Системы адаптивного контроля играют важную роль в гибком автоматизированном производстве (ГАП). Дело в том, что обычные встроенные системы автоматического управления (САУ), допускающие вмешательство человека-оператора, в условиях гибкой безлюдной технологии могут потерять работоспособность или привести к аварийным ситуациям. Такие ситуации могут возникнуть, например, при внезапной поломке инструмента (резца, фрезы и т. п.). Поэтому адаптивный контроль в условиях ГАП предполагает диагностику состояния инструмента, основанную на автоматических измерениях (например, определение положения режущей кромки инструмента после каждого технологического прохода). Без текущего контроля и диагностики внезапная поломка инструмента может привести к поломке всего технологического оборудования.
Особенность задачи адаптивного контроля в условиях ГАП заключается в том, что технологическое оборудование со встроенным САУ должно находиться не в стабильной обстановке массового производства с устоявшейся технологией и номенклатурой, а в не детерминированной и постоянно меняющейся обстановке мелкосерийного или даже единичного производства. Поэтому САУ должны обладать способностью автоматически перенастраиваться при переходе ГАП на выпуск новых изделий, а также приспосабливаться к непредсказуемым изменениям производственных условий. Иначе говоря, встроенные САУ должны быть достаточно универсальными, гибкими и адаптивными.
Важно отметить, что программы управления ГАП (в том числе и программы, разработанные с помощью САПР) принципиально не могут предусмотреть всех факторов и особенностей, возникающих в процессе фактического изготовления каждой конкретной детали и непосредственно влияют на качество продукции. К таким факторам и особенностям можно отнести непредсказуемые изменения физико-механических свойств заготовок и инструментов в процессе гибкого производства, колебания припусков, диапазон параметров исполнительных приводов и механизмов и многое другое. Эти скрытые факторы, которые не учитываются в программах управления станками и САУ, могут сильно влиять на точность изготовления деталей и часто приводят к браку. Поэтому для обеспечения заданного качества продукции необходимо, чтобы все технологическое оборудование и САУ, входящие в состав ГАП, обладали способностью адекватно реагировать на текущие изменения параметров и условий производства за счет самонастройки системы управления технологическим оборудованием и САУ. Обычно эта способность реализуется с помощью алгоритмов и программ адаптивного управления и контроля. Благодаря указанным алгоритмам и программам система управления ГАП сохраняет работоспособность и эффективность в широком классе непредсказуемых изменений условий производства, характерных для мелкосерийного многономенклатурного производства.[1]
Оборудование с ЧПУ может быть полностью оптимизировано путем внедрения дополнительных адаптивных систем управления, которые постоянно отслеживают процесс обработки резанием в режиме реального времени. Такая оптимизация машинных систем необходима, если дорогие станки с ЧПУ постоянно работают на полную мощность, и если режущие инструменты должны быть использованы максимально долго, а не подвергаясь в процессе обработки износу, что приводит к простою оборудования. [2]
Одним из наиболее привлекательных особенностей этих систем является то, что они применяют оптимальную подачу в режиме реального времени на основе основных параметров, влияющих на процесс механической обработки для каждого конкретного инструмента и обрабатываемого материала. Эти параметры могут быть введены, если необходимо, из внешних библиотек. Оператор не обязан знать определенный порог нагрузки для каждого инструмента, а внутренняя экспертная система определяет эти границы для себя.
Можно выделить два подхода при разработке систем адаптивного контроля [3]
• Адаптивное управление с оптимизацией
• Адаптивное управление с ограничениями
Адаптивное управление с оптимизацией. При такой форме адаптивного управления задается критерий качества, который служит показателем эффективности всего процесса в целом (например, производительность, затраты на единицу объема удаленного металла). Цель адаптивного управления состоит в оптимизации этого критерия качества путем изменения скоростей резания и (или) подачи в процессе механической обработки. Хотя в этом направлении были разработки, но большой популярности адаптивное управление с оптимизацией не нашло. Основной проблемой было отсутствие датчиков, которые могли измерить необходимые переменные не прекращая обработку резанием.
Адаптивный процессор включает в себя подсистему обработки данных куда поступают данные с датчиков, а также рассчитана подача и число оборотов и набор ограничений. Подсистема производит 2 сигналы: Слой металла снят за 1 проход и скорость износа режущего инструмента.
MRR=w*a*V ( 1.1)
Слой металла снят за один проход требуется для расчета ограничений, которые определяются по формуле.
TWR=K1(MRR)+K2Q+K3dT/dt ( 1.2)
Где Q – температура инструмента
dT/dt – скорость изменения крутящего момента
K1,K2,K3 – константы зависящие от инструмента и обрабатываемой детали
MRR и TWR сигналы поступают к компьютеру, который рассчитывает производительность индекса Ф.
Ф=MRR/c1+ (c1t1+c2b)(TWR)/W0 (1.3)
c1 -стоимость станка и оператора за единицу времени
c2- стоимость инструмента за смену
t1 -время перестановки инструмента
W0 -срок допустимого износа режущего инструмента
Индекс Ф отправляется в процессор оптимизации, который выбирает стратегию, в отношении котороой оптимизация продуктивна.
Адаптивное управление с ограничениями. В производственных системах накладывают ограничения на определенные измеряемые переменные, характеризующие процесс обработки; тем самым устанавливаются границы их изменений. Согласно этому, такие системы носят название систем АК с ограничениями. Цель этих систем состоит в такой коррекции скорости резания или (и) подачи, чтобы значения измеряемых переменных процесса содержались не выше уровня заданных ограничений.
Практически все АК для грубого точения и фрезерования базируются на принципе адаптивного управления с ограничением и редко включают более одного измеряемую переменную. [4, 5]
Наиболее часто используют константы: усилия резания, крутящий момент. [6, 7] Рабочие параметры, как правило, скорость резания V (в миллиметрах в минуту или дюймах в минуту) и скоростью вращения шпинделя N (в оборотах в минуту), ими легко манипулировать с помощью компьютера. Подача s определяется отношением
S = V / pN (1.4)
p – количество зубьев фрезы в фрезерной операции (при точении и сверлении p = 1)
N-количество оборотов в минуту.
V-скорость резания.
Система адаптивного контроля является логическим продолжением ЧПУ-механизма. В механизме с ЧПУ скорость резания и подача предусмотренные частью программы. В отличие от этого адаптивные системы способствуют улучшению скорости производства и снижения стоимости обработки в результате расчета и установления оптимальных параметров в процессе обработки. Этот расчет основан на измерении технологических параметров в режиме реального времени и поддается обработке для того, чтобы оптимизировать производительность системы в целом.
Библиографический список
- Гибкое автоматическое производство/Под ред. С. А. Майорова, Г. В. Орловского, С. Н. Халкиопова. Л.: Машиностроение, 1985. 454 с.
- Koren, Y. and Masory, O. (1981). Adaptive control with process estimation . .4nnals ,if the ClRP, 30 0). pp. 373-376.
- Koren, Y, (1983). Computer Control of Mamifacturing Systems, McGrawHill. New York
- Inamura. T. Senda. T. and Sata. T. (1977). Computer control of chattering in turning operation. Annals oj the CIRP. 25. (I). pp. 181-186.
- Donahue. E J, (1976). Applications of adaptive control in the aerospace industry. SME Paper No. MS76·274.
- Yen, D W. and Wright, P K. (1983). Adaptive control in machining-A new approach based on the physical constraints of tool wear mechanisms. ASME Journal oj’ Engineaing Jar IndustrY. 105 (I). pp. 31-38.
- Sata. T. et al.. (1975). Newly developed adaptive control systems of the turning process. CIRP Seminars on ManuJacturing Systems.
Количество просмотров публикации: Please wait