Автоматизация и управление обеспечением экологических показателей качества на примере электрохимического маркирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Сизова, Ирина Александровна

• Сизова, Ирина Александровна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сизова, Ирина Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ МАРКИРОВАНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

И ЧЕЛОВЕКА.

1.1 Роль и место электрохимического маркирования в промышленности.

1.2 Особенности протекания процесса электрохимического маркирования.

1.3 Режимы маркирования.

1.4 Влияние электрохимических методов маркирования на окружающую среду и человека.

1.5 Постановка задачи.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ

МАРКИРОВАНИИ.

2.1 Описание экспериментальной установки.

2.2 Методика экспериментальных исследований.

2.3 Основные результаты исследований.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Обоснование выбора числа наблюдений.

3.2 Линеаризация результатов экспериментальных ^ исследований.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ МАРКИРОВАНИИ.

4.1 Обоснование выбора управляемого параметра.

4.2 Выбор схемной реализации управляемого выпрямителя.

4.3 Схема построения системы автоматического управления минимизацией вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

4.4 Повышение достоверности формирования корректирующего сигнала в контуре управления.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация и управление обеспечением экологических показателей качества на примере электрохимического маркирования»

Стратегия развития современного машиностроительного производства предполагает существенное повышение уровня производительности технологических процессов с целью обеспечения выпуска продукции требуемого качества в заданный срок при минимальных затратах. Современное машиностроение развивается в условиях жесткой конкуренции и развитие его идет в направлениях существенного повышения качества продукции, сокращения времени обработки, повышения интеллектуальной оснащенности машиностроительной отрасли. Вместе с тем, в настоящее время в число важнейших критериев при разработке оборудования выдвигается экологическая составляющая качества технологических процессов [4].

Важное место в технологических процессах обработки составляют процессы, основанные на законах электрохимии - электрохимические методы обработки. Наряду с несомненными достоинствами, электрохимические методы обработки имеют присущие им недостатки. Так, например, вещества, выделяемые при электрохимической обработке, загрязняют рабочую зону технологического оборудования и, как следствие, окружающую среду.

Для производственного оборудования электрохимической обработки характерен конфликт технических и экологических показателей - как правило, чем выше производительность оборудования, тем выше выделение вредных веществ в окружающую среду. Не вызывает сомнений, что наиболее конкурентоспособным будет оборудование, обеспечивающее максимальную производительность при минимально возможном выделении вредных веществ. Для экологически ориентированного технологического оборудования управление работой должно быть гибким, учитывающим материал обрабатываемой детали и состав электролита. Кроме того, необходимо минимизировать участие оператора или полностью исключить его. Решение поставленной задачи возможно созданием системы автоматического управления параметрами технологического оборудования, учитывающей потребности современного машиностроения.

Целью работы является обоснование возможности автоматизации обеспечения экологических показателей качества технологических процессов электрохимической обработки на примере электрохимического маркирования.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование зависимости выделения вредных веществ от традиционных для электрохимического маркирования управляемых параметров и установление взаимосвязи экологических показателей с параметрами технологических процессов электрохимического маркирования посредством управления параметрами технологического процесса.

2. Разработка алгоритма управления процессом электрохимического маркирования в соответствии с сопоставлением критериев экологических показателей и традиционных для электрохимического маркирования управляемых параметров.

3. Предварительное экологически ориентированное проектирование системы автоматического управления процессом электрохимического маркирования.

Методы исследования. При исследовании применялись основные положения теории автоматического управления, теоретической электрохимии, прикладной экологии, теории эксперимента. Обработка экспериментальных исследований осуществлялась с применением вычислительной техники.

Научная новизна работы заключается: в установлении зависимостей характеристик выделения вредных веществ при электрохимическом маркировании от управляемых параметров технологического процесса; в адаптации традиционной системы управления к задачам создания экологически ориентированного процесса электрохимического маркирования; в разработке системы автоматического управления процессом электрохимического маркирования с учетом экологического фактора.

Практическая ценность работы заключается в повышении технического уровня и интеллектуальной оснащенности оборудования, в частности его конкурентоспособности, на основе улучшения экологических показателей качества посредством автоматического управления этими показателями.

Кроме того, практическое значение имеет разработка методики построения автоматизированной системы управления экологическими показателями качества процесса электрохимического маркирования, а также установление количественных зависимостей экологических показателей от режимов работы при электрохимическом маркировании.

Реализация результатов работы

Основные положения работы были использованы при выполнении научно-исследовательской работы по теме «Информационно-аналитическое обеспечение человеко- и природозащитных технологий в технологической среде для обработки изделий» (НИР № 06-08/БЗ), а также в учебном процессе на кафедре «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» Московского государственного технологического университета «СТАНКИН» при чтении курсов «Автоматизация обеспечения экологических показателей качества в машиностроении», «Автоматические системы обеспечения безопасности технологических процессов», «Инженерно-экологическое обеспечение технологических процессов».

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. Международных конференциях «Производство. Технология . Экология. ПРОТЭК» в сентябре 2005 г., сентябре 2006 г.

2. Заседаниях кафедры «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» 17 мая 2005 г. (протокол № 5 от 17.05.2005 г.), 28 июня 2007 г. (протокол № 6 от 28.06.2007 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, изложена на 88 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 10 таблиц, список литературы включает в себя 67 наименований.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Сизова, Ирина Александровна

Основные выводы и результаты:

1. В работе решена задача автоматизации и управления обеспечением экологических показателей качества на примере электрохимического маркирования.

2. Показана возможность построения системы автоматического управления посредством изменения тока, протекающего через электрод-инструмент.

3; На примере оксида углерода выявлена зависимость концентрации вредных веществ в рабочей зоне от усилия подачи; тока, протекающего через электрод-инструмент и концентрации электролита.

4. Доказано, что с точки зрения чувствительности системы управления и ее технологичности наиболее целесообразно автоматическое управление концентрацией вредных веществ осуществлять посредством управления током, протекающим через электрод-инструмент.

5. Разработан алгоритм системы управления концентрацией вредных веществ в воздухе рабочей зоны на основе управляемого тиристорного выпрямителя и дополнительного информационного контура, формирующего корректирующий сигнал для блока управления в зависимости от реального значения концентрации.

6. Настройка дополнительного контура должна осуществляться совместно с инженером-технологом, что позволит избежать снижения качества электрохимического маркирования при превышении концентрации вредных веществ в рабочей зоне.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сизова, Ирина Александровна, 2007 год

1. Аленицин А.Г., Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Краткий физико-математический справочник. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 368 с.

2. Аршанский М.М. Автоматизированные станочные комплексы (АСК). Учебное пособие. / М.М. Аршанский, Н.М. Султан-Заде, В.И. Козлов и др. М.: Машиностроение, 1984. 86 с.

3. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Наука, 1976.-233 с.

4. Брюханов В.Н. Автоматизация производства: Учеб. для сред. проф. заведений / В.Н. Брюханов, А.Г. Схиртладзе, В.П. Вороненко; Под. ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Высш шк., 2005. - 367 е.: ил.

5. Быков В. А. Микромеханика для сканирующей зондовой микроскопии и нанотехнологии // Микросистемная техника. 2000. -№1. - С. 21-33.

6. Вишницкий А.Л., Глазков А.В., Акопян С.С. Исследование процесса ЭХРО в пульсирующем потоке электролита. В кн.: Новое в электрохимической размерной обработке металлов. Кишинев: Штиица, 1972. -С. 119-121.

7. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 27 апреля 2003 г.)

8. Глебов В.В. Проблемы маркирования и клеймления продукции машиностроения / Электронный научный журнал «Исследовано в России».

9. Горбачев В.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов / Под ред. В.А. Лабунцова. М.: Энергоиздат, 1988. - 320 е.: ил.

10. Гридэл Т.Е., Алленби Б.Р. Промышленная экология: Учеб. пособие для вузов / Пер. с англ. под ред. проф. Э.В. Гирусова. М.: ЮНИТИ-ДАНА,литературы, 1967. 680 с. .

11. Основы повышения точности электрохимического формообразования / Ю.Н. Петров, Г.Н. Корчагин, Г.Н. Зайдман, Б.П. Саушкин. Кишинев: Штиинца. 1977. 152 с.

12. Основы теории и практики электрохимической обработки металлов и сплавов / М.В. Щербак, М.А. Толстая, А.П. Анисимов, В.Х. Постаногов. М.: Машиностроение, 1981. 263с.

13. Пашков Е.В., Фомин Г.С., Красный Д.В. Международные стандарты ИСО 14 ООО. Основы экологического управления. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. 462 с.

14. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / Под ред. Э.К. Лецкого. М.: Мир, 1977. 552 с.

15. Песков П.П., Розман Я.Б., Сомонов В.И. Электрооборудование станков для электрохимической обработки. М.: Машиностроение, 1977. 152 с.

16. Подураев В.Н. Технология физико-химических методов обработки. М.: Машиностроение, 1985. 264 с.

17. Прикладная электрохимия / Под. ред. Н.П. Федотьева. Ленинград: Государственное научно-техническое издательство химической литературы. 1962.-639 с.

18. Попилов Л. Я. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов, М. Л., Машгиз, 1963. - 480 с.

19. Попилов Л. Я. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов, Л.: Машиностроение, 1977. 544 с.

20. Попилов Л. Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов, М. «Машиностроение». 1969. 297 с.

21. Румянцев Е.М., Давыдов А.Д. Технология электрохимической обработки металлов. М.: Высш. шк. 1984. 159 с.

22. Садыков З.Б., Клоков В.В., Смоленцев В.П. Об эффекте нанесения изоляции на электроды при электрохимической обработке. Вопросы физикие.: ил.

23. Красников В.Ф., Петриковский E.J1. Маркирование и клеймление. М.: Машиностроение, 1973. 144 с.

24. Красников В.Ф., Соболев Е.В., Амелин B.C. Электрохимическое информационное маркирование. М.: ГОСИНТИ, 1972. 45 с.

25. Комбинированные методы обработки / Под ред. В.П. Смоленцева. Воронеж: ГТУ, 1996. 69с.

26. Круглов М.Г., Шишков Г.М. Управление качеством: Учеб пособие. М.: МГТУ «Станкин», 1999. 234 с.

27. Кушнер B.C., Распутин Ю.П. Теория эксперимента: Учеб пособие. Новосибирск: Изд-во НИСИ, 1976. 247 с.

28. Лазарева Т.Я., Мартемьянов Ю.Ф. Основы теории автоматического управления: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. 352 с.

29. Лазаренко Б.Р. Электрические способы обработки металлов и их применение в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978. 40 с.

30. Маеров А.Г. Устройство, основы конструирования и расчет металлообрабатывающих станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1986. 368 с.

31. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. Технология изготовления деталей машин. Т III-3 / A.M. Дальский, А.Г. Суслов, Ю.Ф. Назаров и др.; Под общ. ред. А.Г. Суслова. 2002. - 840 е., ил.

32. Митяшкин Д.З. Теоретические основы формообразования при электрохимической обработке. М.: Машиностроение, 1976. 64 с.

33. Мороз И.И. Электрохимическое формообразование. М.: НИИМАШ, 1978.-81 с.

34. Основы автоматического управления. Под. редакцией B.C. Пугачева. Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической2004. 527 с. - (Серия «Зарубежный учебник»).

35. Дамаскин Б.Б. и Петрий О.А. Основы теоретической электрохимии. Учеб пособие для вузов М.: Высш. Школа, 1978. 239 е., ил.

36. Де Барр А.Е., Оливер Д.А. Электрохимическая обработка. М.: Машиностроение, 1973. 184 с.

37. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы обработки данных. Пер. с англ. М.: Мир, 1980. 612 с.

38. Емельянов А.И., Емельянов В.А., Калинина С.А. Практические расчеты в автоматике. М.: Машиностроение, 1967. 315 с.

39. Ефременко B.C. Либес М.Я. Опыт электрохимического клеймления инструмента. Станки и инструмент, 1976, № 11, С. 36-37.

40. Житников В.П., Зайцев А.Н. Математическое моделирование электрохимической размерной обработки. Уфа: УГАТУ. 1996. 222с.

41. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. М.: Высш.шк, 1982. 496 е.: ил.

42. Зубарев М. Ю. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки, Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. 719 с.

43. Косов М.Г. Моделирование точности при проектировании технологических машин. Учеб. пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1988. -246 с.

44. Клоков В.В., Смоленцев В.П. Влияние газовыделения на процесс ЭХО. // Электронная обработка материалов, 1972, № 4, С. 15-17.

45. Коваленко B.C. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. Киев: Вища шк. 1983. 176формообразования и фазовых превращений. Калинин: Изд-во КГУЮ, 1977. С. 113-120.

46. Седыкин Ф.В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. М.: Машиностроение. 1976. 302 с.

47. Смоленцев В.П. Изготовление инструмента непрофилированным электродом. М.: Машиностроение, 1967. -158 с.

48. Смоленцев В.П. Комбинированные методы обработки.

49. Смоленцев В.П., Смоленцев Г.П., Садыков З.Б. Электрохимическое маркирование деталей. М,: Машиностроение. 1983. 72 с.

50. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. М.: Машиностроение. 1978. 176 с.

51. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. Пер. с англ. И.Г. Арамановича, A.M. Березмана, И.А. Вайнштейна, JI.3. Румшизкого, Л.Я. Цлафа. Под общ. ред. И.Г. Арамановича. м.: Наука, 1973.-831 с.

52. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Под ред. В.А. Волосатова. Л.: Машиностроение. 1988. 719 с.

53. Султан-Заде Н.М. Надежность и производительность автоматизированных технологических систем. М.: ВЗМИ, 1982. 242 с.

54. Султан-Заде Н.М. Системы управления станками и автоматические линии: Межвуз. сб. науч. тр. М.: 1983. 258 с.

55. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. 208 с.

56. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. пособие для студентов машино- и приборостроит. вузов / Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993. -492 с.

57. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов / Брюханов В.Н. Косов М.Г., Протопопов С.Н. и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1992. 267 с.

58. Технология и экономика электрохимической обработки / В.В. Любимов и др. М.: Машиностроение. 1980. 192 с.

59. Технология электрохимической обработки деталей в авиастроении / В.А. Шманев, В.Г. Филимошин, А.Х. Каримов и др. М.: Машиностроение. 1986.-168 с.

60. Фурсов В.И. Станок-автомат для электрохимического маркирования цилиндрических поверхностей. Станки и инструмент, 1976, № 2, С. 38-39.

61. Черепанов Ю.П., Самецкий Б.И. Электрохимическая обработка в машиностроении. М. Машиностроение, 1972. 117 с.

62. Шварцбург Л. Э. Информационно-измерительные системы приводов металлорежущих станков: Учеб. пособие. М.: «Станкин», 1990. 181 с.

63. Шварцбург Л.Э. Комплексирование информации о положении в электроприводах // Измерительная техника. 1985. - № 7, С. 6-7.

64. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. В 2-х тт. / Б.А. Артамонов, Ю.С. Волков, В.И. Дрожалов и др. М.: Высш. шк., 1983, т.1,247 е.; т.2. 208 с.

65. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов / Под ред. В.П. Смоленцева. T.I. М.: Высш. шк. 1983. 247 с.

66. Электроэрозионная и электрохимическая обработка / Под ред. А.Л. Лившица, А. Роша, ч.1. М.: НИИМАШ, 1980. 224 с.