Автоматизация технологического процесса шпаклевания железобетонных изделий на предприятиях стройиндустрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Шпынев, Николай Александрович

• Шпынев, Николай Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шпынев, Николай Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ШПАКЛЕВОЧНЫХ РАБОТ.

1.1 .Технологические особенности шпаклевочных работ.

1.2. Основные направления автоматизации штукатурных и шпаклевочных работ.1.

1.3. Технологические линии производства отделочных работ для изделий кассетного производства.

1.4. Технологические линии и оборудование для шпаклевания изделий.

1.5. Оценка эффективности рабочих органов шпаклевочных машин.

1.6. Шпаклевочные составы и их назначение.

1.7. Требования, предъявляемые к качеству поверхностей железобетонных изделий.

1.8. Анализ целесообразности автоматизации шпаклевочных работ.

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ШПАКЛЕВОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ.

2.1. Принципы построения систем автоматизации шпаклевочных работ.

2.2. Автоматизация шпаклевочных работ с применением существующих шпаклевочных машин.

2.3. Выбор и оптимизация структуры автоматизированного комплекса производства шпаклевочных работ.

2.4. Расчет основных параметров рабочего органа (РО) шпаклевочной машины.

2.5. Расчет затирочной пластины (шпателя).

2.6. Особенности формирования траёктории движения рабочего органа.

2.7. Планирование оптимальной траектории движения рабочего органа при дискретном позиционном управлении.

2.8. Оптимальное управление двигателем системы перемещения РО.

2.9. Оптимальное управление системой перемещения РО при ограничении по скорости двигателя.

2.10. Оптимизация замкнутой системы управления перемещением РО.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ШПАКЛЕВОЧНЫХ РАБОТ.

3.1. Структура системы автоматизации производства шпаклевочных работ.

3.2. Система распознавания,типоразмера изделия по штриховому коду.

3.3. Локационные средства позиционирования рабочего органа.

3.4. Телевизионные системы технического зрения (СТЗ) для позиционирования рабочего органа.

3.5. Определение положения края плиты с помощью СТЗ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ШПАКЛЕВОЧНОЙ

МАШИНЫ.

4.1. Технические средства получение изображения.

4.2. Задача выделения границ.

4.3. Структура цифрового изображения и алгоритмы обработки.

4.4. Телевизионная СТЗ для оценки качества обрабатываемой поверхности.

4.4.1. Геометрия съемки и определение основных параметров СТЗ.

4.4.2. Особенности алгоритмов обработки цифровых изображений изделия.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ШПАКЛЕВОЧНЫХ

РАБОТ.

5.1. Исследование критической частоты вращения дискового рабочего органа.

5.2. Определение силы прижатия и угла наклона шпателя.

5.3. Программное обеспечение системы очувствления шпаклевочной машины.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация технологического процесса шпаклевания железобетонных изделий на предприятиях стройиндустрии»

Актуальность темы. В индустриальном домостроении удельный вес отделочных работ может достигать 40% трудоёмкости строительства объекта. Отделочные работы, связанные с нанесением и разравниванием раствора на поверхностях стен, заделка мест сопряжения сборных конструкций, малярные работы, могут занимать 70% от общего объема отделочных работ. Поэтому применение сборных элементов повышенной заводской готовности позволяет значительно сократить, объемы ручного труда. Шпаклевочные работы, в построечных условиях, имеют низкий уровень механизации и являются одними из самых трудоемких. Их перенос со стройплощадки на заводской отделочный конвейер позволяет повысить производительность труда в 7 раз [52].

Необходимость производства шпаклевочных работ продиктована низким качеством поверхности изделий кассетного производства, изделий выпускаемых вибропрокатным методом и в некоторых случаях изделий формуемых в горизонтальных формах. Для изделий кассетного производства характерно наличие пор, а также сколов и трещин, образующихся при распалубке. Для устранения этих дефектов необходимо шпаклевание поверхности изделий. Также шпаклевание применяется для панелей наружных стен поверхности, которых подготавливают под окраску.

Большинство машин, работающих в настоящее время на отделочных конвейерах, морально устарели. Кроме того, имеют место большие технологические потери шпаклевки, так как нанесение раствора выполняется вручную, и как следствие, отсутствуют предпосылки для автоматизации работы существующих отделочных машин в конвейере. Технология нанесения и затирки отделочного состава, конструкции узлов, механизмы взаимодействия с конвейером, были изначально разработаны без учета возможности автоматизации.

Анализ рабочих операций, производимых на конвейере для отделки изделий кассетного производства, показал, что чистовая отделка готовых изделий является одной из приоритетных технологической операций для автоматизации [1].

Цель работы. Повышение технико-экономических показателей рабочих операций отделки изделий кассетного производства за счет автоматизации технологических процессов шпаклевания.

Для достижения поставленной цели: выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления процессами производства шпаклевочных работ, методов и средств их автоматизации; разработаны:

• структура автоматизированного комплекса шпаклевочной машины, которая имеет специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения;

• измерительно-управляющее микропроцессорное устройство, обеспечивающее позиционное, скоростное и силовое управление перемещением рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающего оптимизацию его траекторных перемещений;,

• метод рационального подбора и реализации траекторий движения рабочего органа шпаклевочной машины, определяющих качество отделки панелей, технологические потери отделочного состава и производительность автоматизированного комплекса;

• система технического зрения, позволяющая определять положение рабочего органа системы, его перемещения относительно края обрабатываемого изделия;

• автоматизированная система оценки качества обрабатываемой поверхности железобетонных изделий.

Выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.

Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, вычислительной техники, электроники и моделирования.

Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматизированного управления процессом отделки изделий кассетного производства за счет автоматизации технологических процессов их шпаклевания.

Научная новизна работы заключается в разработке:

- структуры и функционального наполнения автоматизированной системы управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной, повышающих технико-экономические показатели рабочих операций с помощью специализированного рабочего органа и автоматической системы его перемещения; методов позиционного, скоростного и силового управления перемещениями- рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающих оптимизацию его траекторных перемещений; методов рационального подбора и реализации траектории движения рабочего органа шпаклевочной машины, определяющих повышение технико-экономических показателей рабочих операций автоматизированного комплекса;

- системы технического зрения, позволяющей определять положение системы перемещения рабочего органа относительно края обрабатываемого изделия и оценивать качество обработки его поверхности.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Комплекс теоретических и практических методов автоматизации управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной за счет специализированного рабочего органа и автоматической системы его перемещения.

2. Математическое описание методов позиционного, скоростного и силового управления перемещениями рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающих оптимизацию его траекторных перемещений.

3. Система технического зрения, позволяющая определять положение системы перемещения рабочего органа относительно края обрабатываемого изделия и оценивать качество обработки его поверхности.

4. Результаты применения автоматизированной системы, управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной, которая имеет специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения.

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной со специализированным рабочим органом и автоматической системой его перемещения заключаются в том, что они являются практической базой для научно-обоснованного выбора параметров настройки системы, обеспечивающей повышение технико-экономических показателей- рабочих операций за счет оптимизации позиционного, скоростного и- силового управления перемещением рабочего инструмента шпаклевочной машины. Использование в технологических схемах отделки изделий кассетного производства автоматизированной шпаклевочной машины дает возможность не только сократить время выполнения операций шпаклевания, но и повысить производительность труда, сократить материальные и энергетические затраты, уменьшить себестоимость и повысить качество обработки поверхности изделий, кассетного производства. Результаты работы внедрены в ГУЛ «НИИМосстрой» и используются в учебном процессе МГАКХиС.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, и получили одобрение на: Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы устойчивости и безопасности систем жизнеобеспечения в сфере жилищно-коммунального хозяйства» (г. Москва, 2010 г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологической безопасности: поиск стратегий, методов, технологий» (г. Москва, 2010 г.); Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» (г. Белгород, 2010 г.); на совместном заседании кафедр «Автоматизация ТП и СП» и «Машины и оборудование заводов стройматериалов и конструкций» (г. Москва, 2011 г.).

Публикации. По результатам работы получен патент РФ на полезную модель, опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Шпынев, Николай Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 .Автоматизация технологических процессов при производстве строительных материалов, изделий и конструкций, в частности, железобетонных изделий, являются главными источниками повышения производительности труда, сокращения материальных и энергетических затрат, уменьшения себестоимости и повышения качества выпускаемой продукции. Уровень автоматизации в производстве строительных материалов и изделий в настоящее время остается невысоким.

2. Анализ рабочих операций производимых на конвейере для отделки изделий кассетного производства показал, что чистовая отделка готовых изделий (шпаклевание), производимая на отделочном конвейере, является одной из приоритетных для автоматизации технологической операцией.

4. Разработан метод оптимального подбора и реализации траектории движения РО шпаклевочной машины, который определяет качество отделки панелей, производительность автоматизированного комплекса, технологические потери отделочного состава, количество пусков и остановов электродвигателей приводов РТК, энергозатраты, т.е. основные технико-экономические показатели шпаклевочной машины.

5. Разработана оптимальная по быстродействию замкнутая структура системы управления движением РО шпаклевочной машины; дана методика расчета коэффициентов обратных связей.

6. Разработан оригинальный дисковый рабочий орган, который позволяет производить операции нанесения и затирки отделочного состава одновременно, обеспечивая стабильное качество изделий, уменьшая технологические потери шпаклевки и повышая производительность шпаклевочной машины.

7. Расчет площадей излишней отделки для большинства изделий кассетного формования показал, что применение рабочих органов диаметрами 450 мм и

500 мм позволяет производить отделку с наименьшими энергозатратами и технологическими потерями отделочного состава.

8.Разработана СТЗ для позиционирования обрабатываемого изделия, которая позволяет определить смещение края плиты относительно номинального положения стойки конвейера.

9. Разработана структура системы управления шпаклевочной машиной, которая с помощью системы технического зрения позволяет определять положение рабочего органа системы перемещения РО относительно края обрабатываемого изделия.

10. Разработан алгоритм на основе низкочастотной фильтрации для обнаружения пятен на изображении и определения их допустимого размера при контроле качества с учетом ограничений на категорию поверхности после чистовой обработки изделия.

11. Опыт эксплуатации шпаклевочных машин на заводах ЖБИ показал, что коэффициент их использования не превышает 0.8 из-за указанных временных потерь. Использование автоматизированного комплекса управления шпаклевочной машиной повышает этот коэффициент до 0.93.

12. В автоматизированном режиме оптимального перемещения рабочего органа расход материала уменьшается на 15%.

128

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шпынев, Николай Александрович, 2011 год

1. Абрамов В .В., Петухов C.B., Васильев В.Г., Шпынев H.A. О комплексном подходе к автоматизации и роботизации технологических операций в производстве железобетонных изделий // Сб. науч. тр. БГСТУ, 2009, с. 1220.

2. Агейкин Д. И., Костина Е. Н. Датчики контроля и регулирования: Справ-материалы. М. : Машиностроение, 1965. - 928 с.

3. Бакут П.А., Колмогоров Г.С. Сегментация изображений: методы выделения границ областей // Зарубежная радиоэлектроника, М.: Радио и связь, N-10, 1987, с.25-47

4. Белоусов Е. Д., Линде Е. М. Отделочные работы в сборном: домостроении. -М.: Стройиздат, 1978.-177с.

5. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления: с микроЭВМ. М. : Наука. Гл.ред. физ.-мат.лит., 1987. - 320 с.

6. Бирин Ю.Н. МикроЭВМ в управлении строительством / Под ред. Ю.Н. Бирина. М. : Стройиздат, 1989. - 296 с.

7. Масюк Ю.А. Высокопроизводительные отделочные процессы в строительстве.-М.: Стройиздат, 1985.-71с.

8. Мита Н., Хара С., Кондо Р. Введение в цифровое управление. Пер. с японск. М. : Мир, 1994.

9. Миткин Б.А., Титов А.И. Справочное пособие по отделочным работам.-Минск: Вышейшая школа, 1977.-271с.

10. Михайлов B.C. Теория управления,- Киев : Вища. шк., 1988. 312 с.

11. Новацкий A.A., Злотников Г.З. Повышение степени готовности и качества сборных железобетонных конструкций. Изд-во «Будивельник», 1966

12. Новоселов А. И. Автоматическое управление (техническая кибернетика): Уч. пособие для вузов. JI. : Энергия, 1973.- 320 с.

13. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений -М.: Радио и связь, 1986, -400с.

14. Патент 102650 Российская Федерация Устройство для отделки поверхностей / Н. А. Шпынев; №2010148338; заявл. 29.11.2010г; опубл. 10.03.2011;Бюл. №7.

15. Петухов C.B. Представление ориентиров на основе проекционного преобразования // Динамика неоднородных систем, 2007, т.31(2), с. 173184. Труды ИСА РАН.

16. Петухов C.B. Адаптивные стереотелевизионные системы технического зрения // Машиностроение и инженерное образование. 2008, №3, с.30-41

17. Петухов C.B., Шаманов И.В. и др. Принципы построения и основные характеристики систем технического зрения марсохода (информационные материалы). Препринт Института космических исследований АН СССР. -М., 1988.-21 с.

18. Петухов C.B., Иванюгин В.М., Илюхин A.C. Развитие стереопарных систем технического зрения // Сб. науч. тр. «Искусственный интеллект в технических системах». М.: ГосИФТП, 2004, с. 1-32.

19. Петухов C.B., Шаманов И.В. Методы обработки изображений в многоканальной стереосистеме технического зрения // Динамика неоднородных систем. Тр. ИСА РАН 2007, т.31(3), с.243-248.

20. Пиванов A.M. Штукатурные работы: Практ. Пособие.- М.: Стройиздат, 1990.- 192с.

21. Писаренко А. Н. и др. Системы технического зрения (принципиальные основы, аппаратное и математическое обеспечение). — М.: 1988.-424с.

22. Поволоцкий Ю.А. Индустриальное производство отделочных работ.- М.: Стройиздат, 1983.-107с.

23. Попов, Е. П., Клюев В. В. Система очувствления и адаптивные промышленные роботы. Под ред. чл. корр. АН СССР Е. П. Попова.-М.: Машиностроение, 1985.-255с.

24. Прет У. Цифровая обработка изображений, т.2.-М.:Мир, 1982, 790с.

25. Пути снижения трудовых затрат при отделке сборных ЖБИ для строительства крупнопанельных жилых домов на предприятиях стройиндустрии МССР.- Кишинев, 1982.-(ЭИ/МолдНИИНТИ).-13с.

26. Ремейко O.A. Отделка железобетонных изделий: Учеб. Для ПТУ.-М.:Высш.шк.,1991. 224с.

27. Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений — М.: Мир, 1972, 230с.