання, а також окремих елементів деталей, що підлягають складанню на основі організації необхідних або усунення зайвих реактивних зв'язків, що виникають між ними. Так на рис. 1,а зображена схема способу базування циліндричної деталі на сегментних поверхнях.

а) б)

в) г)

Рис. 1. Схеми конструктивного оформлення баз та форми деталі при використанні принципу пасивної адаптації

На відміну від базування деталі нижнім торцем на площині, даний спосіб розширює поле ексцентриситету процесу спряження даної деталі із втулкою, оскільки в площині ZOY деталь має кращі умови для реалізації кутового відхилення. Для даного способу розроблено математичну модель, що визначає граничні відхилення. Однак дані відхилення можна і обмежити, наприклад, використовуючи особливості геометричної форми та місцезнаходження фланця (рис 1,б), який під дією виникаючих реактивних складових при взаємодії із поверхнею бази буде обмежувати кут перекосу чи горизонтальне переміщення. Якщо ж навпаки кут перекосу необхідно ще збільшити, то можна з успіхом використати різного типу фаски, що розміщені з зовнішньої боку нижнього торця деталі (рис. 1, в і 1, г). Розрахункова схема процесу складання, що відповідає процесу базування деталі на сегментних поверхнях, зображена на рис. 2. За даною схемою визначено поля ексцентриситетів

(10)

(11)

тобто, умови, які регламентують заклинювання деталей при описаному способі базування.

В цьому ж розділі наведені результати експериментального дослідження операцій живлення та складання. Процес спряження деталей фіксувався при допомозі швидкісної кінозйомки (2500 кадрів/с) та осцилограм; отримано порівняльні характеристики при спряженні пар деталей із сталі та "сталь-фторопласт". Для деталей, що підлягали складанню, проведено дослідження продуктивності ВТОМ при різних схемах технологічного навантаження, для кожної з яких визначалась технологічна продуктивність. Так, наприклад, в табл. 2. результати в рядку 1 відповідають

Таблиця 2

Результати дослідження продуктивності ВТОМ транспортування нижнього ізолятора при різних схемах технологічного навантаження

№ п/п | 2А (мм) | Технологічна продуктивність (шт/с)

Ряд 1 | Ряд 2 | Ряд 3 | Ряд 4 | Ряд 5 | Ряд 6

1 | 1,1 | 0,595 | 0,21

2 | 1,22 | 0,82 | 0,56

3 | 1,36 | 1,12 | 0,54 | 0,97 | 0,22

4 | 1,58 | 1,54 | 0,88 | 1,48 | 0,71

5 | 1,85 | 2,35 | 1,3 | 2,61 | 2,8 | 1,33

6 | 2,16 | 3,25 | 1,87 | 4,09 | 5,27 | 1,72

7 | 2,64 | 4,9 | 1,92 | 4,86 | 10,26 | 2,23 | 1,37

8 | 3,08 | 7,25 | 3,125 | 3,09 | 11,06 | 2,58 | 2,76

технологічному навантаженню при транспортуванні фторопластової деталі нижнього ізолятора радіочастотної розетки в автоматичному циклі при довжині відвідних лотків L=200мм.; рядок 2- при L=700 мм.; рядок 3 - продуктивність тільки орієнтувального пристрою; рядок 4 - продуктивність транспортування деталей, що пройшли орієнтування, тобто від орієнтувального пристрою до виходу із чаші бункера; рядок 5 (деталі із бункера потрапляють на нерухомий лоток L=700 мм) - продуктивність вимірюється за результатами виходу деталей з нерухомого лотка (мета дослідження _визначити порівняльні характеристики при роботі ВТОМ у ненавантажених та дискретно-навантажених режимах; результати за даною схемою порівнюються із результатами, що отримані в рядку 2); рядок 6 - дана схема досліджень повністю відповідає схемі, що відображена у рядку 4, лише з тією різницею, що довжину нерухомих лотків - нагромаджувачів збільшено до 700 мм.

Дані криві (рис.3.) описуються отриманими рівняннями, що відображають апроксимовані сплайни ( в дужках - величина середньоквадратичного відхилення):

; ,

; ,

; , (12)

; ,

; ,

;

Рис.3 Дослідження продуктивності ВТОМ транспортування нижнього ізолятора при різних схемах технологічного навантаження

В роботі наведені рівняння апроксимованих кривих для всіх деталей , що входили у досліджуваний виріб. Дані функціональні залежності в діапазонах реально існуючих конструктивних характе-ристик для даного типу ВТОМ дають змогу визначити параметри основого технологічного обладнання, тобто здій-снити взаємну адаптацію, виходячи з оптимальної продуктивності їх взаєм-ного функціонування.

У четвертому розділі "Підвищення про-дуктивності скла-дально-го обладнання на основі адаптивного керу-вання завантажуваль-ни-ми опе-раціями" розроб-ле-но адаптивну схему керу-вання ВТОМ, що входять до складу автоматичного складального обладнання, яке має змінний цикл функціонування. Блок логіки даної схеми складено на основі рівнянь:

(13)

(14)

(15)

де Q, X - відповідні вихідні і вхідні сигнали про надходження деталей на складальні позиції. Дана схема здійснює керування роботою трьох ВТОМ і дає змогу в межах одного циклу складання збільшувати продуктивністю тих ВТОМ, які не забезпечили надходження деталей на складальні позиції, і, тим самим, мінімізувати час кожного циклу складання, що загалом підвищує продуктивність всього технологічного обладнання.

Для даної схеми керування розроблено алгоритм, який дозволяє ще на етапі проектування вжити необхідних заходів щодо забезпечення очікуваної продуктивності шляхом визначення значень коефіцієнтів продуктивності складального обладнання.

Нехай - час роботи і-го живильника (ВТОМ) в нормальному режимі в межах одного циклу складання, і= 1, 2, 3. Тоді - час роботи і-го живильника в форсованому режимі в межах того самого циклу складання.

За припущенням , , , , , - незалежні випадкові величини. Крім того , , , - однаково розподілені за показниковим законом розподілу з параметром , а , , - однаково розподілені за показниковим законом розподілу з параметром .

- час складання деталей на складальній позиції, що має також показниковий розподіл з параметром , хоча для цілого ряду виконавчих механізмів може бути якоюсь сталою конкретною величиною (константою), яка не залежить від , , , , , .

Час, протягом якого автоматизоване складальне обладнання відпрацює один повний цикл, можна представити:

(16)

Тоді число складених деталей за деякий час буде представляти собою процес відновлення, що побудований на послідовності незалежних випадкових величин , які також є однаково розподілені.

Нехай - число складених деталей за час t.

Тоді за асимптотичною властивістю процесу відновлення при досить великих t

, (17)

де М - математичне сподівання.

Знайдемо , але для цього спочатку визначимо закон розподілу випадкової величини

, (18)

Функція розподілу випадкової величини буде мати вигляд

(19)

Оскільки , (20)

та згідно з прийнятими нами припущеннями, щодо показникових законів розподілу отримаємо:

(21)

Звідси (22)

Тоді (23)

На основі даних залежностей можна отримати вираз, який дозволяє визначити значення коефіцієнтів продуктивності складального обладнання, що оснащене представленою схемою адаптивного керування, а саме:

(24)

де - вхідні параметри, що мають показниковий характер розподілу і відображають час роботи ВТОМ в оптимальному та форсованому режимах, а також час виконання складальної операції, відповідно.

Таким чином, оперуючи отриманими двома останніми виразами і використовуючи в ролі вхідних параметрів характеристики відомих зразків обладнання, можна ще на етапі проектування вжити всіх необхідних заходів щодо забезпечення фактичної продуктивності складального обладнання, яке оснащене описаною адаптивною схемою керування.

В роботі наведено графічну інтерпретацію вказаних залежностей, досліджено функціонування адаптивної системи на основі записаних осцилограм, описано розроблену експериментальну установку для дослідження адаптивної системи керування. Використання даної адаптивної системи в складі промислового обладнання підвищує в 1,8 разів величину продуктивності у порівнянні з тим же обладнанням без такої схеми керування. На основі отриманих результатів розроблено та впроваджено у виробництво три автоматичні лінії складання радіочастотних розеток.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

На основі комплексних досліджень, теоретичних розробок та узагальнень з позицій системного підходу щодо підвищення продуктивності автоматизованого технологічного обладнання на основі принципу адаптації, забезпечення необхідної якості та надійності всіх складових технологічного процесу автоматизованого складання, отримані наступні результати:

1. Розроблена методика оцінки ступеня підготовленості деталей до автоматизованого складання з точки зору їх адаптованості до використовуваного обладнання, яка на відміну від відомих передбачає безпосередній попередній аналіз конструкції виробу (деталі) для виявлення наскільки даний виріб чи деталь є адаптовані з метою організації необхідного їй технологічного переходу до відомих вже технічних рішень існуючого технологічного обладнання (прецедентів) і вже, як наслідок, чи результат такого аналізу, провадиться подальша конструктивна адаптація існуючої конструкції обладнання під необхідний виріб чи деталь, або навпаки.

2. Запропонований спосіб класифікації складального обладнання за ступенем складності (ступенем автоматизації), що передбачає чотири рівні еквівалентних класів, між якими шляхом експертних оцінок введено частинний порядок теорії множин, тобто запроваджено строгу ієрархічну впорядкованість, і кожен з яких має свій рейтинг (вагу).

3. Запропоновані алгоритми порівняльної оцінки технологічності різних варіантів виробу на основі ступеня складності використовуваного обладнання, які на відміну від відомих, враховують кожен технологічний перехід і у відповідності із приведеною класифікаційною таблицею обладнання дозволяють отримати чисельну характеристику порівнюваних варіантів.

4. Запропоновано напрямки вдосконалення конструкційно-технологічних параметрів пристроїв і механізмів технологічного обладнання, а також окремих елементів деталей, що підлягають складанню, на основі організації необхідних або усунення зайвих реактивних зв'язків, що виникають між ними, тобто тих, які повинні з'явитися за певних умов або тих, які повинні бути усунені, що є невід'ємним фактором не тільки організації процесу автоматизованого складання як такого, але й дозволяє здійснити перехід до більш прогресивних автоматизованих технологій зі значно вищими параметрами надійності, якості та продуктивності.

5. Розроблений алгоритм для визначення оптимальних відхилень взаємного розташування при використанні принципу адаптованості об'єктів складання і використовуваних баз, який дає змогу ще на етапі проектування визначити граничні відхилення, які можуть мати місце між осями деталей, що підлягають складанню при вільному базуванні однієї з них на сегментних поверхнях.

6. Розроблена адаптивна система керування роботою завантажувальних пристроїв, що виконані на базі вібраційних транспортно- орієнтувальних модулів (ВТОМ), яка на відміну від систем, що використовуються для керування аналогічними завантажувальними пристроями із жорстким ритмом, дає змогу, по-перше, - реалізувати автоматизований складальний цикл як такий для певної групи деталей, що мають специфічні фізико-механічні характеристики чи вимоги до свого захисного покриття, по-друге, - мінімізувати час допоміжних операцій в межах кожного циклу складання.

7. Розроблено алгоритм функціонування адаптивної системи керування, що дає змогу визначати продуктивність , автомата, лінії, чи всього технологічного обладнання, при зміні параметрів очікуваної продуктивності кожного із завантажувальних пристроїв.

8. Досліджено та реалізовано адаптивні характеристики продуктивності ВТОМ , які в залежності від конструктивних особливостей орієнтувальних пристроїв, довжини відвідних шляхів, режимів налагодження та протікання перехідних процесів при зміні швидкостей транспортування (амплітуд) дають змогу здійснити оптимальне відлагодження системи.

9. Досліджено особливості та реалізовано специфічні характеристики процесу спряження деталей, що виконані із полімерних матеріалів, які дали змогу виробити реко-мендації щодо використання полімерів в умовах автоматизованого складання сучасного приладо- та машинобудування, оцінити вплив характеристик матеріалу на організацію маршруту складання та на підвищення продуктивності і надійності обладнання в цілому.

10. На основі отриманих результатів розроблено та впроваджено у виробництво три автоматичні лінії складання радіочастотних розеток.

Основні публікації за матеріалами дисертаційної роботи

1. Серкіз О.Р. Параметрична модель адаптивної системи керування заванта-жувальними операціями.// Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. Український міжвідомчий науково-технічний збірник.. Видавництво Державного університету "Львівська політехніка", Львів 1995. Вип.№ 32, с. 80...84.

2. О.Р. Серкиз. Автоматизация процесса установки стопорних колец в корпусные детали. Zeszyty naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika z. 21. Rzeszow 1990., s. 319...322.

3. О.Р. Серкиз. Принципы адаптации в автоматизированном сборочном обору-до-вании. . Zeszyty naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika z. 33. Rzeszow 1992., s.139...142.

4. O.Serkiz. Metodyka okreslania zlozonosci procesu automatycznego montazu.// Technologia i automatyzacja montazu zespolow,maszyn i urzadzen. - Kwartalnik naukowo-techniczny Nr 2(12) , kwiecien-czerwiec 96, Osrodek Badawczo Rozwojowy Podstaw Technologii i Konstrukcji Maszyn TEKOMA, Warszawa 1996, s. 2....5.

5. Беспалов А.Л., Серкиз О.Р. Автомат для счета и расфасовки штучных дискообразных изделий. / Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении. Вып. 19. Респ. Межвед. Науч.-техн. сборник. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1980. - с.95-97.

6. Бочков В.М., Гаврильченко А.В., Серкиз О.Р. Методика выбора оптимальной технологической последовательности сборки. / Вестник Львов. политехн. ин-та, №209. Оптимизация производственных процессов и технический контроль в машиностроении и приборостроении. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1986. - с.16-18.

7. Бочков В.М., Серкиз О.Р., Цветков В.М. Оценка технологичности конструкции изделия с целью автоматизации процесса сборки. / Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении, вып.21. Респ. межвед. науч.-техн. сборник. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1982. - с.117-121.

8. Гаврильченко А.В., Серкиз О.Р. Анализ производительности сборочного автомата обслуживаемого одним оператором. / Вестник Львов. политехн. ин-та, №228. Оптимизация производственных процессов и технический контроль в машиностроении и приборостроении. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1986. - с.12-13.

9. Гаврильченко О.В., Серкiз О.Р., Гриневич Р.З. Проектування завантажувальних та складальних модулів гнучкого автоматизованного обладнання. / Вiсник Львiв. полiтехн. iн-ту, №246. Оптимiзацiя виробничих процесiв i технiчний контроль в машинобудуваннi i приладобудуваннi. - Львiв: Видавництво Свiт, 1990. - с.18-20.

10. Контроль наличия деталей в сборочных автоматах и автоматических линиях./ Серкиз О.Р., Бочков В.М., Грушка И.Г., Дорончук С.С. Вестник Львов. политехн. ин-та, №170. Технология машиностроения и динамическая прочность машин. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1983. - с.125-128.

11. Пiдвищення ефективностi завантажувальних операцiй в автоматичному складальному обладнаннi./ Серкiз О.Р., Гаврильченко О.В., Атаманчук О.М., Яременко О.О. Вiсник Львiв. полiтехн. iн-ту, №255. Оптимiзацiя виробничих процесiв i технiчний контроль в машинобудуваннi i приладобудуваннi. - Львiв: Видавництво Свiт, 1991. - с.51-54.

12. Серкиз О.Р., Бочков В.М. Автоматизация процесса сборки деталей типа вал-втулка / Вестник Львов. политехн. ин-та, №180. Технология машиностроения и динами-ческая прочность машин. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1984. - с.102_105.

13. Серкиз О.Р., Гаврильченко А.В. Автоматизация процесса установки разрезных стопорных колец в корпусные детали. / Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении, вып.26. Респ. Межвед. Науч.-техн. сборник. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1987, - с.95-98.

14. Серкиз О.Р., Гнатив И.М., Гаврильченко А.В. Автоматизация транспортно-загрузочных операций в сборочных автоматических линиях и робототехнических комплексах. / Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении, вып.24. Респ. межвед. науч.-техн. сборник. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1985. - с.104-107.

15. Серкиз О.Р., Бочков В.М., Оранский Г.А. Логическая многотактная система управления сборочным автоматом. / Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении, вып.23. Респ. Межвед. Науч.-техн. сборник. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те, 1984. - с.100-103.

16. А.С. №891313 (СССР) МКИ В23Р 19/04. Устройство для сборки деталей. / Бочков В.М., Серкиз О.Р. - Опубл. в Б.И. №47, 1981.

17. А.С. №929387 (СССР) МКИ В23Р 19/02. Устройство для автоматической сборки деталей типа вал-втулка. / Бочков В.М., Серкиз О.Р. - Опубл. в БИ №19, 1982.

18. А.С. №1219307 (СССР) МКИ В23Р 19/04. Устройство для сборки деталей. / Бочков В.М., Серкиз О.Р., Кудлык М.Б., Савчин Б.М., Гаврильченко А.В. - Опубл. в Б.И. №11, 1986.

Анотація

Серкіз Орест Романович. Підвищення продуктивності автоматизованого складального обладнання на основі принципу адаптації. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 , Автоматизація технологічних процесів (рукопис). Державний університет "Львівська політехніка", Львів , 1998.

Створені та узагальнені наукові основи та інженерні методи підвищення продуктивності автоматизованого складального обладнання на основі принципу адаптації.

На основі наукових , лабораторних та дослідно-промислових досліджень розроблено автоматизоване складальне обладнання, котре реалізує процес складання деталей, які належали до розряду тих, що не підлягають автоматизації. Запропоновані шляхи підвищення продуктивності технологічного обладнання на основі вирішення технологічних, конструкторських та керуючих задач.

Ключові слова: продуктивність, складання, складальне обладнання, адаптація, адаптивне керування, пасивна адаптація, технологічність, конструкція, системи керування.

Аннотация

Серкиз Орест Романович. Повышение производительности автоматизированного сборочного оборудования на основании принципа адаптации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07, Автоматизация технологических процессов (рукопись). Государственный университет "Львивська политэхника", Львов, 1998.

Созданы и обобщены научные основы и инженерные методы повышения производительности автоматизированного сборочного оборудования на основании принципа адаптации.

На основании научных, лабораторных и опытно-промышленных исследований разработано автоматизированное сборочное оборудование, реализующее процесс сборки деталей, которые принадлежали к разряду тех, что не подлежат автоматизации. Предложены пути повышения производительности технологического оборудования на основании решения технологических, конструкторских и управленческих задач.

Ключевые слова: производительность, сборка, сборочное оборудование, адаптация, адаптивное управление, пассивная адаптация, технологичность, конструкция, системы управления.

Annotation

Serkiz Orest Romanovych. Increase of Productivity of Automated Assembly Equipment on the Basis of Adaptation Principle. Dissertation presented for obtaining a Candidate's scientific degree in Technical Sciences on specialty: 05.13.07 - Automation of Technological Processes. (manuscript) - The State University "Lvivska Politechnika", Lviv,1998.

There are created and generalised the scientific bases and engineering methods of increasing the productivity of automated assembly equipment on the basis of adaptation principle.

On the base of scientific, laboratory, experimental and industrial researches is developed automated assembly equipment, which makes possible the process of assembling the details belonging to the category that did not pertain to automation. There are suggested the ways for the increase of technological equipment productivity on the basis of salvation of technological, designing and control problems.

Key words: productivity, assembly, assembly equipment, adaptation, adaptation control, passive adaptation, technology, construction, control systems.