: D L M : E V H ; E ? F U : < L H F : L B A : P B ? O G H...

1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Материалы

Всероссийской молодежной интернет-конференции

17-19 апреля 2013 года

г. Владимир

Владимир 2013

2

УДК 621-048.32

ББК 34.5-5-05

А43

Редакционная коллегия:

В.Ф. Коростелев, д.т.н., проф., зав.кафедрой АТП, ответственный редактор

А.В. Бакутов, к.т.н., доцент каф. АТП

В.В. Гавшин, к.т.н., доцент каф. АТП

П.А. Подъячев, аспирант каф. АТП

А.Е. Большаков, аспирант каф. АТП

М.С. Денисов, магистрант каф. АТП

А.А. Лебедева, секретарь ред. коллегии

А43 Актуальные проблемы автоматизации технологических процессов :

материалы Всероссийской молодежной интернет-конф., 17-19 апр. 2013 г.,

г. Владимир / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2013. – 128 с.

ISBN 978-5-93907-082-9

Представленные в данном издании материалы молодежной интернет-

конференции охватывают широкий спектр вопросов, связанных с автоматизацией

машиностроительного производства. Заслуживает внимания, что в сборник вошли

статьи бакалавров и магистрантов. Разнообразие тематики и научный уровень

таких статей наилучшим образом характеризует сложившуюся в машиностроении

ситуацию как с точки зрения разработки новых путей и подходов к их решению.

При всем многообразии и разноплановости публикуемых материалов

характерным для них признаком являются желание авторов провести

исследование, получить новый научный результат. В какой степени эта цель

достигнута, покажет время или дальнейшее развитие исследований.

За редким исключением молодые авторы публикаций проявили высокий

уровень знаний в конкретной области, способность ставить задачи, разрабатывать

методики исследования, проводить анализ полученных результатов,

синтезировать новые решения.

Опубликованные материалы представляют интерес для широкого круга

специалистов, для студентов-бакалавров и магистрантов по направлениям

подготовки, связанным с автоматизацией производственных процессов.

УДК 621-048.32

ББК 34.5-5-05 ISBN 978-5-93907-082-9

© Владимирский государственный

университет, 2013

3

Уважаемый читатель!

Вашему вниманию представлены Материалы всероссийской молодежной

интернет-конференции, посвященной актуальным проблемам

автоматизации технологических процессов на современном этапе.

Это четвертая по счету конференция, которая, так же как и первая

предназначена для открытого общения, обсуждения и дискуссий в основном

бакалавров и магистров, вступающих на сложный, но, безусловно,

благодарный путь научных исследований и изысканий.

Организаторы конференции и на этот раз воздержались от

рецензирования и правки текстов, предоставив тем самым возможность

опубликовать работы в авторской редакции. Видимо, эту позицию следует

пересмотреть. В одном сборнике представлены работы различного научного

уровня и различной практической значимости. Есть и такие статьи, смысл и

значение которых четко не определены. Поэтому, предоставляя Вашему

вниманию опубликованные материалы, хочу заверить, что, преследуя цели

поддержать молодых научных работников, направить их на путь строго

научной этики, достоверного и четкого изложения результатов

исследований, в дальнейшей работе нами будут приняты надлежащие меры

по редактированию и рецензированию статей и докладов конференции.

По поручению редакционной коллегии

В.Ф. Коростелев

4

СОДЕРЖАНИЕ

Тутубалин Р.Ю., Кириллов А.В. Аналитическое исследование динамики

Электромеханического привода на базе роликовинтовой передачи ………. 7

Буравлева Е.В. Применение метода дискриминантного анализа

в задаче классификации при построении стереотипной модели

обучаемого для автоматизированной адаптивной обучающей системы ….. 12

Коростелев В.Ф., Боровицкий Д.В. Создание интерфейса управления

технологическим процессом в среде WinCC очистки воды ………………… 17

Коростелев В.Ф., Боровицкий Д.В. Система управления процессом

очистки воды ……………………………………………………………………… 23

Бутузова Г.Н., Иванов А.Ю. Актуальность разработки

автоматизированного обучающего курса «Фотореконструкция» …………. 27

Гавшин В.В., Кондратьева Н.Е. Применение в системах

автоматизированного проектирования изделий математических

моделей базовых графических элементов……………………………………. 32

Сысоев С.Н., Рязанов А.А., Коробова Т.Н. Исследование рычажного

корректирующего модуля ……………………………………………………. 39

Коннова Т.А. Разработка графического редактора для тестирования

в автоматизированной обучающей системе ………………………………... 44

5

Сысоев С.Н., Карцев К.А. Методика поискового конструирования

вакуумного захватного устройства агрегатно-модульного типа с

рекуперацией механической энергии ……………………………………….. 47

Ермошенко А.А., Давыденко В.А. Разработка графа состояний потоков

информации, отражающих состояния производства на предприятии …… 51

Пахомов Д.Г., Мостовой Н.В. Применение информационных

технологий для получения чертежа …………………………………………. 55

Коростелев В.Ф., Круглов А.А. Разработка методики поддержки

принятия решения при создании экспертной системы для процессов

лазерной обработки ………………………………………………………….. 57

Кирилина А.Н., Брагин М.А. Автоматизация обработки информации

логистики склада …………………………………………………………….. 61

Абарихин Н.П., Гавшин В.В. Функциональное назначение деталей,

изготавливаемых автоматизированными технологическими процессами … 64

Кирилина А.Н., Девятых Е.В. Обоснование режимов лазерного

упрочнения формообразующих деталей стеклоформ ………………………. 73

Шлегель А.Н., Круглов А.А. Разработка компьютерной экспертной

системы для принятия решений для процессов лазерной обработки ……... 82

Овсянников Н.В., Коростелев В.Ф. Моделирование тепловых

процессов кристаллизации металлов в среде MATHCAD …………………. 87

6

Романенко И.И., Марусова Г.Н. Совершенствование методики

преподавания графических дисциплин в машиностроении в условиях

дистанционного обучения ……………………………………………………. 93

Сысоев С.Н., Литвинов И.С. Разработка безнасосного вакуумного

захватного устройства ……………………………………………………….. 97

Стрюк А.Г. Тенденция развития печатных плат на предприятиях ………. 99

Сысоев С.Н., Бакутов А.Б. Литвинов И.С. Разработка быстродействующих

вакуумных захватных модулей ……………………………………………… 101

Кирилина А.Н., Девятых Е.В. Обоснование режимов лазерного

упрочнения стали 40х13 …………………………………………………….. 109

Буненков В.В., Сажин И.И., Чвоков Е.В. Исследование нелинейных

электромеханических исполнительных систем механообрабатывающих

станков ………………………………………………………………………… 115

М.С. Денисов, Н.В. Овсянников. Методика исследования влияния давления

на формирование квазикристаллических структур в сплавах на основе

алюминия……………………………………………………………………….117

Д.В. Бастрыков, М.С. Денисов Измерение температуры в

cреде Labview……………………………………………...……………………121

А.Н. Шлегель, Д.С. Гусев Разработка структуры АЛТК для лазерной

наплавки………………………………………………………………………...124

7

Р.Ю.Тутубалин, А.В.Кириллов Владимир, ВлГУ

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА

НА БАЗЕ РОЛИКОВИНТОВОЙ ПЕРЕДАЧИ

Электромеханические приводы поступательного перемещения с

исполнительными механизмами в виде планетарных роликовинтовых

передач с резьбовыми роликами всё более широко применяются в различных

областях машиностроения взамен гидравлических приводов аналогичного

назначения [1].

Чаще всего они предназначены для обеспечения линейного

позиционирования рабочего органа с заданной точностью при рабочей

нагрузке в виде осевой силы. Процесс позиционирования, как правило,

состоит из 3–х характерных режимов работы привода: разбег,

установившийся режим и торможение. Для исследования динамики привода

необходимо найти законы движения его звеньев, соответствующих частному

решению дифференциальных уравнений на каждом из этих режимов, при

заданных начальных условиях. В отличие от численных методов, дающих

лишь локальный результат, аналитическое

решение этой известной задачи Коши на

этапе эскизного проектирования позволит

получить качественную оценку влияния

параметров привода на его динамические

характеристики.

Прежде всего, рассмотрим построение

математической модели электромеха-

нического привода на базе планетарной

8

роликовинтовой передачи (ПРВП) с жесткими звеньями и двигателем

постоянного тока с независимым возбуждением. В качестве обобщённой

координаты этой механической системы с одной степенью свободы выберем

угол поворота вала двигателя , жестко связанного с винтом ПРВП (см.рис.).

Тогда дифференциальное уравнение движения привода в форме уравнения

Лагранжа 2–го рода имеет вид:

Q

TT

dt

d

, (1)

гдеQ– обобщённая сила; 1 – обобщенная скорость;

321 TnTTT – кинетическая энергия привода;

2

12

1

oJT – кинетическая энергия ротора двигателя, вместе с винтом ПРВП

при их вращательном движении с угловой скоростью ;

B

o

P

oo JJJ – их осевой момент инерции; 2

112

1rMJ B

o – момент инерции

винта; 1М и 1r – масса и радиус винта, соответственно;

P

oJ –момент инерции ротора двигателя (берётся по каталогу);

2

2

2

222

1

2

1cc JVMT – кинетическая энергия резьбового ролика при плоском

движении; 2 – угловая скорость ролика; cV – скорость центра масс ролика;

2

222

1rMJc

– момент инерции ролика относительно оси С;

2M и 2r – масса и радиус ролика, соответственно; n – число роликов;

2

3332

1VMT – кинетическая энергия ходовой гайки-штока, закреплённой от

вращения, при её поступательном перемещении вдоль оси привода;

3M и 3V – масса и скорость гайки-штока, соответственно.

9

Выразим кинематические характеристики через обобщённую скорость .

При закреплённой от вращения ходовой гайке мгновенный центр скоростей

ролика находится в точке касания VС , следовательно

222

122

2

1

2

2111

rrV;

r

r

r

V;rrV c .

Осевая скорость ходовой гайки-штока:

)]2([

)1(22233 Kzz

K

KPV , (2)

где Р – шаг резьбы;2

1

r

rK , 2z и 3z – числа заходов резьбы на ролике и гайке-

штоке, соответственно, взятые со знаком «+» при правой резьбе и «–» при

левой [1].

С учётом этих кинематических зависимостей запишем кинетическую

энергию привода как функцию обобщённой скорости:

222

2322

22

3

2

12

2

112

1]})2([

)1(168

3)

2

1{(

2

1

пр

P

o JKzzK

KPMrnMJrMT , (3)

где прJ - приведенный к оси винта момент инерции привода.

Обобщённую силу найдём, как коэффициент в сумме возможных работ

активного момента двигателя и сил сопротивления, определяющих потери на

трение скольжения и трения качения в резьбовых сопряжениях роликов,

соответственно, с ходовой и опорной гайками, при действии на гайку-шток

постоянной осевой силы :

)2()1

1([

121 rrFsFsFMQ kД , (4)

где 2

ss (5) – возможное перемещение ходовой гайки-штока,

соответствующее бесконечно малому положительному приращению

обобщённой координаты; МД – момент на валу двигателя; η – КПД ПРВП; F –

осевая сила на штоке ПРВП; µк– приведённый коэффициент трения качения

[2].

10

Из (2) следует, что осевое перемещение гайки–штока за оборот винта:

)]2([

)1(223 Kzz

K

PKs . (5)

После подстановки (5) и (6) в (4) обобщённую силу запишем в виде:

)}2()]2([)1(4

)11

()]2([)1(4

{ 212323 rrFKzzK

PKFKzz

K

PKFMQ kД

(6)

С учётом (3) и (6) после соответствующих преобразований из (1) получим

дифференциальное уравнение движения привода

)}2()]2([

)1(4{ 2123 rrFKzz

K

PKFMJ kДпр

. (7)

В действительности с увеличением угловой скорости вала двигателя,

момент двигателя уменьшается в общем случае в соответствии с его

динамической характеристикой, в которой учтено влияние сил

сопротивления, действующих на звенья двигателя. Динамическую

характеристику электродвигателя постоянного тока с независимым

возбуждением можно записать в форме разрешенной относительно Мд:

2

2222

R

ФL

R

Ф

R

ФUМ Д , (8)

где U –напряжение на обмотке якоря; Ф – магнитный поток обмотки

возбуждения; R – сопротивление обмотки якоря; L – индуктивность якоря;

υ – коэффициент пропорциональности [3].

С учётом (8), дифференциальное уравнение движения привода примет

вид:

R

ФrrFKzz

K

PKF

R

ФU

R

ФLJ kпр

22

21232

22

)2()]2([)1(4

)( . (9)

Уравнение (9) сводится к уравнению с разделяющимися переменными

вида:

ab , (10)

11

где a и b – константы, выраженные из уравнения (9) через параметры

привода.

Разделяя переменные, уравнение (10) запишем в виде:

adt

a

b

d

, (11)

Дважды интегрируя (11) найдем закон изменения угловой скорости (12) и

частное решение этого уравнения (13) например, при нулевых начальных

условиях:

)(ln ata

b

ea

b , (12)

и ta

be

a

b at )1(2

. (13)

Таким образом, полученная математическая модель электромеханического

привода на базе ПРВП даёт возможность на начальном этапе проектирования

аналитическими методами оценить влияние параметров привода на законы

движения его звеньев, реакции в сопряжениях ПРВП и обосновано выбрать

исполнительный двигатель.

Литература

1. Козырев В.В. Конструкции роликовинтовых передач и методика их

проектирования: Учеб.пособие / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2004. - 100 с.

ISBN 5-89368-512-1.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора–машиностроителя: в 3–х т.: Т.2.

– 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение,

2001. – 912 с.: ил. ISBN 5-217-02964-1.

3. Коловский М.З. Динамика машин. – Л.: Машиностроение. Ленингр.

отд-ние, 1989. – 236 с.: ил. ISBN 5-217-00599-8.

12

Е.В. Буравлёва Владимир, ВлГУ

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИСКРИМИНАНТНОГО АНАЛИЗА

В ЗАДАЧЕ КЛАССИФИКАЦИИ ПРИ ПОСТРОЕНИИ

СТЕРЕОТИПНОЙ МОДЕЛИ ОБУЧАЕМОГО

ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ АДАПТИВНОЙ

ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Введение

Под автоматизированной адаптивной обучающей системой понимают

комплексную систему, включающую математическое, методологическое и

программное обеспечение, которая реализует автоматизированное обучение

и обеспечивает адаптацию к индивидуальным особенностям учащегося.

Для эффективной работы таких систем на начальном этапе разработки

большое значение имеет выбор методов сбора и обработки предварительных

данных об обучаемом.

Поэтому при создании математического обеспечения адаптивной

системы одной из наиболее важных задач является построение адекватной

модели обучаемого.

Под моделью обучаемого понимают знания об обучаемом, используемые

системой для организации процесса обучения. Это множество точно

представленных фактов об обучаемом, которые описывают различные

стороны его состояния: знания, личностные характеристики,

профессиональные качества и др. [1].

Одной из самых распространенных моделей является стереотипная

модель. В такой модели устанавливается некоторая совокупность критериев,

отражающих индивидуальность пользователя, и по их значениямобучаемые

делятся на классы – стереотипы. Величина критерия для конкретного

учащегося определяется при помощи некоторой оценочной функции[2].

13

Для предварительного описания характеристик обучаемого, структура

стереотипной модели при своей простоте может быть достаточно

эффективной.

1. Описание модели обучаемого.

Из нескольких разновидностей стереотипных моделей для построения

модели обучаемого отражающей уровень его подготовки к изучению

графических дисциплин была выбрана стереотипная многоуровневая модель

L{Lh,Lm,Ll}, где,

Lh– класс описывающий обучаемых с хорошим уровнем подготовки,

обладающих развитым пространственным мышлением;

Lm – класс описывающий обучаемых с средним уровнем;

Ll – класс описывающий обучаемых с низким уровнем подготовки.

Для формального описания классов в данной работе был применен один

из методов дискриминантного анализа.

Целью дискриминантного анализа является установление связи между

выделенными стереотипами и признаками объекта, т.е. параметрами модели

обучаемого[3].

В процессе создания стереотипной модели обучаемого можно выделить

следующие этапы:

1. Определение признаков характерных для того или иного класса;

2. Установление значения выбранных признаков для каждого объекта

группы;

3. Формирование обучающих выборок;

4. Создание многофакторной дискриминантной модели для каждой

обучающей выборки (формальное описание правила определения объекта к

той или иной группе).

14

2. Получение данных.

2.1. Определение значений выбранных признаков.

Методом экспертной оценки в качестве параметров дискриминантной

модели были выбраны следующие признаки: уровень развития зрительной

образной памяти, уровень развития пространственного воображения, уровень

развития пространственного мышления, способность к пространственному

анализу и синтезу.

Для определения значений выбранных признаков среди студентов, в

количестве 25 человек было проведено психологическое тестирование. В

качестве стимульного материала были использованы тесты,разработанные Г.

Айзенком, Ф.Картером, А.Я.Цукарь.

2.2. Формирование выборок.

Для формирования выборок были созданы три тестовых курса

различающиеся по длительности обучения, объему предоставляемой

графической и мультимедийной информации, сложности заданий.

После изучения материала тестовых курсов по результатам тестирования,

определяющего уровень усвоения материала, из группы студентов были

выделенытри выборки (M1,M2,M3).

3. Анализ полученных данных.

Представим полученные данные в виде матрицы вида:

где, X(k)

, k=1,2,3 – матрица с обучающими признаками:

15

x1- уровень развития зрительной образной памяти,

x2- уровень развития пространственного воображения,

x3- уровень развития пространственного мышления,

x4– способность к пространственному анализу и синтезу.

Значения дискриминантных переменных для обучающих выборок M1, M2,

M3 следующие:

Вектора средних значений по каждой выборке:

Для выбора метода дискриминантного анализа необходимо проверить

нормальность распределения результатов наблюдений.

Поскольку число наблюдений невелико для проверки нуль-гипотезы

были рассчитаны следующие критерии: критерий Шапиро-Уилкса, критерий

асимметрии и эксцесса, критерий Колмогорова.

Для всех критериев достигаемые уровни значимости превышают 0,1,

следовательно, гипотеза о том, что случайная величина имеет нормальное

распределение, подтверждается с доверительной вероятностью 90 %.

Основой дискриминантного анализа является построение

дискриминантной функции вида:

(1)

16

где, X1 и Xn — значения переменных, соответствующих рассматриваемым

случаям, C – константа дискриминации, A1 – An – коэффициенты, которые

необходимо оценить [3].

После оценки и подстановки коэффициентов и констант дискриминации в

(1) были получены следующие дискриминантные функции для трех

подмножеств:

Следовательно, границы трех классов будут определяться системой

уравнений:

(2)

Для определения статистической значимости полученной модели для

каждого параметра был рассчитан коэффициент лямбда Уилкса

показывающий мощность дискриминации в текущей модели.

Рассчитанные значения не превышают 0,1, что указывает на высокую

степень дискриминации, следовательно, модель обучаемого является

адекватной.

Полученная модель может быть реализована в алгоритме классификации

автоматизированной обучающей системы следующим образом:

1. Подсистема тестированияосуществляет сбор данных;

2. Подсистема анализа данных вычисляет значение выражения (2);

3. Модуль подсистемы анализа данных сравнивает полученные

результаты с нулем, если:

F1 – F2> 0 и F1 – F3> 0, то обучаемый принадлежит первому классу L1;

F1 – F2< 0 иF2 – F3> 0, то обучаемый принадлежит второму классу L2;

F1 – F3<0 иF2 – F3< 0, то обучаемый принадлежит третьему классу L3.

17


1. Атанов Г.А. Возрождениедидактики – залогразвитиявысшейшколы /

Г.А. Атанов. - Донецк: ДОУ, 2003. – С. 180.

2. Валькман Ю.Р. Сравнительный анализ моделей знаний обучаемого в

интеллектуальных обучающих системах / Ю.Р. Валькман А.В. Скляр //

ЗбірникнауковихпрацьІнституту проблем моделювання в енергетиціім. Г.Є.

Пухова НАН України: сб. науч. тр. – 2011. - С. 74-86.

3. Дубров A.M. Многомерные статистические методы / A.M.Дубров,

B.C.Мхитарян, Л.И.Трошин. - М.: Финансы и статистика, 1998. – 352 с.

В.Ф.Коростелев, Д.В.Боровицкий Владимир, ВлГУ

СОЗДАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ

ПРОЦЕССОМ В СРЕДЕ WINCC ОЧИСТКИ ВОДЫ

Введение

Сегодня ни для кого не секрет, что от качества воды во многом зависит и

само качество нашей жизни. В нашей стране нет проблемы дефицита пресной

воды, Россия занимает второе место в мире по объему пресноводного стока.

Однако достаточно остро стоит проблема качества пресной воды. Для

сохранения водных ресурсов суши ученые разрабатывают методы

определения уровней допустимой антропогенной нагрузки на водные

объекты и сохранения водных экологических систем, которые и

поддерживают качество воды. Таким образом, вопросы бережного

использования воды, без которой немыслима наша жизнь, требуют

незамедлительного решения. Особенно остро проблемы водоподготовки и

18

водоочистки стоят в мегаполисах, где количество сточных вод и потребление

чистой воды поражают своими масштабами. Также водоподготовка и

водоочистка имеют огромное значение для промышленных комплексов.

Примитивная система водоочистки или водоподготовки известна

человечеству с давних пор. Тем не менее, благодаря техническому прогрессу

повсеместно применяют программно-технические решения для

автоматизации объектов водоподготовки, коммунального и промышленного

водоснабжения, очистки сточных вод и т.д.

В представленной работе существующий процесс автоматизированного

управления подготовки воды рассмотрен с позиции возможности

совершенствования и расширения функциональных возможностей

пользовательского интерфейса.

На схеме насосной станции (рис.1) указаны направления движения воды,

так из резервуаров исходной воды насосами Н1.1- Н1.3 и Н2.1 - Н2.3

техническая вода подается на объекты промбазы и на очистку, а из

резервуаров чистой воды насосами Н3.1 - Н3.3 чистая вода подается

конечному потребителю и на собственные нужды.

Автоматизация управления процессом подготовки воды

Для управления технологическими процессами применяют различные

системы как отечественных, так и зарубежных производителей. Большое

распространение и применение получили системы автоматизации фирмы

Siemens. Одним из широко распространенных программных комплексов

является WinCC [1].

WinCC – это мощная система человеко-машинного интерфейса (HMI),

работающая под управлением операционной системы Microsoft Windows.

Аббревиатура HMI означает "Human Machine Interface", то есть интерфейс

между человеком (оператором) и устройством (процессом).

19

Вза

м. и

нв.

№П

од

п. и

да

та

Ин

в.№

по

дп

.

Со

гла

сова

но

НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ ПРОМБАЗЫ УКПГ-9 ХАРВУТИНСКОЙ ПЛОЩАДИ ЯНГКМ

РЧВ-1

Н3.1

FT1

FT6

ГАЗ

Водонагреватель

ВЕГА-700/200

с ВЖК ГП-9

на УКПГ-9

на ВЖК ГП-9

с УКПГ-9

выхо

д п

итье

вой

вод

ы с

ВО

С-4

00

Н2.3FT7

ЗД2

обра

тка

с У

КП

Г-9

FT11

подача на УППГ-10

на водозабор

с водозабора

обратка с УППГ-10

V- 200м3

№п/п Марка,тип насоса Назнач.

ЦНС-38-132Н1.1-1.3 техн.

ЦНС-38-88Н2.1-2.3

ЦНС-38-44Н3.2-3.3 пит.

РЧВ-2

V-200м3

РИВ-2

V- 200м3

РИВ-1

V- 200м3

ГАЗ

ГАЗ

ГАЗ

техн.

ПК-2ПК-1

Кр5

Пр4

Кр107

М

М Дт10

МДт15

Пр7

техн.вода с УКПГ-9 (рез.)

РЧВ№2

РЧВ№1

Н2.2 Н2.1 Н1.3 Н1.2 Н1.1

М М М ММ

М

Дт9

ЗД3ЗД4ЗД5ЗД6

ЗД7

ЗД1

ЗД96

ЗД50

ЗД103

ЗД94

ЗД80

Кр2

ЗД48

Кр1

ЗД54

ЗД12ЗД13ЗД14ЗД15ЗД16ЗД17

FT8

ЗД47

ЗД49

ЗД55

ЗД44

Ко9

Дт8

ЗД43

Ко8

Дт7

ЗД42

Ко7

Дт6

ЗД41

Ко6

Дт5

ЗД40

Ко5

Дт4

ЗД39

Ко4

ЗД32

ЗД31

ЗД34

FT12 ЗД84

ЗД30

ЗД33

ЗД23 ЗД22 ЗД21ЗД45ЗД46

ЗД35

ЗД36

Кр108

Пр5

ЗД24ЗД26

FT9 ЗД53

ЗД25ЗД27 FT10

ЗД29 ЗД28ЗД51 ЗД52

Пр6

М Дт11

М Дт12

М Дт13

ЗД68

ЗД67

ЗД65

ЗД66

ЗД77

ЗД74

ЗД81

ЗД11ЗД10ЗД9ЗД8

Пр3

ЗД18 ЗД19 ЗД20

Н3.2 Н3.3

ЗД56

Ко1

Дт1

М

Дт2

М

Дт3

ЗД97 ЗД98

ЗД37 ЗД38

ЗД57

Ко2

ЗД58

Ко3

Пр1

Пр2

ЗД75 ЗД76 ЗД79

FT5

ЗД87

ЗД88

МДт14

ЗД78

Кр4

ЗД70

ЗД72

ЗД71

ЗД73

ЗД85FT2

FT3

FT4

ЗД63

ЗД64

ЗД86

ЗД60

ЗД59

ЗД61

ЗД62

В3.1

57мм

В7.1

219мм

В3.1

57мм

НАИМЕНОВАНИЕОБОЗНАЧЕНИЯ ПРИМЕЧАНИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ

В7.1В7.2В7.3В7.4В7.5

Трубопровод всасывающий группы насосов Н1.1-1.3 ; Н2.1-2.3

В7.6

МДт16

МДт17

Дт19 Дт18

Кр3

под

ача

на У

КП

Г-9

техн.вода на УКПГ-9 (рез.)

В7.2

89мм

В1.1

219мм

В1.1

219мм

В7.3

159ммВ7.3

159мм

В1.8

108мм

В7.5

159мм

В7.5

159мм

В7.5

159мм

В7.3

159мм

В7.6

159мм

В7.6

159мм

В7.6

159мм

В1.2

57мм

В1.4

159мм

В1.3

159мм

В7.4

89мм

В7.4

108мм

В1.5

89мм

В1.5

89мм

В1.6

89мм

В1.6

89ммВ1.7

89мм

В1.1В1.2В1.3В1.4В1.5В1.6В1.7В1.8

Трубопровод подачи исходной воды на очистку ВОС-400Трубопровод прямой (обратной) подачи воды на (с) УППГ-10

В3.1

Трубопровод прямой (обратной) подачи воды на (с) УКПГ-9Трубопровод прямой (обратной) подачи воды на (с) УКПГ-9 (резрвная линия)Трубопровод подачи воды с ВОС-400П (водозабор) в РИВ №1,РИВ №2Трубопровод всасывающий группы насосов Н3.1-3.3Трубопровод обратной подачи питьевой воды с ВЖК ГП-9 и УКПГ-9 в РИВ №2Трубопровод подачи питьевой воды с ВОС-400 на УКПГ-9Трубопровод подачи питьевой воды с ВОС-400 на ВЖК ГП-9

Трубопровод пожарно-технический

Трубопровод подачи (выход) питьевой воды с ВОС-400 в РЧВ №1,№2Трубопровод обратной подачи питьевой воды с УКПГ-9 в РЧВ №1, РЧВ №2Трубопровод обратной подачи питьевой воды с ВЖК ГП-9 в РЧВ №1, РЧВ №2Трубопровод подачи питьевой воды на промывку (регенерацию) фильтров

В1.8

108мм

Н3.1 ЦНС-38-88 пит.

Насос-дозатор

НТПФКр5

Узел стабилизационной обработки питьевой воды

Кр6

По

дач

а во

ды

дл

я п

ри

гото

влен

ия

рас

тво

ра

Рис 1. Схема насосной станции.

Автоматизация управления процессом подготовки воды осуществляется

путем установления связи между WinCC и оператором, с одной стороны, и

между системой автоматизацией и WinCC, с

другой (рис.2).

Graphics Designer [Графический дизайнер]

в WinCC Explorer

Graphics Designer [Графический дизайнер] –

это редактор, который используется для создания

кадров процессов и позволяет делать кадры

динамическими. Запустить Graphics Designer

[Графический дизайнер] можно только для

20

проекта, который открыт в данный момент в WinCC Explorer [Проводник

WinCC]. WinCC Explorer [Проводник WinCC] можно использовать для

просмотра кадров процесса открытого в данный момент проекта.

Для управления процессом очистки воды на станции ВОС-400,

находящейся на площадке промбазы УКПГ-9 Ямбургского месторождения,

используется проект разработанный в среде WinCC. Управление станцией

осуществляется оператором с использованием графических схем, которые

являются не достаточно информативными, что затрудняет процесс

управления.

В данном проекте требуется доработать графические схемы водонасосной

станции, для обеспечения более понятного интерфейса, наглядного

отображения состояния процесса, повышения надежности системы,

сокращения времени оператора для принятия необходимых решений.

Водонасосная станция разделена на группы насосов, где насосы первой и

второй группы осуществляют подачу технологической воды на станцию

водоочистки и на площадку промбазы, а насосы третьей группы подачу

чистой воды потребителю и собственные нужды.

Первоначальные схема группы насосов Н1.1-Н1.3, Н2.1-Н2.3 (рис.3) в

рабочем проекте выглядела следующим образом:

На схеме обозначены H1.1-H1.х, H2.1-Н2.х - насосы, Рх - давление, Тх -

температура, Fx - расходомеры.

На основании изучения технологических схем и станции с помощью

встроенного редактора Graphics Designer графические схемы

трансформированы в более совершенный и более функциональный вид.

Схема технологического процесса после изменений:

- группы насосов Н1.1-Н1.3, Н2.1-Н2.3 (рис.4).

21

Рис. 4. Группы насосов Н1.1-Н1.3, Н2.1-Н2.3.

22

На рисунке (рис.4) приведена измененая схема трубопроводов на более

подробную, добавлены ручные задвижки с возможностью в ручную

выставлять их положение для наглядного и более удобного отображения

направления движения воды, добавлены резервуары исходной воды (РИВ1 и

РИВ2), а также на РИВ1 и РИВ2 выведены показания датчиков уровня и

температуры воды, исправлено описание направления воды.

Заключение

Graphics Designer достаточно мощный инструмент для разработки

графического интерфейса, программа взаимодействует со всеми узлами ПО

WinCC, а также позволяет в полной мере отобразить данный

технологический процесс.

Разработанные схемы утверждены и используются в производстве.


1. Руководство пользователя WinCC V6. Основная Документация

(6AV6392-1XA06-0AB0).

2.http://iadt.siemens.ru/assets/files/infocenter/Documetations/Automation_syste

ms/HMI/

3. WinCC/V6/WinCC_V6_r.pdf.

23

В.Ф.Коростелев, Д.В.Боровицкий Владимир, ВлГУ

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Современные фильтры для очистки воды используют в основном методы

озонирования, применение активного серебра и активированного угля,

йодирование, ультрафиолет, озонирование и обратный осмос.

В данной работе обращено внимание на обратный осмос, который раньше

применяли в основном для опреснения морской воды. На данный момент

усовершенствованная очистка путем обратного осмоса дает сотни тысяч тонн

питьевой воды в сутки по всему миру. Основной очищающий элемент этих

систем — полупроницаемая мембрана, которая способна пропускать через

себя только молекулы воды, но при этом препятствует проникновению

веществ с молекулами большего размера (солей тяжелых металлов,

примесей, ржавчины).

Основным фильтрующим элементом, в фильтрах высокой степени

очистки, является мембрана, по качеству очистки, лучшим является метод

обратного осмоса (основной фильтрующий элемент — обратноосмотическая

мембрана), далее следует нанофильтрация и ультрафильтрация

(ультрафильтрационная мембрана). Помимо обратноосмотических фильтров,

к фильтрам с высокой степенью очистки относятся фильтры с

ультрафильтрационной мембраной. Они менее распространены, но так же

заслуживают внимания, тем более что их стоимость несколько меньше чем

стоимость обратноосмотических фильтров.

Себестоимость таких фильтров низкая, а качество очистки воды очень

высокое.

В районе крайнего севера, где 9 месяцев в году зима и ближайший

крупный населенный пункт достаточно удален, актуальной представляется

проблема управления станциями водоочистки, которые работают c

24

применением самых современных технологий включая и технологию

обратного осмоса.

Предлагается на базе существующей станции водоочистки ВОС-400

Ямбургского месторождения осуществить модернизацию, включающую

установку дополнительного оборудования и разработку пользовательского

интерфейса, обеспечивающего в режиме реального времени с одного

диспетчерского пульта управления всем технологическим комплексом.

Учитывая принцип работы осмотических установок и требований к

установке на станцию водоочистки, ее можно установить в блок фильтрации

после лампы УФО, тем самым обеспечим более долгий срок службы

мембраны и получим воду с очень качественными показателями по

содержанию химических веществ.

Для бесперебойной эксплуатации обратноосмотичесих установок

водоподготовки необходимо, чтобы вода, поступающая на мембраны,

соответствовала определенным нормам. Кроме того, необходимо

обеспечивать подачу исходной воды и отвод концентрата в заданных для

данного размера мембран пределах.

Мембранный фильтр обратного осмоса с двумя ступенями очистки воды:

1а

1б

1в

Y 3.8

Пермеат 1 ступени

Концентрат

H 3.72а

2б

Рецикл концентрата 2 ступени


Рис.1. Мембранный фильтр обратного осмоса:

1 – мембранные элементы первой ступени;

2 – мембранные элементы второй ступени.

25

Перед подачей воды на мембрану, ее следует очистить через узлы (рис.2)

механической фильтрации - обезжелезивания воды, дехлорирования воды,

умягчения воды или дозирования ингибитора, обеззараживания воды

ультрафиолетом. Видно, что схема такой предподготовки не отличается от

схем приготовления воды для многих технологических процессов.

Следовательно, при наличии на предприятии системы водоподготовки,

обеспечивающей заданные параметры, можно использовать ее воду для

питания мембранной установки обратного осмоса.

F 1.1

H 3.1

H 3.2

Резервуар для промывки

Из БФиРО

F 1.2

V-3

V-4 V-5

F 1.3

V-10

V-12

V-13

F 1.4 F 1.5

V-14

V-17

V-15

V-16 V-11

F 1.6

V-18

V-19

V-20

V-21

V-22

V-23

V-24 V-25 V-26 V-27 V-29

Из РЧВ 1

Из РЧВ 2

V-30

V-31

В РИВ

H 3.4

H 3.3УФО

V-32

H 3.5

H 3.6В РЧВ

1а

1б

1в

Y 3.8

Концентрат

H 3.72а

2б


Рецикл концентрата 2 ступени

V-50

V-51

V-52

V-53

P-105

RS – 485 Profibus DP

Siemens ET200M

Siemens S7-400

Profibus DP

Рис.2. Блок фильтрации с мембранным фильтром.

Управление процессом обратного осмоса выполняется по схеме (рис.3),

где сигналы с исполнительных устройств поступают на станции

распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200, которая позволяет

обеспечить высокую эффективность, далее для обработки сигналов

26

используется модульный программируемый контроллер SIMATIC S7-400, и

полное управление осуществляется с АРМ оператора.

Рис.3. Схема АСУ ТП.

В рабочий проект будут внесены изменения в программную часть, это

программа промывки фильтров, АВР насосов, защиты, в графические схемы

добавлены элементы управления, состояния процесса.


1. http://www.o8ode.ru/article/answer/clean/obratnyi_ocmoc.htm

2. Ресурсосберегающие технологии промышленного водоснабжения и

водоотведения, Гогина Е.С., Гуринович А.Д., 2012г.

27

Г.Н.Бутузова, А.Ю.Иванов Владимир, ВлГУ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ОБУЧАЮЩЕГО КУРСА «ФОТОРЕКОНСТРУКЦИЯ»

C развитием информационных мультимедиа технологий значительно

расширились возможности человека в исследовании технологических

процессов, инновационных технологий, новейших достижений науки и

техники.

Информация за последние годы стала доступной благодаря сети Интернет

и возможности свободного посещения международных и российских

выставок, современных предприятий, демонстрационных залов, презентаций.

Появилась возможность вести видеосъемку различных технологических

процессов, испытаний и экспериментов.

Приемы фотореконструкции позволяют по фотоснимку или любому

перспективному изображению поэтапно восстановить течение

технологического процесса, исследовать ситуацию в любой момент времени,

выявить размеры и расстановку технологического оборудования и размеры

самого производственного помещения. При наличии видеосъемки возможно

реконструировать любую ситуацию, например, определить

взаиморасположение объектов при проведении испытаний, расположение

машин во время дорожно-транспортного происшествий и т. д. Чтобы

выполнить фотореконструкцию грамотно, надо уметь анализировать

перспективные построения и знать некоторые теоретические положения, по

которым определяют ее основные элементы, описанные в [1].

С использованием приемов фотореконструкции появляется возможность

исследовать изменения в технологическом процессе на этапе

проектирования, когда в существующее 3D изображение встраивается

дополнительное оборудование. Выполнив фотореконструкцию 3D

28

изображения можно получить ортогональные проекции, по которым

проверить полученные параметры на соответствие стандартам, требованиям

эргономики, техники безопасности, видеоэкологии. По ортогональным

изображениям можно составить функциональные схемы проектируемого

процесса, проверить размеры и расположение оборудования на соответствие

статическим и динамическим антропометрическим требованиям.

Фотореконструкция представляет собой узкий раздел графики, который не

входит в программу обучения бакалавров и не содержится в основной

литературе. В связи с актуальностью применения приемов

фотореконструкции разработан автоматизированный обучающий курс,

позволяющий повысить эффективность и качество освоения материала. АОК

предназначен в основном для магистрантов, аспирантов, научных

работников, занимающихся научно-исследовательской работой. Благодаря

комплексу разнообразных мультимедийных возможностей (видеосюжеты,

анимация, звук, качественные иллюстрации, системы контроля и

самоконтроля, электронные библиотеки и т.д.) процесс обучения с помощью

АОК становится более эффективным и интересным [2].

АОК «Фотореконструкция» содержит большой объем структурированного

теоретического и графического материала.

При создании базы данных подобран обширный иллюстративный

материал, включая авторские графические материалы студентов, например,

3D модели исторических памятников, реконструированных по фотографиям,

созданных в пакете 3D моделирования 3D Studio Max.

АОК разработан в программе FronPage. Прикладная программа FronPage –

это визуальный html-редактор для создания сайта. С помощью FronPage

создана структура сайта, сформированы страницы, добавлены интерактивные

средства и загружены файлы на сервер. Для разработки курса был

использован язык разметки гипертекста HTML (Hypertext Markup Language).

29

Разработано две версии курса: локальная и сетевая. Составляющими

локального курса являются информационные ресурсы (лекционный курс,

презентации, тренажеры, система самоконтроля, электронная библиотека).

Локальная версия курса имеет древовидную структуру. Разделы курса

подчинены стартовой странице. Разделы идут независимо друг от друга, но

при этом можно перейти в начало другого раздела, так как между разделами

организована взаимосвязь.

Создание сетевой версии позволяет осуществлять дистанционное

обучение, которое приобретает все большую актуальность.

Модули базы данных можно внедрить в систему «Moodle» или в другую

любую кластерную серверную систему.

Логическая структура сайта представлена на рис. 1. Она отражает

внутренние связи информационного содержимого страниц сайта и их

логическую соотносимость, когда одна страница развивает содержание

другой, детализирует ее тему или ассоциативно зависима от нее.

Рис. 1

30

Физическая структура сайта представлена на рис. 2. Имена каждого из

каталогов говорят о том, какие файлы в нем находятся. В каталог «картинки»

помещены изображения локального сайта, в каталог «лекции» – все

лекционные материалы. В каталоге «презентации» представлены

презентации в формате *.ppx. В каталоге «тренажер» представлено поэтапное

решение задач. В электронной библиотеке находятся файлы книг для

самостоятельного углубленного изучения.

Рис. 2.

Проектируемый ресурс представляет собой web-сайт, в дизайне которого

элементы навигации позиционированы по левой границе экрана. В этом

случае текстовое поле смещается вправо. Простой оригинальный интерфейс

обеспечивает быстрый и удобный доступ к информации.

Дизайн главной страницы АУК представлен на рис.3. Ее наполнение

включает основную информацию об обучающем курсе.

Разработанный АОК представляет собой удобный, информативный,

содержащий большой объем теоретического и графического материала web-

ресурс, предоставляющий обучаемым актуальную качественную

систематизированную информацию.

31

Рис. 3.


1. Короев Ю.И. Начертательная геометрия : учеб. для вузов. –: 3-е изд.,

стер. – Москва: КноРус, 2011. 424 с. : – ISBN 5-9647-0017-9

2. Создание электронного учебного пособия [Электронный ресурс]:

электронные учебные пособия, URL:

http://moikompas.ru/compas/sozdanie_elektronnogo_uchebnogo_[20.02.2013]

http://moikompas.ru/compas/sozdanie_elektronnogo_uchebnogo_%5b20.02.2013

32

В.В.Гавшин, Н.Е.Кондратьева Владимир, ВлГУ

ПРИМЕНЕНИЕ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

БАЗОВЫХ ГРАФИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Технологии автоматизированного проектирования изделий (разработка

чертежей: общего вида сборочных единиц; оригинальных деталей,

составляющих изделие, оформление текстовых документов – технических

описаний, спецификаций и т.д.) основан на применении графических

редакторов (Компас, AutoCAD и др.) и их приложений в виде

конструкторских и технологических библиотек. Первые содержат

графическую информацию (в виде чертежей) стандартных деталей,

например, разъёмных соединений, унифицированных сборочных единиц,

применяемых в разных отраслях промышленности (пневмоаппаратура,

редуктора, трансформаторы и т. д.); вторые – сведения о техпроцессах,

материалах, оборудовании, необходимом для изготовления, контроля,

испытания деталей, узлов, сборочных единиц.

Перечисленным и вновь создаваемым графическим документам

предшествует разработка соответствующих математических моделей [1,2],

основанных на анализе чертежей, относящихся к конкретной области

техники и выделении базовых графических элементов, из которых может

быть выполнен чертёж любого изделия [3].

Для студентов первого курса обучающихся по направлениям машино-

приборостроительных специальностей, курс технической графики основан на

применении координатного проекционного чертежа, где однозначно

устанавливается связь между координатами точек чертежа детали на видах

спереди, сверху, слева и т.д. [4] .

33

Поэтому математическими моделями базовых графических элементов в

проекционном чертеже являются точки, отрезки прямых, дуги кривых

второго порядка, лекальные кривые. Эти модели можно применять при

решении метрических ( например выбор масштаба чертежа) и позиционных

задачах (выбор вида спереди и т.д.).

Так как у студентов первого курса нет практического опыта

проектирования изделий, то на примере разъёмного резьбового соединения

деталей (двух пластин) с помощью болта, гайки и шайбы, используя в

качестве параметров стандартизованные размеры: D – диаметр болта; L –

длина болта и L0 - длина участка резьбы, показана разработка

математической модели соединения и алгоритм её реализации в виде

проекционного чертежа ( виды спереди – фронтальный разрез и сверху).

В системе координат XOY выбирается начальная точка (x, y),

определяющая положение изображения и масштаб. Отрезок прямой,

соединяющий точки ( хi , yi ) и ( хi+1 , yi+1 ), соответствует обозначению «1».

Переход от точки к точке без соединения их отрезком прямой обозначается

индексом «0».

Пример.

D = 16, L = 50, L0 = 38. ГОСТ 7798-70. Болты нормальной точности.

Вид спереди (х, y ) x = 32 , y = 65, D = 16, L = 50, L0 = 38.

Прямая (x2 , y2 , 1)

x1 = x + 0,1*D x1 = 32 + 0,1*16 = 33,6

y1 = y+0,1*D y1 = 65 + 0,1*16 = 66,6 Прямая (x1 , y1 , 1)

x2 = x + 0,9*D x2 = 32 + 0,9*16 = 46,4

y2 = y1 y2 = 66,6 Прямая (x2 , y2 , 1)

x3 = x + D x3 = 32 + 16 = 48

34

y3 = y y3 = 65 Прямая (x3 , y3 , 1),

прямая (x , y , 1)

x4 = x x4 = 32

y4 = y - 0,95*D y4 = 65 - 0,95*16 = 49,8 Прямая (x4 , y4 , 1)

x5 = x - 0,5 *D x5 = 32 - 0,5*16 = 24

y5 = y4 y5 = 49,8 Прямая (x5 , y5 , 1)

x6 = x5 x6 = 24

y6 = y - 1,5*D y6 = 62,6 Прямая (x6 , y6 , 1)

x7 = x + 1,15*D x7 = 56

y7 = y6 y7 = 62,6 Прямая (x7 , y7 , 1)

x8 = x7 x8 = 56

y8 =y5 y8 = 49,8 Прямая (x8 , y8 , 1)

x9 = x + D x9 = 32 + 16 = 48

y9 = y8 y9 = 49,8 Прямая (x9 , y9 , 1)

x10 = x9 x10 = 48

y10 = y y10 = 65 Прямая (x10 , y10 , 1),

прямая (x9 , y9 , 1),

прямая (x4 , y4 , 1)

x11 = x - 0,6 *D x11 = 32 - 0,6*16 = 22,4

y11 = y4 y11 = 49,8 Прямая (x11 , y11 , 1)

x12 = x11 x12 = x11

y12 = y - 1,15*D y12 = 65 - 1,15*16 = 46,6 Прямая (x12 , y12 , 1)

x13 = x - 0,6 *D – 10 x13 = 12,4

y13 = y12 y13 = 46,6 Прямая (x13 , y13 , 0)

x14 = x + 1,6 *D x14 = 57,6

y14 = y12 y14 = y12 Прямая (x14 , y14 , 1)

x15 = x14 x15 = 57,6

35

y15 = y4 y15 = 49,8 Прямая (x15, y15 , 1),

прямая (x8 , y8 , 1),

прямая (x14 , y14 , 0)

x16 = x + 1,6 *D + 10 x16 = 67,6

y16 = y12 y16 = 46,6 Прямая (x16 , y16 , 1)

x17 = x16 x17 = 67,6

y17 = y + 0,1*D – L y17 = 16,6 Прямая (x17 , y17 , 1)

x18 = x13 x18 = 12,4

y18 = y17 y18 = 16,6 Прямая (x18 , y18 , 1),

прямая (x13 , y13 , 0)

x19 = x13 x19 = 12,4

y19 = y - 0,5225*D - 0,5L y19 = 31,4 Прямая (x19 , y19 , 0)

x20 = x x20 = 32

y20 = y19 y20 = 31,4 Прямая (x20 , y20 , 1)

x21 = x x21 = 32

y21 = y + 0,105*D – L0 y21 = 28,68 Прямая (x21 , y21 , 0)

x22 = x3 x22 = 48

y22 = y21 y22 = 28,68 Прямая (x22 , y22 , 1)

x23 = x3 x23 = 48

y23 = y - 0,5225*D - 0,5L y23 = 31,4 Прямая (x23 , y23 , 0)

x24 = x16 x24 = 67,6

y24 = y23 y24 = 31,4 Прямая (x24 , y24 , 1)

x25 = x7 x25 = 56

y25 = y17 y25 = 16,6 Прямая (x25 , y25 , 0)

x26 = x7 x26 = 56

y26 = y - 0,595*D – L y26 = 5,48 Прямая (x26 , y26 , 1)

x27 = x + 1,05 *D x27 = 48,8

36

y27 = y17 y27 = 16,6 Прямая (x27 , y27 , 0)

x28 = x27 x28 = 48,8

y28 = y - 1,15*D y28 = 46,6 Прямая (x28, y28 , 1)

x29 = x3 x29 = 48

y29 = y28 y29 = 46,6 Прямая (x29 , y29 , 0)

x30 = x9 x30 = 48

y30 = y26 y30 = 5,48 Прямая (x30, y30 , 1)

x31 = x4 x31 = 32

y31 = y - 0,595*D - L y31 = 5,48 Прямая (x31 , y31 , 0)

x32 = x x32 = 32

y32 = y - 1,15*D y32 = 46,6 Прямая (x32 , y32 , 1)

x33 = x - 0,05*D x33 = 31,62

y33 = y32 y33 = 46,6 Прямая (x33 , y33 , 0)

x34 = x33 x34 = 31,62

y34 = y + 0,105*D - L y34 = 16,6 y34 = 16,6

x35 = x - 0,5*D x35 = 24

y35 = y + 0,105*D – L y35 = 16,6 Прямая (x35 , y35 0)

x36 = x35 x36 = 24

y36 = y - 0,595*D – L y36 = 5,48 Прямая (x36 , y36 , 1),

прямая (x30 , y30 , 1)

Вид сверху

x32 = x - 0,6*D - 10 x32 = 12,4

y32 = y - 1,7*D – L – 70 y32 = - 82,2

XP – сторона квадрата XP = 22*D + 20 = 55,2

x33 = x + D x33 = 48

y33 = y - 0,6*D – L - 60 y33 = - 54,6 R = 0,5*D = 8

x34 = x15 x34 = 57,6

y34 = y33 y34 = y33 R1 = 1,1*D=17,6

37

x35 = x9 x35 = 48

y35 = y + 0,27*D – L – 60 y35 = - 40,7

Сторона шестигранника SL=D

Тонкие линии, резьба

x36 = x+ 0,9*D x36 = 46,4

y36 = y33 y36 = - 54,6

R0 = 0,9*D R0 = 14,4 Прямая (x1 , y1 , 0)

x37 = x1 x37 = 33,6

y37 = y - 0,15*D y37 = 62,6 Прямая (x37 , y37 , 1)

x38 = x + 0,1*D x38 = 33,6

y38 = y - 1,15*D y38 = 46,6 Прямая (x38 , y38 , 0)

x39 = x38 x39 = 33,6

y39 = y + 0,105*D – L0 y39 = 28,68 Прямая (x39 , y39 , 1)

x40 = x + 0,9*D x40 = 46,4

y40 = y - 1,15*D y40 = 46,6 Прямая (x40 , y40 , 0)

x41 = x40 x41 = 46,4

y41 = y+ 0,105*D – L0 y41 = 28,68 Прямая (x41 , y41 , 1),

прямая (x2 , y2 , 0)

x42 = x + 0,9*D x42 = 46,4

y42 = y - 0,15*D y42 = 62,6 Прямая (x42 , y42 , 1)

Оси:

начальная точка

XA = x + 0,5*D XA = 40

YA = y + 15 YA = 80 Прямая (XA, YA, 0)

конечная точка

XD = XA XD = 40

YD = y32 – 10 YD = - 92,2

38

Изображение соединения болтом по выполненным расчетам показано на

рисунке (рис.1).

Рис.1

Студенты, согласно индивидуальным вариантам, выполняют расчеты и

построения несложного сборочного узла, тем самым усваивают основы

автоматизации графических работ.

39


1. Роджерс Д. Математические основы машинной графики / Д.Роджерс,

Дж. Адамс. – М.: Мир, 2001. – 604 с. – ISBN 5-03-002143-4.

2. Жигалов И.Е. Компьютерная графика: курс лекций / И.Е. Жигалов ;

Владим. гос. ун-т. – Владимир, 2004. – 124 с. – ISBN 5-89368-459-1.

3. Абарихин Н.П. Изображение соединений и передач на чертежах:

практикум / Н.П.Абарихин, Т.А.Кононова; Владим. гос. ун-т. – Владимир,

2004. - 84 с.

4. Чертежи деталей и приборов: учеб. Пособие/ Н.П.Абарихин,

Е.В.Буравлёва, В.В.Гавшин; Владим. гос.ун.-т – Владимир: Изд-во Владим.

гос. ун-та, 2011. – 135 с. – 978-5-9984-0176-3.

С.Н.Сысоев, А.А.Рязанов, Т.Н.Коробова Владимир, ВлГУ

ИССЛЕДОВАНИЕ РЫЧАЖНОГО КОРРЕКТИРУЮЩЕГО МОДУЛЯ

В автоматизированных сборочных производствах при использовании

манипуляционных механизмов широко применяются корректирующие

устройства, позволяющие скомпенсировать погрешности позиционирования

сопрягаемых изделий.

Исследуемое устройство (рис.1) [1] относится к специализированным с

комбинированным принципом адаптации и позволяет использовать метод

многократной коррекции [2].

40

Рис.1. Схема устройства позиционирования пластины

на поверхность ограниченную штифтами

Устройство состоит из трех шарнирно соединенных между собой

стержней 1, 2, 4. Причем длина стержня 1 больше длины стержня 2.

Стержень 4 установлен с возможностью вертикального поступательного

перемещения вдоль направляющих. Схват 3 шарнирно прикреплен к

стержню 2. Пластина 5 (позиционируемая деталь) составляет со схватом 3

одно целое. Шарниры А, В, С подпружинены упругими элементами так, что в

недеформированном состоянии стержни 1, 2, 3, 4 лежат на одной

вертикальной прямой, пластина 5 располагается горизонтально.

При опускании (рис.2) стержня 4 пластина, упираясь в один из

штифтов, вызовет перекос стержней 1, 2, 3. (В данном случае стержень 1

поворачивается против хода часовой стрелки.) При этом шарнир В

перемещается вправо увлекая за собой пластину. Дальнейшее перемещение

41

стержня 4 приводит к тому, что пластина смещается в нужном направлении и

выполняется коррекция ее положения.

Рис. 2. Расчетная схема коррекции положения изделия

Функционирование данного устройства зависит от соотношения длин

стержней, а также жесткостей упругих элементов.

Приняты следующие допущения: рассматривается плоская схема

устройства; упругие моменты в шарнирах пропорциональны углам поворота

соответствующих звеньев друг относительно друга.

Для выявления зависимости влияния параметров устройства на

возможность установки детали на рабочую поверхность, ограниченную

штифтами, и на время выполнения операции установки было осуществлено

математическое моделирование технологического процесса.

42

При проведении исследований выбраны следующие параметры захватного

устройства, рабочей поверхности и детали: , , –длины стержней, с1, с2,

с3– жесткости упругих элементов, а – расстояние от оси устройства до

штифта, b – высота штифта, d – расстояние от оси схвата до «короткого» края

пластины.

Принято: =40 мм, =25 мм, =10 мм, a=40 мм, b=10 мм, d=33 мм,

с1=2000 Н/мм, с2=1500 Н/мм, с3=200 Н/мм.

В работе устройства можно выделить 2 этапа: 1 этап – пластина касается

только штифта (в т. Е), 2 этап – пластина касается штифта (в т. Е) и рабочей

поверхности (в т. G).

Существуют следующие зависимости между параметрами системы:

,

,

Расстояние от т. С до т. Е

,

,

, ,

Результаты математического моделирования приведены на графике

(рис. 3). Из графика видно, что при опускании шарнира А до высоты 79 мм,

произойдет касание точки G с позиционируемой поверхностью (начало 2

этапа), = 0 мм, = 28,11 мм. При дальнейшем перемещении шарнира А

точка G смещается вправо. При = – a пластина займет требуемое

положение, процесс позиционирования закончится. При этом = 66 мм,

43

углы ϕ1 = – 360, ϕ2 = 74

0, ϕ3= – 30

0. Процесс позиционирования происходит

при однократном корректирующем воздействии.

Рис.3. Зависимость положения краевой точки пластины и углов перекоса

звеньев ϕ1, ϕ2, ϕ3 от перемещения шарнира А, где: и – координаты точки G.


1. Пат. 2431561 Российская Федерация, МПК B25J 15/06. Захватный

корректирующий модуль / Сысоев С.Н., Еропова Е.В., Коробова Т.Н. –

№2011145329/02; заявл. 08.11.11; опубл. 10.05.12. – 3с.

2. Пат. 1798178 Российская Федерация, МКИ3 B25J 11/00. Способ

установки плоской детали схватом на рабочую позицию / Сысоев С. Н. –

№766218/08; заявл. 08.12.89 ; опубл. 28.02.93, Бюл. № 8. – 3с.

44

Т.А. Кононова Владимир, ВлГУ

РАЗРАБОТКА ГРАФИЧЕСКОГО РЕДАКТОРА ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ

В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЕ

Тестирующая система — программный продукт или подсистема

автоматизированной обучающей системы, предназначенная для контроля

степени усвоения обучаемым учебного материала [1]. В настоящее время

существует большое количество систем тестирования знаний, разработанных

для различных областей науки. Основным недостатком разработанных

систем является невозможность графического ввода ответов, либо

невозможность расширения типов вопросов. Практически крайне сложно

реализовать требования к тестирующей системе по дисциплине «Инженерная

графика», так как она должна формировать такие вопросы, на которые могут

быть получены ответы с графическим изображением, которым может быть

рисунок, состоящий из заданного набора графических примитивов.

В связи с этим целесообразно разработать собственную подсистему

тестирования или доработать существующую, лишенную указанных

недостатков. Таким образом, требования, предъявляемые к подсистеме,

выглядят следующим образом. Подсистема должна работать со

стандартными типами вопросов (вопрос - один/несколько вариантов ответа),

а также реализовывать возможность использования «графических» тестовых

заданий.

Во ВлГУ автоматизированное тестирование используется для контроля

знаний студентов в системе дистанционного обучения Moodle. Moodle —

система управления курсами, также известная как система управления

обучением или виртуальная обучающая среда [2]. Широкую популярность ей

обеспечили простота использования и открытый исходный код.

45

Целью данной работы является разработка собственного графического

редактора для рисования двухмерной графики, для интеграции его в систему

дистанционного обучения. Внедрение данного редактора в систему ДО

позволит добавить еще один вид заданий: задания с графическим ответом.

Для возможности интеграции в систему дистанционного обучения Moodle,

графический редактор будет реализован как подключаемый модуль.

Реализация графического редактора выполнена при помощи PHP. Это

вызвано тем, что во-первых, потому что сама система Moodle написана на

PHP, а во-вторых, PHP специально был создан для разработки web

приложений и позволяет добавлять конструкции языка прямо в html код,

поэтому он идеально подходит для написания подключаемого модуля.

Задачи, которые должны выполняться с помощью проектируемой

информационной системы – это автоматизировать графический контроль

знаний студентов, включая создание набора тестовых заданий, проведение

тестирования студентов и анализ результатов. Проектируемая система

состоит из модулей: редактор тестов – для создания тестовых заданий;

редактор сценариев – для задания параметров тестирования студентов;

тестовая оболочка – для проведения тестирования в образовательном

учреждении; результаты тестирования – для анализа и просмотра результатов

тестирования; списки студентов – для управления списками групп и

студентов; администрирование – для управления безопасностью

программного комплекса.

Внедрение данной разработки в систему ДО позволит разнообразить

процесс контроля знаний студентов, сделать его более эффективным и

удобным.

Для создания интерфейса редактора использовался язык разметки

гипертекста – HTML, таблицы стилей CSS. В качестве программной

платформы используется Windows 7, локальный сервер Apach с

предустановленным PHP 5.3, СУБД MySQL. Apache является

46

кроссплатформенным ПО, поддерживает операционные системы Linux, BSD,

Mac OS, Microsoft Windows, Novell NetWare, BeOS.

Основными достоинствами Apache считаются надёжность и гибкость

конфигурации. Он позволяет подключать внешние модули для

предоставления данных, использовать СУБД для аутентификации

пользователей, модифицировать сообщения об ошибках и т. д.

В качестве языка разработки был выбран скриптовый язык PHP, а в

частности библиотека GD. Библиотека позволяет создавать изображения в

форматах GIF, JPEG, PNG и WBMP. GD позволяет создавать изображения,

состоящие из линий, дуг, текста (включая программный выбор шрифтов) и

других изображений, а также использовать различные цвета). Для

разработки дизайна кнопок и фона использовался Adobe Photoshop CS 5. На

рисунке 1 представлен разработанный интерфейс редактора.

Рис.1. Разработанный интерфейс редактора.

47

В ходе разработки редактор тестировался регрессивно. В конце

разработки был протестирован на одном из типов задач. Разработанный

графический редактор для автоматизированного обучения может быть

рекомендован для учебного процесса. Для данного редактора написан

листинг код и руководство пользователя.


1. Норенков И.П. Автоматизированные информационные системы. Глава

4.3. Автоматизированные обучающие системы. http://bigor.bmstu.ru/

(22.03.2013).

2. Википедия — свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]

http://ru.wikipedia.org/wiki/Moodle (22.03.2013).

С.Н.Сысоев, К.А.Карцев Владимир, ВлГУ

МЕТОДИКА ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ ВАКУУМНОГО

ЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОГО ТИПА

С РЕКУПЕРАЦИЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

На стадии концептуального проектирования технического объекта (ТО)

необходимо знать, будут ли обеспечены регламентированные

характеристики его работоспособности. Эта многовариантная задача

относится к задачам с неполной априорной информацией, при решении

которых на ранних стадиях проектирования ТО необходимо получать

дополнительные исходные данные. Согласно методу исследования

функционально-физических связей (МИФФС) [1] наиболее эффективный ТО

получают организацией причинных взаимосвязей между физическими

http://bigor.bmstu.ru/

http://ru.wikipedia.org/wiki/Moodle

48

явлениями (ФЭ), соответствующими заданной функциональной структуре,

формируя структуру физических явлений:

{Jи.н.} {Jоп} {Jв} {Jп} {Jи.к.},

где {Jи.н} и {Jи.к.}, {Jоп}, {Jз}, {Jп} – массивы ФЭ соответственно

исходного начального и конечного состояний захвата, опускания захвата,

взятия изделия и его подъема.

Для выявления возможности совершенствования длинноходового

вакуумного захватного устройства [2] и выявления закономерностей,

противоречий, ограничивающих эффективность его функционирования,

проведем анализ физических явлений, сопровождающих работу данного ТО.

Исследуемое устройство установлено на механической руке 1 (рис.1) с

подпружиненным пружиной 2 рабочим органом (РО) 3, представляющий

собой корпус с присоской. Захватывается изделие 4, расположенное на

рабочей поверхности 5.

1

2

3

m

cпр

Fпм

45

Z

Zип

Zии

F2

0 .

О

Рис. 1. Расчетная схема захватного модуля

49

Приводом (на рис. не показан) для вертикального перемещения (по оси Z)

создается импульсное силовое воздействие Fпм на РО. В результате РО

(исходное положение – координата Zип) начинает перемещаться в

направлении к изделию 4 (исходное положение – Zии) и, полученная

потенциальная энергия, преобразуется в кинетическую энергию движения.

Физические явления, входящие в состав ФЭ, формально описываются

выражениями:

[(Z3 = Zип) (Z4 = Zии) (F2 = Fисх) (Р = 0) (Г = 0)] {Jин},

[(Zип Z3 Zии) (Z4 = Zии) (Fмах F2 Fисх) (Р = 0) (Г = 0)] {Jоп},

[(Zз = Zии) (Z4 = Zии) (F2 = Fмах) (Pу P 0) (Г = 1)] {Jз}, (1)

[(Zип Z3 Zии) (Zип Z4 Zии) (Fмах F2 Fисх) (P Pу) (Г = 1)] {Jп},

[(Z3 = Zип) (Z4 = Zип) (F2 = Fисх) (P = Pу) (Г = 1)] {Jик},

где: Z3, Z4 – текущее положение соответственно РО и изделия (см. рис. 1); P,

Pу – давления в рабочей полости захвата соответственно текущее и

достаточное для удержания изделия; Г – герметизация изделия рабочей

полости захвата; F2, Fисх, Fмах– величина силового воздействия со стороны

пружины на РО соответственно текущая, достаточная для удержания РО в

исходном положении и максимальная при нахождении РО на исходном

положении изделия.

Из выражения (1) видно, что при выполнении Jоп возникает сила F2,

противодействующая перемещению РО в направлении захватываемого

изделия и эта сила возрастает с величиной хода, что негативно влияет на

быстродействие выполнения функции опускания РО. С другой стороны, с

увеличением F2, повышается быстродействие выполнения функции подъема

изделия. При этом выполнение Jп происходит в условии прибавления к массе

m РО массы захваченного изделия, что требует увеличения F2 для

выполнения функции подъема изделия.

50

Рассматривая с позиций приближения к идеальности [1] разрешения

данного противоречия желательно иметь ТО, обладающий свойствами,

обеспечивающими выполнение требуемых физических процессов, в

частности, отсутствие F2 при выполнении функции опускания РО, а при

выполнении функции подъема изделия – максимально допустимая величина

F2.

В новой структуре ТО (рис.2) подвижный орган представляет собой

двухмассовую систему, связанную друг с другом аккумулятором

механической энергии.

1

2

3

m2

cпр

Fпм

m1

4

Рис. 2. Схема захватного модуля с рекуперацией механической энергии.

Данная потребность разрешения противоречия удовлетворяется, если

использовать энергию, сообщаемую РО для выполнения им функции

опускания, использовать и для выполнения функции подъема изделия. Из

известных ТО такими свойствами обладает аккумулятор механической

51

энергии. Имеющуюся в устройстве (см. рис. 1) пружину 2 можно

использовать в качестве аккумулятора механической энергии.

Данное техническое решение [3] позволяет значительно повысить

эффективность работы вакуумных захватных устройств агрегатно-

модульного типа путем повышения быстродействия и расширения рабочей

зоны.


1. Сысоев С.Н. Принципы и методы нахождения технических решений.

Метод исследования функционально-физических связей / С.Н. Сысоев. –

Владимир: Изд-во Владим. гос.ун-та, 2007. – 214 с.

2. Пат. №2397857 Российская Федерация, МПК B 25J 15/06, B65 H5/08.

Захватный модуль / Сысоев С.Н., Карцев К.А., Бакутов А.В., Иванов П.А. –

№2008126662/02; заявл. 30.06.08; опубл. 27.08.2010, Бюл. №24. – 3с.

3. Пат. №115710 Российская Федерация, МПК B 25J 15/00, B 66 C 1/02.

Вакуумный захватный агрегатный модуль / С.Н. Сысоев, К.А. Карцев –

№2011151992/02; заявл. 19.12.2011; опубл. 10.05.2012, Бюл. №13. – 3с.

А.А.Ермошенко, В.А.Давыденко Омск, ОмГТУ

РАЗРАБОТКА ГРАФА СОСТОЯНИЙ ПОТОКОВ ИНФОРМАЦИИ,

ОТРАЖАЮЩИХ СОСТОЯНИЯ ПРОИЗВОДСТВА

НА ПРЕДПРИЯТИИ

В настоящее время многие виды производственной деятельности на

предприятии, которые приходится анализировать при выборе оптимального

решения, развиваются как случайные процессы. Эффективность принятия

52

решений при технологической подготовке и управлении производством

характеризуется с помощью числовых параметров, вычислить которые

можно путем построения вероятностной модели процессов, учитывающей

сопровождающие эти процессы случайные факторы.

Для математического описания изготовления деталей, а также для

автоматизации управления производством, может быть с успехом применен

математический аппарат, разработанный в теории вероятности для так

называемых марковских случайных процессов. Случайный процесс,

протекающий в системе S, можно будет отнести к марковскому процессу,

когда он будет протекать без последействия.

На основе технологических процессов изготовления деталей и узлов,

представленных в виде последовательностей операций и текстового

описания, был построен граф производства, изображенный на рисунке,

который позволяет отслеживать состояние производства любых агрегатов,

выпускаемых предприятием. Каждая из вершин графа соответствует

состоянию определенного цеха (список соответствий приведен в таблице).

Дуги графа отображают материальные потоки деталей и узлов (показаны

сплошными линиями), учитываемые в модели при помощи

сопроводительных документов, и потоков сообщений о выполненных

работах над этими деталями и узлами (пунктирные линии). Каждая пара дуг

поименована для простоты учета заглавными буквами R с индексом по

возрастанию. Кроме того, у некоторых дуг имеется верхний индекс в

скобках, который указывает, что данный переход не является единственным,

а существует в указанном в скобках количестве, что позволяет учитывать

возвратные и параллельные операции, а также последовательную обработку

различных видов деталей в одних и тех же цехах разнесенную по времени.

53

Таблица

Список соответствий номенклатуры цехов и состояний производства

1 Склад заготовок

2 Литейный цех

3 Кузнечный цех

4 Сварочный цех

5 Обмоточно-изоляционный цех

6 Термический цех

7 Гальванический цех и малярный участок

8 Цех пластмасс

3 Штамповочный цех

9 Якорный цех

10 Валовой цех

11 Нормоконтроль

12 Цех картонных изделий

13 Выпускающий цех

Полученный граф состояний был размечен, то есть каждому состоянию

поставлены в соответствие предельные вероятности нахождения системы в

этом состоянии в исследуемый момент времени, а каждой дуге приписаны

интенсивности потоков переходов, то есть лi,j. Далее была составлена

система дифференциальных уравнений Эрланга, общий вид которых

приведен ниже (1) дополненная уравнением (2)

= (1)

(2)

54

Интегрируя итоговую систему дифференциальных уравнений, получим

систему алгебраических уравнений, результатом решения которой

становится вектор значений вероятностей pi.

Рис. Обобщенный граф состояний электромашиностроительного производства.

Благодаря разработанной модели становится возможным получить

численные значения функционирования оптимального производства, а

именно вероятности нахождения отдельных цехов и производства в целом в

указанных состояниях. Таким образом, помимо прогностической функции, то

есть возможности предсказания выполнения заказов на следующий день на

основании предыдущего, модель выполняет и диагностическую, то есть по

результатам сравнения реальных показателей с оптимальными и

критическими, получать детализированную до уровня цеха картину

функционирования производства, выявляя таким образом «узкие места».

55


1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования /

И.П.Норенков. - М.: Изд-во МГТУ им. Р.Э. Баумана, 2002.- 336 с.

Д.Г.Пахомов, Н.В.Мостовой Омск, ОмГТУ

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧЕРТЕЖА

Во время работы на машиностроительном предприятии мы столкнулись

со следующей проблемой – технологические процессы, протекающие на

предприятии, проходят множество стадий производства: от заказа до

готового изделия, от операционной карты на какую-либо технологию до

чертежа агрегата. Этот путь занимает много времени, а время, пожалуй,

главный фактор, который привлекает основное внимание. В интересах

любого предприятия необходимо сократить время, необходимое для

изготовления конечных продуктов производства. В связи с этим много

внимания уделяется разработке приемов, решений, методов, создаваемых для

экономии времени.

Идей, как ускорить производство, может быть много, но не всегда их

можно воплотить в реальность в силу некоторых причин. Нам хотелось бы

предложить одну: разработать информационную технологию, способную

распознать цифровые изображения с последующим получением чертежа.

Такая технология могла пригодиться бы на некоторых стадиях производства.

В качестве исходной информации могут выступать фотоснимки,

сделанные на выставках, и если бы, была разработана такая информационная

технология, которая позволит создавать готовые чертежи с фотоснимков

56

изделий, без многочисленных промежуточных этапов обработки этих

изображений, напрямую, то это бы существенно облегчило всю процедуру

получения нужной информации.

Задача, которую должна выполнить предлагаемая технология, сводится к

распознаванию контуров. Наука и технология восстановления 3D моделей и

чертежей изделий по фотографиям называется фотограмметрией. Имеются

многочисленные программы, автоматизирующие эту работу, такие как,

REALVIZ / AutoDesk ImageModeler, PhotoModeler и другие.

Известно, что по фотографии можно вычислить некоторые

геометрические характеристики реальности, которая запечатлена на

фотоснимке. Более конкретно, если мы имеем снимок, снятый объективом с

определенным фокусным расстоянием, и на этом снимке известна точка

пересечения оси объектива с плоскостью снимка (центр снимка), то можно

весьма точно вычислить угловые расстояния между центром снимка и любой

точкой на снимке или на объекте (изделии), снятом на этом снимке. А если

есть несколько фотографий, на которых изделие (самолет, танк, корабль,

здание или их части) сняты с нескольких разных точек, то по определенным

алгоритмам можно вычислить взаимное положение в трехмерном

пространстве различных точек изделия. Применив затем к вычисленным

координатам точек в пространстве простые геометрические преобразования

вращения и масштабирования, и соединив вычисленные точки

соответствующими линиями и плоскостями, можно в итоге получить 3D

(трехмерную) модель изделия, а спроектировав ее на нужные плоскости,

получить проекции – чертежи изделия.

К тому же, большим положительным фактором было бы, если такая

технология будет представлена в виде модуля или библиотеки, легко

подключаемой к программному обеспечению, используемому на

предприятиях страны. Поэтому разработка информационной технологии

построения чертежа, с помощью распознавания проекционных фотографий

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F

http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/pc/index?id=11390028&siteID=123112

http://www.photomodeler.com/

57

изделий промышленности является одной из важнейших задач на

сегодняшний момент времени.


1. http://habrahabr.ru/post/128803/

2. http://books.google.ru/books

В.Ф.Коростелев, А.А.Круглов Владимир, ВлГУ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ

РЕШЕНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Введение

В данной работе рассматривается методика поддержки принятия решения,

формирование баз данных при создании экспертной системы для процессов

лазерной обработки.

Актуальность методики определяется широтой области использования

таких систем во многих отраслях промышленности и экономики, а в

лазерной обработке оснащение технологических комплексов современными

средствами сбора и анализа данных позволяет более эффективно

использовать имеющееся оборудование и создать условия для

совершенствования технологических процессов.

http://habrahabr.ru/post/128803/

http://books.google.ru/books

58

Методика поддержки принятия решения

Исследование термоупрочнения стали 45 было проведено в работе [1]. На

его основе предлагается методика поддержки принятия решений, которая

включает следующие этапы:

1. Формирование базы данных.

В открытой печати обычно не публикуют полные данные для

воспроизводства технологии, поэтому почерпнуть эти сведения из

литературы невозможно. Одним из путей обеспечения необходимой полноты

технологической информации является формирование базы данных,

заполненной собственными данными организации-разработчика. Эти данные

получены на конкретных образцах лазерного технологического

оборудования.

Также в базу данных необходимо включить литературные источники по

лазерной обработке и структурировать их соответствующим образом:

а) ЛТК, их характеристики и возможности;

б) технология упрочнения, повышение коэффициента поглощения и.др.;

в) теплофизические свойства материалов.

Теплофизические свойства материалов необходимы для моделирования

тепловых процессов [2], после которого получают определенные

зависимости, которые также заносится в базу данных.

2. Создание экспертной системы.

После формирования базы данных можно приступать к созданию

экспертной системы, которая может быть представлена следующим образом

(рис.1).

59

Рис.1. Программная реализация ЭС для лазерной обработки.

При вводе в ЭС входных параметров: исходную информацию о материале,

геометрические характеристики изготовляемых деталей, тип лазера на

вкладке «выбор оборудования» если заранее определено, что обработка

будет производиться на данном оборудовании. Если же нет, то пропускаем

этот пункт, а при выводе конечного результата ЭС даст рекомендации по

выбору оборудования для получения оптимального результата обработки.

Следующим пунктом является моделирование тепловых процессов. ЭС из

БД извлекает необходимые данные (теплофизические свойства материала и

др.) и решает теплофизическую задачу, изменяя входные данные

поочередно, например мощность лазера от 500 до 800 Вт, при этом ЭС строит

график зависимости твердости материала от мощности лазерного излучения.

Далее изменяет скорость перемещения лазерного источника и также стоит

график зависимости твердости материала от скорости перемещения

лазерного источника и т.д. В итоге, проанализировав полученные

зависимости, система выдаст оптимальную твердость, режимы при которой

60

она может быть получена, тип лазера и режим обработки (импульсное,

непрерывное воздействие).

Построенные расчетным методом графики зависимостей при

определенных режимах автоматически заносятся в базу данных. В

следующий раз при обработке материала с подобными свойствами, расчет

теплофизической задачи производиться не будет, системе стоит лишь

извлечь из базы данных ранее построенные зависимости и, проанализировав

их, выдаст оптимальный результат.

Если не стоит задача получения максимальной твердости материала по

материальным затратам или иным соображениям, то ЭС стоит лишь задать

необходимую твердость, система проанализировав полученные зависимости

после решения теплофизической задачи, выдаст оптимальный режим

обработки для получения необходимой твердости.

Также при выводе конечного результата ЭС выдаст экспериментальную

твердость, проверенную опытным путем, если в базе данных есть аналог

отработанного режима для данного материала.

После каждого отработанного режима полученные результаты опытным

путем необходимо заносить в базу данных. Пополняя базу данных новыми

экспериментальными данными, мы увеличиваем качество работы системы в

целом.

Также пример программной реализации созданной ЭС для лазерной резке

рассмотрен в работе [3].


Экспертные системы и системы поддержки принятия решений позволяют

значительно сократить время и затраты на предварительные технологические

исследования, дают возможность выбрать оптимальные режимы обработки,

тем самым повышая качество и конкурентоспособность продукции.

61


1. Шлегель А.Н., Круглов А.А. Разработка компьютерной экспертной

системы для принятия решений для процессов лазерной обработки

//Актуальные проблемы машиностроения (материалы всероссийской

молодежной интернет-конференции), 2013.

2. Шишковский И.В. Расчет распределения температур, глубины закалки и

скоростей нагрева-охлаждения при обработке материалов КПЭ.: Метод.

Указ. по курсов. проект. Самар. гос. техн. ун-т. Самара. 1997, 2007 (перераб).

- 10 с.

3. Нарыжный Е.В., Низкоус Ю.В., Майоров В.С., Боговик Е.А. Экспертная

система для лазерной обработки материалов // Искусственный Интеллект

(научно-теоретический журнал). г.Донецк, Украина. 2000 г. № 2. С. 411-417.

А.Н.Кирилина, М.А.Брагин Владимир, ВлГУ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

ЛОГИСТИКИ СКЛАДА

Современный крупный склад - это сложное техническое сооружение,

состоящее из многочисленных взаимосвязанных элементов, имеющее

определенную структуру и выполняющее ряд функций по преобразованию

материальных потоков, а также накоплению, переработке и распределению

грузов между потребителями. В то же время сам склад является всего лишь

элементом системы более высокого уровня - логистической цепи, которая и

формирует основные требования к складской системе, устанавливает цели и

критерии ее оптимального функционирования [1].

62

Одной из задач магистерской диссертации является разработка системы

автоматизации рабочих мест на складе и места бухгалтера по учету

складских операций и реализации продукции для предприятия ЗАО

«Электротехснаб» (г. Вологода, Россия), работающего в сфере торговли.

Профиль предприятия с момента образования и по сегодняшний день -

поставка промышленного электрооборудования в Вологодскую область,

Архангельскую область и Северо - Западный регион, электромонтажные

работы, производство продукции электротехнического назначения.

Предприятие представляет продукцию всех основных заводов

электротехнической промышленности России, Украины и Белоруссии и

обладает значительными складскими площадями более 4 000 кв. метров по

всем структурным подразделениям, что позволяет держать значительное

количество товара по наличию. Склады оснащены самым современным

оборудованием для транспортировки, выгрузки, складирования и продажи

продукции (погрузчики, тележки, кран-балки).

Территория склада разбита на зоны по видам технологических операций в

целях автоматизации процедур: приема, размещения, хранения, обработки и

отгрузки товаров, что позволяет упорядочивать работу персонала на

различных участках и эффективно распределять сферы ответственности.

При работе над диссертацией была разработана схема информационных

потоков, в которой более детально рассмотрены процесс реализации

продукции и функциональные задачи автоматизируемого объекта,

разработаны функциональные требования к программному обеспечению. На

основе требований составлена структурная схема программы включающая

документы, журналы и справочники. В среде разработки ПО Visual Basic 6,

на основе разработанных алгоритмов были созданы и связаны с БД

интерфейсные окна программы включающие формы документов, журналов,

справочников, отчетов и настроек. Каждый документ формирует

63

бухгалтерскую проводку с возможностью последующего экспорта в

программу бухгалтерского учета [2].

Таким образом, разработанная система позволит предприятию решить

следующие задачи: обеспечить ритмичность совместной работы

производственных и транспортных подразделений; обеспечить в течение

времени хранения, поиска и выдачи сохранности качества сырья, материалов,

комплектующих изделий и готовой продукции; рациональное использование

площадей, принадлежащих предприятиям и компаниям; снижение простоев

транспортных средств, обеспечение гибкости в выборе транспортных средств

и определении объемов перевозок и, в конечном счете, уменьшение

транспортных расходов.


1. Курганов В. М. Логистика. Транспорт и склад в цепи поставок товаров:

учебно-практическое пособие / В.М.Курганов. - Москва: Книжный мир, 2006.

- 432 c.: ил., табл. - ISBN 5-8041-0221-4.

2. Николайчук В.М. Транспортно-складская логистика: учебное пособие /

В.Е.Николайчук. - 2-е изд. - Москва: Дашков и К, 2007. - 451 c. - ISBN 5-

91131-233-6.

64

Н.П. Абарихин, В.В. Гавшин Владимир, ВлГУ

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ,

ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Детали в изделии (сборочной единице) имеют конкретное

функциональное назначение, которому соответствуют наименования и марки

материалов последних [1].

У студентов первого курса технических направлений при изучении

дисциплины «Инженерная графика» (разделы: проекционное черчение [2],

выполнение эскизов и чертежей оригинальных деталей [2], выполнение

сборочных чертежей и чертежей общего вида [3], деталирование чертежей

общего вида) возникают трудности в понимании конструкции сборочных

единиц, ее назначении. А также в определении геометрических форм

деталей. Особенно это проявляется в группах слабослышащих студентов,

обучающихся по направлению 220700.

Например, в сборочной единице «Кондуктор» (рис.1), детали позиции

2,3,4, указанные в спецификации (рис.2), имеют наименования и назначения

понятные, при первом ознакомлении и чтении чертежа общего вида,

специалистам-практикам, работающих в промышленных отраслях

производства.

65

Рис.1.

66

Рис. 2.

67

Ниже приведены наименования и функциональные назначения деталей,

широко применяемые в разных отраслях промышленности и получаемых с

помощью автоматизированных технологических процессов (литейное

производство, холодная и горячая штамповка, изготовление и обработка на

станках с ЧПУ и т.д.).

Бандаж – металлическое кольцо, которое надевают на деталь для

увеличения ее прочности, или уменьшения износа.

Вал – деталь, ограниченная в основном цилиндрическими поверхностями

разного диаметра. На ней могут быть элементы шпоночных, шлицевых,

гранных соединений с деталями, передающими вращательное движение

(зубчатые колеса, шкивы, звездочки, эксцентрики и т. д.).

Вилка – деталь сборочной единицы, присоединяемая с противоположных

сторон или с одной стороны в двух местах к другой детали крепежными

изделиями (рис.3).

Вкладыш – сменная деталь (втулка) подшипников скольжения,

взаимодействующая с цапфой вала и подвергающаяся износу, за счет трения.

Втулка – деталь, ограниченная, как правило, концентрическими

цилиндрическими поверхностями. В деталях инструментов, например

торцевые ключи, со сменной втулкой, у последней одна поверхность

(внутренняя) гранная, другая цилиндрическая или гранная.

Винт – 1) крепежная деталь со стандартным изображением,

предназначенная для малых нагрузок. 2) Оригинальная деталь с резьбовой

поверхностью, применяемая в подвижных и неподвижных соединениях.

Гайка – 1) крепежная деталь со стандартным изображением; 2)

оригинальная деталь с резьбовой и гранной (под ключ) поверхностями.

Заглушка – деталь предназначенная для герметизации отверстий в корпусе

с помощью присоединительной резьбовой поверхности.

68

Звено – одна или несколько неподвижно соединенных друг с другом

деталей сборочной единицы. Звенья делятся на неподвижные, ведущие и

ведомые.

Рис. 3

69

Корпус – в машино и приборостроении основная часть сборочной

единицы (изделия) к которой присоединяются другие детали.

Клапан – деталь или устройство для регулирования расхода газа или

жидкости, изменением проходного сечения. Применяют клапаны

дроссельные (уменьшающие давление газа, жидкости), предохранительные,

обратные и т. д.

Колпак – деталь типа коробки. Сформирован плоскостями,

цилиндрическими, коническими и др. поверхностями. Закрывает и

предохраняет ответственные звенья сборочной единицы от повреждений.

Крышка – деталь в сборочной единице, закрывающая отверстие в корпусе.

Крышки бывают глухие и с отверстиями, служащие для осмотра рабочих

поверхностей деталей, или в качестве опор других деталей.

Кронштейн – консольная опорная деталь для крепления других деталей или

узлов к стойке, корпусу, стене (колонне).

Кулачек – деталь подвижного звена, которое взаимодействует с другим

подвижным звеном (толкателем), осуществляющий рассчитанный заранее

закон движения.

Кольцо (зажимное) – применяется для уплотнения (устранения) зазора

между валом и втулкой.

Маховик – колесо с массивным ободом, применяется для уменьшения

неравномерности вращения вала, для открытия (закрытия) задвижек,

клапанов, кранов, вентилей и т. д.

Направляющая – деталь заданной формы, по которой перемещается

другая деталь, часто называемая ползуном.

Ниппель (штуцер) – деталь обеспечивающая герметичное соединение

между сборочной единицей типа "регулятор давления жидкости (газа)" и

трубопроводом.

Опора – деталь ограничивающая или препятствующая перемещению

другой детали или подвижного узла относительно корпуса.

70

Ось – деталь машин и механизмов, для поддержания вращающихся

звеньев, не передающая полезного крутящего момента. Оси бывают

вращающиеся и неподвижные.

Подшипник – опора для цапфы вала или вращающейся оси. Различают

подшипники качения (внутренние и наружные кольца, между которыми

расположены тела вращения: шарики или ролики) и скольжения (например –

втулка-вкладыш, вставленная в корпус изделия).

Пробка – деталь, обеспечивающая герметизацию отверстий от

проникновения через них жидкостей и газов.

Поршень – деталь, перемещающаяся в цилиндре, служит для

преобразования механической энергии в энергию давления жидкости (газа)

или наоборот.

Плунжер – поршень, длина которого значительно превышает его диаметр.

Прихват – подвижная деталь одного звена сборочной единицы временно

ограничивающая перемещение детали другого звена.

Ползун – деталь кривошипно-ползунного механизма, совершающая

возвратно-поступательное движение по неподвижным направляющим.

Рукоятка – деталь, принадлежащая неподвижному звену сборочной

единицы.

Рычаг – деталь звена рычажного механизма, которое образует

кинематическую пару.

Стакан – деталь, ограниченная как правило, цилиндрической,

конической, реже торовой поверхностью и плоскостью.

Седло – деталь, у которой разность координат наружной и внутренней

поверхностей изменяется по определенному закону.

Стойка – неподвижное звено механизма сборочной единицы.

Толкатель, деталь подвижного звена, взаимодействуя с другой деталью

(заготовкой) обеспечивает последней определенное положение относительно

конкретной размерной базы.

71

Траверса – горизонтальная балка, опирающаяся на вертикальные стойки

(направляющие). Подвижная траверса подвешивается к канатам

грузоподъемных машин.

Фланец – соединительная часть или отдельная деталь, выполняемая в виде

кольца, диска с отверстиями под болты, шпильки. Обеспечивает

герметичность и прочность соединения (рис.4).

Рис. 4.

72

Цапфа – опорная часть оси или вала.

Шток – деталь типа цилиндрического короткого стержня, служащая для

соединения деталей движущегося звена (например, поршня с ползуном).

Эксцентрик – деталь в виде цилиндра, диска, соединенная с валом так, что

их оси не совпадают. Применяются в механизмах, где вращательное

движение вала преобразуется в поступательное движение ползуна.

Технологии и материалы, применяемые к основным типам оригинальных

деталей, в доступной для студентов первого курса, изложены в [3].


1. ЕСКД. Правила выполнения чертежей различных изделий: ГОСТ 2.401-

68 – ГОСТ 2.418-68, ГОСТ 2. 420-69 – ГОСТ 2. 426-74. – М. : Изд-во

стандартов, 2003. – 255 с.

2. Романенко И.И. Практикум по инженерной графике / И.И.Романенко,

А.А.Иванов, Т.Е.Краева; Владим. гос. ун-т – Владимир: Изд.-во Владим. гос.

ун-та, 2006. – 68 с.

3. Абарихин Н.П. Чертежи деталей и приборов: учеб. Пособие /

Н.П.Абарихин, В.В.Гавшин, Е.В.Буравлева; Владим. гос. ун-т – Владимир:

Изд.-во Владим. гос. ун-та, 2011. – 135 с.

73

А.Н.Кирилина, Е.В.Девятых Владимир, ВлГУ

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ

ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ СТЕКЛОФОРМ

Введение

Поверхностное упрочнение, осуществляемое с использованием

источников излучения высокой плотности мощности, имеет ряд

преимуществ перед другими процессами. В условиях конкуренции развитие

лазерного термического упрочнения происходит нарастающими темпами.

Локальность и быстротечность лазерного нагрева затрудняет получение

достоверной информации экспериментальными методами. В связи с этим

применение математических моделей и соответствующих расчетных методов

приобретает особое значение.

Объект исследования

На предприятиях стекольной промышленности к материалам,

используемым для изготовления формообразующих деталей стеклоформ,

предъявляются такие трудносовместные требования как коррозионная

стойкость в агрессивной среде, жаропрочность, и сопротивление

абразивному износу.

В частности, стержень 1, формирующий внутреннюю полость изделия 2

(рис.1), изготавливается из стали 40Х13 или 14Х17Н2.

Эти стали удовлетворяют первым двум требованиям, но ввиду

относительно низкой твердости после обычной объемной закалки (не более

40НRC), истираются застывающей стекломассой , что и обусловливает их

низкую стойкость.

Целью данной работы в этой связи является обоснование режимных

параметров процесса лазерного термического упрочнения с использованием

74

математических моделей тепловых процессов, обеспечивающих требуемое

поверхностное упрочнение.

Рис. 1. Стеклоформа в сборе

Фазовые превращения при лазерной обработке

В исследованиях, посвященных лазерному упрочнению [1], недостаточно

изученными остаются такие проблемные вопросы, как смещение

критических температур аустенитного превращения, условия образования и

взаимодействия фаз, кинетические условия.

В работах [2] отмечается, что в процессе лазерного термического

упрочнения (ЛТУ) превращение перлита в аустенит может происходить,

минуя диффузионную стадию, вследствие близости подрешетки из атомов

углерода в цементите к подрешетке из атомов углерода в аустените.

Принципиально важным здесь является то, что кинетика фазовой

перекристаллизации феррита при ЛТУ связана со сдвиговым механизмом,

75

хотя ускорение аустенитизации обусловлено, как это видно из работ [1],

значительным перегревом выше критических температур.

Математические моделирование

Моделирование температурных процессов представляет наглядную

информацию о распределении температур в окрестности фокального пятна

по трём координатным осям на стадиях нагрева и охлаждения, выделяя зоны

критических температур, можно визуально оценивать распространение зон

термического влияния и при этом, не прибегая к трудоемким натурным

экспериментам, определять ограничения на плотность мощности,

продолжительность импульса, диаметр фокального пятна, исключающие

ухудшение состояния поверхности или недостаточное упрочнение.

Расчет температурных полей требует больших затрат времени и

привлечения сложного математического аппарата. Для интенсификации

исследовательских работ, связанных с реализацией математических моделей,

такие расчеты выполняют с использованием современных вычислительных

средств.

Математические расчеты проведены с применением систем высокого

уровня (MathCAD, MatLAB, Mathematica и др.). Эти системы позволяют в

формализованном виде строить математические модели физических

процессов и явлений.

Моделирование процесса упрочнения поверхности без оплавления в

непрерывном режиме проводилось в среде MathCAD 2014.

Обоснование выбора модели

1. Исходные данные.

Физическая модель процесса обработки определяется следующими

параметрами [3]:

а) радиусом пятна лазерного излучения - rп,

76

б) скоростью обработки детали – vобр, мощностью воздействия лазерного

излучения Р.

Дополнительно: данные по размерам детали – D x , W x , H , (длина,

ширина, высота).

Основные теплофизические свойства материала определяются из

справочников: теплопроводность - , теплоемкость - с, плотность - и а

температуропроводность, которая связана с предыдущими параметрами

формулой - a = ./(c* ).

2. Выбор модели:

Следующие оценки помогают определиться с выбором модели:

1. Это расстояние, на которое распространяется тепловой фронт, по

поверхности или вглубь материала за время действия КПЭ T

4ath .

2. Скорость распространения теплового фронта tavT / в материале

детали за время действия КПЭ.

Следующим важным этапом расчета температурных режимов обработки

материалов КПЭ является анализ теплофизических характеристик

конкретного материала.

Расчеты были проведены для стали 40X13, а также для сравнения для стали

14Х17Н2. Данные, согласно приведены в таблице 1.

Таблица 1

Основные теплофизические свойства материала – сталь 40Х13 и 14Х17Н2

Свойства 40Х13 14Х17Н2

Плотность, кг/см3, плотность 7650 7750

Температура плавления, °C 1450 1500

Коэффициент пов. поглощения 0,8 0,8

Температура α-γ, °С: Ас1

Ас3

820

870

720

830

77

Уд. Теплоемкость, Дж/(кг*К) 460 462

Теплопроводность, Вт/(м*К) 15 17

Анализ результатов моделирования

Для решения практических задач, в частности, настройки лазерного

излучения, скорости координатных перемещений важно манипулировать

конкретными цифрами, графиками и зависимостями.

В данном случае, важно определить как при изменении скорости

координатных перемещений будет изменятся температура в зоне лазерного

воздействия, а вместе с ней и зона термического влияния и глубина

закаленного слоя и чтобы при этом она была бы не менее 0,2…0,3 мм.

В результате моделирования были получены следующие значение,

которые приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты моделирования для стали марки 40Х13

Vобр, м/с Т, оС Haz*10

-3, м Zзак*10

-4, м

0,005 1491 3,116 3,854

0,01 1452 2,195 3,303

0,015 1415 1,785 2,753

0,02 1381 1,541 2,202

0,025 1349 1,374 1,652

0,03 1320 1,250 1,101

Установленные зависимости показывают, что малейшее изменение

скорости обработки ведет к изменению температуры в зоне лазерного

воздействия, зоны термического влияния и глубины закаленного слоя.

Варьирование переменными параметрами показало, что зафиксировать

температуру на поверхности и получить желаемую глубину закалки при

скорости координатных перемещений 0,01…0,02 м/с можно, но при

78

практической реализации могут возникнуть проблемы устойчивости

управления. Дело в том, что требуемое сочетание может быть достигнуто при

условии высокой точности значении параметров. Например, незначительное

отклонение rп, приводит к изменению температуры по пятну нагрева.

Для стали 14Х17Н2 было проведено аналогичное моделирования при том

же режиме. Данные представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты моделирования для стали марки 14Х17Н2

Vобр, м/с Т, оС Haz*10

-3, м Zзак*10

-4, м

0,005 1320 3,271 3,558

0,01 1288 2,305 3,202

0,015 1258 1,876 2,847

0,02 1231 1,619 2,491

0,025 1205 1,444 2,135

0,03 1180 1,314 1,179

Полученные данные сведены в таблицах 4, 5 и представлены на рисунках

2, 3, 4, 5.

Таблица 4

Результаты измерения для стали марки 40Х13

Vобр, м/с 5 10 15 20 25 30

Т, оС 1491 1452 1415 1381 1349 1320

Таблица 5

Результаты измерения для стали марки 14Х17Н2

Vобр, м/с 5 10 15 20 25 30

Т, оС 1320 1288 1258 1231 1205 1180

79

Рис. 2. Зависимость температуры от скорости обработки.

Рис. 3. Зависимость твердости поверхности образцов из стали 40Х13

от скорости движения стола.

Обозначения - обработка за 1 проход; - то же за 2 прохода;

- то же за три прохода.

80

Рис.4. Зависимость температуры от скорости обработки.

Рис. 5. Зависимость твердости поверхности образцов из стали 14Х17Н2

от скорости движения стола. Обозначения приведены на рис. 3.

81


Анализ зависимостей температуры от скорости обработки сталей 40Х13 и

14Х17Н2, полученных в результате моделирования, показал:

изменения температуры в первом и во втором случае имеют плавный

линейный характер;

характер зависимостей для обеих сталей примерно одинаков,

существенно отличается наклон кривых и максимальный уровень

твердости;

на графиках есть интервалы изменения скоростей, в которых

зависимость твердости имеет линейный характер, что открывает

возможности для программирования и управления распределением

твердости;

твёрдость образцов после обработки за 2 прохода на 3 – 5 HRC выше,

чем после обработки за 1 проход во всём диапазоне скоростей;

замедление скорости обработки до 15 мм/с даёт возможность довести

твёрдость до значений, превышающих уровень, достигаемый в

процессе термического упрочнения.

На основании полученных данных можно сделать предположение, что в

условиях интенсивного нагрева за счёт снижения температуры начало

полиморфного превращения под влиянием сжимающих напряжений по

сравнению с обычной закалкой аустенитизации начинается при более низких

температурах.


1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн.

Кн. 3 Методы поверхностной лазерной обработки. Под ред.

А.Н.Григорьянца. – М.: Высшая школа. 1987. – 191 с.

82

2. Марочник сталей и сплавов: Справочник / Под ред. В.Г.Сорокина. - М.:

Машиностроение, 1989. 640с.

3. Шишковский И.В. Расчёт тепловых полей при обработке материалов

КПЭ в среде MathCAD: Метод указания к сборнику лабор. работ. Самар. гос.

техн. ун-т. Самара. 2003. - 38 с.

А.Н.Шлегель, А.А.Круглов Владимир, ВлГУ

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

ДЛЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ЛАЗЕРНОЙ

ОБРАБОТКИ

Введение

В данной работе рассматривается экспертная система и её применение на

примере предприятия ООО «Гласформ».

Экспертные системы (ЭС) эффективно вошли во многие сферы

производственной деятельности. В лазерной обработке актуальной задачей

является оснащение лазерных технологических комплексов современными

средствами сбора и анализа данных, основанных на экспертных знаниях,

которые позволяют предоставить начинающим инженерам-технологам

консультации по выбору основных параметров технологических процессов

лазерной обработки, что позволит более эффективно использовать

имеющееся оборудование и создать условия для совершенствования

технологических процессов.

Предприятие ООО «Гласформ» в г.Гусь-Хрустальный специализируется

на производстве металлопродукции для стекольной промышленности.

Характерной является направляющая планка (рис. 1), которая применяется

для фиксирования и перемещения стеклоформ. Рабочие поверхности а, б, в, г,

83

д (рис.1) быстро изнашиваются, поэтому деталь на предприятии закаливали

пламенем газовой горелки (газовая поверхностная закалка [1]) при этом

твердость закаленной зоны достигает 53 HRC.

Но при обработке детали пламенем газовой горелки происходит

неравномерное термоупрочнение детали, что приводит к отпуску. Такая

деталь не выдерживает больших нагрузок и выходит из строя. При таком

способе обработки детали в условиях данного предприятия нельзя

гарантировать, что рабочие поверхности имеют достаточную твердость по

соображениям работоспособности. Также при газовой закалке деталь теряет

эстетический вид, что играет большую роль в конкурентоспособности

продукции.

Для более эффективного упрочнения рабочей поверхности предложено

лазерное термоупрочнение, которое, как известно [2], позволяет повысить

качество и эксплуатационные характеристики изделий, производительность

процесса и сократить материальные затраты на изготовление продукции.

Рис. 1 Направляющая планка (нижняя).

Рабочие поверхности: а, б – горизонтальная поверхность,

в, г – боковая поверхность, д – внутренняя поверхность отверстия

84

Методика исследования

Для изготовления направляющих планок применяется конструкционный

материал сталь 45.

Лазерное термоупрочнение поверхностного слоя проводилось с помощью

автоматизированного лазерного технологического комплекса в составе

многоканального СО2-лазера мощностью 1,5 кВт и технологического поста с

5-ти координатным манипулятором луча.

Для повышения коэффициента поглощения и достижения стабильных

результатов упрочнения, места обработки детали покрывали

светопоглощающим покрытием типа МСЦ-510 при помощи пульверизатора.

Упрочняемую деталь устанавливали на 5-ти координатном

технологическом посте. Использовали следующие координаты: продольное

перемещение по x, вращение на вертикальном вращателе (обработка

внутренней поверхности отверстия д) и расфокусировка фокального пятна.

Для получения необходимой твердости было выбрано 5 режимов лазерной

обработки. При этом скорость перемещения лазерного луча и расстояние до

лазерного источника были постоянны. С учётом этих режимов на

поверхности детали были сделаны экспериментальные дорожки 1 - 5 (рис. 1).

Как видно из табл. 1, наибольшая твердость 55,8 HRC получена при

мощности излучения 690 Вт (пятый режим). Этим режимом были

обработаны рабочие поверхности детали, требующие термоупрочнения.

При обработке плоских поверхностей а, б, в, г лазерный луч направляли

перпендикулярно к упрочняемой поверхности. Одной из проблем данной

детали является обработка внутренней поверхности отверстия д

, деталь при этом вращали на вертикальном

вращателе. Поскольку лазерную обработку проводили при таком же режиме,

как и поверхности а, б, в, г, то принято считать, что твердость упрочненной

85

зоны внутренней поверхности отверстия д примерно такая же, как и на

участках а, б, в, г.

Полученные результаты обработки детали

Результаты обработки детали занесены в табл.1.

Таблица 1

Результаты обработки детали

Лазерная

дорожка

(рис.1)

Мощность

лазера, Вт

Твердость по шкале HRA

(5 измерений на каждой

дорожки), ед.

Твердость по

шкале HRС

(ср.знач.), ед.

СКО

1 570 50 52 48 52 54 52 0,7

2 600 49 53 54 54 54 53,8 0,22

3 630 55 54 55 56 56 55,2 0,39

4 660 56 54 57 55 55 55,6 0,51

5 690 56 56 55 56 56 55,8 0,2

Исходный материал без

обработки: 12 14 13 13 12 12,8

Материал, закаленный

пламенем газовой

горелки:

52 52,5 54 54 53 53

По результатам обработки построили график зависимости твердости

материала от мощности лазерного излучения, который изображен на рис.2.

86

Рис.2. График зависимости твердости от мощности.


В ходе исследования выявлена явная зависимость твердости материала от

мощности лазерного излучения. Дальнейшее увеличение мощности не

целесообразно, что приведёт к более значительным финансовым затратам на

обработку детали и незначительному повышению твердости рабочей

поверхности. Полученной твердости достаточно по соображениям

обеспечения работоспособности и износостойкости детали.

Колебание среднеквадратичного отклонения (СКО) в пределах 0,3 – 0,7 не

ставит под сомнение достоверность полученных результатов. График СКО

приведён на рис. 2.

87

Для создания экспертной системы в базу знаний следует занести график

зависимости твердости от мощности и рекомендовать его к практическому

использованию.

В настоящее время деталь передана в производство и проходит испытание

на износостойкость.


1. Райцес В.Б. Термическая обработка в помощь рабочему-термисту. – М.:

Машиностроение. 1980 – с. 94-99.

2. Глухов Л.М. Разработка и применение лазерных технологий для

обработки материалов и производства изделий // Черные металлы (журнал по

актуальным проблемам металлургии, машиностроения и приборостроения

зарубежных стран). 2010. №11.

Н.В.Овсянников, В.Ф.Коростелев Владимир, ВлГУ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОВ В СРЕДЕ MATHCAD

Введение

Важным этапом автоматизации является оптимизация технологического

процесса.

В процессах обработки, связанных с нагревом металла, необходимо

оптимизировать параметры, обеспечивающие требуемое качество продукции

путем целенаправленного формирования температурных полей.

Так, автоматизация литейных процессов связана с созданием

геометрической 3D - модели отливки с помощью программы «SolidWorks», с

88

разбивкой модели на конечные элементы «HyperMesh», с последующим

расчетом температурных параметров и усадочных дефектов в программе

«Полигон» и т.д.

Целью представленной работы, в этой связи, является оптимизация

термодинамических параметров нового, недостаточно изученного процесса

литья с наложением давления на металл до начала процесса кристаллизации.

К возможности использования CAD литейного производства «Полигон»

Опыт более 50 предприятий в России и в странах СНГ, применяющих

данный программный продукт, показывает, что автоматизация

проектирования и моделирования литейных процессов в составе АСТПП –

автоматизированных систем технологической подготовки производства

позволяет на 20…50 % снизить временные и материальные затраты [1].

В решении поставленных задач представляется целесообразным

использование конечно - элементной системы данного программного

продукта с детальной доработкой интерпретации таких новых понятий как

сжимаемость жидкого металла, его упругость в процессе наложения давления,

смещения температур фазовых превращений и др. на основе использования

экспериментальных данных.

Выбор расчетной схемы

Как и в работе [2], использован экспериментально-аналитический метод.

Распределение температуры в стенке отливки рассчитано на основе реальных

данных о распределении температуры в форме, полученном с помощью

термопар, вмонтированных в стенку пресс-формы в фиксированных точках. С

учетом того, что давление, накладываемое на жидкий металл, достигает

400Мпа, предполагали, что термическое сопротивление на границе металл –

форма минимально.

89

Схематически распределение температур в системе «Отливка – форма»

представлено на рис.1.

6 5 4 3 2 1nT0 T1 T2 T3 T4 T5

ξh

T1=f1(x, )

T2=f2(x, )

tз

TL

TS

tk

Tн

x2

r ( )

х1/2

Ж Д Тв

z ( ) y ( )

( )

Рис. 1. Распределение температурных полей в форме и отливке.

Количество теплоты, аккумулированной формой за время , обозначим Q.

Величину удельного теплового потока на границе отливка-форма рассчитаем

в программе МНК+ по формуле:

q1:= (1)

В свою очередь, зависимость q( ), по существу, является математическим

описанием граничных условий дифференциальных уравнений.

С другой стороны, тепловой поток на выходе из отливки можно

определить так:

q=x

t=λ

h

t=λ

h

ttii 1

(2)

В МНК+ получаем формулу температуры в точке x1,i ,

∆t1:= hq1

(3)

90

Для расчета q из вновь найденного на данный момент времени общего

количества теплоты Q необходимо вычесть количество теплоты Q1отд,

отданное в форму предыдущим слоем h.

îòäQ1 =(Qтв

+Qдв

+Qж ) hF = (

2

1c

твρ

тв (t1

1-tk)+c

твρ

тв (ts - t1

1)+c

двρ

дв (tL - ts)

+Lρдв

ψ + cжρ

ж (tз- tL))hF, (4)

где t11

- температура в точке x1;ψ – концентрация твердого металла в

двухфазной зоне, принято ψ = 0,7; h – шаг сетки; F – поверхность, через

которую распространяется тепловой поток, F = 1м2.

Значение q2 на границе первого и второго слоя

q2 :=îòäQQ 1

(5)

Для исследования выбран алюминиевый сплав В95. Материал формы –

штамповая сталь 4Х5МФС. Теплофизические свойства материалов

заимствованы из литературных источников и приведен в табл.1.

Таблица 1

Теплофизические свойства материалов – алюминиевый сплав В95

Свойства В95

ств

- теплоемкость твердой части отливки, Дж/кг·K 1050

ρтв

– плотность твердой части отливки, кг/м3 2750

cдв

– теплоемкость двухфазной зоны, Дж/кг·K 1250

ρдв

- плотность двухфазной зоны, кг/м3

2552

cж

– теплоемкость жидкой зоны, Дж/кг·K 1100

ρж

– плотность жидкой зоны, кг/м3

2452

c2 – теплоемкость формы, Дж/кг·K 470

ρ2 – плотность формы, кг/м3 7800

L – скрытая теплота кристаллизации, Дж/кг 400000

tL – температура ликвидуса, °С 645

91

ts – температура солидуса, °С 570

tф - температура формы, °С 300

tз- температура заливаемого металла, °С 850

Используя формулу (3), находим температуру в точке 1:

t11:=tk + ∆ 1t (6)

Вычтем количество теплоты по формуле (4) и определим новое значение q

на границе первого и второго слоя по формуле (5).

Расчеты температур в следующих точках необходимо продолжать, пока не

будет выполнено условие ti tз.

Результаты расчетов представлены на рис.2.

Рис.2. Распределение температурных полей.

С помощью составленной программы находятся точки пересечения

графиков температур и линии ts. Модель позволяет определить значения

удельного теплового потока, положение фронта затвердевания – точка А

92

(рис.3). Далее можно рассчитать скорость кристаллизации Vкр = и

построить график Vкр = f( (рис.4).

Рис.3. Изменение положения фронта затвердевания.

Рис.4. Скорость кристаллизации металла на фиксированном

отрезки времени.

93

В заключение следует отметить, что результаты исследований тепловых

процессов позволяют решить задачи, поставленные в работе [2]: более

объективно и достаточно точно осуществлять оценку состояния

кристаллизующегося металла, рассчитать объем закристаллизовавшегося

металла и выработать такое управляющее воздействие на исполнительные

органы технологического оборудования, которое обеспечит запрессовку

требуемого объема металла.


1. Разработка математического и информационного обеспечения

комплекса автоматизированного проектирования технологии изготовления

корпусных отливок./ Жеглов С. В. // Воронеж. гос. техн. ун-та. – 2005.

2. Коростелев В.Ф., Хромова Л.П., Рассказчиков А. Н. Управление

процессом кристаллизации сплав В95// Мехатроника, автоматизация,

управление, № 8, 2009. – С. 18- 24.

3. Шишковский И.В. Расчет тепловых полей при обработке материалов

КПЭ в среде MATHCAD. : Метод. указания к сборнику лабор. работ. Самар.

гос. техн. ун-т. Самара. 2003. - 38 с

И.И. Романенко, Г.Н. Марусова Владимир, ВлГУ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРЕПОДАВАНИЯ

ГРАФИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН В МАШИНОСТРОЕНИИ

В УСЛОВИЯХ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Традиционно дистанционное обучение рассматривается как система

заочной формы обучения с отсутствием текущего контроля.

http://home.samgtu.ru/~laser/sotrudniki/Shishkovsky/teaching/text.pdf

http://home.samgtu.ru/~laser/sotrudniki/Shishkovsky/teaching/text.pdf

94

С распространением новых компьютерных информационных технологий

появляются реальные возможности его осуществления для всех форм

обучения.

Существующее обучение по заочной форме традиционно реализуется

через самостоятельное выполнение определённого объёма индивидуальных

графических работ, которые представляются на проверку преподавателю на

бумажном носителе, как правило, накануне экзаменационной сессии. Всё это

приводит к неравномерной загруженности преподавателя в течение семестра

и не оставляет времени студенту для исправления указанных недоработок.

По существу реализуется неуправляемая самостоятельная работа студента, а

взаимодействие с преподавателя обычно происходит со значительными

временными промежутками. Устранить возникшие затруднения при

выполнении РГР студент может на консультациях с преподавателем. Однако

такой возможностью могут воспользоваться далеко не все студенты,

особенно проживающие на значительном расстоянии от высшего учебного

заведения.

Разработка и внедрение методической системы дистанционного обучения

инженерной графике во многом сдерживается отсутствием соответствующих

научно-методических разработок. На сегодняшний день даже отсутствует

единое мнение о сути понятия дистанционного обучения вообще, не

выявлены педагогические условия его реализации. В настоящее время все

кафедры инженерной графики в той или иной мере ведут работу по

совершенствованию организации заочной формы обучения с использованием

современных компьютерных средств коммуникации и программного

обеспечения, позволяющее производить обработку статистической

информации о результатах учебной деятельности. Примером такого

программного обеспечения может являться система дистанционного

обучения Moodle (Модулярная Объектно-Ориентированная Динамическая

Обучающая Среда), которая является пакетом для создания курсов

95

дистанционного обучения и web-сайтов распространяется бесплатно, как

Open Source-проект, по лицензии GNU GPL.

Одним из направлением совершенствования организации обучения

графическим дисциплинам, в том числе студентов-заочников, является

разработка учебно-методических комплексов в электронном формате на

модульном принципе, когда по каждому модулю приводится теоретический

материал, практические упражнения для его закрепления и развития умений

и навыков, контрольные вопросы, методические указания по выполнению

заданий и тестов, графические условия индивидуальных работ. Так же

достаточно эффективным является издание учебных пособий с поэтапным

решением задач, реализованных на электронном носителе.

Модульный принцип построения учебного курса позволяет организовать

промежуточный контроль за ходом выполнения семестровых заданий и

тестов по каждому модулю с представлением их на проверку в соответствие

с установленным графиком, а тем самым управлять познавательной

деятельностью студентов. В этой связи особое значение в отношение

студентов-заочников имеет вопрос поддержания интереса к учебной

материалу, обеспечение посильности и доступности его изложения и

практической реализации. Методическая система дистанционного обучения

инженерной графике должна включать: искусственно организованную

образовательную среду, целевые компоненты, контроль учебной

деятельности, содержание учебного предмета, организационные формы и

методы, средства коммуникации и обучения. Особенностями такой системы

являются территориальное удаление субъектов процесса обучения,

специфика учебного предмета, определённого образовательным стандартом.

Учитывая факт, что подавляющее большинство студентов не владеют

персональным компьютером для выполнения чертежей, пересылка

выполненной работы может осуществляться в синхронном либо

асинхронном режиме в виде фотографии реального чертежа через систему

96

ДО Moodle. Фотография может осуществляться простейшими и

общедоступными техническими устройствами, такими как мобильный

телефон, на которой преподаватель, используя простейший графический

редактор (например, Paint) оставлять замечания и рекомендации. Данные

сообщения будет передано студенту при следующем входе в систему ДО

Moodle.

Отсюда следует, что на установочных лекциях и практических занятиях

наряду с введением студента в курс «Инженерная графика», уясняется задача

по выполнению индивидуальных графических работ и осуществления их

промежуточного контроля в системе дистанционного обучения, принятой на

кафедре. При этом заметим, что на установочных лекциях не следует

стремиться в быстром темпе изложить весь учебный материал семестра, а

лишь уяснить такие базовые понятия, как ортогональная проекция точки,

определение проекционного комплексного чертежа, механизма его

образования, изображения геометрических тел на комплексном чертеже и в

аксонометрии, уяснив которые студент в силах продолжить самостоятельное

изучение последующего материала.

На кафедре издано учебное пособие для студентов-заочников по

дистанционной форме обучения «Практикум по начертательной геометрии»

авторов Романенко И.И., Буравлевой Е.В. Пособие оказывает большую

помощь в подготовке студентов к экзаменам. Оно содержит по каждой

изучаемой теме (модулю) необходимые теоретические выкладки (основные

понятия, обозначения, алгоритмы решения задач) и практический материал.

Поэтапно решая задачи, которые выполняются на электронном носителе,

студент поддерживает связь с преподавателем и имеет возможность частями

сдавать изучаемый материал.

97

С.Н.Сысоев, И.С.Литвинов Владимир, ВлГУ

РАЗРАБОТКА БЕЗНАСОСНОГО ВАКУУМНОГО

ЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА

Большую группу захватных устройств составляют вакуумные захваты.

Принцип их действия основан на известном способе создания прижимного

усилия за счет разрежения в вакуумной камере, замкнутой грузом и корпусом

захвата, в связи с чем, под действием атмосферного давления создается сила

взаимодействия между грузом и захватом.

По способу создания разрежения различают насосные и безнасосные

вакуумные захваты. В насосных давление разрежения в рабочей камере

получают вакуумным насосом, а в безнасосных – изменением объема

рабочей камеры.

Проведенный анализ вакуумных захватных устройств показал, что

наиболее эффективными по конструктивной простоте и управлению

являются современные конструкции безнасосных вакуумных захватных

устройств [1].

Однако, более детальный анализ именно безнасосных вакуумных

захватных устройств показал, что они имеет ограниченную область

применения, так как требует специальных условий функционирования. Одни

функционируют только со стопой захватываемых изделий, другие требуют

наличия силового взаимодействия устройства с рабочей поверхностью, на

которую устанавливают изделие, третьи могут выполнить операцию

отпускания изделия только в динамике. Поэтому актуальным является

создание новых безнасосных вакуумных захватных устройств с расширенной

областью применения.

98

Во Владимирском государственном университете разработано вакуумное

захватное устройство (рис.1) [2], не требующее специальных условий

функционирования.

Рис. 1. Вакуумное захватное устройство

Устройство состоит из корпуса 1, на котором закреплен уплотнительный

элемент 2, выполненный в виде хлопающей мембраны, подпружиненной

пружиной 3 в сторону захватываемого изделия 4, установленного на рабочей

поверхности 5. На корпусе 1 закреплен механизм отведения уплотнительного

элемента от поверхности захватываемого изделия, выполненный в виде

биметаллической пластины 6 с нагревательным элементом, управляемый

центральной системой управления 7.

Выполнение уплотнительного элемента в виде хлопающей мембраны с

электромеханическим приводом позволяет по команде из центральной

системы управления выполнить функцию отпускания захваченного изделия

путем отведения от его поверхности уплотнительного элемента, начиная с

периферии.

Данное устройство отличается универсальностью, расширяющей область

его применения путем автоматизации процессов захвата и отпускания

изделий.

99



Метод исследования функционально-физических связей / С.Н.Сысоев. –

Владимир: Изд-во Владим. гос.ун-та, 2007. – 214 с.

2. Заявка на патент РФ №2012151280 «Вакуумный захват» от 29.11.2012г.

Сысоева С.Н., Литвинова И.С., Бакутова А.В., решение о выдаче патента от

21.03. 2013г.

А.Г.Стрюк Омск, ОмГТУ

ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ

Электроника — очень быстро развивающаяся область науки и техники, где

одно поколение компонентов сменяет другое поколение каждые 3-5 лет. В

одном ряду с увеличением интеграции элементной базы основную роль в

развитии электроники играют электрические и физические соединения

между элементами, узлами и блоками. Основополагающим способом

реализации этих соединений являются печатные платы, которые служат и

конструкционным основанием элементов, и монтажной подложкой для

электронных компонентов, а в ряде применений — средством теплоотвода от

теплонагруженных компонентов.

На всех этапах совершенствования электронных приборов отмечалась

связь интеграции полупроводниковых кристаллов (чипов), всевозможных

схем (БИС, СБИС, ГИС). Это выражается в стремлении к более тесному

размещению наибольшего количества компонентов на всех сторонах

печатной платы, при этом количество выводов компонентов постоянно

увеличивается, а расстояние между их расположением уменьшается.

100

В настоящее время развитие компонентов печатных плат постоянно идет

на увеличение интеграции, производительности и функциональности. Этот

процесс позволяет увеличить количество активных элементов на кристалле

приблизительно на 70 % в год, но это вызывает необходимость увеличить

количество выводов в корпусе на 38 %.

В результате общих улучшений размер монтажных площадок уменьшается

на 6 %. Это поддерживается постоянным увеличением количества

соединений за счет уменьшения элементов монтажа. Что в свою очередь,

сильно влияет на производства печатных плат: растет объем издержек, а

также увеличивается цикл производства.

Технология производства печатных плат постоянно совершенствуется

новыми приемами и операциями, увеличиваются их возможности за счет

использования нового оборудования, качественных материалов и

инструментов. От технологии производства непосредственно зависят масса и

габариты печатной платы, а так же масса и габариты электронной

аппаратуры. И еще несколько факторов, таких как, функциональность,

надежность и производительность.

В данный момент в практике ведется постоянный поиск новых и

совершенствование известных методов соединений между элементами.

Публикуется большое количество патентов, описывающих новые процессы и

операции. А так же, в числе достижений в технологии монтажа появились и

такие методы, изобретение которых сопровождалось значительной рекламой,

но на практике они оказались маловыгодными, ненадежными или нашли

ограниченное применение. Но на их основе строятся новые производства.

Крайне важно для заказчика выбор фирмы или крупного предприятия

является опыт этой фирмы и ее репутация в реализованных проектах.

Организация производства печатных плат всегда требует больших

денежных вложений, он они имеют возможность оправдать себя

возможностью быстрого управления.

101

Направление развития технологий печатных плат сводится к

непрерывному увеличению плотности соединений между элементами в

элементной базе, а также слияния микро- и макроэлектроники.


1. Медведев А. Печатные платы. Конструкции и материалы. - М.:

Техносфера, 2005

2. Плаксин Г., Салтыков В. Сверхплотные коммутационные печатные

платы 5-6 классов точности с двухуровневой разводкой // Технологии в

электронной промышленности. 2007. № 5.

С.Н.Сысоев, А.В.Бакутов, И.С.Литвинов Владимир, ВлГУ

РАЗРАБОТКА БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ВАКУУМНЫХ

ЗАХВАТНЫХ МОДУЛЕЙ

Аннотация: Представлены результаты проектирования разгрузочно-

погрузочных устройств с вакуумными захватами. Приведены этапы

разработки качественно новых вакуумных захватов и устройств,

позволяющих повысить быстродействие и производительность

автоматического оборудования, эффективность которых подтверждена

натурными испытаниями на разработанном лабораторном стенде.

Введение

Сравнительно недавно появился новый класс вакуумных захватных

устройств, отличающихся простотой конструкции, системы управления и

повышенным быстродействием. Однако данные технические решения не

102

позволяют сократить или хотя бы приблизить вспомогательное к основному

времени обслуживания высокопроизводительного технологического

оборудования.

Поэтому актуальным является разработка качественно новых

высокоэффективных устройств и технологий, позволяющих значительно

повысить быстродействие вакуумных захватных модулей.

Анализ работы вакуумных захватных устройств (ВЗУ) выявил негативное

влияние каналов соединения рабочей полости вакуумного захвата на

быстродействие и надёжность работы. Эта проблема решилась за счет

устранения:

а) канала, выполненного в корпусе присоски для соединения с

пневмолинией;

б) пневмолинии соединения рабочей полости с клапаном;

в) клапана с его системой управления.

Эффективная структура была получена путем применения метода

исследования функционально-физических связей [1]. Так же разработан

качественно новый способ работы вакуумного захвата и устройства для его

реализации, позволяющие значительно повысить быстродействие данных

устройств и производительность автоматического технического

оборудования[2].

Архитектура вакуумных захватных устройств

Принцип работы вакуумного захватного устройства заключается в том,

что разгерметизацию рабочей полости вакуумного захвата, производят

путём отвода рабочей поверхности уплотнения присоски от изделия,

начиная с периферийной поверхности. Это устраняет необходимость

реализации в явном виде в вакуумных захватах пневмолиний соединения

рабочей полости вакуумного захвата и распределительной аппаратуры.

103

12

3

45

6 7

8

9

Рис. 1 Вакуумная захватная головка

В вакуумной захватной головке рабочая часть 5 установлена шарнирно на

рычаге 7 и подпружинена пружиной 6 в сторону изделия 8. Кроме этого

рабочая часть 5 связана тросом 4 с корпусом 2 присоски.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении захват

располагается над поверхностью захватываемого изделия 8. Деформация

уплотнения 3 присоски отсутствует, трос 4, поворачивая рабочую часть 5

против часовой стрелки, выводит ее из рабочего положения. Взятие изделия

вакуумной захватной головкой происходит аналогично предыдущему.

При деформации уплотнения 3 изделием 8 ослабевает усилие натяжения

троса 4 и пружина 6 поворачивает рабочую часть 5 рычага 7 против часовой

стрелки в процессе подъема приводом 1 присоски с деталью 8.

Установка изделия 8 на рабочую поверхность 9 производится следующим

образом:

Привод 1 перемещает присоску с захваченным изделием 8 в направлении

рабочей поверхности 9. Рабочая часть 5 на рычаге 7 взаимодействует с

рабочей поверхностью 9 отводя уплотнение 3 от поверхности изделия 8.

Происходит разгерметизация рабочей полости присоски, то есть выполняется

операция отпускания изделия 8. Затем осуществляется подъем присоски

приводом 1 в исходное положение.

Захватный модуль представляет собой систему двух приводов:

вакуумного захватного устройства и привода его вертикального возвратно-

104

поступательного перемещения. Взаимосвязь силовых и управленческих

команд в модуле построена на мехатронном принципе с организацией

симбиоза энергетических и информационных потоков.

Захватный модуль (рис.2) представляет собой стойку, на которой

установлена механическая рука с вакуумным захватом, состоящим сильфона

с клапаном, к которому прикреплена присоска с установленным на ней

рычагом.

Рис.2. Вакуумный захватный модуль.

Устройство состоит из корпуса 1, на котором закреплен одной торцевой

поверхностью сильфон 2. На другой торцевой поверхности сильфона 2

установлен рабочий орган 3, представляющий собой присоску с, по меньшей

мере, одним рычагом 7, кинематически связанным с периферийной

поверхностью уплотнения. Рабочая полость сильфона 2 выполнена

герметичной и связана каналом питания, выполненным в корпусе через

распределитель 4 с избыточным давлением воздуха. Рабочий орган 3

подпружинен пружиной 5, установленной в канале питания и закрепленной

одним концом в корпусе 1, а другим – через тяги 6, закрепленной на

торцевой поверхности сильфона 2. на корпусе установлен

предохранительный клапан 8.

105

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении распределитель 4 отключен, рабочая полость

сильфона 2 через канал питания соединена с атмосферой. Усилие,

создаваемое пружиной 5 сжимает сильфон 2 и рабочий орган 3 занимает

крайнее верхнее положение над поверхностью захватываемого изделия 9.

При включении распределителя 4 рабочая полость сильфона 2

соединяется с избыточным давлением воздуха. При этом силы, создаваемые

избыточным давлением воздуха преодолевают усилие удержания пружины 5

и сильфон 2 растягивается, перемещая рабочий орган 3 в направлении

захватываемой поверхность изделия и происходит герметизация рабочей

полости присоски поверхностью захватываемого изделия 9. Дальнейшее

перемещение привода приводит к уменьшению рабочей полости рабочего

органа 3 и вытеснению из нее воздуха. Величина перемещения зависит от

величины давления питания.

При достижении определённого давления в рабочей полости сильфона 2

выключается распределитель 4 и рабочая полость сильфона 2, через

предохранительный клапан 9 соединяется с атмосферой. Под действием

усилия пружины происходит подъем приводом рабочего органа 3 с

захваченным изделием 9, занимая исходное положение.

После транспортировки изделия к требуемому месту ее установки

поступает команда «установить изделие» на рабочую поверхность. Привод

перемещает рабочий орган 3 с захваченным изделием в направлении рабочей

поверхности. Рабочая часть рычага 7 взаимодействует с рабочей

поверхностью, отводя уплотнение от поверхности изделия. Происходит

разгерметизация рабочей полости, то есть выполняется операция отпускания

изделия. Затем осуществляется подъем рабочего органа 3 приводом в

исходное положение

Установка пружины вне сильфона под углом к направлению движения

рабочего органа позволяет уменьшить габаритные размеры устройства в

106

направлении перемещения рабочего органа. Кроме этого снимаются

ограничения по длине, количеству витков используемой пружины, что

расширяет возможный диапазон ее характеристик.

Установка пружины в канале питания не требует дополнительной

герметизации ее рабочей зоны. Выполнение тяги не менее чем из трех

нерастяжимых тросов, закрепленных по периметру со смещением

относительно оси сильфона, обеспечивает плоскопараллельное перемещение

рабочего органа.

Проведение экспериментальных исследований

Для проведения натурных исследований эффективности работы

устройства разработан лабораторный стенд, структурная схема которого

показана на рис.3, а общий вид на рис. 4.

АЦП

Источник

питания

Д

Компрессор Деталь

Привод вертикального

перемещения

Захват

Рис.3. Структурная схема лабораторного стенда.

Стенд состоит из компрессора, нагнетающего избыточное давление для

соединения с рабочей полостью сильфона, вакуумной захватной головки,

захватываемой детали. Сигнал о перемещении захватной головки вакуумного

захватного модуля снимается датчиком линейного перемещения, а затем

подается на плату (АЦП) NI USB-6008, качественная характеристика сигнала

отображается на мониторе ПК.

107

Рис.4. Общий вид лабораторного стенда.

Экспериментальные исследования проводились при следующих условиях:

Масса поднимаемой пластины: 25,55,80 гр.

Ход вакуумного захвата: 10,15,20,25,30,35,40,45,50 мм.

По результатам экспериментальных исследований были получены

качественные характеристики, пример которых приведён на рис.5.

Рис.5. Осциллограммы циклов «установить» и «взять».

108

По результатам обработки качественных характеристик, были получены

следующие закономерности, отображённые на рис.6,7,8,9,10,11.

Рис. 6. Диаграмма времени выполнения операции «взять» заготовку.

Рис. 7. Диаграмма времени выполнения операции «установить» заготовку.

Полученные закономерности, апроксимируются по модели Блисдейла:

y=(a+bx)-1/c

(таб. 1.).

Аналитическая зависимость быстродействия ВЗУ от массы заготовки.

Таблица 1

операции

масса

заготовок

«Взять»

«Установить»

25

y=(2,45-0,06x) -1/2,27

y=(1,85-0,03x) -1/1,75

55

y=(2,06-0,04x) -1/2,12

y=(1,5-0,025x) -1/1,74

80 y=(1,62-0,027x) -1/1,85

y=(1,8-0,03x) -1/1,845

109


Применение данных захватных устройств не только приводит к

конструктивному упрощению захватного органа, но и устраняет

необходимость применения сложных и дорогих вакуумных насосов.

Сокращение количества силовых пневмоцилиндров, используемых для

вертикального перемещения присоски, значительно упрощает конструкцию и

массогабаритные характеристики привода захватной головки. Повышение

надежности работы предлагаемого устройства достигается не только за счет

конструктивного упрощения, но и за счет использования механической

фиксации захваченной детали в захватной головке. Натурные испытания

показали высокое быстродействие данного устройства, простоту

конструкции и системы управления.



Метод исследования функционально-физических связей: моногр. /

С.Н.Сысоев; Владим. гос. ун-т – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2007.

– 214 с.

2. Пуш А.В. Проектирование технологического объекта с требуемыми

характеристиками / А.В.Пуш, С.Н.Сысоев // Станки и инструмент. – 1999. –

№ 7. – C. 5 – 8.

А.Н.Кирилина, Е.В.Девятых Владимир, ВлГУ

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ

СТАЛИ 40Х13

110

Введение

Среди специалистов по лазерному упрочнению широко

распространенным является утверждение, что нагрев стали для достижения

высокой поверхностной твердости следует проводить до температуры,

близкой к температуре плавления [1, 2].

В работе [3] для стали 40Х13 установлены значения плотности мощности

и скорость обработки, при которых твердость составляет 60…65 HRC, что на

20…25 ед. выше твердости, достигаемой в процессе объемной закалки. При

этом максимальное значение твердости соответствует температуре на

150…200 К ниже вышеупомянутой температуры плавления.

Эффект специфического лазерного упрочнения предположительно связан

с влиянием термических напряжений и пластических деформаций на

механизм и кинетику структурно – фазовых превращений.

Однако до настоящего времени вопрос о том, на основании каких

представлений следует назначать режимы лазерного воздействия, остается до

конца не изученным.

В этой связи целью данной работы явилось уточнение параметров

настройки лазерных технологических комплексов на основе результатов

электронномикроскопических и дюрометрических исследований зоны

термического влияния.

Методика исследований

Известно, что глубина закаленной зоны обычно составляет несколько

десятых долей миллиметра, а потому установить распределения твердости по

глубине предлагается на микрошлифе, представляющем срез с упрочняемой

поверхности под острым углом (рис.1). Протяженность упрочненного слоя

при этом увеличивается в 3,12 раза. Шлифование и полирование шлифа

осуществляли на оборудовании кафедры «Литейное производство и

111

конструкционные материалы». Травление до выявления структурных

составляющих проводили в 5% растворе азотной кислоты в спирте.

Рис. 1. Экспериментальный образец.

Электронномикроскопические исследования в отраженном потоке

электронов выполнены на оборудовании кафедры «Физика и прикладная

математика», дюрометрические измерения на микротвердомере кафедры

«Технология машиностроения» ВлГУ.

Обсуждение результатов

Распределение микротвердости по глубине зоны термического влияния

(ЗТВ), как видно из рис.2, имеет сложный характер. Максимальное значение

непосредственно у поверхности значительно выше твердости 500…550НV

закаленного образца. Обращается внимание на наличие трех зон: 1 –

упрочненная; 2 – разупрочненная; 3 - зона исходного до лазерной обработки

состояния.

112

Рис. 2. Распределение твердости по глубине ЗТВ.

Соответственно на рис.3 а,б,в приведены фотографии электронных

микроструктур. В зоне 3 выявлены дисперсные включения карбидов хрома,

преимущественно вдоль границ зерен феррита, В зоне 1 включений карбидов

не видно, структура представляет достаточно однородный твердый раствор,

что свидетельствует о полной аустенитизации и растворении избыточных фаз

на стадии нагрева и образовании практически бесструктурной фазы на

стадии охлаждения. Признаков наличия игл мартенсита и их ориентации по

определенным кристаллографическим плоскостям не обнаружено ни в одной

из трех зон.

113

Рис.3.

а) Зона 1.

б) Зона 2.

в) Зона 3.

114

Что же касается наличия зоны 2, то здесь в явном виде обнаружены

карбиды значительных размеров, вероятно, вследствие протекания

отпускных процессов.

По результатам моделирования тепловых процессов можно

предположить, что в зоне 2 температура составляла 600…650°С. И хотя

действие указанных температур имеет место в течение нескольких десятых

долей секунды, этого отрезка времени оказалось достаточно, чтобы под

упрочненным слоем сформировалась структура с низкой твердостью.


Полученные результаты свидетельствуют о том, что в условиях

воздействия на поверхность сталей концентрированных потоков энергии

структурно-фазовые превращения протекают по особому механизму и по

качественно отличной кинетике.

Необходимы дальнейшие исследования и поиск режимов, исключающих

появление разупрочненной зоны, существенно снижающей эффективность

поверхностного упрочнения.


1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн.

Кн.3. Методы поверхностной лазерной обработки. Под ред.

А.Н.Григорьянца. – М.: Высшая школа. 1987. – 191 с.

2. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов / Под ред.

Н.Н.Рыкалина и др. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

3. Коростелев В.Ф., Кирилина А.Н. обоснование параметров процесса и

автоматизации лазерного термического упрочнения лезвийных

инструментов// Автоматизация технологических процессов: управление,

115

моделирование, контроль, диагностика: Приложение к журналу

«Мехатроника, автоматизация, управление» 2007. № 7. С. 6-11.

В.В.Буненков, И.И.Сажин, Е.В.Чвоков Владимир, ВлГУ

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩИХ

СТАНКОВ

Анализ точности прецезионных круглошлифовальных станков (КШС) и

обрабатывающих центров (ОЦ), показывает, что наибольшее влияние на

точность обработки оказывает износ инструмента, упругие и температурные

деформации исполнительных систем. Суммарные погрешности, вызываемые

геометрической неточностью станка, не превышают 5%; удельный вес

погрешности, вызванной вибрациями от неуравновешенности

шлифовального круга, не превышает 3%.

Электромеханические исполнительные системы (ЭМИС) КШС и ОЦ в

докладе рассматриваются в виде нелинейных двух и трехмассовых

динамических объектов с учетом упругих связей первого и второго рода,

моментов сухого трения, зазоров и люфтов в кинематических парах (рис.1).

Рис.1. Структурная схема исполнительного механизма ЭМС.

116

В докладе показано, что величины динамических коэффициентов,

обусловленных упругими ударами при выборе зазоров возрастают с

увеличением жесткости кусочно-линейных упругих связей и моментов

инерции элементов ЭМИС. К числу исходно неустойчивых систем, при оп-

ределенных условиях, относятся системы с упругими связями первого и второго

рода, в которых при медленных перемещениях, вследствие нелинейности

характеристик сил резания и трения могут возникать фрикционные автоколебания

[1].

Другими причинами возникновения автоколебаний при резании являются [2]:

инерционность процесса резания; изменение толщины среза и силы резания

вследствие относительного колебательного движения инструмента и

обрабатываемой детали по замкнутой траектории, обусловленной наличием

нескольких степеней свободы управляемой ЭМИ С.

Актуальной проблемой создания ЭМИС является компенсация упругих

колебаний, вызывающих значительные динамические нагрузки и интенсивные

колебательные движения рабочих органов в неустановившихся режимах.

Решение проблемы повышения точности и быстродействия подобных систем

осложняется нелинейностью их многомерной математической модели,

технологической неопределенностью, переменностью как структуры так и

параметров ЭМИС.

В докладе рассмотрены вопросы применения в электроприводе с нелинейными

ЭМИС интеллектуальных систем управления, основанных на применении в

условиях структурно-параметрической и технологической неопределенности

технологий экспертных систем, нечеткой логики, нейросетевых технологий [3], в

т.ч. интеллектуальных нелинейных адаптивных регуляторов на базе нейронных

сетей [1], обеспечивающих устойчивость исходно неустойчивых динамических

электромеханических объектов.

117


1. Клепиков В.Б. Устранение нейрорегулированием срывных фрикционных

автоколебаний в электромеханических системах с зазором / В.Б.Клепиков,

Л.В.Асмолова, И.В. Обруч// Вісн. Нац. технік. ун-ту «Харківський політехн.

інститут». - 2005.- Вип. 45. - С.489 – 492.

2. Свинин В.М. Самоорганизация вторичных автоколебаний при лезвийной

Обработке / В.М.Свинин // СТИН.-2006.-№1.-С.7-13.

3. Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления /

И.М.Макаров, В.М.Лохин, С.В.Манько, М.П.Романов.- М.: Наука.-2006.

М.С. Денисов, Н.В. Овсянников Владимир, ВлГУ

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА

ФОРМИРОВАНИЕ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР В

СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

В настоящее время исследование процессов теплового взаимодействия

кристаллизующегося металла и литейной формы уделяется значительное

влияние. Разработаны программные продукты обеспечивающие возможность

моделирования не только формирования температурных полей в системе

отливка – форма, но и таких процессов, как усадка, образование трещин,

ликвация и др. [1,2].

Особенность применяемых программных средств состоит в том, что

решение дифференциального уравнения теплопроводности осуществляется с

использованием метода конечных элементов без достаточно строго

математического описания граничных условий. Критерием адекватности

применяемых моделей выступает совпадение расчетных данных с

118

результатами исследований отливок по месту и характеру расположения тех

или иных дефектов. Такое подтверждение носит, однако косвенный характер,

что ограничивает возможности исследования применяемых методов в

решении других более сложных задач связанных с тепловыми процессами.

Одной из таких задач в частности является оценка полноты выделения

скрытой теплоты в процессе кристаллизации, как чистых металлов, так и

сплавов в условиях наложения высокого давления.

Известно [3], что при наложении давления по схеме из под корки

кристаллизующегося металла отливка выступает, как сосуд, нагруженный

внутренним давлением. Давление при этом накладывается на всех этапах

формирования отливки так, что тепловой зазор между отливкой и

металлической формой отсутствует, и температура на поверхности отливки

может быть принята равной температуре на поверхности формы – это

температура контакта. Об этом свидетельствует результаты специально

выполненных исследований. [4]

Однако влияние давления на интенсивность теплообмена имеет хотя и

важное, но, тем не менее, второстепенное значение по сравнению с тем

влиянием, какое давление оказывает на изменение таких термодинамических

функций кристаллизующегося металла, как энергия Гиббса, энтальпия и

энтропия. Судя по результатам электронно-микроскопических исследований,

при определенных режимах наложения давления может сформироваться

переходная от кристаллической к аморфной квазикристаллическая

структура[5]. При этом возникает вопрос о том, какая часть скрытой теплоты

кристаллизации выделяется, а какая ее часть остается внутри сплава, и как

эта скрытая теплота может быть использована в формировании структуры в

условиях последующей термовременной обработки. Данная задача может

быть решена с использованием уравнения теплового баланса, согласно

которому количество тепла, выделившееся из отливки в процессе

119

охлаждения до температуры ниже температуры солидус, равно количеству

тепла аккумулированного формой в течение того же отрезка времени.

Особенность метода использованного в работе [3] состоит в том, что

количество теплоты, аккумулированное формой, рассчитывают с учетом

распределения температур измеренных термопарами, установленными на

разном удалении от нагреваемой поверхности, а распределение температур в

отливке определяется расчетным путем. Достоинства метода очевидны, т.к.

процесс расчета может быть автоматизирован и результаты использованы в

режиме реального времени.

Для получения более достоверных результатов исследований

предлагается разместить термопары на разном удалении от центра отливки.

[Рис.1] Наибольшей интерес представляют показания термопары

расположенной непосредственно в центре расплавленного алюминия. Если

считать, что в нормальных условиях при охлаждении жидкий алюминий не

испытывает качественных изменений и процесс кристаллизации протекает

нормально, то при наложении давления на расплавленный металл процесс

кристаллизации протекает по другим законам и результат предсказать

трудно. Есть основания предполагать, что после такого воздействия, время

выделения скрытой теплоты кристаллизации сократится, а количество этой

теплоты измениться в зависимости от величины накладываемого давления.

Однако при этом возникает специфическая проблема, связанная с тем, что

теплофизические свойства материала отливки и материала формы зависят от

температуры.

120

Рис.1 Образец со встроенными термопарами

термопара 1 – установлена в центре отливки, термопара 2 –

установлена на удалении 5 мм от центра отливки, термопара 3 – установлена

на удалении 10 мм от центра отливки

Список литературы:

1. А.В. Монастырский. Моделирование литейных процессов. Эпизод 1-й.

Работаем в ProCAST. – CADmaster, 2009, №1, с.10 -16.

2. Сарилов М.Ю., Линёв А.С. "Международный журнал прикладных и

фундаментальных исследований", № 7 за 2011 год , с. 104.

3. Коростелёв В.Ф. Технология литья с наложением давления. – М.:

Машиностроение. 2000. 204с.

4. Коростелёв В.Ф. Теория, технология и автоматизация литья с

наложением давления: моногр. / В.Ф.Коростелёв. – М.: Изд-во «Новые

технологии», 2004. – 224с.

5. Хромова Л.П., Коростелёв В.Ф. «Формирование квазикристаллических

структур в условиях наложения давления». Нано- и микросистемная техника

№6 (131) 2011, с.17

Термопара 1 Термопара 3

233222

Термопара 2

121

Д.В. Бастрыков, М.С. Денисов Владимир, ВлГУ

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В СРЕДЕ LABVIEW

Основной задачей являлось получение температурных данных с

использованием среды LabVIEW для последующего анализа.

В программе LabVIEW был собран виртуальный прибор, позволивший

нам измерить и записать данные с аналогового устройства подключенного к

термопарам расположенным в зоне температурного воздействия[1]

Рис. 1. Блок схема виртуального прибора

На приведенной выше блок схеме показаны модули, которые мы

использовали для получения данных их записи и сравнения.

DAQAsistant основной модуль преобразования аналогового сигнала

поступавшего с термопар, использованы термопары палтина-родий/платина,

которые по международной классификации относятся к классу S и позволяют

производить измерения от 0 до 1600 Сº.

Express VI Scale and Mapping позволяет достаточно просто

сконфигурировать модуль преобразования сигнала для реализации одного из

122

четырех режимов: Normalize, Linear, Logarithmic и Interpolated. Так же режим

Interpolated позволяет протарировать сигнал с учетом используемых

термопар. В нашем случае это термопары платина-родий/ платина. Ниже

представлены данные и калибровочные характеристики (температура-термо

э.д.с.) с дискретностью 1°С.

ANSI-Type Tmin

(°C)

Tmax

(°C)

Материал

положительного контакта

Материал

отрицательного контакта

S -50 1768 Platinum 10% Rhodium Platinum

При использовании термопар возникает задача расчета значения

температуры из измерения величины термо-ЭДС.

Использование табличных вычислений зачастую годится только для

грубых оценок. Более точные результаты могут быть получены из

аппроксимационных вычислений.

При этом температура вычисляется по формуле степенного полинома.

Коэффициенты полинома приведены в следующей таблице:

Тип термопары S

Коэффициент k(i) -50° ... 1064°C Коэффициент k(i) -50° ... 1064°C

k0 0.0 k6 2.557442518E-14

k1 5.40313308631 k7 -1.25068871E-17

k2 1.2593428974E-2 k8 2.714431761E-21

k3 -2.324779687E-5 k9 -

k4 3.2202882304E-8 k10 -

k5 -3.314651964E-11

Sample compression был использован для прореживания результатов с

определенным коэффициентом относительно среднего значения.

Так же был использован фильтр с частотой среза в 100 Hz.

Модули graf служили для вывода в режиме реального времени

амплитуды сигнала с термопар.

123

Thermometr и numeric служили для отображения значения полученной

температуры, попутно модуль write to measurement производил запись

результатов измерения, для их последующего анализа.

Полученные данные представлены на следующем графике.

Рис.2 График показаний термопар

Таким образом, измерение и исследование температурных полей с

использованием продуктов NATIONAL INSTRUMENTS, а в последующим и

моделирование этих процессов, является на сегодняшний день актуальной

задачей. Работа в среде LabVIEW дает качественные результаты при

экспериментах и помогает специалистам более глубоко изучить тепловые

процессы, протекающие в таком взаимодействии, как отливка-форма[2].

Список литературы:

1. Вводный курс Автор: National Instruments Дата выхода: 2008 Издательство:

National Instruments Количество страниц: 56

2. Основы графического программирования в среде LabVIEW. Учебное

пособие Автор: Климентьев Е.К. Дата выхода: 2002 Издательство: Самара:

Самар. гос. аэрокосм. ун-т: 65 стр.

124

А.Н. Шлегель, Д.С. Гусев Владимир, ВлГУ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ АЛТК ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ

В производстве стекольной тары одним из важнейших элементов

технологического оснащения является формооснастка для литья

стеклопосуды, изготавливаемая из чугуна и работающая в особо сложных

условиях.

Наиболее широко среди существующих методов (лазерное

термоупрочнение; диффузионное, электролитическое хромирование;

химическое никелирование, плазменное нанесение покрытий и др.)

используется метод нанесения наплавочных материалов на рабочие кромки

стеклоформ, который обеспечивает хорошую износостойкость, но

осуществляется в основном вручную. Поэтому является достаточно

трудоемким. Данный метод предполагает фрезерование рабочей кромки

заготовки формооснастки под наплавку, нагрев заготовки порядка 200-300 °С

для лучшей адгезии при наплавке, затем выполняется наплавка полученного

паза, а далее выполняются операции точения, фрезерования, шлифования и

полировки для получения готовой детали согласно конструкторской

документации.

С целью увеличения производительности, качества и воспроизводимости

результатов наплавки, а именно обеспечения прочного и надежного

сцепления основного и наплавочного металлов, уменьшения образования пор

и трещин; снижения остаточных напряжений и деформаций; исключения

нагрева перед наплавкой; увеличения коэффициента использования

присадочного материала был использован метод лазерной наплавки,

осуществляемый на базе автоматизированного лазерного технологического

комплекса с использованием многоканального СО2 – лазера МКТЛ-1500. [1]

125

Наплавочным материалом являлся никелевый порошок (Ni – 85,18%, C –

0,3%, Si – 2,8%, B – 1,3%, Fe – 2,4%, Cr – 7,0%, примеси – 1,02%) твердостью

36 HRC, который вместе с флюсом наносился на поверхность чугуна СЧ 20.

Лазерная наплавка осуществлялась с помощью многоканального СО2 - лазера

МКТЛ-1500 непрерывным излучением. Излучение данного лазера имеет

достаточно равномерное распределение плотности мощности в поперечном

сечении луча, что определяет физико-химические процессы, протекающие в

материале при лазерном облучении, а также геометрию зоны наплавки.

Сбор и обработку экспериментальных данных осуществляли методом

оптической микроскопии на поперечных шлифах. Твердость определялась

микротвердомером HVS-1000 при нагрузке 100 г., а микроструктура

изучалась на MICROCOMBITESTER USM INSTRUMENTS.

а) б)

Рис.1. Распределение твердости HV по толщине наплавленного слоя:

а) на 2-х промышленных образцах, выполненных при помощи газопорошковой наплавки:

1 – плунжер, 2 – горловое кольцо;

б) на 5 режимах, выполненных при помощи лазерного излучения:

1 – v = 3мм/с, P = 670 Вт; 2 – v = 2мм/с, P = 670 Вт; 3 – v = 4мм/с, P = 670 Вт;

4 – v = 2мм/с, P = 670 Вт; 5 – v = 3мм/с, P = 670 Вт.

126

В результате исследований (рис. 1) был получен наплавленный слой

толщиной до 1,5 мм и средней твердостью 650 HV. При этом максимальная

твердость была достигнута на расстоянии 0,5-0,8 мм от кромки. Твердость

исходного материала 200 HV.

Было выявлено, что после лазерной наплавки серого чугуна никелевым

сплавом поверхность наплавленного слоя обладает высокой неровностью и

шероховатостью. Это осложняет последующую механическую обработку, в

связи с тем, что наплавочный порошок наносился вручную. Получение

равномерного по толщине слоя порошка - вручную трудоемко, поэтому

необходимо регулировать подачу порошка непосредственно во время

проведения данного процесса.

Для этого необходима автоматизация процесса наплавки путем

специальных устройств (дозаторов), которые способны контролировать

подачу порошка в реальном масштабе времени. При этом необходимо

согласовать работу устройства подачи порошка совместно с параметрами

техпроцесса лазерной наплавки (мощностью, скоростью, диаметром луча). А

также в реальном масштабе времени необходимо контролировать

температуру процесса наплавки и ширину наплавляемой дорожки.

В результате проведенных исследований была предложена структурная

схема АЛТК для лазерной наплавки деталей стеклоформ с использованием

CO2-лазера МКТЛ-1500 (рис. 2).

127

.

Рис.2. Структурная схема автоматизированного технологического

комплекса для наплавки на базе CO2- лазера МКТЛ-1500.

Список использованных источников

[1] Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие / А. Г.

Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров; под ред. А. Г. Григорьянца. -

М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006 (М.) . - 663 с.

Научное издание

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Материалы

Всероссийской молодежной интернет-конференции

Под редакцией профессора В.Ф.Коростелева

Компьютерная верстка А.А. Лебедева

Дизайн обложки А.В. Бакутов

Подписано в печать 28.06.13г.

Формат 60х84/16. Бумага офсетная 80г. Гарнитура Таймс.

Усл.печ. л. 7.44 Тираж 50 экз.

Заказ № 380

Издательство

г.Владимир

Отпечатано в ВООО ВОИ ПУ «Рост»

600017, г.Владимир, ул.Мира, 34-а

Тел/факс (4922) 53-37-52

E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]

: D L M : E V H ; E ? F U : < L H F : L B A : P B ? O G H...

Documents

Transcript of : D L M : E V H ; E ? F U : < L H F : L B A : P B ? O G H...