Материал: ВКР

Таким образом средний оценочный балл метода высчитывается по формуле:

где П – значение, присвоенное экспертом по пятибалльной шкале;

k - коэффициент значимости параметра.

Для наглядности представим результат графически с помощью Excel:

Рисунок 3 – График оценки методов измерения центра масс

1.6 Выводы по выбору пути оптимизации процесса измерения

Из гистограммы видно, что наиболее подходящими исходя из принятой системы оценки являются способы измерения координат центра масс изделий с помощью устройств, описанных в источниках [11], [20], [23].

Рисунок 4 – Наилучшие методы измерения по результатам оценки

2 Исследование процесса измерения центра масс

2.1 Задачи исследования и анализ требований производства

Один из этапов при решении оптимизационных задач является определение потребностей и установление лимитов ресурсов.

Рассмотрим проблему на конкретное мелкосерийное производство продукции радиоэлектронной промышленности. Продукция представляет собой антенные приёмо-передающие устройства, радиоэлектронные блоки разнообразного типоразмера для авиационной техники. Большая часть изделий изготавливается по военным заказам и имеют техническое задание с обязательным контролем и указанием центра масс. Большинство этой продукции имеют смещённый центр масс, виду: требуемой специфичности конструкций; наличия разнородных по составу и свойствам материалов (радиопоглощающие пенополипропилены, текстолиты, цветные и черные металлы); необходимостью присутствия в конструкции охлаждающих пустот; скопления жгутов в определённой части устройства; скоплением разъёмов для подключения и регулировки на одной из стенок блоков. Предприятие имеет численность сотрудников около 1000 человек, конструкторско-технологический корпус, механический, монтажный, испытательный ц. Выпускаемые изделия, подверженные контролю цента масс, имеют массу от 1 до 50 кг. Габариты продукции не превышают 3 м.

Рисунок 5 – Продукция предприятия, имеющая требования к измерению ЦМ

2.2 Анализ используемого предприятием устройства измерения

На данном производстве применяется стенд, спроектированный для осуществления контроля центра масс по методу трёх взвешиваний. Устройство стенда представляет собой установочную площадку с линейкой и имеющую две призматические опоры. Первая устанавливается на неподвижное основание, регулируемое по высоте, вторая во время измерения опирается на весы.

Рисунок 6 – Стенд неудовлетворяющий современным требованиям измерения

Данный стенд обеспечивает контроль действительного положения центра масс изделий габаритами 1000х1000х1000 мм и весом до 50 кг. Имеет возможность нивелировки с помощью регулируемых ножек опор и уровня. Согласно паспорту, обеспечивает взаимную увязку координатных осей изделия с соответствующими осями оснастки с погрешностью не более ±0,2 мм. На нём возможно осуществлять контроль изделий с погрешностью, не превышающей ±30% от наименьшего предельного отклонения положения ЦМ. Масса стенда не превышает 30% от массы максимально возможного установленного изделия.

Опорная точка стенда должна совпадать с геометрическим центром площадки весов. Расстояние между опорами известно и участвует при расчёте.

При определении действительным размеров для каждой координаты производят не менее трёх взвешиваний и записывают среднее значение массы.

2.3 Анализ опыта отечественных предприятий

В работе [19] рассмотрены особенности метрологического обеспечения измерений координат центра масс, в том числе конструкция и характеристики эталонов для поверки и калибровки, источники неопределенностей.

Измерений координат центра масс является одним из перспективных и востребованных направлений деятельности отделения измерительной техники и метрологии ФГУП «ЦАГИ». За последние 10 лет в ЦАГИ для различных предприятий созданы стенды для измерений массы, координат центра масс и моментов инерции.

Данный тип оборудования является уникальным и применяется для решения узкоспециализированных задач. Поэтому вопросы, связанные с его разработкой, применением и метрологическим обеспечением не нашли своего отражения в государственных или международных стандартах, отсутствуют эталоны. В результате на большинстве предприятий вопрос их метрологического обеспечения решен просто - стенды позиционируются как испытательное, а в некоторых случаях даже как технологическое оборудование. Такое представление характерно для установок, выполняющих подобные функции и реализованных на некоторых предприятиях авиапрома и машиностроения еще в прошлом столетии, морально устаревших на сегодняшний день ввиду высокой сложности и трудоемкости работ, а также отсутствия возможности автоматизации измерений. Метрологическая надежность такого оборудования находится на очень низком уровне, в лучшем случае стенды аттестуются как технологическое оборудование и их владельцы следят за своевременной калибровкой (поверкой) встроенных средств измерений.

При определении типа технического устройства основными критериями являются назначение и выполняемые им функции. Для технологического оборудования это операции обработки, формообразования, сборки и контроля. Для испытательного оборудования это воспроизведение условий испытаний на прочность, надежность, безопасность и функционирование. Для средств измерений это экспериментальное получение нормированного значения физической величины.

Метрологи ЦАГИ считают, что процесс определения значений координат центра масс и моментов инерции изделий с помощью таких стендов наиболее точно соответствует понятию измерений, а сами стенды, исходя из их назначения, можно отнести только к средствам измерений.

Однако приняв концепцию определения массово-инерционных характеристик посредством измерений, необходимо обеспечить прослеживаемость этих измерений к государственным первичным эталонам, а также утверждение типа и поверку применяемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений стендов. Специалисты ЦАГИ обеспечили прослеживаемость измерений массы, координат центра масс и моментов инерции на стендах, разработав специальный эталон единиц этих величин.

Наличие специального эталона позволило исключить из процедур обслуживания стендов необходимость их периодической аттестации в качестве испытательного оборудования с проведением поверки (проверки) всех встроенных средств измерений. В состав стендов входит значительное количество средств измерений, включая уникальные, специально разработанные именно для стендов датчики и приборы. Это преобразователи сил, углов, угловых скоростей и ускорений, вторичная аппаратура. Поверка (проверка) их осуществляется с помощью дорогостоящих эталонов, которыми далеко не всегда обеспечены предприятия, использующие данные стенды: силоизмерительные машины, вибростенды с эталонными вибропреобразователями, эталоны геометрических и электрических величин.

В заключение следует отметить, что изложенный подход к метрологическому обеспечению стендов для измерений массы, координат центра масс и моментов инерции изделий аэрокосмической техники получил признание Росстандарта. Локальная поверочная схема согласована с ФГУП «ВНИИМС», первый эталон единиц массы, длины в области измерений координат центра масс и момента инерции утвержден приказом Росстандарта от 17.08.2015 № 952 (регистрационный номер 3.1.АЗО.0252.2015), с его помощью выполнены испытания в целях утверждения типа и проводится ежегодная поверка стенда МЦИ-1200М1 - первого в стране средства измерений координат центра масс и моментов инерции (регистрационный номер 62420-15).

Для проверки исправности весов перед взвешиванием применяют контрольные массы, равные контролируемому изделию, из комплекта эталонных гирь по ГОСТ 7328-82.

2.4 Анализ точности текущего процесса измерения координат центра масс

2.4.1 Источники и закономерности погрешности метода

Точность в определении центра масс ведёт к возможности корректировки его координат (балансировке). Это особенно важно в авиационном приборостроении, где центр общий масс складывается из положения координат центра масс множества входящих приборов, устройств, изделий. В случае ремонта и замены большого количества приборов, если их центр масс будет существенно отличатся от ранее установленных изделий, то потребуется корректировка систем под новое положение центр масс. Поэтому так важно обеспечить качественную взаимозаменяемость приборов, а для этого требуется на предприятии изготовителе выполнять качественный контроль с минимальными потешностями.

Расчёт искомого результата осуществляется по формуле:

где P – масса изделия (изделия и переходника если необходим);

P₁ – масса действующая от силы тяжести стенда;

P₂ – масса действующая от силы тяжести системы изделие с переходником и стенда;

L – Конструктивное расстояние между опорами, L=1000 мм;

l – Расстояние от базовой поверхности до первой опоры.

Как видно из формулы на точность измерения влияют погрешности измерения массы (погрешность весов) и базирования. Для устранения влияния погрешностей взвешивания на точность каждое измерение проводят три раза, а при расчёте используют среднее значение, что уменьшает производительность процесса.

Применяются весы ВТ-60 изготовленные по ГОСТ 29329-92. Наибольший предел взвешивания 60 кг. Дискретность отсчета 20 г. Наименьший предел взвешивания 400 г. Погрешность измерения ±10 г. Масса 18 кг.

Для измерения расстояний используется линейка 1000 ГОСТ 427-75. Погрешность измерения от ±0,05 до ±2 мм (±0,5 мм).

2.4.2 Расчёт погрешности

Произведём расчёт погрешности метода исходя из формулы (2).

Для каждой из координат абсолютная погрешность будет складывается из следующих неопределённостей:

(3)

(4)

(5)

(6)