В условиях автоматизированного, безлюдного производства к гибким производственным системам (ГПС) предъявляются исключительно высокие требования по надежности и точности. Для их обеспечения технологическое оборудование, входящее в состав ГПС, оснащается комплексными системами надзора и диагностики. Эти системы играют ключевую роль в поддержании длительной и бесперебойной работы ГПС, а также гарантируют требуемое качество выпускаемых деталей.
Направления и задачи диагностики
Диагностика ГПС ведется по двум основным направлениям. Первое — это контроль корректности функционирования всей системы в процессе работы или на холостом ходу. Второе — мониторинг технического состояния отдельных узлов и механизмов. Состав и конфигурация диагностической системы определяются на основе анализа статистики: частоты и последствий аварийных ситуаций, времени простоев, стоимости запчастей и сложности ремонтов, а также влияния каждого узла на качество продукции и безопасность персонала.
Важно отметить, что до 80% общего времени простоя оборудования часто уходит не на сам ремонт, а на поиск и выяснение причины неисправности. На устранение поломки приходится лишь около 20%, что подчеркивает критическую важность эффективной диагностики.
Принципы системного анализа и иерархия
Диагностика станков с ЧПУ базируется на методах системного анализа сложных управляющих систем. Первым шагом является разработка иерархической структурной модели станка. На верхнем уровне (первом) выделяются основные подсистемы: формообразующая, управляющая и вспомогательная. На втором уровне происходит детализация: приводы, системы программного управления, механизмы смены инструмента и заготовок, системы подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и другие. Третий уровень составляют функциональные блоки. На основе этой структуры разрабатываются математические модели и алгоритмы для принятия диагностических решений.
Взаимодействие с системами ЧПУ
Системы надзора и диагностики тесно интегрированы с системами числового программного управления (ЧПУ). Они выполняют несколько важных функций: проверяют наличие и корректность обратных связей (например, непрерывный сигнал о положении узла, без которого возможно неконтролируемое движение), а также контролируют взаимное расположение и последовательность работы узлов станка в пространстве и времени, сверяя их с заданной программой.
В процессе работы система контроля ожидает сигналов об успешном завершении каждого этапа цикла (например, от микровыключателя о достижении заданной позиции). Если ожидаемый сигнал не поступает, система реагирует. В случаях, когда система ЧПУ не может самостоятельно скорректировать ошибку, оператору выводится диагностическое сообщение — код ошибки или текстовая информация о характере неисправности.
Методы поиска неисправностей: граф-дерево ошибок
Для ускоренного поиска причин отказов широко применяется метод граф-дерева ошибок. Его построение начинается с составления подробного перечня: ключевых элементов и узлов станка; действий, которые должны быть выполнены корректно; возможных повреждений, препятствующих этим действиям; и условий работы, ведущих к таким повреждениям.
Повреждения и их причины рассматриваются как события (происшествия). Они фиксируются в виде графа, ветви которого отображают причинно-следственные связи между событиями. Анализируя такой граф, можно быстро определить, какая из возможных причин привела к наблюдаемой ошибке в работе системы.
Для углубленной диагностики состояния компонентов станка могут также применяться современные программные комплексы — экспертные системы, которые используют базы знаний для анализа симптомов и выдачи рекомендаций.