Разработка и исследование методологии организации НИОКР, конструкций и технологий автоматизированного производства щитовых магнитоэлектрических приборов

Разработчик проекта (генеральный подрядчик).

Принятие решения о проведении работ по проекту.

Выполнение и контроль за осуществлением работ по всем этапам и исполнителям.

— проекта.

Согласование показателей, К^у, Ту и Р.

Разработка частных ТЗ для исполнителей разработчика исоисполнителей.

Назначение дифференцированных показателей Кту, Тн и Р по исполнителям и соисполнителям.

Проведение НИР.

Проверка результатов работ на соответствие показателям.

КТУ’ТНИР.

Проведение ОКР.

Разработка технологии. Разработка-ТЗ на проектирование ТО и СТО.

Проверка результатов работ на соответствие показателям К^иР.

Изготовление ТО и СТО, проведение испытаний на соответствие ТЗ.

Отчёт по проекту.

Проверка на соответствие проекта показателям К^, Т&bdquoиР.

Рис. 1.3. Структурная схема проведения НИОКР с использованием показателей Кту, ТН, Р и создании комплексно-автоматизированного производства ЩЭП, на Чебоксарском ОАО «Электроприбор». Это дозволило получить технические решения, защищенные более чем 20 авторскими свидетельствами и патентами, а также обеспечить технический уровень проекта по отдельным узлам и деталям на уровне КГу = 0,487.0,914, и по прибору в целом на уровне Кту — 0,721.

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ ЩЭП, МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРИ И31 ОТОВЛЕ11ИИ ДЕТАЛЕЙ И СБОРКЕ.

Научные и практические результаты, изложенные в настоящей и последующих главах, получены с использованием методологии организации НИ-ОКР, рассмотренной в первой главе. Конкретно на Чебоксарском ОАО «Электроприбор» ставилась задача повышения эффективности производства ЩЭП за счет комплексной автоматизации их производства. Необходимо отметить, что методология, изложенная в первой главе, применима для различных задач и проектов производственного назначения, имеющих своей конечной целью стабильное получение прибыли, в том числе и за счет автоматизации производства.

Анализ существующих конструкций с использованием коэффициента К ту, проведенный на наиболее массовых приборах магнитоэлектрической системы серии М42 300, имеющих к тому же уровень унификации с другими конструктивными сериями более 90%, показал, что прибор в целом и основные его конструктивные элементы не отвечают требованиям автоматизированного производства. В таблице 2.1 даны некоторые обобщенные результаты автома-топригодности приборов серии М42 300 по критерию Кту.

•¦ Таблица 2.1. Результаты анализа автоматопригодности приборов М42 300, :

Наименование конструктивного элемента Коэф. технического уровня проекта, Кту.

1. Крышка 0,793.

2. Корректор (крышка). .. .0',.

3. Коышка СБ «0.

4. Кольцо магнвда ,.

5. Сердечник СБ 0,375.

6. Обойма 1 ' •" «' '':. о ' '.

7. Корректор (обойма) 0,933.

8. Пружино держатель, 0,897: :

9. Обойма СБ 0.

10.Стрелочный указатель СБ 0,185.

11. Магнитопровод 0,206.

12. Механизм измерительный СБ ' 0.

13. Корпус СБ 0,179.

14. Прибор СБ.

Результаты анйлиза позволил ш сделать следующие практические выводы и дать рекомендации по изменению конструкции й технологии изготовления 1ЦЭП: ¦ «': '¦'» «: '' '.

1- В наибольшей степени по заготовительному производству требованиям автоматизированного производства удовлетворяют конструктивные элементы, изготавливаемые методом штамповки. Штамповка, как метод изготовления 5 деталей прибора,' должнабыть основньш, технологическим приемом заготовительного производства! В соответствий с требованиями получения деталей. методами штамповки’необходимо переработать конётрукцию деталей: обойма, кольцо маггата, магнитопровод и т. д. — - л л,. .-.п— •.<>:.<-.¦. <2. Разделить .узел «Измерительный механизм» на ряд конструктивно независи-мыхузлов с числомдеталейше более 6-.8 шт. Обеспечить сборку каждого из л новыхузлов и измерительного механизма вцёломл на! одну базовую деталь или, узелза счетов элементарных-'рабочих «движений (возвратно-поступательного и-вращательного). — ЙОГм.

3. В конструкции1 деталей малой жесткости йсключить’гальванические покрытия, например, за счет использования прогрессивных материалов. Обеспечить', конструктивно возможность ориентации и поштучной выдачи этих. деталей при сборке, например, за счет подачи их на сборку в ленте.

4. Исключить из конструкции узлов верхней и нижней опоры стопорные гайки, пружинные шайбы и-другие конструктивные элементы, не несущие непосредственно приборных функций^ напримерза счет использования соединений с натягом, упругих свойств материалов других деталей и т. д.

5. Для автоматизации регулировочных и поверочных операций использовать активные функции прибора, разработать конструктивные элементы, моющие бьггё датчиками при проведении этих операций.

6. Ориентировать конструкцию и технологию изготовления деталей на методы, позволяющие получить более высокую (по сравнению с базовой конструкци ей) точность геометрических размеров, в особенности базовых й сопрягаемых элементов.

С учетом проведенного анализа и выработанных рекомендаций переработана конструкция и технология изготовления приборов сёрйи М42 300 [9, 10, 20, 32], которая стала базовой для других серий приборов. В наибольшей степени была изменена конструкция и технология изготовления измерительного механизма [1,7, 25, 32] рис. 2.1, являющегося основным конструктивным узлом прибора. Его отличительными особенностями является: обойма, состоящая из двух частей — скобы 1 и верхнего моста 2, каждая из которых изготовлена методом штамповки. В скобе обоймы установлен магнитный сердечник, состоя-щии из магнита 3 и двух закрепленных на нем с помощью сухого пленочного клея ПКС135 полюсных наконечников 4, изготовленных методом штамповки. Магнитный сердечник является отдельным конструктивным узлом, который собирается на роторно-конвейерной линии РКЦМ. Сопряжение скобы и магнитного сердечника обеспечивается за счет воздушных зазоров 5 между полюсными наконечникамии выступов 6 по внутренним сторонам скобы. ,.

Узлы верхней и нижней неподвижных опор расположены на мосту и скобе оббймы соответственно. Использование в их конструкцйи фланцевой щэп пластмассовой втулки 7, изготавливаемой методом литья под давлением, позволило исключить из конструкции узла опоры пружинную шайбу и стопорную гайку. Закрепление верхнего и нижнего узлов коррекции положения подвижной части и винтов подпятника 8 обеспечивается за счет упругих свойств фланца втулки и натяга в резьбовом соединении между винтом подпятника и втулкой.

Конструкция подвижной части прибора 9, состоящая из алюминиевого каркаса, выполненной на нем обмотки и закрепленных на обмотке узлов верхней и нижней подвижных опор, разработана с учетом обеспечения возможности автоматизации процесса статической балансировки прибора.

В конструкции измерительного механизма использован витой магнито-провод 10 [1, 29], изготавливаемый методом штамповки с последующей навивкой на специальном автомате, установленный на обойме с натягом. Использование витого магнитопровода, кроме улучшения технико-экономических показателей производства, обеспечивает более высокие метрологические характеристики прибора за счет более жесткой геометрии рабочего воздушного зазора, что важно для последующей автоматизации регулировочных и поверочных операций.. ' .—.

В работе [32] даны’методы расчета основных конструктивных параметров и эксплуатационных характеристик приборов с витым магнитопроводом. В частности: по формуле (2.1) (определяется максимально допустимая величина натяга, А при-установке магнитопровода на обойму, по формулам (2.2), (2.3) определяются предельно допустимые значения-виброWo и ударопрочное&tradeWyд магнитной системы. — «' (' Б-Ь.

•. Д = 2Я0:-——1 (2.1).

Е-Ь-2110аг.

2.2).

Ууд<

2.3) где Ко — радиус кривизны магнитопровода в свободном состоянииЕ — модуль упругости материала магнитопровода', Ь — высота сечения магнитопроводаипредел текучести материала магнитопровода- ^ - коэффициент сухого тренияР — сила реакции, действующей на магнитопровод со стороны обоймыС* - вес магнитопровода- § - ускорение свободного падения.

Технологическая схема сборки измерительного механизма изложена в работах [7, 32]. Разработанная конструкция измерительного механизма обеспечивает независимую раздельную сборку основных его узлов (скоба, мост, магнитный сердечник, подвижная часть), которые затем собираются непосредственно в измерительный механизм рис. 2.2.

Полная сборка каждого из узлов и механизма в целом осуществляется с использованием разработанных индивидуальных автоматических сборочных устройств, конструкция которых упрощена за счет обеспечения сборки про.

Рис. 2.2. Схема сборки измерительного механизма стейшими рабочими движениями (преимущественно возвратно-поступательными и вращательными)., ,.

Разработана также нрвдя конструкция прибора в целом [9], обеспечивающая возможность автоматизации основных технологических операций изготовления и поверки прибора.

Новая конструкция измерительного механизма и прибора в целом обеспечивает:

1. Автоматизацию заготовительного производства за счет сокращения номенклатуры используемых технологических процессов в пользу легко автоматизируемых, например, получения деталей методом штамповки, применения новых прогрессивных материалов, сокращения объема гальванической обработки и т. д.

2. Автоматизацию сборочного производства за счет расчленения процесса сборки на автономную сборку конструктивно простых узлов с ограниченным количеством деталей, обеспечения сопряжения и сборки деталей и узлов элементарными рабочими движениями сборочных автоматов и т. д.

3. При установленном сроке окупаемости 5 лет, коэффициент технического уровня проекта Кту: для узла «Измерительный механизм» равный 0,768 и для «Прибора» в целом равный 0,721.

3. МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОПЕРАЦИЙ РЕГУЛИРОВКИ И ПОВЕРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ ПРИБОРОВ.

Технологические операции регулировки и поверки прибора выполняются после сборки между собой узлов «Измерительный механизм» и «Корпус в сборе». При этом последовательность выполнения основных технологических операций следующая: намагничивание до насыщения магнитного сердечника измерительного механизмавыставление осевого зазора в опорах подвижной частивибростабилизация основных конструктивных элементов измерительного механизмабалансировка подвижной частирегулировка прибора на конечную отметкуопределение индекса шкалыустановка шкалы выбранного шдексаповерка прибора., Для^решения задач автоматизации ' большинства вышеназванных (операдайиспользовано свойство информативности приборов магнитоэлектрической системы [23,27,46]. При. этом сам прибор рассматривается как активный объект. автрматизации, способный выдавать информацию о своем состоянии во время проведения технологических операций регулировки и поверки. В действительности приборы магнитоэлектрической системы представляют собой, электромеханические системы, обладающие свойством. обратимости, и по существу являются генераторными или параметрическими измерительными преобразователями перемещения подвижной части прибора [46]. Их выходной электрический сигнал использован в задачах автоматизации технологических операций регулировки и прверки приборов.

Операция «Намагничивание до насыщения магнитного сердечника измерительного механизма» автоматизируется за счет дооснащения серийной установки намагничивания манипулятором, осуществляющим подачу узла «Корпус с измерительным механизмом» с транспортирующего устройства в зону намагничивания и обратно. ,.

Операция «Выставление осевого зазора в опорах подвижной части» выполняется с помощью специального автомата [8, 40], оснащенного автогенератором для самовозбуждения колебаний подвижной части на резонансной частоте стрелочного указателя — ^ = 190.260 Гц подвижной части прибора, рис. 3.1.

Рис. 3.1. Автогенератор для возбуждения резонансных колебаний подвижной <части .

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования [46] показали, что при заданной амплитуде рабочего электрического сигнала, подаваемого в обмотку подвижной части прибора, на резонансной частоте стрелочного указателя при осевом зазоре в опорах подвижной части б0 = м происходит скачкообразное, в десятки раз, увеличение амплитуды резонансных колебаний стрелочного указателя и устанавливается устойчивый стационарный режимработы автогенератора. При вертикальном расположении оси вращения подвижной части прибора и осевых зазорах больших (2.'.3)х10″ 6 м имеет место эффект гашения резонансных колебаний стрелочного указателя поперечными колебаниями подвижной части, которые возникают за счет радиального зазора в опорах подвижной части прибора. Динамический эффект скачкообразного изменения амплитуды колебаний стрелочного указателя и переход работы автогенератора в стационарный режим служив информативным сигналом о моменте выборки осевого зазора в опорах подвижной части.

Далее с помощью реверсивного устройства, которым1 оснащен автомат для выставления осевого зазора, происходит вывинчивание верхнего винта подпятника на заданную величину и установка необходимого рабочего осевого зазора равного оо = (З5.40)х10 м.

Операция «Вибростабилизация основных конструктивных элементов измерительного механизма» проводится с целью снятия внутренних остаточных напряжений, возникающих у деталей малой жесткости в процессе их изготовления и сборки прибора. Внешнее вибрационное воздействие значительно эффективнее, чем температурное, ускоряет естественные процессы релаксации остаточных напряжений. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования [23, 46] показали, что наиболее эффективными являются вибрационные воздействия на подвижную часть измерительного механизма с частотой резонансных колебаний стрелочного указателя. При этом вполне достаточными являются: амплитуда колебаний конца стрелочного указателя, равная (2.3)х10″ 3 м, и время вибрационных воздействий, равное 50.60 сек.

Операция выполняется на специальном автомате УК-250 [2], оснащенном автогенератором аналогичным показанному на рис. 3.1, позволяющим реализовать метод возбуждения резонансных колебаний стрелочного указателя, основанный на использовании сигнала прибора как генератора в качестве сигнала положительной обратной связи для устройства возбуждения. Прибор в вертикальном положении устанавливается в автомат. В рабочую обмотку подвижной части подается сигнал возбуждения. За счет обратной связи наводимый в обмотке сигнал ЭДС через фильтр подается в усилитель автогенератора и затем вновь в рабочую обмотку подвижной части. В автогенераторе устанавливается устойчивый стационарный режим работы. Автомат отключается после истечения установленного времени, и прибор возвращается в транспортирующее устройство.

Операция «Балансировка подвижной части» проводится с целью уравновешивания последней и заключается в приведении центра массы подвижной части измерительного механизма на ось ее вращения. В качестве информативного сигнала о месте расположения центра массы подвижной части относительно оси ее вращения служит сигнал ЭДС, наводимый в обмотке подвижной части. Информативный сигнал наводится за счет крутильных колебаний подвижной части вокруг оси ее вращения, вызванных возвратно-поступательными движениями прибора в направлении, перпендикулярном оси вращения подвижной части, с частотой, равной собственной частоте крутильных колебаний подвижной части (5.7)Гц.

Для реализации возможности использования данного информативного сигнала разработаны способы и устройства балансировки [3, 4], и изменена конструкция подвижной части измерительного механизма [10], рис. 3.2. На верхней опоре подвижной части 1 расположен балансировочный узел, основным элементом которого является чашка 2, выполненная в форме-части сферы и расположенная на конце со стороны, противоположной стрелочному указателю 3: В чашке балансировочного узла располагается балансировочный груз 4. Значение угла сферического сегмента (р, образующего рабочую поверхность чашки, определяется по формуле р = 2 • Р + 20°, ¦ (3.1) где (3 — угол наклона рабочей платформы автомата для балансировки от горизонтального положения. В работе [32] даны методы и математические выражения для расчета параметров балансировочного узла и груза, а также основных режимов работы автомата для балансировки. а).

Рис. 3.2. Подвижная часть прибора с автоматопригодным балансировочным узлом ' с'!:-!'" .—: ¡—Л" /-: — ¦-¦'¦.-.¦:¦•-¦•¦•. .

Операция выполняется на автомате «Баланс» в три основных этапа. На первом прибор в горизонтальном положении устанавливается на горизонтально расположенную платформу автомата. Затем платформа начинает совершать возмущающие возвратно-поступательные движения. Платформа к тому же имеет возможность наклона в обе стороны от своего горизонтального положения на угол |3 вокруг горизонтальной оси, расположенной параллельно направлению ее возвратно-поступательного движения. Прибор автоматически поворачивается на движущейся платформе до тех пор, пока центр массы не сместится в плоскость, перпендикулярную направлению движения платформы и проходящую через ось вращения подвижной части. При этом информативный сигнал, наводимый в рабочей обмотке подвижной части, достигает своего максимального значения по амплитуде.

На втором этапе положение прибора на платформе фиксируется, и платформа начинает наклоняться, одновременно продолжая возвратно-поступательное движение. Направление наклона платформы определяйся по фазе информативного сигнала. Центр массы подвижной части, за счет перемещения балансировочного груза в чашке балансировочного узла, смещается на ось вращения подвижной части. За счет сферической формы чашки перемещение балансировочного груза происходит в плоскости, параллельной оси вращения подвижной части и перпендикулярной оси наклона платформы. О смещении центра массы подвижной части на ось ее вращения свидетельствует минимальный (нулевой) уровень информативного сигаала.

Операция завершается фиксацией положения платформы и креплением балансировочного груза, выполненного из легкоплавкого материала, с помощью точечного инфракрасного источника теплового излучения. Операция «Балансировка» в общей сложности проводится за 1,5—2 минуты.

Операция «Регулировка прибора на конечную отметку» эффективно может быть автоматизирована с использованием, технологических шкал, оснащенных емкостным датчиком положения стрелочного указателя. Об э’гом будет сказано в следующей главе доклада.

Операция «Определение индекса шкалы» по существу представляет собой определение градуировочной характеристики конкретного прибора, и предполагает его регулировку подбором необходимого индекса шкалы, соответствующего определенной градуировочной характеристике из стандартного ряда [12, 24, 30]. Для приборов магнитоэлектрической системы такой стандартный ряд состоит из 3.5 индексов.

Информативным сигналом при проведении операции служит значение максимальной амплитуды ЭДС — Е&bdquo-, наводимой в рабочей обмотке подвижной части прибора после снятия (выключения) калиброванного токового сигнала 1К, подаваемого в обмотку. Значения подаваемых токовых сигналов, как правило, соответствуют оцифрованным отметкам шкалы прибора. В работе [46] показано, что значение Е&bdquoможет быть определено по формуле.

Е"-8−1|/с, (3.2) где 1)/д — угол отклонения стрелочного указателя под воздействием калиброванного сигнала 1кБ — чувствительность преобразования для конкретного прибора.

Последовательно подавая в рабочую обмотку рад калиброванных тбко-вых сигналов.

1Ь12, ., 1ь ., 1П, (3.3) получаем ряд максимальных значений ЭДС, наводимых в обмотке после снятия каждого из калиброванных сигналов :

Еь Ег,'., Ек,., Еп. (3.4).

Последнее значение Е&bdquoсоответствует полному углу отклонения стрелочного указателя на конечную отметку, отсюда.

3.5).

Еп.

Зная ряд углов расположения оцифрованных отметок на шкале прибора, определяется необходимый ее индекс. Операция реализуется в автоматическом режиме с использованием серийных технических средств.

Операция «Установка шкалы выбранного индекса» автоматизируется с использованием манипулятора, которым из магазина шкал выбирается шкала необходимого индекса и далее собирается с прибором. Операция выполняется за счет возвратно-поступательного движения исполнительного органа манипулятора, что обеспечивается за счет изменения конструкции прибора [9].

Технологический контроль прибора на этапе его регулировки и поверки осуществляется с помощью методов и средств, изложенных в работах [22, 23]. Окончательный контроль выполняется работниками ОТК.

Предложенные методы и устройства автоматизации основных технологических операций регулировки и поверки приборов обеспечивают значение коэффициента технического уровня проекта КТу на этих операциях от 0,648 до 0,893.

4. ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ СТРЕЛОЧНОГО УКАЗАТЕЛЯ.

Один из основных недостатков стрелочных приборов, заключающийся в сложности автоматического считывания показаний, ограничивающий их использование в составе автоматических устройств контроля и управления, устраняется введением в конструкцию прибора встроенного емкостного датчика положения стрелочного указателя (ВЕД) [12,26].

Конструктивно ВЕД состоит из подвижного электрода, которым является стрелочный указатель, и одного или нескольких неподвижных электродов, выполненных в виде токопроводящих слоев и нанесенных на лицевую поверхность шкалы прибора под ее рисунок. Подвижный электрод — стрелочный указатель — соединяется с общей минусовой клеммой прибора. Неподвижные электроды электрически изолированы друг от друга и соединяются с независимыми дополнительными клеммами прибора. Выходным сигналом ВЕД является емкость между подвижным и каждым из неподвижных электродов. Количество и конструктивное исполнение последних определяют вид выходной характеристики ВЕД и функциональные возможности стрелочного прибора, а также его чувствительность и помехозащищенность.

Разработаны различные варианты конструктивного исполнения неподвижных электродов [14, 15, 16, 17, 18], предназначенные для решения различных задач управления и контроля, которые могут быть сведены к трем основным типам (рис. 4.1).

На рис. 4.1,а показана конструкция неподвижного электрода, состоящего из изолированных друг от друга радиально расположенных токопроводящих слоев шириной, равной ширине стрелочного указателя. ВЕД такой конструкции позволяет определить момент прохождения стрелочного указателя над каждым из радиально расположенных электродов.

На рис. 4.1,6 показана конструкция неподвижного электрода, состоящая из изолированных друг от друга нескольких частей круговых колец, каждое из.

23%. .. которых разделено радиальными пазами’шириной, равной ширине стрелочного указателя, на два электрода. ВЕД такой конструкции позволяет снимать информацию о нахождении стрелочного указателя в заданном секторе в виде двоичного кода.

РиЬ-4:1. Варианты констругадай непоДвижньк электродов «- На рис. 4.1,в показана конструкция неподвижного электрода, состоящая из изолированных друг от друга нескольких частей круговых колец, каждое из которых разделено дугообразным пазом на два электрода равной площади. Выходные емкости ВЕД данной конструкции дифференциальны и пропорциональны углу поворота стрелочного указателя, что позволяет получить информацию об угле отклонения стрелочного указателя в виде аналогового сигнала. Характерной точкой такой конструкции ВЕД является положение стрелочного указателя, при котором площади перекрытия стрелочным указателем двух электродов одной и той же части кругового кольца и выходные емкости ВЕД равны между собой.

Выходной сигнал ВЕД складывается из двух составляющих [37, 38]: сВЕД =^пост + Сперем (а), (4−1) где Споет — постоянная составляющая, являющаяся результатом взаимодействия неподвижных электродов и конструктивных элементов прибора, электрически связанных со стрелочным указателемС"ерем (а) — переменная составляющая, являющаяся результатом взаимодействия рабочих электродов. Постоянная составляющая для каждого типа прибора определяется экспериментально и равна для приборов типа М42 300 2.3пФ. Основное значение переменной составляющей формируется за счет площади перекрытия подвижным электродомстрелочным указателем неподвижных электродов — токопроводящих слоев на лицевой стороне шкалы. Математическое выражение для определения Сперем (а) определяется известной моделью плоского конденсатора. Проведенные эксперименты показали, что погрешность модели не превышает 10%. Разность между максимальным и минимальным значением выходной емкости по переменной составляющей для ВЁД конструкций, показанных на рис. 4.1,а и 4.1,6, составляет 0,4.0,5пФ, а ВЕД рис. 4.1,в обеспечивает чувствительность порядка 0,006пФ на 1° поворота стрелочного указателя.

Столь малые значения выходных сигналов ВЕД требуют обеспечения помехозащищенности приборов с ВЕД и разработки специальных измерительных схем (ИС) для различных типов ВЕД. Достаточно эффективным методом повышения помехозащищенности приборов с ВЕД является выполнение на обратной стороне шкалы прибора, по всей ее поверхности, токопроводящего слоя, электрически связанного со стрелочным указателем. Такая конструкция по существу является экраном и обеспечивает практически необходимую помехозащищенность приборов с ВЕД.

Одним из основных требований к измерительным схемам для ВЕД является их высокая чувствительность. Для недифферёнциальных ВЁД (рис. 4.1,а и 4.1,6) использованы схемы автоколебательных ЬСи КС-генераторов, в которых в качестве частотозадающей емкости включен ВЕД, параллельно с которым включена дополнительная высокостабильная емкость. Это позволило повысить стабильность и помехозащищенность ВЕД. Экспериментальным путем была подобрана оптимальная частота генерации 20МГц. Разработана схема ЬС-генератора, питание и входной сигнал в которой передаются по одной шине, что обеспечивает уменьшение длины соединительных проводов.

В качестве ИС могут быть использованы мостовые схемы на переменном токе, где в двух плечах емкости, а в двух других — резисторы. Для недифференциальных ВЕД последний включается в одно из плеч моста, а для другого плеча используется емкость между неподвижным электродом на лицевой стороне шкалы и токопроводящим слоем, служащим экраном, на обратной стороне шкалы. Для дифференциальных ВЕД (рис. 4.1,в) его выходные емкости помещаются в различные плечи мостовой схемы. Установка моста в равновесное состояние при требуемых положениях стрелочного указателя осуществляется переменными резисторами в его резисторных плечах.

Задача преобразования дифференциальных выходных емкостей ВЕД в напряжение постоянного тока решается с помощью ИС с диодным кольцом, показанной на рис. 4.2.

Увых.

Рис. 4.2. Измерительная схема с диодным кольцом.

К одной диагонали диодного кольца подсоединены неподвижные электроды (точки, А и С), стрелочный указатель при этом заземлен (точка В). Вы.

25 ' ходной сигнал снимается с конденсатора С4, который вместе с резистором Я2 образует пассивный фильтр, подавляющий на выходе переменную составляющую, идущую от питающего генератора. Такая схема обладает высокой чувствительностью, позволяющей получить значение выходного напряжения ВЕД в пределах 0.0,5 В, то есть 5,7мВ на 1° отклонения стрелочного указателя, без дополнительного усиления.

Разработанные и. исследованные встроенные датчики положения стрелочного указателя позволяют расширить функциональные возможности стрелочных приборов [28, 33, 35] и использовать их не только в составе автоматических устройств контроля и управления, но и создавать: дополнительные сигнализирующие устройства для операторов, а также решить задачи поверки приборов при эксплуатации без снятия прибора со Щита. Актуальной также является задача автоматизации считывания показаний с приборных’щитов, которая достаточно просто решается с использованием приборов 8 ВЕД [34,36]. — - V. ^ :

Другим важным практическим приложением использования приборов с ВЕД являются задачи автоматизации их производства на стадий их регулировки и поверки. Для решения этих задач могут, использоваться ВЕД, выполненные как на штатных, так и на технологических шкалах приборов. В частности, технологическая операция «Регулировка прибора на конечную отметку» 'может быть автоматизирована с использованием технологической шкалы с ВЕД позволяющей фиксировать нулевое и конечное положение стрелочного указателя. Вначале, с помощью штатного корректора положения стрелочного указателя последний автоматически устанавливается на нулевую отметку, затем в рабочую обмотку прибора подается электрический сигнал, соответствующий конечному положению указателя, и путем последовательного дозированного намагничивания и размагничивания магнитного сердечника измерительного механизма последний намагничивается до необходимого значения, обеспечивающего отклонение стрелочного указателя до конечной отметки шкалы.

Использование встроенного емкостного датчика положения стрелочного указателя обеспечивает коэффициент технического уровня проекта Кту на операциях регулировки и поверки приборов, равный от 0,742 до 0,921.

5. КОМПЛЕКСНО-АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЩЭП В УСЛОВИЯХ ЧЕБОКСАРСКОГО ОАО «ЭЛЕКТРОПРИБОР» .

Проведенные разработки и исследования позволили: создатьв условиях Чебоксарского ОАО 'Электроприбор" комплексно-автоматизированное производство. щитовых электроизмерительных приборов-магнитоэлектрической системы. Структурная схема такого производства показана на рис. 5.1. Комплексный подход обеспечен за счет автоматизации основных технологических операций изготовления деталей прибора, сборки конструктивных узлов и прибора в целом и последующей регулировки и поверки прибора. Кроме того, за счет использования АСУТП «Прибор» обеспечивается управление основными технологическими потоками, работой промежуточных складов и складом сбыта, а также управление работой главного сборочного конвейера и отдельных автоматов.

Сх) о.

Я Узчэ я о X о.

К р

§ § а 8 я о 3 и К 43 о м и о.

3 а о к ло м о.

Й ш.

ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО.

Участок переработки пластмасс 'чяштззшввшшшшшЕй.

Участок СА для сборки подузлов Задачи, реш&вьа.кЭВМ.

1. ПлаюфовакиЕ ву&т хю заготовительному проюводству.

2. V пр ззл? кк* работок склбл&-йвтсматй.

3. Ллмтровешке куче* да еборочнопу произвоолву.

4. Управление работой пмвиого сборочкого конвейера.

5. Обслуживание скгшда сбыта.

Штамповочный участок.

СА сборки серпе чинка.

СА сборки изйер". меянязяи СА сборки гокерит. ЯДО&ОСИИа сборкк. скйбН.

Г8.

Главный сборочный конвейер

Склад" сбыта.

ТОКОПрОВСЩОВ/ г>

СА сборки корпуса. юм.

Выставление осевого зазора.

Балансировка.

Подбор. ивдпЕа шкалы.

Закрьгйю прибора.

СБОРОЧНОЕ ПРОЮВОДСТВО.

ЗА сборки корпуса.

Упакжка,.

В составе комплексно-автоматизированного производства выделены заготовительное производство и сборочное производство. Детали, изготавливаемые на основных производственных участках заготовительного производстваавтоматном, гальваническом, штамповочном и участке переработки пластмасс, после завершения технологического цикла их изготовления подаются на автоматизированный склад. Некоторые участки заготовительного производства до-оснащены специальными1 автоматами (СА), обеспечивающими полный цикл изготовления деталей на этих участках. Кроме того, в составе заготовительного производства организован специализированный участок СА, обеспечивающий сборку подузлов, Например, винта с подпятником, керпа с буксой и т. д. В состав сборочного производства входят главный сборочный конвейер и участок специальных сборочных автоматов, на которых выполняют сборку моста, сборку скобы, сборку подвижной части и сборку измерительного механизма. На главном сборочном конвейере выполняют сборку корпуса прибора, сборку корпуса с измерительным механизмом й затем последовательно1 всё' регулировочные и поверочные операции с использованием специальных автоматов для регулировки и поверюя приборов. Завершающей операцией на главном сборочном конвейере является выписка паспорта и упаковка прибора, после проведения которой готовые приборы подаются на склад сбыта. • ¦

Работа комплексно-автоматизированного производства организуется с помощью ЭВМ и системы АСУТП «Прибор». Основными задачами, решаемыми в рамках АСУТП, являются: планирование и учет по заготовительному производствууправление работой склада-автоматапланирование и учет по сборочному производствууправление работой главного сборочного конвейераобслуживание склада сбытаоперативный контроль за работой производства в целом. 1.

Разработанный проект комплексно-автоматизированного производства рассчитан на программу выпуска одного миллиона ЩЭП в год и, при установленном сроке окупаемости 5 лет, обеспечивает коэффициент технического уровня проекта Кту равный 0,721.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

В результате выполнения комплекса научно-технических исследований осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение — разработана и исследована методология организации НЙОКР при проведении работ по проектам производственного назначения, направленных на повышение эффективности производства, в том числе и за счет его автоматизации: С использованием предложенной методологии разработаны теоретические основы и осуществлены практические конструкторские и технологические разработки щитовых магнитоэлектрических приборов, отвечающих требованиям организации автоматизированного производства на всех его этапах, начиная от изготовления деталей й кончая поверкой, а также разработан и внедрен проект комплексно-автоматизированного производства ЩЭП в условиях Чебоксарского ОАО «Электроприбор» .

Основные результаты и выводы, полученные при решении данной проблемы, заключаются в следующем:

1. Предложен, теоретически обоснован технико-экономический критерий Ктукоэффициент технического уровня проекта, позволяющий количественно оценить эффективность выполнения проектных работ, ориентированных на повышение эффективности производства, основанный на взаимосвязанном учете затрат на производство по всем его этапам и получаемых при этом экономических результатов. Разработанный критерий позволяет оценить результаты внедрения проекта в конкретных экономических условиях.

2. Разработаны математические модели в виде графов, отражающие топологию конструкций изделий производственного назначения и технологий их производства, обеспечивающие высокий, вплоть до отдельных, переходов технологического процесса, уровень детализации анализируемого объекта, что в свою очередь позволяет проводить количественный анализ конструкций изделий и технологий их производства на соответствие требованиям эффективного производства, а также указать возможные направления изменения конструкций изделий и технологий их производства с целью повышения его эффективности.

3. Разработана и апробирована на практике при проведении НИОКР по теме «Разработка комплексно-автоматизированного производства ЩЭП в условиях Чебоксарского ОАО «Электроприбор» методология организации НИОКР, основанная на предложенном критерии и математических моделях, позволяющая поэтапно, начиная с ранних стадий, оценить эффективность проведения проектных работ и указать пути повышения эффективности их проведения.

4. В рамках предложенной методологии предложены пути решения конкретных технических задач и: а) разработаны и исследованы механические конструкции и технологии производства щитовых магнитоэлектрических приборов, отвечающих требованиям автоматизированного производства на этапах изготовления деталей и сборки, обеспечивающие организацию. узловой и общей сборки приборов за счет простейших рабочих движений сборочных автоматовб) проведено исследование информативных функций щитовых магнитоэлектрических приборов в динамических режимах и разработаны пути повышения автоматопригодности конструкций ЩЭП и технологий их производства на этапах регулировки и поверки, основанные на использовании информативных функций ЩЭП в обратимых режимахв) разработан и исследован встроенный емкостной датчик положения указателя стрелочного прибора с использованием конструктивных элементов традиционных конструкций стрелочных приборов (шкалы и стрелочного указателя), за счет чего обеспечено расширение функциональных возможностей ЩЭП и возможность их использования в автоматических системах управления и контроляг) предложены пути повышения автоматопригодности конструкций ЩЭП при проведении технологических операций их регулировки и поверки, основанные на использовании встроенного емкостного датчика положения стрелочного указателяд) разработаны структурные схемы технологического оборудования, предназначенного для автоматизации производства щитовых магнитоэлектрических приборов, проверена его работоспособность на опытных и опытно-промышленных образцах. '.

5. Основным практическим результатом данной работы является разработка и опытное внедрение комплексно-автоматизированного производства ЩЭП в условиях. Чебоксарского ОАО «Электроприбор», при этом полученнные результаты могут быть распространены на другие предприятия отрасли, методология организации НИОКР может использоваться при проведении работ по любым проектам производственного назначения. i.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.C. СССР 1 171 717. Измерительный механизм магнитоэлектрической системы / М-И.Белый, В. А. Мишин, Т. В. Медведёв, В. С. Ильин. Опубл. в БИ, 1985,№ 29. ',: !.''.

2. A.C. СССР 1 174 864. Способ вибрационной стабилизации подвижной системы магнитоэлектрического прибора / В. А. Мишин, Д. М. Белый, А. Е. Докторов, Г. В. Медведев, В. С. Ильин. Опубл. в БИ, 1985, № 31.

3. A.C. СССР 1 216 691. Устройство для статической балайсировки подвижной части прибора / В. А. Мишин, Д. М. Белый, А. А. Новиков, Г. В. Медведев. Опубл. в БИ, 1986, № 9.

4. A.C. СССР 1 226 315. Подвижная система магнитоэлектрического измерительного прибора и способ ее балансировки / В. А. Мишин, Д. М. Белый,.

A.А.Новиков, F.B.Медведев, В. С. Ильин. Опубл. в БИ, 1986, № 15.

5. A.C. СССР 1 242 832. Подпятник / Г. В. Медведев, В. А. Мишин, Е. И. Лазарев, В. П. Ласточкин. Опубл. в БИ, 1986, № 25.

6. A.C. СССР 1 308 018. Электроизмерительный прибор и устройство его поверки / В. А-Мйшин, Г. В. Медведев, Ф. С. Корчев. Опубл. в БИ, 1987, № 12.

7. A.C. СССР 1 376 747- Измерительный механизм электроизмерительного прибора й способ его сборки / В. А. Мишин, Г. В. Медведев, В .П. Ласточкин. Опубл. в БИ, 1988, № 7.

8. A.C. СССР 1 397 838. Устройство для возбуждения колебаний подвижной системы магнитоэлектрического прибора / В. А. Мишин, А. Е. Докторов, Г. В. Медведев. Опубл. в БИ, 1988, № 19.

9. A.C. СССР 1 430 892. Электроизмерительный прибор / В. А. Мишин, Г. В. Медведев. Опубл. в БИ, 1988, № 38.

10. A.C. СССР 1 485 816. Подвижная система магнитоэлектрического измерительного механизма и способ ее балансировки / А. А. Новиков, В. А. Мишин, Г. В. Медведев и др. Опубл. в БИ, 1989, № 36.

11. A.C. СССР 1 499 330. Способ автоматической поверки аналоговых электроизмерительных приборов / Ю. В. Корольков, Г. В. Медведев, А. Н. Кирчун. Опубл. в БИ, 1990, № 3.

12. ?A.C. СССР 1 599 818. Способ автоматической поверки измерительных приборов /В.А.Мишин, С. К. Киселев, Г. В. Медведев. Опубл. в’БИ, 1992, № 10.

13. Патент РФ 2 108 586. Противоударный подпятник для керновой опоры /.

B.А.Мишин, Е. К. Лазарев, Г. В. Медведев. Опубл. вБИ, 1998, № 10.

14. Патент РФ 2 122 180 Электроизмерительный прибор / Г. В. Медведев, Д. Л. Федоров, В. Н. Шивринский, В. А. Мишин. Опубл. вБИ, 1998,№ 32.

15. Патент РФ 2 121 135 Электроизмерительный прибор / Г. В. Медведев, Д. Л. Федоров, В. Н. Шивринский, В. А. Мишин. Опубл. в БИ, 1998, № 30.

16. Патент РФ 2 121 661 Электроизмерительный прибор,/-Р.ВМедведев, Д. Л. Федоров, В .Н.Шивринский, В. А. Мишин. Опубл. в БИ, 1998," № 31.

17. Патент по заявке № 97 115 971/28(17 138) Электроизмерительный прибор / ГЛЗ. Медведев, Д. Л. Федоров, В. Н. Шивринский, В. А. Мишин — решение о выдаче патента от 29.09.97. '¦¦••.

18. Патент по заявке № 97 115 975/28(17 134) ЭлектроизмерйтеДьньщ прибор / Г. В. Медведев, Д. Л. Федоров, В. Н. Шивринский, В. А. Мишин — решение о выдаче патента от 29.09.97.

19. Патент РФ 2 118 825 Магнитоэлектрический измерительный механизм / В. А. Мишин, Е. К. Лазарев, Г. В. Медведев. Опубл. в БИ, 1998, № 25.

20. Me? werk fur ein elektrisches Me? gerat und Verfahren zu Seiner Montage / V.A.Mischin, G.V.Medvedev, V.P.Lastovkin. Offen legungsschrift DE 41.07546A1 10.09.92. Bundesrepublik Deutschland.

21. Бизнес-план инвестиционного проекта: Учеб. пособие В. М. Попов, Л. П. Кураков, Г. В. Медведев и др. / Под ред. В. М. Попова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Финансы и статистика, 1997. — 418с. ;

22. Киселев C.K., Медведев Г. В. Методы устранения динамической ошибки в автоматизированных системах поверки стрелочных приборов // В кн.: Тезисы докладов XXVII научно-технической конференции Ульяновского политехнического института. Ульяновск, 1989, с. 19−20.

23. Киселев С. К., Медведев Г В., Мишин В. А. Автоматическая поверка стрелочных электроизмерительных приборов в динамических режимах. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1996,120с.

24. Мищин В. А., Медведев Г. В. Автоматизация регулировочных операций сборки с помощью технологических писал И Вкн.: Автоматизацад контрольно-поверочных. работ в элек5фоприборостроении: :Тезись1 докладов научно-технического семинара. Ульяновск, 1986, с. 16. : —. ¦ -. Аопоно ¦

25. Йишин B.A., Медведев Г. В. Состояние и перспективы создания уни-. фицированцых цзмерительных механизмов аналоговых электроизмерительных приборов // Приборы и. системы управления, l, c.27−28., j-^ - ь: -, ,.

26. Мишин В. А., Медведев Г. В. Расширение фунгащональных ¡-возможностей аналоговых электроизмерительных приборов на основе встроенного контроля показаний // В кн.: Тезисы докладов международной конференции «Мера-92». Москва, 1992, с.24−26. J /.

27. Мишин В А., Шивринский В. Н., Медведев Г. В. и др. Обеспечение контролепригодности аналоговых измерительных приборов // В кн.: Тезисы докладов 5-ой Российской научно-технической конференции «Оптические, радиоволновые, тепловые. методы и средства контроля качества: материалов, изделий и окружающей среды». Ульяновск, 1993, с. 11−12.

28. Мишин В. А., Шивринский В. Н., Медведев Г. В. и др. Расширение функциональных ¡-возможностей аналоговых приборов// В кн.: ¡-Тезисы докла-. дов XXVIII научно-технической конференции. Часть 1. Ульяновск, 1994, с.20−21.

29. Медведев Г. В. Влияние конструктивных и технологических параметров магнитопровода на характеристики ЩЭП с внутрирамочным магнитом // В кн.: Новые методы повышения надежности аналоговых электроизмерительных приборов: Препринт докладов Научного Совета АН СССР. Ульяновск- 1984, с.5−7.

30. Медведев Г. В. Исследование погрешности изготовления и установки стандартных шкал магнитоэлектрических приборов // В кп.: Автоматизация контрольно-поверочных работ в электроприборостроений: Тезйсы докладов научно-технического семинара. Ульяновск, 1986, с. 18−19. '),: ,.

3h Медведев Г. В. Методология организации НИОКР и подготовка производства инвестиционных проектов производственного назначения. УльянЬвск: Изд. УлГТУ, 1998,43с. о: л. — v.

32. Медведев Г. В., Мишин В: А. Щитовые магнитоэлектрические 1фиборы, пригодные для автоматизации производства: ЧебоксарЬ!-. Изд-йо Чуваш, ун-та, 1996, 132с. ' .л," .

33. Медведев Г. В., Федоров Д. Л. Стрелочные измерительные приборы с расширенными возможностями // В кн.: Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Тезисы докладов Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. Чебоксары: Изд-во Чуваший-та, 1996; с.46−48. •: г.

34. Медведев Г. В., Федоров Д. Л. Щиты электроизмерительных приборов с кодовым информационным выходом // В кн.: Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития: Тезисы докладов научно-технической конференции с международным участием. Ульяновск: Изд. УлГТУ, 1996, с.93−95.

35. Медведев Г. В., Федоров Д. Л. Расширение функциональных возможностей стрелочных электроизмерительных прибЬров // Сб. статей «Измерительные преобразователи и информационные технологии». Под ред. Гусева В-.Г. Уфа: Гилем, 1996, с.93−102.

36. Медведев Г. В., Федоров Д. Л. Автоматизация считывания информации с щитов электроизмерительных приборов // В кн.: Автоматизация ТП и производств. Точность, качество и надежность конструкций и технических систем: Тезисы докладов межвузовского семинара. Самара, 1997, с.12−15.

37. Федоров Д. Л., Медведев Г. В. Выбор и обоснование расчетных схем емкостного датчика угла положения стрелки измерительного прйбора // В кн.: Тезисы докладов XXX научно-технической конференции УлГТУ. — Ульяновск, Изд. УлГТУ, 1996, с. 7−9.

38. Федоров Д. Л., Медведев Г. В. Разработка конструкции и расчет функции преобразования емкостного датчика угла положения стрелки измерительного прибора // В кн.: Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Тезисы докладов научно-технической конференции. — Пенза: Изд. Пенз. гос. техн. ун-та, 1996, с.70−71.

39. Федоров A.B., Медведев Г. В. Технико-экономические аспекты отработки конструкций изделий на технологичность // В кн.: Совершенствование организации производства в условиях интенсификации: Тезисы докладов научно-практической конференции. Ижевск, 1987, с.52−53.

Список цитируемой литературы:

40. A.C. СССР 1 760 366. Способ регулировки, осевого зазора в керновых опорах ЭИП и устройство для его осуществления / В. А. Мишин, А. Е. Докторов, Г. А. Алексеев, Е. С. Угандеев. Опубл. в БИ, 1992, № 33.

41. Арутюнов В. О. Электрические измерительные приборы. M.-JL: Гос-энергоиздат, 1958, 631с. .

42. Бегларян В. Х. Проектирование приборов, оптимальных по конструктивно-технологическим параметрам (Б-ка приборостроителя). — М.: Машиностроение, 1977, 120с.

43. Владимирский P.A. Пути технического перевооружения отрасли на основе внедрения прогрессивной технологии // Приборы и системы управления, 1982, № 12, с. З 8−40.

44. Гореликов Н. И., Елимов A.B., Модягин И. В. Качество и надежность средств электроизмерительной техники // В кн.: Перспективные направления развития электроприборостро.ения. Труды VI Всесоюзной научно-технической конференции. — Л.: ВНИИЭП, 1981, с.89−99.

45. Каплин O.K., Смирнов А. Н., Ятманов Б. А. Выбор структуры построения функционально полной серии щитовых приборов для энергосистем // Приборы и системы управления, 1978, № 5, с.28−29.

46. Мишин В. А. Теория, разработка и исследование стрелочных электроизмерительных приборов как активных объектов автоматизации производства на этапах регулировки и контроля: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ульяновск, 1988 г.

47. Материалы симпозиума фирмы «Prefag». Доклад ФРГ, фирма «Prefag,.-M.: 1983,27с.

48- Медвидь М. В. Автоматические ориентирующие загрузочные устройства и механизмы. — М.: Машгиз, .1963,376с.

49. Нестеренко А. Д., Орнатский П. П. Детали и узлы приборов. КиевТех-, пика, 1965,428с. ¦ .—. 50. Пятин Ю-М. Проектирование элементов, измерительных приборов. -М.: Высшая школа, 1977,304с. • .,.-«• .с ¦ .,.

51. Технологичность конструкций изделий. Справочник. Т. КАлферова, Ю. Д. Амирова, А. Н. Волкова и др. / Под ред. Ю. Д. Амирова. — М.: Машиностроение, 1985,368с.. '., v ¦

52. Состояние и перспективы развития автоматизированного, производства в мире // Оперативная информация ДНИИТЭИ приборостроения, 1983, № 26 (533), 16с.

53. Хайман Д. Н. Современная микроэкономика: анализ и применение. В.