Технологічний процес виробництва РЕА та його автоматизація

Як випливає з назви, основним завданням ІВС є централізований збір інформації про хід технологічного процесу (опитування датчиків), обробка її і видача у вигляді зручному для подальшого використання.

1.8.3 Поняття автоматизованої системи управління технологічним процесом (АСУТП)

АСУТП призначена для автоматичного збору інформації про хід технологічного процесу, обробки її, вироблення керуючих впливів для його коригування та діалогу з оператором-технологом у разі значних порушень технологічних режимів, підготовки звітних документів. Складовою частиною АСУТП є ІВС.

В даний час АСУТП широко застосовуються в промисловості, особливо там, де виконуються складні технологічні процеси з великою кількістю контрольованих параметрів і керуючих впливів, з метою розвантаження оператора від рутинної роботи та зосередження його уваги на тих випадках, коли потрібне його втручання.

Автоматизовані системи управління технологічними процесами відрізняються від систем автоматичного управління (регулювання) більш широким діапазоном автоматизуються функцій управління. АСУТП виконують такі основні функції: централізованого контролю, визначають оптимальний технологічний режим, що задовольняє обраним критерієм; формують і реалізують, що управляють, забезпечують ведення оптимального режиму; коригують математичну модель об'єкта при змінах на об'єкті; розраховують і реєструють поточні та узагальнені технологічні та економічні показники; оперативно розподіляють матеріальні потоки і енергію між технологічними агрегатами і ділянками; оперативно розподіляють допоміжні механізми і ремонтні засоби; оперативно коректують добові і змінні планові завдання по випуску продукції.

Перелічені функції можуть бути реалізовані, як правило, при використанні ЕОМ. Тому наявність ЕОМ в контурі управління процесом вважається однією з відмінних рис АСУТП. Залежно від способу включення ЕОМ в контур управління можна виділити п'ять різних типів структур АСУТП, що розрізняються характером функцій управління.

1. ЕОМ у режимі збору інформації. Параметри технологічних процесів, виміряні датчиками, перетворяться в цифрову форму засобами сполучення і вводяться в ЕОМ. Після обробки в ЕОМ оперативна інформація про хід процесу надходить на засоби відображення технологічних параметрів; статистична інформація, призначена для реєстрації, а також обчислені економічні та технологічні показники друкуються у вигляді документа. Системи збору і обробки даних виконують в основному ті ж функції, що і систем централізованого контролю, і є більш високою ступінню їх організації. Такі системи використовуються при управлінні технологічними та виробничими процесами в тих випадках, коли існують причини, за якими визначення технологічного режиму і формування керуючих впливів повинні виконувати люди.

2. ЕОМ у режимі порадника. У таких системах крім збору та обробки інформації виконуються наступні функції: визначення раціонального технологічного режиму за окремими технологічними параметрами або всьому процесу в цілому; визначення керуючих впливів по всіх або окремих керованим змінним процесу; визначення значень уставок локальних регуляторів. У системах-порадника дані про технологічному режимі і керуючих впливах надходять через засоби відображення інформації у формі рекомендацій оператору, який може прийняти або відкинути їх. Рішення оператора грунтується на власному розумінні ходу технологічного процесу та досвіді управління ним. В одних випадках обчислення керуючих впливів виробляються щоразу, коли фіксується відхилення параметрів процесу від заданого технологічного режиму. Процес обчислення ініціюється програмою-диспетчером, яка містить підпрограму аналізу стану процесу. В інших випадках обчислення ініціюються оператором у формі запиту. Системи-порадники застосовуються в тих випадках, коли потрібно обережний підхід до рішень, виробленим формальними методами, що пов'язано з невизначеністю у математичному описі керованого процесу. Невизначеність може виражатися в наступному:

- Математична модель недостатньо повно описує процес, тому що пов'язує лише частина керуючих і керованих змінних процесу;

- Математична модель адекватна процесу лише у вузькому інтервалі зміни технологічних параметрів;

- Математична модель процесу занадто складна для реалізації у складі АСУТП;

- Розрахунки з математичної моделі не можуть бути виконані в реальному часі;

- Критерії управління носять якісний характер і істотно змінюються в залежності від великого числа зовнішніх факторів.

Невизначеність описів може бути вимушеною, що відбиває погану вивченість складного процесу, так і навмисної, викликаної тим, що реалізація повної та адекватної моделі вимагає застосування великої дорогої ЕОМ, що в даному випадку економічно не виправдовується.

3. ЕОМ у режимі супервизорного управління. АСУТП, що функціонує в режимі супервизорного управління, являє собою дворівневу ієрархічну систему. Нижній рівень, безпосередньо пов'язаний з процесом, утворюють локальні регулятори окремих технологічних параметрів. На верхньому рівні керування встановлена ЕОМ, основною функцією якої є визначення оптимального технологічного режиму та обчислення на його основі значень уставок локальних регуляторів.

Вхідний інформацією для обчислення уставок є значення деяких керованих параметрів, вимірювані датчиками регуляторів і контрольовані параметри стану процесу, вимірювані датчиками. Оператор з пульта управління має можливість вводити додаткову інформацію, зокрема, змінювати обмеження на керовані та керуючі змінні, уточнювати критерій управління в залежності від зовнішніх факторів. Можливі два варіанти реалізації супервизорного управління: з математичною моделлю і без неї. Якщо є досить адекватна і проста модель процесу і критерій управління (цільова функція), то обчислення уставок регуляторів може бути організоване як рішення задачі оптимального управління. У тих випадках, коли з-за складності процесу не ставиться завдання оптимального управління, управління можна організувати як процес експериментального пошуку екстремуму цільової функції управління, коли оптимальний технологічний режим шукається методом проб і помилок. Супервизорного режим дозволяє здійснювати автоматичне керування процесом. Роль оператора зводиться до спостереження за процесом і, в разі необхідності, до коректування мети управління і обмежень на змінні.

4. ЕОМ в режимі безпосереднього цифрового керування. На відміну від супервизорного управління при безпосередньому цифровому управлінні управляючі дії розраховуються ЕОМ і передаються безпосередньо на виконавчі органи. Режим безпосереднього цифрового керування дозволяє виключити локальні регулятори з задається уставкою.

5. Ієрархічні системи управління. Якщо однорівнева структура АСУТП не забезпечує необхідного режиму функціонування складного технологічного об'єкта, то систему управління можна побудувати як багаторівневу - у вигляді окремих підсистем, між якими встановлені відносини підпорядкування. Кожна підсистема має ЕОМ, що працює в одному з описаних вище режимів. Функції управління можуть бути розподілені між рівнями, наприклад, наступним чином. Нижній (перший) рівень управління безпосередньо керує технологічними операціями.

Другий рівень виконує функції розрахунку і оперативного коректування режимів технологічних операцій. Третій рівень управління представляє собою центральну керуючу підсистему, вирішальну завдання розрахунку і оперативного коректування технологічного режиму всього процесу в цілому.

Розглянуті п'ять типів структур АСУТП розрізняються способом включення ЕОМ у контур управління. Три останніх типу структур повністю виключають оператора з основного контуру управління, тому системи, побудовані на їх основі, можна віднести до класу автоматичних. Для складних процесів на великих виробничих комплексах будуються системи управління, що поєднують описані способи включення ЕОМ у контур управління. Така система поділяється на підсистеми, для кожної з яких в залежності від можливостей її математичного опису та економічно доцільності обрана певна структура.

Комплекс підсистем можна реалізувати або на одній ЕОМ, що розділяє час між підсистемами, або на декількох ЕОМ, кожна з яких обслуговує відповідну підсистему, або на обчислювальної мережі, що складається з великого числа міні-чи мікро-ЕОМ.

Важливою складовою частиною АСУТП, багато в чому визначає її функціональні можливості, є математичне забезпечення (МО), яке можна розділити на функціональний і загальносистемне. Функціональне математичне забезпечення утворюється комплексом програм, безпосередньо виконують функції управління даним процесом. Загальносистемне МО у поєднанні зі спеціальними апаратними засобами дозволяє управляти ресурсами ЕОМ, здійснювати спілкування оператора та ЕОМ, використовувати стандартні програми при вирішенні функціональних завдань, виконувати діагностування елементів ЕОМ. У сучасній термінології загальносистемне МО прийнято називати операційною системою (ОС). Компонентами ОС є чотири комплекси програм: управління ресурсами; програмні засоби спілкування оператора та ЕОМ, діагностичні програми, стандартні програми.

Управління ресурсами. ЕОМ має ресурси чотирьох видів: часом центрального процесора, пам'яттю, зовнішніми пристроями та програмним забезпеченням. Час центрального процесора розподіляється між функціональними програмами шляхом переключення з однієї програми на іншу, яке виконується або за заздалегідь складеним розкладом, або без нього. Розклад будується на підставі вимог до управління технологічним процесом і являє собою порядок і час виконання функціональних програм. Перемикання без розкладу відбувається під дією сигналів переривання, джерелами яких можуть бути технологічний процес і оператор. Отримавши сигнал переривання, ОС зупиняє виконання поточної програми, але таким чином, щоб надалі можна було повернутися до її виконання у тому місці, де вона була перервана. Зауважимо, що розклад регламентує лише виконання функціональних програм, причому воно може вимагати одночасного виконання кількох програм, які можна здійснити при мультипрограмування і режимі поділу часу.

Засоби спілкування оператора та ЕОМ (інтерфейс користувача). Для спілкування оператора та ЕОМ розробляється спеціальна мова, що складається з обмеженого набору команд, що представляють собою слова природної мови. Команди вводяться через клавіатуру дисплея. Функціями програмних засобів спілкування є переклад мови оператора на машинну мову, інтерпретація команди, а потім спільно з іншими програмами ОС планування і реалізація дій, необхідних даною командою.

Діагностичні програми. Головна мета діагностики - підвищення експлуатаційної надійності АСУТП за рахунок швидкого виявлення нормального функціонування ЕОМ і відшукання що відмовив.

Стандартні програми. Хоча кожна АСУТП має ряд специфічних рис і тому носить індивідуальний характер, у багатьох з них потрібне проведення стандартних технічних розрахунків та операцій над даними. Тому в складі ОС існує бібліотека стандартних програм, не призначених безпосередньо для виконання операцій управління.

Вона використовується програмістами при створенні функціональних і службових програм АСУТП.

1.8.4 Поняття автоматизованого технологічного комплексу (АТК)

АТК призначений для випуску продукції в автоматизованому режимі. Основна його відмінність від АСУТП полягає в тому, що в АТК технологічне обладнання і технічні засоби системи управління складають єдине ціле, вони спільно розробляються і експлуатуються, один без одного вони працювати не можуть. Такий підхід дозволяє спростити систему за рахунок кращої взаємодії її частин і підвищити якість її роботи. В даний час АТК широко застосовуються в промисловості при випуску продукції, технологія виробництва якої включає в себе складні фізико-хімічні перетворення або небезпечна для виробничого персоналу.

1.8.5 Поняття автоматизованої системи управління підприємством (АСУП)

АСУП призначена для управління всією діяльністю підприємства в автоматизованому режимі. Вона включає в себе системи управління технологічними процесами, запасами сировинних матеріалів, паливо енергетичних ресурсів, комплектуючих виробів, напівфабрикатів, готової продукції, економічною діяльністю підприємства, автоматизованої підготовки документації підприємства і звітних документів, тобто АСУП включає в себе ряд систем автоматизації, об'єднаних в єдину мережа потоками інформації. Такий підхід дозволяє скоротити витрати праці на передачу інформації (звітів, розпоряджень, планів тощо) між підрозділами підприємства, скоротити час їх підготовки, уникнути багатьох помилок, ввести в активний режим роботи систему управління якістю на підприємстві.

В даний час АСУП отримують широке поширення на підприємствах одночасно з впровадженням локальних мереж на базі персональних комп'ютерів. Особливо широко цей підхід до автоматизації використовується на підприємствах з великою номенклатурою продукції, що випускається, великою кількістю зв'язків з іншими підприємствами.

1.8.6 Поняття гнучких автоматизованих виробництв (ГАП) та інтегрованих виробничих комплексів (ІПК)

Гнучкі автоматизовані виробництва - це якісно більш досконалий етап в комплексній автоматизації виробництва. Це система автоматизації, що охоплює все виробництво від проектування виробів і технологій до виготовлення продукції і доставки її споживачу. Ця тенденція веде до створення високоавтоматизованих цехів і заводів-автоматів, де засоби обчислювальної техніки застосовуються у всіх ланках виробництва. Верстатобудівники почали випускати промислово серійні гнучкі автоматизовані виробництва (ГАП) на базі обробних центрів і гібкопереналажіваемих автоматичних ліній.

Автономне розвиток АСУ (обробка інформації), САПР, АСУТП, систем управління гнучким автоматизованим виробництвом (СУГАП), промислові роботи не дають бажаного ефекту у підвищенні продуктивності. Так, наприклад, САПР, АСТПП, АСУП підвищують продуктивність праці приблизно вдвічі, СУГАП приблизно уп'ятеро, а інтегрований комплекс - у десятки разів. Тому був взятий курс на інтеграцію, особливо в області ГАП.

Основою заводу з повністю автоматизованим виробничим циклом є інтегрований виробничий комплекс (ВПК), що включає системи автоматизації передпроектних наукових досліджень (АСНИ), проектування конструкції виробів (САПРК) і технологічних процесів (САПРТП), проектування технологічної підготовки виробництва (АСТПВ), гнучке автоматизовані виробництво ( ГАП), систему автоматизованого контролю (Аски). Призначенням ІПК є проведення всіх робіт циклу від дослідження до виробництва на основі використання загальної інформаційної бази і безпаперовій технології передачі інформації по складових цього циклу за допомогою локальних обчислювальних мереж.

Особливо ефективним є застосування ВПК і ГАП в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва в умовах частої змінюваності номенклатури продукції і скорочення часу її випуску. Комплексна автоматизація виробництва на базі ВПК і ГАП дозволяє:

- У 7-10 разів підвищити продуктивність праці;

- Скоротити тривалість виробничого циклу;

- Підвищити технічний рівень і якість продукції, що випускається;

- Знизити матеріало-і енергоємність продукції;

- Збільшити коефіцієнт змінності обладнання;

- Вивільнити значну частину працюючих на виробництві;

- Скоротити виробничі площі.

Крім того, число різних класів технічних систем подвоюється в середньому кожні 10 років, обсяг науково-технічної інформації, використовуваної в конструкторських розробках, подвоюється кожні 8 років, час створення нових виробів зменшується у два рази кожні 25 років при одночасному скороченні терміну їх морального старіння. Це обумовлює пропорційне зростання обсягів проектування (приблизно в 10 разів кожні 10 років), а при збереженні ручної технології конструювання необхідно мати такі ж темпи зростання числа фахівців. Однак, оскільки насправді їх число може зростати в 3 рази кожні 10 років, крім того, зростає складність проектованих систем і кількість варіантів, якими вони можуть бути реалізовані, використання обчислювальної техніки при проектуванні нових виробів є необхідним.

Гнучка виробнича система (ГПС) (гнучке автоматизоване виробництво - ГАП) - сукупність у різних поєднаннях обладнання з ЧПК, роботизованих технологічних комплексів, гнучких виробничих модулів, окремих одиниць технологічного обладнання та систем забезпечення їх функціонування в автоматичному режимі протягом заданого інтервалу часу, що володіє властивістю автоматизованої переналагодження при виробництві виробів довільної номенклатури в установлених межах значень їхніх характеристик.

Складніше за все відбувається впровадження ГАП в складальні виробництво, це пов'язано:

- Зі складністю і різноманітністю об'єктів складання і необхідної для цієї збірки оснащення;

- Коротким циклом операцій складання;

- Нежорсткі або пружністю деталей;

- Необхідністю в налаштуванні, підгонці та обліку малих допусків у зчленуванні деталей.

У складальних ГАП центральним компонентом є роботи з розвиненою сенсорикою і високим рівнем машинного інтелекту, що впливає на збільшення рівня витрат при створенні ГАП збірки. Оскільки роботи з інтелектуальними засобами управління ще не набули широкого розповсюдження, то доводиться різко підвищувати витрати на периферійне устаткування і оснащення, створюючи умови для застосування більш простих роботів. При цьому вартість оснащення та периферії складає до 70% від загальної вартості складального модуля. Далі будуть більш детально розглянуті економічні і соціальні аспекти використання роботів.

Однак, ГАП не є ефективним для будь-яких типів виробництв.

Перспективи розвитку ГАП пов'язані з усе більш масштабної інтеграцією в складі однієї системи різних виробничих функцій і повною передачею цих функцій під контрольоване управління від ЕОМ на базі новітніх СВТ (ЕОМ 5-го покоління, що базуються на принципах штучного інтелекту), розвинених засобах обробки графічної і мовної інформації, лазерної та іншої техніки вимірювання, волоконнооптичних лініях зв'язку і розподілено мережевих методах обробки інформації.

1.9 Перспективи застосування засобів обчислювальної техніки в технології виробництва РЕА

Нижче наведені застосовувані засоби і способи гнучкої автоматизації виробництва та основні досягаються результати їх застосування.

1. Багатоцільове технологічне обладнання з мікропроцесорним управлінням. Підвищується концентрація операцій, збільшується час безперервної роботи, підвищується продуктивність робіт, якість та ідентичність виробів, скорочується потреба в робочій силі, виробничих площах і устаткуванні, скорочується тривалість виробничого циклу виготовлення РЕА, збільшуються системна гнучкість, надійність і живучість ДПС.

2. Мікропроцесорні локальні системи управління (ЛСУ) технологічним та іншими видами устаткування. Забезпечується багатофункціональний характер керованих від ЛСУ верстатів, збільшується продуктивність обладнання, підвищується якість виробів, що випускаються, знижується обсяг апаратурної частини, завдяки чому підвищується надійність системи та обладнання, зростає рівень уніфікації (як конструктивної, так і функціональної); знижується вартість ЛСУ і устаткування, спрощується сполучення з ЕОМ групового управління.

3. Промислові роботи (ПР). Автоматизація операцій завантаження-вивантаження обладнання, інваріантність до цих операцій, автоматизація деяких транспортних операцій, при цьому виключається ручна праця, скорочується тривалість операцій завантаження-вивантаження, транспортування, підвищується автономність роботи обладнання і системна живучість; збільшується коефіцієнт завантаження обладнання, знижується потреба в робочій силі .

4. Комплекси устаткування ЦПК, ДПС (з управлінням від ЕОМ), РТК, АТСС, СЦК. Автоматизація не тільки основних, але і допоміжних операцій (транспортні, складські, контрольно-вимірювальні роботи); виключається (скорочується) потреба в робочій силі: скорочується весь виробничий цикл випуску виробів; СЦК підвищує вірогідність контролю і сприяє цим підвищенню якості виробів, діагностика обладнання дозволяє підвищити надійність обладнання і комплексів.

5. ЕОМ для управління комплексом. Оперативне управління групою обладнання з одночасним підвищенням коефіцієнта його завантаження; забезпечується облік та оптимізація розподілу ресурсів, підвищується продуктивність, скорочується обсяг страхових заділів і обсягів незавершеного виробництва; виключаються багато додаткові операції, які вводилися через обліку тривалого зберігання напівфабрикатів на складі (наприклад, додаткове лудіння висновків); підвищується надійність, гнучкість, спрощується узгодження з ЕОМ цехового рівня.

6. Високий рівень уніфікації, стандартизації всіх засобів автоматизації виробництва (включаючи ТП, обладнання, ПР, оснащення, інструмент, програмне забезпечення). Скорочуються терміни і трудомісткість проектування, виготовлення та налагодження зазначених коштів, знижується собівартість, підвищується надійність.

7. Системи автоматизованого проектування (САПР) та системи наукових досліджень (АСНИ) на базі великих ЕОМ. Автоматизація процесу проектування виробів РЕА з проведенням попередніх досліджень сприяє підвищенню якості РЕА, скорочує трудомісткість і терміни проектування.

8. Автоматизована система технологічної підготовки виробництва (АСТПВ) на базі великих ЕОМ. Автоматизація розробки ТП, керуючих програм на всі види устаткування і всі вироби планованого періоду і зберігання їх в пам'яті ЕОМ, автоматизація проектування технологічного оснащення, скорочується трудомісткість і терміни технологічної підготовки виробництва.

9. Автоматизовані системи управління виробництвом на базі великих ЕОМ. Автоматизація процесів планування, матеріального забезпечення виробництва, оперативного управління процесом виготовлення виробів РЕА.

10. Комплексні інтегровані системи єдиного ланцюга проектування-виготовлення (ІПК). Об'єднання всіх процесів, пов'язаних з проектуванням, підготовкою виробництва та виготовлення виробів в єдину безперервну ланцюг; успішна адаптація конструкції виробу до умов виробництва, підвищується ефективність випуску виробів, значно скорочується обсяг перетворень інформації про виріб, що виконується при роздільному використанні САПР, АСТПП, АСУП, АСУГПС , що дає можливість здійснити принцип "один раз ввести і багаторазово використовувати інформацію", тобто виключити пристрої введення, перетворення АСУТПП, АСП, АСУГПС і залишити їх тільки, наприклад, в САПР; значно скорочується цикл проектування-виготовлення; підвищується якість виробів; знижується собівартість; економляться матеріальні ресурси.

1.10 Застосування роботів на допоміжних і транспортних виробничих операціях

В даний час роботи в основному застосовуються при операціях транспортування, складання, обслуговування обробного устаткування, зварювання та контролю. З точки зору обчислювальної навантаження на керуючу ЕОМ виробничі операції можна підрозділити на два види:

- Інформаційно прості операції, до них відносяться операції перенесення великої кількості предметів чи важких предметів;

- Інформаційно складні операції (збирання і контролю).

Основним напрямом вдосконалення роботів є розвиток застосування мікро-ЕОМ з 8, 16 і 32-розрядними мікропроцесорами, розвиненими операційними системами і завданню орієнтованими мовами програмування високого рівня. Перспективним напрямком є використання аналогових мікропроцесорів, тобто великих інтегральних схем, де в одному кристалі реалізовані як цифрові елементи - мікропроцесор, так і цифро-аналогові і аналого-цифрові перетворювачі, схеми управління периферійними пристроями.

Для реалізації високонадійних систем керування роботами все більше знаходять застосування адаптивні мікропроцесори з БІС, тому що в цих пристроях є резервні вузли, засоби діагностики відмов та самовідновлення, що реалізують адаптивні внутрішні зв'язки, що сприяють збільшенню надійності роботооріентірованних обчислювальних пристроїв до показників, що відповідають виробничим вимогам.

1.11 Алгоритми керування роботами

Алгоритми та методи навчання роботів поділяються на:

- Пряме навчання;

- Роботооріентірованное програмування;

- Метод задачного-орієнтованого програмування.

При прямому навчанні передбачається ручне переміщення робота в усі необхідні положення та запис відповідних їм узагальнених координат зчленувань. Виконання програми полягає у переміщенні зчленування робота відповідно до заданої послідовністю положень і не вимагає універсальної обчислювальної машини. Обмеженням є те, що неможливо використовувати датчики. Цей метод програмування ефективний для точкового зварювання, фарбування і простих вантажно-розвантажувальних робіт з фіксованими положеннями робочого органу і оброблюваної деталі в захищеній від потрапляння сторонніх предметів і людей зоні.

При роботооріентірованном програмуванні використовуються датчики і суть програмування полягає в тому, що відбувається опитування датчиків і визначається рух робота в залежності від обробки сенсорної інформації. Перевагою цього методу є те, що при використанні сенсорної інформації робот може функціонувати в умовах певної невизначеності. Цей метод використовується для складання або контролю якості збірки. Спростити процедуру програмування можна шляхом використання в роботооріентірованних мовах методу машинної графіки, який пов'язаний із заміною методу прямого навчання моделюванням робочого простору роботів. Цей метод в значній мірі відтворює процес прямого навчання роботів з такими його перевагами, як можливості вільної зміни точки зору, візуального контролю взаємного положення всіх елементів робочого простору, інтерактивної налагодженням. Підключення САПР до процесу програмування роботів дозволяє різко підвищити ступінь інтеграції робота з виробничою системою, тобто одна і та ж БД може бути використана для всієї виробничої системи.

При методі задачного-орієнтованого програмування визначається не рух роботів, а бажане розташування об'єктів. Вихідною інформацією для цього методу програмування є геометрична модель робочого простору і робота. Такі системи називаються системами моделювання робочої обстановки. Характерною особливістю таких систем є відмова від детального програмування конкретних дій робота і програмування задачі в термінах взаємного положення об'єктів в робочому просторі і його змін. Фактично дії робота будуються за допомогою методів штучного інтелекту на основі моделі робота і оточуючих його об'єктів. Тут також велике значення має геометрична модель.

Програмування роботів з використанням модельних уявлень включає 3 основних етапи:

1. формування необхідних інформаційних моделей;

2. побудова програмних переміщень деталей з контролем взаємного положення, виконання технологічних операцій, в т.ч. зміни загарбного пристрої та інструменту, перевірок умов та організації логічних переходів, синхронізації з іншими пристроями;

3. отримання виконавчої програми управління роботом на мові низького рівня.

Побудова геометричній моделі робочого простору може бути здійснено одним з трьох способів:

1. за допомогою маніпулятора;

2. засобами машинної графіки;

3. за допомогою системи технічного зору.

Перші два були розглянуті вище (пряме навчання і роботооріентірованное і задачного-орієнтоване програмування), а третій спосіб - це по-суті модифікація першого - інтерактивне зір, в якому оператор, користуючись лазером як указкою, вказує світловим плямою характерні точки об'єктів робочого простору, а координати вимірюються системою технічного зору.

2. Автоматизація контрольних операцій

2.1 Автоматизований візуальний контроль друкованих плат

Aplite 3.1 - це автоматизована система візуального контролю якості друкованих плат на будь-якій стадії виготовлення.

Найважливішою особливістю системи є те, що вона використовує стандартний планшетний сканер для введення зображень контрольованих зразків. Ніякого спеціального устаткування не потрібно.

Контрольовані вироби:

- Позитивні і негативні чорно-білі та кольорові фотошаблони, виготовлені на склі чи плівці;

- Заготовки друкованих плат після свердління металлизируемого отворів;

- Заготовки друкованих плат з нанесеним топологічним малюнком на будь-якій стадії виготовлення;

- Готові друковані плати без елементів.

Виявлені дефекти:

- Спотворення масштабу (розтягнення плівки фотошаблона);

- Розриви провідників;

- Перемички між провідниками;

- Порушення допусків на мінімальну ширину друкованого провідника і мінімальна відстань між провідниками;

- Відсутні і зміщені отвори;

- Отвори, що мають невірний діаметр;

- Відсутні і зміщені контактні майданчики;

- Контактні майданчики, які мають невірний розмір або перекручену форму;

- Порушення кільця контактної площадки;

- Всі розбіжності зразка та еталону, розміри яких перевищують порогове значення.

Основний метод контролю - порівняння з еталоном. Як еталон використовується інформація з САПР розробників друкованої плати.

Система здійснює автоматичне суміщення шаблону й еталона. Результати роботи системи видаються в наочній формі. Зручні засоби навігації по зображеннях і дефектів дозволяють оператору швидко приймати рішення.

Точність контролю визначається максимальним дозволом сканера, об'ємом оперативної пам'яті і швидкодією обчислювальної системи.

Є можливість контролю заготовок по частинах.

Після сканування чергового зразка Aplite автоматично перетворює його в бінарну форму, відкриває необхідний еталон і здійснює первинне суміщення шаблону й еталона. Після цього запускається автоматична процедура виявлення дефектів, що включає точне поєднання зразка та еталону, контроль топології і контактних майданчиків. По завершенні процесу користувачеві видається звіт.

Далі розглянута коротка демонстрація основних особливостей Aplite на реальному прикладі.



Малюнок 2.1 - Контроль розриву провідника і загальний вигляд системи.

Активним є шар суміщення, який формується з двох зображень: синій колір відповідає еталону, червоний - шаблоном. Натискаючи клавішу Пропуск, користувач по черзі переглядає всі дефекти, виявлені системою.



Рисунок 2.2 - Контроль разрыва и нарушения ширины проводника.



Рисунок 2.3 - Дефекти контактних площадок



Рисунок 2.4 - Представлення дефектів

2.2 Аналізатор дефектів виготовлення (АДІ)

Безліч наявних на ринку систем тестування електронних збірок не полегшує знаходження найкращого рішення без надання більш детальної інформації. Звичайно ви повинні чітко знати про те, які спеціальні вимоги накладаються на дані системи. Ціни котирування, отримані від фірм-виготовлювачів, коливаються від багатьох тисяч до мільйона доларів США. Фактично нелегко зрозуміти чому відмінності в цінах такі великі. Незалежно від будь-яких удосконалень, які одна система може мати в порівнянні з іншого, при розгляді будь-якої системи завжди слід сконцентруватися на вартості системи і використовуваних можливості програмування. Вам також необхідно визначити який персонал буде потрібно для обслуговування такої системи тестування.

В даний час, тому що компанія HAMEG також входить в даний сильно-конкурірущій ринок, для цього є хороші причини. Не останньою з них є наш досвід, отриманий протягом десятиліть при виготовленні електронного обладнання. Тому ви можете очікувати від нових систем серії 6000, що вони принаймні одні з найсучасніших і рентабельних з точки зору витрат у порівнянні з конкуруючими системами.

2.2.1 АДІ при тестування в ланцюзі

Крім простих блоків тестованих збірок (БТС) з відносно невеликою кількістю компонентів зазвичай вам доводиться застосовувати перевірку за допомогою АДІ (при відсутності живлячої напруги на БТС) або тестування в ланцюзі (коли БТС знаходиться під напругою) при подальшому функціональному випробуванні для перевірки працездатності збірки. Тому найбільше значення зазвичай переноситься на функціональний випробування. Виходячи з цього для вихідного випробування досить проведення тестування за допомогою АДІ, тому що воно пов'язане з меншою вартістю самої програми і відповідними витратами щодо її реалізації. Проте це тестування завжди слід проводити відразу після складання друкованої плати, щоб можна було швидко виявити і усунути дефекти, які могли раптово з'явитися при монтажі компонентів на поверхню.

Системи АДІ особливо підходять для виявлення неправильно розташованих, пропущених і дефектних компонентів, а також коротко-замкнутих ланцюгів при пайці і всіх видів розривів. Згідно з різними статистичними публікацій вищезгадані типи охоплюють більше 80% всіх можливих пошкоджень. За загальним визнанням для випадку використання інтегральних схем можливо тільки визначити їх наявність і функцію діодів захисту на входах і виходах. Якщо ми виходимо з припущення фактичної відповідності інтегральних схем всім вимогам щодо якості і правильного розташування всіх компонентів на поверхні друкованої плати, то цілком достатньо дослідити характеристики першої тестованої збірки в нових серіях, коли проводиться функціональна перевірка. Однак якщо потрібно заощаджує витрати тестування інтегральних схем на майбутню стадії торгу, то в цьому випадку недорогий тестер компанії HAMEG як раз і є той самий прилад, який треба використовувати для цієї мети.

До інших позитивних якостей системи АДІ НМ6001 відноситься короткий період часу на проведення програмування. БТС з 600 точками перевірки можна запрограмувати в межах 1 \ 2 дні і навіть коротше. До того ж є певні функції самонавчання, які допомагають зменшити період часу, що витрачаються на програмування. Ще однією перевагою є вбудований САПР - компілятор для більшості використовуваних програм САПР. Всього лише введіть перелік САПР та виконання програми буде здійснюватися автоматично.

Дуже просте тестування може бути виконане при використанні тестера в ланцюзі (для БТС що знаходиться під напругою). Це тестування може досить добре використовуватися для перевірки інтегральних схем. Якщо ви розглянете обладнання, програмування і тестування з показниками вартості у декілька разів вище наших, то в більшості випадків витрати виявляться невиправданими, навіть для випадку більш точного результуючого тестування. І не тільки це, тому що вам завжди потрібно кваліфікований технік для роботи з тестером в ланцюзі.

Перевірочні пристрою сполучення (перехідники-адаптери) є ще одним важливим компонентом системи АДІ. На оснащенні з полем контактів, виготовленої компанією HAMEG дуже легко працювати, причому вона забезпечує швидкий доступ до поверхні, тому дуже добре підходить для виконання ремонтних робіт на БТС. Провідна система від перехідника-адаптера в значній мірі спрощена, що дає економію принаймні 50% часу, зазвичай необхідного для виконання даної операції.

Навіть напівкваліфікований персонал отримає користь з легкості використання приладу і виконає перевірку БТС.

У цілому компанія HAMEG знову встановила нові стандарти в секторі автоматичного тестування обладнання за рахунок створення приладів серії НМ6000.

2.2.2 Тестування насадкою при поверхневих вимірах на інтегральних схемах

Перевірочна система АДІ НМ6001 компанії HAMEG має опціональні можливості для перевірки розімкнутих сполук на пристроях, таких як інтегральні схеми та з'єднувачі.

Використовуючи спеціальний, встановлюваний зверху щуп проводяться виміри за методикою компанії НР від верхньої частини кожного компонента до кожного кола під ним. Розімкнені сполуки можуть бути виявлені за рахунок вимірювання невеликих ємнісних величин.

До складу даної опції входять модуль з електронікою для установки в системний контролер і ліцензія від компанії НР на використання даного запатентованого способу. Модель НМ6001 може підтримувати до 24 верхніх щупів компонентів. Якщо потрібні додаткові верхні щупи, то можуть додаватися модулі з 24 щупами в кожному з них. В одиночній системі тестування може бути встановлено до 8-ми модулів (192 верхніх щупа).

Вбудований в щуп підсилювач-інтегратор забезпечує високонадійне виявлення сигналу, майже вільного від інтерференції паразитного сигналу.

Перевірочні насадочні щупи (що поставляються компанією НР і іншими фірмами-виробниками оснащення) встановлюються над кожною інтегральної схемою або з'єднувачем, які підлягають перевірці на розімкнуті контакти. Щупи зазвичай встановлюються таким чином, що надають невеликий тиск на корпус компонентів, що підлягають тестуванню. Рекомендована оснащення у вигляді верхніх насадок може бути закуплена у компанії HAMEG або спеціально виготовлена різними підрядниками з виробництва подібної оснащення в країні. Використовуються стандартні верхні щупи виробництва компанії НР, однак мультиплексування і дротяні з'єднання є унікальною реалізацією технології компанії НР, виконаної фірмою HAMEG.

2.2.3 Перевірка правильності зібраних друкованих плат

За допомогою нового "аналізатора дефектів виготовлення", випущеного компанією HAMEG, перевірка неправильно зібраних друкованих плат стає абсолютно легкою і непроблематичність.

Стандартний варіант може тестувати до 600 перевірочних точок. Згідно зі статистичними даними, отриманим на реалістичною основі, тестування охоплює 80% всієї збірки. Якщо вам необхідно протестувати БСТ з кількістю точок перевірки більше 600, то в багатьох випадках не буде краще зробити друге тестування за допомогою адаптера на 600 точок замість використання перевірочного адаптера на 1200 точок тестування. Це означає, що ви повинні 2 рази перевірити одну і ту ж БСТ, але це необхідно всього лише в 20% випадків. Виготовлений компанією HAMEG стандартний адаптер (перехідник) на 600 точок тестування має вартість, що становить 30% від ціни адаптера з 1200 точками тестування.

У порівнянні з приладами фірм-конкурентів система АДІ НМ6001 пропонує екстраординарні показники цін \ робочих характеристик.

Сфера охоплення при тестуванні за допомогою приладу НМ6001:

Основний перевіркою є тестування компонентів і виявлення розривів і коротких замикань. Збірка контактного поля контактує з перевіряється платою.

Виконуються наступні кроки тестування:

- Виявлення всіх видів коротких замикань і розмикань.

- Тестування резисторів, індуктивностей, конденсаторів (з перевіркою полярності).

- Виявлення пропущених компонентів.

- Перевірка напівпровідникових переходів.

- Перевірка біполярних транзисторів і польових транзисторів (коефіцієнт посилення по струму і включення \ виключення).

- Виявлення неправильно встановлених компонентів.

Інтегрована система багаторазової захисту допускає тестування компонентів у паралельних ланцюгах. Результати помилкового виміру, зумовлені паралельним підключенням діодів на траєкторії вимірювання, можуть бути усунені за допомогою вибору правильного напруги тестування. Заміри імпедансу можна оптимізувати за допомогою вибору належної частоти при тестуванні. За допомогою самонавчального алгоритму найкраще значення визначається автоматично.

За допомогою опціонального "випробування з насадками за методикою компанії НР (захищеного патентом США) можна визначити розімкнуті штирі на інтегральних схемах і з'єднувачах.

Конфігурацію системи АДІ можна створювати різними способами: Перевірка всієї друкованої плати - Одиночна стадія - Зупинка при виявленні шкоди. Після зупинки системи тестування може бути продовжено або припинено. Маніпулювання в повному обсязі виконується за допомогою переключень при використанні мишки. При "зупинки при виявленні шкоди" виробляється показ дефектного елемента.

2.2.4 Вимірювання за допомогою АДІ

Випущений компанією HAMEG аналізатор дефектів виготовлення, модель НМ6001, спроектований для виконання ефективних замірів на різних компонентах, як в ланцюзі, так і поза її, включаючи знаходження розмикань і коротких замикань. Для роботи за різних умов, що зустрічаються в ланцюгах, система має кілька різних методик і способів виконання вимірювань:

1. Вимірювання активного опору, індуктивності та ємності.

При струмового режимі опір резистора вимірюється за допомогою підключення джерела постійного струму до вимірюваного опору і подальшого виміру падіння напруги на ньому. З відомого значення струму і виміряної величини напруги опір обчислюється за законом Ома.

Конденсатори тестуються за допомогою запіткі постійним струмом з виконанням вимірів через точно встановлені невеликі проміжки часу для визначення часу наростання напруги в міру заряду конденсатора. З величин зміни напруги, часу і значення прикладеної постійного струму можна обчислити ємність конденсатора.

Котушка індуктивності складається з двох послідовно з'єднаних опорів. Це чисто омічний опір проводу котушки й індуктивний опір XL. Тому спочатку проводиться вимір при напрузі постійного струму, а потім завмер при напругах змінного струму різної частоти.

Якщо вам необхідно отримати точні значення для малого імпедансу вам слід "проінструктувати" систему на дистанційне обстеження перевіряється збірки. При використанні даної методики вам буде потрібно два додаткових дротяних підключення до точки проведення вимірювання у складанні (за методикою Кельвіна).

2. Зовнішнє розпізнання.

Зовнішнє розпізнання застосовується за допомогою використання двох перевірочних точок для створення токового впливу до перевіряється компоненту і від нього. Дві інші перевірочні точки використовуються для вимірювання напруги на досліджуваному елементі. За допомогою вимірювання напруги за допомогою цих двох додаткових точок з високим вхідним імпедансом тестування виключаються впливу падіння напруг від системи проводового підключення і з'єднувачів.

Застосування точок захисту дозволяє виключити вплив на вимірювання, який чиниться з боку паралельно підключених компонентів. Кожна перевірочна точка може бути задана як вимірювальна або для установки захисту, або як сенсорної точки (точки зчитування) без будь-якої спеціальної системи кабельного підключення або кручених парних провідників.

3. Перевірка діодів і стабілітронів

У струмового режимі перевірка діодів проводиться також як тестування резисторів. Вибраний джерело постійного струму (від 10 мА до 1 мА) підключається до полупроводниковому переходу, потім проводиться вимір падіння напруги на напівпровідниковому переході. Ви можете також тестувати стабілітрони при напрузі близько 10 вольт за методикою перевірки діодів.

4. Перевірка пристроїв з трьома висновками

Більш складне тестування пристроїв з трьома висновками, таких як звичайні і польові транзистори, проводиться при використанні даних пристроїв в робочому стані. Дане тестування допомагає виявити пошкоджені або неправильно встановлені напівпровідникові елементи. Вимірювання коефіцієнта посилення по струму в схемі з загальним емітером виконується при зниженій напрузі живлення БТС, за винятком вимірювальних сигналів, що подаються на перевіряється компонент.

5. Тестування інтегральних схем.

Наявна система тестування дозволить вам перевірити наявність інтегральних схем і правильність їх установки (орієнтацію) при використанні одиночної інструктують програми. Ці дані звичайно прочитуються самонавчається з еталонною працездатною збірки (БТС).

6. Тестування зв'язаності.

Наявна система тестування дозволить вам перевірити весь БТС на наявність розмикань \ коротких замикань при використанні одиночної команди перевірки на зв'язаність. Незважаючи на те, що дані по розмикання і короткозамкненим зонам можуть бути введені вручну, ці дані зазвичай прочитуються самонавчальної системою з еталонною працездатною збірки (БТС). Швидкість виконання даного тестування оптимізована і перевірка 600 точок проводиться за 4 секунди.

2.2.5 Оцінка вимірів

На основі наявного еталонного працездатного БТС програмує генератор автоматично створює повну програму тестування. Вам необхідно ввести тільки номери точок перевірки. Кожен дефект буде показаний з номером пошкодженого компонента та його місцем знаходження на платі.

Статистичні звіти дозволять вам створити базу даних на основі протестованих збірок. Ці звіти у вигляді гістограм / сигма сигналізування (статистичні дані по окремих аналоговим вимірами) збираються у виробничі звіти (статистичні дані по кількостей пройшли тестування і забракованих збірок) і відповідні звіти про дефекти (інформація про частоту появи дефектів з їх розподілом за типами). Дані звіти допоможуть вам відшукати найбільш часто зустрічаються пошкодження, в результаті чого ви належним чином затратите час на корекцію необхідних умов процесу.

Ви можете отримати роздруківку всіх результатів тестування для одного прогону або заданого періоду часу і використовувати її для виконання аналізу та підготовки документації. Крім висновку про якість компонентів БТС можна також оцінити якість роботи персоналу, що виконує тестування.

2.3 Тест - адаптер виробництва компанії HAMEG

Основний принцип нових адаптерів, виготовлений компанією HAMEG, полягає в тому, що розкриття адаптера, введення БТС і центрування БТС виконуються за допомогою одного руху. Для маніпуляції з адаптером потрібно дуже невелике зусилля, тому жінки - оператори зможуть без будь - яких ускладнень працювати на цьому адаптері.

Для забезпечення контакту з БТС була розроблена нова притискна система, перевага якої полягає в тому, що збірка буде притиснута до контактного полю тиском строго по вертикалі. Це запобігає згинання контактів. Болти встановлені на регульованих переходах з урахуванням габаритних розмірів різних компонентів і гарантують оптимальний розподіл прикладається тиску по всій друкованої плати.

Адаптери НМ6005 і НМ6006 і відмінності у конструкціях цих адаптерів пов'язані з максимально можливими габаритними розмірами встановлюється друкованої плати і кількістю перевірочних штирьков. Система НМ6005 може розміщувати друковані плати 200 х 250 мм і має 400 перевірочних штирьков. Система НМ6006 може розміщувати друковані плати 200 х 350 мм і має 600 перевірочних штирьков. Перевірочні адаптери з 1200 штирькамі можуть поставлятися за запитом.

Відносно великі зусилля, вироблені великою кількістю перевірочних штирьков, не впливають на хорошу стабільність адаптера. Для кожного адаптера потрібно відповідну кількість 50-ти штирьковим друкованих плат - з'єднувачів для сполучення адаптера з системою АДІ. Кабельне підключення адаптера можна зробити за допомогою поставляються плоских кабелів з 50-ти штирьковим з'єднувачем. Розпайці підлягає тільки одна сторона. З'єднання накруткою може використовуватися в якості альтернативного варіанту.

Контактна колодка підключення до АДІ - тестеру виконана у вигляді легко замикається блочки. Контакти з'єднувачів друкованої плати позолочені.

3. Наскрізна система проектування РЕА

3.1 Система "Сударушка"

Система автоматизованого проектування Сударушка - одна з найпростіших САПР для розробки креслень. Крім креслярського модуля в ній є прості засоби для підготовки керуючих програм для токарних і фрезерних верстатів з ЧПК. Їх основна особливість у тому, що вони забезпечують набір функцій, яких у більшості випадків достатньо для потреб виробництва, і роблять це на доступній техніці і за доступну ціну. Тим не менш, в "Сударушка" є і більш складні програми, що забезпечують моделювання та обробку поверхонь, гравіювання, рельєфну фрезерну обробку та інші види робіт. До них відноситься і програма для виготовлення друкованих плат.

3.1.1 Проектування та обробка друкованих плат в системі "Сударушка"

Традиційно друковані плати робляться методом травлення. Поряд з цим давно використовуються настільні фрезерні верстати з ЧПУ, призначені для виготовлення друкованих плат і для гравіювання, і в останні роки з'явилися нові та імпортні, і вітчизняні зразки. Один з них - СІПП-А-05, що випускається серійно в Санкт-Петербурзі. Зробити на такому верстаті невелику партію друкованих плат або одну плату для досвідченого вироби виявляється простіше і швидше, ніж за традиційною технологією. Він дозволяє виключити роботи з виготовлення фотошаблонів і негативів, фотолітографії, а головне - ходіння по інших цехах і підрозділах, що часом займає набагато більше часу, ніж сама робота. Верстат може розміститися на письмовому столі поряд з комп'ютером, а для обробки на ньому двосторонньої друкованої плати розміром 100 на 200 мм зі свердлінням всіх отворів потрібно близько двох годин.

Фрезеровані друковані плати можуть бути двох типів. Перші виготовляються з фольгированного діелектрика, і фреза повинна зняти метал по контуру навколо кожного провідника. Другі, так звані рельєфні плати, робляться з нефольгірованного діелектрика. На поверхні заготовки, покритої лаком, фрезеруються канавки. Після металізації плати лак змивається, і метал залишається тільки в канавках, що йдуть уздовж ліній провідників.

Процес виготовлення рельєфної друкованої плати більш складний, тому що крім фрезерування потрібні інші технологічні операції. Частково це компенсується простотою створення керуючої програми для фрезерного верстата. Достатньо отримати зображення плати у вигляді файлу формату PLT із системи P-CAD чи накреслити її в графічному редакторі "Сударушка" (для нескладної плати це буде швидше), а потім за допомогою спеціальної програми перетворити зображення в команди верстата.

Виготовлення друкованої плати з фольгированного діелектрика не вимагає додаткових технологічних операцій, але процес підготовки керуючої програми для її фрезерування набагато складніше. Адже зображення плати не перетвориться безпосередньо в траєкторію фрези - фреза повинна не йти по лінії провідника, а обходити навколо нього, враховуючи ширину провідника, а також розміри майданчиків під отвори. Траєкторію фрези можна побудувати вручну в будь-якому графічному редакторі, але це - трудомістка робота, що вимагає великої уваги, оскільки навіть невелика помилка в керуючій програмі зіпсує всю плату.

Модуль "Сударушка" для обробки друкованих плат автоматизує процес підготовки керуючої програми для фрезерного верстата. Вихідними даними для нього є файл із зображенням друкованої плати, причому будь-який провідник на ній може бути накреслений або однією лінією, або набором ліній, які враховують ширину провідника. Майданчики під отвори задаються або точками центрів отворів, або контурами майданчиків, якщо вони не типові. Ширина провідника, заданого однією лінією, визначається кольором лінії. Друкована плата буде оброблятися фрезою заданого діаметра, і це повинно враховуватися при проектуванні плати. Якщо відстань між провідниками де-небудь виявиться менше діаметра фрези, то це місце залишиться необробленим.

Обробка може вестися в двох режимах. У першому режимі фреза переміщається паралельними рядками з невеликим кроком уздовж або поперек заготівлі, сфрезеровивая метал між провідниками. Цей режим призначений для знімання зайвого металу фрезою великого діаметру. Для остаточної обробки його краще не використовувати, оскільки контури провідників виходять нерівними, і при маленькій відстані між провідниками метал, деформований фрезою, може викликати замикання.