Разработка мехатронной Smart-системы автоматического дозирования

Содержание

Введение

Глава 1. Конструктивно-технологические аспекты создания мехатронных устройств в российском машиностроении

1.1. Принципы построения мехатронных модулей и систем технического зрения в автоматизированном производстве

1.2. Анализ отечественного рынка программного обеспечения для мобильной и промышленной робототехники

1.3. Технические регламенты и требования промышленной безопасности к автоматизированному оборудованию (ФЗ № 116-ФЗ)

Глава 2. Исследование функционирования и диагностика мехатронного оборудования на объекте

2.1. Технико-экономический анализ эксплуатации дозирующих установок в условиях серийного производства

2.2. Методы метрологического обеспечения и оценки погрешностей измерительных каналов системы

2.3. Выявление факторов дестабилизации процесса автоматического дозирования и анализ отказов элементов

Глава 3. Интеграция интеллектуальных решений в систему автоматического дозирования

3.1. Математическое описание и моделирование рабочих процессов в мехатронном дозирующем устройстве

3.2. Программная реализация интерфейса управления и интеграция с системами верхнего уровня (MES/ERP)

3.3. Разработка регламента обслуживания и технико-экономическое обоснование внедрения Smart-системы

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Разработка мехатронной Smart-системы автоматического дозирования

Специальность: 15.02.10 Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность выбранной темы выпускной квалификационной работы обусловлена возрастающими требованиями к точности, воспроизводимости и производительности технологических процессов дозирования в условиях современного российского машиностроения и обрабатывающей промышленности. Мехатронные системы автоматического дозирования находят применение в фармацевтической, пищевой, химической промышленности, а также в производстве строительных материалов, полимеров и композитов, где точность подачи компонентов критически влияет на качество конечного продукта. Внедрение интеллектуальных (Smart) решений, основанных на применении программируемых логических контроллеров, систем технического зрения, адаптивных алгоритмов управления и интеграции с цифровыми производственными системами верхнего уровня, обеспечивает повышение эффективности производства, снижение технологических потерь, минимизацию ошибок оператора и соответствие строгим нормативным требованиям к технологическим режимам [1, c. 18].

В контексте реализации Стратегии развития промышленности Российской Федерации до 2035 года и национального проекта «Производительность труда», утвержденных Правительством РФ, особое значение приобретает модернизация производственных процессов на основе мехатронных технологий и цифровизации технологического оборудования. Министерство промышленности и торговли Российской Федерации уделяет приоритетное внимание развитию отечественной мехатроники и робототехники, что отражено в Национальной стратегии развития робототехники до 2030 года, где мехатронные системы рассматриваются как базовый элемент автоматизированных производственных комплексов. Современные мехатронные дозирующие системы должны обеспечивать не только высокую точность массового или объемного дозирования, но и возможность адаптации к изменяющимся условиям производства, мониторинга состояния оборудования в реальном времени, формирования баз данных технологических параметров и интеграции с информационными системами управления производством (MES, ERP) [3, c. 45].

Степень разработанности проблемы создания мехатронных систем автоматического дозирования в российской научно-технической литературе характеризуется значительным объемом исследований в области синтеза структур мехатронных модулей, разработки алгоритмов управления приводными системами, применения систем технического зрения для контроля процессов и создания математических моделей рабочих процессов дозирования. Вклад в развитие теории и практики мехатроники внесли ведущие отечественные научные школы МГТУ им. Н.Э. Баумана (кафедра робототехники и комплексной автоматизации), МГТУ «СТАНКИН», СПбПУ Петра Великого, ФГБУН «Институт проблем механики РАН». Научные работы профессоров Е.И. Юревича, В.Е. Подураева, А.С. Ющенко, О.А. Кравченко, Ю.Г. Мартыненко посвящены фундаментальным основам построения мехатронных систем, методам управления многокоординатными механизмами, применению интеллектуальных датчиков и актуаторов, а также вопросам надежности и диагностики мехатронных устройств [5, c. 67].

Цель выпускной квалификационной работы заключается в разработке мехатронной Smart-системы автоматического дозирования с интеллектуальными функциями управления, контроля и диагностики, адаптированной к условиям российского промышленного производства и обеспечивающей повышение точности технологического процесса, снижение эксплуатационных затрат и интеграцию с цифровыми информационными системами предприятия.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить принципы построения мехатронных модулей и систем технического зрения, применяемых в автоматизированном дозирующем оборудовании, а также проанализировать нормативно-техническую базу Российской Федерации, регламентирующую требования к проектированию, эксплуатации и обеспечению промышленной безопасности мехатронных устройств;
• провести анализ современного состояния отечественного рынка программного обеспечения для управления мехатронными и робототехническими системами, включая специализированные платформы разработки, библиотеки алгоритмов и средства интеграции с промышленными информационными системами;
• выполнить технико-экономический анализ эксплуатации дозирующих установок в условиях серийного производства конкретного предприятия, исследовать методы метрологического обеспечения измерительных каналов и выявить основные факторы дестабилизации процесса дозирования;
• разработать математическую модель рабочих процессов в мехатронном дозирующем устройстве, позволяющую оптимизировать параметры управления приводами и прогнозировать точностные характеристики системы;
• создать программное обеспечение интерфейса управления мехатронной системой дозирования и обеспечить интеграцию с системами верхнего уровня (MES/ERP) для обмена технологическими данными и мониторинга состояния оборудования;
• разработать регламент технического обслуживания мехатронной Smart-системы автоматического дозирования и выполнить технико-экономическое обоснование целесообразности ее внедрения в производственную практику российского предприятия.

Объектом исследования выступает мехатронная система автоматического дозирования сыпучих материалов, установленная на предприятии ООО «ТехМаш» (г. Тула), специализирующемся на производстве строительных смесей и композиционных материалов. Система функционирует в составе автоматизированной линии смешивания компонентов и включает в себя весовые дозаторы, управляемые питатели, сервоприводы подачи материала, систему технического зрения для контроля уровня заполнения, программируемый логический контроллер отечественного производства (серия «Овен ПЛК») и операторский терминал HMI.

Предметом исследования являются закономерности формирования точности дозирования в мехатронных системах, методы повышения стабильности и восп

…