Автоматизация изготовления и испытания задвижки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Кафедра автоматизации производственных процессов

Дипломный проект

Расчетно-пояснительная записка

Специальность «Автоматизация технологических процессов и производств»

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлен проект автоматизации изготовления и испытания задвижки. Проект состоит из расчётно-пояснительной записки (РПЗ) и графической части.

Расчётно-пояснительная записка содержит: обоснование автоматизации технологического процесса изготовления корпуса задвижки и испытательного стенда. Представлен анализ технологического процесса изготовления задвижки, а так же анализ путей автоматизации испытательного стенда.

Проектно - конструкторская часть содержит системный анализ проектируемой СУ стенда на основе методов декомпозиции, выбор и расчёт основных технических средств.

Информационное и программное обеспечение включает в себя разработку алгоритма работы системы.

В технологическое обеспечение проекта входит разработка технологического процесса обработки корпуса задвижки, расчёт режимов резания и техническое нормирование операций.

В РПЗ приводится: эксплуатационная документация на стенд; разработан технологический процесс изготовления корпуса задвижки; функционально-стоимостной анализ проекта; раздел безопасности и экологичности проекта. В заключении содержится описание проделанной работы.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня невозможно найти такую область промышленности, где бы ни применялась трубопроводная арматура. С каждым годом потребность в трубопроводной арматуре возрастает.

Одним из крупнейших в России производителей трубопроводной арматуры является ОАО "ИКАР" Курганский завод трубопроводной арматуры. Продукция ОАО "ИКАР" используется в 40 странах мира.

Выпускаемая ОАО "ИКАР" арматура применяется в оросительных системах, в холодильных установках, в технологических линиях и атомных электростанциях, трубопроводах для воды, пара, нефти, газа на гидротранспорте, на предприятиях угольной, нефтяной, биологической, медицинской промышленности. Общий годовой выпуск арматуры составляет более 800 тыс. штук.

Завод неукоснительно придерживается политики выполнения всех требований, предъявляемых к каждой операции, которую выполняет предприятие. Руководство предприятия разработало и приняло политику, обеспечивающую соблюдение требований ISO, API, соответствующих стандартов, норм и других регулирующих документов, а также требований заказчиков для всех изделий, выпускаемых на ОАО "ИКАР". Вышеуказанное позволяет производить продукцию стабильного качества.

Руководство по обеспечению качества (РОК) является основным документом, описывающим политику ОАО "ИКАР" в этой области, а также меры, обеспечивающие понимание политики качества всеми сотрудниками. Весь управленческий персонал несёт ответственность за создание условий, при которых забота о качестве играет первостепенную роль. Начальник инспекции системы качества является ответственным представителем ОАО "ИКАР" по качеству. Он наделён исключительными полномочиями для обеспечения того, чтобы внедрённая система качества поддерживалась в соответствии с требованиями спецификации АРI QI и стандарта ISO 9001-94.

Для обеспечения высокого качества и надежности выпускаемой продукции завод имеет полный комплекс средств для контроля и испытания материалов: химическая, механическая, рентгеноскопическая лаборатории, ультразвуковой контроль, оборудование для цветной дефектоскопии. Завод имеет более 40 испытательных стендов и специальный корпус для стендовых испытаний (стендовый корпус (СК)) давлением до 150 МПа. Одним из стендов для испытания арматуры является стенд НКА 99-13. Данный стенд позволяет проводить испытания как водой так и воздухом.

Цель испытаний - обеспечение заданной долговечности трубопроводной арматуры при действии на нее полного комплекса внутренних и внешних воздействий, возникающих в трубопроводе при эксплуатации технологических систем. Задачей испытаний является экспериментальное установление показателей долговечности трубопроводной арматуры при действии или моделировании комплекса внутренних и внешних воздействий.

К испытаниям арматуры относят такие испытания, которые оперируют отказами, связанными с накоплением износных повреждений, и испытания на надежность. Выделяют два условия - нормальные и ускоренные. По назначению испытания могут использоваться как определительные, оценочные, сравнительные, исследовательские, типовые и т.д.

В качестве нормальных условий испытаний применяются режимы, заданные требованиями нормативно-технической документации. При отсутствии таковых, нормальный режим назначают в соответствии с условиями эксплуатации арматуры, характеризуемыми параметрами рабочей, управляющей и окружающей среды. Для ускоренных испытаний проводят обоснование принципа ускорения на основе анализа данных о работе конкретного типа арматуры и физической природы изнашивания. В результате определяют доминирующий вид изнашивания, контролируемый параметр, характеризующий уровень изнашивания, и метод измерения этого параметра.

Основными задачами данного дипломного проекта являются обоснование автоматизации испытания, выбор исполнительных устройств, разработка технологического процесса изготовления корпуса задвижки, разработка системы управления, системный анализ на основе методов декомпозиции. Разработка алгоритма программы управления циклом испытания. Так же одной из основных задач является функционально - стоимостной и экономический анализ обеспечение безопасности и экологичности.

Цель данного дипломного проекта заключается в проектировании автоматизированного диагностического стенда для испытаний задвижек. Так же разрабатывается маршрут технологического процесса изготовления корпуса задвижки, производится расчёт режимов резания и нормирование операций.

1 Обоснование автоматизации технологического процесса изготовления задвижки и испытательного стенда

1.1 Устройство и принцип работы испытательного стенда

Данный стенд спроектирован по заказу ОАО «Икар» на самом предприятии. Он предназначен для испытания арматуры для нефтяных станций.

Общий вид гидростенда НК 99-13 представлен в графической части (лист № 1). Гидростенд состоит из: рамы на ней установлен бак для воды объёмом 90 л, две стойки к которым крепится траверса с винтом. Траверса имеет заглушку с маховиком для создания верхнего уплотнения в испытываемом изделии, на заглушке установлен клапан для сброса давления. Также на раме установлена плита с гидроцилиндром для поджатия изделия, прихваты для захвата изделия. По кругу плиты имеется борт, который предохраняет от попадания воды за приделы стенда. Таким образом вода возвращается по патрубку обратно в бак. Также гидростенд имеет электрошкаф, в котором установлен мультипликатор для создания высокого давления, насос для заполнения изделия водой, фильтр для очистки воды, клапана обратные, реле и микроконтроллера. За щитом установлена гидростанция. Так же имеется стол, на котором находится компьютер для управления процессом испытания, стул для слесаря-испытателя.

Стенд для испытаний предназначен для проведения испытаний трубопроводной арматуры в приближенных к реальности условиям. На данном стенде можно проводить испытания задвижек Ду 80…200 мм, водой давлением Рр 1,6; 4,0; 6,3 МПа, и воздухом давлением 0,6 Мпа. На стенде проводятся испытания на прочность и плотность материала и изделия и испытание на герметичность затвора. Данный стенд допускается к применению в заводских помещениях, где есть источники переменного тока напряжением 380В с частотой 50 Гц.

Техническая характеристика стенда НКА 99-13

. Давление применяемое на стенде для испытания изделий:

а) водой рабочее...................................................... 1,6; 4,0; 6,3 МПа

б) водой пробное......................................................2,4; 6,0; 9,5 МПа

в) воздухом.............................................................................0,6 МПа

. Объём бака для воды.................................................................90 л

. Мультипликатор для создания высокого давления

а) диаметр пневмоцилиндра......................................................200 мм

б) диаметр штока мультипликатора...........................................40 мм

в) ход штока мультипликатора.................................................250 мм

г) подача жидкости за 1 ход......................................................0,314 л

. Насос для заполнения изделия водой....................................ПА-22

. Гидроцилиндр зажима изделия

а) диаметр поршня....................................................................200 мм

б) ход поршня..............................................................................40 мм

. Гидростанция: СВ-М1-40-1Н-2,2-5,3

а) рабочее давление.............................................................. 12,5 МПа

б) мощность электродвигателя.................................................2,2 кВт

. Габариты стенда

а) длина....................................................................................3500 мм

б) ширина.................................................................................1100 мм

в) высота...................................................................................2000 мм

. Масса .....................................................................................1700 кг

1.1.1  Общие положения

Требования, предъявляемые к задвижкам, подвергаемых испытаниям, изложены в ТУ 4111-40-00218147-93. При транспортировании задвижек на испытание и хранении их на предприятии должна быть исключена возможность повреждения задвижек, внутренние полости предохранены от загрязнений заглушками, затвор закрыт. Должны присутствовать все ниже перечисленные элементы:

. Гидравлический стенд, пневматический стенд;

. Весы ГОСТ 29329-92 средний класс точности;

. Манометр с классом точности - 2.5 ГОСТ 2403-88;

. Тарированный ключ;

. Линейки металлические ГОСТ 427-75;

. Мерный цилиндр ГОСТ 1770-74.

Установочное положение задвижек - любое.

Испытания изделий проводятся с целью:

проверки соответствия технических характеристик задвижек требованиям технической документации;

проверки обоснованности технических решений, заложенных в конструкции задвижек;

проверка качества изготовления;

подтверждение показателей надежности;

определения возможности изготовления задвижек.

Испытание проводится водой при нормальной температуре, а наличие или отсутствие протечек выявляется внешним осмотром испытуемого изделия, по падению давления в замкнутом объеме или соответствующими приборами. Гидравлическое испытание должно производиться до окраски изделия. Давление создается при помощи насосов. Продолжительность испытания устанавливается соответствующей технической документацией (стандартами и техническими регламентами). Время выдержки изделия под пробным давлением должно быть достаточным для осмотра и установления годности изделия. В ряде случаев продолжительность нахождения под давлением принимается в зависимости от наибольшей толщины стенки корпусных деталей. Для ответственных изделий выдержка принимается не менее 10 мин. После выдержки давление снижают до 4/5 пробного давления и производят тщательный осмотр изделия. Давление при осмотре должно поддерживаться постоянным. Пропуск воды и потение через металл и сварные швы не допускаются.

При испытании корпуса, крышки и сварного шва на прочность и плотность материала испытанию должны подвергаться все полости трубопроводной арматуры, заполняемые рабочей средой. Поэтому арматура испытывается при открытом положении запорного органа, но с заглушёнными проходными отверстиями. Протечки воды или «потение» через металл не допускается. Не допускаются механические разрушения или видимые остаточные деформации. При обнаружении течи или «потения» через металл, при испытании, отметить место пропуска среды красной грунтовкой. Детали, в которых при испытаниях выявлены течь или потение, после исправления заваркой должны быть подвергнуты повторному испытанию.

При испытании на прочность материала клина и на герметичность затвора, не допускаются протечки через затвор, а также протечки и «потение» через металл клина. Не допускаются механические разрушения или видимые остаточные деформации. При обнаружении течи или «потения» через металл, при испытании, отметить красной грунтовкой бракованный клин, разобрать, заменить клин, собрать и снова испытать. В целях предохранения внутренних поверхностей корпусных деталей от коррозии для испытания в водный раствор добавляют ингибиторы коррозии.

Испытание арматуры на герметичность проводится для проверки качества обработки уплотнительных поверхностей деталей запорного органа трубопроводной арматуры. Одновременно контролируется качество сборки разъемных соединений. Гидравлическое испытание на герметичность производится под условным давлением Pу и выполняется после гидравлического испытания на прочность. При испытаниях задвижек давление создается с каждой из сторон запорного органа: сначала с одной, а затем - с другой стороны. Соответственно, с противоположной стороны производится осмотр. Арматура, снабженная приводами, дополнительно испытывается на обеспечение герметичности запорного органа приводом.

В закрытом положении запорная арматура не должна пропускать среду из одной части трубопровода в другую, отделенную запорным органом. Однако, в ряде случаев нет необходимости предъявлять к арматуре особо высокие требования в отношении герметичности, поскольку иногда некоторая незначительная протечка допустима. В связи с этим разработана классификация общепромышленной запорной арматуры по классам А, В, С, D герметичности с соответствующими нормами допустимой протечки, предусмотренными ГОСТ 9544-93. По классу А видимых протечек не допускается. Методика испытания трубопроводной арматуры представлена в графической части на листе № 9.

1.1.2 Условия проведения испытаний

Общие требования к проведению испытаний, требования к испытываемым изделиям, требования к стендам и испытательной оснастки, требования безопасности должны осуществляться в соответствии с требованиями технических условий, технического описания и инструкции по эксплуатации.

Персонал, производящий испытания должен: знать устройство стендов, на которых проводятся испытания; изучить техническое описание и инструкцию по эксплуатации; пройти инструктаж по технике безопасности.

1.2 Анализ технологического процесса изготовления задвижки

Базовый технологический процесс приведён в таблице 1. В базовом варианте технологического процесса способ получения заготовки выбран рационально, который соответствует типу производства и сложности конструкции изделия - литьё в землю. Механическая обработка производится как на универсальных станках, так и на станках с ЧПУ: токарных, сверлильных и фрезерных. Обработка производится по принципу дифференциации операций, с большим количеством установов. Инструмент применяется универсальный: резцы с напайными пластинами, свёрла спиральные из быстрорежущего сплава с кондукторными втулками.

Для выполнения первых операций механической обработки используются в качестве баз необработанные поверхности. Первоначальные базы простые и имеют достаточные размеры, которые обеспечивают устойчивое положение заготовки на станке.

После обработки детали производятся испытания на герметичность. Затем производиться технический контроль с помощью измерительных инструментов: штангенциркули и шаблоны, а также специальный мерительный инструмент. Контрольные средства соответствуют данному типу производства и требованиям точности.

Таблица 1 - Базовый технологический процесс

1.3 Анализ путей автоматизации испытательного стенда

Первое что необходимо автоматизировать это систему управления и контроля за испытанием. Такая автоматизация может снизить количество слесарей-испытателей до одного человека. Необходимо будет заменить вентили, управляющие подачей давления и воды на электромагнитные клапаны. Используемые в данном стенде манометры необходимо заменить на современные датчики давления, которые позволят получать более точную информацию о процессе испытания. Необходимо разработать систему управления стендом.

В систему управления испытанием необходимо включить ЭВМ. Такая система может оказаться очень гибкой и удобной, так как с компьютера можно будет управлять всеми устройствами и своевременно получать и перерабатывать информацию о ходе испытания. Использование персонального ЭВМ позволит получать выходные акты и протоколы испытаний буквально сразу после окончания испытаний. Предложенная система серьёзно облегчит труд рабочих, ускорит время проведения испытаний и автоматизирует их.

1.4 Задачи управления гидравлической и пневматической системами стенда

Функции системы управления можно определить через систему его необходимых внешних воздействий. С одной стороны система управления выступает как управляющий автомат по отношению к стенду для испытаний арматуры высокого давления, с другой - система управления вместе со стендом является объектом управления со стороны человека.

Анализируя функции управления данным стендом можно выделить несколько их классов. Взаимодействие СУ с объектом - технологическим оборудованием состоит в управлении дискретной автоматикой, электромагнитными клапанами - логическая задача. Особенностью логической задачи является наличие большого числа обменных сигналов между СУ и объектом. СУ в данном контексте обеспечивает управление подачей рабочего и пробного давления воды и воздуха в испытуемое изделие, включение гидростанции, пневмостанции, контроль давления, обслуживание сигналов с пультов управления, включение и управление насосом и мультипликатором, Но все же главной задачей остается контроль на наличие протечек.

Технологическая задача состоит в достижении требуемого качества испытания с наименьшими затратами. Главным показателем качества испытаний является надежность испытуемого объекта. Для обеспечения качественных испытаний необходимо соблюдать технологию процесса испытания.

1.5 Анализ тенденций развития пневмогидроавтоматики стенда

Главные современные тенденции в управлении технологическими процессами (ТП) определяются общим стремлением к использованию коммерческих технологий. Промышленность переходит от ручного к специализированному аппаратному и программному обеспечению, к применению компонентов общего потребления. Стимулы к такому переходу различны. Для конечных пользователей таких систем - инженеров и технологов на производстве - на первом месте стоят простота интеграции и низкая стоимость.

Главным компонентом таких систем являются - персональные компьютеры (ПК) и программируемые контроллеры, совместимые с персональными компьютерами. Благодаря нарастающему быстродействию и снижающейся стоимости их лидирующее положение должно сохраниться и в обозримом будущем. Стоимость процессоров снизилась на три порядка с 1975г. Предполагается, что к 2015 г. она уменьшится еще во столько же раз. Беспрецедентные возможности обработки информации сочетаются с гибкими возможностями связи.

Если провести анализ развития современных гидравлических и пневматических стендов для испытания арматуры высокого давления, то не трудно будет заметить уникальность каждого из них. Так же можно увидеть, что разработки таких стендов ведутся очень интенсивно и в различных направлениях машиностроительных и других типов производств. Вообще, в настоящее время потребность в таких испытательных стендах очень велика, потому что на современном рынке конкурентно способной может быть только качественная продукция, так как качество исполнения продукции гарантирует ее надежность и безопасность в эксплуатации. Данные характеристики должны разрабатываться, проверяться, дорабатываться и испытываться на испытательных стендах, которые в свою очередь должны удовлетворять современным условиям испытательного оборудования и производства в целом. Для этого испытательное оборудование должно быть оснащено высоко точными и надежными автоматическими или автоматизированными системами управления и автоматическими исполнительными агрегатами.

Высокие цены на арматуру высокого давления, жесткие требования к качеству, надежности и безопасности ее исполнения диктуют уникальность, сложность и гарантийную ответственность процесса испытания и всего испытательного оборудования в целом. Поэтому, оборудование на испытательных стендах, как правило, очень дорогостоящее, что в свою очередь приводит к высоким ценам на автоматизированные стенды для испытания арматуры высокого давления.

1.6 Функционально-стоимостной анализ базовой СУ стенда

В данном разделе обоснована экономическая целесообразность разработки системы управления для стенда НКА 99-13. Для этого используется функционально-стоимостной анализ. С использованием корректирующей формы функционально-стоимостного анализа производится анализ базового варианта технической системы, подвергающийся инновационным преобразованиям. В результате данного анализа в базовом варианте обнаруживаются функциональные и структурные элементы системы, обладающие экономической несостоятельностью или функциональной недостаточностью. Именно эти элементы должны быть рационализированы. При этом кроме технических эффектов от разработки, появляются экономические, социальные, экологические и иные эффекты.

Построение структурной модели.

Структурная модель (СМ) - это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, дающее представление о составе материальных составляющих объекта, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Структурная модель базового варианта стенда представлена на рисунке 1.

Построение функциональной модели объекта.

Функциональная модель (ФМ) - это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое по средствам их формулировки и установления порядка подчинения. ФМ базового варианта стенда представлена на рисунке 2.

Построение совмещенной функционально-стоимостной модели (ФСМ) объекта.

В данном пункте производится функционально-стоимостной анализ базового варианта стенда. ФСМ объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия. Построение ФСМ осуществляется путем совмещения ФМ и СМ объекта. ФСМ системы управления базового варианта стенда, представлена в таблице 2.

Оценка значимости функции ведется последовательно по уровням ФМ (сверху вниз), начиная с первого. Для главной и второстепенной, т.е. внешних функций объекта при оценке их значимости исходным является распределение требований потребителей (показателей качества, параметров, свойств) по значимости (важности).

Нормирующим условием для функции является следующее:

где rij - значимость jой функции, принадлежащей данному iому уровню ФМ; j=1,2,...,n;- количество функций, расположенных на одном уровне ФМ и относящихся к общему узлу вышестоящего уровня.

Для внутренних функций определение значимости ведется исходя из их роли в обеспечении функций вышестоящего уровня.

Определение относительной важности функции R.

Учитывая многоступенчатую структуру ФМ, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей определяется показатель относительной важности функции любого i-го уровня Rij по отношению к изделию в целом

где G - количество уровней ФМ.

В случае если одна функция участвует одновременно в обеспечении нескольких функций верхнего уровня ФМ, ее значимость определяется для каждой из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом рассчитывается как сумма значений Rij по каждой ветви ФМ (от iго уровня до первого), проходящей через эту функцию.

Оценка качества исполнения функций Q.

Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения функций оценивается по формуле:

где bn - значимость nго потребительского свойства;- степень удовлетворения nго свойства в vом варианте;- количество свойств.

Важным элементом качества исполнения функций является функциональная организованность изделий, которая определяется следующими показателями.

Показатель актуализации функций, определяется коэффициентом актуализации:

где Fп - необходимые функции;об - общее количество действительных функций;

Показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:

где Fосн - количество основных функций;об - общее количество функций.

Показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости

где Fс - функции согласования;об - общее количество функций.

Показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости

где FP - количество потенциальных функции;П - количество необходимых функций.

Качество выполнения функций будет иметь вид

Определение абсолютной стоимости функций.

Функционально необходимые затраты - минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях производства и применения (эксплуатации), организационно- технический уровень которых соответствует уровню сложности спроектированного объекта.

Абсолютная стоимость реализации функций Sабс определяется по формуле:

абс=Sизг+Sэкспл+Sтр+Sэн+Sпроч

где Sизг - затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя функции. В состав этих затрат входят: затраты на проектирование, изготовление (модернизацию), пуско-наладочные работы, обучение персонала:экспл - эксплуатационные затраты;тр - затраты, связанные с трудоемкостью реализации функции;эн - энергозатраты на реализацию функции;проч - прочие затраты на реализацию функции .

Определение относительной стоимости реализации функций

Относительная стоимость реализации функций SотнF определяется по формуле

где åSабс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта.

SабсFij - абсолютная стоимость реализации jой функции iго уровня ФМ.

Построение функционально-стоимостных диаграмм (ФСД) и диаграмм качества исполнения функций (КИФ).

Данные диаграммы строятся для базового и проектного варианта исследуемого объекта. Они имеют целью выявления зон диспропорции, т.е. зон избыточной затратности реализации функции, а также определение зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций).

Диаграммы ФСД и КИФ строятся для базового варианта (до принятия проектного решения) и проектного варианта. Они вынесены на графическую часть проекта и изображены на листе 8.

Рисунок 1 - Структурная модель базового варианта стенда

Рисунок 2 - Функциональная модель базового варианта стенда

Таблица 2 - Функционально-стоимостная модель базового варианта стенда

∑ Sабс. = 92000

1.7 Разработка технического задания на проект

1.7.1 Наименование и область применения

Автоматизированный диагностический стенд предназначен для проведения испытаний трубопроводной арматуры. На стенде проводятся испытания на прочность и плотность материала и изделия и испытание на герметичность затвора.

Регистрация, сбор, первичный анализ и сохранение диагностических данных производятся с максимальным использованием современных средств вычислительной техники.

Рабочее давление при испытании водой - до 6,3 МПа

Рабочее давление при испытании воздухом - до 0,6 МПа

Испытательная среда - вода, воздух

1.7.2 Цель и назначение разработки

В связи с ростом требований к качеству и надежности испытуемого оборудования и самого процесса испытаний, изменяется подход к процессу испытаний и испытательному оборудованию. Требуется более точное соблюдение технологического процесса испытания. Прежняя система управления на базе ручного управления не удовлетворяет требованиям современного производства, возникает потребность в системах управления нового типа. Разработки в этой области идут по пути создания системы управления на базе регулирующих микроконтроллеров и элементов электроавтоматики, которые в составе системы управления придают ей большую гибкость, точность соблюдения технологического процесса, удобство в работе. Таким образом, цель формируется из двух пунктов, замены ручных элементов (вентилей) элементами электроавтоматики (клапанами электромагнитными) и установкой автоматической системы управления данными элементами и всем процессом испытания в целом.

1.7.3 Источники информации

При разработке стенда должны быть использованы требования и данные отраслевых и государственных стандартов на испытание трубопроводной арматуры, данные научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов, а так же документация на современные цифровые контрольно-измерительные приборы и средства вычислительной техники.

1.7.4 Стадии и этапы разработки

Разработка должна выполняться в сроки, предусмотренные заданием на дипломное проектирование.

. Получение темы

. Утверждение задания

. Разработка основных разделов проекта

. Оформление графической части

. Оформление пояснительной записки

. Предварительная защита работы

. Защита работы

1.7.5 Порядок контроля и приёмки

Контроль за ходом разработки должен вестись руководителем по графику работы. Перед защитой в Государственной аттестационной комиссии законченный дипломный проект предоставляется на предварительную защиту, а затем проходит рецензирование. Не позднее суток до защиты в ГАК все материалы дипломного проекта, включая отзыв и рецензию, представляются секретарю ГАК. Защита проекта должна быть произведена в установленные сроки на заседании ГАК.

2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств

.1 Системный анализ проектируемой СУ стенда на основе методов декомпозиции

Решение сложных творческих задач при создании новых объектов, технологий, а также проектов, реализуемых в нетехнической сфере, базируется на итерактивных последовательностях процедур анализа и синтеза.

Интерактивный процесс "анализ-синтез" формирует создаваемый объект, базируясь на философских диалектических категориях "часть и целое", характеризующих общее движение познания, которое начинается с нерасчлененного представления о целом, затем переходит к анализу -расчленению целого на части и завершается воспроизведением (синтезом) объекта в форме конкретного целого.

При такой постановке решение проблемы создания нового объекта целесообразно представить в виде трех взаимосвязанных этапов.

Этап 1. Формирование общего желаемого (видимого) представления о создаваемом объекте, о его потребности (функции); структуризация проблемы создания объекта.

Этап 2. Декомпозиция (анализ) задачи создания объекта - разделение её на части, образуемые относительно независимыми признаками (свойствами) объекта, с указанием множеств альтернатив реализации этих признаков.

Этап 3. Синтез решений как "свертка" поискового пространства, образованного декомпозиционной схемой задачи создания объекта, полученной на этапе 2.

2.1.1 Декомпозиционный анализ задачи создания объекта

Потребности и цели создания объекта, структуризация целей и предполагаемых задач, решение которых ведет к достижению этих целей, формирует общее представление об объекте. Анализ объекта на втором этапе осуществляется путем декомпозиции поставленных задач в пространстве, в основном, не метрических структурных характеристик, обусловленных требованиями к объекту. Результатом такого анализа является декомпозиционная схема, при построении которой исходят из следующих двух положений:

Во-первых, декомпозиция осуществляется неформально и на первом уровне разбиения задачи, исходя из назначения и потребности объекта, определяются основные направления, формирующих концепцию его строения в виде множества структурных характеристик Хξ, образующих n блоков 1-го уровня декомпозиции.

Во-вторых, для каждой области (свойства) Хξ первого уровня на втором уровне декомпозиции формируются множества альтернатив Хxb Î Хx, выбираемым на основе анализа известных решений. Построенная на основе принципов и правил декомпозиции, любая декомпозиционная схема является n - мерным поисковым пространством Rn={ Хx }, в котором каждое решение представлено вектором xÎRn, являющимся множеством из набора альтернатив Хxb вида:

X = { Х1b, … , Хib , … , Хnb }

Геометрической интерпретацией пространства Rn является его развертка на плоскость, состоящая из матричных блоков, образованных пересечением всех блоков 1-го уровня декомпозиции и альтернатив, образующих клетки матриц:

RB = n ( n-1 )

Развертка n-мерного поискового пространства для задачи проектирования автоматизированного управления пневмогидростенда для испытания арматуры на листе № 2 графической части дипломного проекта.

Общее количество вариантов структуры N определяется:

= m1 m 2 … m n

где m1 - количество альтернатив реализации первого признака.

Таблица 3 - Декомпозиционная схема анализа задачи формирования структуры пневмогидростенда

Итого общее количество вариантов структуры N определяется:= 3*2*3*3*2*3*2*4*3*3*4*2=186624

2.2 Декомпозиционная схема формирования структуры СУ

.2.1 Синтез структурно-компоновочных решений объекта

Заключительный третий этап выбора и принятия решения после проведения системного анализа создания нового объекта путем её декомпозиции существенно облегчается, но всё же остается непростым из-за большого числа комбинаций N, являющихся вариантами искомого решения. Задача синтеза состоит в том, чтобы в каждом из n - блоков первого уровня Хξ декомпозиционной схемы выбрать по одной альтернативе Хξβ, подбор которых должен сформировать "наилучший" вариант.

Простейшим при выборе наиболее эффективного решения является традиционный способ, используемый при обработке морфологических таблиц и предусматривающий последовательное сокращение (свертку) множества вариантов путем отбрасывания наименее перспективных, нереализуемых, наиболее дорогих и других, кажущихся неэффективными, альтернатив. Однако этот способ при увеличении количества признаков и реализующих их альтернатив соответственно до n > 5 m > 2 становиться весьма трудоемким, а выбранное решение, в значительной мере субъективным. Проблема состоит не только в выборе лучших альтернатив в отдельных блоках, но и в наилучшей их совместимости друг с другом.

2.2.2 Выбор целевых условий

Далее будет использован метод двухступенчатого ранжирования с присвоением оценок и при необходимости расчетом "весов" для выбираемых элементов, многократно апробированный при создании новых сложных объектов на уровне изобретений.

Предложенный метод предусматривает на первой ступени упорядочения выделение из n - блоков Хξ декомпозиционной схемы S - блоков, содержащих на уровне альтернатив Хξβ наиболее важные характеристики, которые могут быть отражены в задании на создание объекта. Такие блоки Хξ обычно в количестве S = 2...4 несут S - целевых условий (по одному условию для каждого блока), представленных альтернативами, реализующими эти блоки.

Тогда остальные g - блоков (g = n - s) будут содержать на уровне альтернатив локальные решения типа условий - ограничения, а множество, формирующее вариант синтезируемого решения X, составят два подмножества Хs и ХG

X = { XS, XG }, x Î Rn                                                                          (1)

Набор условий Хs, выбираемых на второй ступени упорядочения, определяет некоторую S - мерную цель синтеза:

XS = { XSib }, i = 1…S; b = 1… m                                                        (2)

Выбранные локальные целевые условия XSib, как правило, неодинаково влияют на эффективность синтезируемого решения и поэтому должны быть ранжированы по их значимости и оценены с помощью некоторого параметра li, т.е.:

l1 ³ l2 ³ …³ lS                                                                            (3)

Значения оценочных параметров li, устанавливаются с соблюдением дополнительного условия, в качестве которого удобно использовать соотношение:

l1 + l2 + …+ lS = 1                                                                     (4)

Для данного проекта набор целевых условий следующий:

Виды проводимых испытаний:

XS1 = Х13: l1 = 0,5.

Среды используемые при проведении испытаний

= Х33: l2 = 0,3

Средства контроля результатов испытаний:

XS3 = Х103: l3 = 0,2.

,5+0,3+0,2=1.

В итоге трехмерная цепь синтеза:

XS = { X23, Х51 , X93 }                                                               (5)

.2.3 Выбор условий ограничения

Любой объект, процесс или проект нетехнической сферы деятельности человека характеризуется структурой и параметрами. Начальное представление о строении объекта несет его структура. С её формирования как облика проекта и начинается синтез. Проведя декомпозицию и выбрав в полученном поисковом пространстве Rn некоторую S - мерную цель, необходимо решить вторую часть задачи синтеза - сформировать g - мерное “решение - ограничение”.

На основе метода ранжирования определяем условия ограничения:

XG* = { XGjb}, j = 1,…, g = n - s                                                  (6)

где XGjb - альтернатива, реализующая j-й блок декомпозиционной схемы и удовлетворяющая всем S - целевым условиям множества XS = { XSib }.

Если при выборе целевых условий XSib можно было использовать исходные данные, то при выборе условий ограничения XGjb такие возможности уменьшились.

Оптимизация неформальных решений при нескольких целях традиционными методами неосуществима. В этом случае в качестве оптимизационного подхода целесообразно формировать паретовское множество альтернатив.

Итак, эффективное решение - ограничение XG*, в отличие от XG (6) определяется паретовским множеством наиболее предпочтительных альтернатив при “мягкой” конкуренции всех ранее выбранных целевых условий XGjb. Для решения этой задачи предлагаются следующие шаги:

. Каждой альтернативе XGjb в блоках XGj по каждому условию XSib присваивается оценка liGjb , например, по трехступенчатой шкале в виде кодов (оценок): “ лучшая альтернатива (решение)” - код 1, “ альтернативы в блоке по отношению к данной локальной цели равнозначные” - код 2, “ в блоке уже есть лучшая альтернатива ” - код 3.

. Каждой оценке в соответствие с её кодом присваивается численное значение по правилу:

Код Значение liGjb

1    liGjb = li,

2       liGjb = li / m,

         liGjb = 0,

где mi - количество альтернатив lGjb в блоке liGj.

. В каждом блоке XGj выбираются оценки liGjb с наилучшими численными значениями и соответствующие им альтернативы XGjb по принципу

max liGjb ® XG1b, …, max liGjb ® XGgb                               (7)

l1,…,lS l1,…,lS

. Формируется в виде множества X* эффективное решение - наилучший вариант.

Таблица 4 - Результаты выбора решений-ограничений ® XGjb целевыми условиями XSib

Для нашего варианта эффективное решение - ограничение

XG* = {X21, X43, X52, X63, X72, X82, X92, X114, X122}

2.2.4 Формирование оптимальной по Парето структуры объекта

Согласно этому подходу, альтернатива считается оптимальной по Парето, если всякая другая альтернатива, являющаяся более предпочтительной для одних целей, в то же время будет менее предпочтительна для остальных целей. Принцип оптимальности по Парето далее утверждает, что никогда не следует выбирать альтернативу, которая не является Парето - оптимальной. Лишь при таком (паретовском) выборе можно увеличить степень удовлетворения некоторых целей, не ущемляя при этом других целей. Таким образом, альтернатива паретовского множества обладает тем свойством, что дальнейшее увеличение степени предпочтения для достижения одних целевых условий возможно только за счет других. Проблема состоит в том, чтобы выбрать наилучшие паретовские альтернативы во всех блоках g = n - S. И эта проблема всегда достаточно серьезна, однако сам подход ведущий к общему выигрышу, уже является практически важным достижением в решении противоречивых интересов в любой сложной ситуации. К тому же можно утверждать, что оптимальность по Парето является категорией нравственной.

Оптимальный по Парето вариант формируется в виде множества:

X* = { XSi ,XGj*}                                                                          (8)

В развернутом виде с указанием всех целевых условий XSib и условий ограничений ХGjb множество (9) запишется так:

X* = { XSib ,…, XSsb , ХG1b,…, ХGgb}                                             (9)

Для данного случая эффективное решение будет иметь вид:

X* = { X13, Х21, X32, X43, X52, X63, X72, X83, X92, X103, X114, X122}                                                                                                      (10)

Далее разработаем компоновку объекта и сформируем основные параметры объекта. В итоге мы имеем следующие результаты: стенд предназначается для испытания задвижек (X13), проводят испытания на прочность и плотность материала (Х21), для чего используются вода (Х32), для контроля результатов испытаний информация выводится на экран (Х43),

-устройство подачи рабочей жидкости: гидравлический насос - Х52

устройство зажимает изделие: гидрозажимом - Х63

давление применяемое при испытании свыше 4,0 и до 6,3 МПа - Х83

способ транспортирования и загрузки к стенду и от него изделия при помощи крана - Х72

охранные мероприятия: несанкционированный доступ к стенду исключён - Х122

средства контроля качества при помощи датчиков - X114.

2.3 Выбор основных технических средств

.3.1 Выбор датчиков давления

Любая система управления в первом приближении состоит из двух основных функциональных узлов: технологического объекта управления и управляющего устройства. В данном проекте объектом управления является система, состоящая из мультипликатора, насоса, гидроцилиндра, гидростанции и системы вентилей, управляющих распределение воды и воздуха, а устройством управления - микропроцессорное устройство.

Для установки необходимого давления в системе и в испытываемом изделии используются вентили на ручном управлении и манометры. Если эту задачу возложить на микропроцессорную систему управления посредством датчиков давления и вентилей, работающих от электропривода, мы получим более точные результаты установки давления и измерения, устраним нежелательную монотонность труда оператора, процесс будет значительно более быстрым и будет гораздо меньше ошибок, поэтому, более удобным в условиях массового производства. Кроме того, появится возможность установить точное давление в испытываемом изделии.

Управление мультипликатором, насосом, гидроцилиндром, гидростанцией, вентилями с электроприводом, датчиками и выдача информации оператору - все это задачи проектируемой системы управления. Контроль давления осуществляется с помощью датчиков давления.

Датчики абсолютного и избыточного давления Certe серии ALPHA производятся на основе пьезорезистивных чувствительных элементов, изготовленных из монокристалла кремния. Кремний является идеально упругим материалом, который возвращается к своему начальному состоянию после устранения нагрузок. В результате в датчиках давления Certe явления гистерезиса по температуре и давлению пренебрежимо малы по сравнению с погрешностью нелинейности, которая может быть уменьшена благодаря специальной схеме обработки сигнала до 0.1% ВПИ. Кроме основной погрешности для каждого датчика давления Cetre ALPHA также нормируется максимальная погрешность в некотором диапазоне температур, который определяется заказчиком.

Благодаря высокой упругости материалов и специальной конструкции, обеспечивающей отсутствие внутренних напряжений в чувствительном элементе обеспечиваются высокие характеристики датчиков давления Certe ALPHA: повышенная точность и долговременная стабильность, отсутствие явлений гистерезиса, устойчивость к ударным и знакопеременным нагрузкам. Уход характеристики преобразования для датчиков Certe ALPHA составляет не более 0.1% ВПИ в год.

Корпус датчика выполнен из нержавеющей стали, который надежно защищает его от внешних воздействий. Отдельные варианты конструкции могут обеспечить максимальную защиту от пыли и влаги. От воздействия измеряемой среды датчик защищен мембраной из нержавеющей стали.

Датчики общего назначения различаются по видам выходного сигнала, типами электрических разъемов и присоединений к процессу.

Для измерения высокого давления в стенде, подходят датчики типа Alpha V200.

Рисунок 3 - Датчик давления Alpha V200.

Техническая характеристика:

Питание: 12…36 В

Потребляемая мощность: не более 100 мВТ

Сопротивление нагрузки: не более 10 кОм

Масса: не более 200 г.

Диапазон изменения: 0…5 В

Материал корпуса: полиамид

Покрытие контактов: олово

Температурный диапазон: от -40 до + 90 0С

Диаметр кабеля: 3,5 - 6 мм

Защита:

пылевлагозащита IP 65

огнестойкость UL 94

Верхние пределы измерения (ВПИ): 60 МПа

Основная погрешность:  ±0,6% ВПИ/год

Стабильность: 0,1% ВПИ/год

Время отклика: менее 1 мс

Устойчивость к вибрации: F3 по ГОСТ 12997

Рабочая среда: газообразные и жидкие среды

2.3.2 Выбор устройства управления

Открытие и закрытие клапанов, управляющих подачей давления и воды осуществляется с помощью 2/2 ходовых электромагнитных клапанов для газов и жидкостей, фирмы Burkert. Компания "BURKERT Easy Fluid Control Systems" является крупнейшим в Европе производителем электромагнитных и пневматических клапанов. Клапаны "BURKERT" изготавливаются для работы на паре, воде, воздухе, газе, в химически активных и вязких средах под высоким давлением.

Клапан открывается без дифференциального давления при 0 рабочем давлении. Нормально закрытый клапан с сервомембраной и принудительным подъёмом. В состоянии покоя сердечник закрывает при помощи пружины отверстие в центре держателя мембраны. Через дроссельное отверстие в мембране жидкость попадает поверх мембраны и возникающее над мембраной давление закрывает клапан. При подаче напряжения на катушку сердечник сначала открывает регулирующее отверстие. Возникшее до этого давление на мембрану падает и клапан при помощи возникшего давления с другой стороны, а так же при помощи электромагнитной силы открывается.

Рисунок 4 - Внешний вид клапана

Техническая характеристика:

Материал корпуса: нержавеющая сталь

Напряжение: 24 В

Мощность: 9 Вт

Присоединение: G ¾ внутренняя резьба

Сечение: 20 мм

Давление: 0 - 16 бар

Вес: 1,4 кг

Расход жидкости: 5 м3/ч

Расход воздуха: 5300 л/мин

Температура среды: -10…+90 0С

Разработанная система управления автоматизированного стенда представлена следующими элементами:

Таблица 5 - Перечень элементов управления

Таблица 6 - Таблица входных сигналов

Таблица 7 - Таблица выходных сигналов

Согласно таблицам 6 и 7 устройство управления должно выполнять обработку 2 аналоговых и 4 дискретных входных сигналов. МикроЭВМ может обрабатывать только цифровую информацию, поэтому для связи микропроцессора с объектом должны использоваться аналого-цифровые преобразователи (АЦП). На выходе имеем 4 дискретных сигнала.

Вполне приемлемым в данной ситуации оказывается контроллер с 8 аналоговыми и 8 дискретными входами, и 16 дискретными выходами модели Z80181 фирмы Zilog Inc. (США). Так же были рассмотрены варианты других контроллеров, но они не подходят из-за отсутствия аналоговых входов и тем самым усложняют системы, как например контроллер фирмы Octagon Systems (США) с 24 дискретными каналами ввода-вывода (модель 6040). Так же контроллер Z80181 имеет возможность подключаться к компьютерам и общаться с операционной средой Windows, а это делает его очень удобным в работе. Так же этот контроллер довольно новый, по сравнению с другими моделями, типа Adam или MicroPC.

При написании программ к контроллеру можно использовать практически любое знакомое программное обеспечение и средства разработки (например, DOS, Windows NT/95/98, QNX, Linux и др., языки С, Assembler и т.д.), работающие на стандартной РС платформе. Z80180 совместимый микропроцессор с 1- канальным контроллером последовательной связи Z80C30 SCC (Serial Timer Controller), контроллером счетчика-таймера Z80 СТС (Counter timer Controller), двумя 8-разрядными универсальными параллельными портами, и двумя сигналами Chip Select. Техническая характеристика микроконтроллера Z80181

• 8 каналов АЦП

• 8 аналоговых входов

• 8 дискретных входов

• 16 дискретных выходов

• Процессор Z8018133 МГц

• Память ОЗУ 256 Кбайт

• Память флэш-ПЗУ 512 Кбайт

• СОМ порты (4 шт.)

• Поддержка сети по интерфесу RS-485 (СОМ 3)

• Напряжение питания 5 В

• Малое энергопотребление в режиме прогона и режиме останова

• Генератор времени

• 1-канальный Z85230 контроллер последовательной связи

Работа контроллера с аналоговыми каналами ввода

Контроллер имеет 8 аналоговых каналов ввода. Они поступают на АЦП (MAX192), проходя через гальваническую развязку.

Таблица 8 - Аналоговые порты

Помимо этого иметься контакт 19 (AGND).

Цифровые каналы ввода вывода.

Контроллер имеет 8 входных и 16 выходных цифровых каналов. Они условно разделены на 3 группы 8-разрядных портов DIN, DOUT-1, DOUT-2.

Таблица 9 - Цифровые порты

Помимо этого, имеются контакты 9 (+DIN 1…4), 10 (+DIN 5…8) и 37 (GND). Электрическая схема подключения представлена в графической части проекта (лист № 5).

2.4 Расчет производительности стенда

Сформированная на основе декомпозиционного анализа структура нового (создаваемого) объекта любой степени сложности является его обликом, который преобразуется затем в техническое решение (ТР), представляющее собой конструктивное оформление структуры как ее описание, дополненное графическими изображениями без указания каких-либо метрических характеристик. Такое описание объекта, обладающего новизной, входит в описание изобретения, являющегося по отношению к реальному объекту более общим решением. Для создания реального объекта (проекта) необходимо ТР снабдить всеми метрическими характеристиками (количественными, размерными, силовыми и др.). Так для технологических систем, например, для автомата необходимо определить количество позиций, потоков (параллельно функционирующих позиций), рабочих органов; для автоматической линии - количество станков, агрегатов, участков и других количественных характеристик, конкретизирующих структуру этих машин и систем. Для автоматизированного стенда необходимо определить его производительность, если известно количество одновременно установленных изделий 1 штука.

Исходными для определения таких параметров являются функциональные критерии, количественно характеризующие показатели реализации функций создаваемого объекта. К основным из функциональных критериев относят производительность, точность, надежность. Важнейшим из них является производительность, так как все остальные критерии (с учетом критериев качества продукции) проявляются именно через производительность.

Базируясь на основных положениях теории производительности рабочих машин и систем, созданной Г.А.Шаумяном и его учениками, применительно к рассматриваемой задаче синтеза основных параметров технологических систем, представляется целесообразным следующий подход.

Производительность Q технологических автоматов и систем является функцией временных затрат Т, количества последовательно расположенных рабочих позиций q, количества параллельно расположенных позиций (потоков) р и других параметров, касающихся количества структурных компонентов системы, то есть Q = f(Т, q, р, ...). Так производительность любого обрабатывающего автомата (рабочей машины) может быть определена согласно следующей зависимости:

                                                 (11)

где К0=1/tp - технологическая производительность (tp - суммарное время рабочих ходов на всех последовательно размещенных позициях автомата): tx -время холостых ходов в цикле работы автомата; tп - время внецикловых простоев автомата, связанных с отказами, подналадкой, переналадкой и др. "собственных" простоев, отнесенное к единице выпущенной продукции, определяемое, например, как tп = tп*с/Qc (tп*с и Qc соответственно внецикловые простои за произвольный промежуток времени Т (смену, декаду и т.п.) и выпуск продукции за время бесперебойной работы Тс в течение промежутка времени Т= Тс + tп*с).

Производительность Q как потребность в выпускаемой продукции, обычно известна. Тогда в процессе параметрического синтеза определению подлежат уточняющие структуру автомата параметры q и р и/или другие метрические характеристики.

В параллельно агрегатированных автоматах (р>1, q=1, Q=QР) кривая производительности СР от количества потоков р экстремума не имеет. Однако Qр от р имеет предел

                                       (12)

где К=1/tp - технологическая производительность (tр - время рабочих ходов на одной из параллельных позиций автомата).

Количество таких позиций (потоков) р в автомате в зависимости от потребного выпуска (Qр определяется путем преобразования (11) при q=1 из выражения

                                                                                     (13)

Изложенное показывает, что основным критерием при определении основных параметрических характеристик автомата согласно (13) является время внецикловых простоев tп, затрачиваемое на восстановление его работоспособности, утрачиваемой при отказах в работе различных подсистем (механизмов), поднастройках, перенастройках на выпуск новой продукции и другие собственные простои неорганизационного характера. Однако внецикловые простои, характеризуя и надежность системы, в большинстве случае носят случайный характер, отсюда прямое использование tП в качестве критерия весьма затруднено.

Вместе с тем, в теории и практике проектирования и применении рабочих машин в производстве широко используется оценка эксплуатационной надежности автоматов и систем с помощью коэффициента технического использования

                                                                                 (14)

где Тс - время бесперебойной работы автомата за произвольный фиксированный промежуток времени Т;

tп.с. - суммарные внецикловые простои автомата за время Т.

Тогда время внецикловых простоев tп, приходящееся на единицу выпущенной продукции, определяется через коэффициент технического использования ηТ из следующей зависимости:

                                                                                (15)

где Qc - количество продукции, выпущенное автоматом за время Тс (Qс=tп.c./tп). Учитывая, что отношение Тс к Qc представляет собой время цикла Тц= tp+tx, зависимость (15) можно представить в виде

                                                                                (16)

Полученная зависимость (16) позволяет определить параметрические характеристики q и р и другие параметры (время, производительность) через коэффициент технического использования ηT.

При этом ηT может быть задан заказчиком, или принят согласно таблицам, составленным на основании справочных и экспериментальных данных.

Для параллельно агрегатированных автоматов количество параллельных позиций (потоков) р определяется из выражения, полученного преобразованием (13) и выражением tп через ηT

                                                                      (17)

где Q - выпуск порции продукции р за время цикла Tц.

Способ определения параметра р для параллельно агрегатированных автоматов по формулам (13) и (17) не дает оптимального решения в отличие от параметра q, получаемого для последовательно и параллельно-паследовательно агрегатированных автоматов. Однако получаемый ряд значений р при различных ηТ (от ηТ1 до ηТk) позволяет разработчику выбрать количество потоков р при наиболее благоприятном сочетании ηТ и р или других изменяемых параметров.

Для автоматизированного стенда коэффициент технического использования ηТ = 0,9. Количество параллельных позиций (потоков) р было ранее наедено и равняется 1. В параллельном агрегатировании количество последовательно расположенных рабочих позиций q = 1.

Чтобы определить производительность стенда необходимо та же знать время рабочих ходов, холостых ходов и простоев.

tp=tпод.давл+tиспыт                                                                     (18)

tp=12+1=13 минут                                                                        (19)

Время холостых ходов, это время на установку и снятие изделий:

tx = 10 минут,                                                                                (20)

Время внецикловых простоев рассчитывается по формуле (16):

                                             (21)

Примем tп равным 3 минуты, так как существуют ещё простои из-за ремонта и технического обслуживания раз в месяц. Производительность стенда будет равна

 шт/мин,                                             (22)

или Q = 2,496 шт/час

Фактическая производительность рассчитывается следующим образом:

                                                                                          (23)

и равняется QФ = 2,77 шт/час. Получается что в час на одном стенде можно испытать 3 изделия.

3. Информационное и программное обеспечение системы управления

.1 Разработка алгоритма работы системы

Блок схема алгоритма управления представлена на листе 4 графической части проекта.

Алгоритм составлен на основании методики испытания задвижки.

Информационное обеспечение системы управления определяется характеристиками информации, хранимой и обрабатываемой в системе, в аспекте процедур оперирования с данными безотносительно к их содержанию. Определим термин "данные" как первичные сведения, получаемые от прямого наблюдения за объектом управления и выражаемые в форме чисел, слов или специальных обозначений, а термин "информация" - как сведения, полученные после соответствующей переработки данных и раскрывающие содержание чисел, слов и обозначений, которые описывают объект управления.

Основными задачами информационного обеспечения системы являются: определение форм информационного представления объектов и процессов, структуры и состава информации, ее увязка с решаемыми задачами.

Система управления стендом включает контроллеры и ПЭВМ. Контроллеры принимают информацию с датчиков, выдают управляющие воздействия на исполнительные механизмы, управляя процессами испытаний на стенде, а ПЭВМ производит анализ, диагностику, обработку и регистрацию параметров испытаний, обеспечивает диалог с оператором, позволяющий получить наглядное представление о состоянии процесса, оборудования, значении технологических параметров.

Программное обеспечение состоит из многозадачного монитора реального времени, а так же восьми вспомогательных программных модулей

Программные модули:.ASM - программный модуль для подготовки контроллера к работе: инициализация регистров контроллера, инициализация контроллера последовательной передачи данных синхронного и асинхронного обмена SСС и ЕSСС..ASM - программный модуль предназначен для инициализации жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и клавиатуры контроллера - подпрограмма ТЕRМ IМТ, а также для вывода символа на ЖКИ без перекодировки - LCDCHOUTQ , вывод управляющего байта в контроллер ЖКИ - LCD_CTRL, установка и получение адреса видеопамяти - подпрограммы LCDSETACO и LCDGETACQ, установка и получение состояния светодиодов - LCDSETSTATEO и LCD GET STATE0, стандартная функция вывода на терминал, опрос клавиатуры - READKEY0, чтение и запись в регистр IR (регистр команд), запись в регистр DR (регистр данных)._MON.ASM - многозадачный монитор реального времени -программный модуль поддержки многозадачной работы, включает в себя процедуры инициализации, запуск задач, переключение задач, процедуры «засыпания» и «пробуждения» задач.

Подпрограмма просмотр архива - «просмотр архива» - ARC_MODE; очистка архива - «очистка архива» - ARC_RESET; изменение пароля - «изменить пароль» - SET_PAROL; отладка - «отладка» - TESTMODEQ; установка даты и времени - «дата/время» - SETDATIMEQ.A.C - программный модуль индикации режимов работы стенда на ЖКИ контроллера. Программное обеспечение поддерживает следующие режимы: автомат - «автомат» - подпрограмма AUTO_MODE; ручное управление - «ручное управл.» - подпрограмма USERMODEQ, включает в себя подпрограммы контроля состояний давления и положения.A.C - программный модуль для управления работой электрооборудования..C - программный модуль для связи с верхним уровнем через СОМ-порт интерфейса RS-232..C - программный модуль для связи с верхним уровнем через СОМ-порт интерфейса RS-485.

МАТН.С - программный модуль для проведения математических расчетов параметров, полученных в результате замера: нормализация параметров - CALC_PAR, расчет дебитов - CALCULI0 и CALCUL(2) расчет средних значений - CALC MID1, обнуление средних значений - CALCM1D0, сохранение параметров в архиве - SAVE ARCHTVE0..C - программный модуль для работы с архивом: очистка, запись, перезапись и чтение архива..ASM - программный модуль служит для инициализации измерений - MEASURE INITQ; обслуживания АЦП - прием и обработка аналоговых сигналов - ADCSERV0; обеспечивает ввод и фильтрацию ТС - FILTR_SERV0; счет в таймерах; проверка фильтров и запись установившихся значений - INPUT_U, вывод - OUTPUT_Y; опрос состояния программных таймеров - INPYTTQ, запуск программных таймеров на счет - ST ARTTIMERQ, их останов - STOP TIMER; перекодировка U12..U9 (возвращает числовой код датчиков) - CODE DAT; содержит таблицу управляющих байтов для АЦП, однополярный недифференцированный режим внешней синхронизации с учетом переворота, последовательности битов и инверсия передаваемых данных - ADCCTRLCODE0..ASM - таблица переменных и их размер в байтах..ASM - программный модуль для обеспечения связи через контроллер последовательной передачи данных асинхронного обмена..ASM - программный модуль для обеспечения связи через контроллер последовательной передачи данных синхронного обмена..C - программный модуль содержащий дескрипторы задач.

4. Технологическое обеспечение проекта

.1 Разработка маршрутного технологического процесса изготовления корпуса задвижки

Технологический процесс представляет собой совокупность различных операций, в результате выполнения которых изменяется форма, размеры, выполняется соединение деталей в сборочные единицы и изделия, осуществляется контроль требований чертежа и технических условий. Маршрутное описание технологического процесса заключается в сокращенном описании всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов. В технологии производства детали целесообразно соблюдать принцип постоянства баз, так как при смене баз в ходе технологического процесса точность обработки снижается из-за погрешности взаимного расположения новых и применявшихся ранее технологических баз.

Всю механическую обработку разбивают по операциям и таким образом выявляют последовательность выполнения операций, их число. Для каждой операции выбирают оборудование и определяют конструктивную схему приспособления. Задачей каждого предыдущего перехода является подготовка поверхности заготовки под последующую обработку и каждый последующий метод (операция или переход) должен быть точнее предыдущего, то есть обеспечивать более высокое значение показателей качества детали. Поэтому механическая обработка делится на:

черновую обработку, когда удаляется большая часть припуска, что позволяет обнаружить возможные дефекты заготовки; на первых одной- двух операциях. При базировании по черновым базам обрабатываются основные технологические базы;

чистовую обработку, когда в основном обеспечивается требуемая точность:

далее идут операции местной обработки, по ранее обработанным поверхностям, отделочные операции, когда достигается требуемая шероховатость поверхности и окончательно обеспечивается точность детали.

Контроль в ТП предусмотрен с целью технологического обеспечения заданных параметров качества, обработанной детали.

Разработанный ТП должен содержать общий план обработки детали и описание содержания операций ТП и выбор типа оборудования. Он должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества детали, сокращать материальные и трудовые затраты и быть экологически безопасным.

Построение технологического маршрута обработки во многом определяется конструктивно-технологическими особенностями детали. Выбор маршрутной технологии существенно зависит от типа производства, уровня автоматизации и применяемого оборудования.

На основании анализа базового технологического процесса изготовления детали и выбора метода получения заготовки разработаем проектный вариант маршрутного технологического процесса, обеспечивающий требования рабочего чертежа детали. Проектируемый маршрутный технологический процесс приведен в таблице 10.

Таблица 10 - Проектный маршрутный технологический процесс

Для обработки детали выбираем горизонтально-расточной обрабатывающий центр фирмы GT Trevisan DS300/70C (рисунок 5), основной отличительной особенностью которого является наличие двух независимых шпинделей расположенных в одном шпиндельном узле, что позволяет производить операции фрезерования, сверления, расточки и точения поверхностей с использованием в конструкции управляемого план-суппорта. Поворотный стол с делением на 360.000 и с бесступенчатой регулировкой. Привод от бесщеточного реверсивного двигателя. Включает в себя систему контроля позиционирования паллеты со встроенным штифтом и системой зажима. Автоматическая смена инструмента с магазином-накопителем на 46 инструментов.

4.2 Выбор технологических баз и последовательности технологических переходов

Выбор технологических баз и последовательности технологических переходов является ответственным этапом проектирования технологических процессов, от которого в немалой степени зависят качество, производительность и эффективность процесса изготовления машин.

На операции 010 заготовка базируется на три призмы по необработанным поверхностям и зажимом сверху. Такое базирование позволяет обработать всю деталь полностью за один установ. В начале обработки происходит обмер всей детали измерительной головкой ReniShaw, то есть станок определяет ноль детали. Затем на первой позиции происходит обработка первого магистрального фланца, а именно: наружные и торцевые поверхности фланца, обрабатываются внутренние угловые поверхности для клина. После обработки фланца происходит поворот стола на 90º. На второй позиции происходит обработка горловины, в которой сверлится 14 отверстий и нарезается резьба. На третьей позиции происходит обработка второго магистрального фланца, которая аналогична первому.

4.3 Выбор и проектирование средств технологического оснащения

Режущий инструмент выбираем из литературы в соответствии с переходами. В проектной технологии будем использовать державки с зажимной системой Seco P+. Данная зажимная система для негативных пластин и может использовать три зажимные системы (D, P, M), подходящие для одного и того же посадочного места пластины. Для подрезки торцев выбираем державку типа Р, которая не имеет зажима сверху и тем самым обеспечивает свободный ход стружки. Державка типа Р предназначена главным образом для механической обработки режущими пластинами малого и среднего размера с отрицательным углом резания. Тип и размер пластины определяются выбором державки.

Для выбора стружколома и сплава пластины воспользуемся системой Secolor. Она основана на матрице из девяти квадратов, символизирующих различные обрабатываемые материалы и различные условия обработки (Рисунок 7). По этой системе выбираем для черновой обработки стружколом М5 и сплав ТР3000, а для чистовой обработки сружколом MF1 и сплав СР500.

При сверлении отверстий используем свёрла CrownLoc и perfoMAX.

Преимущества сверла CrownLoc:

геометрии для различных материалов заготовки:

Р,М,К - геометрия;

несколько диаметров наконечников для каждого сверла;

без переточек;

новый наконечник с каждой заменой.

Преимущества сверла perfoMAX:

прочные квадратные пластины;

оптимальное удаление стружки;

уникальная конструкция стружечных канавок;

низкий уровень шума;

низкие вибрации.

4.4 Расчёт режимов резания

Выбор режимов резания производится по каталогу режущего инструмента [14]. Методика расчёта: выбирается группа материала по каталогу, соответствующая материалу заготовки. В каталоге приведены таблицы, в которых изложены всевозможные способы обработки наружных, внутренних поверхностей, где выбирается вид державки. Затем выбирается по соответствующей державке пластина, а также стружколом и сплав пластины в зависимости от обрабатываемого материала и вида обработки: чистовая, черновая. Расчёт режимов резания ведётся по таблицам.

Исходные данные:

станок Trevisan DS300/70:  кВт,  об/мин;

резец PSSNR 2525M12 с пластиной SNMG 120412-M5 сплав ТР3000

сверло SD502-33-66-40R7

резец DCLNR 2525М12 с пластиной CNMG 120408-M5 сплав ТР3000

Назначение режимов резания для подрезания торца

Обрабатываемый диаметр Ø280

Глубина резания

Число проходов - 2

Подача

Сорость резания

Число оборотов

                                                     (24)

Потребляемая мощность

,                                                                                (25)

Где  - удельная сила резания;

 - КПД.

Удельная сила резания:

                                                                            (26)

Где  - удельная сила резания;

- толщина стружки;

 - передний угол;

Мощность, которую обеспечивает станок:

где  - мощность электродвигателя привода главного движения, кВт;

 - механический КПД.

 кВт.

Таким образом, 5,2 < 16,2, следовательно, процесс резания может происходить.

Скорость снятия металла:

, см3/мин                                                                          (27)

см3/мин

Назначение режимов резания для сверления

Сверление отверстий Ø22

Глубина резания

Число проходов - 8

Подача

Скорость резания

Число оборотов:

Потребляемая мощность:

Скорость снятия металла:

см3/мин

Назначение режимов для растачивания отверстий

Растачивание отверстия Ø160

Глубина резания

Число проходов - 2

Подача

Скорость резания

Число оборотов

Потребляемая мощность

Мощность, которую обеспечивает станок:

где  - мощность электродвигателя привода главного движения, кВт;

 - механический КПД.

 кВт.

Таким образом, 5,5 < 16,2, следовательно, процесс резания может происходить.

Скорость снятия металла:

см3/мин

Для остальных переходов режимы резания рассчитываются аналогично и сведены в таблицу 11.

Таблица 11 - Режимы резания

4.5 Инструментальная наладка

Инструментальная наладка представлена на листе 6 графической части проекта. Наладка выполнена на растачивание отверстия и сверление восьми отверстий. Эскиз детали вычерчен в тонких линиях. Обрабатываемые поверхности вычерчены основной линией. Показана траектория движения инструмента, опорные точки. Также на чертеже представлена таблица с координатами опорных точек.

.6 Техническое нормирование операций

В серийном производстве определяется норма штучно калькуляционного времени ТШ-К:

                                                                                 (28)

где: Тшт - норма штучного времени;

Тп-з - норма подготовительно-заключительного времени;- размер партии запуска.

Штучное время:

                                                            (29)

Где tо - основное время;в - вспомогательное время;обс - время на обслуживание рабочего места;лп - время перерывов на отдых и личные потребности.

Основное время на каждый технологический переход определяем по формуле

,                                                                                     (30)

Где  - длина обрабатываемой поверхности;

 - сумма длин врезания и перебега;

 - количество проходов;

- число оборотов шпинделя;

- подача;

Таким образом, основное время на подрезание торца горловины будет равно:

Основное время на остальные переходы рассчитывается аналогично и сведено в таблицу 12.

Таблица 12 - Результаты нормирования операции

*Сумма времени с учётом обработки второго фланца.

Вспомогательное время:

                                                    (31)

Где  - время на установку и снятие заготовки (4 мин);

 - время на вспомогательные ходы;

- время на контроль (3 мин);

- время на смену инструмента (0,37 мин);

- время поворота стола на 360º (0,1 мин);

Время на вспомогательные ходы определяется по формуле:

                                                                                        (32)

Где L - длина холостого хода;- подача;

Тогда вспомогательное время будет равно:

мин

Оперативное время обработки первого магистрального фланца:

Время обслуживания рабочего места и время на личные потребности составляет 12 % от оперативного времени. Тогда:

Подготовительно-заключительное время

Тп-з = Тп-з1 + Тп-з2 + Тп-з3 , мин,

где Тп-з1 - время на ознакомление с документами, осмотр заготовки, инструктаж мастера, установление рабочих органов станка;

Тп-з2 - время на получение наряда, получение инструмента, необходимого для наладки;;

Тп-з3 - время на просмотр и проверку программы, допуск программы, пробная обработка.

Тп-з1 =14,5 мин; Тп-з2 =15,3 мин; Тп-з3 =9 мин

Партия запуска:

Где N - годовой выпуск деталей, N = 250;- число запусков в год (принимаем Sn = 24 [8]).

Тогда штучно-калькуляционное время:

4.7 Сравнение вариантов технологического процесса

Сравнивая два технологических процесса обработки, базовый и проектируемый, можно сказать следующее, что изготовление корпуса задвижки по проектируемому варианту значительно экономит время на изготовление. Постоянство баз, используемое в проектном варианте технологического процесса, обеспечивает лучшую точность обработки, по сравнению с базовым, где точность обработки снижается из-за погрешности взаимного расположения новых и применявшихся ранее технологических баз. Разработанный ТП более прогрессивный, обеспечивает повышение производительности труда и качества детали, сокращает материальные и трудовые затраты.

5. Эксплуатационная документация

.1 Разработка руководства по эксплуатации стенда

Руководство по эксплуатации стенда

. Испытание на прочность и плотность материала изделий.

открыть вентиль на заглушке приспособления.

установить испытуемое изделие в приспособление зажав его маховиком и поджав гидроцшшндром зажима.

Открыть затвор заглушки

открыть вентиль

заполнить изделие водой до вытеснения воздуха из заглушки, закрыть вентиль расположенный на заглушке приспособления.

установить "Давление 2"

довести давление в системе до нужной величины согласно технологического процесса по испытанию изделий

после испытания изделия отрыть вентиль на заглушке приспособления сбросив тем самым давление до О.

снять испытанное изделие со стенда.

. Испытание на герметичность затвора.

установить испытуемое изделие в приспособление поджав его

клыками и поджав гидроцилиндром зажима.

открыть затвор заглушки.

открыть вентиль

заполнить изделие до затвора водой, закрыть затвор заглушки.

установить "Давление 1"(рабочее)

довести давление в системе до нужной величины согласно технологического процесса по испытанию изделий

после испытания изделия отрыть затвор на заглушке сбросив тем самым давление до О.

отжать гидроцилиндр зажима.

отжать клыки приспособления.

повернуть испытываемое изделие на 180 градусов и повторить

испытание.

снять испытанное изделие со стенда.

5.2 Разработка паспорта на стенд

.2.1 Назначение

Стенд для испытаний предназначен для проведения испытаний трубопроводной арматуры в приближенных к реальности условиям. На стенде можно проводить испытания задвижек Ду 80…200, водой давлением до Рр 1,4: 4; 6,3 МПа, и воздухом давлением 0,6 Мпа. На стенде проводятся испытания на прочность и плотность материала и изделия и испытание на герметичность затвора.

5.2.2 Техническая характеристика стенда

1. Давление применяемое на стенде для испытания изделий:

а) водой рабочее................................................ 1,6; 4,0; 6,3 МПа

б) водой пробное.................................................2,4; 6,0; 9,5 МПа

в) воздухом........................................................................0,6 МПа

. Объём бака для воды............................................................90 л

. Мультипликатор для создания высокого давления

а) диаметр пневмоцилиндра..................................................200 мм

б) диаметр штока мультипликатора........................................40 мм

в) ход штока мультипликатора..............................................250 мм

г) подача жидкости за 1 ход...................................................0,314 л

. Насос для заполнения изделия водой..................................ПА-22

. Гидроцилиндр зажима изделия

а) диаметр поршня..................................................................200 мм

б) ход поршня...........................................................................40 мм

. Гидростанция: СВ-М1-40-1Н-2,2-5,3

а) рабочее давление........................................................... 12,5 МПа

б) мощность электродвигателя..............................................2,2 кВт

. Габариты стенда

а) длина..................................................................................3500 мм

б) ширина.............................................................................1100 мм

в) высота................................................................................2000 мм

. Масса ..................................................................................1700 кг

.2.3 Устройство стенда

Гидростенд состоит из: рамы на ней установлен бак для воды объёмом 90 л, две стойки к которым крепится траверса с винтом. Траверса имеет заглушку с маховиком для создания верхнего уплотнения в испытываемом изделии, на заглушке установлен клапан для сброса давления. Также на раме установлена плита с гидроцилиндром для поджатия изделия, прихваты для захвата изделия. По кругу плиты имеется борт, который предохраняет от попадания воды за приделы стенда. Таким образом вода возвращается по патрубку обратно в бак. Также гидростенд имеет электрошкаф, в котором установлен мультипликатор для создания высокого давления, насоса для заполнения изделия водой, фильтров для очистки воды, клапанов обратных, датчиков давления, реле и микроконтроллера. За щитом установлена гидростанция.

.2.4 Техника безопасности

1. К работе на стенде допускаются лица имеющие соответствующий допуск слесаря-испытателя, практический навык работы на соответствующих установках, знающие принцип работы стенда, технические требования на испытуемые изделия, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

. Испытание производить только на исправном стенде. Перед испытанием провести осмотр стенда, все вентиля перед началом испытания должны находиться в закрытом положении, проверить работоспособность основным узлов и органов управления. Утечки воздуха и воды не допускаются.

. После окончания испытания, давление в системе стенда должно равняться О.

. Запрещается снимать испытуемое изделие со стенда, не сбросив давление до нуля вентилем находящимся на заглушке приспособления.

. Конрольно-измерительная аппаратура должна действовать в пределах допустимых диапазонов действия.

. Установить лицо ответственное за безопасную эксплуатацию стенда.

. Работа на стенде запрещается:

а) при любых неисправностях стенда;

б) при истечении срока очередного освидетельствования стенда:

в) лицам не имеющим допуска к работе на стенде.

. Стенд проверять 1 раз в 3 месяца давлением 150 кгс/см2, в присутствии мастера ОТК цеха эксплуатирующего стенд, слесаря испытателя и старшего мастера.

При положительных результатах аттестации в приложении паспорта делается соответствующая отметка. Срок проведенной аттестации и срок следующей аттестации указывается на бирке прикрепленной к аттестованному оборудованию.

корпус задвижка пневмогидроавтоматика стенд

6. Функционально-стоимостной и экономический анализ проектируемых систем стенда

.1 Функционально-стоимостной анализ проектируемого варианта гидравлической и пневматической систем стенда

В данном разделе обоснована экономическая целесообразность разработки автоматизированного стенда для приемо-сдаточных и исследовательских испытаний арматуры высокого давления. Для этого используется функционально-стоимостной анализ проектируемого стенда. С использованием корректирующей формы функционально-стоимостного анализа производится анализ проектируемого варианта технической системы, подвергшийся инновационным преобразованиям. В результате данного анализа в проектируемом варианте обнаруживаются функциональные и структурные элементы системы, обладающие экономической несостоятельностью или функциональной недостаточностью. Именно эти элементы должны быть рационализированы повторно. При этом, кроме технических эффектов от разработки, появляются экономические, социальные, экологические и иные эффекты.

Построение структурной модели.

Структурная модель (СМ) - это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, дающее представление о составе материальных составляющих объекта, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Структурная модель проектируемого варианта стенда представлена на рисунке 10.

Построение функциональной модели объекта.

Функциональная модель (ФМ) - это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое по средствам их формулировки и установления порядка подчинения. ФМ проектируемого варианта стенда представлена на рисунке 11.

Построение совмещенной функционально-стоимостной модели (ФСМ) объекта.

В данном пункте производится функционально-стоимостной анализ проектируемого варианта стенда для приемо-сдаточных и исследовательских испытаний арматуры высокого давления. ФСМ объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия.

Построение ФСМ осуществляется путем совмещения ФМ и СМ объекта. ФСМ проектируемого варианта стенда, для приемо-сдаточных и исследовательских испытаний арматуры высокого давления, представлена в таблице 13.

Оценка значимости функции ведется последовательно по уровням ФМ (сверху вниз), начиная с первого. Для главной и второстепенной, т.е. внешних функций объекта при оценке их значимости исходным является распределение требований потребителей (показателей качества, параметров, свойств) по значимости (важности).

Нормирующим условием для функции является следующее:

Для внутренних функций определение значимости ведется исходя из их роли в обеспечении функций вышестоящего уровня.

Определение относительной важности функции R.

Учитывая многоступенчатую структуру ФМ, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей определяется показатель относительной важности функции любого i-го уровня Rij по отношению к изделию в целом:

где G - количество уровней ФМ.

В случае, если одна функция участвует одновременно в обеспечении нескольких функций верхнего уровня ФМ, ее значимость определяется для каждой из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом рассчитывается как сумма значений Rij по каждой ветви ФМ (от iго уровня до первого), проходящей через эту функцию.

Оценка качества исполнения функций Q.

Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения функций оценивается по формуле:

где bn - значимость nго потребительского свойства;- степень удовлетворения nго свойства в vом варианте;- количество свойств.

Важным элементом качества исполнения функций является функциональная организованность изделий, которая определяется следующими показателями.

Показатель актуализации функций, определяется коэффициентом актуализации:

где Fп - необходимые функции;об - общее количество действительных функций;

Показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:

где Fосн - количество основных функций;об - общее количество функций.

Показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости:

где Fс - функции согласования;об - общее количество функций.

Показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости

где FP - количество потенциальных функции;П - количество необходимых функций.

Качество выполнения функций будет иметь вид:

Определение абсолютной стоимости функций.

Функционально необходимые затраты - минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях производства и применения (эксплуатации), организационно- технический уровень которых соответствует уровню сложности спроектированного объекта.

Абсолютная стоимость реализации функций Sабс определяется по формуле:

абс=Sизг+Sэкспл+Sтр+Sэн+Sпроч

где Sизг - затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя функции. В состав этих затрат входят: затраты на проектирование, изготовление (модернизацию), пуско-наладочные работы, обучение персонала:экспл - эксплуатационные затраты;тр - затраты, связанные с трудоемкостью реализации функции;эн - энергозатраты на реализацию функции;проч - прочие затраты на реализацию функции .

Определение относительной стоимости реализации функций.

Относительная стоимость реализации функций SотнF определяется по формуле

где åSабс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта.абсFij - абсолютная стоимость реализации jой функции iго уровня ФМ.

Построение функционально-стоимостных диаграмм (ФСД) и диаграмм качества исполнения функций (КИФ).

Данные диаграммы строятся для проектного варианта исследуемого объекта. Они имеют целью выявления зон диспропорции, т.е. зон избыточной затратности реализации функции, а также определение зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций).

Диаграммы ФСД и КИФ проектного варианта вынесены на графическую часть проекта и изображены на листе 8, (технико-экономические показатели проекта, иллюстрация).

Рисунок 10 - Структурная модель проектируемого стенда

Рисунок 11 - Функциональная модель проектируемого стенда

Обозначения, принятые в таблице:

r - значимость функции;

R - относительная важность функции;

Q - качество исполнения функции;

Sабс - абсолютная стоимость реализации функции;

Sотн - относительная стоимость реализации функции.

Таблица 13 - Функционально-стоимостная модель проектируемого варианта стенда

∑ 344800

6.2 Расчет окупаемости и экономическая оценка проекта

Экономическая оценка проекта осуществляется с использованием следующих показателей:

) чистая приведенная величина дохода (Net Present Value - NPV).представляет собой разность между приведенным к началу реализации проекта поступлениями от реализации проекта и инвестиционными затратами, т.е. сумму дисконтированного чистого денежного потока за период реализации проекта:

,                                                              (33)

где Т - продолжительность реализации проекта;- порядковый номер года реализации проекта;- чистый денежный поток года t;- коэффициент дисконтирования в году t;

) коэффициент дисконтирования (PV - фактор) для года t определяется по формуле

,                                                                        (34)

где r - ставка дисконта;

) внутренняя норма доходности (Internal Rate of Return - IRR).

Внутренняя норма доходности (IRR) - это значение ставки дисконтирования, при котором сумма дисконтированных поступлений денежных средств равна сумме дисконтированных платежей или чистая приведенная величина дохода (NPV) обращается в ноль.

Таким образом, значение внутренней нормы доходности определяется из соотношения:

,                                                        (35)

) периодом окупаемости проекта или периодом возврата инвестиций (Discounted Payback Period - DPP) называется период времени, за который дисконтированные поступления от результатов внедрения проектных решений покроют инвестиции, т. е. значение периода окупаемости определяется из соотношения:

,                                                                    (36)

где CFt - поступление денежных средств от эффектов, связанных с внедрением проекта;- инвестиционные затраты.

Таблица 14 - Таблица формирования денежного потока

7. Безопасность и экологичность проекта

Современное машиностроительное производство представляет собой комплекс сложных технических систем, машин и оборудования с высоким уровнем механизации и автоматизации производственных процессов. До настоящего времени наибольшее внимание при создании новой технологии, машин и механизмов уделяется таким показателям, как производительность, стоимость и другие. Между тем, безопасность и экологичность, обеспечение комфортных условий труда, сведение к минимуму риска для обслуживающего персонала выдвигаются в число важнейших критериев, характеризующих технический уровень и качество машин, оборудования и технических процессов, определяющих их конкурентоспособность на мировом рынке.

Обеспечение безопасности труда реализуется как при проектировании производственных процессов, так и в процессе их выполнения. Решающим направлением улучшения условий труда, превращение всех производств в безопасные - является техническое перевооружение машиностроительных предприятий безопасной техникой.

Безопасность труда обеспечивается соблюдением стандартов по безопасности труда, правил по технике безопасности, санитарных норм и правил, инструкций по охране труда. Особое внимание обращается на соблюдение этих требований при создании новых видов оборудования, разработке и реализации производственных процессов.

В государственных стандартах по безопасности труда сформулированы требования к производственным процессам, оборудованию, промышленной продукции, средствам защиты работающих, установлены нормы и требования на параметры, характеризующие шум, вибрацию, ультразвук, запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, электро и взрывобезопасность, пожарную безопасность и т.д. Создание безопасных и экологичных производственных процессов, машин и оборудования составляет материальную основу обеспечения жизнедеятельности человека и является одной из основных целей системы управления безопасностью труда и экологической безопасностью предприятия.

7.1 Безопасность труда. Эргономика

.1.1 Анализ безопасности труда

Условия труда на рабочих местах производственных помещений и площадок складываются под воздействием большого числа факторов, различных по своей природе, формам проявления, характеру действия на человека. При механической обработке металлов, пластмасс и других материалов на металлорежущих станках (токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных, заточных и др.) возникает ряд физических, химических, психофизиологических и биологических опасных (ОФ) и вредных (ВФ) производственных факторов. Они подразделяются по своему действию на группы в соответствии с ГОСТ 12.01.003-74* ( СТ СЭВ 790-77).

Движущие части производственного оборудования, передвигающиеся изделия и заготовки, стружка обрабатываемых материалов, осколки инструментов, высокая температура поверхности обрабатываемых деталей и инструмента, повышенное напряжение в электроцепи или статического электричества, при котором может произойти замыкание через тело человека - относятся к категории физически опасных факторов.

Так, при обработке хрупких материалов (чугуна, латуни, бронзы, графита, карболита, текстолита и др.) на высоких скоростях резания стружка от станка разлетается на значительное расстояние (3-5 м). Металлическая стружка, особенно при точении вязких металлов (сталей), имеющая высокую температуру (400-600ºС) и большую кинетическую энергию, представляет серьезную опасность не только для работающего на станке, но и для лиц, находящихся вблизи станка. Наиболее распространенными у станочников являются травмы глаз. Глаза повреждались отлетающей стружкой, пылевыми частицами обрабатываемого материала, осколками режущего инструмента и частицами абразива.

Физическими вредными производственными факторами, характерными для процесса резания, являются повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, высокий уровень шума и вибрации, недостаточная освещенность рабочей зоны, наличие прямой и отраженной блескости, повышенная пульсация светового потока. При отсутствии средств защиты запыленность воздушной среды в зоне дыхания станочников при точении, фрезеровании и сверлении хрупких материалов может превышать предельно допустимые концентрации. При точении латуни и бронзы количество пыли в воздухе помещения относительно невелико (14,5-20 мл/куб.м.). Однако некоторые сплавы (латунь ЛЦ40С и бронза Бр ОЦС 6-6-3) содержат свинец, поэтому токсичность пыли, образующейся при их точении, следует оценивать с учетом количества в сплаве свинца, приняв его предельно допустимую концентрацию. Размер пылевых частиц в зоне дыхания колеблется в широком диапазоне - от 2 до 60 мкм. При обработке латуни, бронзы, карболита, графита на повышенных скоростях резания (V=300-400 м/мин) количество пылевых частиц размером до 10 мкм составляет 50-60 % общего их числа.

В процессе механической обработки полимерных материалов происходят механические и физико-химические изменения их структуры (термоокислительная деструкция). При работе режущим тупым инструментом происходит интенсивное нагревание, вследствие чего пыль и стружка превращаются в парообразное и газовое состояние, а иногда возникает воспламенение материала, например, при обработке текстолита. Таким образом, при обработке пластмасс в воздух рабочей зоны поступает сложная смесь паров, газов и аэрозолей, являющихся химическими вредными производственными факторами.

Продукты термоокислительной деструкции (предельные и непредельные углеводороды, а также ароматические углеводороды) могут вызывать наркотическое действие, изменения со стороны центральной нервной системы, сосудистой системы, кроветворных органов, внутренних органов, а также кожно-трофические нарушения. Аэрозоль нефтяных масел, входящих в состав смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), может вызывать раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, способствовать снижению иммунобиологической реактивности.

Микроклимат на рабочем месте в производственных помещениях определяется температурой воздуха, относительной влажностью, скоростью движения воздуха, барометрическим давлением и интенсивностью теплового излучения от нагретых поверхностей. Производственные помещения, в которых осуществляются процессы обработки резанием, соответствуют требованиям СНиПов, санитарных норм проектирования промышленных предприятий. Естественное и искусственное освещение производственных помещений соответствует требованиям СНиП 23.05-95. Уровень шума не превышает 80 дБА. На случай пожара в цехе предусмотрены средства пожаротушения и эвакуационные выходы. На участке присутствует естественная и общеобменная вентиляция. Применяется местная вентиляция, обеспечивающая удаление пыли, мелкой стружки и аэрозолей СОЖ из рабочей зоны станков.

К психофизиологическим вредным производственным факторам процессов обработки материалов можно отнести физические перегрузки при установке, закреплении и съеме крупногабаритных деталей, перенапряжение зрения, монотонность труда.

К биологическим факторам относятся болезнетворные микроорганизмы и бактерии, проявляющиеся при работе с СОЖ.

7.1.2 Разработка средств защиты от электромагнитных полей

Источниками электромагнитных полей (ЭМП) являются: атмосферное электричество, радиоизлучения, электрические и магнитные поля Земли, искусственные источники (установки ТВЧ). Источниками излучения электромагнитной энергии являются промышленные установки высокочастотного нагрева, а также многие измерительные, лабораторные приборы. Источниками излучения могут быть любые элементы, включенные в высокочастотную цепь. Токи высокой частоты применяют для плавления металлов, термической обработки металлов, диэлектриков и полупроводников и для многих других целей. Для научных исследований в медицине применяют токи ультравысокой частоты, в радиотехнике - токи ультравысокой и сверхвысокой частоты. Возникающие при использовании токов высокой частоты электромагнитные поля представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.

Токи высокой частоты создают в воздухе излучения, имеющие ту же электромагнитную природу, что и инфракрасное, видимое, рентгеновское и гамма-излучение. Различие между этими видами энергии - в длине волны и частоте колебаний, а значит, и в величине энергии кванта, составляющего электромагнитное поле. Электромагнитные волны, возникающие при колебании электрических зарядов (при прохождении переменных токов), называются радиоволнами. Электромагнитное поле характеризуется длиной волны или частотой колебания. Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генератора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП.

При эксплуатации электроэнергетических установок - открытых распределительных устройств (ОРУ) и воздушных ЛЭП напряжением выше 330 кВ - в пространстве вокруг токоведущих частей действующих электроустановок возникает сильное электромагнитное поле, влияющее на здоровье людей. В электроустановках напряжением ниже 330 кВ возникают менее интенсивные электромагнитные поля, не оказывающие отрицательного влияния на биологические объекты.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биологический объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. При малых частотах (в данном случае 50 Гц) электромагнитное поле можно рассматривать состоящим из двух полей (электрического и магнитного), практически не связанных между собой. Электрическое поле возникает при наличии напряжения на токоведущих частях электроустановок, а магнитное - при прохождении тока по этим частям. Поэтому допустимо рассматривать отдельно друг от друга влияние, оказываемое ими на биологические объекты. Установлено, что в любой точке поля в электроустановках сверхвысокого напряжения (50 Гц) поглощенная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля (в рабочих зонах открытых распределительных устройств и проводов ВЛ-750 кВ напряженность магнитного поля составляет 20-25 А/м при опасности вредного влияния 150-200 А/м).

На основании этого был сделан вывод, что отрицательное действие электромагнитных полей электроустановок сверхвысокого напряжения (50 Гц) обусловлено электрическим полем, то есть нормируется напряженность Е, кВ/м. В различных точках пространства вблизи электроустановок напряженность электрического поля имеет разные значения и зависит от ряда факторов: номинального напряжения, расстояния (по высоте и горизонтали) рассматриваемой точки от токоведущих частей и др.

Защита от электромагнитных полей и излучений в нашей стране регламентируется Законом РФ об охране окружающей природной среды, а также рядом нормативных документов. Основной способ защиты населения от возможного вредного воздействия электромагнитных полей от линий электропередачи - создание охранных зон шириной от 15 до 30 м в зависимости от напряжения ЛЭП. Данная мера требует отчуждения больших территорий и исключения их из пользования в некоторых видах хозяйственной деятельности. Уровень напряженности электромагнитных полей снижают также с помощью устройства различных экранов, в том числе и зеленых насаждений, выбора геометрических параметров ЛЭП, заземление тросов и других мероприятий. В стадии разработки находятся проекты замены воздушных линий ЛЭП на кабельные и подземной прокладки высоковольтных линий. Для защиты населения от неионизирующих электромагнитных излучений, создаваемых радиотелевизионными средствами связи и радиолокаторами также используется метод защиты расстоянием. С этой целью устраивают санитарно-защитную зону, размеры которой должны обеспечить предельно допустимый уровень напряженности поля в населенных местах. Коротковолновые радиостанции большой мощности (свыше 100 кВт) размещают вдали от жилой застройки, вне пределов населенного пункта. Концепция нормирования электромагнитных полей и излучений предусматривает:

выработку единой системы нормативных значений предельно допустимых уровней электромагнитных полей и излучений;

защиту природных ресурсов от потерь, обусловленных действием этих полей на различные компоненты природной среды;

предотвращение значительных функциональных нарушений экосистем в результате прямого или косвенного воздействия полей на те или иные компоненты этих систем.

Основные меры защиты от воздействия электромагнитных излучений: уменьшение излучения непосредственно у источника (достигается увеличением расстояния между источником направленного действия и рабочим местом, уменьшением мощности излучения генератора); рациональное размещение СВЧ и УВЧ установок (действующие установки мощностью более 10 Вт следует размещать в помещениях с капитальными стенами и перекрытиями, покрытыми радиопоглощающими материалами - кирпичом, шлакобетоном, а также материалами, обладающими отражающей способностью --масляными красками и др.); дистанционный контроль и управление передатчиками в экранированном помещении (для визуального наблюдения за передатчиками оборудуются смотровые окна, защищенные металлической сеткой); экранирование источников излучения и рабочих мест (применение отражающих заземленных экранов в виде листа или сетки из металла, обладающего высокой электропроводностью - алюминия, меди, латуни, стали); организационные меры (проведение дозиметрического контроля интенсивности электромагнитных излучений - не реже одного раза в 6 месяцев; медосмотр - не реже одного раза в год; дополнительный отпуск, сокращенный рабочий день, допуск лиц не моложе 18 лет и не имеющих заболеваний центральной нервной системы, сердца, глаз); применение средств индивидуальной защиты (спецодежда, защитные очки и др.). У индукционных плавильных печей и нагревательных индукторов (высокие частоты) допускается напряженность поля до 20 В/м. Предел для магнитной составляющей напряженности поля должен быть 5 А/м. Напряженность ультравысокочастотных электромагнитных полей (средние и длинные волны) на рабочих местах не должна превышать 5 В/м.

Каждая промышленная установка снабжается техническим паспортом, в котором указаны электрическая схема, защитные приспособления, место применения, диапазон волн, допустимая мощность и т. д. По каждой установке ведут эксплуатационный журнал, в котором фиксируют состояние установки, режим работы, исправления, замену деталей, изменения напряженности поля. Пребывание персонала в зоне воздействия электромагнитных полей ограничивается минимально необходимым для проведения операций временем. Новые установки вводят в эксплуатацию после приемки их, при которой устанавливают выполнение требований и норм охраны труда, норм по ограничению полей и радиопомех, а также регистрации их в государственных контролирующих органах.

Генераторы токов высокой частоты устанавливают в отдельных огнестойких помещениях, машинные генераторы - в звуконепроницаемых кабинах. Для установок мощностью до 30 кВт отводят площадь не менее 40 м2, большей мощности - не менее 70 м2. Расстояние между установками должно быть не менее 2 м, помещения экранируют, в общих помещениях установки размещают в экранированных боксах. Обязательна общая вентиляция помещений, а при наличии вредных выделений - и местная. Помещения высокочастотных установок запрещается загромождать металлическими предметами. Наиболее простым и эффективным методом защиты от электромагнитных полей является «защита расстоянием». Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экрана S, мм, обеспечивающую заданное ослабление электромагнитных полей на данном расстоянии.

Экранирование - наиболее эффективный способ защиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления. Степень ослабления электромагнитного поля зависит от глубины проникновения высокочастотного тока в толщу экрана. Чем больше магнитная проницаемость экрана и выше частота экранируемого поля, тем меньше глубина проникновения и необходимая толщина экрана. Экранируют либо источник излучений, либо рабочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие.

Для защиты работающих от электромагнитных излучений применяют заземленные экраны, кожухи, защитные козырьки, устанавливаемые на пути излучения. Средства защиты (экраны, кожухи) из радиопоглощающих материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона, ферромагнитных пластин. Для защиты от электрических полей сверхвысокого напряжения (50 Гц) необходимо увеличивать высоту подвеса фазных проводов ЛЭП. Для открытых распределительных устройств рекомендуются заземленные экраны (стационарные или временные) в виде козырьков, навесов и перегородок из металлической сетки возле коммутационных аппаратов, шкафов управления и контроля. К средствам индивидуальной защиты от электромагнитных излучений относят переносные зонты, комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту организма человека по принципу заземленного сетчатого экрана.

7.2 Экологическая безопасность и охрана окружающей среды

.2.1 Влияние предприятия на окружающую среду

На окружающую среду и в целом на биосферу крайне отрицательно влияют промышленные загрязнения, которые при определенных условиях могут трансформироваться в различные соединения и вызывать нежелательные воздействия на биосферу.

Воздух от технологического оборудования, содержит большое число вредных веществ в различных агрегатных состояниях: в капельно-жидком (брызги), в виде тонкодисперсного аэрозоля, в паро- и газообразном виде.

Защита атмосферы от вредных веществ производства осуществляется очисткой вентиляционных выбросов и рассеиванием остаточных загрязнений. Ожидаемые концентрации вредных веществ в приземном слое и величина предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу рассчитывается в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 и требованиями, изложенными в «Указаниях по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ в выбросах предприятий» СН 369-74. Загрязненный воздух должен выбрасываться в атмосферу не менее чем на 2 метра выше наиболее высокой части крыши и не должен попадать в здание, расположенные вблизи цеха. При низких выбросах наибольшая концентрация будет на территории предприятия. Если количество вентиляционных выбросов превышает предельно допустимый выброс, обеспечивающий ПДК вредных веществ в приземном слое, то перед выбросом в атмосферу воздух должен подвергаться очистке.

Вибрации оказывают вредное влияние на здоровье людей. Под действием вибраций могут произойти изменения в нервной и костно-суставной системах, повышение энергетических затрат, падение мышечной силы и веса, повышение артериального давления, нарушение остроты зрения и светоощущения, ослабление памяти, спазмы сосудов сердца. Под влиянием шумов появляются различные заболевания: нарушается артериальное давление и ритм сердечной деятельности, притупляется чувствительность слуха, а при продолжительном систематическом действии возникают стойкие поражения слуховых органов. Шум является причиной ослабления памяти и внимания, влияет на состояние психического равновесия. Под действием шума наблюдается истощение клеток головного мозга, замедленные психологические реакции и функциональные сдвиги нервной системы.

Снижение производственного шума достигается комплексом строительно-акустических мероприятий.

Завод потребляет большое количество воды, необходимой для производства. Защита гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств: рациональным размещением источников сбросов и организацией водозабора и водоотвода; разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточенных выпусков; использованием средств очистки стоков.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей, как на начальной, так и конечной стадиях очистки. Часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п. Регенерация фильтра осуществляется обратной промывкой и продувкой сжатым воздухом. Выбор способа очистки промышленных стоков зависит от объема и характера стоков, технико-экономических показателей, от возможности создания оборотного цикла и утилизации химических веществ. Основными критериями должны быть полная безопасность для персонала очистных сооружений, удаление из стоков токсичных веществ для предотвращения загрязнений природной среды.

Промышленные твердые отходы должны собираться и отправляться для переработки.

Тепловое загрязнение биосферы большинством предприятий машиностроения незначительно.

7.2.2 Очистка СОЖ от посторонних примесей и регенерация этих жидкостей

При централизованном способе подачи охлаждающе-смазывающих жидкостей к металлорежущим станкам широко применяется метод очистки отстоем, который основан на разности удельных весов жидкостей и механических примесей. Существуют отстойники различных конструкций. Широко распространён прямоугольный отстойник с двумя перегородками, двумя щелями и с тремя отсеками. Щели служат для перелива жидкости из одного отсека в другой. В первом отсеке по ходу движения жидкости отстаивается минеральное масло. Отработавшая жидкость поступает в верхнюю часть первого отсека, чтобы затем попасть во второй отсек. Жидкость должна пройти через щель, расположенную в нижней части перегородки, и за это время масло отстаивается.

Для того чтобы попасть из второго отсека в третий, отработавшая жидкость должна подняться и перелиться через щель второй перегородки. Во втором отсеке отстаиваются механические примеси. В третий отстойник поступает относительно чистая жидкость. Недостатком этого метода является невозможность полного отстаивания металлических опилок и абразивов, находящихся в жидкости.

В производственных условиях был испытан магнитный метод очистки охлаждающе-смазывающей жидкости на шлифовальном станке.

Метод основан на прилипании металлических частиц к электромагниту, около которого протекает жидкость, причём металлические опилки захватывают с собой часть абразивной пыли. Отработавшая жидкость, содержащая в себе металлическую и абразивную пыль, перед поступлением в резервуар станка проходит через щель-канал, устроенный по образующей поверхности магнитного сепаратора.

Барабан сепаратора имеет восемь подковообразных магнитов, концы которых выведены через бронзовый барабан наружу. Металлические частицы, проходя с жидкостью через щелевидный канал, притягиваются магнитами и уносятся на противоположную сторону, где снимаются скребком-съёмником и подаются в ящик.

Охлаждающе-смазывающая жидкость стекает в резервуар-отстойник, а затем насосом снова подаётся к месту работы.

Недостатком магнитного метода является невозможность удаления абразивных частиц, которые оседают в отстойнике, а часть из них вместе с жидкостью снова подаётся к месту работы.

Одним из методов очистки отработанной охлаждающей жидкости от посторонних примесей является фильтрация при помощи фильтров различной конструкции. Фильтрующей средой служит в одних случаях конский волос, который загружают в камеру фильтра. Волос закреплён на валике, состоящем из нескольких стержней (штырей), смонтированных под углом 90° друг к другу на горизонтальном валу.

Волосяной фильтр включается в централизованную систему подачи охлаждающей жидкости к станкам. Отработавшая жидкость, проходя через волосяной фильтр, очищается от металлической стружки и абразивных частиц. Недостатком этих фильтров является их быстрая засоряемость.

Скорость засорения зависит от степени загрязнения отработавшей охлаждающей жидкости механическими примесями. Продолжительность эксплуатации эмульсии зависит от характера работ, режима резания или шлифования, скорости подачи эмульсии, степени накопления механических примесей.

В результате исследований отработавшей эмульсии установлено, что старение эмульсии при длительной эксплуатации происходит вследствие образования кислых и основных мыл, которые обладают худшими антикоррозионными свойствами, чем средние мыла, а также вследствие образования бикарбоната NaHCO3. Во время циркуляции жидкости от соприкосновения эмульсии с накалённым резцом и стружкой происходит испарение воды. Скорость испарения зависит от режима резания, системы охлаждения, температуры режущей кромки резца, температуры самой жидкости и температуры воздуха в цехе. Чтобы объём эмульсии в расходном баке был постоянным, в бак с целью восполнения потерь регулярно добавляют свежеприготовленную эмульсию.

За время длительной циркуляции охлаждающая жидкость загрязняется механическими включениями, состоящими из металлических опилок, атмосферной и абразивной пыли, и становится непригодной для дальнейшего использования. Все указанные выше вредные примеси сравнительно легко могут быть удалены из эмульсии и полностью восстановлены её первоначальные свойства.

Восстановленная (регенерированная) эмульсия должна обладать устойчивостью против разложения, антикоррозионностью; не иметь механических примесей; общая щёлочность не должна превышать 0,3%; содержание мыла должно быть не более 1%.

Однако не всякую эмульсию можно подвергать регенерации. Так, например, не подлежит регенерации протухшая эмульсия. Когда эмульсию нельзя регенерировать, её разлагают.

Разложение отработанной эмульсии производят различными способами, в том числе при помощи нагрева и действием на эмульсию кислотой. Первый способ применяют при слабой, неустойчивой эмульсии. В этом случае эмульсию закачивают в железную ёмкость с паровым подогревом, нагревают до температуры 80 - 90° C, а затем дают ей длительный отстой. Эмульсия разрушается и образует два слоя - верхний (масло и органическая часть) и нижний (щелочная вода). Последнюю сливают в специальную ёмкость, нейтрализуют кислотой, а затем сливают в водосток, масло собирают и сдают на регенерацию.

Второй способ применяют для разложения более стойкой и стабильной эмульсии, которая при нагреве даже до 90° C и более при суточном отстое не разрушается.

В этом случае на эмульсию необходимо подействовать кислотой, чтобы разрушить мыльную плёнку, после чего произойдёт расслоение эмульсии на два слоя. Для этой цели отработавшую эмульсию закачивают в железную ёмкость с конусным днищем, а затем при осторожном перемешивании воздухом в ёмкость постепенно подают слабую серную кислоту до получения нейтральной реакции. Серная кислота разрушает защитную мыльную плёнку, и эмульсия разрушается, в результате чего образуются два слоя - верхний (масло и органическая часть) и нижний (вода). Воду сливают в водосток, а масло сдают на регенерацию.

7.3 Предупреждение техногенных аварий и защита в ЧС

.3.1 Анализ возможных ЧС

Возможные источники опасности: технологическое оборудование, машины, механизмы, устройства; аккумуляторы, насосы; технологический процесс; шум, вибрации, запылённость.

Существующие на участке опасности классифицируются по первому классу, т.е. малозначительные эффекты. По степени пожароопасности участок находится в цехе категории Д. Категория Д - это производства, в которых обрабатываются негорючие вещества и материалы в холодном состоянии (цехи холодной обработки материалов и т.д.). При обработке на участке используются горючие жидкости - смазочное масло, СОЖ. Эти жидкости имеют малую испаряемость и не образуют с воздухом взрывоопасных смесей, поэтому не представляют взрывоопасности.

Категория производства по пожарной опасности в значительной степени определяет требования к зданию, его конструкциям и планировке, организацию пожарной охраны и ее техническую оснащенность, требования к режиму и эксплуатации.

Возможно заражение людей инфекционными заболеваниями. Подвержение человека заболеванию зависит от условий жизни, иммунитета, уровня санитарно-гигиенической культуры, состояния лечебно-профилактической и санитарно-профилактической работы.

Возможным ЧП антропогенного характера является истощение водных ресурсов, загрязнение источников питьевой воды. Ухудшение ее качества представляет большую опасность для здоровья людей.

Возможным ЧП техногенного характера являются транспортные аварии: воздушные, железнодорожные, автомобильные; различные пожары, взрывы.

Причиной ЧС природного характера являются стихийные бедствия сил природы, которые наносят экономике государства и населению огромный ущерб, угрожают безопасности людей. Возможными стихийными бедствиями в Курганском географическом регионе могут быть бури, ураганы, метели, обильные снегопады, сильные морозы. Бури и ураганы (скорость ветра 25-30 м/сек) вызовут частичные разрушения лёгких построек, срыв кровли и поражение людей на улице летящими предметами. Сильная метель при скорости ветра 15 м/сек и выше вызовет сильные заносы дорог и прекращение движения общественного транспорта. Обильные снегопады, сопровождающиеся резким перепадом температуры, вызовут снежные заносы дорог, пешеходных переходов и прекращение движения общественного транспорта. Сильные морозы с температурой - 300С и ниже продолжительностью двое суток и более вызовут резкое повышение потребления тепла, аварии в теплосетях, нарушение работы коммунального хозяйства. Также возможным ЧП природного характера на территории предприятия находящегося в черте нашего города может быть наводнение. Вследствие этого предприятия располагают на возвышенном месте и на достаточном удалении от реки.

7.3.2 Оценка вероятности возникновения пожара

Согласно ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» анализ и оценка пожарной опасности производственных объектов (технологических процессов) проводится на основе оценки их риска.

Выбор необходимых параметров пожарной опасности для заданного технологического процесса определяется, исходя из рассматриваемых вариантов аварий (в том числе крупная, проектная и максимальная) и свойств опасных веществ. Значения допустимых параметров пожарной опасности должны быть такими, чтобы исключить гибель людей и ограничить распространение аварии за пределы рассматриваемого технологического процесса на другие объекты, включая опасные производства. Нормативные значения пожарного риска для производственных объектов устанавливаются действующими нормативными документами в области пожарной безопасности (Федеральный Закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»).

В соответствии с Федеральным Законом от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» оценка пожарного риска на производственном объекте предусматривает:

анализ пожарной опасности производственного объекта;

определение частоты реализации пожароопасных аварийных ситуаций на производственном объекте;

построение полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития;

оценку последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев его развития;

расчет пожарного риска.

При оценке пожарной опасности технологических процессов согласно ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» оцениваются расчетным путем:

избыточное давление, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении;

размер зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) газов и паров;

интенсивность теплового излучения при пожарах проливов ЛВЖ и ГЖ;

размеры зоны распространения облака горючих газов и паров при аварии для определения оптимальной расстановки людей и техники при тушении пожара и расчета времени достижения облаком мест их расположения;

интенсивность теплового излучения и времени существования "огненного шара" при аварии, расчет радиусов зон поражения людей от теплового воздействия в зависимости от вида и массы топлива;

параметры волны давления при сгорании газопаровоздушных смесей в открытом пространстве;

поражающие факторы при разрыве технологического оборудования вследствие воздействия на него очага пожара (расчет параметров волны давления при взрыве резервуара с перегретой жидкостью или СУГ);

интенсивность испарения горючих жидкостей и сжиженных углеводородных газов на открытом пространстве и в помещении;

температурный режим пожара в помещениях зданий различного назначения (для определения требуемого предела огнестойкости строительных конструкций);

требуемый предел огнестойкости строительных конструкций (для обеспечения целостности ограждающих и несущих конструкций пожарного отсека с технологическим процессом при свободном развитии реального пожара);

размеры сливных отверстий (для горючих жидкостей в поддонах, отсеках и секциях производственных участков, из которых исключается перелив жидкости через борт ограничивающего устройства и растекание жидкости за их пределами);

параметры противопожарных паровых завес (для предотвращения контакта парогазовых смесей с источниками зажигания);

концентрация флегматизаторов для горючих смесей, находящихся в помещениях, технологических аппаратах и оборудовании (для обеспечения взрывобезопасности технологического оборудования и производственных помещений);

требуемая безопасная площадь разгерметизации оборудования и помещений (при обращении в них горючих газов, жидкостей или пылей, способных создавать с воздухом взрывоопасные смеси, сгорающие ламинарно или турбулентно во фронтальном режиме).

определение пожарной опасности использующихся в технологическом процессе веществ и материалов;

изучение технологического процесса (технологического регламента) на всех стадиях технологического процесса;

идентификация опасностей, характерных для производственного объекта;

определение возможности образования горючей среды внутри помещений, аппаратов, трубопроводов;

определение возможности образования в горючей среде источников зажигания;

определение перечня пожароопасных аварийных ситуаций и параметров для каждого технологического процесса производственного объекта;

определение перечня причин, возникновение которых характеризует ситуацию как пожароопасную для каждого технологического процесса производственного объекта;

построение сценариев возникновения и развития пожаров, повлекших за собой гибель людей;

расчет категории помещений, зданий и наружных установок по взрывоопасной и пожарной опасности;

определение состава систем предотвращения пожара и противопожарной защиты технологических процессов;

разработка мероприятий по повышению пожарной безопасности технологических процессов и отдельных его участков, определение комплекса мер, изменяющих параметры технологического процесса до уровня допустимого пожарного риска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённой работы была спроектирована система управления испытательным стендом. Было проведено изучение конструкции базового варианта стенда. Предложены пути автоматизации. Был проведён системный анализ проектируемой системы управления стенда на основе методов декомпозиции. Произведён расчёт производительности стенда, а также выбор датчиков давления и контроллера. Так же на основе базового технологического процесса разработан проектный технологический процесс обработки корпуса задвижки с применением современного оборудования, прогрессивного режущего инструмента, отвечающего требованиям гибкого автоматизированного производства и экономической эффективности. Была разработана инструментная наладка.

В проекте также были рассмотрены вопросы охраны труда и экологической безопасности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Кузнецов В.П. “Дипломное проектирование”. Методические указания к выполнению дипломного проекта для студентов специальности 210200.

. Пухов А.С. “Синтез решений при создании автоматизированных технических объектов”. Учебное пособие. Курган, 2000.

. Таранов А.С., Макарова И.М. “Автоматизация технологических процессов и производств”. Методические указания к выполнению экономической части дипломного проекта для студентов специальности 210200.

. Кузьмин А.П., Левашов С.П. “Безопасность и экологичность проекта”. Методические указания к выполнению раздела «Безопасность и экологичность проекта» в дипломных проектах для студентов специальности 210200.

. ОАО «ИКАР» Курганский завод трубопроводной арматуры. Стенд НКА 99-13 Паспорт. Индекс В-374 - Курган, 2000.

. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. Пособие // Под ред. С. В. Белова. -М.: Машиностроение, 1993.

. Справочная книга по охране труда в машиностроении / Г.В. Бектобеков, Н.Н. Борисова, В.И. Коротков и др.; Под общ. ред. О.Н. Русака - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.-541 с.: ил.

. Журнал «Id.Magazine» №3 (3) 2001.

. Справочник металлиста. В 5-ти томах, том 3. Под ред. А.Н. Малова. Москва, «Машиностроение», 1977. 748 с. с ил.

. Технология технического контроля в машиностроении: Справочное пособие /Под общ. Ред. В.Н. Чупырина. - М.: Изд-во стандартов, 1990.-339 с.

. Мосталыгин Г.П. Орлов В.Н. Проектирование технологических процессов обработки заготовок. - Свердловск: УПИ. 1991.-112 с.

. Расчёт припусков и межпереходных размеров в машиностроении: Учеб. посо. для машиностроит. спец. вузов/Я.М. Радкевич, В.А. Тимирязев, А.Г. Схиртладзе; М.С. Островский; под ред. В.А. Тимирязева. - М.: Высш. шк., 2004. - 272 стр.: ил.

. Справочник технолога-машиностроителя В 2-х т. Т1/ Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова, - М: Машиностроение, 1986.-496 с.

14. Общий каталог «Seco». URL http://www.secotools.com <http://www.waler-ag.com>

. Справочник технолога-машиностроителя В 2-х т. Т2/ Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова, - М: Машиностроение, 1986.-496

. Прудников С.Н. Расчет управляющих устройств пневматических систем. М.: Машиностроение, 1987 - 152 с.: ил.

. Пневматика и гидравлика: Приводы и системы управления. Сб. статей. Вып. 8 Под общ. ред. Е.В. Герц. - М.: Машиностроение, 1981 - 261 с., ил.