Учебное пособие 2170

Корреляционный анализ позволил выявить, что зависимость наводороживания от исследуемых факторов линейная, а связь между ними довольно сильная - множественный коэффициент корреляции достигает значения 0,867.

Анализируя корреляционную матрицу, видно, что наибольшее значение на наводороживание оказывает температура электролита (частный коэффициент корреляции достигает значения – 0,71), и плотность тока и давление инструмента (частные коэффициенты корреляции составляют соответственно 0,5 и - 0,05).

Рис. 2. Серийный шток

Анализ влияния исследуемых факторов на наводороживание основы, показывает, что с увеличением температуры электролита наводороживание основы уменьшается, что согласуется с характером влияния температуры электролита на наводороживание как при обычном хромировании, так и при гальвано контактном хромировании и объясняется, видимо увеличением пластичности хрома с повышением температуры электролита и, следовательно, более легким выходом водорода с поверхности.

Увеличение плотности тока приводит к незначительному увеличению наводороживания основы и объясняется, видимо, экстремальным характером зависимости наводороживания от плотности тока, когда при увеличении плотности тока растет количество водорода, выделяющегося при электролизе.

Однако увеличение давления приводит к уменьшению наводороживания основы, что объясняется, видимо, удалением пузырьков водорода с хромируемой поверхности в результате воздействия инструмента.

170

После проверки значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента, выяснилось, что коэффициенты при плотности тока и давлении инструмента оказались незначимыми. Поэтому в связи с вышеизложенным регрессионное уравнение, описывающее зависимость наводороживания от исследуемых режимных параметров осаждения можно записать в виде:

Минимальное значение наводороживания основы при наращивании композитных покрытий на детали хромированием получается при температуре электролита 60 - 65 С, что согласуется с рекомендованными значениями. Величина наводороживания основы в покрытиях, значительно ниже, чем в покрытиях, полученных традиционным методом, что позволяет надеяться на широкое применение метода ГКО для восстановления деталей хромированием.

Влияние метода нанесения композитных гальванических покрытий на шероховатость поверхности восстанавливаемой детали является важным параметром, характеризующим процесс. Так как процесс разрабатывался как финишный метод нанесения хромовых покрытий и восстановления изношенных поверхностей деталей, к шероховатости поверхности, полученной в результате использования данного метода, предъявляются особые требования.

Для изучения влияния режимных параметров на шероховатость поверхности применялось математическое планирование эксперимента. Был реализован полный факторный эксперимент 23. В качестве независимых переменных были выбраны: плотность тока, температура электролита, давление инструмента. Остальные параметры поддерживались на постоянном уровне. Шероховатость поверхности деталей до обработки составляла Ra = 2,5 мкм. Характеристики плана эксперимента выбирались из условий получения беспористых хромовых покрытий со сжимающими остаточными напряжениями

171

В результате получено линейное уравнение, описывающее зависимость шероховатости поверхности восстановленной методом ГКО от исследуемых факторов:

Корреляционный анализ позволил выявить, что зависимость шероховатости поверхности от исследуемых факторов линейная, а связь между ними довольно сильная - множественный коэффициент корреляции достигает значения 0,965.

Анализируя корреляционную матрицу, видно, что наибольшее значение на шероховатость поверхности оказывает давление инструмента, (частный коэффициент корреляции достигает значения – 0,673), и температура электролита (частный коэффициент корреляции достигает значения – 0,647), меньшее влияние оказывает плотность тока, (частный коэффициент корреляции составляют 0,251).

После проверки значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента, выяснилось, что коэффициент при плотности тока оказался незначимым. Поэтому в связи с вышеизложенным регрессионное уравнение, описывающее зависимость шероховатости получаемой поверхности от исследуемых режимных параметров осаждения можно записать в виде:

Таким образом, основываясь на теоретических выкладках, подтвержденных экспериментальными исследованиями, можно утверждать, что осаждение композитных хромовых покрытий на поверхности стальных деталей позволяет достигать чрезвычайно низких параметров шероховатости поверхности с Ra = 0,05 – 0,03 мкм и менее, что позволяет рекомендовать этот метод в качестве финишного метода обработки.

Литература 1. Жачкин С.Ю. Холодное гальваноконтактное восстанов-

ление деталей. Воронеж: ВГУ, 2002. 138 с.

172

2.Жачкин С.Ю. Моделирование механического воздействия инструмента при получении гальванических композитных покрытий / С.Ю. Жачкин, М.Н. Краснова, Н.А. Пеньков, А.И. Краснов // Труды ГОСНИТИ. – 2015. – Т. 120. – С. 130 – 135.

3.Жачкин С.Ю. Нанесение размерных композитных хромовых покрытий методом гальваноконтактного осаждения / С.Ю. Жачкин // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2006. - № 7. - С. 44 – 48.

4.Жачкин С.Ю. Расчет напряжений в дисперсноупрочненных композитных гальванических покрытиях / С.Ю. Жачкин, Н.А. Пеньков, О.А. Сидоркин, С.В. Нелысов // Наука в центральной России. – 2016. - № 2. - С. 32 – 37.

5.Жачкин С.Ю. Аналитическая оценка свойств дисперсноупрочненных гальванических композитных многослойных покрытий / С.Ю. Жачкин, Н.А. Пеньков, А.И. Краснов, К.А. Манаенков

//Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. – 2015. - № 1. - С. 142 – 150.

6.Жачкин С.Ю., Пеньков Н.А., Краснова М.Н., Сидоркин О.А. Восстановление гидроцилиндров дисперсно-упрочненным гальваническим композитным покрытием на основе хрома. Воронеж, ВГТУ, 2017. 162 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.06

Д.М. Черных, ассистент, В.В. Трофимов, д-р техн. наук, проф.

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ В РАМКАХ КОНЦЕПЦИИ "INDUSTRY 4.0"

Рассмотрена возможность использования концепции «Industry 4.0» в условиях современного машиностроения. Определены требования для ее реализации. Рассмотрена структура управления технологическим процессом и структура работы сервера. Проанализированы возможности представленной структурной схемы управления технологическим процессом

Ключевые слова: автоматизация, концепция «Industry 4.0», периферийные устройства

173

Одной из наиболее важных современных тенденций развития промышленности является повышение эффективности существующих производственных и технологических процессов. В рамках новой концепции необходима модернизация производства, основанная на обмене данными между различными субъектами производственного процесса и анализе больших объемов данных, получаемых с совокупности датчиков. В данном контексте подразумевается возможность адаптивного управления технологическим процессом, обеспечиваемая развитой системой «коммуникации» субъектов, которая предполагает их способность идентифицировать другу друга, характеризовать состояние, передавать данные и обрабатывать их.

Industry 4.0 (т.н. Четвёртая промышленная революция) представляет собой совокупность технологий, позволяющих создать эффективную модель производственных процессов, основанных на внедрении промышленного интернета (IIoT) – концепции построения инфокоммуникационных инфраструктур, подразумевающая подключение к сети Интернет любого оборудования, датчиков, сенсоров, АСУ ТП, а также интеграцию данных элементов между собой, что приводит к формированию новых моделей производственных процессов.

Основу современных систем числового программного управления металлообрабатывающего оборудования составляют передовые технологические решения в области аппаратного и программного обеспечения, новых информационных технологий и технологических компонентов. Применение ПК в качестве базовой платформы для СЧПУ предоставляет широкие возможности в унификации, доступ к стандартизованным коммуникационным интерфейсам, различному специализированному программном обеспечению. Современные СЧПУ имеют распределенную структуру: клиенты взаимодействуют по внешней или локальной сети с сервером, взаимодействующим с контроллером. Такая архитектура помимо функциональных преимуществ обуславливает высокую надежность системы.

Использование концепции «Industry 4.0» предоставляет сразу несколько преимуществ:

174

-повышение надежности (контроль производственного процесса на всех уровнях и его функционирование на единой технологической платформе);

-повышение гибкости (снижение времени переналадки при переходе на другую номенклатуру изделий, максимальная вариативность использования существующего оборудования);

-повышение эффективности (повышение производительности технологических процессов, снижение издержек, связанных

счеловеческим фактором: ошибок, простоев, высокой стоимости человеческого труда).

Таким образом, реализация концепции «Industry 4.0» представляет собой модернизированную автоматизированную систему управления с возможностью анализа полной информации о состоянии технологического процесса, полученной с использованием различного рода датчиков, посредством внешнего сервера. Данные между датчиками, сервером и объектом управления осуществляются посредством одного из стандартов передачи данных.

Для внедрения данной концепции в рамках механообрабатывающего технологического участка необходимо решить несколько основных задач:

1.Полная автоматизация технологического процесса, реализуемого на данном технологическом участке.

2.Модернизация СЧПУ станочного оборудования с целью получения возможности приема-передачи информации о состоянии технологического процесса.

3.Разработка и внедрение системы сбора данных - комплекса средств осуществляющего автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также передачу полученных данных.

4.Обработка получаемого массива данных и генерирование управляющих сигналов.

На рис. 1 представлена идеализированная структурная схема управления технологическим процессом. Можно выделить несколько элементов:

1. Управляющая программа. Отвечает за большинство входных режимных параметров, характеризующих процесс ре-

175

зания, в том числе подачу, частоту вращения шпинделя, номер инструмента, его геометрические параметры, траекторию перемещения исполнительных органов и т.д.

2.Станок, в частности его СЧПУ и все процессы, которыми она управляет. В зависимости от протекания процесса резания изменяет режимные параметры обработки, корректоры инструмента, производит смену инструмента или аварийный останов.

3.Сервер. При рассмотрении в данном контексте именно он отвечает за обработку информации поступающей извне

ипри помощи машинного обучения, имитационного моделирования или регрессионного анализа, генерирует управляющие сигналы для всех элементов системы.

4.Информация об изделии. Данный элемент характеризует качественно-точностные требования к детали, физикомеханические свойства, как обрабатываемого материала, так и материала режущей части инструмента. Так важной частью для обучения нейронной сети является информация об уже обработанных деталях, сопоставленная с информацией, полученной в процессе их обработки.

5.Под периферией в данном контексте принимаются приспособления, промышленные роботы, элементы транспортной системы, склада и т.д.

Примером дополнительных периферийных устройств могут быть различные зажимные приспособления с датчиками усилий, приспособления, позволяющие расширить технологические возможности оборудования – поворотно-качающиеся столы, системы с нулевой точкой, устройства для измерения инструмента или базирования заготовок, дополнительные инструментальные блоки и т.д.

Непосредственно о процессе резания с датчиков мы можем получать информацию о температуре в зоне резания, силах резания, виброперемещениях исполнительных органов станка.

176

Рис. 1. Структура управления технологическим процессом

На рис. 2 представлена обобщенная структура работы сервера. Вся информация, получаемая с датчиков, передается на сервер в хранилище данных – предметно-ориентированную информационную базу данных. Обработка данной информации основана на совокупность подходов, инструментов и методов обработки структурированных и неструктурированных данных больших объёмов (т.н. Big Data), эффективных в условиях непрерывного прироста, распределения по многочисленным узлам вычислительной сети.

177

Рис. 2. Структура работы сервера

Использование в машиностроении представленных структурных схем позволяет достичь высокой эффективности реализации производственных процессов за счёт рационального управления систем автоматизации физических операций производства и сопутствующих процессов, интегрированных в единое информационное пространство.

Литература

1.Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Системы числового программного управления: Учеб. пособие. - М.: Логос, 2005. - 296 с.

2.Черных Д.М. Интеграция периферийных устройств в СЧПУ для повышения производительности/ Д.М. Черных, В.В. Трофимов//Сборник трудов победителей конкурса научноисследовательских работ студентов и аспирантов ВГТУ по приоритетным направлениям [Электронный ресурс] - Электрон.текстовые и граф, данные (25 Мб). - Воронеж: ФГБОУ ВО “Воронежский государственный технический университет”, 2016.

Воронежский государственный технический университет

178

УДК 378.6:744.4

О.К. Битюцких, канд. пед. наук, доц.

СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

Рассматривается комплексный подход к организации учебного процесса и применения интегрированных форм практико-ориентированных активных технологий.

Ключевые слова: профессиональная компетентность, диагностика, студент, комплексный подход.

Для специалистов машиностроительного профиля важнейшим видом профессиональной деятельности является проектирование - сложный и специфичный вид творческой деятельности. Трудность проектирования заключается в необходимости учета большого числа социальных, научно-технических, производственных и многих других факторов, а эффективность зависит от сформированности у проектировщика соответствующих профессиональных компетенций.

Для того чтобы будущие специалисты могли компетентно решать стоящие перед ними задачи на высоких уровнях творчества, необходимо определить и сформировать у них профессиональные и социально значимые компетенции.

Для формирования общепрофессиональных и социально значимых компетенций у будущих специалистов машиностроительного профиля особое внимание уделяется практической проектировочной подготовке.

Одним из основных видов практической проектировочной деятельности студентов в системе общепрофессиональных дисциплин является курсовое проектирование. Важнейший элемент основного этапа курсового проектирования – сборочный чертеж вышел на первое место по трем признакам значимости при анализе учебной информации. Для усиления значимой темы нами разработан комплекс учебно-методических материалов и увеличено время на ее усвоение. Процесс курсового проектирования структурирован не только на этапы, но и на отдельные элементы, в ко-

179