Автоматизация аналитических работ в современном машиностроении

Современные технологии организации машиностроительного производства стирают грань между физическим и информационным пространством. Несмотря на то, что уровень современного технологического развития позволяет ещё на стадии проектирования проанализировать качество и эффективность продукции машиностроительных предприятий и принимать эффективные решения в информационной среде, сегодня большинство компаний по-прежнему проводят усовершенствование своей продукции в физическом пространстве на реальном производстве, в реальных условиях эксплуатации. Если предприятие является финансово устойчивым и дорожит имиджем своей торговой марки, то испытания новых машин производится на полигонах, что безусловно ведёт к удорожанию себестоимости продукции и увеличению сроков вывода новых товаров на рынок. Если предприятие нацелено в первую очередь на извлечение коммерческой прибыли в краткосрочной перспективе, то товар на рынок выводится сразу, и работа над ошибками осуществляется в реальных условиях эксплуатации посредством обратной связи от потребителя. Тот же подход пока ещё типичен при организации самого производства, технология отрабатывается в физическом пространстве методом проб и ошибок.

В последние годы появляются компании, которые можно охарактеризовать как "постиндустриальные машиностроительные предприятия", которых пока не так много, как хотелось бы, но с каждым годом становится всё больше под давлением возрастающей конкуренции обусловленной технологическим развитием отрасли. Отличительные характеристики таких предприятий просматриваются в сдвиге в сторону интеллектуализации производства. Количество рабочих выполняющих физические операции сокращается за счёт более эффективной организации труда и автоматизации физических операций, а количество инженеров увеличивается. На постиндустриальных машиностроительных предприятиях главными операциями становится идеи и их анализ. 

Количество физических операций (трудоёмкость физических действий) сокращается, количество информационных операций (трудоёмкость информационных действий) увеличивается, при этом общая трудоёмкость сокращается. 

Пока ещё мало кто верит в возможность безошибочного проектирования всего жизненного цикла изделий включающего производство и эксплуатацию. Более двух веков активной индустриализации общества методом проб и ошибок, отложили в сознании специалистов и руководителей машиностроительного сектора, мнение о необходимости решения задач производства и эксплуатации изделий в физическом пространстве. Информация о том, что возможно на стадии проектирования разработать оптимальную технологию производства и исключить ошибки, а также возможность анализа эксплуатационного цикла, воспринимается как фантастика или в лучшем случае как технологии доступные только крупным предприятиям с высокими оборотами. 

Переход на постиндустриальную организацию производства немыслим без чёткого структурирования информационных потоков, создания дуалистического равнозначного отношения между объектами и операциями физического пространства и информационного. Прежде всего необходимо адекватно перенести проблемы физического пространства в информационные с возможностью обратного преобразования. Для эффективного моделирования изделий и производственных процессов важна информация, генерируемая на протяжении всего жизненного цикла изделий. Необходимо структурировать информацию о жизненном цикле изделия в единую базу знаний и автоматизировать работу с ней программными системами класса PLM. Современные САПР позволяют производить множество различных расчётов при моделировании изделий: геометрические расчёты, физические параметры, долговременные усталостные характеристики, воздействие среды при эксплуатации и т.д., но этого недостаточно в современной динамике развития технологий. Технологии стремительно устаревают с появлением новых технологий заменяющих старые. Те предприятия которые используют самые современные технологии обладают конкурентным преимуществам перед теми предприятиями которые используют устаревшие технологии. Приобретая различные САПР, компании приобретают автоматизируемые базы знаний, интегрируемые в PLM. Но эти базы знаний актуальны лишь на момент их создания, поэтому необходимо обеспечить возможность актуализации баз данных, методом преобразования параметров физического объекта или операции в информационные с возможностью обратного преобразования. Для этого предприятия должны быть оснащены производственными лабораториями способными давать компетентные ответы на вопросы о рациональности применения новых материалов и технологий в производстве. Эти научные центры должны постоянно искать новые технологии производства изделий и усовершенствовать старые. 

Центробежный разрывной анализатор LUMiFrac для машиностроения 

Важная задача для машиностроительного производства – экономически целесообразная защита металлов от коррозии на протяжении всего жизненного цикла. Техника может эксплуатироваться в различных регионах, при широком диапазоне параметров окружающей среды. 

Наиболее распространённый способ защиты металлов от коррозии и предания поверхности декоративных свойств – нанесение лакокрасочных материалов. Качественное покрытие ЛКМ с оптимальной себестоимостью – это значительное конкурентное преимущество. Из-за низкого качества покрытий компании теряют клиентов чаще чем из-за плохого маркетинга. Подорванное доверие клиента из-за плохого послепродажное обслуживание можно восстановить заменой специалистов на более квалифицированных. Подорванное доверие клиента из-за некачественного покрытия нельзя восстановить обещаниями того, что в другой раз будет всё хорошо, так как ваш клиент не может проверить до покупки качество покрытия в долгосрочной эксплуатации. Гарантия на покрытие тоже не аргумент если у вас нет мастерской в зоне эксплуатации где вы можете восстановить покрытие. 

На днях случайно попал на фермерскую ярмарку на ВВЦ, там был мясной павильон где фермеры предлагали продукцию собственного производства. Стал расспрашивать какую кормозаготовительную технику используют фермеры и какой отдают предпочтение. Не буду называть конкретных производителей, но труженики села предпочитают залезать в долги приобретая дорогую качественную технику известных европейских, канадских и американских производителей. На мой вопрос – почему? Фермер Дмитрий Леонидович из МО ответил резко с явным раздражением в голосе не скрывая эмоций – потому что наша х… сыпется и гниёт на глазах, от неё больше проблем чем пользы. Конечно же Дмитрий Леонидович не прав, далеко не вся российская сельхозтехника сыпется и гниёт, но попробуй его теперь переубедить, ведь он настолько убеждён в своей правоте, что драться полезет начни ты его переубеждать в обратном. 

Качество покрытий ЛКМ зависит от двух составляющих: непосредственно качество самих ЛКМ и технологии подготовки поверхности и нанесения. Технология подготовки поверхностей и нанесения ЛКМ, это вопрос технической дисциплины требующей постоянных корректировок. Качество же самих ЛКМ, это вопрос технической дисциплины ваших поставщиков. Вы не можете контролировать техническую дисциплину производителя красок, но можете обеспечить входной контроль качества параметров ЛКМ. Устаревшие ручные методы испытаний являются трудоёмкими и требуют наличия квалифицированных технологов. Новые автоматизированные методы испытаний позволяют повысить качество измерения параметров, снизить трудоёмкость испытательных операций, оптимизировать штатную численность. 

Центробежный разрывной анализатор LUMiFrac способен определять адгезионную прочность покрытий сразу 8 образцов. Простая пробоподготовка не занимает много времени, крепления и зажимы отсутствуют, образец просто вставляется в прибор. LUMiFrac может производить долговременные усталостные испытания прикладывая переменные нагрузки и различные температуры. 

Центробежный разрывной анализатор LUMiFrac 

Технические характеристики LUMiFrac: 

• Нагрузка - 0,1 Н – 6,5 кН 
• Предел прочности на разрыв – до 80 Мпа 
• Максимальный размер образца – 30мм х 30мм х ˃ 1 мм 
• Время измерений – от 1 минуты до 99 часов 
• Диапазон рабочих температур – от -11 до 40˚С (может быть расширен по требованию заказчика) 
• Размер оснований тестовых масс – 5 мм, 7 мм, 10 мм 
• Скорость ротора – 100-13000 оборотов/минуту 
• Вес – 56 кг 
• Габариты – 380х640х296 мм

Измеряемые параметры:

• Адгезионная прочность покрытий – удельное усилие разрушения адгезионного контакта.

• Предел прочности при растяжении – механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала при его растяжении.

Соответствие требованиям стандартов:

• ISO 4624 
• JIS K 5600-5-7 
• DIN EN 15870 
• DIN EN 14869-2

Принцип работы:

Разрывной анализатор LUMiFrac использует центробежные силы для одновременного испытания нескольких образцов и измерения силы адгезии и силы на разрыв (Н/мм²). Постепенно увеличивая центробежную силу, воздействующую на образец, анализатор определяет скорость ротора, при которой происходит отрыв тестовой массы образца. Данные передаются в компьютер и критическая сила/сила прочности вычисляются в реальном времени.
Одновременное испытание до 8 образцов позволяет достичь высокой воспроизводимости испытаний и уменьшает время измерений на 85%.

Отсутствие креплений и зажимов 
тестовый образец просто приклеивается к тестовой массе и вставляется в прибор

Образец для испытаний

Подготовка ротора к испытанию образцов 

Постепенно увеличивая центробежную силу, воздействующую на образец,

анализатор определяет скорость ротора, при которой происходит отрыв тестовой массы образца. 

Данные передаются в компьютер 
и критическая сила/сила прочности вычисляются в реальном времени.

Классические методы испытаний адгезионных свойств при переменных нагрузках с различными температурами требуют постоянного присутствия в лаборатории квалифицированного специалиста. LUMiFrac работает по принципу – подготовил образцы, вставил в прибор и пошёл заниматься другими делами.
Возможности LUMiFrac не ограничиваются одним лишь определением адгезионной прочности покрытий. LUMiFrac является универсальным средством как для исследований, так и для контроля качества при разработки и производстве склеенных соединений, производстве деталей и узлов из композитных материалов, тонких металлических плёнок на пластиках и оптических подложках.
Особый интерес для современного машиностроения представляет возможность с помощью LUMiFrac разрабатывать клееные соединения разнородных материалов на основании корректных проверенных данных, осуществлять входной и производственный контроль клеевых составов. LUMiFrac даёт возможность оптимизировать изделия машиностроения, снизить себестоимость продукции и повысить качество и надёжность. 

В России центробежный разрывной анализатор LUMiFrac представлен метрологическим центром РОСНАНО. МЦ РОСНАНО предоставляет возможность приобретения прибора, обучение специалистов правилам работы с LUMiFrac, также возможно заказать анализ образцов в лаборатории МЦ РОСНАНО. Компетентную консультацию по работе LUMiFrac можно получить у к.х.н. Сухарева Валентина Сергеевича, главного эксперта метрологического центра РОСНАНО. По вопросам, связанным с сотрудничеством в области исследований и контроля качества, а также приобретения лабораторного оборудования лучше всего обращаться к директору по развитию МЦ РОСНАНО – Лифанову Руслану Владимировичу. 

Есть недостаток LUMiFrac – это его цена, для средних и малых машиностроительных предприятий приобретение этого прибора очень накладно. Но из-за высокой производительности LUMiFrac может удовлетворить потребности сразу нескольких предприятий. Для интеллектуализации производства, средним и малым машиностроительным предприятия имеет смысл создавать региональные кластеры и оснащать лаборатории совместными усилиями. Инициаторами таких кластеров могут быть высшие учебные заведения, институты, инжиниринговые центры. К слову говоря, подобный вид сотрудничества между предприятиями достаточно распространён в Европейском союзе.

Публикация в работе, скоро будет продолжение 

ISO 4624; JIS K 5600-5-7;
DIN EN 15870; DIN EN 14869-2

ISO 4624; JIS K 5600-5-7;
DIN EN 15870; DIN EN 14869-2