AUTOMATION OF MONITORING THE CONDITION OF PRODUCTION EQUIPMENT

Full Text

Введение Конкуренция, стремление занять новые рын- ки, повысить стоимость бизнеса и увеличить прибыль приводит к расширению производства, и, как следствие, приобретению нового произ- водственного оборудования. Однако, планируя инвестиции, необходимо ответить на вопрос, как используются имеющиеся мощности [1; 7; 10]. На современных предприятиях используется различное оборудование. Значительное место занимают станки с числовым программным управлением (ЧПУ), которые являются слож- ными агрегатами, состоящими из различных взаимосвязанных систем (механики, гидравлики, электрики и электроники), имеющих различные конструктивные особенности и требования к экс- плуатации. Подавляющее большинство обору- дования с ЧПУ в нашей стране используется на предприятиях «уникального машиностроения» (ракетно-космическое производство, тяжелая энергетика, атомная промышленность). Для эффективной эксплуатации станков с ЧПУ требуются повышенный контроль за их ра- ботой, оптимизации процесса планово-предупре- дительного ремонта и технического обслужива- ния, что позволит повысить эффективность их использования. Возрастающая конструктивная сложность, весовые характеристики, многообра- зие форм и высокие требования к геометрической точности уникальных деталей создают практиче- ски невозможные условия обеспечения требова- ний к их качеству без автоматизации функции контроля за состоянием производственного оборудования. Постановка задачи Анализируя данные российских предприятий, использующих станки с ЧПУ, можно обозначить «Infokommunikacionnye tehnologii» 2021, Vol. 19, No. 1, pp. 53-58 Рисунок 1. Распределение фонда времени участка станков с ЧПУ по данным производственных исследований следующие проблемы, характерные практически для любого предприятия: программы выпуска деталей, закрепленные за цехами и участками, оснащенными станками с ЧПУ, не выполняются; наблюдается низкая загрузка станков (в представ- лении руководителей предприятий, под загрузкой станков понимается доля общего фонда времени работы, в течение которого станок непосред- ственно занят обработкой детали). Изучая специализированную литературу [2; 3], можно увидеть, что станки с ЧПУ не находятся в работе все 100 % действительного фонда вре- мени, а наладка и переналадка оборудования вы- полняются за незначительный период времени. Однако исследования, проведенные на ряде веду- щих отечественных предприятий, показали [4], что в условиях часто переналаживаемого много- номенклатурного производства коэффициент ис- пользования станков с ЧПУ не превышает пока- зателя от 0,3 до 0,5 (30-50 %). Характерная диаграмма распределения фонда рабочего времени типичного участка фрезерных станков с ЧПУ по результатам анализа машино- строительных предприятий г. Самары приведе- на на рисунке 1, откуда видно, что общее время работы станков с ЧПУ (34 %) сопоставимо с об- щим временем, затраченным на отладку новых деталей (29 %) - это типично именно для таких условий, когда на станках с ЧПУ изготавлива- ют сложные, уникальные и высокоточные дета- ли, план выпуска которых невелик. Учитывая аварийные отказы в работе, организационные и технические простои, согласно некоторым завод- ским данным [4], станки, оснащенные системами ЧПУ, работают не более 20-25 % действительно- го фонда времени. В международной практике принято считать плохим показатель менее 65 %, удовлетворительным - от 65 до 75 %, хорошим - более 75 % (мировые промышленные лидеры имеют значения 80-85 %) [5; 10]. Решить проблему можно, внедрив автомати- зированную информационную систему (АИС), позволяющую в реальном времени осущест- влять контроль работы оборудования с ЧПУ, проводить анализ и классификацию причин про- стоя станков, вести контроль энергопотребле- ния оборудования, информировать профильные службы предприятия о простоях оборудования, формировать отчеты. Правильные настройки и мониторинг работы позволяет вести точный учет целевого использования оборудования, контро- лировать соблюдение на предприятии трудовой и технологической дисциплины, автоматически формировать и рассылать отчеты за любой про- межуток времени [6; 8]. Реализация вышеперечисленных компонентов обеспечивает выполнение главной цели внедре- ния автоматизированной информационной систе- мы - повышение коэффициента использования станков с ЧПУ. АИС решает основные вопросы, связанные с контролем. Выявление причин про- стоя и их своевременная диспетчеризация по- зволяют повысить коэффициент использования оборудования, а также автоматизировать работу служб главного технолога по вопросу передачи управляющих программ на станки с ЧПУ, служб главного механика по организации проведения технического обслуживания и планово-пре- дупредительных работ по ремонту оборудования (ТО и ППР). Результаты автоматизации Актуальным сегодня методом обслуживания оборудования становится ремонт по техническому состоянию. Этот метод основан на том, что неисправности оборудования появляются не из- за срока его работы, а из-за конкретных дефектов, у большинства из которых есть свои параметры. Контроль изменения параметров помогает делать прогноз относительно будущих технических не- исправностей. Например, одним из способов контроля параметров работы механической части станков, а именно шпинделя и шарико-винтовой пары, является контроль показаний вибрации [9]. АИС контроля работы оборудования позво- ляет в автоматическом режиме подсчитать время работы станка до начала выполнения различных видов ТО и ППР, отметить дату проведения работ и осуществить контроль их выполнения. Систе- ма позволяет циклично проводить контроль па- раметров станка (например, уровень вибрации). Таким образом появляется возможность осу- ществить совместное проведение планового ре- монта с ремонтом по состоянию. Для грамотной организации проведения ТО и ППР на станках с ЧПУ и другом оборудовании автоматизированная система мониторинга предоставляет широкий спектр возможностей: планирование проведения ТО и ППР по ре- ально отработанному станком времени или по- требленной им электроэнергии и контроль ис- полнения этих работ; контроль исполнения ТО и ППР станков, согласно заранее подготовленным графикам их проведения; учет реального времени проведения ТО и ППР и формирование соответствующих от- четов. Индивидуально для каждого станка предпри- ятия, подключенного к системе мониторинга оборудования, руководствуясь требованиями за- вода-изготовителя и реального состояния станка, в параметрах системы устанавливается время на- работки станка до начала выполнения каждого из видов ТО и ППР. Система контроля позволяет вести учет наработки станка до начала проведе- ния ТО и ППР по различным критериям: учет ре- ального времени работы станка и его отдельных узлов (шпинделя, приводов подач, гидравлики и др.); учет потребляемой станком или его отдель- ными узлами электроэнергии в различных режи- мах работы; учет прочих параметров, таких как удары пресса и т. д. По достижении станками пороговых значе- ний установленных параметров, указанных в на- стройках системы, автоматически формируется задание на выполнение определённого вида ТО и вносится в план-график проведения ТО и ППР. Затем система отправляет сообщение обслуживающему персоналу (мастеру, оператору станка, ремонтному персоналу) наименование станка, инвентарный номер, вид ТО и сроки исполнения. Контроль параметров вибрации отдельных узлов станка проводится с целью превентивной диагностики неисправностей механической ча- сти станков и выполнения необходимых про- филактических работ по текущему состоянию оборудования. Для этого контроль параметров вибрации может входить в список работ по тех- ническому обслуживанию станков. Контроль значений вибрации может осуществляться по времени наработки станков или по календарному плану-графику. Контроль параметров вибрации проводится с определенной периодичностью в одном режиме работы станка, на холостом ходу. Станочник, получив на терминал напоминание о контроле параметров вибрации, на заранее опре- деленное время (1-2 мин.) активирует шпиндель на заданных оборотах или совершает интерполя- цию в указанные координаты. Как правило, для этих целей на станках с ЧПУ запускается короткая диагностическая программа. Устройство контроля вибрации снимает дан- ные с датчиков вибрации, обрабатывает сигнал и конвертирует его в файл. Далее результат вибро- диагностики передается на терминал, а затем - по локальной сети на сервер. На сервере с помощью специализированного программного обеспече- ния результат вибродиагностики анализируется, сравнивается с эталонным, и составляется отчет о текущем состоянии механических узлов станка, где установлены датчики вибрации. На основа- нии результатов отчета о вибродиагностике со- ставляется план ППР. Если полученный уровень вибрации превысил пороговый предел, принима- ется решение о возможности дальнейшей эксплу- атации станка. Основная задача АИС - сокращение времени простоев станков. Одними из компонентов реа- лизации этой задачи являются быстрое информи- рование специализированных ремонтных и сер- висных служб о простое оборудования, а также учет и детализация причин простоя. Данный мо- дуль системы должен содержать полную инфор- мацию о станке (инвентарный номер, название станка, тип станка, техническую документацию на станок, установленную систему ЧПУ), а также направлять сообщения о неисправности техниче- ской службе, обслуживающей станок. Для обе- спечения информативного сообщения об ошибке необходимо наличие полного списка ошибок с номерами и кратким описанием неисправности. В таблице, помимо модели и инвентарного номе- Рисунок 2. Распределение фонда времени участка станков с ЧПУ с использованием АИС ра станка, указывается текущее состояние кон- кретной единицы оборудования, а также время пребывания в этом состоянии. Имеется возмож- ность применения фильтра по интервалу време- ни работы и выбора подразделения предприятия. Модуль «Мониторинг работы оборудования» позволяет оперативно реагировать на текущее состояние и произошедшие изменения в работе оборудования. Основываясь на оценке эффек- тивности работы оборудования, руководители предприятия разного уровня могут принимать соответствующие управленческие решения и анализировать эффект от их внедрения. Заключение Внедрение системы автоматизированного кон- троля позволяет точно определить коэффициент использования оборудования. При уменьшении необоснованных простоев оборудования коэффи- циент использования повышается, что приводит к уменьшению производственных затрат и эко- номии финансовых средств предприятия. Крите- риями являются своевременная диспетчеризация сервисной и ремонтной служб; проведение ТО и ППР по фактическому состоянию; создание централизованного архива управляющей про- граммы; оценка эффективности и работы обору- дования. Распределение фонда времени участка станков с ЧПУ с использованием АИС приведено на рисунке 2. Использование АИС контроля состояния обо- рудования позволяет существенно уменьшить долю организационных простоев и простоев из-за неисправности оборудования за счет опе- ративного реагирования на текущее состояние и произошедшие изменения в работе оборудо- вания. Кроме того, сокращается время, затрачи- ваемое на наладку оборудования. Результатом является увеличение времени работы по управля- ющей программе, а следовательно, и количество изготовленных деталей. Среднее увеличение ко- эффициента времени работы оборудования по программе составляет 20 %.

About the authors

E. A Matveeva

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: helen_matveeva@mail.ru
Samara, Russian Federation

O. N Chernykh

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: chernykh_on@mail.ru
Samara, Russian Federation

References

Supplementary files