Материал: Математическое моделирование. приобретение навыков разработки и использования моделей в машиностроении. Копосов В.Н

При управлении процессом на этапе динамической настройки решается комплекс задач, связанных с управлением точностью обработки, с управлением режимами резания, обеспечивающими экстремум целевой функции (максимум производительности, минимум себестоимости операции). При этом используют системы предельного регулирования и системы оптимального управления.

 Адаптивные системы предельного регулирования

 Их сущность заключается в том, что с целью повышения эффективности обработки деталей на станках обеспечивается постоянство протекания технологического процесса относительно таких регулируемых величин, как, например, сила резания, потребляемая мощность, крутящий момент, параметры точности. В результате в процессе обработки непрерывно поддерживаются наибольшие предельные значения режимов резания ( ), при которых исключается возможность превышения заданных ограничений.

В системах предельного регулирования для управления процессом черновой и предварительной обработки, когда стремятся к максимальному использованию мощности оборудования, ограничения относятся главным образом к силовым параметрам нагрузки, действующей в технологической системе. Например, при обработке с постоянной мощностью резания закон изменения продольной подачи определяется выражением

где - мощность двигателя главного привода станка;

- коэффициент полезного действия главного привода станка;

- постоянная силы резания и показатели степени в выражении для составляющей силы резания .

Однако, когда при допустимой мощности резания одна из переменных состояния, например, сила или крутящий момент на шпинделе достигают предельного значения, происходит дополнительное изменение подачи, в результате чего исключается возможность превышения заданных ограничений.

В системах предельного регулирования, обеспечивающих управление процессом чистовой и получистовой обработки деталей, налагаемые ограничения, образующие систему неравенств, относятся непосредственно к параметрам, определяющим достижение требуемой точности детали. Например, требование к шероховатости обработанной поверхности для токарных станков (в том числе и с ЧПУ) определяется следующим выражением [16]:

где - допустимая шероховатость обработанной поверхности.

Адаптивные системы оптимального управления

 С целью повышения эффективности обработки деталей в этих системах поддерживается оптимальное протекание технологического процесса относительно заданной целевой функции.

Несмотря на случайный характер потока возмущающих воздействий, адаптивная система так управляет технологическим процессом, что целевая функция непрерывно поддерживается на максимальном или минимальном уровне в пределах установленных ограничений.

При условии обеспечения требуемой точности детали эффективность технологического процесса определяет себестоимость изготавливаемой детали и производительность обработки, зависящих от основного времени обработки.

Целевая функция времени, устанавливающая связь между параметрами режима резания и продолжительностью времени, затрачиваемого на операцию, имеет вид (для токарных станков с ЧПУ):

где - постоянные затраты, которые не зависят от режима обработки, мин;

Здесь - подготовительно – заключительное время на операцию, мин;

- размер партии обрабатываемых деталей;

- вспомогательное время операции, мин;

- время на обслуживание без учета времени на замену инструмента, мин;

- время на отдых рабочего, мин;

- затраты времени, связанные с заменой затупившегося инструмента и соответствующей поднастройкой технологической системы;

где - время на замену инструмента и соответствующую размерную настройку;

- диаметр и длина обрабатываемого вала;

- коэффициент для расчета скорости резания;

- скорость резания;

- подача;

- глубина резания;

, здесь - показатели степени в формулах для расчета режимов резания.

Анализ целевой функции времени позволяет вскрыть резервы дополнительного повышения производительности и определить оптимальные режимы резания, обеспечивающие минимальные затраты на выполнение операции.

Целевая функция стоимости на примере обработки вала имеет вид:

где

Здесь - расходы на материал;

- расходы в единицу времени соответственно на эксплуатацию оборудования, приспособления, по зарплате с учетом накладных расходов;

- время на замену инструмента и соответствующую размерную настройку;

- стоимость инструмента за период его эксплуатации.

Первый член выражения определяет постоянные затраты на материал, расходы, связанные с подготовительно – заключительным временем и временем обслуживания. Второй член выражения определяет затраты на режущий инструмент и простои при его замене. Третий член выражения определяет расходы, связанные непосредственно с выполнением процесса резания. Далее оптимальные значения находят известными методами.

ЛЕКЦИЯ 9

Основы теории производительности и надежности автоматических

и автоматизированных станочных систем

Основные понятия о производительности

и надежности автоматических линий

 Производительность автоматической линии (АЛ) – это количество деталей, изготовленных в единицу времени [11].

Однако без простоев АЛ работать не может, следовательно, к понятию производительности нужно подходить дифференцированно. Различают следующие виды производительности АЛ:

1. Цикловую.

2. Потенциальную.

3. Фактическую (реальную)

Цикловая производительность определяется по следующей формуле:

где - время цикла, мин;

- основное время, мин;

- вспомогательное время на отвод и подвод инструментов, транспортирование деталей от позиции к позиции и т.д., мин.

При учете (расчете) цикловой производительности условно предполагают, что инструменты работают «бесконечно», оборудование не ремонтируется. В действительности это не так, и необходимо учитывать так называемые «внецикловые» простои АЛ. К ним относятся:

- простои во время замены, регулировки и подналадки инструментов в плановый период (например, в месяц);

- простои во время ремонта, регулировки и отладки различных механизмов АЛ в плановый период.

Если величину этих потерь времени отнести к одной детали, т.е. разделить на количество деталей , обработанных в плановый период, то можно записать формулу для потенциальной производительности:

где , мин; , мин.

При реальной эксплуатации АЛ могут иметь место потери времени по организационным причинам из-за отсутствия заготовок, электроэнергии, рабочего и т.д. - . Учет этих потерь позволяет судить о фактической или реальной производительности:

Очевидно, что выполняется следующее соотношение: .

Эффективность АЛ, ее технический уровень характеризует коэффициент технического использования:

Разделим числитель и знаменатель на , получим следующее выражение:

где - удельная, т.е. отнесенная к одной минуте работы линии длительность замены и наладки инструментов;

- удельная длительность устранения отказов механизмов линии.

Формула для потенциальной производительности может быть записана следующим образом:

Следует заметить, что коэффициент технического использования . Величина характеризует долю времени, в течение которого АЛ простаивает из-за плановых и внеплановых ремонтов механизмов, их замены и подналадки.

Коэффициент общего использования АЛ определяется:

Он показывает, какую часть действительного времени АЛ работает. Величина характеризует долю времени, соответствующую простоям по техническим и организационным причинам.

где - удельные, т.е. отнесенные к одной минуте работы потери времени по организационным причинам.

Формула для фактической производительности теперь запишется следующим образом:

Коэффициент технического использования АЛ, существенно влияя на ее производительность, зависит от количества узлов, сложности компоновки, надежности каждого узла и инструмента, т.е. от надежности АЛ в целом.

Надежность АЛ – ее свойство выполнять функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта.

Функция АЛ – ее средняя производительность при условии обработки деталей в соответствии с техническими требованиями чертежа и запланированной себестоимостью обработки.

Надежность АЛ характеризуется долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью оборудования.

Долговечность – это свойство АЛ длительно (с перерывами на ремонт) сохранять свою работоспособность при определенных режимах работы и условиях эксплуатации.

Количественно она оценивается средним сроком службы между ремонтами.

Безотказность – это свойство линии непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени.

Количественно она оценивается:

• вероятностью безотказной работы;

• интенсивностью отказов;

• наработкой на отказ и т.д.