Реферат: Технология и автоматизация производства РЭА

2КОМИТЕТ РФ ПО ВЫСШЕМУОБРАЗОВАНИЮ

2МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

2(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

конспект лекций

2ТЕХНОЛОГИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯПРОИЗВОДСТВА РЭА

к.т.н. Ижванова Е.М.

к.т.н. Чесноков А.Г.

специальность 2303

факультет Информатики и телекоммуникаций

кафедра Радиоэлектронные и телекоммуникационныеустройства и системы

Дневной факультет — семестр 1

Вечерний факультет — семестр 2

Москва, 1995 г.

— 2 -

Оглавление

Стр.

Литература...........................................................4

Введение.............................................................5

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА РЭА И ЗАДАЧИПОВЫШЕНИЯ ЕГО

ЭФФЕКТИВНОСТИ ИКАЧЕСТВА.............................................6

1.1. Общая характеристика РЭА как объекта производства икак системы.6

1.2. Основные направления развитияРЭА...............................7

1.3. Структура производства РЭА, особенностииерархических уровней

производства РЭА, их роль и место в производствеРЭА.................7

1.3.1. Организационная структура «типового»предприятия..............7

1.3.2. Задачи производственныхподразделений.........................8

1.3.3. Организация технологической службы напроизводстве. Основные

обязанности технологов в различных технологическихслужбах...........8

1.3.4. Задачи экономических и коммерческихподразделений............11

1.3.5. Задачи вспомогательных служб иподразделений.................11

1.4. Система обеспечения качествапродукции.........................12

1.4.1. Системастандартизации.......................................12

1.4.2. Общие представления о международнойстандартизации, опыт раз-

витыхстран.........................................................15

1.4.3. Задачи службы стандартизации напредприятии..................17

1.4.4. Метрологическое обеспечение производства и задачислужбы

главного метролога напредприятии...................................18

1.4.5. Контроль хода технологического процесса и качествавыпускае-

мой продукции и задачи ЦЗЛ иОТК....................................18

1.4.6. Системы обеспечения качества продукции.Международный и оте-

чественныйопыт.....................................................20

1.4.7. Сертификация продукции и систем качества.Международный опыт

и система сертификации ГОСТР.......................................21

1.5.Типы производств и технологических процессов. Составтипового

технологического процессаРЭА.......................................22

1.6. Структура и характеристики технологическихсистем..............24

1.7. Основные характеристики и показатели качества РЭА.Оценка тех-

нологичностиконструкции............................................25

1.8. Стадии и этапы разработкиРЭА..................................28

1.9. Исходные данные для разработки технологиипроизводства РЭА.....30

1.10. Основные принципы автоматизациипроизводства..................32

1.10.1. Понятие системы автоматического регулирования(САР).........32

1.10.2. Понятие информационно-измерительной системы(ИИС)...........32

1.10.3. Понятие автоматизированной системы управлениятехнологичес-

ким процессом(АСУТП)...............................................32

1.10.4. Понятие автоматизированного технологическогокомплекса

(АТК)...............................................................35

1.10.5. Понятие автоматизированной системы управления предприятием

(АСУП)..............................................................36

1.10.6. Понятие гибких автоматизированных производств(ГАП) и инте-

грированных производственных комплексов(ИПК).......................36

1.10.7. Иерархическая структура автоматизированнойсистемы управле-

нияпредприятием....................................................40

1.11. Перспективы применения средств вычислительнойтехники в техно-

логии производстваРЭА..............................................40

1.12. Применение роботов на вспомогательных итранспортных произ-

водственных операциях. Конструктивные элементы ихарактеристики ро-

ботов-манипуляторов.................................................41

1.13. Алгоритмы управления роботами.................................43

2. ТЕХНОЛОГИЯ РЭА КАК СЛОЖНАЯСИСТЕМА...............................45

2.1. Общие принципы управления сложнымисистемами...................45

2.2. Классификация системуправления................................46

- 3 -

Стр.

2.3. Характеристика систем управления технологическимипроцессами...48

2.4. Технико-экономическая эффективность как целеваяфункция систе-

мы..................................................................49

2.5. Основные типы систем управления технологическимипроцессами....50

2.6. Основные показатели и состав систем автоматическогоуправления.51

2.7. Понятие и типы моделей сложных систем..........................58

2.8. Идентификация технологическихпроцессов........................63

2.9. Надежность технологических систем. Надежностьуправления техно-

логической системой................................................65

2.9.1. Показатели надежности невосстанавливаемыхобъектов...........67

2.9.2. Показатели надежности объектов, восстанавливаемыхвне процес-

саприменения.......................................................68

2.9.3. Показатели надежности объектов, восстанавливаемыхв процессе

применения..........................................................68

2.9.4. Оценка показателей надежности объектов поэкспериментальным

данным..............................................................69

2.9.5. Параметрическая надежность технических объектов..............70

2.9.6. Связь показателей надежности и качествафункционирования

технологических систем(ТС).........................................71

2.9.7. Методы оценки надежности технологическихсистем..............72

2.9.8. Методы повышения надежности объектов итехнологических сис-

тем.................................................................73

2.10. Проектирование технологических процессов сиспользованием

средств вычислительнойтехники......................................75

2.11. Автоматизированные сборочные производстваРЭА.................79

2.12. Технологическая подготовка производства РЭА, ееосновные за-

дачи, положения и правила организации. Автоматизированнаясистема

подготовкипроизводства.............................................81

3. ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИМЕТОДЫ ИХ

ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................85

3.1. Измерительная информация и ее роль в технологическомпроцессе.

Основные компоненты информационно-измерительныхсистем..............85

3.2. Типы погрешностей. Характеристики действующихфакторов.........90

3.3. Основные понятия теории вероятности. Нормальноераспределение,

математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическоеотклонение.

Доверительный интервал. Методы проверки гипотез ораспределении.....93

— 4 -

Литература.

1. Иванов Ю.В., Лакота Н.А. Гибкая автоматизацияпроизводства РЭА с

применением микропроцессоров и роботов. — Москва, Радио исвязь, 1987

2. Основы автоматизации управления производством. Подред. И.М. Мака-

рова. — Москва, «Высшая школа», 1983

3. Норенков И.П. Принципы построения и структура САПР. — Москва, «Выс-

шая школа», 1986

4. Автоматизация технологического оборудованиямикроэлектроники. Под

ред. А.А. Сазонова. — Москва, «Высшая школа»1991

5. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированныхпроизводственных сис-

тем. — Москва, «Энергоатомиздат», 1986

6. Пугачев В.С. Теория вероятностей и математическая статистика. -

Москва, «Наука, Главная редакция физико-математической литературы,

1979 г.

7. Государственная система стандартизации. — Москва,Стандарты, 1994 г.

8. Единая система конструкторской документации. — Москва, Стандарты,

1988 г.

9. Единая система технологической документации. — Москва, Стандарты,

1975 г.

10. Единая система технологической подготовкипроизводства. — Москва,

Стандарты, 1984 г.

11. Основополагающие стандарты в области метрологии. — Москва, Стан-

дарты, 1986 г.

12. Система государственных испытаний продукции. — Москва, Стандарты,

1983 г.

13. Метрологическое обеспечениеинформационно-измерительных систем. -

Москва, Стандарты, 1984 г.

14. Единая система программной документации. — Москва,Стандарты, 1985

г.

15. Системы качества. Сборник нормативно-методическихдокументов. -

Москва, Стандарты, 1989 г.

16. Сертификация продукции. 1. Международные стандартыи руководства

ИСО/МЭК в области сертификации и управления качеством. — Москва, Стан-

дарты, 1990 г.

17. Сертификация продукции. 3. Международные системысертификации. Ор-

ганизационно-методические документы. — Москва, Стандарты,1991 г.

18. Система стандартов безопасности труда. — Москва,Стандарты, 1983 г.

— 5 -

Введение

В следствии многообразия видов радиоэлектроннойаппаратуры, тех-

нологических процессов ее производства и, соответственно,систем авто-

матизации производства невозможно в одном курсе изложитьвсе вопросы,

связанные с технологией и автоматизацией производстваРЭА. Поэтому в

данном курсе ставится задача осветить только основныевопросы, которые

приходится решать при производстве большинства видов РЭА,дается обзор

смежных областей деятельности.

Единого учебника или методического пособия по данному курсу не

существует, поэтому вам рекомендуется список литературы,где отражают-

ся в большей или меньшей степени рассматриваемые в курсе вопросы. В

списке приведены самые ранние издания книг, которымиможно пользовать-

ся при изучении курса, хотя более поздние изданияявляются предпочти-

тельными, особенно это касается стандартов.

— 6 -

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА РЭА ИЗАДАЧИ

ПОВЫШЕНИЯ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА

1.1. Общая характеристика РЭА как объектапроизводства

и как системы.

РЭА представляет собой совокупность элементов, объединенных в

сборочные единицы и устройства и предназначенные дляпреобразования и

обработки электромагнитных сигналов в диапазоне частот колебаний от

инфракрасных до сверхвысоких. Элементы, рассчитанные насовместную ра-

боту в РЭА, различают по функциональным, физическим, конструктив-

но-технологическим признакам и типам связей. Поконструктивно-техноло-

гическому признаку элементы РЭА делят на дискретные и интегральные,

которые объединяют в сборочные единицы, выполняющиеэлементарные дейс-

твия (например, генератор, усилитель, счетчик).

В зависимости от диапазона частот меняются ипассивные элементы,

использующиеся в РЭА. Например, в диапазоне средних ивысоких частот

используются индуктивности и емкости с сосредоточенными параметрами,

изготавливаемыми по любой технологии, а в диапазоне СВЧ- с распреде-

ленными параметрами, например, двухпроводные, полосковыелинии и коак-

сиальные радиаторы.

Важным фактором, определяющимконструктивно-технологические осо-

бенности любой РЭА, является ее конструктивное оформлениеи технология

изготовления. Например, конструктивное оформление в видесамостоятель-

ного устройства или встроенного модуля, технологиясборки пайкой или

механическое соединение, что существенно сказывается наэксплуатацион-

ных и производственных характеристиках РЭА. Приконструктивно-техноло-

гическом анализе РЭА большое внимание следует уделять ее непосредс-

твенному назначению и условиям эксплуатации, которыесказываются на

выборе технологии производства и конструктивногооформления. Например,

наличие механических вибраций при эксплуатации требуетприменения бо-

лее надежных методов сборки.

Поэтому, разнообразие и сложность выполняемыхрадиотехническими

системами (РТС) и радиотехническими комплексами (РТК)функций и усло-

вий их эксплуатации, состав и особенности носителейаппаратуры в зна-

чительной степени определяют требования к ее конструкциии существенно

влияют на выбор технологии изготовления элементов исборочных единиц.

Для разных типов объектов существуют различныетребования на ус-

ловия размещения аппаратуры, весьма различныкомплексы возмущающих

воздействий, поэтому задача технолога и конструктора заключается в

том, чтобы активно участвовать во всех этапахпроектирования и созда-

ния РТК и РТС. Объективной тенденцией совершенствования конструкций

РЭА является постоянный рост ее сложности ввидурасширения выполняемых

функций и повышении требований к эффективности ее работы.

Конструктивно-технологические особенности РЭА включают функцио-

нально-узловой принцип конструирования, технологичность, минимальные

габаритно-массовые показатели, ремонтопригодность, защиту от внешних

воздействий, надежность (вероятность безотказной работы,среднее время

наработки на отказ, среднее время восстановления работоспособности,

долговечность и т.д.).

Сущность функционально-узлового принципаконструирования РЭА зак-

лючается в объединении функционально-законченных схем всборочные еди-

ницы и их модульной компоновке.

Базовые конструкции аппаратуры имеют несколькоуровней модульнос-

ти, предусматривающих объединение простых модулей в болеесложные:

Модули 1 уровня - интегральные микросхемы (ИС) и дискретные

электрорадиоэлементы (ЭРЭ) (сопротивления, конденсаторы,транзисторы и

т.д.).

— 7 -

Модули 2 уровня — типовые элементы сборки (ТЭС) илиячейки, типо-

вые элементы замены (ТЭЗ), печатные платы (ПП), которыеконструктивно

и электрически объединяют ИС и ЭРЭ.

Модули 3 уровня — блоки (панели), которые с помощьюплат и карка-

сов объединяют ячейки в конструктивный узел.

Модули 4 уровня — рама (конструктивный узел — каркасрамы), кото-

рая объединяет блоки в единое целое.

Модули 5 уровня — стойка (конструктивный узел - каркас стойки),

которая может объединять несколько рам в единое целое.

Модули 6 уровня — устройства.

На практике при конструировании РЭА могутиспользоваться различ-

ные наборы уровней модульности. Например, в телевизореимеются модули

1, 2, и 6 уровней.

1.2. Основные направления развития РЭА

Основными направлениями развития РЭА являетсямикроминиатюриза-

ция, повышение степени интеграции и комплексный подходк разработке.

Микроминиатюризация — это микромодульная компоновкаэлементов с приме-

нением интегральной и функциональной микроэлектроники. При микромо-

дульной компоновке элементов осуществляютмикроминиатюризацию дискрет-

ных ЭРЭ и сборку их в виде плоских или пространственных(этажерочных)

модулей. В основе интегральной микроэлектроники лежитиспользование ИС

и больших интегральных схем (БИС), применение групповыхметодов изго-

товления, машинных методов проектирования ТП,изготовления и контроля

изделий.

Функциональная микроэлектроника основана нанепосредственном ис-

пользовании физических явлений, происходящих в твердомтеле или вакуу-

ме (магнитные, плазменные и т.д.). Элементы создают,используя среды с

распределенными параметрами. Основной задачей здесьявляется получение

сред с заданными свойствами.

Трудоемкость производства сборочных единиц РЭАможет быть предс-

тавлена в таком соотношении: механообработка — 8-15 %,сборка — 15-20

%, электрический монтаж — 40-60 %, наладка — 20-25 %.

Следовательно, основными конструктивно-технологическими задачами

производства РЭА являются: разработка ИС на уровне ячееки сборочных

единиц и совершенствование технологии их изготовления,повышение плот-

ности компоновки навесных элементов на ПП и плотностипечатного монта-

жа; совершенствование методов электрических соединениймодулей 1, 2 и

3, 4 уровней, развитие автоматизированных иавтоматических методов,

средств наладки и регулировки аппаратуры сложных РТС, создание гибких

производственных производств (ГАП).

В технологии производства РЭА используются процессы,свойственные

машино- и приборостроению: литье, холодная штамповка,механическая об-

работка, гальванические и лакокрасочные покрытия.

1.3. Структура производства РЭА, особенности

иерархических уровней производства РЭА, ихроль

и место в производстве РЭА

1.3.1. Организационная структура»типового" предприятия

В соответствии с Законом «О предприятии ипредпринимательской де-

ятельности» определено только, что на предприятиидолжен быть директор

и главный бухгалтер, а остальная организационнаяструктура предприятия

является его внутренним делом и не регламентируется. Однако, это не

освобождает руководство предприятия от ответственности за выполнение

всех традиционных функций: охрану труда, техникубезопасности, выпуск

- 8 -

продукции заданного качества и т.д. Поэтому большинство предприятий

имеют приблизительно одинаковую структуру управления,хотя и со специ-

фическими особенностями, определяемыми технологией и объемом произ-

водства, родом деятельности, местоположением и т.д…Типовую структуру

производства РЭА, как и любого другого производствамашино- и прибо-

ростроения, можно представить в виде рис. 1.

Приведенная структура предприятия естественно неявляется полной

и исчерпывающей. В ней не представленыжилищно-коммунальные службы

(жилые дома, общежития, стадионы, дома культуры,библиотеки, медпункты

или поликлиники, детские сады и ясли, столовые, столызаказов и т.д.),

характерные для многих предприятий РФ. Кроме того, могутбыть выделе-

ны в самостоятельные подразделения склады сырьевыхматериалов, комплек-

тующих изделий, оснастки и инструмента, измерительныхприборов, гото-

вой продукции; цеха по изготовлению тары и упаковкепродукции; магази-

ны и т.д. Предприятия могут иметь свои учебные заведения(школы, ПТУ,

филиалы ВУЗов и техникумов).

Далее мы остановимся подробнее на некоторых изпредставленных на

схеме подразделений.

1.3.2. Задачи производственных подразделений

Структура и количество производственныхподразделений на предпри-

ятии целиком определяются количеством, номенклатуройи технологией

производства выпускаемых изделий. Для предприятий, выпускающих РЭА,

принято деление цехов на заготовительные, механообработкии сборочные.

Как уже отмечалось могут быть еще тарные и упаковочные. При больших

объемах производства цеха могут объединяться впроизводственные комп-

лексы и (или) делиться на участки, бригады.Производственные подразде-

ления могут работать в односменном и многосменном режиме, существуют

непрерывные производства.

В любом случае за каждым производственнымподразделением закреп-

ляется определенная номенклатура продукции (заготовок, полуфабрикатов

и т.д.) и определенный набор технологическихопераций, которые оно

должно выполнять в соответствии с принятой напредприятии технологией

производства. Поэтому основной задачей каждогопроизводственного под-

разделения является выпуск продукции заданного качества взаданных ко-

личествах.

Для выполнения этой главной задачи требуется выполнение целого

комплекса задач, таких как:

1. Поддержание трудовой и производственнойдисциплины.

2. Поддержание в рабочем состоянии технологическогооборудования,

средств измерений и систем автоматизации.

3. Выполнение правил техники безопасности и охранытруда, проти-

вопожарных мероприятий, радиационной и химическойзащиты, и т.д.

4. Обучение производственного персоналатехнологическим правилам

и приемам.

5. Своевременная замена пришедшего в непригодностьинструмента,

оснастки, технологического оборудования, средствизмерений и автомати-

зации.

Для того, чтобы производство имело перспективу впроизводственных

подразделениях должно постоянно происходить обновлениетехнологическо-

го оборудования, систем автоматизаций и средствизмерений, а, значит,

необходимо все это осваивать. Необходимо повышатьквалификацию персо-

нала и качество его работы, чтобы осваивать новые видыпродукции, по-

вышать ее качество, сокращать затраты топлива, энергии, сырья на ее

производство.

1.3.3. Организация технологической службы напроизводстве.

— 9 -

┌───────────────┐

│Директорзавода│

└───────┬───────┘

│

┌──────────────────┬─────────────────┬──────┴──────────┬────────────────────────┐

│ │ │ │ │

┌───────┴───────┐┌────────┴───────┐┌───────┴───────┐┌───────┴──────┐┌───────────────┴────────────────┐

│Главный инженер│ │Зам. директора ││Зам. директора │ │Главный │ │Зам.директора по общим вопросам│

└┬──────────────┘│по экономике │ │по качеству │ │бухгалтер │ └┬───────────────────────────────┘

│ ┌─────────────┐└┬───────────────┘└┬──────────────┘└┬─────────────┘ │ ┌─────────────────────────────┐

├─┤производствен│ │ ┌─────────────┐ │ ┌────────────┐ │ ┌───────────┐ ├─┤отдел кадров │

│ │но-техничес- │ ├─┤планово-эконо│ ├─┤отдел техни-│ ├─┤бухгалтерия│ │ └─────────────────────────────┘

│ │кий отдел │ │ │мическийот- │ │ │ческого конт│ │ └───────────┘ │ ┌─────────────────────────────┐

│ └─────────────┘│ │дел │ │ │роля │ │┌───────────┐ ├─┤общий отдел │

│ ┌─────────────┐│ └─────────────┘ │ └────────────┘ └─┤касса │ │ └─────────────────────────────┘

├─┤отдел главно-│ │ ┌─────────────┐ │ ┌────────────┐ └───────────┘ │ ┌─────────────────────────────┐

│ │го технолога │ ├─┤отделтруда и│ ├─┤центральная │ ├─┤спец.отдел │

│ └─────────────┘│ │зарплаты │ │ │лаборатория │ │└─────────────────────────────┘

│ ┌─────────────┐│ └─────────────┘ │ └────────────┘ │ ┌─────────────────────────────┐

├─┤отдел главно-│ │ ┌─────────────┐ │ ┌────────────┐ ├─┤штаб гражданской обороны │

│ │го энергетика│ ├─┤отделмате- │ ├─┤служба управ│ │└─────────────────────────────┘

│ └─────────────┘│ │риально-техни│ │ │ления качест│ │ ┌─────────────────────────────┐

│ ┌─────────────┐│ │ческого снаб-│ │ │вом │ ├─┤отдел охраны труда и техники │

├─┤отдел главно-│ │ │жения │ │ └────────────┘ │ │безопасности │

│ │го механика │ │ └─────────────┘ │ ┌────────────┐ │ └─────────────────────────────┘

│ └─────────────┘│ ┌─────────────┐ ├─┤служба стан-│ │ ┌─────────────────────────────┐

│ ┌─────────────┐├─┤отдел сбыта │ │ │дартизации │ ├─┤отдел капитального строи- │

├─┤отдел главно-│ │ └─────────────┘ │ └────────────┘ │ │тельства │

│ │го конструк- │ │ ┌─────────────┐ │ ┌────────────┐ │ └─────────────────────────────┘

│ │тора │ └─┤коммерческий│ └─┤отдел главно│ │ ┌─────────────────────────────┐

│ └─────────────┘ │отдел │ │го метролога│ ├─┤ремонтно-строительныйучасток│

│ ┌─────────────┐ └─────────────┘ └────────────┘ │ └─────────────────────────────┘

├─┤отдел КИП и А│ Рис. 1.Структура управления «типовым» предприятием │ ┌─────────────────────────────┐

│ └─────────────┘ ├─┤транспортный участок │

│ ┌─────────────┐ │ └─────────────────────────────┘

└─┤производствен│ │ ┌─────────────────────────────┐

│ные цеха │ └─┤подсобное хозяйство │

└─────────────┘ └─────────────────────────────┘

— 10 -

Основные обязанности технологов в различныхтехнологических

службах.

Схему разработки и постановки на производство новыхвидов продук-

ции можно представить в следующем виде (рис. 2):

──────────────────────────────────────────────────────────────────────

┌─────┐ ┌────────────────────────────┐ ┌─────────────────┐

│ │ │ │ │ КБ по разработке│

│ НИИ ├─────┤ КБ (по разработке изделия)├───┤ТП и оснастки │

└─────┘ └────────────────────────────┘ └───────────┬─────┘

┌───────────────────────────────────────────────────┐ ┌──┴───┐

│ технологическая служба цеха в составетехбюро │ │ │

│ и технологовучастков ├──┤ ОГТ │

└───────────────────────────────────────────────────┘ └──────┘

Рис. 2. Схема разработки продукции.

Задача технологов, работающих в НИИ, заключается вразработке но-

вых материалов, изделий, основных принципов новыхтехнологических про-

цессов, разработке типовых технологических регламентов производства

продукции, разработке предложений по повышениюкачества выпускаемой

продукции и существующих технологических процессов. Здесь требуется

знание современных тенденций развития науки и техники, математических

методов моделирования, состояния отечественного изарубежного произ-

водства. Разработка по новому изделию илитехнологическому процессу на

уровне НИИ заканчивается выдачей технического задания длясоответству-

ющего КБ. Далее, в процессе работы над изделием илитехпроцессом, тех-

нологи НИИ постоянно работают с технологами КБ (болееподробно вопросы

разработки будут рассмотрены ниже).

Технологи КБ должны знать основы экономики данногопроизводства и

ценообразования изделия для того, чтобыразрабатываемый технологи-

ческий процесс позволял выпускать продукцию более низкой себестои-

мости, чем аналоги.

Разработанная технологическая документация из КБ поступает в

службу главного технолога, где проводится экспертизаразработанного

проекта на предмет возможности запуска в производство. Отдел главного

технолога совместно с другими службами заводаразрабатывает мероприя-

тия по запуску изделия в производство или постановкенового технологи-

ческого процесса. Эти мероприятия называютсятехнологической подготов-

кой производства (ТПП). Для действующих технологических процессов и

выпускаемой номенклатуры производства в службе главноготехнолога хра-

нится вся нормативно-справочная информация об изделиях и процессах

(типовой и заводской технологические регламентыпроизводства, нормати-

вы на материалы и комплектующие изделия, картотекаприменяемости вы-

пускаемых изделий, картотека заменяемости материалов икомплектующих

изделий, нормативы трудоемкости изготовления изделия,маршрутные карты

и остальная технологическая документация по ТПП).

Цеховые технологи в техбюро занимаются вопросамиразработки нор-

мативов на изготовление изделий (материальных итрудовых), разрабаты-

вают предложения по усовершенствованию существующихтехнологических

процессов, решают вопросы замены материалов и комплектующих изделий

(по согласованию с ОГТ), вносят соответствующие измененияв существую-

щую технологическую документацию. Технологи техбюродолжны уметь расс-

читать загрузку технологического оборудования,потребность в недостаю-

щих станках и механизмах при изменении объема выпуска илиноменклатуры

продукции, составить заявку на приобретение недостающегооборудования

или составить ТЗ на разработку нестандартногооборудования или оснаст-

ки. Они должны уметь планировать установку оборудованиятаким образом,

чтобы свести к минимуму пути перемещения заготовок. Основной их зада-

— 11 -

чей является поддержание заданных технологических режимовпроизводства

и ликвидация их нарушений, анализ причин появления бракана закреплен-

ном за ними участке производства.

В связи с требованиями экологии технологунеобходимо знать нали-

чие и мощность источников выделения вредных веществ или излучений в

окружающую среду, технологические приемы ихпредупреждения или умень-

шения, опасность, представляемую ими, наличие итехнические характе-

ристики очистных устройств для очистки и регенерациипромышленных сто-

ков и вредных выбросов в атмосферу, наличие итехнические характерис-

тики защитных устройств.

Технологи участков в основном занимаютсяконтролем хода произ-

водственного процесса с точки зрения его качества (выясняют причины

брака и принимают меры по его ликвидации илидоработке, или готовят

предложения по его ликвидации, если для этого требуютсяусилия других

участков цеха или других цехов) и количествавыпускаемой продукции.

Решают вопросы обеспечения материалами и комплектующими изделиями и

оценивают их качество. На участках испытания технологипроводят испы-

тания и тренировку на тренировочных или испытательныхстендах выпущен-

ных приборов или узлов и измеряют параметры изделия насоответствие

техдокументации и требованиям ГОСТ или ТУ, проводят анализ видов и

причин брака. Все технологи цеха принимают участие виспытаниях специ-

альной оснастки и оборудования, проводят инструктаж иобучение рабо-

чих, выполняющих технологические операции, оказываютпомощь в наладке

оборудования и оснастки.

Все технологи, принимающие участие в разработке и эксплуатации

технологических процессов должны знать процессы, свойственные произ-

водству РЭА.

1.3.4. Задачи экономических и коммерческихподразделений

В сегодняшних условиях на экономические икоммерческие подразде-

ления ложится тяжелая и сложная задача материальногои финансового

обеспечения деятельности предприятия.

Поэтому задачами экономических и коммерческихподразделений явля-

ются:

1. Поиск клиентов;

2. Заключение договоров на поставку продукции;

3. Получение с клиентов оплаты за поставленнуюпродукцию;

4. Заключение договоров на поставку сырья,комплектующих изделий,

топлива и энергии, инструментов, приборов,технологического и другого

оборудования;

5. Оплата поставщикам;

6. Планирование деятельности производственныхподразделений;

7. Оплата труда сотрудников предприятия;

8. Расчеты с государством и местными органамиуправления (оплата

налогов, обязательных отчислений и т.д.);

9. Ведение финансовой документации предприятия.

1.3.5. Задачи вспомогательных служб иподразделений

Как следует из названия основной задачей этихподразделений явля-

ется помощь производственным подразделениям в выполненииих функций. В

связи с разнообразием условий, в которых работаютразличные предприя-

тия, перечень функций вспомогательных подразделенийможет существенно

различаться, однако ряд задач присутствует на большинствепредприятий.

Среди них основными являются:

1. Обеспечение предприятия кадрами сотрудников;

2. Ведение учета входящей и исходящейкорреспонденции, получение

— 12 -

и отправка ее;

3. Ведение учета и хранение подлинников приказов ираспоряжений;

4. Охрана государственной и коммерческой тайны;

5. Охрана труда и контроль за соблюдением правилтехники безопас-

ности;

6. Подготовка предприятия к работе в особых условиях(война, по-

жар, радиоактивное и химическое загрязнение);

7. Ремонт и строительство производственных иадминистративных по-

мещений;

8. Обеспечение служебных перевозок.

1.4. Система обеспечения качества продукции

В систему обеспечения качества продукции входитнесколько направ-

лений работы, которые в большей или меньшей степени выполняются на

каждом предприятии. Среди них основными являются:создание нормативной

базы; метрологическое обеспечение производства; контрольхода техноло-

гического процесса и качества выпускаемой продукции; создание системы

обеспечения качества на предприятии. Рассмотрим ихпоследовательно.

1.4.1. Система стандартизации

В соответствии с законом РФ «Остандартизации»: стандартизация -

это деятельность по установлению норм, правил и характеристик(далее -

требований) в целях обеспечения:

— безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды,

жизни, здоровья и имущества людей;

— технической и информационной совместимости, атакже взаимозаме-

няемости продукции;

— качества продукции, работ и услуг в соответствии суровнем раз-

вития науки, техники и технологии;

— единства измерений;

— экономии всех видов ресурсов;

— безопасности хозяйственных объектов с учетомриска возникнове-

ния природных и техногенных катастроф и другихчрезвычайных ситуаций;

— обороноспособности и мобилизационной готовностистраны.

Назначением государственной системы стандартизацииявляется уста-

новление взаимосвязанных правил и положений по порядкуразработки всех

видов изделий, документации, технологических процессов исистем управ-

ления.

Стандарты бывают международные, национальные, отраслевые, науч-

но-технических и инженерных обществ, предприятия.

Существуют следующие виды стандартов:

— организационно-методические;

— термины и определения;

— номенклатура продукции или показателей качества;

— технические условия;

— общие технические условия;

— технические требования;

— общие технические требования;

— методы испытаний;

— правила приемки;

— правила хранения;

— правила транспортирования;

— правила упаковки;

— маркировка;

— эксплуатация и ремонт;

— и др.

— 13 -

Обозначения национальных стандартов в РФ: ГОСТ РАБ.ВГДЕЖ-ЗИ, где

Р — обозначает стандарт РФ (может отсутствовать, если этостандарт СНГ

или СССР, это можно уточнить только по году утверждения:до 1992 г. -

СССР); АБ — обозначение комплекса стандартов, к которому относится

стандарт (один-два знака), иногда может отсутствовать;ВГДЕЖ — регист-

рационный номер стандарта в комплексе стандартов или в классификаторе

стандартов (от одной до пяти цифр); ЗИ — последние двецифры года пос-

леднего утверждения стандарта. После года утвержденияможет стоять

символ «А», если этот стандарт используетсятолько в атомной энергети-

ке. Например, ГОСТ 3.1403-82 обозначает, что этотстандарт СССР отно-

сится к комплексу стандартов ЕСТД (единая систематехнологической до-

кументации), 1403 — порядковый номер в комплексестандартов ЕСТД, 82 -

год последнего утверждения стандарта 1982 г.

В случае применения международного стандарта вкачестве государс-

твенного стандарта РФ его обозначение строится по следующей схеме:

ГОСТ Р АБВ ГДЕЖЗ-ИК, где: АБВ — сокращенное названиемеждународной ор-

ганизации, которой принадлежит стандарт, в русскойтранскрипции; ГДЕЖЗ

— номер стандарта по классификатору международнойорганизации, которой

он принадлежит; ИК — последние две цифры года егоутверждения в ка-

честве государственного стандарта РФ. Например,государственный стан-

дарт РФ, оформленный на основе перевода стандарта ISO9591:1992, имеет

обозначение ГОСТ Р ИСО 9591-93.

Некоторые примеры комплексов стандартов:

ГОСТ 1.хххх-хх — государственная система стандартизации (ГСС);

ГОСТ 2.хххх-хх - единая система конструкторской документации

(ЕСКД);

ГОСТ 3.хххх-хх - единая система технологической документации

(ЕСТД);

ГОСТ 6.хххх-хх — унифицированная система плановой документации;

ГОСТ 8.хххх-хх — государственная система обеспеченияединства из-

мерений (ГСИ);

ГОСТ 12.хххх-хх — система стандартов безопасноститруда (ССБТ);

ГОСТ 14.хххх-хх — единая система технологическойподготовки про-

изводства (ЕСТПП);

ГОСТ 21.хххх-хх — унифицированная система проектнойдокументации;

ГОСТ 24.хххх.х-хх — единая система стандартов АСУ;

ГОСТ 40.хххх-хх — системы обеспечения качества.

В качестве примера назначения комплекса стандартов рассмотрим

ЕСТД. В соответствии с ГОСТ 3.001-81 «ЕСТД. Общиеположения» ЕСТД -

комплекс государственных стандартов и руководящихнормативных докумен-

тов, устанавливающих взаимосвязанные правила иположения по порядку

разработки, комплектации, оформления и обращения технологическойдоку-

ментации, применяемой при изготовлении и ремонте изделий (включая

контроль, испытания и перемещения). Назначением ЕСТДявляется:

1. Обеспечение применения различных методов исредств проектиро-

вания, обработки информации и различных технологическихдокументов;

2. Обеспечение оптимальных условий при передаче технологической

документации;

3. Применение унифицированных бланковтехнологических документов;

4. Применение единых правил оформлениятехнологических документов

в зависимости от типа и характера производства, составаи вида разра-

ботанных технологических процессов, применяемых способових описания;

5. Создание необходимых условий для разработкипрогрессивных ти-

повых и групповых технологических процессов;

6. Создание информационной базы для АСУП и САПР;

7. Создание предпосылок по снижению трудоемкостимонтажно-техно-

логических работ в сфере технологической подготовки иуправления про-

изводством;

— 14 -

8. Обеспечение взаимосвязи с комплексами стандартовЕСКД и ЕСТПП.

В качестве пояснения, что такое группы стандартов,рассмотрим их

на примере ЕСТД:

0 — общие положения;

1 — основные стандарты;

2 — классификация и обозначения технологическихдокументов;

3 - учет применения деталей и сборочных единицв изделиях и

средствах технологической оснастки;

4 - основное производство, формы технологическихдокументов и

правила их оформления на процессы, специализированные повидам работ;

5 - основное производство, формы технологическихдокументов и

правила их оформления на испытания и контроль;

6 — вспомогательное производство, формытехнологических докумен-

тов и правила их оформления;

7 — правила заполнения технологических документов;

9 — информационная база.

В качестве примера содержания стандарта рассмотрим содержание

стандарта вида технические требования. Он включает всебя:

— область применения;

— технические требования к продукции;

— обозначение продукции;

— правила упаковки и маркировки;

— правила хранения и транспортирования;

— правила приемки;

— методы испытаний;

— гарантийные обязательства;

— используемые термины;

— перечень нормативных документов, на которые даныссылки в дан-

ном стандарте;

— приложения.

В РФ национальным органом по стандартизацииявляется Госстандарт

РФ. Он утверждает организационно-методические стандартыи большинство

остальных, координирует и организует деятельность постандартизации в

стране, представляет РФ в международных организациях постандартиза-

ции. Кроме него стандарты могут утверждать:

— Минстрой РФ — стандарты в области строительства и строительных

материалов;

— Минприроды РФ — стандарты в области охраныокружающей среды.

Разработка национальных стандартов в РФ можетпроводиться специа-

лизированными институтами Госстандарта РФ, Минстроя РФ,Минприроды РФ,

головными и базовыми организациями по стандартизации по отраслям на-

родного хозяйства. В любом случае разработка стандартавключает в се-

бя:

— разработку ТЗ на стандарт;

— согласование ТЗ с головным органомгосударственного управления;

— разработка первой редакции стандарта;

— согласование первой редакции с заинтересованнымиорганизациями

по утвержденному списку;

— сбор отзывов потребителей и изготовителейпродукции и заинтере-

сованных организаций;

— разработка второй редакции стандарта с учетомзамечаний и пред-

ложений заинтересованных организаций;

— утверждение стандарта;

— внедрение стандарта в заинтересованныхорганизациях.

Отраслевые стандарты разрабатываются и утверждаютсясоответствую-

щими министерствами и ведомствами и регламентируют те жевопросы, что

и государственные стандарты, однако являютсяобязательными только для

предприятий, подотчетных соответствующим ведомствам.Отраслевые стан-

— 15 -

дарты не могут нарушать требований государственныхстандартов, но мо-

гут их расширять и дополнять или ужесточать с учетомконкретной специ-

фики данной отрасли. Структура обозначения отраслевогостандарта: ОСТ

АБ.ВГДЕ-ЖЗ, где АБ — код министерства или ведомства, утвердившего

стандарт; ВГДЕ - номер стандарта в системе данноговедомства (может

содержать любую структуру и количество знаков, принятуюв данном ве-

домстве); ЖЗ — две последние цифры года последнегоутверждения стан-

дарта. Примеры кодов министерств и ведомств:

4 — радиопромышленность;

11 — электронная промышленность;

21 — промышленность строительных материалов;

50 — Госстандарт РФ.

Стандарты научно-технических и инженерных обществразрабатываются

и утверждаются соответствующими обществами длявнутреннего применения,

они не могут нарушать требований государственныхстандартов, но могут

их дополнять или ужесточать. Структура обозначений стандартов науч-

но-технических и инженерных обществ аналогичнаобозначению отраслевого

стандарта, только вместо ОСТ используется аббревиатура СТО, а вместо

кода ведомства используется аббревиатура данногонаучно-технического

или инженерного общества.

Стандарты предприятия разрабатываются и утверждаютсясоответству-

ющим предприятием для своих нужд. Они могутрегламентировать любые

стороны жизнедеятельности предприятия, являютсяобязательными для всех

его подразделений. Стандарты предприятия не могутпротиворечить отрас-

левым или государственным стандартам, однако могут ихдополнять, уточ-

нять, ужесточать с учетом конкретной спецификидеятельности данного

предприятия. Структура обозначения стандарта предприятия аналогична

ГОСТ с заменой аббревиатуры ГОСТ Р на СТП.

Кроме стандартов в качестве нормативно-технических документов

(НТД) могут использоваться:

— руководящие документы (РД) министерств и ведомств,структура их

обозначения и статус аналогичен отраслевому стандарту сзаменой букв

ОСТ на РД;

— методические указания (МУ), структура ихобозначения и статус

аналогичен отраслевому стандарту или стандарту предприятия в зависи-

мости от того, кто их утвердил с заменой букв ОСТ илиСТП на МУ;

— технические условия (ТУ) на продукцию или услуги, структура их

обозначения зависит от принадлежности предприятия исрока его сущест-

вования:

1. Если предприятие существует сравнительнодавно, входит или

входило в структуру какого-либо министерства или ведомства, то его

технические условия имеют обозначение: ТУАБ.ВГДЕЖЗИК.ЛМН-ОП, где АБ -

код министерства или ведомства, к которому принадлежит илипринадлежа-

ло данное предприятие (как у ОСТ); ВГДЕЖЗИК — кодпредприятия по Обще-

российскому Классификатору Предприятий и Организаций(ОКПО); ЛМН — ре-

гистрационный номер ТУ по классификатору данногопредприятия; ОП — две

последние цифры года утверждения ТУ.

2. Если предприятие существует недавно, сразувозникло как неза-

висимое, то его технические условия имеют обозначение: ТУ

АБВГ.ДЕЖ.ЗИКЛМНОП-РС, где: АБВГ — группа продукции поОбщероссийскому

классификатору продукции (ОКП); ДЕЖ - регистрационный номер ТУ по

классификатору данного предприятия; ЗИКЛМНОП — кодпредприятия по ОК-

ПО; РС — две последние цифры года утверждения ТУ.

— другие (методики измерений, инструкции по поверкеи т.д.).

1.4.2. Общие представления о международнойстандартизации,

опыт развитых стран

— 16 -

В мире действует более 20 международных организацийпо стандарти-

зации, построенных по отраслевому или региональномупринципу. Каждая

из них имеет свои особенности. Рассмотрим тольконаиболее известные и

крупные из них.

Наиболее известной и крупной международнойорганизацией по стан-

дартизации является ISO, в нее входит более 170 стран.Эта организация

разрабатывает международные стандарты всех возможныхвидов: организа-

ционно-методические, технические требования, методыиспытаний и т.д.

Организационно ISO состоит из секретариата и техническихкомитетов по

направлениям деятельности, которые в свою очередьделятся на подкоми-

теты и рабочие группы по конкретным вопросам, связаннымс разработкой

стандартов. Каждый технический комитет ведет одна изстран-членов ISO,

хотя в его работе участвуют представители всехзаинтересованных стран.

Разработка стандартов ISO обычно происходит следующим образом:

выбирается за основу действующий национальный стандарт одной из

стран-лидеров в данной области и, в качестве первойредакции стандарта

ISO, переводится на английский, французский, немецкий ирусский языки

и рассылается для ознакомления и сбора отзывов всемчленам техническо-

го комитета по данному направлению. Затем на основанииотзывов разра-

батывается вторая редакция и процесс повторяется. Послеэтого собира-

ется заседание технического комитета, на котором обсуждаютсяразногла-

сия и вырабатывается единая редакция документа, которая утверждается

на основе консенсуса. Обозначения стандартов ISOаналогичны ГОСТ,

только год утверждения отделяется двоеточием, а не тире ипишется пол-

ностью. Следует помнить, что стандарты ISO носятрекомендательный ха-

рактер, хотя часто применяются в международныхконтрактах в качестве

обязательных.

Кроме ISO существует ряд региональных организаций постандартиза-

ции. Наиболее влиятельной из них является SEN — организацияпо стан-

дартизации стран европейского общего рынка. Членами SENявляются все

страны-члены европейского союза (15 стран) плюс 4присоединившихся к

ним европейских страны. В SEN принимают только промышленно развитые

страны с высоким уровнем качества продукции. США,России, Японии было

отказано в приеме при создании организации. Организационная структура

и порядок разработки стандартов в SEN тот же, что вISO. Выполнение

требований стандартов SEN обязательно для всех стран-участников. Ос-

новное назначение стандартов SEN — заменитьнациональные стандарты

стран-участников по мере интеграции их в европейском союзе, поэтому

они утверждаются на основе консенсуса. Это приводит кдлительной про-

цедуре их согласования, поэтому часто в международнойпрактике исполь-

зуются в качестве нормативно-технических документовпроекты стандартов

SEN. Обозначения стандартов SEN аналогичны ISO.

В мире существует несколько международныхорганизаций по стандар-

тизации, построенных по отраслевому принципу. Наибольшую известность

из них имеет МЭК, которая курирует все вопросы, связанные с электри-

ческой и электронной техникой. Организационнаяструктура и принципы

деятельности ее аналогичны ISO, часто они работаютсовместно и выпус-

кают единые документы, неоднократно делались попытки ихслить в одну

организацию. Обозначения стандартов МЭК аналогичны ГОСТ, в случае вы-

пуска совместного стандарта с ISO он имеет обозначениеISO/IEC.

Существует ряд организаций ООН по вопросам стандартизации.Напри-

мер, EC UNO, которая курирует вопросы безопасностиназемного транспор-

та и ее правила являются практически обязательными длявсех стран-чле-

нов ООН, поскольку включены в международную правовуюсистему.

Нужно помнить, что кроме официально признанных международных

стандартов, существуют национальные стандарты развитыхстран, которые

фактически используются в качестве международных. Например, шведский

стандарт MPR II используется к качестве международногостандарта, рег-

- 17 -

ламентирующего требования к мониторам для ПК.

Организация работ по стандартизации в большинстве стран мира

построена по похожим схемам. Разница обычно заключается в степени

централизации разработки стандартов и уровне участияв ней коммер-

ческих и общественных организаций. Следует отметить, чтов большинстве

стран мира требования к продукции регламентируются не дляпроизводимой

продукции, а для потребляемой на территории даннойстраны. В условиях

рыночной экономики стандарт является орудием конкурентнойборьбы, поэ-

тому участие в его разработке является оружием противвозможных конку-

рентов: высокие требования отсекают слабых конкурентов,а низкие тре-

бования привлекают новых поставщиков.

В США нет единого правительственного органа, занимающегося стан-

дартизацией, а существует несколько федеральныхинститутов, занимаю-

щихся стандартизацией в определенных областяхдеятельности. Например,

ASTM — стандарты в области строительства, строительныхматериалов. Ак-

тивное участие в разработке стандартов принимаютобщественные органи-

зации. Например, многие стандарты на товары народногопотребления раз-

работаны обществом потребителей. Коммерческиеорганизации обычно при-

нимают участие в разработке стандартов на этапе ихсогласования и, до-

вольно часто, финансируют разработку стандартов на своюпродукцию.

В ФРГ организация работ по стандартизации во многом похожа на

США, только меньше влияние общественных организаций исильнее чувству-

ется влияние мощных концернов на повышение требований ккачеству про-

дукции, чтобы уменьшить поставки дешевых товаров издругих стран.

Во Франции централизованная система работ постандартизации и NBS

полностью контролирует и координирует все работы в этойобласти. Ком-

мерческие и общественные организации могут участвовать в этой работе

только на этапе обсуждения и согласования стандарта.

1.4.3. Задачи службы стандартизации напредприятии

Служба стандартизации на предприятии можетвыполнять следующие

функции:

— головной организации по стандартизации своейотрасли;

— базовой организации по стандартизации своейподотрасли;

— службы стандартизации своего предприятия.

Необходимо отметить, что все эти функции или любое ихсочетание могут

быть возложены на одну службу. В зависимости от выполняемых функций

различаются задачи службы стандартизации.

Основной задачей головной организации постандартизации в отрасли

является координация работ по стандартизации с директивнымиорганами,

Госстандартом, Минстроем, Минприроды и организациямисвоей отрасли.

Основными задачами базовой организации по стандартизации явля-

ются:

— разработка проектов стандартов на продукцию иметоды ее испыта-

ний для своей подотрасли;

— согласование проектов стандартов смежных отраслей;

— экспертиза и согласование проектов ТУ, разработанных предприя-

тиями, на продукцию, закрепленную за базовойорганизацией.

Основными задачами службы стандартизации предприятияявляются:

— ведение (хранение и актуализация) фонданормативно-технической

документации по вопросам деятельности предприятия;

— разработка технических условий на продукцию,выпускаемую предп-

риятием;

— экспертиза и согласование проектов нормативно-техническихдоку-

ментов, поступающих на предприятие;

— разработка стандартов предприятия по внутреннимвопросам его

деятельности.

— 18 -

1.4.4. Метрологическое обеспечение производства изадачи

службы главного метролога на предприятии

В соответствии с законом РФ «Об обеспеченииединства измерений»

метрологическое обеспечение производства включает в себя все работы,

связанные с обеспечением единства и требуемой точностиизмерений в со-

ответствии с принятой на предприятии технологиейпроизводства и требо-

ваниями к качеству выпускаемой продукции.

Основными обязанностями метрологической службыявляются:

1. Обеспечение единства и требуемой точностиизмерений, повышение

уровня метрологического обеспечения предприятия.

2. Внедрение в практику работы предприятиясовременных методов и

средств измерений и испытаний, направленное на повышениеэффективности

производства, технического уровня и качества продукции.

3. Организация и проведение ремонта, метрологическойаттестации и

поверки средств измерений и испытаний, находящихся вэксплуатации на

предприятии.

4. Проведение метрологической экспертизы проектовнормативно-тех-

нической, технологической и конструкторской документации,разрабатыва-

емой на предприятии, а также другими организациямипо договорам с

предприятием для использования на данном предприятии.

5. Проведение работ по метрологическомуобеспечению подготовки

производства к выпуску новой продукции или освоению новых технологи-

ческих процессов.

6. Участие в аттестации испытательныхподразделений, в работе по

подготовке продукции к сертификации.

7. Осуществление метрологического надзора засостоянием и приме-

нением средств измерений и испытаний, за внедрением исоблюдением мет-

рологических правил, требований и норм, заметрологическим обеспечени-

ем производства в цехах, участках и отделах предприятия.

8. Определение оптимальной номенклатуры методик исредств измере-

ний и испытаний, соответствующей требованиямнормативно-технической,

технологической и конструкторской документации навыпускаемую продук-

цию и обеспечивающей повышение эффективности ибезопасности производс-

тва.

9. Метрологическая аттестация методик выполненияизмерений и ис-

пытаний, разрабатываемых на предприятии или по егозаказу другими ор-

ганизациями для применения на данном предприятии.

10. Метрологическая аттестация стандартных образцов предприятия

состава и свойств веществ и материалов, разрабатываемыхна предприятии

или по его заказу другими организациями для применения на данном

предприятии.

11. Метрологическая аттестация автоматизированныхсистем управле-

ния технологическими процессами иинформационно-измерительных систем,

применяемых в процессе производства или испытанийпродукции.

12. Разработка программ метрологической аттестациинестандартизо-

ванных средств измерений и испытаний, автоматизированныхсистем управ-

ления технологическими процессами, информационно-измерительныхсистем,

стандартных образцов состава и свойств веществ иматериалов, разрабо-

танных на предприятии или проверка их наличия исоответствия их предъ-

являемым требованиям при получении указанных техническихсредств от их

разработчика или изготовителя.

1.4.5. Контроль хода технологического процесса икачества

выпускаемой продукции и задачи ЦЗЛ и ОТК

В процессе производства необходимо контролироватьсоблюдение тех-

— 19 -

нологических режимов производства и качество выпускаемойпродукции, а

также поступающего на предприятие сырья, материалов,комплектующих из-

делий. Кроме того, необходимо контролировать качествополуфабрикатов,

получаемых в процессе производства. Поэтому системаконтроля обычно

состоит из трех звеньев: контроль на рабочих местах, лабораторный

контроль и контроль ОТК. Распределение обязанностейзависит от внут-

ренней структуры предприятия, принятой технологиипроизводства, приме-

няемых методов контроля. Обычно, деление происходит последующим прин-

ципам: все, что связано с другими предприятиями(входной контроль и

контроль качества выпускаемой продукции) — работа ОТК;простые нагляд-

ные методы контроля — на рабочих местах; сложные методыконтроля — ра-

бота ЦЗЛ. Конечно, это деление очень условно, но вконкретной ситуации

предприятия оно обычно выполняется.

Основными задачами ЦЗЛ являются:

1. Входной контроль физико-химических свойствпоступающих на за-

вод сырьевых материалов и комплектующих изделий;

2. Текущий и периодический контрольфизико-химических свойств об-

работанных сырьевых материалов, комплектующих изделий,полуфабрикатов

и готовой продукции;

3. Содействие внедрению в производство передовыхтехнологических

процессов и оборудования, обеспечивающих повышениекачества и снижение

себестоимости выпускаемой продукции;

4. Контроль физико-химических свойств продукции, выпускаемой на

предприятии, на соответствие требованиям стандартов,технических усло-

вий, договоров и контрактов на поставку продукции;

5. Внедрение современных средств и методовизмерений;

6. Участие в работе по созданию и внедрению новойтехники и тех-

нологии в производство.

Основными обязанностями ОТК являются:

1. Контроль качества выпускаемой продукции ипредотвращение пос-

тавки потребителям продукции, не соответствующейтребованиям стандар-

тов, технических условий и описаний, договоров, контрактов, проект-

но-конструкторской и технологической документации,утвержденным образ-

цам-эталонам, другой нормативно-техническойдокументации;

2. Входной контроль качества сырьевых материалов и комплектующих

изделий, поступающих на предприятие;

3. Укрепление производственной дисциплины иповышение ответствен-

ности всех звеньев производства за качество выпускаемойпродукции;

4. Анализ причин брака, эффективности системытехнического конт-

роля;

5. Внедрение прогрессивных методов контролякачества выпускаемой

продукции;

6. Надзор за осуществлением технологическогоконтроля в процессе

производства;

7. Совершенствование системы технического контроля на предприя-

тии;

8. Участие в разработке технологических регламентовпроизводства;

9. Участие в разработке технических условий иописаний на выпус-

каемую продукцию;

10. Участие в разработке договоров и контрактов напоставку про-

дукции;

11. Участие в разработке мероприятий по устранениюпричин брака;

12. Участие в разработке технических условий, договоров и конт-

рактов на приобретаемые сырьевые материалы, комплектующиеизделия;

13. Участие в согласовании проектов стандартов,технических усло-

вий, договоров и контрактов, разработанных другимиорганизациями;

14. Участие в испытаниях новых и модернизированныхобразцов про-

дукции;

— 20 -

15. Участие в подготовке к сертификации продукциипредприятия;

16. Назначает и проводит не предусмотренныетехнологическим рег-

ламентом выборочные проверки качества готовой продукции, сырьевых ма-

териалов, комплектующих изделий и полуфабрикатов,качества выполнения

отдельных технологических операций, качества упаковки ихранения сырь-

евых материалов, комплектующих изделий и готовойпродукции, а также

другие проверки, необходимые для обеспечения выпускапродукции в соот-

ветствии с установленными требованиями;

17. Контролирует выполнение работ по ликвидации забракованной

продукции;

18. Контролирует правильность упаковки, маркировки ихранения го-

товой продукции;

19. Контролирует правильность хранения сырьевых материалов и

комплектующих изделий;

20. Контролирует изолирование и неприменение впроизводстве бра-

кованных сырьевых материалов, комплектующих изделий иполуфабрикатов;

21. Контролирует осуществление мероприятий, направленных на сво-

евременное внедрение новых стандартов и техническихусловий и описа-

ний, договоров и контрактов на поставку продукции, изменений к дейс-

твующим стандартам и техническим условиям иописаниям, договорам и

контрактам на поставку продукции;

22. Контролирует качество ремонта технологическогооборудования;

23. Оформляет документы, удостоверяющие соответствие продукции

установленным требованиям;

24. Оформляет рекламации на негодные сырьевыематериалы и комп-

лектующие изделия, поступившие на предприятие;

25. Ведет учет претензий по качеству продукциипредприятия, выд-

вигаемых потребителями (как формально оформленных, таки неофициаль-

ных), и принятых по ним мер;

26. Разрабатывает предложения о повышениитребований к качеству

продукции предприятия, потребляемых сырьевых материалови комплектую-

щих изделий, системе технологического контроля, технологической дис-

циплине производства.

1.4.6. Системы обеспечения качествапродукции.

Международный и отечественный опыт

Жизненный цикл продукции включает в себя все работы,производимые

с ней от момента зарождения идеи ее создания до моментаее утилизации

или захоронения. Он включает в себя проведение НИР, ОКР,ТПП, изготов-

ление, монтаж, наладку, испытания, эксплуатацию, ремонт,периодические

проверки работоспособности, утилизацию или захоронение.

Качество продукции — свойство продукции отвечатьпредъявляемым к

ней требованиям.

Система обеспечения качества продукции — комплексорганизационно-

методических и нормативно-технических документов, регламентирующих

правила организации работ на всех или некоторых стадиях жизненного

цикла изделия в зависимости от того, какие стадиивыполняются на дан-

ном предприятии. В этот комплекс могут входитьгосударственные и от-

раслевые стандарты на продукцию и методы испытаний, технологические

регламенты производства, должностные инструкциисотрудников, организа-

ционно-методические стандарты предприятия. Главнаязадача этого комп-

лекса — определить порядок действий при проведении работи ответствен-

ность каждого сотрудника за его действия, ввестикритерии оценки ка-

чества труда сотрудников.

В настоящее время основополагающими стандартами вобласти созда-

ния и оценки систем обеспечения качества, принятыми вовсем мире, яв-

ляются стандарты серии ISO 9000 или их русский перевод ГОСТ 40. Эта

— 21 -

серия стандартов включает в себя основные положения,термины и опреде-

ления, а также основные требования к системам обеспечения качества,

охватывающим различные стадии жизненного циклапродукции. Основой для

разработки этой серии стандартов послужила система КСУКП, действовав-

шая в нашей стране в 70-80-е годы, поэтому для нашихспециалистов в

области обеспечения качества эти стандарты новостью неявляются.

Основные принципы этой серии стандартов:

— главную ответственность за качество несутвысшие должностные

лица предприятия;

— на предприятии должна быть четко определенапоследовательность

действий при проведении работ;

— должны быть четко определены требования ккаждому действию

(операции);

— должна быть четкая персональная ответственность за качество

каждого действия;

— система контроля должна охватывать весьтехнологический про-

цесс.

1.4.7. Сертификация продукции и системкачества.

Международный опыт и система сертификации ГОСТР

Сертификация - это процесс проверки соответствияпредъявляемым

требованиям. В зависимости от того, чтосертифицируется может быть

сертификация продукции, услуг, систем качества и т.д.

Сертификация продукции может проводиться:

— ее изготовителем — сертификация первой стороной;

— ее потребителем — сертификация второй стороной;

— независимым сертификационным центром - сертификация третьей

стороной.

В настоящее время при сертификации продукции широкоиспользуется

так называемая трехкатегорийная классификация показателейкачества:

1. Показатели качества, которые могут быть провереныпотребителем

непосредственно при получении продукции (внешний вид, работоспособ-

ность и т.д.);

2. Показатели качества, которые могут быть проверены«нормальным»

потребителем в условиях нормальной эксплуатации(показатели надежнос-

ти, качества работы и т.д.);

3. Показатели качества, которые могут бытьпроверены только в

специальных условиях или с помощью специальнойаппаратуры (надежность

в экстремальных условиях, экологическая безопасность ит.д.).

В соответствии с этим делением показателей качества существуют

обязательная и добровольная сертификация. Обязательнаясертификация -

сертификация продукции, проводимая по решению директивныхорганов, без

которой реализация продукции запрещена. Обязательнаясертификация в

большинстве стран (в том числе в нашей) включает в себя сертификацию

по показателям качества, характеризующим безопасностьприменения дан-

ной продукции, ее экологическую безвредность.Обязательная сертифика-

ция проводится специально уполномоченными на это(аккредитованными)

сертификационными центрами.

Добровольная сертификация проводится по желаниюфирмы изготовите-

ля или потребителя продукции по любым показателям качества,интересую-

щим эти фирмы, сертификационным центром, которому онидоверяют. Напри-

мер, самый известный в мире сертификационный центр — «Ллойд регистр»

никем не аккредитован, а его сертификаты в областисудостроения приз-

наются всеми страховыми компаниями мира.

Сертификация продукции может проводиться понескольким схемам:

1. Сертификация партии продукции — проверяется всоответствии с

нормативно-техническим документом партия продукции иименно на нее вы-

- 22 -

дается сертификат.

2. Сертификация продукции с проверкой (аттестацией, сертификаци-

ей) производства — проверяется в соответствии снормативно-техническим

документом выпускаемая продукция, проверяетсяпроизводство (технологи-

ческое оборудование, технологическая иорганизационно-распорядительная

документация, система контроля качества), выдаетсясертификат на дан-

ную продукцию на срок от 1 до 3 лет, периодическисертификационным

центром проводятся проверки качества выпускаемой продукциии состояния

производства.

3. Сертификация продукции с сертификацией системы качества на

предприятии — проверяется система качества, действующаяна предприя-

тии, производство и выпускаемая продукция, выдаетсясертификат на сис-

тему качества и всю продукцию предприятия на срок от 1 до3 лет, пери-

одически сертификационным центром проводятся проверкикачества выпус-

каемой продукции и действия системы качества.

1.5. Типы производств и технологическихпроцессов.

Состав типового технологического процессаРЭА.

Производственный процесс — совокупность всехдействий людей, ору-

дий производства, необходимых на данном предприятии дляизготовления

или ремонта выпускаемых изделий РЭА, т.е. изготовление,сборка, конт-

роль качества, хранение и перемещение деталей, полуфабрикатов и сбо-

рочных единиц на всех стадиях изготовления; организация снабжения и

обслуживания рабочих мест, участков и цехов, управлениевсеми звеньями

производства, а также комплекс мероприятий потехнологической подго-

товке производства.

Технологический процесс (ГОСТ 3.1109) - часть производственного

процесса, содержащая целенаправленные действия поизменению и (или)

определению состояния предмета труда. Технологическиепроцессы строят

по основным методам их выполнения (процессы литья,механической и тер-

мической обработки, покрытий, сборки, монтажа и контроляРЭА) и разде-

ляют на операции.

Технологическая операция (ГОСТ 3.1109. Термины иопределения. Ос-

новные понятия) — законченная часть технологическогопроцесса, выпол-

няемая непрерывно на одном рабочем месте (над одним или несколькими

одновременно изготовляемыми или собираемыми изделиямиодним или нес-

колькими рабочими). Технологическая операция являетсяосновной едини-

цей производственного планирования и учета. На основеопераций оцени-

вается трудоемкость изготовления изделий иустанавливаются нормы вре-

мени и расценки, определяется требуемое количестворабочих, оборудова-

ния, приспособлений и инструментов, себестоимостьизготовления (сбор-

ки); ведется календарное планирование и осуществляетсяконтроль ка-

чества и сроков выполнения работ.

В условиях автоматизированного производства подоперацией следует

понимать законченную часть технологического процесса,выполняемую неп-

рерывно на автоматической линии, которая состоит изнескольких единиц

технологического оборудования, связанных автоматическидействующими

транспортно-загрузочными устройствами.

Кроме технологических операций в технологическийпроцесс входят

ряд необходимых вспомогательных операций (транспортных, контрольных,

маркировочных и т.п.).

Операция, в свою очередь состоит изтехнологических переходов,

установов, позиций (ГОСТ 3.1109). Технологическийпереход — закончен-

ная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же

средствами технологического оснащения при постоянном технологическом

режиме и установке. Установ — часть технологическойоперации, выполня-

емая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовкиили собирае-

— 23 -

мой сборочной единицы. Позиция — фиксированноеположение, занимаемое

неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сбо-

рочной единицей совместно с приспособлением относительноинструмента.

Тип производственного процесса обусловлен типомпроизводства. Тип

производства характеризуется коэффициентом закрепленияопераций за од-

ним рабочим местом К=О/Р (1), где О — количестворазличных операций,

выполняемых на данном производстве; Р — количестворабочих мест для

выполнения различных операций на данном производстве.Значение коэффи-

циента К (коэффициент серийности) принимается дляпланового периода (1

месяц) следующих типов производств:

— массового К=1;

— крупносерийного 1<К<10;

— среднесерийного 10<К<20;

— мелкосерийного 20<К<40;

— К единичного производства не регламентируется иопределяется

специализацией рабочих мест или загруженностью рабочих мест одной и

той же работой.

Массовое производство характеризуется узкойспециализацией рабо-

чих мест, за каждым из которых закреплено выполнениетолько одной опе-

рации. При массовом производстве изготовление одних итех же изделий

ведется непрерывно в большом количестве и в течениезначительного про-

межутка времени. Особенности массового производства:

— размещение рабочих мест непосредственно одно задругим по ходу

ТП;

— непрерывная механизированная передача объектаобработки (сбор-

ки) без межоперационного складирования;

— синхронизация (согласовывание по длительности)операций;

— широкое применение специализированных станков, приспособлений,

технологической оснастки;

— автоматизация оборудования;

— использование неквалифицированной рабочей силы;

— минимальная себестоимость и срок изготовления.

Серийное производство характеризуется широкойспециализацией ра-

бочих мест и изготовлением различных изделий партиями, регулярно пов-

торяющимися через определенные промежутки времени. Закаждым рабочим

местом закреплено несколько операций, выполняемых периодически. При

крупносерийном производстве изделия изготавливаютсябольшими партиями

и без переналадки технологического оборудования в течение нескольких

десятков смен. Период времени между переналадкамиоборудования при

среднесерийном производстве составляет несколько рабочихсмен, а при

мелкосерийном — соизмерим с временем одной рабочейсмены. Кроме того,

подтипы серийного производства отличаются степенью автоматизации и

специализации применяемого оборудования иприспособлений, отработан-

ностью режимов выполнения операций, подробностьюразработки ТП и др.

Единичное производство характеризуется универсальностью рабочих

мест, за которыми нет закрепления операций. Изделияпроизводятся в не-

больших количествах и их изготовление может повторятьсячерез неопре-

деленное время. Особенности единичного производства:

— применение универсального оборудования иприспособлений, норма-

лизованного рабочего инструмента и универсальногоизмерительного инс-

трумента;

— расположение оборудования группами по типамстанков;

— высокая квалификация рабочих;

— малая степень подробности разработки ТП;

— высокая степень концентрации ТП.

Технологические процессы в соответствии с ГОСТ3.1109 подразделя-

ются на:

— единичный ТП — ТП изготовления или ремонта изделияодного наи-

— 24 -

менования, типоразмера и исполнения независимо от типапроизводства;

— типовой ТП — ТП изготовления группы изделий собщими конструк-

тивными и технологическими признаками;

— групповой ТП — ТП изготовления группы изделий с разными, но

конструктивно общими признаками.

Состав типового технологического процесса изготовленияРЭА вклю-

чает в себя:

— входной контроль ТП;

— технологическая тренировка комплектующих ЭРЭ;

— сборка;

— электрический монтаж;

— технический контроль монтажа и сборки;

— защита изделия от влияния внешних воздействий;

- технологическая тренировка изделия;

— регулировка;

— испытания изделия;

— выходной контроль.

Для традиционной технологии характерно:

1. При массовом и крупносерийном производстве:

— единичные ТП с детальной проработкой;

— высокая степень специализации (дифференцированиеТП);

— полная синхронизация операций;

— поточные методы организации труда;

— однопредметные автоматические линии на базеспециальных и агре-

гатных станков, которые расположены в направлении выполнения ТП;

— транспортная связь между ними с жестким ритмом(например, с по-

мощью конвейеров);

— высокая степень автоматизации;

— высокая производительность труда;

— низкая универсальность;

— отсутствие гибкости (возможностиавтоматизированной переналадки

на выпуск новых изделий);

2. При серийном производстве:

— групповые и типовые ТП с неполной детальнойпроработкой;

— средняя степень специализации;

— синхронизация операций;

— поточный метод организации труда;

— многопредметные автоматизированные илимеханизированные поточ-

ные линии на базе агрегатного или универсальногооборудования с ЧПУ и

механизированных рабочих мест;

— низкий уровень автоматизации;

— высокая универсальность;

— низкая гибкость;

— повышенная квалификация операторов;

3. При мелкосерийном производстве:

— групповые, единичные технологические процессы ТПбез детальной

проработки;

— низкий уровень специализации;

— укрупнение операций (интегрирование);

— требование синхронизации необязательно;

— применяют непоточные (позиционные) методыорганизации труда;

— универсальное оборудование, в т.ч. с ЧПУ, многонеавтоматизиро-

ванных операций;

— высокая универсальность, низкая гибкость;

— операторы высокой квалификации.

1.6. Структура и характеристики технологическихсистем.

— 25 -

Технологический процесс является сложнойдинамической системой, в

которой в единый комплекс объединены оборудование,средства контроля и

управления, вспомогательные и транспортные средства, обрабатывающие

инструменты или среды, находящиеся в постоянном движенииили измене-

нии, объекты производства и люди, осуществляющие процесси управляющие

ими. Эта сложная динамическая система и естьтехнологическая система

(ТС).

Специализация производства приводит к тому, чточасти ТС обособ-

ляются в виде отдельных участков, цехов, предприятий,отраслей. В ТС

предприятия выделяются следующие функциональныеподсистемы:

— технико-экономических показателей;

— технологической подготовки производства;

— материально-технического снабжения;

— оперативно-календарного планирования и управления основным и

вспомогательным производством;

— сбыта готовой продукции;

— кадров;

— финансов;

— бухгалтерского учета и статотчетности.

Таким образом, под сложной системой, которойявляется технологи-

ческая система, будем понимать объект, предназначенныйдля выполнения

заданных функций, который может быть расчленен наэлементы, каждый из

которых также выполняет определенные функции инаходится во взаимо-

действии с другими элементами системы.

Элемент системы характеризуется следующимипризнаками:

1. Выделяется в зависимости от поставленной задачии может быть

достаточно сложным;

2. При исследовании надежности системы элемент нерасчленяется и

показатели безотказности и долговечности относятся кэлементу в целом;

3. Возможно восстановление работоспособностиэлемента независимо

от других частей и элементов системы.

С позиций надежности могут быть следующие структурысложных сис-

тем:

1. Расчлененные, у которых надежность отдельныхэлементов может

быть заранее определена, т.к. отказ можно рассматриватькак независи-

мое событие;

2. Связанные, у которых отказ элементов являетсязависимым собы-

тием;

3. Комбинированные, состоящие из подсистем сосвязанной структу-

рой и с независимым формированием показателей надежностидля каждой из

подсистем.

В основу деления систем на уровни иерархии, какправило, берется

организационный признак, который позволяет отображать фактическую

иерархию между элементами ТС. В качестве признака припостроении ие-

рархической структуры используется избранный методуправления: регули-

рование, обучение, адаптация, самоорганизация.

1.7. Основные характеристики и показатели качестваРЭА.

Оценка технологичности конструкции

РЭА, как технологическая система характеризуется:

— эффективностью;

— качеством;

— надежностью;

— точностью;

— безотказностью;

— ремонтопригодностью;

— сохраняемостью;

— 26 -

— долговечностью;

— технологичностью конструкции.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ — способность системы функционироватьво всем диа-

пазоне возможных изменений режимов и установленныхпредельных значений

изменения ее выходных параметров. Ее оценивают по 4группам показате-

лей:

— технологическим (например, количество продукции вединицу вре-

мени);

— организационным (например, трудовые затраты);

— экономическим (экономические результатыдеятельности, например,

прибыль);

— комплексным (одновременно по нескольким показателям).

КАЧЕСТВО — совокупность свойств, обуславливающихспособность сис-

темы отвечать определенным требованиям в соответствиис назначением

системы. Основными показателями качества изготовленныхизделий являют-

ся точность сформированных физико-химических свойств,выполненных раз-

меров и формы элементов и деталей, надежность изделий.

НАДЕЖНОСТЬ — свойство системы выполнять заданныефункции, сохра-

няя эксплуатационные показатели в допустимых пределах втечение требу-

емого промежутка времени. Надежность характеризуетсябезотказностью,

ремонтопригодностью, сохраняемостью и долговечностью. Количественные

характеристики этих показателей носят вероятностныйхарактер.

ТОЧНОСТЬ — это степень приближения действительныхзначений пара-

метров, формируемых при изготовлении детали, к ихзаданному значению.

Она обеспечивается выбором методов обработки, построением технологи-

ческого процесса.

БЕЗОТКАЗНОСТЬ — свойство изделия сохранять работоспособность в

течение некоторого времени без вынужденных перерывов.

РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ - свойство изделия, характеризующее его

приспособленность к предупреждению, обнаружению иустранению отказов и

неисправностей путем проведения техобслуживания иремонта.

СОХРАНЯЕМОСТЬ — свойство изделия сохранятьобусловленные эксплуа-

тационные показатели в течение и после заданного срока хранения и

транспортирования.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ - свойство изделия длительно сохранять рабо-

тоспособность в определенных режимах эксплуатации доразрушения или

другого предельного состояния. Долговечностьколичественно оценивается

техническим ресурсом.

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ - это взаимосвязанное решение

конструкторских и технологических задач на стадиях проектирования,

конструирования, ТПП, изготовления, испытания опытныхобразцов, пере-

дачи изделия в серийное производство и эксплуатацию, направленных на

повышение производительности труда, достижениеоптимальных трудовых и

материальных затрат, сокращение времени на производство, техническое

обслуживание и ремонт изделия.

Технологичность имеет качественные и количественные показатели.

Качественные показатели используют на ранних этапахконструирования и

конструкторско-технологической отработки конструкторской документации

(КД), когда количественная оценка технологичностизатруднена. Коли-

чественная оценка технологичности конструкции включает:

1. Базовые (исходные) значения показателейтехнологичности конс-

трукции, являющиеся предельными нормативами технологичности, обяза-

тельными при разработке РЭА;

2. Значения показателей технологичности, достигнутые при разра-

ботке изделия;

3. Показатели уровня технологичности конструкции.

Базовые значения указываются в ТЗ на разработку, апо отдельным

видам РЭА (номенклатура устанавливается по отраслям) вОСТ.

— 27 -

В соответствии с ГОСТ 14.201 «Общие правилаобеспечения техноло-

гичности конструкции изделия» основными количественными показателями

технологичности конструкции являются следующие:

1. Трудоемкость изготовления изделия, которая является суммой

трудоемкостей изготовления всех сборочных единиц плюструдоемкость

сборки;

2. Удельная материалоемкость изделия (удельнаяметаллоемкость,

удельная энергоемкость и пр.), т.е. затраты материалови энергии на

выпуск единицы продукции;

3. Технологическая себестоимость изделия, т.е.себестоимость из-

готовления единицы продукции, включающая затраты наматериалы, зарпла-

ту производственных рабочих и цеховые расходы;

4. Средняя оперативная трудоемкость технического обслуживания

(ремонта) данного вида;

5. Средняя оперативная стоимость техническогообслуживания (ре-

монта) данного вида;

6. Средняя оперативная продолжительностьтехнического обслужива-

ния (ремонта) данного вида;

7. Удельная трудоемкость изготовления изделия;

8. Трудоемкость монтажа;

9. Коэффициент применяемости материала;

10. Коэффициент унификации конструктивных элементов;

11. Коэффициент сборности.

Следует отметить, что те или иные перечисленныевыше показатели

технологичности применяются в зависимости от вида изделия (деталь,

сборочная единица, комплекс, комплект). Так, например,показатель тру-

доемкости монтажа не используется при оценкетехнологичности детали и

комплекта.

В радиоэлектронной промышленности принято рассчитывать уровень

технологичности К 4ут 0 следующим образом:К 4ут 0=1-Т 4и 0/Т 4бп 0 (2), гдеТ 4и 0 — рас-

четная трудоемкость изделия, Т 4бп 0 — базовыйпоказатель технологичности.

Уровень технологичности конструкции по себестоимостиК 4ус 0 опреде-

ляется по формуле: К 4ус 0=1-С 4и 0/С 4би 0 (3), гдеС 4и 0 — рассчитанная технологи-

ческая себестоимость, С 4би 0 — базовый показательтрудоемкости изготовле-

ния. На предприятиях радиоэлектронногоаппаратоприборостроения в соот-

ветствии с отраслевым стандартом используется комплексный показатель

технологичности К и комплексный показатель уровнятехнологичности

К 4утр 0: К= 7S 0(К 4i 0*Ф 4i 0)/ 7S 0Ф 4i 0(4), где: К 4i 0 — расчетный базовый показатель тех-

нологичности конструкции, Ф 4i 0 — коэффициентбазовой значимости базового

показателя, 1<i<N — порядковый номер показателя в регенерированной

последовательности показателей; N — число базовыхпоказателей, опреде-

ляющих на данной стадии разработки изделия; К 4утр 0=Т 4и 0*К 4сл 0/(Т 4би 0*К 4снтр 0)

(5), где: Т 4и 0 - показатель трудоемкостиизделия, К 4сл 0 — коэффициент

сложности по сравнению с аналогом, Т 4би 0 - базовый показатель изде-

лия-аналога; К 4снтр 0 — коэффициент снижениятрудоемкости.

Отработка конструкции на технологичностьосуществляется на всех

этапах разработки изделия и на каждой стадии принимаетсяодно из реше-

ний:

1. Утвердить достигнутый уровень;

2. Довести до требуемого уровня на данной стадииразработки (до-

работка);

3. Довести до требуемого уровня на следующей стадии;

4. Корректировка показателя технологичности.

С целью ускорения получения оценок технологическихконструкций,

повышения их качества и достоверности, указанные работывыполняются с

применением ЭВМ, путем организации в автоматизированнойсистеме техно-

логической подготовки производства (АСТПП)соответствующих подсистем.

- 28 -

1.8. Стадии и этапы разработки РЭА.

В соответствии с ГОСТ 3.1102 " Стадииразработки и виды докумен-

тов" стадии разработки технологических документов, применяемых для

технологических процессов изготовления изделий,определяются в зависи-

мости от стадий использования конструкторскойдокументации. Пример со-

ответствия стадий разработки и технологическихдокументов приведен в

таблице 1.

Таблица1

┌──────────────────┬─────────────────────────────────────────────────┐

│Стадия разработки│Содержание работ,технологический документ │

├──────────────────┼─────────────────────────────────────────────────┤

│Предварительный │Разработка технологическойдокументации, предназ- │

│проект │наченной для изготовлениямакета изделия и/или │

│ │его составляющих частейна основании конструктор-│

│ │ской документации,выполняемой на стадиях «Эскиз-│

│ │ный проект» (ЭП),«Технический проект» (ТП) │

│Разработка доку- │Разработкатехнологической документации для изго-│

│ментации │товления и испытания безприменения литеры. │

│а) опытного образ-│Корректировка иразработка документации по резуль│

│ца (опытной пар- │татам предварительныхиспытаний опытного образца │

│тии) │с присвоением литеры О наосновную конструкторс- │

│ │кую документацию, имеющуюлитеру О. Корректировка│

│ │и разработкатехнологических документов по резуль│

│ │татам изготовления иприемочных испытаний образца│

│ │и по результатамкорректировки конструкторской до│

│ │кументации, имеющейлитеру О1. И т.д. с литерой │

│ │О2. │

│б) серийное (массо│Разработкатехнологической документации, предназ-│

│вое) производство │наченной для изготовленияи испытаний серийного │

│ │(массового) производствас присвоением литеры Б │

│ │на основнуюконструкторскую документацию, имеющую│

│ │ту желитеру. │

└──────────────────┴─────────────────────────────────────────────────┘

На стадии разработки конструкторской документации«Технический

проект» технологическая документация неразрабатывается.

Для разового изготовления или изготовлениянескольких изделий в

единичном производстве присваивается литера«И».

При разработке документации на технологическиепроцессы, выполня-

емые на стадиях «Предварительный проект», вслучае опытного образца

документы следует выполнять в маршрутном или маршрутно-операционном

описании; в случае серийного производства — воперационном описании.

Документы, разрабатываемые на ТП, делятся наосновные и вспомога-

тельные. Основные документы содержат своднуюинформацию, необходимую

для решения одной или комплекса инженерно-технических, планово-эконо-

мических и организационных задач. Эти документы полностьюи однозначно

определяют технологический процесс (операции)изготовления или ремонта

изделия.

Вспомогательные документы применяются при разработкеи внедрении

функциональных технологических процессов и операций(карта заказов на

проектирование технологической оснастки).

По своему назначению документы делятся на документыобщего и спе-

циального назначения. Документы общего назначения - это документы,

применяемые в отдельности или в комплектах документов натехнологичес-

кие процессы (операции) независимо от применениятехнологических мето-

дов изготовления или ремонта изделий, например, картаэскизов (графи-

ческий документ, содержащий эскизы, схемы, таблицы ипредназначенный

для пояснения выполнения ТП, операций или переходовизготовления или

— 29 -

ремонта изделий, включая контроль и перемещения),технологическая инс-

трукция, титульный лист.

Документы специального назначения применяются приописании ТП и

операций в зависимости от типа и вида производства иприменяемых тех-

нологических методов изготовления или ремонта. Вкачестве примера до-

кумента специального назначения можно рассмотретьмаршрутную карту,

которая предназначена для маршрутного илимаршрутно-операционного опи-

сания изготовления или ремонта изделия, включая контрольпараметров по

всем операциям различных технологических методов суказанием данных об

оборудовании, технологической оснастке, материальныхнормативах и тру-

довых затратах. К документам этого же вида относится икарта техноло-

гического процесса (КТП), предназначенная дляоперационного описания

ТП изготовления или ремонта изделия в технологической последователь-

ности по всем операциям одного вида формообразующейструктуры, сборки

или ремонта с указанием переходов.

Основным технологическим документом являетсятехнологический рег-

ламент производства. Он бывает типовым (для всехпредприятий, выпуска-

ющих данный вид продукции) и предприятия (конкретныйрегламент данного

предприятия). В любом случае он содержит (в случаетипового регламента

все документы типовые):

— общие сведения о технологии производства данного вида продук-

ции;

— требования к сырьевым материалам, комплектующимизделиям, топ-

ливу и энергии;

— сведения о нормативно-технических документах,содержащих техни-

ческие требования к продукции;

— требования к технологическому оборудованию исистемам автомати-

зации;

- требования к вспомогательным материалам иоборудованию;

— описание технологических режимов производства;

— маршрутную карту производства;

— карту контроля технологических процессов;

— технологические инструкции выполнения работ;

— правила охраны труда и техники безопасности;

— описание источников выделения вредных веществ и нормативы до-

пустимых выбросов;

— нормативы расхода топливо-энергетических исырьевых материалов

и комплектующих изделий.

Остальные документы специального назначения толькоукажем:

— карта технологического процесса;

— технико-нормировочная карта;

— карта кодирования информации;

— карта наладки средств технологической оснастки;

— ведомость оборудования;

— ведомость материалов;

— ведомость специфицированного нормирования расходаматериалов;

— ведомость нормирования расхода материалов;

— технологическая ведомость;

— ведомость применяемости;

— ведомость сборки изделия;

— ведомость операций (применяется совместно с МК иКТП);

— ведомость деталей сборочных единиц к типовому ТПдля указания

состава деталей изготовления или ремонта по ТТП;

— ведомость деталей, изготавливаемых из отходов;

— ведомость дефектации;

— ведомость стержней;

— ведомость технологических документов;

— ведомость держателей подлинников.

— 30 -

1.9. Исходные данные для разработкитехнологии

производства РЭА.

Исходными данными и основными критериями для выбора структуры

технологической системы являются экономические показателии технологи-

ческая оптимизация.

1. Выбор структуры ТС по экономическим показателям.

Структура ТС определяется требованиями эффективностифункциониро-

вания. Все элементы вносят свой вклад в полную себестоимостьизделия.

С позиций структуры ТС себестоимость изделияопределяется:

— суммарной стоимостью работ по изготовлению, сборке и контролю

сборочных единиц различных уровней;

— суммарной стоимостью всех запасов по всем номенклатурам на

складах всех уровней, стоимостью хранения запасов(количество, аморти-

зация складов, обеспечение обслуживающего персонала,транспортировка).

Тогда суммарные затраты выражаются некоторой линейной функцией

С(М,L,K,S,P), где: М(n) — объем запасов по их видам1...A, L(n) — ин-

тенсивность спроса на компоненты 1...B, S(n) — числонаименований опе-

раций изготовления и сборки каждого вида изделий 1...C, К(n) — слож-

ность оборудования и оснастки по их видам 1...D, Р(n) - квалификация

специалистов 1...E.

При синтезе эффективной ТС необходимо обеспечить minС(M,L,K,S,P).

2. Технологическая оптимизация.

На величину технологической себестоимости годногоизделия помимо

структуры ТП влияют:

— величины конструкторского допуска на первичныеконструкционные

материалы, определяющие вероятность выхода годныхизделий при той или

иной точности изготовления;

— вид и параметры распределения плотностивероятности показателя

качества изделия, также определяющие вероятность выходагодных изде-

лий;

— технологическая точность (точность изготовления),определяющая

затраты на производство изделия при заданной структуреТП;

— вид и параметры распределения плотностивероятности показателя

качества.

Проблема минимизации технологической себестоимостигодного изде-

лия должна рассматриваться как комплексная, ее решениевключает в себя

взаимосвязанное рассмотрение системотехнических, схемотехнических,

конструкторских и технологических задач проектирования.

Таким образом, под технологической оптимизациейбудем понимать

взаимосвязанный выбор схемотехнической (топологической)реализации из-

делия, номинальных значений его конструкционныхпараметров и техноло-

гической точности при заданных ограничениях по критерию минимальной

технологической себестоимости годного изделия.Технологическая оптими-

зация ведется на базе результатов параметрическогосинтеза устройства

и синтеза ТП. (Параметрический синтез характеризуетсяжесткой страте-

гией получения единственного квазиоптимального вариантаТС, где выяв-

ляются связи параметров системы с критериями качества, т.е. величина-

ми, однозначно связанными с качеством системы, которыеобразуют опти-

мизационную модель).

Объектом технологической оптимизации являются схемотехнические и

топологические решения устройства, при синтезе которых оптимально

удовлетворены требования обеспечения заданных эксплуатационных пара-

метров, найдены допустимые отклонения электрических иконструкционных

параметров от их номинальных значений и ТП ихизготовления. При техно-

логической оптимизации необходимы:

— оценка вероятности выхода годных изделий, учитывающая, что оп-

— 31 -

тимизируется единая система с взаимно влияющимипараметрами (условной

вероятностью);

— поиск такого сочетания конструкционныхпараметров, чтобы веро-

ятность выхода годных была максимальна.

Если решена первая задача, то на основе этого длярешения второй

можно использовать стандартные методы оптимизации.

Основой алгоритма в этом случае являетсяциклическое определение

соответствия всех электрических параметров полям допусковпри случай-

ных выборах значений конструкционных параметров. Массив значений

конструкционных параметров формируется также, как вметоде статисти-

ческих испытаний с использованием датчика случайныхчисел при учете

корреляции между параметрами. Законы распределенияконструкционных па-

раметров принимаются гауссовскими.

Для каждой реализации массива значений конструкционныхпараметров

последовательно рассчитываются значения электрических параметров и

сравниваются с допустимыми отклонениями. Принесоответствии значения

параметра полю допуска расчет для данной реализациипрекращается и

формируется следующая реализация. Та, при которойудовлетворены огра-

ничения на все электрические параметры, регистрируется, после чего

цикл повторяется для следующей реализации. Соотношение общего числа

реализаций и реализаций, удовлетворяющих всем наложеннымограничениям,

рассматривается как условная вероятность выхода годных.

При изменяемом ТП минимум технологическойсебестоимости годного

изделия достигается взаимосвязанным выбором номинальных значений его

конструкционных параметров, технологической точности и структурыТП.

Выделим 3 наиболее общих случая:

1. Устойчивый и стабильный ТП целенаправленноизменяется по точ-

ности без изменения структуры за счет изменения точностиопераций;

2. ТП целенаправленно изменяется по структуре иточности, остава-

ясь устойчивым и стабильным;

3. ТП неустойчив за счет наличия систематических погрешностей и

подлежит периодической корректировке.

Для отыскания условий оптимума во всех трехслучаях приемлемы

стандартные методы оптимизации. Для первых двух случаевзадача оптими-

зации формулируется одинаково: Пусть Y — векторноминальных значений

управляемых эксплуатационных параметров, s — вектор ихсредне-квадра-

тичных отклонений. Минимизируемой (целевой) функциейявляется техноло-

гическая себестоимость годного изделия, критериемоптимальности - ее

условный минимум minC 4t 0(Y,s) при выполненииограничений: YcYP, YcYD;

scsP, где: YP — область работоспособности, YD — допустимая область, sP

— область реализуемых среднеквадратичных отклонений.

Для случая 3 в целевую функцию включаетсяT 4k 0 — время до корректи-

ровки ТП, т.о. целевая функция имеет видC 4t 0(Y,s,T 4k 0) при неизменном

критерии оптимальности - условном минимуме целевойфункции в случае

выполнения помимо трех указанных и четвертого ограничения T 4тп 0>T 4k 0>0

(T 4тп 0 — время, в течение которогофункционирует ТП). Выбор точности ТП

без изменения его структуры связан с выборомтехнологического оборудо-

вания по показателя точности, выбором точностиподдержания режимов

технологических операций и методов обеспечения этой точности. В ре-

зультате точность ТП связана с величиной технологическойсебестоимости

и определяет вероятность выхода годных изделий. Такимобразом целевая

функция имеет вид: C 4t 0=C 4t 0(s)/P 4y 0(Y,s) 76 0min(6), где: C 4t 0(s) — себестои-

мость изготовления партии изделий, P 4y 0(Y,s)- вероятность выхода годных

изделий.

В общем случае в процессе технологическойоптимизации варьируется

точность выполнения отдельных операций в зависимости отвыбора техно-

логического оборудования и методов обеспечения этойточности.

Все перечисленные выше изменения должны бытьвзаимосвязаны, т.е.

— 32 -

решение задачи в рамках автономных систем автоматизированногопроекти-

рования конструкций (САПРК) и систем автоматизированногопроектирова-

ния технологических процессов (САПРТП) не представляетсявозможным.

1.10. Основные принципы автоматизациипроизводства.

В своем развитии автоматизация производства прошланесколько ста-

дий, которые сменяли друг друга. В то же время, онимогут применяться

одновременно и применяются сейчас на различных предприятиях и типах

производств. Рассмотрим их последовательно.

1.10.1. Понятие системы автоматическогорегулирования (САР)

САР являются первым уровнем (иногда единственным) большинства

систем автоматического и автоматизированного управления. Часто их еще

называют системами локального регулирования. Основное ихназначение -

это поддержание параметров технологического процесса взаданных преде-

лах или изменение их по заданному закону. Они широкоприменяются в тех

случаях, когда существует один управляющий параметр иодин контролиру-

емый параметр, на который он влияет. Например, в лабораторнойпечи

контролируется температура и нагрев осуществляется спомощью электри-

ческой спирали. Регулировать температуру можно за счетизменения тока

или напряжения на спирали.

Обычно САР применяются там, где регулированиеведется в достаточ-

но узких пределах, при выходе системы за эти пределыСАР отключают и

переходят на ручное управление или управление от АСУТП.

Иногда в одной системе используется несколько САРдля управления

системой по нескольким каналам вход-выход.

1.10.2. Понятие информационно-измерительной системы(ИИС)

ИИС, или как их еще называют системы централизованного контроля

(СЦК), исторически появились первыми и широко применяютсядо сих пор в

тех производствах, где технологические процессы высокостабильны,

устойчивы к внешним воздействиям, а управляющиевоздействия сложно

формализуемы. Например, ИИС широко применяются вэнергетике.

Как следует из названия, основной задачей ИИСявляется централи-

зованный сбор информации о ходе технологического процесса(опрос дат-

чиков), обработка ее и выдача в виде удобном длядальнейшего использо-

вания.

1.10.3. Понятие автоматизированной системыуправления

технологическим процессом (АСУТП)

АСУТП предназначена для автоматического сбораинформации о ходе

технологического процесса, обработки ее, выработкиуправляющих воз-

действий для его корректировки и диалога соператором-технологом в

случае значительных нарушений технологических режимов, подготовки от-

четных документов. Составной частью АСУТП является ИИС.

В настоящее время АСУТП широко применяются впромышленности, осо-

бенно там, где выполняются сложные технологическиепроцессы с большим

количеством контролируемых параметров и управляющих воздействий, с

целью разгрузки оператора от рутинной работы исосредоточения его вни-

мания на тех случаях, когда требуется его вмешательство.

Автоматизированные системы управлениятехнологическими процессами

отличаются от систем автоматического управления (регулирования)более

широким диапазоном автоматизируемых функций управления.АСУТП выполня-

ют следующие основные функции: централизованногоконтроля, определяют

— 33 -

оптимальный технологический режим, удовлетворяющий выбранному крите-

рию; формируют и реализуют управляющие воздействия,обеспечивающие ве-

дение оптимального режима; корректируют математическуюмодель объекта

при изменениях на объекте; рассчитывают и регистрируюттекущие и обоб-

щенные технологические и экономические показатели; оперативно распре-

деляют материальные потоки и энергию междутехнологическими агрегатами

и участками; оперативно распределяют вспомогательныемеханизмы и ре-

монтные средства; оперативно корректируют суточные исменные плановые

задания по выпуску продукции.

Перечисленные функции могут быть реализованы, какправило, при

использовании ЭВМ. Поэтому наличие ЭВМ в контуреуправления процессом

считается одной из отличительных черт АСУТП. Взависимости от способа

включения ЭВМ в контур управления можно выделить пять разных типов

структур АСУТП, различающихся характером функцийуправления.

1. ЭВМ в режиме сбора информации. Параметрытехнологических про-

цессов, измеренные датчиками, преобразуются в цифровуюформу средства-

ми сопряжения и вводятся в ЭВМ. После обработки в ЭВМоперативная ин-

формация о ходе процесса поступает на средстваотображения технологи-

ческих параметров; статистическая информация,предназначенная для ре-

гистрации, а также вычисленные экономические итехнологические показа-

тели печатаются в виде документа. Системы сбора иобработки данных вы-

полняют в основном те же функции, что и системцентрализованного конт-

роля, и являются более высокой ступенью их организации.Такие системы

используются при управлении технологическими ипроизводственными про-

цессами в тех случаях, когда существуют причины, покоторым определе-

ние технологического режима и формированиеуправляющих воздействий

должны выполнять люди.

2. ЭВМ в режиме советчика. В таких системах кромесбора и обра-

ботки информации выполняются следующие функции:определение рациональ-

ного технологического режима по отдельнымтехнологическим параметрам

или всему процессу в целом; определение управляющих воздействий по

всем или отдельным управляемым переменным процесса;определение значе-

ний уставок локальных регуляторов. В системах-советчикахданные о тех-

нологическом режиме и управляющих воздействиях поступаютчерез средс-

тва отображения информации в форме рекомендацийоператору, который мо-

жет принять или отвергнуть их. Решение оператораосновывается на собс-

твенном понимании хода технологического процесса и опыте управления

им. В одних случаях вычисления управляющих воздействийпроизводятся

всякий раз, когда фиксируется отклонение параметровпроцесса от задан-

ного технологического режима. Процесс вычисленияинициируется програм-

мой-диспетчером, которая содержит подпрограмму анализасостояния про-

цесса. В других случаях вычисления инициируются операторомв форме

запроса. Системы-советчики применяются в тех случаях,когда требуется

осторожный подход к решениям, выработанным формальнымиметодами, что

связано с неопределенностью в математическом описании управляемого

процесса. Неопределенность может выражаться в следующем:

— математическая модель недостаточно полно описывает процесс,

т.к. связывает лишь часть управляющих и управляемыхпеременных процес-

са;

— математическая модель адекватна процессу лишь вузком интервале

изменения технологических параметров;

— математическая модель процесса слишком сложна дляреализации в

составе АСУТП;

— расчеты по математической модели не могут бытьвыполнены в ре-

альном времени;

— критерии управления носят качественный характери существенно

изменяются в зависимости от большого числа внешнихфакторов.

Неопределенность описаний может быть вынужденной,отражающей пло-

— 34 -

хую изученность сложного процесса, так и преднамеренной, вызванной

тем, что реализация полной и адекватной моделитребует применения

крупной дорогостоящей ЭВМ, что в данном случаеэкономически не оправ-

дывается.

3. ЭВМ в режиме супервизорного управления. АСУТП,функционирующая

в режиме супервизорного управления, представляет собойдвухуровневую

иерархическую систему. Нижний уровень, непосредственно связанный с

процессом, образуют локальные регуляторы отдельныхтехнологических па-

раметров. На верхнем уровне управления установлена ЭВМ,основной функ-

цией которой является определение оптимальноготехнологического режима

и вычисление на его основе значений уставок локальных регуляторов.

Входной информацией для вычисления уставок являютсязначения некоторых

управляемых параметров, измеряемые датчиками регуляторови контролиру-

емые параметры состояния процесса, измеряемыедатчиками. Оператор с

пульта управления имеет возможность вводитьдополнительную информацию,

в частности, изменять ограничения на управляемые иуправляющие пере-

менные, уточнять критерий управления в зависимости отвнешних факто-

ров. Возможны два варианта реализации супервизорногоуправления: с ма-

тематической моделью и без нее. Если имеются достаточноадекватная и

простая модель процесса и критерий управления (целеваяфункция), то

вычисление уставок регуляторов может быть организованокак решение за-

дачи оптимального управления. В тех случаях, когдаиз-за сложности

процесса не ставится задача оптимального управления, управление можно

организовать как процесс экспериментального поискаэкстремума целевой

функции управления, когда оптимальный технологическийрежим ищется ме-

тодом проб и ошибок. Супервизорный режим позволяетосуществлять авто-

матическое управление процессом. Роль оператора сводитсяк наблюдению

за процессом и, в случае необходимости, к корректировкецели управле-

ния и ограничений на переменные.

4. ЭВМ в режиме непосредственного цифровогоуправления. В отличие

от супервизорного управления при непосредственномцифровом управлении

управляющие воздействия рассчитываются ЭВМ и передаютсянепосредствен-

но на исполнительные органы. Режим непосредственногоцифрового управ-

ления позволяет исключить локальные регуляторы сзадаваемой уставкой.

Как в случае с супервизорным управлением, задача операторазаключается

в наблюдении за процессом и его корректировках в случаенеобходимости.

5. Иерархические системы управления. Еслиодноуровневая структура

АСУТП не обеспечивает требуемого режима функционированиясложного тех-

нологического объекта, то систему управления можнопостроить как мно-

гоуровневую — в виде отдельных подсистем, междукоторыми установлены

отношения соподчинения. Каждая подсистема имеет ЭВМ,работающую в од-

ном из описанных выше режимов. Функции управления могутбыть распреде-

лены между уровнями, например, следующим образом. Нижний(первый) уро-

вень управления непосредственно управляеттехнологическими операциями.

Второй уровень выполняет функции расчета и оперативной корректировки

режимов технологических операций. Третий уровеньуправления представ-

ляет собой центральную управляющую подсистему, решающуюзадачи расчета

и оперативной корректировки технологического режимавсего процесса в

целом.

Рассмотренные пять типов структур АСУТП различаются способом

включения ЭВМ в контур управления. Три последних типаструктур пол-

ностью исключают оператора из основного контура управления, поэтому

системы, построенные на их основе, можно отнести к классуавтоматичес-

ких. Для сложных процессов на крупных производственных комплексах

строятся системы управления, сочетающие описанныеспособы включения

ЭВМ в контур управления. Такая система разделяется наподсистемы, для

каждой из которых в зависимости от возможностей еематематического

описания и экономически целесообразности выбранаопределенная структу-

— 35 -

ра. Комплекс подсистем можно реализовать либо на однойЭВМ, разделяю-

щей время между подсистемами, либо на нескольких ЭВМ,каждая из кото-

рых обслуживает соответствующую подсистему, либо навычислительной се-

ти, состоящей из большого числа мини- или микро-ЭВМ.

Важной составной частью АСУТП, во многомопределяющей ее функцио-

нальные возможности, является математическое обеспечение(МО), которое

можно разделить на функциональное и общесистемное. Функциональное ма-

тематическое обеспечение образуется комплексом программ, непосредс-

твенно выполняющих функции управления данным процессом. Общесистемное

МО в сочетании со специальными аппаратными средствами позволяетуправ-

лять ресурсами ЭВМ, осуществлять общение оператора и ЭВМ,использовать

стандартные программы при решении функциональных задач, выполнять ди-

агностирование элементов ЭВМ. В современной терминологииобщесистемное

МО принято называть операционной системой (ОС). Компонентами ОС явля-

ются четыре комплекса программ: управлениересурсами; программные

средства общения оператора и ЭВМ; диагностическиепрограммы; стандарт-

ные программы.

Управление ресурсами. ЭВМ располагает ресурсами четырех видов:

временем центрального процессора, памятью, внешнимиустройствами и

программным обеспечением. Время центрального процессорараспределяется

между функциональными программами путем переключения содной программы

на другую, которое выполняется либо по заранеесоставленному расписа-

нию, либо без него. Расписание строится на основаниитребований к уп-

равлению технологическим процессом и представляет собойпорядок и вре-

мя выполнения функциональных программ. Переключениебез расписания

происходит под действием сигналов прерывания, источниками которых мо-

гут быть технологический процесс и оператор. Получивсигнал прерыва-

ния, ОС останавливает выполнение текущей программы, нотаким образом,

чтобы в дальнейшем можно было вернуться к ее выполнениюв том месте,

где она была прервана. Заметим, что расписаниерегламентирует лишь вы-

полнение функциональных программ, причем оно можеттребовать одновре-

менного выполнения нескольких программ, что можно осуществить при

мультипрограммировании и режиме разделения времени.

Средства общения оператора и ЭВМ (интерфейс пользователя). Для

общения оператора и ЭВМ разрабатывается специальный язык,состоящий из

ограниченного набора команд, представляющих собой словаестественного

языка. Команды вводятся через клавиатуру дисплея.Функциями программ-

ных средств общения являются перевод языка оператора намашинный язык,

интерпретация команды, а затем совместно с другимипрограммами ОС пла-

нирование и реализация действий, требуемых даннойкомандой.

Диагностические программы. Главная цельдиагностики — повышение

эксплуатационной надежности АСУТП за счет быстрого обнаружения нор-

мального функционирования ЭВМ и отыскания отказавшегоэлемента.

Стандартные программы. Хотя каждая АСУТП имеет рядспецифических

черт и поэтому носит индивидуальный характер, во многихиз них требу-

ется проведение стандартных технических расчетов иопераций над данны-

ми. Поэтому в составе ОС существует библиотекастандартных программ,

не предназначенных непосредственно для выполненияопераций управления.

Она используется программистами при созданиифункциональных и служеб-

ных программ АСУТП.

1.10.4. Понятие автоматизированноготехнологического

комплекса (АТК)

АТК предназначен для выпуска продукции вавтоматизированном режи-

ме. Основное его отличие от АСУТП состоит в том, что вАТК технологи-

ческое оборудование и технические средства системыуправления состав-

ляют единое целое, они совместно разрабатываются и эксплуатируются,

— 36 -

друг без друга они работать не могут. Такой подходпозволяет упростить

систему за счет лучшего взаимодействия ее частей и повысить качество

ее работы. В настоящее время АТК широко применяются впромышленности

при выпуске продукции, технология производства которойвключает в себя

сложные физико-химические превращения или опасна дляпроизводственного

персонала.

1.10.5. Понятие автоматизированной системыуправления

предприятием (АСУП)

АСУП предназначена для управления всейдеятельностью предприятия

в автоматизированном режиме. Она включает в себясистемы управления

технологическими процессами, запасами сырьевых материалов, топли-

во-энергетических ресурсов, комплектующих изделий,полуфабрикатов, го-

товой продукции, экономической деятельностьюпредприятия, автоматизи-

рованной подготовки документации предприятия и отчетныхдокументов, то

есть АСУП включает в себя ряд систем автоматизации, объединенных в

единую сеть потоками информации. Такой подход позволяетсократить зат-

раты труда на передачу информации (отчетов, распоряжений, планов и

т.д.) между подразделениями предприятия, сократить времяих подготов-

ки, избежать многих ошибок, ввести в активный режимработы систему уп-

равления качеством на предприятии.

В настоящее время АСУП получают широкоераспространение на предп-

риятиях одновременно с внедрением локальных сетей на базеперсональных

компьютеров. Особенно широко этот подход к автоматизациииспользуется

на предприятиях с большой номенклатурой выпускаемойпродукции, большим

количеством связей с другими предприятиями.

1.10.6. Понятие гибких автоматизированныхпроизводств

(ГАП) и интегрированных производственных комплексов(ИПК)

Гибкие автоматизированные производства - это качественно более

совершенный этап в комплексной автоматизациипроизводства. Это система

автоматизации, охватывающая все производство от проектированияизделий

и технологий до изготовления продукции и доставки еепотребителю. Эта

тенденция ведет к созданию высокоавтоматизированных цехов и заво-

дов-автоматов, где средства вычислительной техникиприменяются во всех

звеньях производства. Станкостроители начали выпускатьпромышленно се-

рийные гибкие автоматизированные производства (ГАП) набазе обрабаты-

вающих центров и гибкопереналаживаемых автоматическихлиний.

Автономное развитие АСУ (обработка информации),САПР, АСУТП, сис-

тем управления гибким автоматизированным производством (СУГАП), про-

мышленные роботы не дают желаемого эффекта в повышениипроизводитель-

ности. Так, например, САПР, АСТПП, АСУП повышаютпроизводительность

труда примерно вдвое, СУГАП примерно впятеро, аинтегрированный комп-

лекс — в десятки раз. Поэтому был взят курс наинтеграцию, особенно в

области ГАП.

Основой завода с полностью автоматизированным производственным

циклом является интегрированный производственный комплекс(ИПК), вклю-

чающий системы автоматизации предпроектных научных исследований (АС-

НИ), проектирование конструкции изделий (САПРК) итехнологических про-

цессов (САПРТП), проектирование технологическойподготовки производс-

тва (АСТПП), гибкое автоматизированные производство(ГАП), систему ав-

томатизированного контроля (АСКИ). Назначением ИПКявляется проведение

всех работ цикла от исследования до производства наоснове использова-

ния общей информационной базы и безбумажной технологиипередачи инфор-

мации по составляющим этого цикла с помощью локальныхвычислительных

сетей.

— 37 -

Особенно эффективно применение ИПК и ГАП в условияхединичного и

мелкосерийного производства в условиях частой сменяемостиноменклатуры

продукции и сокращения времени ее выпуска. Комплекснаяавтоматизация

производства на базе ИПК и ГАП позволяет:

— в 7-10 раз повысить производительность труда;

— сократить длительность производственного цикла;

— повысить технический уровень и качество выпускаемойпродукции;

— снизить материало- и энергоемкость продукции;

— увеличить коэффициент сменности оборудования;

— высвободить значительную часть работающих на производстве;

— сократить производственные площади.

Кроме того, число различных классов техническихсистем удваивает-

ся в среднем каждые 10 лет, объем научно-техническойинформации, ис-

пользуемой в конструкторских разработках, удваиваетсякаждые 8 лет,

время создания новых изделий уменьшается в два разакаждые 25 лет при

одновременном сокращении срока их морального старения. Это обуславли-

вает пропорциональный рост объемов проектирования(примерно в 10 раз

каждые 10 лет), а при сохранении ручной технологииконструирования не-

обходимо иметь такие же темпы роста числа специалистов. Однако, пос-

кольку на самом деле их число может возрастать в 3 разакаждые 10 лет,

кроме того, возрастает сложность проектируемых систем иколичество ва-

риантов, которыми они могут быть реализованы, использование вычисли-

тельной техники при проектировании новых изделий являетсянеобходимым.

В соответствии с ГОСТ 26229 гибкая производственнаясистема (ГПС)

(гибкое автоматизированное производство — ГАП) — совокупность в разных

сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированныхтехнологических комп-

лексов, гибких производственных модулей, отдельныхединиц технологи-

ческого оборудования и систем обеспечения ихфункционирования в авто-

матическом режиме в течение заданного интервалавремени, обладающая

свойством автоматизированной переналадки при производствеизделий про-

извольной номенклатуры в установленных пределахзначений их характе-

ристик.

Связь элементов ИПК для различных уровней ГПС(ГАП) приведена в

таблице 2.

Периоды развития ГАП:

1 период — 60-70 годы — разработка и проверкабазисных принципов

создания;

2 период - 80 годы — разработка и созданиеэлементной техники и

технологии;

3 период — 90 годы — разработка и создание системыкомплексов ГП.

Ниже приведена таблица 3 распределения временизагрузки оборудо-

вания в зависимости от типов производств.

Из приведенной диаграммы видно, что узким местомявляются вспомо-

гательные операции (вспомогательное время) и времяпереналадок (неисп-

равности, особенно 2 и 3 смен).

Наибольшее распространение получили ГАП вмеханообработке. Здесь

сформировались типичные структуры — модули, объединяемыев линии или

участки с помощью транспортно-складских систем. Составмодуля включа-

ет:

— обрабатывающий центр;

— накопитель палет или кассет и средства ЧПУ.

Сравнительные данные по использованию ГАП вразличных технологи-

ях:

— металлообработка резанием - 50 %;

— металлообработка формовкой — 21 %;

— сварка - 12 %;

— сборка - 5 %;

— остальные технологии - 12 %.

— 38 -

Таблица 2

│Элементы ИПК │Структурные уровни всоответствии с ГОСТ 26228-85│

│ ├─────────────┬───────────────┬───────────────────┤

│ │ГПМ (модуль) │ГАЛ(линия) │ ГАЦ (цех) │

│ │ │ГАУ(участок) │ │

├──────────────────┼─────────────┼───────────────┼───────────────────┤

│АСНИ │ │ │ Х │

│АСУП │ │ Х │ Х │

│САПР │ │ Х │ Х │

│АСТПП │ │ Х │ Х │

│АТСС (автоматизиро│ │ │ │

│ванная транспортно│ │ │ │

│складская система)│ Х │ Х │ Х │

│АСИО (инструмен- │ │ │ │

│тального обеспече-│ │ │ │

│ния) │ Х │ Х │ Х │

│СЦК │ Х │ Х │ Х │

│Вычислительная тех│ │ │ │

│ника │ Х │ Х │ Х │

│Роботы (ПР) │ Х │ Х │ Х │

│Станки с ЧПУ │ Х │ Х │ Х │

│Автоматические ро-│ │ │ │

│боты и линии │ Х │ Х │ Х │

│Средства автомати-│ │ │ │

│зации и приборы │ Х │ Х │ Х │

└──────────────────┴─────────────┴───────────────┴───────────────────┘

┌───────────────────────────────┐

│Общие направления автоматизации│

└───────┬────────────────┬──────┘

│ │

┌─────────────────────────┴────────┐┌─────┴─────────────────────────┐

│Автоматизация обработки информации│ │Автоматизациятехнологии произ-│

│ │ │водства │

└──┬────────┬──────────┬────────┬──┘└─┬─────────────┬────────────┬──┘

│ │ │ │ │ │ │

┌──┴─┐ ┌─┴──┐ ┌──┴──┐ ┌─┴──┐┌─┴─┐ ┌──┴──┐ ┌┴─┐

│АСУП│ │САПР│ │АСТПП│ │АСНИ│ │ЧПУ│ │АСУТП│ │ПР│

└────┘ └────┘ └─────┘ └────┘└───┘ └─────┘ └──┘

Рис. 3. Направления автоматизации производства

Таблица 3

┌──────────────────────────────────┬─────────────────────────────────┐

│тип производства /время загрузки │ Размеры партий Р │

│ /производства в %├───────────┬──────────┬──────────┤

│ / │мелко-сери-│средне-се-│массовое │

│ / │ное │рийное │ │

│ / │ Р<10 │10 <Р <100│ Р > 1000│

├──────────────────────────────────┼───────────┼──────────┼──────────┤

│отпуска, праздники │ 34 │ 28 │ 27 │

│вспомогательное время, потери, не-│ │ │ │

│исправности 2 и 3 смен │ 60 │ 64 │ 51 │

│основное время работы оборудования│ 6 │ 8 │ 22 │

└──────────────────────────────────┴───────────┴──────────┴──────────┘

Сложнее всего происходит внедрение ГАП в сборочныепроизводство,

это связано:

— со сложностью и разнообразием объектов сборки инеобходимой для

— 39 -

этой сборки оснастки;

— коротким циклом операций сборки;

— нежесткостью или упругостью деталей;

— необходимостью в настройке, подгонке и учетемалых допусков в

сочленении деталей.

В сборочных ГАП центральным компонентом являютсяроботы с разви-

той сенсорикой и высоким уровнем машинного интеллекта, что влияет на

увеличение уровня затрат при создании ГАП сборки. Поскольку роботы с

интеллектуальными средствами управления еще не получилиширокого расп-

ространения, то приходится резко повышать затраты напериферийное обо-

рудование и оснастку, создавая условия для применения более простых

роботов. При этом стоимость оснастки и перифериисоставляет до 70 % от

общей стоимости сборочного модуля. Далее будут болееподробно рассмот-

рены экономические и социальные аспекты использованияроботов.

Однако, ГАП не является эффективным для любых типов производств.

Ниже приведены зоны наиболее эффективного примененияразных видов ав-

томатизации производства и зависимость себестоимости единицыпродукции

от объемов выпуска для ручного и автоматизированноготруда.

размеры партий 1-жесткие линии

10000 ┌─────┐ 2-гибкие модули

│ │ 1 ┌┼─────┐ 3-ГАП

│ └────┼┘ │ 4-ЧПУ

│ │ 2 ├─────┐ 5-универсальные станки

2000│ └──────┤ │

│ │ 3 ├────────┐

50 │ └─────┤ │

│ │ 4 ├──────────┐

25 │ └────────┘ 5 │ номенклатура

└─────┴───────┴─────────┴──────────┴──────────────

2 5 100 500

Рис. 4. Области эффективного применения разных видовавтоматиза-

ции производства

│ │ │

│ │ \ │

│ │ \ 2 │ 1-гибкаяавтоматизация

│ │ \ │ 2-жесткая автоматизация

│ \ │ \ │

1,0├─────────┼─────────┼──────ручнойтруд

│ │\ \ │

│ │ \ \ │

│ │1 \ \ │

│ │ \ \│

0,1└─────────┴─────────┴──────── выпуск млн.шт./год

1,0 10

Рис. 5. Зависимость относительной себестоимостиединицы продукции

от объемов выпуска для ручного иавтоматизированного тру-

да

Перспективы развития ГАП связаны со все болеемасштабной интегра-

цией в составе одной системы различных производственныхфункций и пол-

ной передачей этих функций под контролируемое управлениеот ЭВМ на ба-

зе новейших СВТ (ЭВМ 5-го поколения, базирующихся на принципах

искусственного интеллекта), развитых средствах обработкиграфической и

речевой информации, лазерной и другой технике измерения,волоконнооп-

тических линиях связи и распределенно-сетевых методахобработки инфор-

мации.

— 40 -

1.10.7. Иерархическая структураавтоматизированной

системы управления предприятием

Как уже отмечалось, АСУП включает в себя рядавтоматизированных

систем, которые объединены в единую систему с помощью информационных

связей. Схематически эта структура представлена на рис.6.

┌────┐

│АСУП│

└──┬─┘

│

┌─────────┬───────┬────────┬────┴─┬───────┬──────┬───────┬────────┐

│ │ │ │ │ │ │ │ │

┌──┴──┐ ┌──┴──┐┌──┴─┐ ┌──┴─┐┌──┴─┐ ┌──┴─┐┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌─┴─┐

│АСУТП│...│АСУТП│ │АТСС│...│АТСС││АСИО│ │САПР│ │АСТПП│ │ АРМ │...│АРМ│

└──┬──┘ └──┬──┘└──┬─┘ └──┬─┘└──┬─┘ └──┬─┘└──┬──┘ │кадры│ │бух│

│ │ │ │ │ │ │ └──┬──┘ │гал│

┌──┴──┐ ┌──┴──┐┌──┴──┐ ┌───┴─┐┌──┴──┐ ┌──┴─┐┌──┴──┐ │ │тер│

│ ИИС │ │ ИИС │ │склад││склад│ │склад│ │ ОГК│ │ ОГТ │ ┌──┴──┐ └─┬─┘

└──┬──┘ └──┬──┘└─────┘ └─────┘│инст-│ └────┘ └─────┘│ ОК │ │

│ │ │румен│ └─────┘ ┌───┴──┐

┌──┴──┐ ┌──┴──┐ │та и │ │бухгал│

│тех. │ │тех. │ │обору│ │терия │

│проц.│ │проц.│ │дова-│ └──────┘

└─────┘ └─────┘ │ния │

└─────┘

Рис. 6. Иерархическая структура АСУП.

1.11. Перспективы применения средстввычислительной

техники в технологии производства РЭА.

Ниже приведены применяемые средства и способыгибкой автоматиза-

ции производства и основные достигаемые результаты ихприменения.

1. Многоцелевое технологическое оборудование смикропроцессорным

управлением. Повышается концентрация операций, увеличивается время

непрерывной работы, повышается производительностьработ, качество и

идентичность изделий, сокращается потребность в рабочейсиле, произ-

водственных площадях и оборудовании, сокращаетсяпродолжительность

производственного цикла изготовления РЭА, увеличиваютсясистемная гиб-

кость, надежность и живучесть ГПС.

2. Микропроцессорные локальные системы управления(ЛСУ) техноло-

гическим и другими видами оборудования. Обеспечиваетсямногофункцио-

нальный характер управляемых от ЛСУ станков, увеличивается производи-

тельность оборудования, повышается качество выпускаемыхизделий, сни-

жается объем аппаратурной части, благодаря чемуповышается надежность

системы и оборудования, возрастает уровень унификации(как конструк-

тивной, так и функциональной); снижается стоимость ЛСУ иоборудования,

упрощается сопряжение с ЭВМ группового управления.

3. Промышленные роботы (ПР). Автоматизация операцийзагрузки-выг-

рузки оборудования, инвариантность к этим операциям,автоматизация не-

которых транспортных операций, при этом исключаетсяручной труд, сок-

ращается длительность операций загрузки-выгрузки, транспортирования,

повышается автономность работы оборудования и системная живучесть;

увеличивается коэффициент загрузки оборудования,снижается потребность

в рабочей силе.

4. Комплексы оборудования ГПК, ГПС (с управлениемот ЭВМ), РТК,

— 41 -

АТСС, СЦК. Автоматизация не только основных, но ивспомогательных опе-

раций (транспортные, складские, контрольно-измерительныеработы); иск-

лючается (сокращается) потребность в рабочей силе: сокращается весь

производственный цикл выпуска изделий; СЦК повышаетдостоверность

контроля и способствует этим повышению качества изделий, диагностика

оборудования позволяет повысить надежность оборудования икомплексов.

5. ЭВМ для управления комплексом. Оперативноеуправление группой

оборудования с одновременным повышением коэффициентаего загрузки;

обеспечивается учет и оптимизация распределения ресурсов, повышается

производительность, сокращается объем страховых заделови объемов не-

завершенного производства; исключаются многиедополнительные операции,

которые вводились из-за учета длительного храненияполуфабрикатов на

складе (например, дополнительное лужение выводов); повышается надеж-

ность, гибкость, упрощается согласование с ЭВМ цеховогоуровня.

6. Высокий уровень унификации, стандартизации всехсредств авто-

матизации производства (включая ТП, оборудование, ПР,оснастку, инс-

трумент, программное обеспечение). Сокращаются сроки и трудоемкость

проектирования, изготовления и отладки указанныхсредств, снижается

себестоимость, повышается надежность.

7. Системы автоматизированного проектирования (САПР) и системы

научных исследований (АСНИ) на базе больших ЭВМ.Автоматизация процес-

са проектирования изделий РЭА с проведением предварительныхисследова-

ний способствует повышению качества РЭА, сокращаеттрудоемкость и сро-

ки проектирования.

8. Автоматизированная система технологической подготовки произ-

водства (АСТПП) на базе больших ЭВМ. Автоматизацияразработки ТП, уп-

равляющих программ на все виды оборудования и все изделияпланируемого

периода и хранение их в памяти ЭВМ, автоматизацияпроектирования тех-

нологического оснащения, сокращается трудоемкость исроки технологи-

ческой подготовки производства.

9. Автоматизированные системы управления производством на базе

больших ЭВМ. Автоматизация процессов планирования,материального обес-

печения производства, оперативного управления процессом изготовления

изделий РЭА.

10. Комплексные интегрированные системы единой цепи проектирова-

ние-изготовление (ИПК). Объединение всех процессов,связанных с проек-

тированием, подготовкой производства и изготовленияизделий в единую

непрерывную цепь; успешная адаптация конструкцииизделия к условиям

производства, повышается эффективность выпуска изделий, значительно

сокращается объем преобразований информации обизделии, выполняемом

при раздельном использовании САПР, АСТПП, АСУП, АСУГПС,что дает воз-

можность осуществить принцип «один раз ввести имногократно использо-

вать информацию», т.е. исключить устройства ввода, преобразования

АСУТПП, АСП, АСУГПС и оставить их только, например, вСАПР; значитель-

но сокращается цикл проектирование-изготовление; повышается качество

изделий; снижается себестоимость; экономятся материальныересурсы.

1.12. Применение роботов на вспомогательных итранспортных

производственных операциях. Конструктивныеэлементы и

характеристики роботов-манипуляторов.

В настоящее время роботы в основном применяютсяпри операциях

транспортирования, сборки, обслуживания обрабатывающегооборудования,

сварки и контроля. С точки зрения вычислительной нагрузкина управляю-

щую ЭВМ производственные операции можно подразделить на два вида:

— информационно простые операции, к ним относятсяоперации пере-

носа большого числа предметов или тяжелых предметов;

— информационно сложные операции (сборки иконтроля).

— 42 -

Основным направлением совершенствования роботовявляется развитие

применения микро-ЭВМ с 8, 16 и 32-разряднымимикропроцессорами, разви-

тыми операционными системами и задачеориентированнымиязыками програм-

мирования высокого уровня. Перспективным направлениемявляется исполь-

зование аналоговых микропроцессоров, т.е. большихинтегральных схем,

где в одном кристалле реализованы как цифровые элементы — микропроцес-

сор, так и цифро-аналоговые и аналого-цифровыепреобразователи, схемы

управления периферийными устройствами.

Для реализации высоконадежных систем управления роботами все

больше находят применение адаптивные микропроцессоры с БИС, т.к. в

этих устройствах имеются резервные узлы, средствадиагностики отказов

и самовосстановления, реализующие адаптивные внутренние связи,

способствующие увеличению надежности роботоориентированных вычисли-

тельных устройств до показателей, отвечающихпроизводственным требова-

ниям.

Приведем основные термины и определения, данные вГОСТ 25686 и

26228 " Манипуляторы, автооператоры ипромышленные роботы. Системы

производственные гибкие. Термины и определения."

Манипулятор - управляемые устройство или машинадля выполнения

двигательных функций, аналогичных функциям руки человекапри перемеще-

нии объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом.

Манипулятор с ручным управлением — манипулятор, управление кото-

рым осуществляет оператор.

Сбалансированный манипулятор — манипулятор с ручнымуправлением,

содержащий систему уравновешивания устройства рабочегооргана.

Автооператор — автоматическая машина, состоящая изисполнительно-

го устройства в виде манипулятора или совокупностиманипулятора и уст-

ройства передвижения и неперепрограммируемого устройствауправления.

Промышленный робот — автоматическая машина, стационарная или пе-

редвижная, состоящая из исполнительного устройства ввиде манипулято-

ра, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого

устройства программного управления для выполнения в производственном

процессе двигательных и управляющих функций.

Промышленные роботы бывают с цикловым программнымуправлением и

числовым программным управлением (робот, управляемыйустройством ЧПУ с

позиционным и (или) контурным программным управлением).

Адаптивно-промышленный робот - промышленный робот, управляемый

устройством адаптивного управления.

Агрегатный промышленный робот — промышленный робот, в котором по

крайней мере исполнительное устройство изготовлено путемагрегирования

из деталей, узлов и агрегатов, входящих вунифицированный набор для

построения определенных модификаций промышленных роботов.

Агрегатно-модульный промышленный робот — робот, вкотором исполь-

зуют исполнительные модули.

Составные части промышленных роботов,автооператоров:

Исполнительное устройство — устройство, выполняющеевсе его дви-

гательные функции.

Исполнительный модуль промышленного робота — агрегат, входящий в

унифицированный набор, или образуемый из деталей и узловэтого набора,

способный самостоятельно выполнять функцию реализациидвижений по од-

ной или нескольким степеням подвижности промышленногоробота.

Рабочий орган - составная часть исполнительногоустройства про-

мышленного робота для непосредственного выполнения технологических

операций и (или) вспомогательных переходов.

Устройство управления — устройство для формированияи выдачи уп-

равляющих воздействий исполнительному устройству всоответствии с уп-

равляющей программой.

Основными характеристиками манипуляторов и промышленных роботов

— 43 -

являются:

— номинальная грузоподъемность — наибольшее значениемассы пред-

метов производства и (или) технологической оснастки, включая массу

захватного устройства, при которой гарантируется ихудержание и обес-

печение установленных значений эксплуатационныххарактеристик;

— рабочее пространство — пространство, в которомможет находиться

исполнительное устройство при функционированииманипулятора или про-

мышленного робота;

— рабочая зона — пространство, в котором можетнаходиться рабочий

орган при функционировании;

— зона обслуживания — пространство, в которомрабочий орган вы-

полняет свои функции в соответствии с назначением;

— число степеней подвижности — количествовозможных направлений

перемещения или поворотов рабочего органа робота;

— скорость перемещения по степени подвижности — максимальная ли-

нейная или угловая скорость движения рабочего органаробота в заданном

направлении;

— погрешность позиционирования рабочего органа - максимальное

отклонение положения рабочего органа от заданногоуправляющей програм-

мой;

— погрешность отработки траектории рабочего органа — максимальное

отклонение траектории рабочего органа от заданнойуправляющей програм-

мой.

1.13. Алгоритмы управления роботами

Алгоритмы и методы обучения роботов подразделяются на:

— прямое обучение;

— роботоориентированное программирование;

— метод задачно-ориентированного программирования.

При прямом обучении предполагается ручноеперемещение робота во

все требуемые положения и запись соответствующих имобобщенных коорди-

нат сочленений. Выполнение программы заключается вперемещении сочле-

нения робота в соответствии с заданнойпоследовательностью положений и

не требует универсальной вычислительной машины. Ограничением является

то, что невозможно использовать датчики. Этот методпрограммирования

эффективен для точечной сварки, окраски и простых погрузочно-разгру-

зочных работ с фиксированными положениями рабочего органаи обрабаты-

ваемой детали в защищенной от попадания постороннихпредметов и людей

зоне.

При роботоориентированном программированиииспользуются датчики и

суть программирования заключается в том, что происходитопрос датчиков

и определяется движение робота в зависимости от обработки сенсорной

информации. Преимуществом этого метода является то, чтопри использо-

вании сенсорной информации робот может функционировать вусловиях не-

которой неопределенности. Этот метод используется длясборки или конт-

роля качества сборки. Упростить процедурупрограммирования можно путем

использования в роботоориентированных языках методамашинной графики,

который связан с заменой метода прямого обучениямоделированием рабо-

чего пространства роботов. Этот метод в значительнойстепени воспроиз-

водит процесс прямого обучения роботов с такими егодостоинствами, как

возможности свободной смены точки зрения, визуальногоконтроля взаим-

ного положения всех элементов рабочего пространства,интерактивной от-

ладкой. Подключение САПР к процессу программированияроботов позволяет

резко повысить степень интеграции робота спроизводственной системой,

т.е. одна и та же БД может быть использована для всейпроизводственной

системы.

При методе задачно-ориентированного программированияопределяется

— 44 -

не движение роботов, а желаемое расположение объектов.Исходной инфор-

мацией для этого метода программирования являетсягеометрическая мо-

дель рабочего пространства и робота. Такие системыназываются система-

ми моделирования рабочей обстановки. Характернойособенностью таких

систем является отказ от детального программированияконкретных дейс-

твий робота и программирование задачи в терминахвзаимного положения

объектов в рабочем пространстве и его изменений. Фактически действия

робота строятся с помощью методов искусственногоинтеллекта на основе

модели робота и окружающих его объектов. Здесь также большоезначение

имеет геометрическая модель.

Программирование роботов с использованием модельныхпредставлений

включает 3 основных этапа:

1. формирование необходимых информационных моделей;

2. построение программных перемещений деталей с контролем взаим-

ного положения, выполнения технологических операций, вт.ч. смены зах-

ватного устройства и инструмента, проверок условий иорганизации логи-

ческих переходов, синхронизации с другими устройствами;

3. получение исполнительной программы управленияроботом на языке

низкого уровня.

Построение геометрической модели рабочегопространства может быть

осуществлено одним из трех способов:

1. с помощью манипулятора;

2. средствами машинной графики;

3. с помощью системы технического зрения.

Первые два были рассмотрены выше (прямое обучение и роботоориен-

тированное и задачно-ориентированное программирование), а третий спо-

соб — это по-существу модификация первого - интерактивное зрение, в

котором оператор, пользуясь лазером как указкой, указывает световым

пятном характерные точки объектов рабочего пространства, а координаты

измеряются системой технического зрения.

— 45 -

2. ТЕХНОЛОГИЯ РЭА КАК СЛОЖНАЯ СИСТЕМА.

2.1. Общие принципы управления сложнымисистемами.

При определении некоторого объекта как системыпредполагается на-

личие следующих признаков:

1. объекта (системы), состоящего из множества элементов и их

свойств, которые могут рассматриваться как единое целоеблагодаря свя-

зям между ними и их свойствами;

2. исследователя, выполняющего любую целенаправленную деятель-

ность (исследовательскую, проектную, организационную идр.);

3. задачи, с точки зрения решения которой исследовательопределя-

ет некоторый объект как систему;

4. языка, на котором исследователь может описатьобъект, свойства

его элементов и связи.

Любой целенаправленный процесс, происходящий в любойсложной сис-

теме, представляет собой организованную совокупностьопераций, которые

условно можно разбить на две группы: рабочие операции иоперации уп-

равления.

Рабочие операции — это действия, необходимыенепосредственно для

выполнения процесса в соответствии с природой и законами,определяющи-

ми ход процесса. Например, процесс обработки детали натокарном станке

состоит из таких рабочих операций, как закреплениедетали, подача рез-

ца, снятие стружки и др.

Для достижения цели процесса рабочие операции должнынаправляться

и организовываться операциями управления. Совокупностьопераций управ-

ления образует процесс управления.

Система, в которой осуществляется процессуправления, называется

системой управления. В структурном аспекте любую систему управления

можно представить взаимосвязанной совокупностью объекта управления

(управляемой подсистемы) и управляющего органа(управляющей подсисте-

мы). Обобщенная структура системы управления приведенана рисунке 7.

цельуправления

┌──────────────

│

┌─────────────┼───────────────────┐

│ \│/ │

│ ┌───┴─────────┐ │

│ X(t) │ управляющий │<────────┼──────┐

│ ┌─────>│ орган ├────────┐│ │

│ │ └─────────────┘ ││ │

│ │ U(t)││ │

│ │ ┌─────────────┐ ││ │

│ │ │объектуправ-│<───────┘│ └─────

│ └──────┤ления │<────────┼─────────────

│ └─────────────┘ │возмущающие

└─────────────────────────────────┘воздействия

Рис. 7. Обобщенная структура системы управления,где: X(t) — ин-

формация о состоянии системы; U(t) — управляющеевоздействие.

Т.к. любой процесс управления являетсяцеленаправленным процессом,

должна быть известна цель управления. Это значит, чтоуправляющему ор-

гану должна быть известна цель управления, т.е.информация, используя

которую можно определить желаемое состояние объектауправления. Управ-

ляющий орган воздействует на объект управления так, чтобы его состоя-

ние соответствовало желаемому.

Объект управления представляет собой открытуюсистему, т.е. нахо-

— 46 -

дится в динамическом взаимодействии с окружающей средой.Влияние внеш-

ней среды носит неконтролируемый характер и выражается вслучайном из-

менении его состояния. Воздействие окружающей среды наобъект управле-

ния называется возмущающим воздействием.

Для формального описания задачи управления введемнекоторые опре-

деления. Предположим, что доступная информация обобъекте управления

содержится в n функциях от времени X 4i 0(t), i=1,2...n. Будем рассматри-

вать переменные X 4i 0 как компонентымногомерной векторной функции X(t),

называемой вектором состояния объекта управления. Всистеме управления

эти переменные являются контролируемыми выходнымипеременными объекта

управления и одновременно входными переменными управляющего органа

(см. рис. 7).

Состояние объекта управления изменяется подвоздействием возмуща-

ющих факторовF(t)={f 41 0(t),f 42 0(t),....,f 4k 0(t)}, называемых вектором воз-

мущения, и целенаправленного влияния управляющего органа,называемого

вектором управленияU(t)={u 41 0(t),u 42 0(t),...,u 4m 0(t)}. Всистеме управления

переменные u 4j 0(t) являются входнымипеременными объекта управления и

одновременно выходными управляющего органа.

В любой момент времени t состояние объектауправления X(t) явля-

ется функцией векторов U(t), F(t), а также начальногосостояния X 4o 0(t),

т.е. X(t)=X{U(t),F(t),X 4o 0(t)} (7).

Уравнение (7) есть математическая модель объектауправления, опи-

сывающая закон его функционирования, в которомединственным изменяемым

целенаправленно фактором является вектор управленияU(t). Задача уп-

равления формулируется следующим образом: найти такиевектор управле-

ния и вектор состояния, которые обеспечивают достижениецели управле-

ния. Цель управления может иметь различную формулировку, однако в

большинстве случаев ее можно формально определитьзначением J 5* 0 некото-

рого функционала J, который называют критериемуправления или целевой

функцией: J= J{ X(t),F(t),U(t)} (8).

В реальных объектах управления вектор состояния ивектор управле-

ния могут находиться в определенной конечной области значений:

U(t)сA(t), X(t)сB(t) (9). Здесь А и В — замкнутые области соответс-

твенно векторного пространства управлений и состояний.

Решение задачи заключается в том, чтобы найти такиезначения век-

торов состояния X 5* 0(t) и управленияU 5* 0(t), при которых выполняется ус-

ловиеJ{X 5* 0(t),F(t),U 5* 0(t),X 4o 0(t)}=J 5* 0(10) и одновременно удовлетворяются

ограничения (9).

Если задачу управления поставить несколькопо-другому, тогда она

примет следующий вид: найти и реализоватьфункциональную зависимость

U 5* 0(t)=U{X(t),F(t)} (11), обеспечивающуюнаилучшее приближение к задан-

ному значению критерия управления. Выражение (11)называется алгорит-

мом управления. Определение программы управлениязаключается в выра-

ботке траектории движения системы X 5* 0(t) впространстве параметров ее

состояния.

Контроль состоит в измерении значений компонентоввектора состоя-

ния X(t) по вектору наблюдения Z(t) и определениивектора ошибки e(t)

при наличии возмущающих воздействий F(t).

Формирование управляющего воздействии (принятиерешений) заключа-

ется в определении значений управляемых переменных, приводящих объект

управления в желаемое состояние.

Функциональная схема системы управления приведена на рис. 8.

Функциональная схема системы регулирования отличается от приведенной

выше тем, что отсутствует программатор. Желаемоесостояние объекта за-

дается извне и то, чем оно задается, называется обычнозадающим воз-

действием.

2.2. Классификация систем управления.

— 47 -

Рассмотрим классификацию систем управления по следующим призна-

кам:

┌───────────────┐ ┌────────┐X 5* 0(t)┌───────────┐ ┌────────────┐

│цель управления├─>│програм-│ │устройство │e(t) │устройство │

└───────────────┘ │ матор ├─────>│ сравнения ├────>│определения-│

└────────┘ └─────┬─────┘ │управл.воз- │

Z(t) /│\ │действия │

┌────┴────┐ └────┬───────┘

│ датчик │ U (t) │

└──┬──────┘ │

X^(t) │ \│/

┌────────┴────┐ ┌────┴───────┐

F(t) ───────>│объект │<───────┤исполнитель-│

│управления │ U^(t) │ ный орган │

└─────────────┘ └────────────┘

Рис. 8. Функциональная схема системы управления

— степень автоматизации функций управления;

— степень сложности;

— степень определенности.

В зависимости от степени автоматизации функцийуправления разли-

чают ручное, автоматизированное и автоматическое управление.При руч-

ном управлении все функции управления выполняются человеком-операто-

ром. Автоматизированным называют процесс управления, вкотором часть

функций выполняется человеком, а другая часть — автоматическими уст-

ройствами. При автоматическом управлении все функциивыполняются авто-

матическими устройствами. Соответственно системыуправления называются

автоматизированными или автоматическими.

По степени сложности системы управления делят напростые и слож-

ные. Строгого определения, позволяющего различить этипонятия, не су-

ществует. Интуитивно представление о сложной системеможно получить,

рассмотрев свойства систем, состоящих из большогочисла элементов.

Сложной системе соответствует сложный орган управления.Тогда совокуп-

ность сложного управляющего органа и сложного объектауправления назо-

вем сложной системой управления. Сложные системыуправления имеют сле-

дующие особенности:

1. Число параметров, которыми описывается сложнаясистема, весьма

велико. Многие из этих параметров не поддаютсяколичественному описа-

нию и измерению.

2. Цели управления не поддаются формальномуописанию без сущест-

венных упрощений. Цели управления являются функциямивремени. Система

может состоять из подсистем, каждая из которых имеетсобственную цель

управления. В процессе управления надо согласовыватьцели подсистем с

общей целью системы, что, как правило, являетсясложной задачей.

3. Трудно или даже невозможно дать строгое формальное описание

сложной системы управления. Как правило, примоделировании таких сис-

тем основной задачей является поиск разумного упрощения.

По степени определенности системы управления обычноразбивают на

детерминированные и вероятностные (стохастические). Детерминированной

системой называют систему, в которой по ее предыдущемусостоянию и не-

которой дополнительной информации можно безошибочно предсказать ее

последующее состояние. В вероятностной системе наоснове предыдущего

состояния и дополнительной информации можно предсказать и определить

вероятность каждого из последующих.

Разбиение систем на простые и сложные, детерминированные и веро-

ятностные весьма условно. К числу простыхдетерминированных систем

— 48 -

можно отнести автопилот. Примером сложной детерминированной системы

является ЭВМ. Простой вероятностной системой можноназвать систему

статистического контроля качества продукции предприятияпо одному или

нескольким параметрам, которая предусматривает выборочнуюпроверку за-

данных параметров с определенной периодичностью. Сложнойвероятностной

системой является производственное предприятие, крупнаястроительная

организация и т.д.

2.3. Характеристика систем управлениятехнологическими

процессами.

Взаимосвязанную совокупность оборудования, накотором выполняется

технологический процесс, назовем технологическойсистемой. Представим

технологическую систему в виде многомерного объекта,описываемого тре-

мя группами переменных. Первую группу переменных обозначим вектором

W(t), составляющие которогоW 41 0(t),W 42 0(t),...,W 4m 0(t) представляютсобой

параметры, характеризующие свойства и количество входных продуктов.

Вторая группа переменныхV(t)={V 41 0(t),V 42 0(t),...,V 4n 0(t)}представляет со-

бой параметры, характеризующие свойства и количествовыходного продук-

та. Третья группа составлена из параметров, характеризующих условия

протекания технологического процессаZ(t)={Z 41 0(t),Z 42 0(t),...,Z 4l 0(t)}. В

общем случае состояние технологической системы характеризуется всеми

вышеприведенными переменными.

Однако, размерность векторов в реальных условияхвесьма велика и

превышает возможности управляющего органа. Крометого, на практике

часть переменных либо не требуется измерять, т.е. они несущественны с

точки зрения цели управления, либо измерять невозможноиз-за техничес-

ких сложностей.

Поэтому только часть составляющих векторовиспользуют для форми-

рования вектора состояния X(t). Переменные векторасостояния условно

разобьем на две группы. В первую группу включим тепеременные, которые

можно целенаправленно изменять в процессе управления. Назовем их уп-

равляемыми переменными. В качестве управляемыхпеременных выбирают те

составляющие, целенаправленное изменение которыхтехнически возможно и

существенно влияет на показатель цели управления. Вторуюгруппу соста-

вим из переменных, которые измеряются и используются приформировании

управляющего воздействия, но не могут целенаправленно изменяться при

управлении данным технологическим процессом. Переменные, которые не

вошли в первые две группы, будем рассматривать как неконтролируемые

возмущающие воздействия. Поэтому технологическую системуможно предс-

тавить схемой, приведенной на рис. 9.

┌──────────────┐

U(t)──────>│ Ф(.) ├────────>X(t)

F(t)──────>└──────────────┘

Рис. 9. Схема технологической системы.

Здесь U(t) — вектор управления, F(t) — векторвозмущения, X(t) -

вектор состояния, т.е. технологическую систему можнорассматривать как

преобразователь входных функций. Поэтому X(t)=Ф(U(t),F(t))(12), где Ф

— оператор преобразования. Это выражение являетсяформальным описанием

технологической системы, т.е. ее моделью.

Определим технологический процесс какцеленаправленную смену сос-

тоянийX(t)={X 41 0(t),X 42 0(t),...,X 4k 0(t)}, которые назовем параметрами тех-

нологического процесса. Задачу управления технологическим процессом

можно сформулировать следующим образом: найти такоесостояние техноло-

гического процесса X 5* 0(t) (технологическийрежим) и такое управляющее

воздействие U 5* 0(t), которые удовлетворяюткак цели управления, так и

— 49 -

ограничениям вида (9).

2.4. Технико-экономическая эффективность какцелевая

функция системы.

Одним из основных критериев управления (целевойфункцией системы

управления) J (см. выражение (8)), являетсятехнико-экономическая эф-

фективность функционирования системы. Технологическиепоказатели эф-

фективности отражают следующие стороны функционированияТС:

— количество выпущенной продукции;

— качество выпускаемой продукции;

— количество израсходованного топлива, энергии,сырьевых материа-

лов и комплектующих изделий;

— технологическое оборудование, использованное привыпуске про-

дукции;

— количество и квалификация производственногоперсонала.

Технологические показатели эффективности, описывающие количество

выпущенной продукции, могут определяться за единицуизмерения кален-

дарного времени (месяц), за единицу измерения наработки оборудования

(час, смена), за единицу измерения израсходованноготоплива, энергии,

сырья, комплектующих изделий (тонна, кВтчас, тыс.шт.).Аналогично это-

му, показатели, описывающие расход топлива и другиезатраты могут оп-

ределяться за единицу календарного времени, а также навыпуск единицы

продукции. Показатели, описывающие качество, частоопределяют как долю

продукции, выпущенной определенными группами качества(марками, кате-

гориями, сортами) по отношению ко всей продукции,выпущенной за едини-

цу календарного времени, и т.п. Показатели,характеризующие использо-

вание оборудования (число вынужденных остановов, суммарная длитель-

ность простоев и т.д.) относят к календарному времени.

Организационные показатели эффективности отражают трудовыезатра-

ты персонала на производство продукции и выражают вединицах трудовых

затрат (человеко-часах). Эти показатели определяют как календарное

время, затраченное на выпуск продукции.

Экономические показатели эффективности отражают экономическиере-

зультаты функционирования ТС и выражают либо в денежныхединицах, либо

в единицах, определяющих степень соответствия этихрезультатов затра-

тами на ТС. Этот показатель имеет вид: W 4i 0= F(Ц 4t 0, С 4t 0,K) (13), гдеЦ 4t 0 -

стоимость продукции в оптовых ценах, произведенной завремя t; C 4t 0 -

себестоимость продукции, произведенной за время t; К - капитальные

вложения и предпроизводственные затраты, отнесенные кпериоду t; F -

некоторая функция.

Наиболее распространенными показателями эффективности являются

прибыльП 4t 0=Ц 4t 0-C 4t 0 (14) и чистая прибыльЧ 4t 0=Ц 4t 0-C 4t 0-E 4н 0*К (15), где Е 4н 0 -

нормативный коэффициент капитальных вложений; приведенныезатраты, ко-

торые учитывают затраты только на выпуск продукции и не учитывают ее

стоимостьЕ 4t 0=C 4t 0+Е 4н 0*К (16); коэффициентэкономической эффективности ка-

питальных вложенийК 4эк 0=П 4t 0/К=(Ц 4t 0-C 4t 0)/К(17). Величина, обратная коэффи-

циенту экономической эффективности, называется срокомокупаемости ка-

питальных вложений.

Рассмотрим пример функционала, описывающеготехнико-экономическую

эффективность работы системы (производства). В качествепримера расс-

мотрим месячную прибыль, остающуюся в распоряжении предприятия,

П 4п 0=П 4t 0-H 4п 0-О 4тп 0-С 4у 0-Н 4ж 0(18). Будем считать, что предприятие занимается

производством и не имеет соисполнителей. Введемобозначения:

З — начисленная зарплата персонала;

С 4с 0 — обязательные отчисления насоциальное страхование (5,4 % от

З);

З 4м 0 — установленный минимум заработнойплаты в РФ (56000 руб.);

— 50 -

N — количество сотрудников на предприятии(среднесписочный состав

за рассматриваемый период);

М 4с 0 — обязательные отчисления намедицинское страхование (3,6 % от

З);

П 4ф1 0 — обязательные отчисления впенсионный фонд с сотрудников (1

% от З);

П 4ф2 0 — обязательные отчисления впенсионный фонд с предприятия (28

% от З);

Ф 4з 0 — обязательные отчисления в фондзанятости (2 % от З);

Т 4н 0 — транспортный налог (1 % от З);

П 4н 0 — подоходный налог с сотрудников(12 % от (З-П 4ф1 0));

З 4н 0 - полученная на руки сотрудниками заработная плата

(З 4н 0=З-П 4ф1 0-П 4н 0(19));

А - амортизационные отчисления на полноевосстановление оборудо-

вания;

Д 4н 0 — налог на пользователейавтомобильных дорог (0,8 % от Ц 4t 0);

Н 4с 0 — налог на имущество предприятия(1,5 % от его среднегодовой

стоимости);

М — затраты на сырье, материалы, комплектующиеизделия;

И — затраты на инструменты, приспособления иоснастку;

К 4р 0 — командировочные расходы (вустановленных правительством пре-

делах);

Н 4р 0 — накладные расходы;

С 4у 0 - сбор на нужды образовательныхучреждений (1 % от З);

Н 4ж 0 — налог на содержание жилищногофонда (1,5 % от Ц 4t 0);

тогдаC 4t 0= 7( 0З+С 4с 0+М 4с 0+П 4ф2 0+Ф 4з 0+Т 4н 0+А+Д 4н 0+Н 4с 0+М+И+К 4р 0+Н 4р 0 З 7, 06*N*З 4м

79 06*N*З 4м 0+С 4с 0+М 4с 0+П 4ф2 0+Ф 4з 0+Т 4н 0+А+Д 4н 0+Н 4с 0+М+И+К 4р 0+Н 4р 0З 7. 06*N*З 4м 0 (20);

Ц 4п 0 — договорная цена продукции(Ц 4п 0=Ц 4t 0+Н 4дс 0+С 4н 0 (21));

Н 4дс 0 — налог на добавленную стоимость(20 % от Ц 4t 0);

С 4н 0 — специальный налог (1,5 % отЦ 4t 0);

Н 4п 0 — налог на прибыль (38 % отП 4t 0);

О 4тп 0 — оплата труда персонала изприбыли:

О 4тп 0= 7( 00 З 7, 06*N*З 4м

79 0(З-6*N*З 4м 0)(1+С' 4с 0+М' 4с 0+П' 4ф2 0+Ф' 4з 0+Т' 4н 0)З 7. 06*N*З 4м 0 (22);

' — приведенные ставки налогов(С` 4с 0=C 4c 0/100 и т.д.).

Здесь приведена только часть затрат, наиболеераспространенных, обяза-

тельных для всех предприятий, остальные не учтены,например, обучение

персонала, платежи банкам, налоги на рекламу и т.д., всего около 70

видов налогов. Ставки налогов даны для г. Москвы посостоянию на ав-

густ 1995 г. Таким образом:

П 4п 0=0,494*Ц 4п 0-0,995*З 4н 0-0,62*(А+Н 4с 0+М+И+К 4р 0+Н 4р 0)З 7, 06*N*З 4м 0 (23).

Из этого выражения, между прочим, следует, что вслучае уплаты всех

налогов З 4н 7, 00,496*Ц 4п 0.

Таким образом, при оценке функционированиятехнологической систе-

мы как на этапе ее проектирования, так и на этапе еефункционирования

возможно использование вышеприведенных показателей. Приоценке качест-

ва управления эффект от применения автоматизированной илиавтоматичес-

кой управляющей системы оценивают путем сравненияэкономических пока-

зателей системы до автоматизации и после. Как уже вышеуказывалось,

применение ГПС по степени своей эффективности отличаетсядля различных

видов производств. Эти же показатели используют припроектировании ТС.

Следует отметить, что в показатель себестоимостипродукции входят

затраты на единицу продукции, включая и накладныерасходы. Чем больше

выпускаемая партия (крупно-серийное или массовоепроизводство), тем

меньше себестоимость единицы выпускаемой продукции.

2.5. Основные типы систем управлениятехнологическими

процессами.

- 51 -

1. Системы программного регулирования. Еслитехнологический режим

не зависит от внешних условий (например, качества исходных сырьевых

материалов) и может быть рассчитан заранее, то цельюуправления явля-

ется минимизация отклонений текущих значений управляемыхпараметров от

заданных, т.е. требуется осуществлять управлениетехнологическим про-

цессом по заранее заданной программе. В частном случае,когда все за-

данные значения параметров не зависят от времени, процесс регулирова-

ния сводится к процессу стабилизации технологическихпараметров. В ка-

честве примера таких процессов можно привестиподдержание заданных

температурных режимов при термической обработкематериалов.

2. Системы оптимизации параметров технологическихпроцессов. В

тех случаях, когда наилучший режим не может быть заданзаранее, т.к.

его выбор зависит от ряда факторов, информация о которыхпоявляется в

ходе процесса, решается задача оптимизации технологического режима.

Например, технологический режим обработки материаловзависит от хими-

ческого состава сырьевых материалов, который можетколебаться и стано-

вится известным только в процессе производства. При этомона формули-

руется следующим образом: надо найти такое значениеX(t)=X 5* 0(t), кото-

рое обеспечиваетmaxQ=Q[X 4k 0(t),X 5* 0(t)] (24). Технологический режимX 5* 0(t)

является оптимальным по критерию (24),Х 4к 0(t) — контролируемые перемен-

ные качества входа. Возможная схема системы, реализующейописанное уп-

равление, приведена на рис. 8.

3. Системы оптимизации порядка выполнениятехнологических опера-

ций. В дискретных системах технологический режимопределяется порядком

и длительностью выполнения технологических операций. Выбор порядка и

длительности, т.е. программы управления, заключаетсяв определении

времени начала и окончания операций на определенномстанке с учетом

заданной технологии обработки деталей, производительности станков,

длительности их переналадки и ряда других факторов. Критерием опти-

мальности является время технологического цикла, котороетребуется ми-

нимизировать. Для оптимального выбора программы требуетсярешить зада-

чу комбинаторного типа, размерность которой зависит от разнообразия

обрабатываемых деталей и числа обрабатывающих станков. Очевидно, что

даже для небольшого участка число вариантов программы оказывается

столь большим, что исключает возможность использованияпростых вычис-

лительных алгоритмов для отыскания оптимального решения. Практическая

значимость задач этого типа обусловила развитиебольшого количества

методов их решения, совокупность которых составляеттеорию расписания

или календарного планирования, часто эти задачи решаютсяметодами тео-

рии графов. Дискретное производство в отличие от непрерывногохаракте-

ризуется большей стабильностью технологического режима, что позволяет

рассчитывать его заранее, а в процессе управленияосуществлять лишь

оперативное регулирование. Поэтому выбор программыуправления в диск-

ретных системах выделен в самостоятельную функциюуправления — плани-

рование работы технологических подразделений (участок, линия, цех).

Этот класс задач наиболее характерен для системуправления ГПС (ГАЛ,

ГАЦ).

4. Системы управления манипулированием. Операцииманипулирования

выполняются роботами-манипуляторами. Одной из главныхзадач управления

манипулированием является определение траекторийдвижения манипулято-

ра. В первом разделе п. 1.13 были подробно рассмотренывопросы управ-

ления роботами.

2.6. Основные показатели и состав систем

автоматического управления.

Основу большинства локальных систем управления технологическим

— 52 -

оборудованием, роботами составляет регулятор. Этасистема (САР) пред-

назначена для поддержания технологического параметра(например, темпе-

ратуры, концентрации, уровня жидкости в ванне и т.д.) взаданных пре-

делах или для изменения его по какому-либо закону сзаданной точностью

и производительностью. Основные показатели качестваработы САР — это

устойчивость, статистическая и динамическая точность,быстродействие и

добротность (коэффициент усиления), мощность.

Устойчивость характеризует способность системыприходить в равно-

весное состояние при появлении командного сигнала илиего изменений.

Неустойчивая система к работе непригодна, т.к.возникающие в ней внут-

ренние напряжения разрушают кинематические связи междуэлементами. В

зависимости от применяемого метода анализа и синтезаколичественно она

определяется через разные показатели: коэффициентзатухания, перерегу-

лирование, показатель колебательности и др.

Точность САР определяется как наибольшаястатистическая величина

отклонения фактического состояния регулируемого параметраот заданно-

го. Различают статическую и динамическую точность. Статическая точ-

ность определяется как отклонение фактического значения регулируемого

параметра от заданного в установившемся режиме, адинамическая — в пе-

реходном режиме работы САР.

Быстродействие определяет способность системыреагировать на из-

менение входного сигнала, переходя из одного устойчивогосостояния в

другое. В разных методах анализа и синтеза быстродействиехарактеризу-

ется: временем затухания переходного процесса, собственной частотой

колебаний, резонансной частотой, полосой пропускания идр.

Эти показатели качества работы САР определяют прианализе работы

в установившемся и переходном режимах работы физическойили математи-

ческой модели САР.

В состав САР входят: устройство обратной связи УОС (измери-

тель-преобразователь), устройство сравнения УСр иисполнительный меха-

низм ИУ (в том числе силовой привод), составляющиесобственно регуля-

тор Р, и объект управления (рабочий орган станка илиагрегата) ОУ. Из-

меритель-преобразователь регулируемого параметраопределяет фактичес-

кое значение регулируемого параметра (например, скоростьдвижения сто-

ла станка), преобразует в удобный сигнал и посылаетего на один из

входов устройства сравнения, осуществляя обратную связь.На другой его

вход подается командный сигнал от задающего устройства. В устройстве

сравнения происходит сопоставление этих сигналов (а вбольшинстве слу-

чае еще усиление и преобразование) и вырабатываетсяуправляющий сигнал

(сигнал рассогласования) для исполнительного механизма(силового при-

вода). Последний отрабатывает его, воздействуя наобъект управления.

Привод работает до тех пор, пока величина рассогласования не будет

меньше его чувствительности.

┌────────┐ ┌────────┐ ┌─────┐

─────>│ ├─────>│ ИУ ├─────>│ ОУ │

┌───>│ УСр │ └────────┘ └──┬──┘

│ └────────┘ │

│ ┌────────┐ │

└────────────────────┤ УОС │<────────┘

└────────┘

Рис. 10. Обобщенная схема системы автоматическогорегулирования.

В основу классификации САР можно положитьнесколько признаков:

— технологическое назначение (стабилизирующее, программное, сле-

дящее);

— регулирующее воздействие (непрерывные, импульсные,релейные);

— сложность преобразования (прямого и непрямогодействия);

— 53 -

— вид обратной связи (жесткая, изодромная икомбинированная);

— закон регулирования (пропорциональный П,интегральный И, диффе-

ренциальный Д, комбинированный);

— вид статической характеристики (статические и астатические);

— число обратных связей или число регулируемыхпараметров (одно-

и много-контурные САР);

— вид энергии, используемой в силовом приводе(электрические,

пневматические, гидравлические, механические икомбинированные);

— вид регулируемого параметра (скорость, положение,уровень, тем-

пература, давление или вакуум, расход, напряжение, силатока и др.).

Стабилизирующие САР предназначены для поддержаниярегулируемого

параметра в заданных пределах в условиях изменяющихсявнешних воздейс-

твий на систему; программные САР — для изменениярегулируемого пара-

метра по заранее известному закону; следящие САР — дляизменения регу-

лируемого параметра по заранее неизвестному закону(отслеживания изме-

нения командного воздействия).

К системам прямого действия относят САР, врегуляторе которых от-

сутствуют специальные усилительные устройства, аизменение регулируе-

мого параметра (например, перестановка рабочего органастанка) осу-

ществляется за счет энергии самого датчика (информационные функции

совмещены с силовыми, что резко снижаетчувствительность и точность

САР).

Возрастание требований по точности регулирования,требуемому уси-

лию воздействия на объект управления, требуемаямощность, привели к

созданию САР непрямого действия. В регуляторах такихСАР применяют

усилительные устройства, а информационные и силовыефункции разделены.

Неодинаковы по точностным характеристикамстатические и астати-

ческие САР. В статических САР изменение режима работы(смена равновес-

ного состояния) происходит со статической ошибкой, а вастатических

эта ошибка равна нулю.

Важным признаком классификации является вид обратнойсвязи (ОС).

Различают САР с жесткой и изодромной ОС. Жесткая ОС(положительная или

отрицательная) действует в САР постоянно как вустановившемся, так и в

переходном режимах, причем отрицательная ОС приотклонении объекта уп-

равления (или параметра) от равновесного (заданного)состояния вызыва-

ет нейтрализацию этого отклонения (сигналрассогласования вычитается

из основного сигнала), а положительная — способствуетпереводу объекта

в другое равновесное состояние (сигнал рассогласованияскладывается с

основным). Изодромная ОС (гибкая, исчезающая) действуетлишь в течение

переходного процесса. Применение ОС вообще, и изодромнойв частности,

способствует повышению качества регулирования.

Обратная связь обеспечивает контроль регулируемого(управляемого)

параметра ТП автоматически в масштабе реального времени.

Измеренное с помощью датчика ОС фактическое значениерегулируемо-

го параметра сравнивается с заданным (командным).Полученный в резуль-

тате сигнал рассогласования усиливается и является управляющимдля си-

лового привода. В системах без ОС нет гарантии, чтозаданный на входе

сигнал, соответствующий требуемому изменениюрегулируемого параметра,

будет обработан силовым приводом из-за действия насистему неконтроли-

руемых факторов.

Обратная связь в соответствии с законом регулирования оказывает

существенное влияние на свойства САР, улучшая их.

Любая система описывается нелинейными уравнениями, однако часто

их можно и нужно линеаризовать, т.е. перейти к болеепростой модели.

Линеаризации бывают обычные, гармонические,статистические и др. Обыч-

ными будем называть линеаризации, основанные наразложении нелинейной

функции в ряд Тейлора в окрестности некоторой точки иотбрасывании не-

линейных слагаемых.

- 54 -

Математическую модель любой САР называют звеном.Любое стационар-

ное линейное непрерывное звено с двумя входамиописывается уравнением

вида:A 4o 0Y 5(n) 0+A 41 0Y 5(n-1) 0+...+A 4n 0Y=

=B 4o 0U 5(m) 0+B 41 0U 5(m-1) 0+...+B 4m 0U+C 4o 0F 5(l) 0+C 41 0F 5(l-1) 0+...+C 4l 0F(25),

гдеY 5(i) 0,U 5(i) 0,F 5(i) 0 — i-е производные повремени.

Для линейных систем справедлив принцип суперпозиции:реакция сис-

темы на несколько одновременно приложенных воздействийравна сумме ре-

акции системы на каждое воздействие в отдельности.

Для уравнения (25) это означает, что если Y(t) — реакция системы,

то при одних и тех же начальных условиях Y(t)=Y 4u 0(t)+Y 4f 0(t) (26).

Благодаря принципу суперпозиции исследование системс несколькими

входами всегда можно свести к исследованию систем с однимвходом. Сис-

тема описывается уравнением вида

A 4o 0Y 5(n) 0+A 41 0Y 5(n-1) 0+...+A 4n 0Y=B 4o 0U 5(m) 0+B 41 0U 5(m-1) 0+...+B 4m 0U (27).

Используя символическую форму записи для операциидифференцирова-

ния - оператор р (оператор дифференцирования), то, по определению

py=dy/dt (28), p 5i 0y=d 5i 0y/dt 5i 0 (29) и, используя р,уравнение (27) можно

представить в виде: A 4o 0P 5n 0Y+A 41 0P 5n-1 0Y+...+A 4n 0Y=B 4o 0P 5m 0U+B 41 0P 5m-1 0U+...+B 4m 0U(30),

или, вынося за скобки Y, U (оператор р можнорассматривать как алгеб-

раический сомножитель, не обладающий свойствомкоммутативности), полу-

чим уравнение вида Q(p)Y=R(p)U (31), где дифференциальный оператор

Q(p) при выходной величине называют собственнымоператором, а диффе-

ренциальный оператор R(p) при входной величине - оператором воздейс-

твия, такая запись удобна при определении передаточныхфункций.

Передаточной функцией в операторной форме W(p)называется отноше-

ние оператора воздействия к собственному оператору.Согласно определе-

нию, передаточная функция системы (27) имеет видW(p)=R(p)/Q(p) (32).

Используя W(p), получим уравнение Y=W(p)*U (33).

Если система имеет m входов и m выходов, то для ее описаниятре-

буется m передаточных функций. В частности, уравнение(25) в символи-

ческой форме имеет видY(t)=W 4u 0(p)U(t)+W 4f 0(p)F(t) (34).

Для системы управления с обратной связьюпередаточная функция

имеет вид W 4p 0=W 41 0(p)/(1+W 41 0(p)W 42 0(p)) (35), где W 41 0(p) - передаточная

функция объекта, W 42 0(p) — передаточнаяфункция ОС.

Вид ОС определяет реализуемый в САР законрегулирования. Под за-

коном (алгоритмом) регулирования понимаютфункциональную зависимость

выходной величины Y регулятора от его входной величины U.

В серийно выпускаемых промышленных П-, ПД-, ПИ-,ПИД-регуляторах

применяют соответственно следующие типовые законырегулирования:

Y=K 4o 0U (36) — пропорциональный закон(П);

Y=(K 4o 0+K 41 0p)U (37) — пропорционально-дифференциальный по 1-й произ-

водной (ПД);

Y=(K 4o 0+K 41 0p+K 42 0P 52 0)U (38) — то же по 1-й и 2-й производным (ПД);

Y=(K 4o 0+B 41 0/p)U (39) — пропорционально-интегральный (ПИ);

Y=(B 41 0/p)U (40) — интегральный (И);

Y=(K 4o 0+K 41 0p+B 41 0/p)U (41) - пропорционально-интегродифференциальный

(ПИД).

Критерии качества — совокупность показателей,позволяющих оценить

качество работы САР. Их можно разделить на две группы: интегральные

критерии (функционалы, численные значения которых служатмерой качест-

ва) и критерии, основанные на задании определенногорасположения полю-

сов системы (применяются исключительно для оценки качества линейных

систем). Оценка качества по обобщенному интегральномукритерию

J= 73 0F(x)dt (42), где F(x) — функцияпеременных, характеризующих состоя-

0 ние системы.

Для линейных систем большинство оценок можнополучить без прямого

интегрирования дифференциальных уравнений САР. При действии на САР

— 55 -

случайных возмущений распространенным критерием качествадинамической

точности служит средняя квадратическая погрешность, являющаяся харак-

теристикой рассеивания возможных значений случайной величиныотноси-

тельно их среднего значения и определяемая какположительное значение

квадратного корня из дисперсии случайной величины.

Наряду с этими оценками при синтезе систем сослучайными воздейс-

твиями используют удельный риск, общий риск и другиекритерии качест-

ва.

Частотные характеристики.

Если передаточную функцию стационарной системы записать в виде

p=jw (43), то функция вида

W(jw)=(B 4o 0(jw) 5m 0+B 41 0(jw) 5m-1 0+...+B 4m 0)/(A 4o 0(jw) 5n 0+A 41 0(jw) 5n-1 0+...+A 4n 0)(44) будет

частотной передаточной функцией. Ее можно представить в виде

W(jw)=U(w)+jV(w)=A(w)e 5jF(w) 0 (45), A(w)= 7? 0(U 52 0(w)+V 52 0(w)) (46),

F(w)=argW(jw) (47). На комплексной плоскости частотная передаточная

функция определяет вектор ОС, длина (модуль ) которогоравна A(w), а

угол, образованный этим вектором с действительнойположительной полу-

осью, равен F(w). Кривая, которую описывает конецэтого вектора при

изменении частоты от нуля до бесконечности, называетсяамплитудно-фа-

зо-частотной характеристикой (АФЧХ).

│jV

│

│ U(w)

─────────────┼───────┬─────────

0│\ F(w) │ U

│ \ │

V(w)├──────\C

│

Рис. 11. АФЧХ

Действительную часть U(w)=ReW(jw) (48) и мнимую часть

V(w)=ImW(jw) (49) называют соответственно вещественной и мнимой час-

тотными функциями. График вещественной частотнойхарактеристики (кри-

вая U=U(w) при изменении w от 0 до бесконечности)называют веществен-

ной частотной характеристикой, а график мнимойчастотной функции -

мнимой частотной характеристикой. Модуль A(w)=│W(j)│ - амплитудная

частотная функция, а ее график — амплитудная частотнаяхарактеристика.

Аргумент F(w)=argW(jw) называют фазовой частотнойфункцией, а ее гра-

фик — фазовой частотной характеристикой. Установим, какой физический

смысл имеют частотные характеристики. Если на входустойчивой линейной

стационарной системы подается гармонический сигналu=a*sin(wt), то на

ее выходе после окончания переходного процессаустанавливается гармо-

нический процесс с амплитудой в и фазой, сдвинутойотносительно фазы

входного сигнала на угол f. Амплитуда в и сдвиг фазы fзависят от час-

тоты входного сигнала и свойства системы. Кроме того,амплитуда в за-

висит еще от амплитуды входного сигнала. Но отношениев/а не зависит

от амплитуды а. Оказывается, что в/а=A(w) и F=F(w),т.е. амплитудная

частотная характеристика равна отношению амплитудывыходного сигнала к

амплитуде входного гармонического сигнала (вустановившемся режиме), а

фазовая частотная функция — сдвигу фазы выходногосигнала.

Временные характеристики.

Переходные и импульсные переходные характеристикиназываются вре-

менными. Они используются при описании линейных системкак стационар-

ных, так и нестационарных. Переходной функцией звенаназывается функ-

ция h(t), которая описывает его реакцию (изменениевыходной величины)

— 56 -

на единичное ступенчатое воздействие 1(t) при нулевыхначальных усло-

виях.

По определению, 1(t)= 7( 01, t>0

79 00, t<0 (50).

График переходной функции — кривая зависимости h(t)от времени t

называется переходной или разгонной характеристикой.

Импульсной переходной или весовой функцией называется функция

w(t), которая описывает реакцию системы на единичноеимпульсное воз-

действие при нулевых начальных условиях. Графикимпульсной переходной

функции называется импульсной переходнойхарактеристикой. При опреде-

лении весовой функции использовано понятие единичного импульса. Еди-

ничный импульс - импульс с единичной площадьюбесконечно малой дли-

тельности. Он описывается дельта-функцией, котораяявляется одной из

обобщенных функций.

Устойчивость является одним из основных требований,предъявляемых

к системам автоматического регулирования. Неустойчивыесистемы нерабо-

тоспособны. Поэтому важно уметь определять и обеспечиватьустойчивость

системы регулирования. Существуют различные понятия устойчивости.

Рассмотрим определение устойчивости по Ляпунову. ПустьСАР описывается

дифференциальным уравнением в нормальной форме y' 4i 0=Y 4i 0(y 41 0,...,y 4n 0,t)

(51), i=1...n или в векторной форме y'=Y(y,t) (52), гдеy=(y 41 0,...,y 4n 0) 5т

и Y=(Y 41 5т 0,...Y 4n 5т 0) - вектор-столбцы (индекс «т» обозначает операцию

транспонирования).

Обозначим y 5o 0(t) невозмущенное движение. Оно является решением

уравнения (52) при определенных начальных условиях. Решение уравнения

(52) при любых других начальных условиях называетсявозмущенным движе-

нием. Представим уравнение (52) в отклонениях xi=yi-y 5o 0i (i=1,..n),

x'=X(x,t) (53) в уравнении x=(x 41 0,...,x 4n 0) 5т 0, X=(X 41 0,...,X 4n 0) 5т 0,

X 4i 0(x,t)=Y 4i 0(x+y 5о 0,t)+y' 5о 4i 0 (54), i=1,...,n. В новых переменных невозму-

щенным движением является решение x(t)=0 уравнения(53) при нулевых

начальных условиях. Любое другое решениеx[x(t 4o 0),t], т.е. решение (53)

при произвольном начальном значенииx(t 4o 0) 7- 00, определяет возмущенное

движение. Оно называется возмущением или начальнымвозмущением.

Переменные x 4i 0(y 4i 0), i=1,...,n называются фазовыми координатами, а

x(y) — фазовым вектором. Пространство n-мерных векторовx(y) называет-

ся фазовым пространством.

Невозмущенное движение x(t)=0 называется устойчивымпо Ляпунову,

если, каково бы ни было e>0, найдется такоеb=b(e,t 4o 0)>0, что при лю-

бых t>t 4o 0 ││x[x(t 4o 0,t]││<e, как только ││x(t 4o 0)││<b. Здесь ││x││-длина

вектора (евклидова норма):

││x││= 7S 0(x 52 4i 0) 51/2

1. Устойчивость линейных САР. Если какое-либорешение линейного

дифференциального уравнения с постоянными коэффициентамиасимптотичес-

ки устойчиво, то асимптотически устойчиво любое егорешение. Поэтому в

случае непрерывных линейных стационарных систем, т.е.систем, описыва-

емых линейными дифференциальными уравнениями спостоянными коэффициен-

тами, можно рассматривать их устойчивость, неуказывая конкретного

движения. Непрерывная линейная стационарная САРназывается устойчивой,

если асимптотически устойчиво какое-либо ееневозмущенное (заданное)

движение.

Если заданы внешние воздействия, то уравнениелинейных стационар-

ных САР можно представить в виде(A 4o 0P 5n 0+A 41 0P 5n-1 0+...+A 4n 0)x=F(t)(55). В

уравнении A 4i 0, i=0,1,...,n — заданныепостоянные коэффициенты, F(t) -

заданная функция времени. Общее решение уравнения имеет вид

X(t)=X 4в 0(t)+X 4c 0(t) (56), гдеX 4в 0(t) — частное решение неоднородного урав-

нения, X 4c 0(t) - общее решение однородного уравнения

— 57 -

(A 4o 0P 5n 0+A 41 0P 5n-1 0+...+A 4n 0)X=0(57). Частное решение X 4в 0(t) определяет вынуж-

денное движение, решение X 4c 0(t) — свободноедвижение, т.е. движение,

которое, не зависит от внешних воздействий иопределяется только на-

чальными условиями.

Невозмущенное движение задается внешнимвоздействием и при от-

сутствии внешних возмущающих воздействий совпадает свынужденным дви-

жением X 4в 0(t). Поэтому линейная системаустойчива, когда limX 4c 0(t)=0.

Это соотношение можно принять за определениеустойчивости t->oo

линейных непрерывных систем.

Характеристическое уравнение. Устойчивость линейнойсистемы, т.е.

выполнение условия, зависит от ее характеристического уравнения

A 4o 0L 5n 0+A 41 0L 5n-1 0+...+A 4n 0=0 (58). Левая часть характеристического уравнения

называется характеристическим полиномом. Характеристический полином

системы (с точностью до постоянного множителя иобозначений перемен-

ной) совпадает с ее собственным оператором изнаменателем ее переда-

точной функции. Характеристический полином замкнутойсистемы также ра-

вен (при отрицательной обратной связи) сумме P(p)+Q(p)полиномов чис-

лителя и знаменателя передаточной функции W(p)=P(p)/Q(p)(59) разомк-

нутой системы. Необходимое и достаточное условиеустойчивости опреде-

ляется по корням характеристического уравнения. ЕслиL 4i 0, i=1,...,q -

корни характеристического уравнения кратностиk 4i 0, то общее решение од-

нородного уравнения имеет вид X 4c 0(t)= 7S 0Q 4i 0(t)e 5lit 0 (60), где

Q 4i 0(t)=C 41 5(i) 0+...+C 4ki 5(i) 0- постоянные интегрирования. В частном случае,

когда все корни l 4i 0, i=1,...,n, простые,решение такого: X 4c 0(t)= 7S 0C 4i 0e 5lt

(61).

Свободное движение при t 76$ 0 стремится кнулю при произвольных пос-

тоянных интегрирования в том случае, когда все корнихарактеристичес-

кого уравнения имеют отрицательные вещественные части. Таким образом,

для того, чтобы линейная непрерывная система былаустойчива, необходи-

мо и достаточно, чтобы все корни ее характеристическогоуравнения име-

ли отрицательные вещественные части:Rel 4i 0<0, i=1,...,q.

Необходимое условие устойчивости. Для того, чтобысистема была

устойчива, необходимо, чтобы коэффициенты еехарактеристического урав-

нения были одного знака:A 4o 0>0,...,A 4n 0>0 илиA 4o 0<0,...,A 4n 0<0. Если необхо-

димое условие не выполняется, система неустойчива.

Критерий Гурвица. Для того, чтобы система былаустойчива, необ-

ходимо и достаточно, чтобы все определители Гурвица, составленные из

коэффициентов ее характеристического уравнения, былибольше нуля. Это

алгебраический критерий устойчивости.

2. Устойчивость нелинейных САР.

САР называется нелинейной, если она описываетсянелинейными урав-

нениями. Линейные системы являются идеализированнымимоделями реальных

САР. Если нелинейность допускает обычную линеаризацию,то такая нели-

нейность называется несущественной. В противном случаенелинейность

называется существенной. Для нелинейных систем несправедлив принцип

суперпозиции. В случае нелинейных систем изустойчивости какого-либо

невозмущенного движения не следует устойчивость любого возмущенного

движения: одни возмущенные движения могут бытьустойчивы, а другие

нет. Кроме того, не любое возмущенное движение приt 76$ 0 стремится к

асимптотически устойчивому невозмущенному движению.

Вид кривой переходного процесса в линейных системахне зависит от

величины начального отклонения. В нелинейных системахкривые переход-

ного процесса, соответствующие различным начальнымотклонениям, могут

сильно отличаться. Более того, в зависимости отвеличины начального

отклонения от исходного состояния система можетстремиться к разным

состояниям. В нелинейных системах наблюдаются такиеустановившиеся пе-

риодические режимы (автоколебания), которые в линейныхсистемах невоз-

можны.

— 58 -

Универсальных методов исследования нелинейных системнет. Имеются

различные методы, которые пригодны или удобны для решенияопределенно-

го класса задач. Довольно широко используются следующиеметоды: метод

фазового пространства, прямой метод Ляпунова, частотныйметод Попова,

метод гармонической линеаризации и др. Суть методафазового пространс-

тва заключается в построении параметрических уравненийфазовой траек-

тории с целью получения фазового портрета. По фазовомупортрету систе-

мы можно построить соответствующую кривую переходногопроцесса. Фазо-

вые портреты нелинейных систем могут содержатьизолированные замкнутые

траектории, соответствующие периодическим режимам. Этикривые называ-

ются предельным циклом. Если изнутри и снаружи фазовыетраектории схо-

дятся к предельному циклу, то такой предельный циклназывается устой-

чивым. Устойчивому предельному циклу соответствуетустойчивый периоди-

ческий режим (автоколебания). Если движение начинаетсявнутри предель-

ного цикла, то процесс расходится, если вне — тосходится. Если фазо-

вые траектории изнутри и снаружи предельного циклаудаляются от него,

то такой предельный цикл называется неустойчивым.

Метод гармонической линеаризации разработан и обосновандля исс-

ледования периодических режимов. Этот метод является приближенным и

применим, если линейная часть, которая следует занелинейным элемен-

том, обладает свойством фильтра низких частот. Сущностьметода заклю-

чается в том, что система представляется в виде линейнойи нелинейной

части. Делается допущение о наличии в системеколебательного режима,

пренебрегаются высшие гармоники и выходной сигналпредставляется в ви-

де ряда Фурье и получается гармонизированная система вместо нелиней-

ной, которая и исследуется с использованием частотныххарактеристик.

2.7. Понятие и типы моделей сложных систем.

Моделью называется отображение определенныххарактеристик объекта

с целью его изучения (или управления). Модель позволяетвыделить из

всего многообразия проявлений изучаемого объекта лишьте, которые не-

обходимы с точки зрения решаемой проблемы, т.е. модель — отражение

лишь определенной части его свойств. Поэтому, основнойпроблемой моде-

лирования является разумное упрощение модели, т.е. выборстепени подо-

бия модели и объекта.

Модели могут быть реализованы как физическими, так иабстрактными

системами. Соответственно модели бывают физические иабстрактные. Фи-

зическими моделями являются макеты приборов и машин иэлектрические

модели объектов и явлений.

В абстрактных моделях описание делается на каком-либо языке,

удобном для исследования, описание на математическомязыке называется

математической моделью.

Представление реального объекта как системы, использование сис-

темных понятий при его моделировании послужилиметодологической осно-

вой для ряда принципов исследования, объединенныхобщим названием -

системный анализ. Каждую систему можно исследовать в 2-хаспектах: как

элемент более широкой системы и как совокупностьвзаимосвязанных эле-

ментов, эти два аспекта и определяют микроанализ — изучение и модели-

рование структуры и свойств элементов системы(предполагается, что это

доступно для наблюдения) и макроанализ — изучение системыв целом в ее

свойствах, поведении, взаимодействии с окружающей средой.Метод черно-

го ящика предполагает, что внутренняя структура системынеизвестна, а

наблюдаемы лишь связи системы с внешней средой.

Для разработки систем управления технологическимоборудованием и

процессами необходимо знать количественную зависимостьмежду воздейс-

твиями на объект управления со стороны внешней среды иустройства уп-

равления и состоянием интересующих нас параметровобъекта. Эта зависи-

— 59 -

мость может быть выражена в виде аналитических формул и уравнений,

схемы набора для аналоговой вычислительной машины, некоторой электри-

ческой цепи, описываемой теми же уравнениями, макетаобъекта.

В зависимости от цели исследования объекта могутстроиться раз-

личные его модели. Так, при исследовании влиянияразмещения пассажиров

на центровку самолета моделью человека может служитьмешок с песком,

для конструктора одежды — манекен, для медико-биологическихисследова-

ний — животное.

Модель — специфическая форма отражения, при которойотображаются

свойства и закономерности объектов, существенно важные вданном произ-

водственном процессе. Отражаются свойства не все, атолько связанные с

интересующим нас процессом. В отличие от образа, которыйявляется от-

ражением совокупности свойств предмета в нашем сознании, модель есть

отражение одного свойства или узкой группы свойствпредмета и явления,

необходимых для решения определенной практической задачи,для предска-

зания результатов возможных решений, принимаемыхчеловеком в его прак-

тической деятельности.

Модель отражает функциональные свойства объекта и,как всякое от-

ражение, не является тождественной объекту, поэтомунеобходимо ввести

оценку, или критерий близости, т.е. соответствия моделиданному объек-

ту. Критерий обычно формируется как функционал от разности реакций

объекта и модели на одни и те же воздействия. Критерийявляется число-

вой характеристикой данной модели, представляет собой«штраф» за рас-

хождение реакций объекта и модели на одинаковыевоздействия. По крите-

рию выбирается оптимальная модель из некоторого классамоделей. Модель

считается оптимальной, если для нее значение критерияминимальное.

Критерий зависит при этом от типа входного воздействия.Чтобы избежать

неопределенности, критерий формируют как результатусреднения разности

реакций модели и объекта по множеству входных сигналов ипо времени.

Математические и физические модели. Первоначальнопонятие физи-

ческой модели развилось из понятия физического аналога, например,

уменьшенной копии объекта. Оказалось, что многиепроцессы различной

физической природы описываются одинаковыми уравнениямидвижения, нап-

ример, колебания груза на пружине, струны, тока вколебательном конту-

ре. Следовательно, движение объекта одной физической природы может

служить описанием движения объекта другой природы. Такимобразом, фи-

зическая модель отделяется от материального носителя ивозникает мате-

матическая модель как формулировка закона движения,совокупность урав-

нений, отражающих функциональные характеристики объекта.

Носителем математической модели помимо формул,программ для ЭВМ и

схем набора для АВМ могут служить и другие физическиеустройства, ко-

торые описываются известными уравнениями. Такимобразом, происходит

смещение понятий — отделение физической модели отконкретного матери-

ального носителя, когда одна и та же модель может бытьреализована в

устройствах различной физической природы, аматематическая модель воп-

лощается в конкретном материальном устройстве. Различиефизической и

математической модели носит чисто гносеологическийхарактер.

МОДЕЛЬ называется математической, если известно еематематическое

описание. При этом модель может быть реализована в видематериального

устройства. Модель называется физической, если еематематическое опи-

сание неизвестно, но реакции модели схожи с реакциямиобъекта.

Точность модели определяется, с одной стороны,нашими знаниями о

процессах, происходящих в объектах, а с другой стороны,нашим умением

анализировать сложные модели, т.е. развитиемматематического аппарата

для исследования динамики процессов управления.

Наиболее разработаны методы исследования линейныхдифференциаль-

ных уравнений с постоянными коэффициентами. Именнопоэтому чаще всего

в качестве моделей принимаются линейные стационарныезвенья. Следова-

— 60 -

тельно, для исследования динамики систем управления технологическими

объектами исключительное значение имеет выбор классамоделей объектов,

если же результаты расчета систем управления на основевыбранной моде-

ли существенно отличаются от результатовэкспериментальной проверки,

то это свидетельствует о грубости модели и необходимостизамены ее бо-

лее тонкой, сложной моделью и, следовательно, примененииболее сложных

и трудоемких математических методов. Аналогична ситуацияи для физи-

ческой модели, где стремление к точности вступает впротиворечие с

техническим уровнем эксперимента и возможностямиэкспериментатора.

Одна и та же модель может быть удовлетворительнадля решения од-

них задач и совершенно неудовлетворительна для других. Например, пря-

моугольная ломаная, аппроксимирующая кривую намагничиваниямагнитомяг-

кого ферромагнитного материала, вполне приемлема длярасчета магнитных

усилителей без обратной связи, но совершенно негодится для расчета

усилителей с внутренней положительной обратной связью.

Отметим еще одно противоречие модели объектауправления. Модель

оценивают по сходству ее с реакциями объекта на одни и теже воздейс-

твия. Этими воздействиями являются управляющие сигналыс регулятора.

Может оказаться, что при одних входных сигналах меньшеезначение штра-

фа за несовпадение будет у одной модели, а при другихвходных воздейс-

твиях — у другой модели. Например, модель А точнееописывает реакции

объекта на низкочастотные сигналы, а модель Б — навысокочастотные.

Следовательно, значение критерия оценки качества модели зависит

от закона распределения управляющего сигнала, апоследний — от пара-

метров и структуры регулятора. Однако модель создаетсяименно для то-

го, чтобы с ее помощью выбрать регулятор и определитьуправляющие воз-

действия на объект.

Таким образом, выбор модели должен предшествоватьвыбору закона

управления, а выбор закона управления — выбору модели. Разрешить это

противоречие возможно методом последовательныхприближений. Вначале

выбирается модель первого приближения на основе теоретическогоанализа

процессов в объекте. По этой модели выбираютсяпараметры регулятора.

Затем подбирается модель второго приближения вэксперименте, где ис-

пользуется выбранный регулятор. По уточненной моделиуточняются пара-

метры регулятора. Модели используются для нахождениязаконов управле-

ния, моделирования процессов с целью проверкизаконов управления,

оценки состояния. Различные задачи требуют различнойдетализации моде-

ли и их различных классов. Так, для синтеза законовуправления при

современном уровне теории предпочтительнее линейныемодели, а для мо-

делирования процессов и оценивания состояний средствамивычислительной

техники предпочтительны более сложные модели.

Построение моделей на основе анализафизико-химических процессов

в технологическом объекте. Такое построение позволяетсоставить урав-

нение даже на стадии проектирования объекта. Методпредполагает знание

тепловых, гидравлических, пневматических, электрическихсистем объек-

та, а также процессов массотеплопереноса и химическихреакций.

Можно выделить общие подходы к составлению уравнений объектов.

Прежде всего следует расчленить мысленно объект начасти и составить

уравнения для каждого узла, заменив отброшенные частисистемы эквива-

лентными воздействиями.

Например, уравнение динамики инфракрасной печиполучается на ос-

нове законов теплообмена между нагревателями, теплоизоляцией (реакто-

ром) и объектом, установленным для термообработки впечи. В уравнении

участвуют составляющие теплообмена путем излучения, конвекции и теп-

лопроводностью. Коэффициенты уравнения зависят от такихфизических ха-

рактеристик, как теплоемкость материала, излучательная способность,

температура окружающей среды, от геометрических размеров.В результате

упрощения записи уравнения теплообмена и пренебрежениячленами высших

— 61 -

порядков, получается линеаризованное дифференциальноеуравнение с пос-

тоянными коэффициентами, которое справедливо принебольших изменениях

приращений тепла, участвующего в массообмене.

В некоторых случаях линеаризация уравнения непозволяет адекватно

описывать объект, тогда используются нелинейныеуравнения. Решение та-

ких уравнений представляет существенные проблемы и, вконечном итоге,

при решении таких систем все равно приходится проводитьлинеаризацию,

но только на уровне численных методов. Если объектописывается систе-

мой дифференциальных уравнений в частных производных, торешение такой

системы осуществляется с помощью численных методов, что,как уже ука-

зывалось выше, тоже линеаризация, только на более позднейстадии полу-

чения решения.

В том случае, если связи между входными ивыходными параметрами

описать в виде дифференциального уравнения сложно (например, ввиду

слабой изученности природы объекта или влияние навыходные значения

параметров оказывают как физические, так и химическиефакторы, которые

составляют нерешаемую в данное время системууравнений), используют

регрессионные модели — уравнения регрессии. В уравненияхтакого вида и

используется принцип «черного ящика». Пустьсвязь между воздействием

х, управляющим технологическим процессом и переменной y,характеризую-

щей протекание этого процесса, выражается зависимостью y=f(х) (62),

которая заранее неизвестна. Требуется определить этузависимость по

имеющимся экспериментальным данным. Иными словами, задача состоит в

том, что по имеющейся совокупности входных воздействийx 4i 0, i=1,...,n,

и соответствующих им выходных переменныхy 4i 0, полученной в результате

эксперимента, определить вид зависимости y =f^(x), наилучшим образом

отражающей зависимость (62).

Эту задачу можно решить путем построенияинтерполяционного поли-

нома степени n-1, в точности проходящего через точкиx 4i 0,y 4i 0 (известно,

что такой полином всегда существует). Однако на практикетакое решение

оказывается неприемлемым ввиду того, то измерениезначений происходит

с ошибками, поэтому построенный таким образом полиномбудет не столько

характеризовать объективную зависимость между величинамих и у, сколь-

ко характер ошибок измерения.

Таким образом, при построении модели процессаоказывается необхо-

димым отразить вид зависимости между входом и выходом,сгладив незако-

номерные случайные отклонения входной величины. Предположим, что эти

отклонения происходят по нормальному закону распределения с нулевым

средним (на практике это предположение обычновыполняется). Тогда y 4i

представляет собой случайные величины, распределенныепо нормальному

закону с математическими ожиданиями f(x 4i 0) идисперсиями s 4i 52 0, характе-

ризующими ошибки измерения. Предположим, что точность измерений во

всех точках одинакова, т.е.s 41 0=s 42 0=...=s 4n 0=s. Тогда плотностьраспреде-

ления вероятностей случайной величины y 4i

p 4i 0(y)=[1/(s- 7? 0(2 7p 0))]exp{[-y-f(x 4i 0) 52 0]/(2s 52 0)} (63).

Предположим, что врезультате эксперимента происходит следующее

событие: случайные величины y 41 0,...,y 4n 0 принимают некоторые значения

y 41 0^,...y 4n 0^, равныерезультатам измерений. Задача заключается в том,

чтобы подобрать функцию f^(x) так, чтобы вероятностьэтого события бы-

ла максимальной. Для определения классов функций f^(x), в частности,

для функций, в которые искомые параметры входят линейно,при использо-

вании метода наименьших квадратов оказывается возможнымопределить не

только значения этих параметров, но и их важнейшиестатистические ха-

рактеристики. Суть метода наименьших квадратовзаключается в следую-

щем: функция f^(x) должна быть выбрана так, чтобы суммаквадратов отк-

лонений значений f^(x 4i 0) от измеренныхзначений y 4i 0^ была минимальной:

L= 7S 0[y^-f^(x 4i 0)] 52 0=min(64).

МНК обеспечивает идентификацию по принципумаксимального правдо-

- 62 -

подобия при любом виде зависимости, связывающей входныевоздействия и

выходные переменные процесса, этот метод работает вслучае процессов

со многими входами и выходами, при использовании этогометода обычно

задаются видом функции f^(x) и в процессе идентификации (будет расс-

мотрено ниже), находят параметры, определяющие искомуюфункцию, кото-

рая удовлетворяет условию (64). Совокупность МНК иметодов нахождения

этих статистических характеристик называется регрессионныманализом, а

сами модели — регрессионными моделями.

Простейшим примером регрессионной модели процесса с k входами

x 41 0,...,x 4k 0 и одним выходом yявляется уравнение y=a 41 0x 41 0+a 42 0x 42 0+...+a 4k 0x 4k 0+e

(65), где е — ошибки измерения.

Как видно из вышеизложенного, при построении моделиобъекта воз-

можно применение алгебраических методов, системдифференциальных урав-

нений обычных и с частными производными истатистических методов -

регрессионого анализа, построенного на теории вероятности случайных

процессов и собственно сами методы теории вероятности.

Кроме статистических методов, уже достаточно хорошоотработанных,

в последнее время получили распространение методынечетких (размытых)

множеств, особенно для непрерывных систем. Суть методазаключается в

следующем. Часто бывает необходимо формализоватькачественную информа-

цию о процессе, который имеет большое количествофакторов, влияющих на

его качество. Описание такого объекта системамиуравнений в частных

производных не позволяет решить основную задачу — установить связь

между входом и выходом системы ввиду нерешаемости данной системы на

современном этапе развития вычислительной техники. Прииспользовании

метода нечетких множеств вводятся отношения "больше", «меньше», «нам-

ного больше», «намного меньше», «чуть больше», «чуть меньше» и с по-

мощью этих отношений получают уравнение, котороерешается известными

методами. Этот метод в своей сути имеет много общего свероятностными

методами, где с определенной степенью допущения подсоотношениями меж-

ду значениями переменных можно провести аналогию свероятностью приня-

тия параметром того или иного значения.

При формализации качественной информациипредполагается существо-

вание связи между нечетко определеннымихарактеристиками и математи-

ческими объектами. Для таких параметров, как температурав технологи-

ческом агрегате, расход газообразного агента, давление,концентрация,

скорость движения среды и т.п. наличие такого соответствияочевидно. С

одной стороны, величине параметра ставится в соответствиечисловая ко-

ордината с установленными на ней началом координат имерой, а с другой

стороны — величину параметра описывают словеснымивысказываниями.

Пусть имеется множество Х параметров такого типа. Элементы x 4i 0сX,

обозначают названия параметров, например: температура,концентрация и

др. Количественной характеристикой x 4i 0являются элементы u 4j 0сU. Множест-

во U представляет собой диапазон изменения параметровx 4i 0. При словес-

ном описании паре (x 4i 0,u 4j 0) ставится в соответствие нечеткий термин

q 4k 0сQ, Q- множество нечетких терминов.Иногда такого типа множества на-

зывают эмпирическими, т.е. множествами, элементы которыхимеют не чис-

ловую природу. Примерами, как уже выше указывалось,являются такие не-

четкие термины как «высокий», «оченьвысокий», «низкий», «не очень

низкий» и др. Несмотря на то, что параметры такоготипа могут быть из-

мерены, и их величина может быть выражена в числовомвиде, на практике

это не всегда возможно в виду, например, агрессивностисреды или очень

высокими значениями температур. В этом случае дляполучения количест-

венных характеристик может быть использованакачественная информация,

прошедшая предварительную формализацию и адаптацию.

Существование словесных описаний параметров, которыми характери-

зуют качество вырабатываемой продукции. Здесь подкачеством понимается

интегральная характеристика, которая складывается изряда взаимосвя-

- 63 -

занных между собой компонентов, часть которых вотдельности не измеря-

ется методами количественного анализа, а контролируетсявизуально че-

ловеком. Примером такой характеристики являетсякачество изделий из

стекла, которое оценивают по оптическим искажениям. Наэту оценку су-

щественно влияют геометрия поверхности стекла, методоценки, субъекти-

визм контролера. Потребность формализации качественнойинформации дик-

туется необходимостью решения следующих задач:

1. исключения субъективизма в оценках качестваизделий;

2. разработки методов и технических решений для автоматической

классификации изделий;

3. нахождения взаимосвязей между показателямикачества и техноло-

гическими параметрами. Чаще всего параметры данноготипа не имеют

строго обоснованного математического аналога. Для ихформализации при-

меняют метод экспертных оценок. Суть его заключается ввыявлении мно-

жества нечетко определенных характеристик Q исопоставлении его с мно-

жеством, имеющим числовую природу. Обычно выделяютследующие отношения

между рассматриваемыми объектами:

1. принадлежность к общему классу;

2. выражение порядка между объектами (например,параметр х 41 0 более

значим, чем х 42 0);

3. отношение эквивалентности в смысле принадлежности к общему

классу;

4. отношение порядка в системе. Названияпараметров, между кото-

рыми устанавливается взаимосвязь, должны быть качественносовместимы в

смысле используемых отношений. В противном случаеотношения между па-

раметрами могут не выполняться или потеряют смысл. Такаясовместимость

обеспечивается на этапе качественного анализаисследователем.

Для описания модели поведения дискретных системразработана тео-

рия конечных автоматов. Здесь допускается, что системаимеет конечное

число состояний и из одного состояния в другое может переходить при

определенных условиях (ограничениях). Математическийаппарат, применя-

емый в этом методе — теория множеств.

2.8. Идентификация технологических процессов.

Идентификацией называется определение динамических характеристик

объекта управления в рамках выбранной модели. Эффективное управление

технологическим процессом с использованием методов теорииавтоматичес-

кого управления возможно лишь тогда, когда известноматематическое

описание этого процесса. Поэтому построениематематического описания -

важнейший этап создания любой автоматизированной илиавтоматической

системы управления. Методы идентификации делятся напассивные и актив-

ные. Метод идентификации называется активным, если наобъект подаются

специальные воздействия с целью определения егодинамических характе-

ристик.

Пассивные методы идентификации — это такие методы, в которых мо-

дель объекта выбирают по результатам наблюдения входного и выходного

сигналов в процессе нормальной эксплуатации и наобъект не подаются

никакие специальные сигналы с целью выявить его свойства. Пассивные

методы особенно удобны тем, что не нарушают нормальногохода техноло-

гического процесса. Однако, преимущество активныхметодов в том, что

энергия тестового воздействия сосредоточена в узкойвременной или час-

тотной области, поэтому реакции объекта на тестовые сигналы выявить

легче и надежнее.

Для управления технологическим процессом необходимо знать, как

влияет то или иное входное воздействие, управляющеепроцессом, на вы-

ходную переменную, характеризующую его протекание.Поэтому идентифика-

ция процесса сводится к построению математическогоописания зависимос-

- 64 -

ти между этими величинами, которое состоит из двух этапов. Первона-

чально необходимо определить характер искомой зависимостии вид ее ма-

тематического описания, а затем найти конкретныезначения параметров

такого описания. Первый этап обычно называетсяструктурной идентифика-

цией, а второй — параметрической.

Исходными данными для построения математическоймодели процесса

могут послужить как теоретические представления о природе физических

явлений, происходящих при протекании этого процесса, таки эксперимен-

тально измеряемые зависимости между входными и выходными переменными.

В принципе каждый из этих подходов может использоватьсядля идентифи-

кации процесса. Однако использование толькотеоретического подхода ос-

ложнено тем, что на практике, как правило, оказывается невозможным

учесть все многообразие реально действующих на процессфакторов. В то

же время идентификация процесса только на основанииэкспериментальных

данных оказывается весьма сложной задачей свычислительной точки зре-

ния. Поэтому при идентификации технологических процессовцелесообразно

комплексное использование всей имеющейся информации опроцессе, причем

теоретическое представление следует относить кструктурной идентифика-

ции. При этом оцениваются динамические свойствапроцесса, его линей-

ность, стационарность и др., на которых основываетсявыбор вида мате-

матического описания. Экспериментальные данныеиспользуются для пара-

метрической идентификации.

При разработке систем управления технологическими процессами в

основном приходится рассматривать задачипараметрической идентифика-

ции. Поэтому рассмотрим ряд методов параметрическойидентификации, на-

иболее пригодных для построения моделей технологическихпроцессов на

действующих производствах. Рассмотрим случайидентификации непрерывных

технологических процессов.

Использование «быстрой» оптимизациитехнологического процесса на

его обычной или прогнозирующей модели является главным втак называе-

мых системах двухшкального управления. При этом идентификация может

осуществляться как в реальном масштабе времени, так и всупервизорном

режиме с их последующей обработкой.

Знание параметров прогнозирующей модели необходимо в системах

терминального управления, применяемых в АСУТП дляуправления конечным

состоянием технологического процесса, причем здесь такжеиспользуется

идентификация в реальном масштабе времени.

Идентификация в реальном масштабе времени даетвозможность осу-

ществлять функциональную диагностику объекта, датчиков,исполнительных

устройств и самой ЭВМ. Более того, при этомпоявляется возможность

увеличить живучесть каналов непосредственного цифровогоуправления пу-

тем дублирования неисправных каналов соответствующимиканалами настра-

иваемой модели.

В адаптивных (настраиваемых) АСУТП, построенных набазе адаптив-

ных систем с идентификатором, используется настраиваемаямодель про-

цесса и идентификатор статических или динамическиххарактеристик по

каналу основного возмущения.

В инвариантных адаптивных системах с эталонноймоделью использу-

ется идентификатор динамических характеристик объекта поканалу управ-

ления, работающий в реальном масштабе времени, аустройство адаптации

может работать как в реальном масштабе времени, так и всупервизорном

режиме.

Идентификатор необходим для работы оптимальныхсистем управления

нестационарными динамическими технологическимипроцессами, использую-

щими наблюдателей состояния. В этих системах можно применять оценки

фазовых координат объекта, получаемые с помощьюнаблюдателя состояния,

для идентификации параметров объекта управления.

Рассмотрим требования, которым должны удовлетворятьвсе рассмот-

— 65 -

ренные применения идентификатора. Идентификатор должендавать точные

оценки параметров в установившемся режиме, хотятребования к точности

идентификации сильно отличаются в зависимости от степенивлияния пара-

метра на величину оптимизируемого функционала.

С этой точки зрения, высокая точность идентификациитребуется в

задачах статической оптимизации с использованиемпрогнозирующей моде-

ли. Ясно, что параметры, слабо влияющие на качествоадаптивного управ-

ления, можно не идентифицировать, что позволяетупростить структуру

настраиваемой модели и алгоритмы идентификации.

Важную роль в эффективной работе адаптивных АСУТПиграет точность

оценок параметров при наличии помех как на входе объекта,так и на его

выходе. Как показано ниже, не все алгоритмы идентификацииобладают

одинаковой точностью при обработке данных, искаженныхшумами измере-

ний.

Алгоритмы идентификации отличаются и по характерусходимости оце-

нок параметров. Большое число методов, дающих хорошиерезультаты при

достаточно малых отклонениях начальных значенийпараметров от истинных

значений, не обеспечивает сходимости оценок при большихначальных па-

раметрических рассогласованиях. Это тем более важно, что не во всех

указанных применениях идентификатора можноиспользовать такой прием

улучшения сходимости алгоритмов идентификации, какповторная прогонка

массива обрабатываемых данных с начальными условиями, полученными на

предшествующем цикле.

Теория идентификации еще не достигла такой степениразвития, ко-

торая позволяет считать ее достаточно завершенной. Методытеории иден-

тификации довольно сложны, и многие проблемы требуютрешения. Многие

методы исследования имеют свои ограничения, чтозаставляет в практике

проектирования адаптивных систем управленияиспользовать комбинацию

различных методов, изложенных ниже.

При идентификации статических технологическихпроцессов использу-

ются регрессионные методы идентификации (см. предыдущийраздел в части

регрессионных моделей АСУТП). Суть метода заключается в определении

коэффициентов уравнения регрессии с использованиемметода наименьших

квадратов. Запишем уравнение (64) предыдущего раздела в виде

7S 0[y^ 4i 0-f^(x 4i 0,a 41 0,...,a 4k 0)] 52 0=min (66). Для его решения продифференцируем

левую часть по а 41 0,..., а 4k 0 иприравняем производные нулю:

7(S 0[y 4i 0^-f^(x 4i 0,a 41 0,...,a 4k 0)](df/da 41 0)=0

7* 0.................................

79S 0[y 4i 0^-f^(x 4i 0,a 41 0,...,a 4k 0)](df^/da 4k 0)=0(67).

Где(df^/da 4j 0)=f'(x 4i 0,a 41 0,...,a 4k 0)- значение производной функции f^ по

параметру a 4j 0 в точке x 4i 0. Искомые значения коэффициентов a 41 0,...,a 4k 0 на-

ходят из решения системы уравнений.

Рекуррентные методы идентификации статических технологических

процессов. Рассмотренная выше идентификация обладает темнедостатком,

что при появлении новых экспериментальных данныхоказывается необходи-

мым заново решать систему уравнений. Этого недостаткаможно избежать,

если использовать рекуррентные (последовательные)методы идентифика-

ции. Суть метода заключается в том, что определяетсярекуррентный ал-

горитм нахождения наилучшей оценки вектора неизвестныхпараметров в

момент времени t 4n+1 0 по новым наблюдениям x 41 0(t 4n+1 0),...,x 4k 0(t 4n+1 0) и по

оценке, найденной для предыдущего момента времени. Такиерекуррентные

алгоритмы называются алгоритмами стохастической аппроксимации. Его

суть заключается в том, что на каждом шаге изменениевектора оценивае-

мых параметров производится таким образом, чтобы за счет поступления

новых экспериментальных данных улучшить прогнозирующеесвойство моде-

ли.

2.9. Надежность технологических систем.Надежность

— 66 -

управления технологической системой.

Теория надежности изучает процессы возникновенияотказов объектов

и способы борьбы с отказами. Для удобства решения задаччасто различа-

ют два вида объектов: элементы и системы. Системапредназначена для

самостоятельного выполнения определенной практическойзадачи. Элемент

является составной частью системы. В принципе системуможно разбить на

любое число элементов, необходимое для исследованиянадежности. Одна-

ко, деление системы на элементы нельзя считатьпроизвольным. Каждый

элемент должен обладать способностью выполнять в системе определенные

функции и деление системы на элементы должно быть удобнымдля последу-

ющего использования.

Различают два состояния объектов: работоспособное инеработоспо-

собное. Работоспособным называется состояние объекта, прикотором зна-

чения всех параметров, характеризующих способностьвыполнять заданные

функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или)

конструкторской документации. Состояние объекта, прикотором значение

хотя бы одного параметра, характеризующего способностьвыполнять за-

данные функции, не соответствуют требованиямнормативно-технической и

(или) конструкторской документации, называютнеработоспособным.

Отказ — событие, заключающееся в нарушенииработоспособного сос-

тояния объекта, т.е. в переходе в неработоспособноесостояние. Обычно

неработоспособным называют состояние объекта, прикотором нельзя его

применять. Однако возможны задачи, в которыхнеработоспособным считают

состояние объекта, при котором он не может продолжатьвыполнять свое

назначение. Поэтому при оценке надежности необходимозаранее огово-

рить, какое состояние объекта считается неработоспособным, поскольку

это зависит от назначения данного объекта. Например,если погрешность

измерительного прибора больше, чем требуется дляприменения в данном

технологическом процессе, то его считаютнеработоспособным, однако его

можно применять в другом процессе с более низкимитребованиями.

Когда объект предназначен для выполнения несколькихфункций, час-

то находят значения показателей надежности по каждойфункции. Возможен

и другой путь: оценивают свойство объекта выполнять всетребуемые от

него функции. Отказом считается невыполнение хотя быодной из функций

независимо от того, возникла ли ситуация, в которойтребуется выполне-

ние этой функции.

Отказы можно различать по нескольким признакам.

1. По характеру устранения — окончательные(устойчивые) и переме-

жающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы.Окончательные отказы

являются следствием необратимых процессов в деталях иматериалах. При

окончательных отказах для восстановленияработоспособности объекта не-

обходимо производить его ремонт (регулировку).Перемежающиеся отказы в

большинстве случаев являются следствием обратимыхслучайных изменений

режимов работы и параметров объектов. При возвращениирежима работы в

допустимые пределы объект сам, обычно без вмешательства человека,

возвращается в работоспособное состояние. Таким образом,перемежающие-

ся отказы существенно отличаются от окончательныхпричиной возникнове-

ния, внешними проявлениями и последствиями появления. Поэтому иногда

целесообразно различать два показателя надежности: для окончательных

отказов и для перемежающихся.

2. По связи с другими отказами — первичные, т.е.возникшие по лю-

бым причинам, кроме действия отказа, и вторичные, т.е.возникшие в ре-

зультате другого отказа. Например, из-за пробоя конденсатора может

сгореть резистор. При вычислении показателей надежностиобычно учиты-

ваются лишь первичные отказы. Отказы являются случайными событиями,

которые могут быть независимыми или зависимыми. Отказыявляются зави-

симыми, если при появлении одного из них изменяетсявероятность появ-

— 67 -

ления второго отказа. Для независимых отказоввероятность появления

одного из них не зависит от того, произошли другиеотказы или нет.

3. По легкости обнаружения отказы могут бытьочевидными (явными)

или скрытыми (неявными).

4. Для каждого определенного типа объектов отказыможно различать

по внешним проявлениям. Например, различные отказыконденсаторов можно

разбить на две группы: типа «обрыв» или типа«замыкание».

5. По характеру возникновения можно различать отказы внезапные,

состоящие в резком, практически мгновенном изменениихарактеристик

объектов, и отказы постепенные, происходящие из-замедленного, посте-

пенного ухудшения качества объектов. Рассмотрим болееподробно харак-

тер возникновения отказов. Внезапные отказы обычно проявляютсяв виде

механических повреждений элементов (поломок, трещин, обрывов, пробоя

изоляции и т.п.), из-за чего эти отказы часто называютгрубыми. Вне-

запные отказы получили свое название из-за того, чтообычно отсутству-

ют видимые признаки их приближения, т.е. перед отказомобычно не уда-

ется обнаружить количественные изменения характеристикобъекта. Посте-

пенные отказы (параметрические, плавные) связаны с износом деталей,

старением материалов и разрегулированием устройств. Параметры объекта

могут достигнуть критических значений, при которых егосостояние счи-

тается неработоспособным. Внезапный отказ объекта также является

следствием накопления необратимых изменений материалов. Внезапным от-

каз кажется потому, что не контролируется изменяющийсяпараметр, при

критическом значении которого наступает отказ объекта, обычно связан-

ный с его механическим повреждением.

Для объектов разного назначения и устройстваприменяются различ-

ные показатели надежности. В настоящее время можновыделить четыре

группы технических объектов, различающиеся показателями и методами

оценки надежности:

1. невосстанавливаемые объекты, применяемые до первого отказа

(резистор, конденсатор);

2. восстанавливаемые вне процесса применения объекты(автопилот);

3. восстанавливаемые в процессе примененияобъекты, для которых

недопустимы перерывы в работе (резервированная линиясвязи);

4. восстанавливаемые в процессе примененияобъекты, для которых

допустимы кратковременные перерывы в работе (робот,станок).

2.9.1. Показатели надежности невосстанавливаемыхобъектов.

Для оценки надежности невосстанавливаемых объектовиспользуют ве-

роятностные характеристики случайной величины — наработкиТ объекта от

начала его эксплуатации до первого отказа. Под наработкой понимают

продолжительность или объем работы объекта, измеряемые вчасах, циклах

или других единицах. Когда наработку на отказ выражают вединицах вре-

мени, иногда используют термин «время безотказнойработы», или, что то

же самое, «время до появления отказа».

Полной характеристикой любой случайной величиныявляется ее закон

распределения, т.е. соотношение между возможнымизначениями случайной

величины и соответствующими этим значениям вероятностям.Распределение

наработки до отказа может быть описано с помощьюразличных показателей

надежности невосстанавливаемых объектов: функция надежности p(t),

плотность распределения наработки до отказа f(t), интенсивность отка-

зов l(t).

Функцией надежности называют функцию, выражающуювероятность то-

го, что Т — случайная наработка до отказа — будет не менее заданной

наработки (0,t), отсчитываемой от начала эксплуатации, т.е.

p(t)=P{T 7. 0t}. Перечислим некоторые очевидныесвойства p(t):

1. p(0)=1, т.е. можно рассматривать безотказнуюработу лишь тех

— 68 -

объектов, которые были работоспособны в момент началаработы;

2. p(t) является монотонно убывающей функциейзаданной наработки

3. p(t) 76 00t 76 0+ 7$ 0, т.е. любой объект со временем откажет.Наряду с

p(t) используется и функция ненадежностиq(t)=1-p(t)=P{T<t}. Она ха-

рактеризует вероятность отказа объекта на интервале(0,t).

2.9.2. Показатели надежности объектов,восстанавливаемых

вне процесса применения.

Такие объекты могут быть восстановлены лишь послевыполнения за-

дания (оборудование самолетов и т.д.). Показателинадежности этих объ-

ектов вычисляются по наработке. Суммарная наработка довозникновения

n-го отказаT 4sn 0=T 41 0+T 42 0+...+T 4n 0, гдеT 4i 0 — наработка между (i-1) -м и i-м

отказами.

Возможны два пути оценки надежности объектов, восстанавливаемых

вне процесса применения:

1. вычисление условных характеристик потока отказов;

2. вычисление условных распределений наработки междуотказами.

Первый путь в настоящее время является общепринятым.Рассматрива-

ются потоки случайных событий, каждое из которыхсостоит в появлении

отказа объекта. Поток отказов состоит в появлении отказаобъекта. По-

ток отказов можно охарактеризовать «ведущейфункцией» потока Q(t) -

математическим ожиданием числа отказов на интервале(0,t). Однако, ча-

ще всего в качестве показателя надежности используютпараметр потока

отказов w(t), который характеризует среднее числоотказов, ожидаемых в

малом интервале наработки, определяемое длярассматриваемого момента t

суммарной наработкой и описываемое выражением:

P 41 0(t,t+dt)

w(t) = a(t) = lim ──────────+o(dt) (68)

dt 76 0o dt

Здесь P 41 0(t,t+dt) — вероятностьпоявления одного отказа на интер-

вале (t,t+dt); o(dt) — бесконечно малая величина болеевысокого поряд-

ка малости, чем dt (вероятность появления двух и болееотказов на ин-

тервале (t,t+dt)).

2.9.3. Показатели надежности объектов,восстанавливаемых

в процессе применения.

Показатели надежности объектов, восстанавливаемых впроцессе при-

менения, вычисляются лишь в календарном времени. Такиеобъекты можно

разделить на две группы. К первой группе относятсяобъекты, для кото-

рых в течение заданного времени работы допускаютсяотказы и вызванные

ими кратковременные перерывы в работе. Для объектов этойгруппы боль-

шое значение имеет свойство готовности — способностинаходиться в про-

цессе эксплуатации значительную долю времени вработоспособном состоя-

нии. Ко второй группе относятся объекты, отказы которыхв течение за-

данного времени недопустимы. Если в этих объектах(системах) имеются

избыточные элементы, то при отказах некоторых из нихобъект остается

работоспособным и можно проводить ремонт отказавшихэлементов во время

выполнения задачи. Один и тот же объект может бытьотнесен к разным

группам в зависимости от режима его применения.

Для первой группы объектов в процессеэксплуатации чередуются

случайные периоды времени безотказной работы и времени восстановления

(ремонта). Тогда случайное время между очереднымивосстановлениями T 4oi

равноT 4oi 0=T 4pi 0+T 4вi 0 (69). Если случайныевеличины Т 4pi 0 и Т 4вi 0 независимы,

то плотность распределения их суммы Т 4оi 0 поизвестному из теории веро-

ятностей правилу о композиции распределений равна:

— 69 -

f 4o 0(t)= 73 0f(x)g(t-x)dx (70)

где: f(t)- плотность распределения времени безотказнойработы;

g(t)- плотность распределения времени восстановленияобъекта.

Для объектов второй группы могут в качествепоказателей надежнос-

ти использоваться также параметр потока отказов, средняянаработка на

отказ и другие характеристики.

Все рассмотренные показатели надежности объектовможно разделить

на три группы:

1. интервальные, относящиеся к заданному интервалунаработки или

времени (t 41 0,t 42 0);

2. мгновенные, соответствующие заданному значениювремени или на-

работки t;

3. числовые, не связанные с расположением заданногоинтервала или

момента времени (наработки).

2.9.4. Оценка показателей надежности объектовпо

экспериментальным данным.

Экспериментальные данные о надежности техническихобъектов могут

быть получены в результате наблюдений за их работойлибо в условиях

реальной эксплуатации, либо при специальных испытанияхна безотказную

работу. Данные испытаний обычно не могут полностьюзаменить эксплуата-

ционные данные. Реальная же эксплуатация представляетсобой недостижи-

мый по своим масштабам в лабораторных условияхэксперимент. Однако и

при реальной эксплуатации далеко не всегда удаетсяполучить нужную ин-

формацию:

1. Данные реальной эксплуатации часто соответствуютморально ста-

реющим устройствам. Конструкция и технология изготовлениясовременных

технических объектов меняются столь быстро, что нередкислучаи, когда

данные об эксплуатации объектов, выпущенных несколько летназад, имеют

лишь историческое значение. Вместе с тем основной цельюлюбых исследо-

ваний в области надежности является повышение надежностибудущих объ-

ектов.

2. Данные реальной эксплуатации обычно являютсянеполными. Это

объясняется рядом причин: организационными трудностямисбора и обра-

ботки сведений, трудоемкостью применения переносной контрольно-измери-

тельной аппаратуры, недостаточной чувствительностью иточностью этой

аппаратуры и не всегда достаточной квалификациейработников. Из-за ог-

раниченности объема статистических данных во многихслучаях трудно по-

лучить достоверные характеристики надежности дляразличных условий

применения объектов.

3. Иногда трудно осуществлять наблюдение заработой некоторых

объектов при их реальной эксплуатации.

Перечисленные причины определяют необходимостьширокого примене-

ния испытаний изделий на безотказную работу имоделирования процесса

эксплуатации. Испытания на безотказную работу почтивсегда связаны с

физическим моделированием условий эксплуатации. Припроведении этих

испытаний обычно удается преодолеть большинство перечисленныхтруднос-

тей. Однако эксперимент продолжается очень долго,обычное время нара-

ботки на отказ исчисляется десятками тысяч часов. Дляпроведения экс-

перимента необходимо значительное количествоспециального оборудова-

ния. Как правило, подобный эксперимент стоит оченьдорого; часто при

испытаниях приходится расходовать значительное количествоспециального

оборудования. Испытаниям подвергаются лишь серийновыпускаемые изде-

лия, тогда как часто желательно иметь хотя бы некоторуюинформацию о

проектируемых изделиях. Поэтому нельзя ограничитьсялишь испытаниями

— 70 -

на безотказную работу. Возникает вопрос о применении ивсемерном раз-

витии моделирования процесса эксплуатации изделий иразработке методов

ускоренных испытаний.

Этот путь лабораторных исследований дает возможность проводить

эксперимент в течение очень короткого времени,многократно повторять и

видоизменять его. Кроме того, можно в какой-то степениисследовать по-

ведение будущих, проектируемых объектов.

Испытания на безотказную работу бываютопределительными или конт-

рольными. При определительных испытаниях находятдействительные значе-

ния показателей надежности технических объектов.Контрольные испытания

должны либо подтвердить, что испытуемые объектыобладают надежностью

не ниже требуемой (при этом технические объектыпринимаются), либо оп-

ровергнуть это утверждение (при этом объекты бракуются).Иначе говоря,

определительные испытания проводят с целью сбораинформации о надеж-

ности объектов, контрольные испытания — для обоснованиярешения о ка-

честве продукции.

Испытаниям на безотказную работу обычно подвергаетсясравнительно

небольшое число экземпляров объектов. Поэтому существуетпроблема ста-

тистической оценки свойств объектов по результатам испытаний ограни-

ченного числа экземпляров. Имеются два вариантапостановки этой зада-

чи, обычно связанные с различным назначением испытаний:

1. Может быть поставлен вопрос, соответствуют лизначения показа-

телей надежности заданным требованиям. Этот вопрособычно возникает

при контрольных и приемо-сдаточных испытаниях. При такой постановке

задачи решение обычно ищется путем проверкистатистических гипотез.

2. Можно ставить вопрос об определении численныхзначений показа-

телей надежности испытуемых объектов. Такие вопросывозникают при ис-

пытаниях блоков, узлов, макетов аппаратуры в ходе ееконструирования и

применения. В данном случае обычно применяются методыоценки парамет-

ров распределения наработки на отказ.

Общие методы решения подобных задач в математической статистике

разрабатываются уже давно. Применение этих методов дляоценки резуль-

татов испытаний на безотказную работу обычно не вызывает принципиаль-

ных затруднений.

Испытания на безотказную работу различаются позначению и харак-

теру внешних воздействий на испытываемые изделия.

До проведения определительных и контрольныхиспытаний проводится

аппроксимация имеющихся экспериментальных данныхкаким-либо теорети-

ческим распределением и проверка статистической гипотезы о том, что

принятое теоретическое распределение не противоречитэкспериментально-

му.

Для проведения испытаний составляется план, вкотором указывают-

ся: количество объектов, порядок замены отказавшихобъектов, продолжи-

тельность испытаний.

Результаты испытаний обычно представляют в виде упорядоченной

последовательности (вариационного ряда) чисел, которыеявляются значе-

ниями наработки до отказа объектов.

Графики интенсивности отказов l(t) или плотностираспределения на-

работки до отказа f(t) строятся по статистическим даннымоб отказах.

2.9.5. Параметрическая надежность техническихобъектов.

Если отказы происходят из-за плавных измененийсвойств объектов,

то эти отказы называют параметрическими или постепенными.Надежность в

отношении параметрических отказов часто называют параметрической на-

дежностью. Для оценки надежности объектов по данным оприближении к

отказам необходимо составить модели процессов развитияотказов. Могут

быть составлены модели типа нагрузка-прочность ипараметр-поле допус-

— 71 -

ка. В обоих случаях объект является работоспособным, покаизменяющаяся

в процессе эксплуатации величина не достигнет границырабочей области.

Между моделями этих типов имеются лишь методологическиеразличия.

Поскольку цель исследования надежности состоит внахождении расп-

ределения наработки до отказа, в моделях процессовразвития отказов

хотя бы один из факторов должен рассматриваться какслучайный процесс.

Особенности случайных процессов старения, изнашивания,разрегулирова-

ния заключаются в том, что они вызывают грубые отказы.Такой отказ яв-

ляется следствием накопления необратимых измененийматериалов. Иначе

говоря, возникновение этого отказа является следствием монотонного

случайного процесса изменения какого-то параметраэлемента. Отличие от

постепенного отказа состоит в том, что не контролируетсяизменяющийся

параметр, при достижении которым критического значения(границы) нас-

тупает внезапный отказ элемента, обычно связанный с его механическим

повреждением.

Таким образом, любой отказ объекта связан сослучайным процессом

(в общем случае векторным) изменения определяющегопараметра и проис-

ходит при достижении этим параметром критическихзначений.

При эксплуатации или хранении удается лишь 1-2 разаизмерить зна-

чения определяющего параметра одинаковых элементов.Поэтому часто ока-

зывается, что можно лишь предполагать по даннымограниченного числа

вертикальных сечений, какой в действительности случайныйпроцесс изме-

нения параметра. Таким образом, обычно в ходеисследования приходится

интерполировать и экстраполировать значения определяющего параметра

элемента. Для этого необходимо иметь гипотезу охарактерном виде кри-

вых износа. Естественно предположить, что в основной период работы

скорость изменения параметра каждого элемента примернопостоянна. Для

наугад взятого элемента скорость изнашивания случайна - для каждого

элемента — своя.

По изложенным причинам для описания процессовизнашивания во мно-

гих случаях целесообразно применять линейные случайные процессы, все

реализации которых являются прямыми линиями. Этипроцессы близки к

встречающимся в действительности, очень просто описываютосновные осо-

бенности процессов изменения параметра, требуютминимального количест-

ва экспериментальных данных для вычисления характеристик случайного

процесса и дают возможность наиболее простоисследовать надежность

элементов при изменении их свойств.

2.9.6. Связь показателей надежности икачества

функционирования технологических систем (ТС).

Под качеством функционирования технологическихсистем обычно по-

нимают степень приспособленности системы к выполнению еюсвоего основ-

ного назначения. Соответствующий количественныйпоказатель называют

показателем или критерием качества функционирования. Вид показателя

качества функционирования и его значение во многомопределяются видом

решаемой задачи, зависят от цели, которую при этомстремятся достиг-

нуть.

Существуют три группы показателей функционированияТС: внешние,

внутренние, общие. Внешние показатели обычно интересуютпотребителей

системы: количество, качество и стоимость продукции иобслуживания.

Внутренние показатели (например, с позиции персонала иадминистрации)

необходимо учитывать: удельные (единичные) затраты(например, в поис-

ковой автоматизированной информационной системестоимость одной най-

денной релевантной ссылки). При рассмотрении общихпоказателей качест-

ва функционирования ТС можно выделить три вида эффектаприменения ТС:

социальный, научно-технический и экономический. Эти видывзаимосвяза-

ны. Их возможные виды приведены в таблице 4.

- 72 -

Таблица 4

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ Показатели качества функционированиясистемы │

├──────────────────────┬──────────────────────┬──────────────────────┤

│ внешние │ внутренние │ общие │

├──────────────────────┼──────────────────────┼──────────────────────┤

│Показатели качества │Удельныеэкономические│Экономические показате│

│продукции │показатели │ли │

│Показатели качества об│ │Показатели социального│

│служивания потребите- │ │эффекта │

│лей │ │Показателинаучно-тех-│

│ │ │нического эффекта │

└──────────────────────┴──────────────────────┴──────────────────────┘

Для определения значений показателей качествафункционирования

рассматривают результаты применения системы по назначению. При этом

приходится учитывать воздействие на систему случайныхфакторов. Пока-

затели качества обычно являются характеристиками случайных явлений:

случайных событий, величин, процессов. Наиболее частопоказателями ка-

чества функционирования служат математические ожиданияслучайных вели-

чин.

Можно выделить два вида показателей качества функционирования:

мгновенные и интервальные. К мгновенным показателям можноотнести:

1. среднее качество функционирования в моментвремени t=t 4i 0 — ма-

тематическое ожиданиеE(t 4i 0)=M[x(t 4i 0)] (71), где x(t 4i 0)-случайная вели-

чина;

2. среднее квадратическое отклонение качествафункционирования в

момент времени t=t 4i 0s(t 4i 0)= 7? 0(M[(x(t 4i 0)-E(t 4i 0)) 52 0])(72).

Интервальными показателямикачества могут быть:

1. математическое ожидание выходного эффекта(средний выходной

эффект) за время (0,t) Э(t)=mx(t)=M[x(t)] (73);

2. среднее квадратическое отклонение выходногоэффекта, характе-

ризующее интервальный риск sx(t)= 7? 0(M({x(t)-mx(t)}) 52 0) (74).

Для интервального показателя качествафункционирования также мо-

жет быть найдено идеальное значение среднего выходногоэффекта Э 4о 0(t) и

соответствующее значение коэффициента эффекта e(t)=Э(t)/Э 4o 0(t) (75).

Показатели среднего выходного эффекта и средних потерьсвязаны соотно-

шением Э+W=Э 4о 0 (76).

Часто используются экономические показатели качествафункциониро-

вания и эффективности. Например, годовой рост прибыли ирасчетный ко-

эффициент экономической эффективности капитальныхвложений или срок

окупаемости. Показателем качества функционированиясистем контроля и

управления может служить величинаЭ 41 0=(Н 4о 0-Н)/С 41 0 (77), гдеН 4о 0 — энтропия

состояния объекта до проведения контроля и управления; Н- остаточная

энтропия объекта после проведения контроля и управления; С 41 0 — затраты

на процесс получения информации. Применяется также показатель

Э 42 0=р(t 4o 0,t)/C 42 0(78), где p(t 4o 0,t) — вероятность безотказной работы сис-

темы в течение заданного времени(t 4o 0,t 4o 0+t); C 42 0 — стоимость аппаратуры

контроля.

2.9.7. Методы оценки надежности технологическихсистем.

Сведения о структуре и функциональных связяхэлементов проектиру-

емых систем задаются в виде схемы, на которой с помощьюусловных обоз-

начений изображены элементы и функциональные связи междуними. Качест-

во такой системы характеризует предельная (располагаемая) производи-

тельность E(t), равная максимальному числу единиц«рабочего тела», ко-

торые могут транспонироваться в единицу времени. Производительность

системы определяется на выходных элементах. Принескольких выходных

— 73 -

элементах может измеряться общая суммарнаяпроизводительность системы

или производительность системы по отдельным выходам. При безотказной

работе всех элементов системы располагаемая производительность равна

номинальной. При отказах отдельных элементов производительностьможет

уменьшаться; когда она станет меньше критической,наступает отказ сис-

темы. Отказавшие элементы восстанавливаются и черезнекоторое время

вступают в строй, работоспособность системывосстанавливается.

Связь между качеством функционирования и надежностьюсистемы мо-

жет быть установлена двумя путями:

1. Оценивают потери качества функционирования из-занедостаточной

надежности системы или ее элементов. При этом находятзначения коэффи-

циента функционирования, соответствующие потерям качествафункциониро-

вания системы из-за ненадежности.

2. Принимают в качестве определения границыработоспособного сос-

тояния системы установленный заранее процесс потерикачества функцио-

нирования. При этом выход реализации случайногопроцесса за границу

допуска соответствует отказу системы, а пересечениеграницы допуска в

обратном направлении — восстановлению работоспособности. По значениям

времени появления отказов и восстановлений системы можнонайти общеп-

ринятые показатели надежности.

Таким образом, для перехода от рассмотрения качествафункциониро-

вания к рассмотрению надежности системы необходимоввести определения

работоспособного и неработоспособного состояний системы. При переходе

от рассмотрения качества функционирования системы крассмотрению ее

надежности полезно строить временные эпюры, на которыхуказаны периоды

нахождения системы в работоспособном и неработоспособномсостояниях.

Рассмотрим более подробно вопрос о моделяхвозникновения отказов

ТС. Возможны несколько групп моделей возникновенияотказов технологи-

ческих систем, которые условно назовем отказами покачеству, по распо-

лагаемой производительности, по времени достижениязаданного выходного

эффекта.

В первой группе моделей состояние ТСхарактеризуется значениями

определяющих параметров продукции. Отказом считается выход значений

определяющего параметра выпускаемой продукции за границудопуска. При

этом оценка надежности ТС облегчится при принятиидополнительных допу-

щений.

Вторая группа моделей возникновения отказов (ивосстановлений) ТС

рассматривает изменения производительности этих систем. Например, в

модели может быть принято, что при появлении отказасистема прекращает

выпуск продукции и подвергается аварийному ремонту, врезультате кото-

рого восстанавливается номинальная производительность.

2.9.8. Методы повышения надежности объектови

технологических систем.

Факторы, влияющие на надежность объектов при ихэксплуатации, мо-

гут быть субъективными и объективными. Субъективныевоздействия проис-

ходят из-за неправильных действий людей. Любое, дажеполностью автома-

тизированное устройство требует периодическогообслуживания, т.е. под-

вергается воздействию людей. При этом возможныприводящие к отказам

объектов неправильные действия людей, обусловленныенедостатком зна-

ний, опыта, плохой организацией работы. Например, котказу техническо-

го объекта могут привести неправильное регулирование,нарушение правил

включения и выключения, нарушения порядка, методики иобъема работ по

техническому обслуживанию.

Объективные воздействия можно разделить на двегруппы:

1. общие воздействия, которым подвергаются в тойили иной мере

все объекты данного типа;

- 74 -

2. частные воздействия, которым могут подвергаться отдельные

конкретные конкретные образцы.

Как общие, так и частные воздействия могут бытьпостоянными или

переменными. Объективные можно разделить на рабочие, климатические,

биологические.

Надежность всех объектов сильно зависит оттемпературного режима

их работы. Особенно вредно сочетание тяжелоготемпературного режима с

ударами и вибрациями.

Можно выделить четыре группы мероприятий поповышению надежности

объектов при их проектировании: системные, структурные (схемные),

конструктивные и эксплуатационные. К системным относятсяорганизацион-

но-экономические мероприятия по стимулированиюповышения надежности

(премирование персонала за безотказную работу) итехнические мероприя-

тия такие, как например, применение стойких ктемпературным изменениям

элементов. Очень велико значениеорганизационно-экономических меропри-

ятий по стимулированию повышения надежности, Например, если в стои-

мость изделия включаются затраты на гарантийный ремонт, то при этом

изготовитель учитывает, что при повышении надежностиобъектов уменьша-

ются затраты на гарантийный ремонт. Таким образомстимулируются точные

оценки надежности и ее повышение. В качестве второгопримера организа-

ционно-экономического мероприятия по стимулированию повышения надеж-

ности можно привести подход к обеспечению надежностизаказываемых объ-

ектов путем планирования расходов на весь срок службы.

Технические мероприятия по формированию показателей надежности

проектируемых изделий необходимы при любой системевзаимоотношений за-

казчика и разработчика.

Структурные (схемные) методы объединяют мероприятияпо повышению

надежности объектов путем совершенствования принципов ихпостроения.

Эти методы отличаются большим разнообразием и интенсивно развиваются.

В качестве примера можно привести различные вариантыпостроения ЭВМ,

нечувствительных к появлению отказов. При создании такихЭВМ приходит-

ся значительно усложнять их структуру, вводя избыточныеаппаратные и

программные средства и все более сложные схемныерешения. Можно выде-

лить две группы таких ЭВМ, различающихся распределениемфункций между

аппаратными и программными средствами. Для ЭВМ обоихтипов характерны

мультипроцессорная архитектура и оповещение окритических ситуациях.

Различие состоит в способах локализации неисправныхэлементов и восс-

тановления функционирования системы. В ЭВМ, использующих в основном

аппаратные средства защиты от отказов, ониобнаруживаются схемами го-

лосования в трехкратно резервированной шине. Местонахождение отказав-

ших модулей определяется также аппаратными средствами. Восстановление

контролируется специальной управляющей программой. Приэтом назначение

всех модулей мультипроцессора может измениться в ходе эксплуатации.

При необходимости производится реконфигурация системы, отказавшие мо-

дули выключаются. В ЭВМ, использующих в основномпрограммные средства

защиты от отказов, их анализ и реконфигурация системыпроизводятся це-

ликом программными средствами. Ошибки обнаруживаются присравнении ре-

зультатов избыточных вычислений. Каждая задачарешается независимо

тремя или пятью процессорными модулями, и результатысравниваются. От-

казавшие модули находятся с помощью программных таблиц, хранящих ин-

формацию об отказавших модулях и шинах. После анализавозможных комби-

наций ошибок главная управляющая программа производитреконфигурацию

системы. Для успешного применения структурных методовповышения надеж-

ности автоматизированных производственных системнеобходима дальнейшая

разработка ряда проблем, методов рациональногораспределения функций

между аппаратными и программными средствами приобнаружении отказов

элементов и восстановлении системы, способов классификации отказов

технических средств и ошибок программ и защиты отних, методов и

— 75 -

средств объединения отдельных частей системы управленияв единое це-

лое.

К конструктивным относятся мероприятия по созданию или подбору

элементов, созданию благоприятных режимов работы,принятию мер по об-

легчению ремонта и т.д. Обычно оказываются болеенадежными те элемен-

ты, которые не имеют перемещающихся деталей, накаливаемыхнитей и тон-

ких обмоток.

Надежность элемента зависит от его конструкции, способа изготов-

ления и условий применения. При облегченииэлектрических, тепловых и

вибрационных режимов работы элементов интенсивности ихотказов значи-

тельно уменьшаются. При конструировании транспортируемой электронной

аппаратуры можно обеспечить защиту от ударов ивибраций. Правильная

амортизация аппаратуры часто является основным фактором, определяющим

ее надежность.

При оценке условий работы элементов особое внимание нужно обра-

щать на переходные процессы, возникающие при включении ивыключении, а

также при других изменениях режима работы аппаратуры. Перегрузки, ис-

пытываемые элементом при переходных процессах, могутбыть одной из

причин пониженной надежности аппаратуры.

При проектировании должно учитываться изменениепараметров мате-

риалов и деталей во времени (старение). Учет старениянеобходим и для

кратковременно работающих объектов, т.к они могутприменяться после

долгого периода складского хранения. При этомцелесообразно так подоб-

рать минимальные значения параметров элементов, чтобыобеспечить мак-

симальную параметрическую надежность системы.

Время устранения отказа можно уменьшить путемпостроения систем

по блочно-узловому способу. Вся система разбивается наотдельные функ-

ционально-законченные блоки, которые в электронныхсистемах связывают-

ся кинематически. Блоки, в свою очередь, разбиваются нафункционально

законченные узлы, выполняемые в виде легкосъемныхконструкций. При та-

ком построении объектов восстановление состоит в замене вышедших из

строя блоков или узлов, что значительно ускоряет процессввода объек-

тов в строй. Осуществление блочно-узловых конструкцийтесно связано с

унификацией элементов и систем, которая производится на основеотбора

наиболее надежных вариантов. При этом не толькоповышается надежность

объектов, но и снижается их стоимость и упрощаетсяизготовление.

Для облегчения ремонта отдельных от основной системынеработоспо-

собных блоков также крайне необходима унификация блоков,деталей, нап-

ряжений и частот питания и т.д. Унификация облегчаетснабжение запас-

ными частями и снижает стоимость эксплуатации, атакже затраты на

средние или капитальные ремонты.

Планирование эксплуатационных мероприятий на стадиипроектирова-

ния объектов состоит в разработке системы эксплуатационого обеспече-

ния. Проектирование объектов должно осуществляться всоответствии с

номенклатурой работ по техническому обслуживанию.Например, для плани-

рования периодического регулирования определяющихпараметров устройств

необходимо предусмотреть возможность контроля ипрогнозирования значе-

ний этих параметров.

Для повышения надежности при изготовлении необходимо проводить

мероприятия по обеспечению однородности выпускаемойпродукции. Все эти

мероприятия можно объединить в четыре группы:

1. совершенствование технологии производства;

2. автоматизация производства;

3. технологические (тренировочные) прогоны;

4. статистическое регулирование качества продукции.

2.10. Проектирование технологических процессовс

использованием средств вычислительнойтехники.

— 76 -

Как уже ранее рассматривалось, наибольшуюэффективность обеспечи-

вает создание непрерывной автоматизированной цепочки«проектирование -

изготовление» изделий (ИПК). Основная цельсоздания ИПК — повышение

производительности труда, сокращение трудоемкости истоимости процес-

сов проектирования, подготовки производства, изготовленияи испытаний

РЭА; повышение качества выпускаемых изделий, сокращениесроков освое-

ния новых видов изделий, получение экономии всехвидов ресурсов за

счет оптимизации проектирования, испытания,изготовления и испытаний

РЭА, снижение всех затрат в целом, связанных с выпускомизделий РЭА.

Рассмотрим сначала процесс проектирования изделия.

Проектирование технического объекта связано ссозданием, преобра-

зованием и представлением в принятой форме образа этогообъекта. Про-

ектирование начинается с технического задания напроектирование, кото-

рое является первичным описанием объекта, а результатомпроектирования

является полный комплект документации, содержащийдостаточные сведения

для изготовления объекта в заданных условиях, который и представляет

собой окончательное описание объекта.

Т.о. проектирование — процесс, заключающийся впреобразовании ис-

ходного описания объекта в окончательное описание наоснове выполнения

комплекса работ исследовательского, расчетного иконструкторского ха-

рактера.

Преобразование исходного описания в окончательноепорождает про-

межуточные описания, которые являются предметомрассмотрения с целью

определения окончания проектирования или выбора путей егопродолжения.

Это есть проектные решения.

При проектировании сложных объектов используютсяследующие прин-

ципы:

— декомпозиция и иерархическое описание объектов;

— многоэтапность и иттерационность проектирования;

— типизация и унификация проектных решений и средствпроектирова-

ния.

Разделение описаний по степени детализацииотображаемых свойств и

характеристик объекта лежит в основеблочно-иерархического подхода к

проектированию и приводит к появлению иерархическихуровней в предс-

тавлениях о проектируемом объекте.

Как правило, выделение элементов происходит пофункциональному

признаку. Подобное деление продолжается вплоть дополучения на некото-

ром уровне элементов, описания которых дальнейшемуделению не подле-

жат. Такие элементы называются базовыми.

Т.о., принцип иерархичности означаетструктурирование представле-

ний об объектах проектирования по степени детальности описаний, а

принцип декомпозиции (блочности) - разбиениепредставлений каждого

уровня на ряд составных частей (блоков) с возможностями поблочного

проектирования на каждом уровне. В машиностроениибазовые элементы

представлены деталями (винт, шпонки, вал и т.д.) — этоэлементы низше-

го уровня, далее идут сборочные единицы (карбюратор,катодный узел).

При рассмотрении ТП наиболее общее, но и наименеедетальное опи-

сание представляется принципиальной схемой ТП. Наследующем иерархи-

ческом уровне описываются маршруты обработки деталей каксистемы, сос-

тоящие из элементов — технологических операций. Дальнейшее применение

принципов иерархичности и блочности приводит к выделениюуровней опи-

сания операционной технологии и управляющих программдля станков с

ЧПУ.

При проектировании РЭА к базовым элементам относятэлементы прин-

ципиальных электрических схем (интегральныемикросхемы, дискретные

электрорадиоэлементы, резисторы, конденсаторы). Из этихэлементов оп-

ределяются функциональные узлы — усилители, вторичныеисточники пита-

— 77 -

ния, сумматоры и т.д. Они, в свою очередь, входят всостав устройств

или блоков, описываемых с помощью функциональных схем(процессор, ОЗУ,

модем). Из устройств компонуются радиоэлектронныесистемы, описываемые

с помощью структурных схем.

Кроме расчленения описаний по степени сложности, подробности от-

ражения свойств объекта, порождающие иерархическиеуровни, используют

декомпозицию описаний по характеру отображаемых свойствобъекта. Это

приводит к появлению таких аспектов описаний, как функциональный,

конструкторский и технологический.

Функциональный аспект связан с отображением основных принципов

функционирования, характера физических и информационных процессов,

протекающих в объекте, и находящих выражения впринципиальных, функци-

ональных, структурных, кинематических схемах исопровождающих их доку-

ментах.

Конструкторский аспект связан с реализациейрезультатов функцио-

нального проектирования, т.е. с определениемгеометрических форм объ-

ектов и их взаимным расположением в пространстве.

Технологический аспект относится к реализации результатов конс-

трукторского проектирования, т.е. связан с описаниемметодов и средств

изготовления объектов.

Внутри каждого аспекта возможно свое специфическоевыделение ие-

рархических уровней.

Проектирование имеет свои стадии и этапы.Проектирование ТП расч-

леняют на этапы разработки принципиальных схем технологического про-

цесса, маршрутной технологии, операционной технологии иполучения уп-

равляющей информации на машинных носителях для управления программ-

но-управляемого оборудования.

При проектировании БИС выделяют этапы:

1. проектирование компонентов;

2. схемотехнического проектирования;

3. функционально-логического проектирования;

4. топологического проектирования.

Проектирование м.б. как нисходящее (от общего кчастному) так и

восходящее (от частного к общему). Эти оба метода имеютсвои особен-

ности и недостатки и на практике обычно стараются ихкомбинировать.

Восходящее проектирование имеет место на тех уровнях, гдеиспользуются

унифицированные элементы.

Составные части процесса проектированияконструкторской докумен-

тации. Проектирование как процесс, развивающийся вовремени, состоит

из стадий, этапов, проектных процедур и операций. Стадии:предпроект-

ные исследования; техническое задание на разработкутехнического про-

екта или предложения; эскизный проект (ЭП); техническийпроект (ТП);

рабочий проект (РП); испытаний и внедрения.

На стадиях предпроектных исследований, технического задания и

технического предложения на основании изученияпотребностей общества в

получении новых изделий и имеющихся ресурсов определяют назначение,

основные принципы построения технического объекта иформулируют техни-

ческое задание (ТЗ) на его проектирование (или напроведение НИР).

На стадии эскизного проекта проверяетсякорректность и реализуе-

мость основных принципов и положений, определяющих функционирование

будущего объекта и создается его ЭП.

На стадии ТП выполняется всесторонняя проработкавсех частей про-

екта, конкретизируются и детализируются техническиерешения.

На стадии РП формируется вся необходимаядокументация для изго-

товления изделия. Далее создается и испытываетсяопытный образец или

пробная партия изделий, по результатам испытаний вносят необходимую

корректировку в проектную документацию, после чегоосуществляется

внедрение в производство.

— 78 -

Этап проектирования — часть процесса проектирования,включающая в

себя формирование всех требующихся описаний объекта,относящихся к од-

ному или нескольким иерархическим уровням и аспектам. Часто названия

этапов совпадают с названиями соответствующихиерархических уровней и

аспектов.

Составные части этапа проектирования называютсяпроектными проце-

дурами (это часть этапа, выполнение которойзаканчивается получением

проектного решения). Более мелкие составные частипроцесса проектиро-

вания, входящие в состав проектных процедур, называютпроектными опе-

рациями.

Различают проектные процедуры анализа и синтеза. Синтез заключа-

ется в создании описания объекта, анализ — в определении свойств и

исследовании работоспособности объекта по его описанию, т.е. при син-

тезе создаются, а при анализе оцениваются проектыобъектов. Процедуры

анализа делятся на процедуры одно- и многовариантногоанализа. При од-

новариантном анализе заданы значения внутренних ивнешних параметров,

требуется определить значения выходных параметровобъекта. Многовари-

антный анализ заключается с исследовании объекта в некоторой области

пространства внутренних параметров. Такой анализ требуетмногократного

решения систем уравнений (многократного выполнения одновариантного

анализа).

В качестве примера решения задач анализа и синтезарассмотрим ре-

шение задачи анализа и синтеза сборки в РТК. Приорганизации сборки в

РТК одной из главных проблем является выявление соответствия возмож-

ностей производственной системы, осуществляющей сборкуизделия РЭА,

его конструктивно-техническим свойствам. Эту задачуследует решать на

ранних стадиях проектирования изделия, т.к. в процессеизучения вари-

антов и принятия решения необходимо исследоватьвозможность его реали-

зации. Это называется отработкой изделия на технологичностьи регла-

ментируется ГОСТ 14.201 " Общие правила обеспечения технологичности

конструкций изделия". Основная цель отработки натехнологичность -

достижение разумного компромисса между свойствамипроектируемого изде-

лия как средства достижения заданных целей в процессеэксплуатации и

свойствами того же изделия как объекта производства. Особую важность

эта задача приобретает в условиях внедрения РТК, т.к. традиционные

конструкторские методы решения становятся недостаточно эффективными.

Задача анализа формулируется так: необходимо определитьпринципиальную

возможность осуществления процесса сборки изделия наоснове имеющегося

технологического базиса, удовлетворяющего изготовителяопределенными

технико-экономическими показателями.

Исходная информация включает: описание изделия,содержащее сведе-

ния о его конструкции, технических условиях на сборку,описание техно-

логического базиса, включая технико-экономическиетребования к техно-

логическому процессу сборки. Для решения этой задачиможет быть ис-

пользован подход, основанный на синтезе оптимальной в определенном

смысле структуры сборочного производства.Технико-экономические харак-

теристики в зависимости от используемого метода синтезамогут быть оп-

ределены как в процессе автоматизированногопроектирования, так и пу-

тем последующего анализа полученного решения.

Базирующийся на таком подходе метод анализа разрешимости сборки

представляет собой реализацию морфологического метода иоснован на ис-

пользовании типовых решений на уровне элементов как процесса, так и

системы сборки (сборочных операций и агрегатов); надекомпозиции про-

цесса сборки и сопоставлении каждого элемента процесса с элементом

системы, реализующим сборку; выборе оптимального элементаиз них в из-

вестном смысле; совместном решении задач синтезасистемы и процесса

сборки.

Задача синтеза структуры решается с помощьюсовокупности матема-

— 79 -

тических моделей, позволяющих имитировать процесс сборкии формализо-

вать варианты сборочного производства, реализующие сборку заданного

изделия, а также определить их характеристики. В процессесинтеза, яв-

ляющегося многошаговым, путем проверки технологическихрежимов, неин-

вариантных к последовательности выполнения операций,формируются вари-

анты и выбирается оптимальная в заданном смысле структура сборочного

производства. Определяются неинвариантныетехнологические режимы, не-

обходимые для реализации каждого сопряжения, в том численекоторые па-

раметры траектории регулируемого объекта сборочныхагрегатов.

2.11. Автоматизированные сборочные производстваРЭА.

Сборочные производства РЭА занимают значительноеместо (сборка

15-20 %, электрический монтаж — 40-60 %) в общей трудоемкостиизготов-

ления изделий РЭА и представляют значительный резервповышения произ-

водительности труда, так как в большинстве случаев онине автоматизи-

рованы. Низкий уровень их автоматизации объясняется частой сменяе-

мостью и усложнением объектов сборки; сравнительнойсложностью этих

процессов, требующих точной ориентации собираемыхкомплектов в прост-

ранстве; компоненты часто имеют малые размеры, нежесткиеэлементы, ус-

танавливаются в труднодоступные места, имеют разную конфигурацию и

размеры.

Можно выделить три группы факторов, сдерживающих автоматизацию

сборочных процессов в производстве РЭА:

1. низкую технологичность конструкций изделий РЭА иих компонен-

тов;

2. недостаточную эффективность ТП;

3. несовершенство сборочных машин или необоснованныйих выбор.

Основные требования технологичности, предъявляемыек конструкции

изделий РЭА автоматической сборкой:

1. переход от объемной сборки к плоской;

2. унификация компонентов и их присоединительныхразмеров;

3. наличие у компонентов поверхностей, облегчающих механический

захват, относительно которых можно строго ориентировать впространстве

компоненты;

4. наличие на сопрягаемых элементах поверхностей, обеспечивающих

их самоустановку;

5. стабильность сопрягаемых размеров;

6. возможность использования наиболее целесообразныхс точки зре-

ния автоматизации методов соединения.

Приведем пример требований, предъявляемых к электронным узлам

второго уровня модульности. Они сводятся к ограничениямсогласно огра-

ничительному каталогу отрасли илипредприятия-изготовителя узлов, нак-

ладываемым на печатные основания, типы и типоразмерыизделий электрон-

ной техники, расположение последних на плате, а такжеустанавливают

правила регулировки и контроля. Форма платы — прямоугольная с ограни-

ченными максимальными размерами, расположение проводников- параллель-

но сторонам платы. Ограничиваются: шаг координатнойсетки, точность

расположения, размеры базовых и монтажных отверстий,размеры контакт-

ных площадок, типы и типоразмеры ЭРЭ с осевыми выводами;типы транзис-

торов, конденсаторов, ИС и перемычек. Регламентируетсязона установки

изделия. Регулировка собранного узла должнаобеспечиваться только эле-

ментами узла, которые должны позволять простоеподключение к автомати-

зированной контрольной аппаратуре.

Эффективность технологических процессов можноповысить за счет:

1. уменьшения основного времени сборки, затрачиваемого на выпол-

нение собственно операций сборки, применяя болееинтенсивные процессы;

2. введением агрегатирования ТП и оптимизациейстепени агрегати-

— 80 -

рования;

3. применением унифицированных ТП с цельюавтоматизации их проек-

тирования в АСТПП;

4. автоматизацией контроля и управления параметрамиТП;

5. повышением точности, стабильности ТП и др.

Одним из центральных вопросов является обеспечениегеометрической

совместимости компонентов при автоматической сборке иразработке точ-

ностных требований, предъявляемых к оборудованиюсборочных процессов,

особенно при их реализации в условияхробототехнических комплексов

(РТК). Методы обеспечения геометрической совместимостикомпонентов при

сборке следующие:

1. полная взаимозаменяемость;

2. неполная взаимозаменяемость;

3. предварительная сортировка компонентов на группы(селекция);

4. применение компенсаторов;

5. индивидуальная подгонка.

Для сборочных станков-автоматов предъявляются дваосновных требо-

вания: высокая стабильность протекания процессаавтоматической сборки

и точность выполнения сборочных операций. Припостроении РТК на базе

монтажных автоматов с ЧПУ или ЭВМ задачи промышленныхроботов сводятся

к функциям обслуживания (захват платы, выданнойнакопителем, доставка

ее в зону сборки, установка в приспособление автомата;после окончания

монтажа — захват и удаление собранного узла изприспособления и уклад-

ка его в тару).

При создании роботизированной автоматической линиина базе авто-

матических поточных линий с управлением от ЭВМ, задачиробота-загруз-

чика сводятся к периодической загрузке и установке вприспособле-

ние-спутник транспортной системы платы и периодическойвыгрузке гото-

вых узлов с установкой их в тару. Промышленный сборочныйробот, осна-

щенный соответствующим инструментом, может выполнятьследующие основ-

ные операции сборки: надеть-вставить, наложить-вложить, раздви-

нуть-развернуть, установить-снять, запрессовать,свинтить-развинтить,

склеить, расклепать, сжать-разжать, нанести клей,сварить, зачистить,

ориентировать, измерить, залить.

Процесс сборки в РТК отличается от традиционноготем, что в нем

наряду с автоматизированным технологическим оборудованием (АТО) ис-

пользуются роботы, более мобильные, но, как правило,обеспечивающие

меньшую точность позиционирования.

Одной из центральных задач в РТК является выбормодели ПР и расп-

ределение обязанностей между роботом и традиционнымисредствами авто-

матизированной сборки (сборочным оборудованием, кантователями, ми-

ни-транспортерами и другим вспомогательнымоборудованием).

Другой важной задачей является планированиефункционирования ПР.

Существует несколько уровней решения этой задачи:

1. исполнительный — на котором осуществляется синтеззаконов дви-

жения звеньев манипулятора-робота и управления работойего исполни-

тельных механизмов;

2. тактический — на котором определяются параметры,характеризую-

щие технологические режимы сборочных операций, выполняемых ПР;

3. на стратегическом уровне формируется процесссборочных опера-

ций, определяется порядок их выполнения, назначаются дополнительные

элементы (сервисное оборудование) или манипуляторы, выполняющие вто-

ростепенные (сопутствующие операции);

4. на высшем уровне решаются задачи координациивзаимодействия

элементов РТК или подсистем сборочного промышленногоробота; планиро-

вание работы ПР есть задача проектирования процессасборки, реализуе-

мого ПР.

— 81 -

2.12. Технологическая подготовка производстваРЭА,

ее основные задачи, положения и правилаорганизации.

Автоматизированная система подготовкипроизводства.

Технологическая подготовка производства (ТПП) — совокупность сов-

ременных методов организации, управления и решениятехнологических за-

дач на основе комплексной стандартизации, автоматизации,экономико-ма-

тематических моделей и средств технологическогооснащения. Она базиру-

ется на единой системе технологической подготовкипроизводства. Стан-

дарты ЕСТПП устанавливают общие правила организации и моделирования

процесса управления производством, предусматриваютширокое применение

прогрессивных ТП, стандартной технологической оснастки иоборудования,

средств механизации и автоматизации производственныхпроцессов и инже-

нерно-технических и управленческих работ.

Освоение выпуска новой РЭА во многом определяетсяорганизацией

работ всех служб, участвующих в ТПП.

Основные задачи ТПП: определение состава, объема исроков выпол-

нения работ по подразделениям; выявление оптимальнойпоследовательнос-

ти и рационального сочетания работ. Изготавливаемыеблоки, сборочные

единицы и детали распределяются по подразделениям,определяются трудо-

вые и материальные затраты, проектируюттехнологические процессы и

средства оснащения.

Таким образом, функции ТПП охватывают весь комплексработ, свя-

занных с созданием или модернизацией объектапроизводства, его органи-

зационно-техническим анализом, разработкой и наладкойтехнологических

процессов и средств технологического оснащения, определением матери-

альных и трудовых нормативов, разработкой модели производственного

процесса.

По месту выполнения работ ТПП делят на внезаводскую и внутриза-

водскую. По периоду действия ТПП можно разделить наперспективную

(срок реализации 3-5 лет), текущую (в пределах года илиосвоения дан-

ного изделия) и оперативную (решение задач текущегопроизводства).

Объектом ТПП может быть основное и вспомогательноепроизводство.

Задачи и этапы ТПП:

1. Конструирование. Под конструированием понимаетсяпроцесс соз-

дания модели (документации) объекта производства, ккоторому относятся

изделия, являющиеся товарной продукцией предприятия, иизделия, пот-

ребляемые внутри предприятия (технологическая оснастка,средства меха-

низации и автоматизации производства и т.п.). Прирешении этой задачи

на данном этапе проведения ТПП создается база данныхконструкторской

информации, автоматизация ее корректировки, созданиеимитационных мо-

делей для оценки параметров принимаемых техническихрешений, а также

средств автоматизации конструкторских и графическихработ. На данном

этапе решается задача прогнозирования развитиятехнологии. Изучение

передового зарубежного и отечественного опыта в области технологии и

подготовка рекомендаций по его использованию. Проведениелабораторных

исследований по новым технологическим решениям. Указанные работы вы-

полняются технологическими бюро и лабораториями ОГТ.

2. Разработка технологических процессов. Этот этапявляется наи-

более трудоемким этапом ТПП. На данном этапе решаетсязадача разработ-

ки технологических процессов, а также системыорганизации производс-

твенного процесса. Целевой функцией задачи разработки ТПявляется тех-

нологическая себестоимость при обеспечении заданногообъема выпуска и

качества выходной продукции. На множестве предлагаемыхтехнологических

схем необходимо выбрать тот вариант технологии, который обеспечивает

минимальную себестоимость выпускаемой продукции при рядетехнологичес-

ких и организационных параметров.

Объектами управления рассматриваемых функцийявляются конструкции

— 82 -

изделий, технология их изготовления и организация производства. При

изучении конструкции изделия основной задачей являетсяотработка конс-

трукции изделия на технологичность. Ведущие технологи ОГТ проводят

технологический контроль документации, оценку уровнятехнологичности

конструкции изделия, отработку конструкции изделия натехнологичность,

оценку снижения материальных и трудовых затрат впроизводстве за счет

повышения уровня технологичности.

Стандартизация технологических процессов. Группатипизации ТП ОГТ

проводит анализ конструктивных особенностей деталей, сборочных единиц

и их элементов, обобщение результатов анализа иподготовку рекоменда-

ций по их стандартизации, разработку типовыхтехнологических процессов

ТПП, формирование заводских фондов документации на ТПП.

Группирование ТП. Подразделения групповой обработкиОГТ осущест-

вляют анализ и уточнение границ классификационных группдеталей, сбо-

рочных единиц, разработку групповых ТП.

Технологическое оснащение. Конструкторское бюротехнологической

оснастки занимается унификацией и стандартизацией средств технологи-

ческого оснащения, выявляет трудоемкую оригинальнуюоснастку в процес-

се технологического контроля ее проектирования и запускав производс-

тво, определяет потребности в универсальной таре иразрабатывает ее

для деталей и сборочных единиц. Проектирование и оснащение рабочих

мест проводится согласно групповым и типовымтехнологическим процес-

сам.

Оценка уровня технологии. Подразделения ОГТсовместно с главным

технологом предприятия определяют уровень технологии наданном предп-

риятии, устанавливают основные направления и путиповышения уровня

технологии на предприятии.

Разработка ТП. Технологическое бюро ОГТразрабатывает новые и со-

вершенствует действующие единичные ТП и процессы техническогоконтроля

заготовок, деталей, сборки и испытания составных частейизделий в це-

лом, проводят корректировку ТП.

Проектирование средств специальной технологическойоснастки. Тех-

нологические бюро ОГТ производят выбор вариантовспециального техноло-

гического оборудования, выпускаемого промышленностью, ав случае от-

сутствия разрабатывает ТЗ на его проектирование. КБ ОГТ осуществляет

проектирование специального инструмента, приспособлений, штампов,

прессформ и другой оснастки.

Нормирование расхода ресурсов. Группа нормативовзатрат разраба-

тывает подетально-пооперационные нормы затрат труда собеспечением

применения технического обоснования норм времени навыполнение опера-

ций. Группа стоимостных нормативов осуществляетразработку подетальной

стоимости затрат по цехам.

Организация и управление процессом ТПП. Плановаягруппа ОГТ расп-

ределяет номенклатуру деталей и сборочных единиц между специализиро-

ванными технологическими бюро, выявляет узкие места вТПП, принимают

решения по их ликвидации, осуществляют контроль завыполнением этапов

работ по ТПП.

Совершенствование организации ТПП заключается вразработке под-

разделениями ОГТ руководящих материалов, положений,стандартов, орга-

низационно-методических документов и нормативов, регламентирующих

функции ТПП.

ТПП производства РЭА должна содержать оптимальные решения не

только задач обеспечения технологичности изделия, но ипроведения из-

менений в системе производства, обусловленное последующимулучшением

технологичности и повышением эффективности изделий. Поэтому современ-

ная ТПП сложных РЭА должна быть автоматизированной какорганическая

составная часть САПР.

Дадим некоторые определения средств технологического оснащения

— 83 -

РЭА и поясним последовательность и содержание работ по обеспечению

технологичности конструкций РЭА.

Технологическое оснащение включает: технологическоеоборудование

(в том числе контрольное и испытательное);технологическую оснастку (в

том числе инструменты и средства контроля); средствамеханизации и ав-

томатизации производственных процессов.

Технологическое оборудование — это орудияпроизводства, в которых

для выполнения определенной части ТП размещаютсяматериалы (заготов-

ки), средства воздействия на них и при необходимостиисточники энер-

гии.

Технологическая оснастка — это орудия производства,добавляемые к

технологическому оборудованию для выполнения определеннойчасти ТП.

Средства механизации — это орудия производства, вкоторых ручной

труд частично или полностью заменен машинным ссохранением участия че-

ловека в управлении машинами.

Средства автоматизации — орудия производства, вкоторых функции

управления переданы машинам и приборам.

Состав оборудования и оснастки выбирается и (по меренеобходимос-

ти) проектируется в зависимости от технологическогопроцесса изготов-

ления РЭА (от заготовительного, механообрабатывающего,гальванического

и лакокрасочного покрытий до сборочных).

Важным показателем работы оборудования, технологической оснастки

и правильности их выбора является степень использованиякаждого станка

и оснастки в отдельных и вместе взятых поразработанному процессу.

Оборудование и оснастку следует выбирать попроизводительности, тогда

будет обеспечено рациональное использование его вовремени.

При проведении отработки конструкции изделия на технологичность

(в соответствии с ГОСТ 14.201 " Общие правилаобеспечения технологич-

ности конструкций изделия") следует учитывать:

— вид изделия, степень его новизны и сложности,условия изготов-

ления, технического обслуживания и ремонта, а такжемонтажа вне предп-

риятия-изготовителя;

— перспективность изделия, объем его выпуска;

— передовой опыт предприятия-изготовителя и другихпредприятий с

аналогичным производством, новые высокопроизводительныеметоды и про-

цессы изготовления.

Целью создания автоматизированной системытехнологической подго-

товки производства (АСТПП) является ускорение исовершенствование тех-

нологической подготовки производства (ТПП) на базематематических ме-

тодов, оптимизации процессов проектирования и управленияс применением

современных средств вычислительной и организационнойтехники. Систем-

ное использование средств автоматизации инженерно-технических работ

обеспечивает оптимальное взаимодействие людей, машинных программ и

технических средств автоматизации при выполнении функцийтехнологичес-

кой подготовки производства. Разработка и внедрениеАСТПП требует на-

личия развитой стандартизации, нормализации и унификацииконструкций и

конструктивных элементов технологического оснащения, технологических

процессов, вычислительной и организационной техники и еематематичес-

кого обеспечения. АСТПП позволяет упорядочить ирегламентировать все

элементы ТПП, выполнять их на принципиально новойоснове:

— подсистемы, проектирующие ТП, — на основе САПРт;

— подсистемы, конструирующие специальноетехнологическое оснаще-

ние (СТО), — на основе САПРк;

— подсистемы управления ТПП — на основе АСУ;

— подсистемы изготовления СТО — на базе АСУ ГПС.

Экономический эффект от применения АСТППполучается как за счет

снижения трудоемкости самого процесса проектирования, так и за счет

использования резервов в технологических процессах(например, за счет

— 84 -

повышения качества изделия; уменьшения расходаинструментов; уменьше-

ния величины отходов; оптимизации принимаемых решений нараскрой мате-

риалов, на режимы обработки, распределение припусков идр.).

АСТПП должна (в общем случае) решать следующиезадачи:

— отработку изделий РЭА на технологичность;

— диалоговое формирование ТП изготовления изделий;

— проектирование технологической оснастки иинструмента;

— проектирование элементов производственной системы;

— разработку управляющих технологических программдля оборудова-

ния с ЧПУ;

— разработку управляющих программ (циклограмм) дляоборудования с

программным управлением;

— обеспечение автоматизированного информационного обслуживания

пользователей (поиск и выдача информации на микрофильмах пользовате-

лям; поиск и выдачу информации ЭВМ; обеспечениепользователей сетью

терминальных пунктов);

- осуществление автоматизированного управления технологической

подготовкой производства ТПП (расчет планов ТПП, контроль за выполне-

нием планов, расчет нормативов, расчет норм ипотребностей).

Для решения этих задач в АСТПП (в общем случае) имеютсяподсисте-

мы общего назначения:

— поисково-информационная ПС;

— подсистема формирования исходных данных длядругих автоматизи-

рованных систем и подсистем.

— 85 -

3. ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕНЫХ

ПОГРЕШНОСТЕЙ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Измерительная информация и ее роль в технологическом

процессе. Основные компоненты информационно-

измерительных систем.

В процессе создания различных видов РЭА одной из основных задач

является обеспечение точности основных параметровсоздаваемой аппара-

туры. На стадии проектирования эта точностьобеспечивается путем при-

нятия соответствующих правильных схемных и структурных решений, пра-

вильного выбора номенклатуры применяемыхэлектрорадиоэлементов, кото-

рые должны обеспечить значения основных параметров в пределах, обус-

ловленных техническим заданием допусков. Однако, на этапеизготовления

имеют место отклонения параметров от нормы — производственные погреш-

ности, которые зачастую невозможно определить на стадиипроектирова-

ния.

Точность производства — мера соответствия объектаустановленному

образцу. Ее назначением является поддержание на заранее известном

уровне или в заданном диапазоне значений каких-либопараметров, в ка-

честве последних могут быть геометрические, электрические, механичес-

кие, химические, тепловые или любые физические параметры,характеризу-

ющие тот или иной объект, например, размеры, формы,токи, напряжения,

мощности и др. Точность задается допуском, т.е.предельно допустимым

отклонением от номинального значения параметра.

Точность бывает функциональная и технологическая. Под функцио-

нальной точностью понимают требования к точности, предъявляемые к вы-

ходным параметрам аппаратуры и обеспечивающие еенормальное функциони-

рование в соответствии с техническими условиями.

Технологическая точность - это реально достижимая(не планируе-

мая) точность при производстве изделий по выбранной технологии. Она

определяется как качеством материалов и точностьюпроцессов изготовле-

ния сборочных единиц, составляющих изделие, так иточностью используе-

мых комплектующих изделий и самого процесса сборки. Поданализом точ-

ности понимают процесс изучения причин возникновенияпогрешностей, их

методов исследования и количественных оценок, способовпредупреждения

и устранения.

Контроль точности параметров проводится с помощьюконтрольно-из-

мерительной аппаратуры, составляющей вместе с микро-ЭВМили микропро-

цессорами информационно-измерительные системы.

Производство РЭА является сложным, прецизионным,многокомпонент-

ным процессом, состоящим из огромного количестваразличных технологи-

ческих операций. Количество и качество продукции, получаемой после

каждой технологической операции, находятся в прямойзависимости от

степени охвата контролем и управлением физико-химических процессов,

участвующих в производстве компонентов РЭА. При этомодним из важней-

ших условий достижений успеха в производстве являетсячистота применя-

емых материалов и технологических сред. Совокупностьперечисленных

факторов определяет как принципиальную возможностьполучения РЭА, так

и основные достижимые электрофизические параметры.

Трудоемкость контрольно-измерительных операцийдостигает 40-50 %

от общей трудоемкости изготовления компонентов РЭА, вчастности, ин-

тегральных микросхем, и становится очевидным, чтоуровень качества и

объем производства во многом определяется уровнемразвития средств из-

мерения и контроля. Применительно к производствукомпонент РЭА конт-

роль — это проверка соответствия параметровтехнологических процессов,

которые определяют качество готовой продукции, а такжеструктур, крис-

таллов, техническим требованиям. В зависимости от стадийжизни компо-

— 86 -

нентов (производство, хранение, эксплуатация) различаютпроизводствен-

ный контроль (контроль производственного процесса и егорезультатов на

стадии изготовления) и эксплуатационный контроль(контроль на стадии

эксплуатации).

Производственный контроль включает в себя:

— контроль технологических процессов(технологических сред, режи-

мов, параметров процессов, в том числе входной контроль исходныхмате-

риалов, используемых в производственном процессе);

— операционный контроль продукции или процесса вовремя выполне-

ния или после завершения определенной операции;

— приемочный контроль готовой продукции (такназываемый финишный

контроль).

Учитывая, что производство компонентов является в большинстве

своем массовым, очевидно, что операции контроля ихпараметров должны

осуществляться с высоким быстродействием, что возможнотолько в случае

использования автоматических средств контроля.

Анализ технологического процесса позволяет представить реальный

объем и степень необходимости измерительнойинформации, необходимой

для его реализации.

Из многочисленных контрольно-измерительных операцийзначительная

их часть выполняется оператором визуально, с помощьюмикроскопа, что

приводит к субъективности полученной оценки результатаконтроля при

весьма низкой производительности труда. Решение проблемыавтоматизации

визуального контроля является одной из актуальнейшихзадач во всем ми-

ре. Данный вид контрольно-измерительных операций являетсянаиболее уз-

ким местом и не позволяет решить вопрос созданияавтоматизированного

производства компонентов РЭА, в частности интегральныхсхем.

Задача финишного контроля - проведение испытанийизготовленных

компонентов на их соответствие требованиям как поэлектрическим, так и

по эксплуатационным параметрам. Все виды испытаний можноразделить на

механические, климатические, электрические , испытанияна герметич-

ность, на безотказность и долговечность(электротермотренировка). Из

всех операций финишного контроля наиболее сложной является задача

контроля электрических параметров интегральных схем.Проблема контроля

цифровых интегральных схем заключается в необходимостипроведения ог-

ромного количества контрольных тестов, которое неимоверновозрастает с

повышением степени интеграции БИС. В настоящее времяпрактически не-

возможно проверить БИС оперативных запоминающихсяустройств и микроп-

роцессоров во всех возможных режимах работы. В связи с этим ведутся

активные поиски методов эффективного контроля цифровыхБИС, в частнос-

ти, методов стохастического контроля, обеспечивающихдостаточно высо-

кую достоверность контроля за приемлемый отрезок времени.

Другой проблемой контроля является контроль ихдинамических пара-

метров, так как в этом случае возникает необходимостьизмерения малых

временных отрезков при большой тактовой частоте. Контроль таких вели-

чин создает большие схемотехнические и конструктивныетрудности.

Трудность контроля аналоговых ИС заключается внеобходимости сов-

мещения высокочастотных измерений аналоговых величин содновременно

высоким быстродействием (при контроле динамическихпараметров).

К технологическим средам относятся технологические газы (азот,

аргон, кислород, сжатый воздух), деионизированная вода.Контролируемы-

ми являются следующие примеси: кислород ввосстановительной и нейт-

ральной средах, водород в окислительной и нейтральныхсредах, пары во-

ды во всех средах, частицы масла во всех средах,удельное сопротивле-

ние деионизированной воды.

Под микроклиматом как технологической средой,участвующей в изго-

товлении микросхем, подразумевается атмосферный воздух,в котором на-

ходятся пластины как в процессе проведениятехнологических операций

— 87 -

(например, операции контроля), так и между ними.Определяющими пара-

метрами микроклимата являются запыленность, температура,относительная

влажность воздушной среды, а также скорость ламинарныхвоздушных пото-

ков.

Структурные схемы информационно-измерительныхсистем (ИИС). Ин-

формационно-измерительные системы (ИИС) предназначены дляавтоматичес-

кого получения количественной информации непосредственно отизучаемого

объекта путем процедур измерения и контроля, обработкиэтой информации

и выдачи ее в виде совокупности чисел, графиков и т.д. ВИИС объединя-

ются технические средства, начиная от датчиков и кончаяустройствами

выдачи информации, а также программное обеспечение, необходимое для

управления работой собственно системы и позволяющеерешать в ИИС изме-

рительные и вычислительные задачи.

В настоящее время ИИС — это в основноминформационно-вычислитель-

ные комплексы, в которых осуществляется полный замкнутыйцикл обраще-

ния информации — от получения измерительной информацииоб объекте до

ее обработки, принятия соответствующих решений и выдачикоманд управ-

ления на объект без участия оператора. В состав такихсистем входят

универсальные или специализированные ЭВМ. Их применениепозволяет об-

рабатывать огромные массивы измерительной информации. Алгоритм работы

таких систем программно-управляемый, легкоперестраивается при измене-

ниях режимов работы или условий эксплуатации объекта.

Качественно новые возможности при создании иэксплуатации ИИС бы-

ли получены при применении стандартных цифровыхинтерфейсов и промыш-

ленных функциональных блоков, совместимых между собой поинформацион-

ным, метрологическим, энергетическим и конструктивнымхарактеристикам.

Структура, характеристики и конструктивныеособенности ИИС опре-

деляются областью ее применения. Так, например, ИИС дляконтроля и уп-

равления параметрами технологических сред и микроклимата характеризу-

ется большим количеством объектов контроля, расположенных на значи-

тельном расстоянии друг от друга. Это обстоятельстводелает необходи-

мым реализацию ИИС по децентрализованному принципу, когдаконструктив-

но ИИС рассредоточена, т.е. отдельные ее части (устройствасогласова-

ния) максимально приближены к источникам информации(датчикам) с целью

минимизации потерь измерительной информации. С другойстороны, учиты-

вая сравнительно медленное изменение во времениконтролируемых пара-

метров, к ИИС не предъявляют высоких требований побыстродействию. В

отличие от этого, ИИС для контроля электрическихпараметров должны об-

ладать максимально возможным быстродействием иконструктивно выполнены

по централизованному принципу.

Основные компоненты ИИС. Наиболее типовымикомпонентами ИИС явля-

ются измерительные преобразователи (ИП), устройствасогласования (ЦАП,

АЦП и др.), устройства сопряжения (интерфейсы), устройства обработки

измерительной информации (микроЭВМ и микропроцессоры), устройства ин-

дикации и регистрации.

Измерительные преобразователи. В соответствии с ГОСТ16263 " Мет-

рология. Термины и определения", измерительнымпреобразователем назы-

вается средство для выработки сигнала измерительнойинформации в фор-

ме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и

(или) хранения, но не поддающейся непосредственномувосприятию наблю-

дателя. ИП имеет нормированные метрологическиехарактеристики. Измери-

тельный преобразователь отличается от измерительногоприбора тем, что

последний вырабатывает выходной сигнал в форме, доступной для непос-

редственного восприятия наблюдателем значенияизмеряемой физической

величины.

Совокупность ИП, обеспечивающих осуществление всехзаданных пре-

образований измерительного сигнала с целью полученияконечного резуль-

тата, составляет измерительную цепь (измерительныйканал). В такую

— 88 -

цепь помимо ИП могут входить различные измерительные устройства для

проведения таких операций, как сравнение, масштабирование и др., не

имеющие отдельно нормированных метрологическиххарактеристик.

Первый в измерительной цепи преобразователь, накоторый поступает

от объекта исследования первичный измерительный сигнал,получил назва-

ние первичного измерительного преобразователя (ПП). Ранеетакой преоб-

разователь назывался датчиком. В данный момент поддатчиком понимается

техническое средство, представляющее собойконструктивно завершенное

устройство, размещаемое в процессе измерениянепосредственно в зоне

объекта исследования и выполняющее функцию одного илинескольких изме-

рительных преобразователей. В отличие от первичного преобразователя

все остальные ИП называются промежуточными или вторичными(ПрП). Пос-

ледний в измерительной цепи преобразователь называетсявыходным (ВП).

Выходной преобразователь в автономном измерительномприборе снабжен

отсчетным или регистрирующим устройством. В системахконтроля и управ-

ления сигнал ВП используется для ввода информации ввычислительное или

управляющее устройство, поэтому в большинстве случаев ондолжен иметь

цифровую форму представления, что достигается, какправило, с помощью

аналого-цифровых преобразователей.

Аналого-цифровые, цифро-аналоговые преобразователи. Существует

три разновидности исполнения ЦАП, АЦП: модульное,гибридное и интег-

ральное; при этом доля производства интегральных схемЦАП, АЦП в общем

объеме выпуска непрерывно возрастает, чему в значительнойстепени спо-

собствует распространение микропроцессорной техники и методовцифровой

обработки данных.

ЦАП - устройство, которое создает на выходеаналоговый сигнал

(напряжение или ток), пропорциональный входному цифровомусигналу. Ко-

личественная связь между входной числовой величинойN 4i 0 и ее аналоговым

эквивалентом A 4i 0, характеризующая алгоритмцифро-аналогового преобразо-

вания: N 4i 0=(A 4i 0+dA 4i 0)/ 7d 0A (79), где 7d 0A — аналоговый эквивалент единицы

младшего разряда кода; dA 4i 0 — погрешностьпреобразования при входном

цифровом сигнале N 4вх 0=N 4i 0.

АЦП представляет собой устройство для преобразования непрерывно

изменяющихся во времени аналоговых величин вэквивалентные значения

числовых кодов. Количественная связь между входнойаналоговой величи-

ной A 4i 0 и соответствующей ей цифровойвыходной величиной N 4i 0 имеет вид

A 4i 0=N 4i 0dA+dA 4i 0(80), где dA — шаг квантования, т.е. аналоговый эквивалент

единицы младшего разряда кода; dA 4i 0-погрешность преобразования в дан-

ной точке характеристики.

Как правило, в ЦАП, АЦП используется двоичнаясистема кодирова-

ния. При этом старший (1-й) разряд равен половинеполной шкалы, 2-й

разряд — четверти полной шкалы и т.д.

ЦАП строятся в основном по принципу параллельного преобразования

на основе резистивных матриц различной конфигурации(матрицы R-2R,

матрицы с двоично-взвешенными резисторамиR 4i 0=R*2 5i 0 (81) и др.) и перек-

лючателей тока, обладают более высокимибыстродействием, точностью и

технологичностью изготовления в микроэлектронномисполнении.

При построении АЦП в настоящее время используется восновном один

из трех принципов: параллельного преобразования, последовательных

приближений, интегрирования входного сигнала сдискретными уровнями,

определяемыми выражением n=2 5b 0-1 (82), где b- число двоичных разрядов

АЦП.

АЦП последовательного приближения обладают сравнительно высоким

быстродействием и высокой разрядностью. Интегрирующие АЦПимеют низкое

быстродействие, но обеспечивают высокую помехозащищенность, поэтому

используются в ИИС и измерительных преобразователях, гдетребуется вы-

сокая точность при воздействии различного рода помех ишумов. В насто-

ящее время отечественная промышленность выпускает ЦАП иАЦП в интег-

— 89 -

ральном исполнении всех перечисленных выше типов.

Устройства сопряжения (интерфейсы). Устройствасопряжения (интер-

фейсы) обеспечивают совместное действие всех аналоговых, цифровых и

аналого-цифровых функциональных блоков. Подстандартным интерфейсом

подразумевается совокупность правил (протоколов) ипрограммного обес-

печения процесса обмена информацией междуфункциональными блоками, а

также соответствующих технических средств сопряжения всистеме. В нас-

тоящее время достаточно полно разработаны лишьцифровые интерфейсы,

обеспечивающие совместную работу цифровых функциональныхблоков и циф-

ровых частей аналоговых и аналого-цифровых функциональныхблоков.

В простых измерительных системах функциональныеблоки, как прави-

ло, образуют каскадные соединения, характеризующиеся тем,что информа-

ционный поток проходит последовательно через все блоки. В таком вклю-

чении интерфейс получил название каскадного.

К устройству обработки измерительной информации - центральному

процессору можно подключать несколько функциональныхблоков.

У нас в основном получили распространение интерфейсыМЭК и КАМАК.

Для первого из них соединение функциональных блоковмежду собой осу-

ществляется через многопроводный канал общего пользованияобщей длиной

не более 20 метров. Число функциональных блоков не должнопревышать 15

при общем числе адресов приемников и передатчиковинформации не более

31 при однобайтовой адресации и 961 при двухбайтовой.

Основными особенностями системы КАМАК являются:

— модульный принцип распространения, обеспечивающий возможность

создания агрегатных комплексов;

— конструктивная однородность системы, достигаемая унификацией

несущих конструкций для размещения функциональных блоков;

— магистральная структура информационных связеймежду функцио-

нальными блоками;

— широкое применение принципов программногоуправления, обеспечи-

вающих гибкость реализуемых системой алгоритмов.

Основу системы КАМАК составляет модуль — конструктивно завершен-

ное устройство, предназначенное для выполнения функцийпреобразования,

накопления, обработки информации, но не содержащееисточников питания.

Модули размещаются в едином конструктиве, которыйназывается крейт.

Микропроцессоры и микроЭВМ. Микропроцессор и микроЭВМ- централь-

ная часть любой электронной системы управления иобработки информаци-

онных сигналов. Микропроцессор (МП) в системеуправления должен быть

сориентирован на обработку потока входных и выходныхсигналов.

Устройства отображения и регистрации информации. Для представле-

ния накопленной информации в процессе измерений иобработки информации

в наиболее удобную для восприятия и оценки форму всостав ИИС входят

различные средства отображения и регистрации информации,которые можно

подразделить на устройства визуального воспроизведенияинформации и

документирующие устройства. Среди устройств визуальноговосприятия на-

иболее распространены цифровые индикаторы и дисплеи наэлектронно-лу-

чевых трубках.

Устройства регистрации информации обеспечивают ееперенос на ка-

кой-либо долговременный носитель (бумагу, магнитнуюленту, магнитный

диск и т.д.). Запись может осуществляться либо вцифровой форме, с

различными кодовыми представлениями, либо в аналоговойформе в виде

графиков, гистограмм и т.д. Классификация устройствдокументальной ре-

гистрации информации чаще всего производится по форме представления

полученных документов двумя группами: длянепосредственного восприятия

оператором и для последующей машинной обработки. К устройствамрегист-

рации информации для непосредственного восприятияоператором относятся

самопишущие автопотенциометры, планшетные самописцы играфопостроите-

ли. Для регистрации цифровых сигналов широкоеприменение нашли алфа-

— 90 -

витно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ).

3.2. Типы погрешностей.

Характеристики действующих факторов.

Причины возникновения производственных погрешностеймногочисленны

и многообразны. К ним можно отнести дефекты оборудования, колебания

технологических режимов при обработке деталей,погрешности измеритель-

ных систем. На законы распределения производственныхпогрешностей су-

щественно влияют условия их возникновения. Посколькупроизводственные

погрешности могут иметь как систематический, так ислучайный характер,

для определения законов их распределения необходимоиметь сведения о

том, сохранились ли условия изготовления РЭА постоянными,рассматрива-

ются ли погрешности для отдельной партии или в общеймассе, при смеше-

нии партий, рассматривается ли вся партия или тольковыборка.

Производственный процесс, в котором всепроизводственные погреш-

ности случайны, принято называть устойчивым, стабильным процессом.

Исследование его закономерностей осуществляется методамиматематичес-

кой статистики. Однако, в реальных технологическихпроцессах, наряду с

факторами, вызывающими случайные погрешности, могут иметьместо и сис-

тематически действующие факторы.

Будем полагать, что имеют место следующие условиявозникновения

погрешностей:

1. Производственная погрешность представляет собойсумму частных

погрешностей, которые вызываются действием большогочисла случайных и

некоторого числа систематических первичных факторов.

2. Число случайных факторов и параметрывызванных ими частных

погрешностей не изменяются во времени.

3. Среди частных погрешностей нет доминирующих, т.е. все случай-

ные факторы по своему влиянию на общую погрешность составляютвеличины

одного порядка.

4. Все случайные факторы взаимно независимы, чтоявляется харак-

терным для тех случаев, когда рабочий не имеетвозможности влиять на

работу оборудования в процессе изготовления деталей, т.е. при автома-

тически работающем оборудовании.

5. Для всех экземпляров деталей остаются одинаковыми как число

систематических факторов, так и значения вызванных имипогрешностей.

Погрешности, возникающие при описанных вышеусловиях, распределя-

ются по закону Гаусса, который также называют законом нормального

распределения или нормальной кривой.

Практика показывает, что в устойчивых, стабильныхтехнологических

процессах производства РЭА производственные погрешностираспределяются

нормально. Поэтому такое распределение можно считатьосновным, особен-

но для автоматизированных технологических процессов, вкоторых устра-

нены все систематические факторы, вызывающие погрешности.Кривая расп-

ределения погрешностей является своего рода индикаторнойдиаграммой ТП

и, таким образом, позволяет дать оценку его качества.

Другими словами, кривая распределения погрешностейпозволяет су-

дить о стабильности технологического процесса,фиксировать его наруше-

ния, дает представления о влиянии технологическихизменений, а также в

ряде случаев позволяет устанавливать причины нарушенийпроцесса. Вмес-

те с тем, пользуясь кривой распределения погрешностей, можно опреде-

лить количество возможного брака и соответствие междуназначенным до-

пуском и точностными возможностями оборудования. Приэтом, для обеспе-

чения заданного допуска в условиях производстванеобходимо, чтобы поле

рассеяния производственных погрешностей не выходило заграницы поля

допуска, в противном случае часть деталей пойдет в брак, исправимый

или нет.

— 91 -

Отсюда вытекает основное требование к настройке оборудования -

центр группирования производственных погрешностейдеталей должен рас-

полагаться как можно ближе к середине доля допуска.

Метрологические характеристики ИИС являютсяфункциями структуры

ИИС, алгоритма ее работы, метрологических характеристиквходящих в нее

измерительных преобразователей. Основнымиметрологическими характерис-

тиками ИИС и их компонентами являются статическая характеристика пре-

образования, коэффициент преобразования, суммарнаяпогрешность преоб-

разования, динамические характеристики (передаточнаяфункция, переход-

ная, импульсная, амплитудно-фазовая), время окончанияпереходных про-

цессов в измерительном канале, а также суммарное времявыполнения из-

мерительных, вычислительных и логических процедур. Кроме того, могут

нормироваться входные и выходные полные сопротивления ИИСдля электри-

ческих величин и другие характеристики, специфические длякаждой конк-

ретной ИИС. При этом следует отметить, что все этихарактеристики не

являются обобщающими параметрами ИИС, поэтомунормированию в ИИС под-

лежат метрологические характеристики измерительныхканалов.

Среди перечисленных метрологических характеристик однойиз наибо-

лее важных является погрешность измерения(преобразования).

Погрешность - отклонение выходной величины отистинного значения

вследствие изменения внутренних свойств элемента или внешних условий

работы. Погрешность может иметь различные названия, взависимости от

причин, вызывающих ее (температурная, частотная,колебания напряжения

питания, нестабильность (из-за изменения параметров стечением време-

ни) и т.п.).

Погрешности ИИС, также как и погрешности отдельныхизмерительных

устройств, можно подразделить на методические иинструментальные, ос-

новные и дополнительные, аддитивные и мультипликативные,систематичес-

кие и случайные, абсолютные, относительные иприведенные относитель-

ные.

Систематическая и случайные погрешности. Практически результат

измерения всегда содержит как систематическуюD 4с 0, так и случайную D 4сл

составляющие погрешности, поэтому в общем случаерезультат измерения

(преобразования) в ИИС является величиной случайной. Приэтом система-

тическая составляющая погрешности является математическим ожиданием

этой величины, а случайная — центрированной случайнойвеличиной. Сис-

тематические погрешности возникают из-за несовершенствавыбранных ме-

тодов измерения, технических средств измерения исубъективных особен-

ностей экспериментатора. Случайные погрешности являютсяследствием не-

выясненных случайных причин. Поэтому для ихколичественной оценки при-

меняют математический аппарат теории вероятностей и математической

статистики. Наиболее полно случайные погрешности могутбыть оценены,

например, их функцией распределения. При этом для выяснения закона

распределения случайных погрешностей обращаются кмногократным наблю-

дениям с последующей обработкой полученного материала. Заметим, что

такой подход правомерен только в том случае, когдараспределения наб-

людений обладают статистической устойчивостью, т.е.выявляемая законо-

мерность в изменении случайной погрешности на самом делесуществует.

Теоретическая функция распределения погрешностей не совпадает с

практически наблюдаемой, поэтому оценка степени ихсоответствия осу-

ществляется с помощью критериев согласия.

Методические погрешности — погрешности, получаемыеза счет несо-

вершенства метода измерения, связанные либо со сложностью измерения

данной величины, либо с использованием косвенныхизмерений, позволяю-

щих по другой физической величине оценивать искомую. Ониотносятся к

систематическим погрешностям.

Инструментальные погрешности связаны с несовершенством измери-

тельных приборов, обусловлены зоной нечувствительности,наличием нели-

— 92 -

нейности в изменении измеряемой величины и линейностишкалы измерения

и т.п.

Основная погрешность — это погрешность первичногопреобразователя

(датчика) измерительной системы в нормальных условиях измерения, до-

полнительная погрешность — это погрешность, обусловленная остальными

компонентами измерительной цепи или«ненормальными» условиями измере-

ния.

Аддитивная погрешность — погрешность, котораясуммируется с ос-

новной погрешностью, мультипликативная — умножается наосновную пог-

решность.

Абсолютная погрешность равна 7D 0y=y'-y(83), где y' — значение вы-

ходной величины, а y — ее градуировочное значение.Относительная пог-

решность (%) равна: 7d 0y=( 7D 0y/y)*100 (84). Приведенная относительная пог-

решность (%) равна: 7d 0y 4пр 0=( 7D 0y/y 4max 0)*100(85), где y 4max 0 — максимальное

значение выходной величины, определяющее диапазон ееизменения. С уче-

том сказанного в общем случае результирующая абсолютная погрешность

измерения ИИС определяется формулой 7D 4сум 0= 7D 4с 0+ 7D 4сл 0(86).

По характеру возникновения погрешности бываютконструктивные, ко-

торые возникают при проектировании из-за недостаточноточного учета

условий эксплуатации РЭА и неоптимальной проработкиконструкции аппа-

ратуры и ее испытания, и производственные, возникающие впроцессе из-

готовления изделия. Это происходит в основном из-занарушения техноло-

гии производства. Кроме того, они возникают из-занестабильности само-

го процесса производства и характеристик применяемых материалов и

из-за несовершенства существующих систем измерения.

Характеристика факторов, обуславливающих погрешности измерения.

Методы определения 7D 4сум 0 зависят оттого, в какой форме заданы погреш-

ности отдельных звеньев, заданы ли их законыраспределения или заданы

только некоторые числовые характеристики составляющихпогрешности. В

том случае, если известны законы распределенияпогрешностей отдельных

звеньев и система линейна, задача может быть решена спомощью метода

свертки следующим образом. Пусть, например,e 41 0 и e 42 0 — случайные функ-

ции погрешности двух соседних звеньев, аf(e 41 0), f(e 42 0) — их плотности

распределения. Когда эти погрешности независимы, законраспределения

суммарной погрешности e 41,2 0 этих двух звеньев находится с помощью

свертки исходных плотностей:

+ 7$

f(e 41 0,e 42 0)= 73 0f(e 41 0)*f(e 41,2 0-e 41 0)de 41 0(87).

- 7$

Применяя последовательно операцию свертки n-1 раз, где n — коли-

чество звеньев в измерительной цепи, получаем законраспределения пол-

ной (результирующей) погрешности. Однако, решение данногоуравнения не

всегда возможно. Поэтому при определении полнойпогрешности получили

широкое применение методы математического моделирования, в частности,

метод статистических испытаний. В этом случае законыраспределения

случайных составляющих погрешности отдельных звеньев формируютсяс по-

мощью специальных генераторов или программным путем. Осуществляя мно-

гократный перебор случайных сочетаний значений отдельных составляющих

погрешностей и определяя каждый раз полную погрешность, можно по ре-

зультатам испытаний воспроизвести закон распределения полной погреш-

ности.

Определение полной погрешности в тех случаях, когдасоставляющие

погрешности заданы в виде некоторых числовыххарактеристик, можно осу-

ществить следующим образом. Если отдельные звенья ИИСохарактеризованы

экстремальными погрешностями, то полная погрешностьопределяется прос-

тым суммированием этих погрешностей. Однако, вполнеочевидно, что та-

кое значение полной погрешности может быть существеннозавышено. Если

составляющие погрешности отдельных звеньев заданыинтегральными оцен-

— 93 -

ками или доверительными интервалами и вероятностями, тополная систе-

матическая погрешность многозвенного линейного измерительного канала

находится суммированием систематических погрешностейотдельных узлов,

а дисперсия случайной погрешности при условиинекоррелированности пог-

решностей отдельных звеньев — как сумма дисперсийпогрешностей звень-

ев.

В том случае, когда погрешности некоторых звеньевкоррелированы

между собой, к сумме дисперсий добавляются удвоенные корреляционные

моменты соответствующих погрешностей. При суммированиивводятся весо-

вые коэффициенты, зависящие от схемы включения звеньев иопределяемые

как частные производные от выходной величины измерительногоканала по

величине на входе данного звена. В том случае, еслизаданы не диспер-

сии случайных составляющих погрешностей отдельныхзвеньев, а их дове-

рительные интервалы, для определения полной погрешности необходимо

знание законов распределения отдельных составляющихпогрешностей. В

этом случае по известным законам распределения,доверительным интерва-

лам и вероятностям можно найти дисперсии погрешностейотдельных звень-

ев, а затем полученные дисперсии суммировать.

Из анализа приведенных выше структур ИИС можнозаключить, что ос-

новные составляющие погрешности измерительного каналаобусловлены пог-

решностями первичных измерительных преобразователей(датчиков), пог-

решностями аналого-цифровых преобразователей имультиплексоров (комму-

таторов) аналоговых сигналов.

3.3. Основные понятия теории вероятности.

Нормальное распределение, математическоеожидание,

дисперсия, среднеквадратическое отклонение.

Доверительный интервал.

Методы проверки гипотез о распределении.

Предметом теории вероятности является математическийанализ слу-

чайных явлений, т.е. таких эмпирических феноменов,которые, при опре-

деленном комплексе условий, могут быть охарактеризованытем, что для

них отсутствует детерминистическая регулярность(наблюдения за ними не

всегда приводят к одним и тем же результатам) и в то жевремя они об-

ладают некоторой статистической регулярностью(проявляющейся в статис-

тической устойчивости частот).

Смысл статистической устойчивости частот заключаетсяв том, что,

если результаты отдельных наблюдений носят нерегулярный характер, то

большое количество экспериментов позволяют получитьнекоторые законо-

мерности, связанные с этими экспериментами. Статистическая устойчи-

вость частот делает весьма правдоподобной гипотезу овозможности коли-

чественной оценки «случайности» того илидругого события А, осущест-

вляемого в результате экспериментов. Исходя из этого, теория вероят-

ности постулирует существование у события А определеннойчисловой ха-

рактеристики Р(А), называемой вероятностью этого события,естественное

свойство которой должно состоять в том, что с ростомчисла «независи-

мых» испытаний (экспериментов) частота появления события А должна

приближаться к Р(А).

Частотой события называется отношение числа егопоявлений к числу

произведенных опытов. Таким образом, если в n опытахсобытие А появи-

лось m раз, то его частота равна m/n. lim(m/n)=P(A).

n 76$

Предположим, что в результате n опытов случайнаявеличина Х при-

няла значениях 41 0, х 42 0,..., х 4n 0, тогда выборочноесреднее определяется фор-

мулой: 4n 0 4n

х 4ср 0=( 7S 0x 4i 0)/n; lim(x 4ср 0)=M(X); d 5* 0=( 7S 0(x 4i 0-х 4ср 0) 52 0)/n;lim(d 5* 0)=D(X); где

5i=1 0 n 76$ 0 5i=1 0 n 76$

— 94 -

M(X) — математическое ожидание величины Х; d 5* 0 — выборочная дисперсия

величины Х; D(X) — дисперсия величины Х, кореньквадратный из диспер-

сии называется среднеквадратическим отклонением величиныХ.

Большое значение в теории вероятности, особенно приобработке ре-

зультатов экспериментов играет распределение Гаусса(нормальное расп-

ределение, нормальный закон, нормальная кривая, законГаусса), оно ха-

рактеризуется двумя параметрами: m 4x 0 — математическим ожиданием и s 4x 0 -

среднеквадратическим отклонением, которые полностьюопределяют все его

характеристики. При m 4x 0=0,s 4x 0=1f(x)=(2 7p 0) 5-1/2 0exp{-x 52 0/2 } (88)нормаль-

ная кривая называется нормированной.

f(x)

m 4x 0=0 .m 4x 0=0 . . m 4x 0=1 s 4x 0=2

s 4x 0=2. /|\.s 4x 0=1. .

. . | . ./ \

. . | . / . \

.…. . . .|../. … . . .

________________0_|__________1_____________ x

Рис. 12. Примеры нормального распределения.

Как показывает практика, такое распределениехарактерно для расп-

ределения погрешностей устойчивых, стабильныхтехнологических процес-

сов производства РЭА.

Любая функция результатов опытов, которая не зависитот неизвест-

ных статистических характеристик, называется статистикой.Оценкой ста-

тистической характеристики Q называется статистика, реализация кото-

рой, полученная в результате опытов, принимается занеизвестное истин-

ное значение параметра Q. Оценка называетсясостоятельной, если она

сходится по вероятности к Q при неограниченном увеличениичисла опытов

n. Чтобы оценка была состоятельной, достаточно, чтобыее дисперсия

стремилась к нулю при неограниченном увеличении числаопытов n.

Случайный интервал, полностью определяемыйрезультатами опытов и

независящий от неизвестных характеристик, который сзаданной вероят-

ностью а накрывает неизвестную скалярную статистическуюхарактеристику

Q, называется доверительным интервалом для этойхарактеристики, соот-

ветствующим коэффициенту доверия а. Величина 1-а называется уровнем

значимости отклонения оценки. Концы доверительногоинтервала называют-

ся доверительными границами.

Как показывает практика, распределение случайнойвеличины невоз-

можно точно определить по результатам опытов. Полученные эксперимен-

тальные результаты дают возможность только строитьразличные гипотезы

о распределении случайной величины, например, гипотезу отом, что она

распределена нормально. Поэтому возникает задача проверкигипотез. Эта

задача состоит в том, чтобы определить, насколькосогласуется та или

иная гипотеза о распределении случайной величины сполученными экспе-

риментальными данными. Эта задача тесно связана сзадачей определения

доверительных областей для плотности или функциираспределения. Однако

она имеет следующие особенности. Проверяя гипотезу онормальном расп-

ределении, по той же выборке обычно оцениваютматематическое ожидание

и ковариационную матрицу (дисперсию в случае одномерного распределе-

ния) случайной величины. Вследствие этого гипотетическоераспределение

оказывается само случайным — функцией случайных результатов опытов.

Это и отличает задачу проверки гипотез о распределении отзадачи опре-

деления доверительных областей для распределений. Итолько в отдельных

случаях может возникнуть задача проверки гипотезы о том,что случайная

величина подчинена вполне определенному законураспределения, не зави-

сящему от неизвестных параметров.

Для проверки гипотез о распределении применяютсяразличные крите-

— 95 -

рии согласия. Наиболее удобным и универсальным критериемявляется кри-

терий 7c 52 0 (хи-квадрат) К.Пирсона. Онсовершенно не зависит от распреде-

ления случайной величины и от ее размерности. КритерийПирсона основан

на использовании в качестве меры отклонения экспериментальных данных

от гипотетического распределения той же величины, которая служит для

построения доверительной области для неизвестнойплотности, с заменой

неизвестных истинных значений вероятностей попадания винтервалы веро-

ятностями, вычисленными по гипотетическому распределению.

Посмотрим использование статистического метода напримере статис-

тического анализа производственных погрешностей. Данныйметод анализа

позволяет устанавливать качественные взаимосвязифакторов, вызывающих

производственные погрешности, учитывать характер их влиянияна суммар-

ную погрешность. Статистический анализ делят на дваэтапа. Первым эта-

пом является конкретный анализ исследуемого процесса, авторым — выбор

объектов исследования, определение объема экспериментови назначение

средств технического контроля. Средства техническогоконтроля (измери-

тельные средства) должны выбираться такими, чтобысоотношение между

предельными погрешностями измерения и заданным допускомна определен-

ный параметр качества было порядка 1:10 и даже 1:20. Точные измери-

тельные средства назначаются для обеспечения надежностивыводов. Необ-

ходимо тщательно соблюдать одни и те же условияпроведения опытов и

измерений.

Непосредственно за этими подготовительными работамиследует:

1. собственно наблюдения изучаемого узла (измерение параметров,

определение свойств и т.п.);

2. группировка полученного при наблюденияхстатистического мате-

риала;

3. сводка результатов наблюдения и вычислениепараметров распре-

деления изучаемого узла;

4. анализ параметров распределения изучаемого узла.

Изменение значений параметров деталей, узлов и т.д.,колеблющихся

в определенных пределах, называется вариацией, а рядзначений парамет-

ров для всей партии выборки деталей — вариационным рядом.Этот ряд от-

ражает закономерность соответствующего технологическогопроцесса. Ва-

риационный ряд, выраженный графически, позволяет получитькривую расп-

ределения производственных погрешностей параметровизучаемого узла.

Однако, вычисление характеристик распределенияпогрешностей проще

и удобнее производить не по данным вариационного ряда, а по данным,

предварительно сгруппированным в интервале значенийинтересующего нас

параметра. Возникает необходимость перехода отвариационного к интер-

вальному ряду распределения погрешностей. По протоколуизмерения пара-

метров деталей находят два значения, соответствующиемаксимальным

крайним отклонениям от номинала, т.е. Х 4макс 0и Х 4мин 0. Используя эти зна-

чения, находим размах варьирования:R=Х 4макс 0-Х 4мин 0 (89). Для перехода к

интервальному ряду необходимо определить количество интервалов и их

ширину. Количество интервалов выбирают таким, чтобы накаждый интервал

в среднем приходилось не менее 10 значений из общегоколичества наблю-

дений исследуемого параметра, т.е. р=0,1n. Ширинаинтервала определя-

ется из выражения: dx=R/(0,1n -1) (90), где n — количество деталей в

исследуемой партии.

При определении границ интервалов рекомендуетсяначинать ряд со

значения, величина которого на 0,5 интервала меньшеХ 4мин 0 и заканчивать

ряд величиной, которая превышает Х 4макс 0также на 0,5 интервала. Границы

и средние значения интервала распределения записываются вформе табли-

цы 5.

Частота заполняется по данным протокола измерений с разнесением

всех частных значений исследуемого параметра посоответствующим интер-

валам. Количество значений исследуемого параметра,попавших в тот или

— 96 -

Таблица 5

┌────────┬────────────────────────────┬──────────────┬──────┬────────┐

│n интер-│Границы интервалов │Серединаин- │часто-│частость│

│вала │ │тервала │та mj │mj/n │

├────────┼────────────────────────────┼──────────────┼──────┼────────┤

│ 1 │Х 4мин 0-0,5dх — Х 4мин 0+0,5dх │Х 4мин 0 │m 41 0 │ m 41 0/n │

│ 2 │Х 4мин 0+0,5dх — Х 4мин 0+1,5dх │Х 4мин 0+dх │m 42 0 │ m 42 0/n │

│ 3 │Х 4мин 0+1,5dх — Х 4мин 0+2,5dх │Х 4мин 0+2dх │m 43 0 │ m 43 0/n │

│........│............................│..............│......│........│

│ р │Х 4макс 0-0,5dх — Х 4макс 0+0,5dх │Х 4макс 0 │m 4p 0 │ m 4p 0/n │

│ 7S 0 │Х 4мин 0-0,5dх - Х 4макс 0+0,5dх │(Х 4мин 0+Х 4макс 0)/2│ n │ 1 │

└────────┴────────────────────────────┴──────────────┴──────┴────────┘

иной интервал, составляет частоту m 4j 0.Соотношение m 4j 0/n называется час-

тостью и представляет собой частость значенийисследуемого параметра и

определяется для каждого интервала как отношениеколичества и значений

интересующего нас параметра, попавших в данный интервал кобщему коли-

честву значений параметра в исследуемой партии. Контрольправильности

заполнения граф по частотам и частостям производится суммированием

заключенных в них значений по всем интервалам. При этомсумма частот

должна быть равна n, а сумма частостей — единице.

Таким образом, исходный вариационный ряд, представляющий собой

результаты измерения параметров изделий (деталей или узлов) в коли-

честве n шт., заменяют интервальным рядом распределения, включающим в

конечном счете всего р значений (по числу интервалов) варьирующего

признака.

Для большей наглядности прибегают к графическомуизображению ин-

тервальных рядов распределения в виде гистограммы илиполигона. Пост-

роение интервального ряда в виде гистограммы основано на предположе-

нии, что плотность частоты (частости) остаетсяпостоянной внутри каж-

дого интервала и меняется скачками на краях интервалов. Строится гис-

тограмма следующим образом: на оси абсциссоткладываются интервалы

значений исследуемого параметра, над каждым из которыхстроится прямо-

угольник, площадь которого пропорциональна частоте(частости) в этом

интервале. Т.к. все интервалы имеют одинаковую ширину,то высоты пря-

моугольников оказываются пропорциональными частотами иличастостями.

│ m/n X 4ср

│<─────────────>│

│< 1-янв-1980>┌─┼─┐

│номинал по ┌┤ │ │

│ ТУ ││ │ ├───┐

│ ││ │ │ │

│ ┌───┤││ │ │

│ │ ││ │ │ │

│ │ ││ │ │ ├──┬─┐

│ ┌────┤ ││ │ │ │ │ │

└┬┬─┴────┴───┴┴─┴─┴───┴──┴─┴──┬─┬───────────────X

0││ Х 4мин 0 Х 4макс 0 │ │

││<─────────────────────────>││

│ поле допуска по ТУ │

│<────────────────────────────>│

поле отклонений

Рис. 13. Гистограмма и полигон распределенияпогрешностей

Принятое выше допущение для построения гистограммы безусловно

— 97 -

исключает реальный характер закона распределенияпогрешностей исследу-

емого параметра и тем сильней, чем больше длинаинтервала.

Более близким к действительности являетсяпредположение о равно-

мерном изменении плотности частоты или частости отинтервала к интер-

валу. Такое суждение приводит нас к необходимостиизображения интер-

вальных рядов в виде полигонов распределения. Дляпостроения полигона

необходимо из середины каждого интервала провестиординаты, высота ко-

торых пропорциональна частотам или частостям, и концыординат соеди-

нить ломаной линией.

Ординаты гистограмм и полигонов в более общем случаепри неравных

интервалах представляют собой отрезки, пропорциональныеплотности час-

тоты или частости. Что касается частот (частостей), тоони изображают

площади прямоугольников на гистограмме и, следовательно,площадь тра-

пеции с ломаной вершиной на полигоне распределенияпогрешностей.

На этом же графике отмечены номинал исследуемогопараметра и поле

допуска относительно номинала, а также среднее значение(центр распре-

деления) и поле отклонений, представляющее собойвеличину 7+ 0 s 4x 0, отло-

женного относительно среднего значения. Этот графикпозволяет делать

многие выводы о ходе технологического процесса икачестве выпускаемой

продукции:

— отклонение среднего значения от номинальногопоказывает систе-

матическую погрешность настройки технологическогооборудования;

— s 4x 0 характеризует случайнуюсоставляющую погрешности и ее срав-

нение с полем допуска позволяет сделать вывод оправильности выбора

точностных характеристик используемого оборудования инеобходимости их

корректировок;

— отношение площади той части гистограммы, котораянаходится за

пределами поля допуска, к общей площади гистограммыпозволяет оценить

долю брака в выпускаемой продукции.

Однако, с гистограммой работать не очень удобно, ееследует апп-

роксимировать. Для этого используется методсплайн-интерполяции, кото-

рый заключается в использовании интервальных рядов. В этом методе

функция между каждыми двумя соседними точкамиаппроксимируется полино-

мом третьей степени: y=ax 53 0+bx 52 0+cx+d (91), а коэффициенты a, b, c, d

выбираются так, чтобы сходящийся в каждой точке«правый» и «левый» по-

лином имели равные первую и вторую производные. Другимисловами, поли-

номы на отрезке [X 4мин 0,X 4макс 0]«сшиваются» по двум производным; в ре-

зультате получается единая гладкая кривая. Однако этакривая еще не

является аппроксимацией функции плотности вероятности, поскольку еще

не выполнено условие нормирования. Поэтому следующимэтапом является

вычисление интеграла:

Х 4макс 0-dx/2

J= 73 0f(x)dx (92)

X 4мин 0+dx/2

Если после вычисления произвести деление f(x) на J:w 5* 0(x)=f(x)/J (93),

то полученная функция будет иметь интеграл в в указанныхпределах ин-

тегрирования равный единице и поэтому функция будет аппроксимировать

действительную плотность вероятности на отрезке,ограниченном пределом

интегрирования.

В качестве примера рассмотрим технологическийпроцесс производс-

тва типовых элементов замены (ТЭЗов). Основнымпараметром, характери-

зующим качество, будем считать время наработки на отказt 4o 0 в условиях

механических воздействий, которое, согласно техническимусловиям, не

должно быть меньше t 4отмин 0. Следует решитьзадачу о серийнопригодности,

при этом, процент выхода годных ТЭЗов должен быть равен90%. Решение

сводится к вычислению интеграла 7$

J= 73 0w(t 4o 0)dt 4от 0(94),

t 4отмин

— 98 -

где w(t 4о 0) — функция плотности вероятностиотказов. Если J>0,9, делает-

ся вывод о серийнопригодности ТЭЗа. Если нет, то можно предпринять

следующие корректирующие действия:

1. Можно снизить требование к проценту выходагодных, однако, как

следствие, возрастет стоимость продукции, поэтому такаямера приемлема

только в условиях мелкосерийного производства.

2. В крупносерийном или массовом производствеследует произвести

регулировку и настройку технологического оборудования,либо замену его

части с целью уточнения параметров технологическогопроцесса; при этом

должен увеличиваться процент выхода годных.

3. Если нет возможности произвести заменуоборудования, а сущест-

вующее не позволяет более точно поддерживать параметрытехнологических

процессов, следует направить проект на доработку, чтобыс помощью но-

вых конструктивных решений, замены элементной базы и др.решений повы-

сить механическую прочность ТЭЗа.

В качестве другого примера использования аппарататеории вероят-

ности рассмотрим статистическое регулированиетехнологических процес-

сов по альтернативному признаку.

Статистическое регулирование ТП, корректировка егопараметров в

ходе производства с помощью выборочного контроля качестваизготавлива-

емой продукции производится с целью технологическогообеспечения тре-

буемого качества и предупреждения брака. Онопредусматривает своевре-

менность установления нормального состояния ТП поограниченному числу

наблюдений с немедленным принятием мер по приведению ТП в надлежащее

состояние. Однако, ТП должен быть устойчивым,поддающимся регулирова-

нию и обеспечивающим заданный показатель качествапродукции.

Поэтому перед применением статистических методоврегулирования ТП

проводится тщательное изучение, анализ его с цельювыявления причин,

изменяющих показатель качества продукции, определениястатистических

закономерностей процесса, их числовых значений, а вслучае необходи-

мости также и изучение его для достижения нужнойустойчивости и обес-

печения необходимого уровня качества продукции. Вмассовом и крупносе-

рийном производстве применение упрощенных статистическихметодов регу-

лирования не дает достаточно достоверных результатов, поэтому при та-

ком производстве рекомендуется применять методстатистического регули-

рования по альтернативному признаку.

Альтернативный метод — это контроль качества, прикотором единицы

продукции делятся на две группы — годные и дефектные, а решение о

контролируемой совокупности принимается в зависимости отчисла дефект-

ных единиц продукции, обнаруженных в выборке. Выборка — это определен-

ное количество единиц штучной продукции, взятых изисследуемой сово-

купности в определенном объеме.

Объем выборки (количество единиц штучной продукции),период отбо-

ра (время между очередными выборками или пробами изпотока продукции),

уровень регулирования (ограничивающий допустимыеотклонения уровня ка-

чества в выборках или пробах) определяются на основеданных статисти-

ческого анализа ТП и требований надежности к качествупроверки продук-

ции методами математической статистики.

Расчет проводится на основе приемочного уровнякачества продукции

(т.е. такого, при котором имеется относительно низкаявероятность при-

емки дефектной партии продукции), браковочного уровнякачества (т.е.

такого, при котором относительно низка вероятностьзабраковки годной

партии продукции), а также риска излишней настройки(вероятность того,

что по статистической оценке будет принято решениепроводить очередную

настройку, в то время как в ней нет необходимости) ириска незамечен-

ной разладки (вероятность того, что по статистической оценке будет

принято решение не проводить настройку, в то время как вдействитель-

ности она необходима).

— 99 -

Составляется контрольная карта для графическогоотображения изме-

нения уровня качества, в которую заносятся значения статистическихха-

рактеристик очередных выборок или проб и уровнярегулирования в виде

линии, ограничивающей допустимые отклонения качества в выборках или

пробах. При выходе качества выборки за пределы граництребуется регу-

лирование ТП.

Имеется несколько методов статистического регулирования ТП по

альтернативному принципу. Это методы учета долидефектности, числа де-

фектности, числа дефектных единиц, среднего числадефектов на единицу

продукции и др.

Метод доли дефектности основан на определенииотношения числа де-

фектных единиц продукции к общему числу проверенных ввыборке единиц.

Он лучше других тем, что объем выборки при этом методенеобязательно

должен быть одинаковым в каждой выборке, а может вопределенных преде-

лах изменяться от одной выборки к другой к другой вслучае необходи-

мости.

Предварительное изучение ТП проводится с цельювыявления причин,

изменяющих показатель качества и определенияустойчивости, стабильнос-

ти процесса, составления норм и правил статистическогорегулирования

ТП. Во время изучения ТП необходимо фиксировать наладкипроцесса, ме-

роприятия по поддержанию его в надлежащем состоянии.Результаты наблю-

дения по дефектностям изделий заносятся в контрольнуюкарту. Продолжи-

тельность проведения исследования ТП должна охватитьнесколько перио-

дов между его наладками.

С целью определения устойчивости и других параметров ТП после

каждой настройки проводится сплошной контроль междувыборками. Из по-

лученного материала определяются следующие параметры. Доля брака (де-

фектности) между двумя последовательными дефектнымиединицами p 4i 0=1/t 4i

(95), где t 4i 0- интервал между двумядефектными единицами продукции (в

единицах продукции или времени). Среднее значениеинтервалов между

двумя последовательными дефектными единицами

t 4c 0=1/m 7S 0t 4i 0 (96),где m — количество интервалов, в которых произведен

i=1

сплошной контроль изделий. Среднее квадратичноеотклонение интервалов

между двумя дефектными единицами m

s 4y 0=[1/(m-1) 7S 0(t 4i 0-t 4c 0) 52 0] 51/2 0(97)

i=1

Среднее значение доли брака (дефектности) m

P 4c 0=1/m 7S 0p 4i 0 (98)

i=1

Среднее квадратичное отклонение доли брака (длябиноминального распре-

деления)S(p)=[P 4c 0(1-P 4c 0)] 51/2 0 (99). Порасчетным данным строится кривая

p 4i 0=f(t 4i 0), т.е. изменениедоли дефектности в зависимости от номера ин-

тервалов. Оценивается стабильность процесса.

Приемочный уровень качества Р 4о 0, который определяется исходя из

соотношения затрат на контроль одного изделия в процессестатистичес-

кой проверки к потерям от каждого дефектного изделияС 4о 0 в соответствии

с табл. 6.

Чтобы определить целесообразность введениястатистического регу-

лирования ТП, приемочный уровень качестваР 4о 0 сравнивается со средним

значением входного уровня качества Р 4вх 0(Р 4вх 7` 0Р 4с 0). Входной уровень ка-

чества Р 4вх 0 представляет собой соотношениеколичества дефектных изделий

к общему количеству проверенных изделий: Р 4вх 0=n 4д 0/n (100), где n 4д 0 — ко-

личество дефектных изделий, n — общее количествопроверенных изделий.

Здесь может быть несколько случаев:

— Р 4вх 7< 0Р 4о 0,тогда статистическое регулирование нецелесообразно;

— Р 4вх 7> 0Р 4о 0, тогда необходимы частые наладки процесса и нужно его

— 100 -

Таблица 6

┌────────────────────────────────────┬───────────────────────────────┐

│ Со │ Ро, % │

├────────────────────────────────────┼───────────────────────────────┤

│ 1:900 │ 0,015 │

│ 1:400 │ 0,035 │

│ 1:300 │ 0,065 │

│ 1:200 │ 0,1 │

│ 1:150 │ 0,15 │

│ 1:90 │ 0,25 │

│....................................│....................... │

│ 1:12 │ 2,5-4 │

│ 1:9 │ 4-6,5 │

└────────────────────────────────────┴───────────────────────────────┘

улучшить, иначе будут значительные экономические затратына наладку;

— Р 4о 7, 0Рвх и <(2 7_ 03)S(p), тогда введение статистического контроля

нецелесообразно. Здесь S(p)- среднеквадратическоеотклонение доли бра-

ка.

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Технология соединения деталей радиоэлектронной аппаратуры

1 Сентября 2013

Реферат по радиоэлектронике

Автоматизированное проектирование СБИС на базовых матричных кристаллах

1 Сентября 2013

Реферат по радиоэлектронике

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

1 Сентября 2013

Реферат по радиоэлектронике

Универсальный блок питания

1 Сентября 2013