Разработка процесса автоматизированного мониторинга состояния резиновых смесей при производстве резинотехнических изделий авиационного назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Ханов, Владимир Андреевич

• Ханов, Владимир Андреевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ханов, Владимир Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОПЫТ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ ИЗ РТИ.

1.1. Предпосылки.

1.2. Номенклатура РТИ авиационного назначения.

1.3. Экономическое обоснование необходимости совершенствования системы мониторинга состояния резиновых смесей.

1.4. Обзор литературы.

1.5. Задачи исследования.

ГЛАВА 2. СПЕЦИФИКА ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РТИ АВИАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

2.1. Определения качества продукции.

2.2. Организация контроля качества продукции.

2.2.1. Входной контроль.

2.2.2. Экспресс-контроль.

2.3. Особенности технологии производства РТИ. и технологического контроля.

2.3.1. Технологический процесс производства РТИ.

2.3.2. Формализованная модель технологии производства РТИ.

2.3.3. Традиционный технологический контроль.

2.4. Методика мониторинга состояния РС.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ.

3.1. Современные методы мониторинга состояния резиновых смесей.

3.1.1. Пластометрия.

3.1.2. Ротационная вискозиметрия.

3.1.3. Капиллярная вискозиметрия.

3.1.4. Виброреометрия.

3.2. Недостатки инструментов оценки состояния резиновых смесей.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКИ МОНИТОРИНГА И АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ КЛАССИФИКАЦИИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ ПО РЕОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ.

4.1. Информационная модель методики мониторинга состояния резиновых смесей.

4.2. Автоматизированное рабочее место технолога/оператора участка РТИ

4.3. Структурная схема и устройство «Микропластографа».

4.4. Методика обработки и анализа реологической информации.

4.5. Распознавание образов.

4.5.1. Понятие «образ».

4.5.2. Обучение распознаванию образов.

4.5.3. Гипотеза о компактности образов.

4.6. Обзор методов классификации объектов.

4.7. Основные положения теории нейронных сетей.

4.7.1. Понятие нейрона.

4.7.2. Понятие нейронной сети.

4.7.3. Архитектура нейронной сети.

4.8. Обработка исходных данных.

4.8.1. Выбор исходных данных:.

4.8.2. Понижение размерности признакового пространства.

4.9. Выбор архитектуры нейронной сети.

4.10. Создание и тренировка сети.

4.10.1. Структура сети.

4.10.2. Моделирование НС на ЭВМ.

4.11. Процесс автоматизированного мониторинга технологии производства РТИ авиационного назначения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процесса автоматизированного мониторинга состояния резиновых смесей при производстве резинотехнических изделий авиационного назначения»

Актуальность проблемы. Необходимость переоснащения парка гражданских и военных самолётов в России — основная задача, которую необходимо решить авиационной промышленности в ближайшее десятилетие. Новая авиационная техника должна соответствовать не только отечественным, но и мировым стандартам качества и надёжности, для того чтобы быть конкурентоспособной в условиях активной борьбы за потребителя и крупные рынки сбыта с зарубежными производителями.

Это возлагает колоссальную ответственность на всех участников важнейшего из этапов жизненного цикла изделия (летательного аппарата) — производственного этапа. Приведение качества продукции авиационных предприятий в соответствии с мировыми стандартами возможно только при совершенствовании самого производства, всех технологических процессов производственного цикла, включая технологический контроль.

Важнейшей из задач в авиастроении, несомненно, является обеспечение высокой надёжности технических систем летательных аппаратов, особенно при постоянном расширении областей применения и ужесточении условий эксплуатации изделий авиационной техники (температуры, нагрузки, скорости, агрессивные среды и т.д.). В частности, существенную роль здесь играет обеспечение требуемого качества деталей, выполняющих ответственные функции, к которым относятся различные уплотнители из эластомеров.

Производство деталей из резинотехнических изделий (РТИ) для агрегатов авиационной техники нередко сопровождается высоким процентом отсева бракованных деталей, что приводит к существенному увеличению материалоемкости изделий и трудоемкости их изготовления, то есть удорожанию производства РТИ, а, следовательно, и повышению стоимости конечного продукта-летательного аппарата.

В современном самолёте количество РТИ составляет порядка 10-12 тысяч единиц, многие из которых выполняют особо ответственные функции, а стоимость и сложность замены отдельных деталей из эластомеров в процессе эксплуатации летательного аппарата зачастую высока. Таким образом, долговечность РТИ является основным эксплуатационным показателем для потребителя. Для производства это оборачивается увеличением материало- и трудоёмкости. Следовательно, при производстве РТИ огромное значение имеет продление сроков эксплуатации изделий, не исключая оптимальное использование сырья и материалов и разработку безотходных технологий, так как особенностью производства РТИ является высокая стоимость применяемого сырья, являющегося продуктом сторонних химических предприятий. Одним из путей достижения этих целей является внедрение на участках изготовления РТИ новых систем контроля качества сырья и РТИ и мониторинга состояния технологического процесса.

По технологии контроль качества сырья и деталей из РТИ состоит только во входном контроле исходной резиновой смеси (РС) в лабораторных условиях при установке стандартных параметров технологического процесса изготовления РТИ и контрольном поддержании их. Однако в цеховых условиях в технологическом цикле под влиянием различных внешних и внутренних контролируемых и неконтролируемых факторов происходят трудно контролируемые необратимые изменения состояния исходного материала (РС), что в свою очередь оказывает значительное влияние на качество РТИ на выходе технологического процесса. При этом отсутствуют методы и средства, позволяющие принимать оперативные решения, направленные на контролируемые изменения параметров технологического процесса для достижения заданного уровня качества конечного РТИ. В результате чего возникает необходимость в разработке новых методов и средств оперативного мониторинга состояния резиновых смесей и технологического контроля производства РТИ в цеховых условиях.

Таким образом, целью работы ставится разработка, исследование и внедрение автоматизированных методов и средств оперативного мониторинга состояния резиновых смесей в процессе изготовления РТИ авиационного назначения, позволяющих вести мониторинг технологического процесса изготовления РТИ, обеспечивая выпуск деталей требуемого качества в соответствии с требованиями к надёжности агрегатов и систем авиационной техники, а также снизить затраты на изготовление РТИ.

При выполнении диссертационной работы для достижения поставленной цели использовались такие научные методы исследования как:

• анализ и синтез технологических систем;

• методология функционального моделирования;

• теория принятия решений на основе автоматизированного анализа данных с применением нейросетевого моделирования.

Содержание работы. В первой главе представленной диссертационной работы проводится анализ решаемой проблемы, приводится описание номенклатуры РТИ авиационного назначения, даётся экономическая оценка необходимости совершенствования системы мониторинга состояния резиновых смесей. Также здесь рассмотрены разработки ведущих учёных по проблеме моделирования и оптимизации производства полимеров и эластомеров, а также создание нового оборудования. По результатам анализа формулируются основные задачи исследования.

Во второй главе приводятся результаты исследования организации системы контроля качества при производстве РТИ авиационного назначения, представлены разработанные на основе исследования формализованная функциональная модель технологии производства РТИ и модель традиционного технологического контроля. В завершении главы представлена предлагаемая методика мониторинга состояния резиновых смесей в цеховых условиях.

В третьей главе проводятся результаты исследования и сравнительного анализа существующих методов мониторинга состояния резиновых смесей с выявлением их недостатков. По результатам сделан вывод о невозможности применения рассмотренных методов в цеховых условиях, как с технической, так и экономической точек зрения, чем обосновывается необходимость разработки методов оперативного цехового технологического контроля изготовления деталей авиационной техники из РТИ.

В четвёртой главе представлено описание разработанных методик мониторинга и автоматизированной классификации резиновых смесей по реологическим характеристикам. Приводится описание разработанного автоматизированного рабочего места «Микропластограф» для осуществления мониторинга состояния материала в цеховых условиях. Описана методика сбора, обработки и анализа реологической информации с применением метода нейросетевого моделирования.

Научная новизна. В результате выполнения работы получены следующие новые научные результаты:

• разработан процесс автоматизированного мониторинга технологического процесса производства РТИ авиационного назначения на основе анализа реологической информации о состоянии РС, что позволит обеспечить выпуск деталей заданного уровня качества и снизить уровень брака за счёт улучшения информационного обеспечения технолога;

• разработана и применена методика автоматизированной оценки состояния РС в технологическом цикле изготовления РТИ на основе нейросетевого моделирования, что позволит снизить количество ошибок при выборе и корректировке технологических параметров.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что разработана малозатратная методика реологических испытаний резиновых смесей, используемых в авиационной промышленности. На основе разработанной методики создан и внедрён программно-аппаратный комплекс, позволяющий:

• отслеживать изменение состояния материалов в технологическом цикле производства РТИ;

• обеспечивать информационную поддержку принятия решения технологом;

• оценивать качество сырья по степени подвулканизации, возникающей под влиянием неуправляемых скрытых факторов;

• обеспечить выпуск РТИ требуемого качества;

• снизить затраты на производство РТИ авиационного назначения.

Автор искренне признателен научному руководителю доктору технических наук Шпорту В.И., а также научному консультанту кандидату технических наук, доценту Фролову Д.Н. за консультации, поддержку, внимание и критический анализ результатов работы.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Ханов, Владимир Андреевич

5. Результаты работы внедрены и используются в экспериментальном режиме в лаборатории цеха по производству резинотехнических изделий ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение имени Ю.А. Гагарина» при исследовании качества резиновых смесей и технологическом контроле производства резинотехнических изделий. Также научно-практические рекомендации использованы при организации системы лабораторных испытаний при технологическом контроле качества образцов резиновых смесей в Испытательном центре материалов и изделий ОАО «Амурский судостроительный завод».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ханов, Владимир Андреевич, 2009 год

1. Александров ЕА. Основы теории эвристических решений. Подход к изучению естественного и построению искусственного интеллекта. Под редакцией Кузнецова П.П. — М., Советское радио, 1975. 256с.

2. Альперович Т.А. и др. Компьютерно-интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении. -М.: ГУЛ «ВИМИ», 1999. 512с.

3. Аркадьев, А. Г. Обучение машины классификации объектов / А. Г. Аркадьев, Э. М. Браверман. М. : Наука, 1971. - 192 с.

4. Ахо, Альфред, В., Джон, Ульман, Джефри, Д. Структуры данных и алгоритмы.: Пер. с англ.: Уч. Пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000.-384с.

5. Барский А.Б. Нейронные сети: распознавание, управление, принятие решений. М.: Финансы и статистика, 2004. — 176 е.: ил. — (Прикладные информационные технологии).

6. Басов Н.И. и др. Контроль качества полимерных материалов / Н.И. Басов,B.А. Любартович, С.А. Любартович; Под. ред. В.А. Брагинского. 2-е изд. перераб. JL: Химия, 1990.

7. Бахвалов Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. 3-е изд., доп. и перераб. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 636 е., илл.

8. Братко И. Алгоритмы искусственного интеллекта на языке PROLOG, 3-е издание.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. 640 е.: ил. - Парал. тит. англ.

9. Братухин А.Г. и др. Информационные технологии в наукоемком машиностроении. — К., Техника, 2001. 728с.

10. Братухин А.Г., Давыдов Ю.В. и др., CALS в авиастроении. М.: Изд-во МАИ, 2000 - 304 с.

11. Вентцель Е.С. Исследование операций. — М.: «Советское радио», 1972. -552с.

12. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977. -440 с.

13. Вострокнутов Е.Г., Новиков М.И., Новиков В.И., Прозоровская Н.В. Переработка каучуков и резиновых смесей (реологические основы, технология, оборудование). М.: Химия, 1980. - 280 е., ил.

14. Вострокнутов Е.Г., Прозоровская Н.В., Кирилюк Л.В. Вибрационный реометр и перспективы его использования для контроля качества резиновых смесей. «Производство шин. РТИ и АТИ». 1971 г. - №6.C. 21.

15. Гейтс Б. Бизнес со скоростью мысли. Изд. 2-е, исправленное — М.: Изд-во Эксмо, 2006. 480 е., илл.

16. Гидрогазовые системы летательных аппаратов / под ред. д.т.н. Марьина Б.Н. 2-е изд., перераб. и доп. - Владивосток: Дальнаука, 2006. - 459с.

17. Глущенко В.В., Глущенко И.И. Разработка управленческого решения. Прогнозирование планирование. Теория проектирования эксперементов.- г.Железнодорожный, Моск. Обл.: ТОО НПЦ «Крылья», 1997. 400с.

18. Горбань, А. Н. Обобщенная аппроксимационная теорема и вычислительные возможности нейронных сетей / Сибирский журнал вычислительной математики. — 1998. Т.1, N° 1. — С. 12-24.

19. Горелик A.JL, Гуревич И.Б., Скрипкин В.А. Современное состояние проблемы распознования: Некоторые аспекты. — М.: Радио и связь. 1985. — 160с.

20. ГОСТ 6678-72 Манжеты резиновые уплотнительные для пневматических устройств. -М.: ИПК Издательство стандартов, 1998.

21. ГОСТ 9833-73 Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. — М.: ИПК Издательство стандартов, 1998.

22. ГОСТ 14896-84 Манжеты уплотнительные резиновые для гидравлических устройст. -М.: Издательство стандартов, 1991.

23. ГОСТ 18829-73 Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. — М.: Издательство стандартов, 1990.

24. ГОСТ 22704-77 Уплотнения шевронные резино-тканевые для гидравлических устройств. — М.: Издательство стандартов, 1990.

25. Григорьев Ю.А., Ревунков Г.И. Банки данных. Учебн. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 320с.

26. Гуляев В.А. и др. Методы и средства обработки диагностической информации в реальном времени. Киев: Наук, думка, 1986. — 219 с.

27. Данилова-Волковская Г.М., Торнер Р.В. Методика расчёта реологических и релаксационных показателей расплавов полимерных материалов по данным капиллярной вискозиметрии. Ж. «Пластические массы». 2002 г.5.

28. Джордж Ф. Основы кибернетики./ пер. с английского. М.: «Радио и связь» 1984.-272 с.

29. Доброленский Ю.П., Завалова Н.Д., Пономаренко В.А., Туваев В.А. Методы инженерно — психологических исследований в авиации. — М.: Машиностроение, 1975.-276с.

30. Дубов Н. Автоматизация от идеи до автоматизации. Ж. «Открытые системы», июнь 2003. С. 17-19.

31. Ефимов А.Н. Предсказание случайных процессов. М.: Знание, 1976. -64с.

32. Иванов Б.Н. Дискретная математика. Алгоритмы и программы: Учеб. пособие / Б.Н. Иванов. — М.: Лаборатория базовых знаний, 2003. — 288 е.: ил.

33. Иванова Г.С. Технология программирования. Учебник для вузов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 320с.

34. Интеллектуальные информационные системы. Нейронные сети и нечеткие системы: учеб. пособие / О. С. Амосов. — Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т», 2006. 136 с.

35. Информационное обеспечение, поддержка и сопровождение жизненного цикла изделия / Бакаев В.В., Судов Е.В., Гомозов В.А. и д.р. / Под ред. В.В. Бакаева. — М.: Машиностроение-1, 2005. 624 е., ил.

36. Исакова H.A., Белова Г.А., Фихтенгольц B.C. Контроль производства синтетических каучуков. Л.: Химия, 1980. 240 с.

37. Караченков Д.Л., Марьин Б.Н., Феоктистов С.И., Фролов Д.Н., Ханов В.А. Особенности технологического контроля производства сборочных деталей из эластомеров. Ж. «Сборка в машиностроении, приборостроении». 2008. - №5. - С. 40-45.

38. Ким В.С.-Х., Хаметова М.Г. Реологический метод расчёта технологических характеристик полимеров, учитывающий их деструкцию при переработке //Хим. и нефт. машиностроение. 1996. № 4. С.6-9.

39. Клайн Г. Аналитическая химия полимеров / Под. Ред. Г. Клайна: Пер. с англ. М.: Мир, Т.1 (1963); Т.2 (1965); Т.З (1966).

40. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. 2-е изд., стереотип. — М.: Горячая линия-Телеком, 2002.-382 е.: ил.

41. Кузнецов И.Н. Учебник по информационно-аналитической работе. — М.: ООО Изд-во Яуза, 2001.-320 с.

42. Куличихин Г.В., Кербер М.Л. Особенности реологического поведения смесей полимеров в различных режимах деформирования:. Ж. «Пластические массы». 2000 г. - №9.

43. Лукомская А.И. и др. Расчёты и прогнозирование режимов вулканизации резиновых изделий/ А.И. Лукомская, П.Ф. Баденков, Л.М. Кеперша. — М.: Химия, 1978.-280 с.

44. Лысенко Э.В. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами. -М.: Радио и связь, 1987. 272с.

45. Мамиконов А.Г. Основы построения АСУ. М.: Высшая школа, 1981. -248с.

46. Марьин Б.Н., Фролов Д.Н., Уваров Н.И. Оценка состояния производства на основе формализованного подхода. Ж. Сборка в машиностроении, приборостроении. 2004. - № 6. - С. 4, 6.

47. Миленький A.B. Классификация сигналов в условиях неопределённости. (Статистические методы самообучения в распознавании образов). — М.: «Сов. радио», 1975, 328 с.

48. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 336с.

49. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации / С. Осовский; пер. с польского И. Д. Рудинского. М.: Финансы и статистика, 2002. — 344 с.

50. Петров В.Н. Информационные системы. СПб.: Питер, 2003. - 688с.

51. Приоритеты авиационных технологий: В 2-х кн. / Науч. ред. А.Г. Братухин. М.: Изд-во МАИ, 2004. - Кн. 1: Гл. 1-12. - 696, 4. е.: ил.

52. Приоритеты авиационных технологий: В 2-х кн. / Науч. ред. А.Г. Братухин. М.: Изд-во МАИ, 2004. - Кн. 2. 640 е.: ил.

53. Проектирование автоматизированных участков и цехов: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/В .П. Вороненко, В. А. Егоров, М.Г. Косов и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. 2-е изд., испр. — М.: Высш. школа, 2000.-272с.: ил.

54. Р50.1.028-2001 Методология функционального моделирования. М.: Госстандарт России, 2000.

55. Распознавание образов: состояние и перспективы / К. Верхаген и др.; пер. с англ. Н. Г. Гуревич; под ред. И. Б. Гуревича. — М.: Радио и связь, 1985.- 104с.

56. РД 50-34.698-90 Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов. — М.: Издательство стандартов, 1989.

57. РД 50-680-88 Методические указания. Автоматизированные системы. Основные положения. — М.: Издательство стандартов, 1989.

58. Резниковский М.М., Лукомская А.И. Механические испытания каучука и резины. 2-е изд. — М.: Химия, 1968. - 500 с.

59. Рыжиков Ю.И. Работа над диссертацией по техническим наукам. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 496 е.: ил.

60. Савицкий Н.И. Технологии организации, хранения и обработки данных: Учебное пособие. М.: ИНФРА - М, 2001. - 232с.

61. Современные технологии агрегатно-сборочного производства самолётов / Пекарш А.И., Тарасов Ю.М., Кривов Г.А. и др. М.: Аграф-пресс, 2006. -304 е., ил.

62. Способы оценки свойств резиновых смесей / Н.В. Захаренко, В.И. Козоровицкая, Ю.З. Палкина, Ж.З. Суздальницкая: Тематич. Обзор. Сер. «Производство резинотехнич. и асбестотехнич. изделий». М.: ЦНИИЭнефтехим, 1988. Вып.З. 52 с.

63. Судов Е.В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции. Принципы. Технологии. Методы.Модели. М.: ООО Издательский дом «МВМ», 2003. - 264с.

64. Тадмор 3., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. — М.: Химия, 1984.-632 с.

65. Теплофизические и реологические характеристики полимеров. Справочник./Под ред. Ю.С. Липатова. — Киев: Наукова думка, 1977. — 244 с.

66. ТУ 38-0051166-98 Смеси резиновые для резинотехнических изделий авиационной техники.

67. ТУ 38-1051959-90 Детали и пластины резиновые для авиационной техники.

68. Уваров Н.И., Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Фролов Д.Н. Наукоемкое производство в условиях информационных технологий в промышленных компаниях России. Ж. Авиационная промышленность. 2004. - № 2. - С. 41,44.

69. Усков А.А., Кузьмин А.В. Интеллектуальные технологии управления. Искусственные нейронные сети и нечёткая логика. — М.: Горячая Линия-Телеком, 2004. 143 е.: ил.

70. Фридман А.Л. Основы объектно-ориентированной разработки программных систем. М.: Финансы и статистика, 2000. - 192 е.: ил. -(Прикладные информационные технологии).

71. Фу К. Структурные методы в распознавании образов./ пер. с английского, под редакцией М.А. Азермана Мир, 1977. - 319с.

72. Фукунага К. Введение в статическую теорию распознавания образов. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. -368с.

73. Хасхачих А.Д. Электромагнитные методы и средства для неразрушающего контроля в технологии резинового производства: Тематич. Обзор. Сер. «Производство шин». М.: ЦНИИТЭнефтехим 1988. Вып.1. С.88.

74. Levin M. Quality Its Dependence on Improved Technology // Kauchuk andGummi, Kunsts. 1992. 45, №2, P. 130 132.

75. Swingler Kevin, "Applying Neural Networks. A practical Guide" (перевод ro.n.Macno6oeBa)/http://matlab.exponenta.ru/neuralnetwork/book4/index.php

76. White L. Воспроизводимость при исследовании резиновых смесей // Europ. Rubber J. 1992. 174, № 3. P.31-34.

77. White L. Приборы для оценки перерабатываемости: старые и новые // Europ. Rubber Journal. 1992. 174, № 4. Р.25-27.