复杂机械设备（精选8篇）
复杂机械设备 篇1
机械设备的长期稳定运转, 离不开良好的设备润滑。对于工艺要求复杂、润滑要求高、润滑点数多的大型复杂机械设备而言, 润滑尤其重要。集中润滑系统已成功应用于冶金、煤矿、矿山、化工、电力等行业的大型复杂机械设备, 与传统润滑方式相比, 其润滑效果有了显著提升。智能集中润滑系统也已进入工程应用实践, 而有效的通信是集中润滑系统运行良好的重要保障, 科学合理地解决主控系统与各润滑点的通信是一个十分突出的问题。
一、低压电力线载波通信原理与特点
电力线载波通信是利用传输工频电能的线路作为传输媒介的通信方式, 是电力线特有的一种通信方式, 利用现有电力线, 通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。可以分为高压电力线载波通信、中压电力线载波通信、低压电力线线载波通信。
低压配电网是一个用户最多、分布最广的能源传输网络, 在低压电力线载波通信中, 通常利用1 MHz~30 MHz频率范围传输信号。终端设备和主机之间的载波通信是交互的, 电力线载波通信原理结构图如图1所示。
电力线载波数传模块是载波通信的核心部件, 发送数据信号时, 通过载波数传模块将数据信号调制在高频载波信号上, 并加载到电力线上进行数据传输;接受数据信号时, 载波数传模块经过耦合和滤波, 从电力线上滤出高频数据信号, 再经解调和放大还原数据信号, 传送到终端设备。
电力线载波通信属于“无新线”技术, 未来是一种重要的设备总线通信技术。最大特点是无需重新布置信号网络, 借助电线即可进行数据信号传送, 接入方便, 通信网络建设费用低, 维修维护方便, 减轻用户的经济负担。
二、集中润滑系统的通信方式分析
智能集中润滑系统一般由润滑监控站 (上位微机) 、润滑控制柜、润滑站、智能分油箱等部分组成, 可以实现对设备的定点的定量润滑与检测, 智能集中润滑系统组成如图2所示。
其通信结构如图3所示。目前国内集中润滑系统主要采用以下3种方式实现控制系统与各润滑点的数据信号通信。
(1) 有线通信。即专门铺设用来传输信号的网线、光纤、电话线等信号线缆, 以连接润滑监控站与各润滑点, 实现集中润滑系统的通信信号的传输。这种方式传输信号稳定、可靠、高速, 但长距离传送信号有衰减, 并且投资费用较大。是目前集中润滑系统应用最多的通信方式。
(2) 无线通信。该方式不需要专门铺设通信线缆, 通过无线通信技术传输通信信号, 实现检测控制各个润滑点。该方式成本低廉、适应性好、扩展性好、维护方便, 但电磁波具有方向性, 且易受周围电磁信号干扰, 误码率较高, 同时信号传输延迟较大, 信号传输的质量较难保证。并且通信距离受限, 目前地面民用无线通信的设备所能达到的距离一般为0.2~6 km。当润滑点分布范围>6 km时, 该方式在集中润滑系统中不能完全实现通信要求。
(3) 电力载波通信。是指以现有的集中润滑系统电源线为载体, 通信信号以低压电力线载波形式传输。该通信方式具有很强的抗干扰能力, 由于采用频率传输方式, 信号无衰减。电力部门通信的专用传输频段为40~50 k Hz, 所以在进行设定传输频段时需要避开电力部门通信专用频段。PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块, 随着PLC控制技术的成熟, 工业检测手段的完备, 低压电力线载波通信可以应用于集中润滑系统, 较好地实现其通信功能。
上述3种通信方式在集中润滑系统中都有不同程度的应用, 但在润滑控制柜和润滑控制站之间一般是有线通信, 如果将集中润滑系统接入以太网, 可以实现远程网络控制。
三、结论
电力线在大型机械上是必不可少, 采用低压电力线载波通信方式, 可节省大量费用, 不需要另架专线, 也不占用现有的频谱资源, 而且免维护, 省时省工, 线路简捷, 相对经济。在矿用皮带输送机、辊式给料机、球磨机、回转窑等大型复杂机械设备上, 润滑点数量多且密集或工作环境温度高等情况下, 集中润滑系统的通信线缆布置量大或通信线缆布置不便, 引入低压电力线载波通信, 集中润滑系统运行更好, 能有效减少设备的停机时间, 节省维修和零件成本, 提高设备的使用寿命和性能, 并大幅提高工人工作效率, 主机设备的产能和效益将进一步提升。
摘要：在分析低压电力线载波通信技术原理的基础上, 对比分析集中润滑系统中3种通信方式的使用特点, 低压电力线载波通信, 可有效解决大型复杂机械设备集中润滑系统的通信问题。
关键词：大型复杂机械设备,集中润滑系统,低压电力线载波通信,通信方式
复杂机械设备 篇2
我们前面说过，生活如戏。是的，一场戏必会悲喜结合，总会发生意想不到的事。其实，最让人感到戏剧化的，就是这大千世界中的生活。我们哭了，我们笑着，总是五味杂陈，这一切好似深不可测，很复杂。但如果你这时又转念一想，这是人生，这就是生活!一切又好像都是最好的安排，一切又都很平淡无奇，一点儿也不复杂。这样看来，生活是有两面性的，复杂又不复杂。
生活多味，酸甜苦辣咸，味味俱全。我记得眼泪的味道，有点苦……
那时我四年级，一次考试之前，总觉得自己牛哄哄的，都学好了，学扎实了。直到我看到卷子，我一下就愣住了。题对于我来说，就好像是天书，卷子，有二分之一都是空的。窗外的小雨下着，我看着卷子，心情郁闷起来，虽然那时年纪小小，也免不了会触景生情。于是，那眼泪不争气地落了下来，流到我唇边。我尝到眼泪，有点苦，有点咸。
生活多味，酸甜苦辣咸，味味俱全。我记得成功的味道，很甜……
小时候看见人家骑单车，羡慕不已，缠着父母非要买一辆。那天下午我推着新车子，到大院里准备学单车。可是，现实是残酷的，我一次又一次跌倒，信心一次又一次减少。叹了一口气，想，这都第七次跌倒了，还是回家吧。这时，我突然看到一只蜘蛛在织网，它一次又一次失败，但一次又一次开始，一二三……
第七次失败，但它仍未放弃。是啊!蜘蛛尚有第八次，吾辈何惧第八次?我又一次骑上单车练习，一次又一次，我终于成功!那时，心里真是溢满了甜蜜。
生活简单，又简单在自己的心态。一切又好像都是最好的安排。那只蜘蛛，也许就是一个证明。其实，生活复杂又不复杂，取决于你自己怎样想，怎样看待，到底是一场患得患失的梦，还是一幕平平淡淡的戏。只是千万不要因为繁忙而忘记生活。
复杂机械产品的层级实例库研究 篇3
统计表明,企业90%的产品设计任务属于变型设计和适应性设计[1]。企业在长期产品开发中积累了大量的产品实例资料。基于实例的推理(case-based reasoning,CBR)方法能用过去的实例或经验来解决新的问题,极大程度地解决了传统的知识工程中知识获取的瓶颈问题,在包括工程设计等诸多领域中得到了大量的研究和应用[2,3],但针对复杂机电产品设计,基于实例设计面临以下几个问题:①产品、子系统、部件及零件多层实例表示及实例库结构问题,即实例表示应能反映相应对象的功能、结构等特征,实例库结构应能反映产品的分解结构,实例表示及实例库结构应能满足设计人员对实例检索的习惯和要求;②产品、子系统、部件及零件等大量实例库建立及修改工作量巨大,需要研究实例建库工具,达到高效建库及编辑修改;③实例学习问题,设计中新产生的产品、子系统、部件及零件等各个层次的新的实例应加入相应的实例库。
针对这些问题,本文研究产品、子系统、部件、零件实例表示及实例库结构,研究实例定制和实例学习。
1 复杂机械产品的设计特征
机电产品一般存在相对固定的产品分解结构,一般采用面向装配和面向功能的分解[4],一个复杂的产品可逐层分解为一系列的子系统(部件),而子系统(部件)可进一步分解。利用产品分解结构可将复杂产品设计问题逐步简单化,通过层级分解结构实现复杂产品设计的可管理性。
复杂机械产品设计过程是在产品分解结构的基础上进行分析、分解和综合的过程,在该过程中要尽可能应用以前成熟的产品、子系统、部件和零件,以满足新产品设计要求。设计人员开始新的设计任务,首先从产品层总体上寻找与新的设计需求满足程度高的已有产品实例,并以此作为新产品开发的基础;通过产品结构分解,对满足设计要求的子系统(部件)直接重用,对不能满足要求的子系统(部件)进行改进或重新设计,子系统(部件)设计仍然应用类比设计的模式,从所有已存在的子系统(部件)实例中选择满足程度高的实例;同样通过子系统(部件)结构分解,对不能满足要求的零件,从已有的零件实例中选择满足程度高的零件实例进行修改或重新设计。各个层次修改或重新设计的对象通过设计综合完成产品设计,这一过程往往要不断地试探和反复修改,最后得到令设计者满意的设计。
在产品分解结构的基础上,实现各层设计对象实例库的建立,能更好地支持大量的变型产品设计和适应性设计。
2 复杂机械产品的层级实例库
2.1 实例表示
一般认为,实例至少要包括实例问题描述和实例解描述。产品分解结构各层设计对象实例可通过产品功能-行为属性、组成产品的模块属性、模块关系属性以及实例标识来描述[5,6,7],形式化表示为四元组〈CI, P,M,C〉,CI为实例识别特征集,P为产品功能-行为属性,M为组成产品的模块集,C为模块间的关系集,CI、P、M、C均可用相应的属性来描述。其BNF (backus-naur form)表示方式如下:
Case ∷=〈CI〉 〈P〉 〈M〉 〈C〉
〈CI〉∷=〈ID〉 〈Person〉 〈Date〉
〈P〉∷=〈Function〉 〈Behavior〉
〈M〉∷=〈KM1〉 {〈KM2〉} ……
〈C〉∷=〈3D〉 〈2D〉
其中,Case为产品分解结构各层设计对象实例。ID为实例标识码;Person对于自设计件为设计人员(Designer),对于采购件为供应商(Supplier);Date为设计或供应日期。设计对象实例的功能-行为集P表征设计对象实例的功能、实现方式、程度及其对环境的影响;Function-实例功能描述集;Behavior-实例实现方式、程度及其对环境的影响描述集。M为组成设计对象实例的模块集,对于零件它退化为自身;KM1表示组成设计对象实例的关键模块1;KM2表示组成设计对象实例的关键模块2,KM2为可选,并可根据情况增加关键模块KM3等。模块间的关系集C,鉴于直接描述模块间关系的复杂性,采用三维或二维装配或零件几何模型来隐含表示,也可采用方案图表示;3D表示三维几何模型;2D表示二维几何模型。产品、子系统、部件表示模型的元组C可用装配模型表示,而零件表示模型的元组C可用零件模型表示零件与其他零件、系统的连接界面。M、C以及CI元组是对实例设计结果的描述。
随着产品设计实例的增加,产品各层设计对象实例依据产品分解结构构成产品树状层级实例库,见图1。产品树状层级实例库的每个节点表示该节点对应的设计对象实例库,也称为层级产品实例库的子实例库,每个节点对应的子实例采用上述实例表示方法,每一个子实例库可以单独使用。根节点为整机产品实例库,树状层级实例库的层次由产品设计时对该对象的具体化程度决定。
层级实例库由一组相关联的子实例库集合的递归结构表示,子实例库标识可用二维数组表示:Casei,j,其中,i表示子实例库所在的分解层,j表示子实例库所在层的位置,如整机子实例库,i=1, j=1,整机实例库表示为Case1,1。子实例库标识Casei,j和子实例库对应的设计对象一一对应。
树状层级实例库的每个节点对应的设计对象各不相同,因此其实例具体表示也不同,定义或表示各个节点的子实例库以及子实例库的修改是很复杂和繁琐的工作。为了有效地定义、表示设计实例,必须研究通用的、可定制的实例定义方法,模板是定制与复用树状层级实例库的有效方法[8]。
2.2 基于模板的层级实例库定制
定义1 设计实例模板是同类设计实例的抽象描述,任一个同类设计实例均是设计实例模板的具体化。实例模板可表示为三元组:CT=〈ID, F, R〉,其中F为除ID以外的实例表示元组CI、P、M、C的特征属性集合,F={f1, f2, …, fn}, R为实例模板之间的父子关系,反映设计对象实例的层级分解关系。不同的特征属性值对集合定义不同的实例。
定义2 设计实例元模板是设计实例模板的抽象描述,任一设计实例模板均可通过设计实例元模板产生。实例元模板可表示为三元组:CTB=〈BID, NAME, FS〉,其中BID为实例模板的唯一标示,NAME为实例模板的名称,FS为实例模板描述的实例类的特征属性定义集合,FS={ID, F},不同的特征属性定义值对集合定义不同的实例模板。
图2为基于可定制模板的产品层级实例库建库示意图。图中不同的实例类通过实例元模板及配置器定制产生相应的实例模板;不同的实例通过相应的实例模板实现对实例的操作,如定义、编辑实例,存储到实例库,建立产品层级实例库。
基于模板的产品层级实例库的设计既要反映设计对象作为整体的特性(整机产品),又要反映设计对象构成部分的个体特性(子系统、部件、零件);通过实现不同层次上的定制化,以适应产品分解结构不同设计对象实例库建立的个性化需求,同时适应不同产品实例库的定义。
2.3 实例学习
变型设计和适应性设计产生大量的产品实例,对于复杂机电产品,有以下几种情况:
(1)产品系列化设计,产品系列扩展,产品及其组成模块的原理、结构没有改变,如QLY50、QLY32轮式汽车起重机设计。
(2)产品关键模块的不同配置上的变化,满足用户对产品性能/价格上的不同需求。如汽车起重机关键件发动机、变速箱、驱动桥、液压系统可配置国产品牌或国外品牌,形成性能/价格差异化的产品体系。
(3)产品组成模块间的装配关系发生变化,即产品的布局改变,如汽车起重机变幅缸由后置改为前置。
(4)产品组成模块的原理、结构或材料发生变化,往往带来产品性能的提升。如变幅臂的伸缩形式由多级缸伸缩改为单级缸同步伸缩机构,变幅臂的截面型式由六边形改为卵圆形,起重机变幅臂材料由普通高强度钢改变为超高强度钢等。
(5)在产品标准配置的基础上增加附加装备,满足用户多方面的需求。如汽车起重机驾驶室增加空调设备,提高舒适性;汽车起重机增加棘爪工作机具,扩展起重机工作领域。
在一个复杂机电产品开发过程,上述情况有几种或全部出现,设计所产生的整机产品、子系统、部件、零件等,各个层次的设计实例应加入到层级产品实例库中,用以扩大层级实例库中实例的数量,实现实例学习。新的产品实例加入层级产品实例库有以下几种情况:
(1)设计对象实例类不改变,仅增加新的设计对象实例。如上述第1、第2种产品设计情况。
(2)先编辑已有的设计对象实例类(子实例库),增加、编辑或删除设计对象实例类的属性,其次增加新的设计对象实例,并编辑已有的实例。如上述第3种、第4种产品设计情况。
(3)先增加新的设计对象实例类(子实例库),依据新的设计对象实例表示确定实例类的属性特征,其次增加新的设计对象实例。如上述第5种产品设计情况。
通过上述方式,可有效地获得产品设计实例各个层次的设计实例,解决实例库数量少的问题。
3 应用实例
全液压汽车起重机是一类重要工程起吊装备,由上千个零部件组成,产品开发涉及机械、汽车底盘、结构、液压、电气、工艺等多学科知识[9]。企业设计人员通常在已有的产品实例上进行新产品开发,建立这一类复杂产品的层级实例库对支持新产品开发和管理企业产品实例知识有重要意义。图3所示为全液压汽车起重机产品部分分解结构,一级分解子系统(部件)主要由上车、底盘、液压系统和电气系统组成,各子系统(部件)可继续向下分解。
以起重机主臂为例说明设计对象的实例表示:
Main boom case ∷=〈CI〉 〈P〉 〈M〉 〈C〉
〈CI〉 ∷= 〈ID〉 〈〈设计人〉 〈设计日期〉
〈P〉 ∷=〈最大起吊重量〉 〈基本臂最大起重力矩〉 〈变幅缸布置〉 〈伸缩方式〉 〈截面形状〉 〈主臂节数〉 〈主臂长度〉 〈重量〉
〈变幅缸布置〉 ∷= 〈前倾双缸〉 〈前倾单缸〉 〈后倾式〉 〈后拉式〉
〈伸缩方式〉 ∷= 〈顺序伸缩〉 〈同步伸缩〉 〈独立伸缩〉 〈程序伸缩〉
〈截面形状〉 ∷= 〈矩形〉 〈五边形〉 〈大圆角六边形〉 〈卵圆形〉
〈M〉 ∷= 〈基本臂长度〉 〈基本臂材料〉 〈BOM〉
〈C〉 ::= 〈3D模型地址〉 〈2D模型地址〉
上述实例表述中,BOM表示主臂组成零部件的明细。
本文开发的基于实例的起重机设计工具集实现了以下几种功能:①基于实例元模板的实例类定义、编辑、删除,定义起重机整机实例类、底盘实例类、主臂实例类、车架实例类、转台实例类、液压系统实例类等;②基于实例模板的实例对象添加、编辑、删除等,添加具体实例进入实例库,如整机实例进入整机实例库,主臂实例进入主臂实例库等;③产品树状层级实例库视图管理,可按照图3所示的起重机产品分解结构定义起重机产品树状层级实例库视图,便于设计人员按照设计习惯检索查询已有产品层级实例;④按照一定的检索算法实现实例检索,并实现实例的三维模型快速预览功能。
4 结论
(1)企业多年积累的产品实例是新产品开发的可重用资源,需要建立产品及其组成模块多层次的产品实例库,支持产品不断改进设计以适应市场和用户的个性化需求。
(2)机电产品一般有固定的分解结构,与分解结构对应的树状层级产品实例库可表示复杂产品及其组成模块的实例,定义和编辑树状层级实例库的每个节点对应的实例库是很复杂和繁琐的工作,模板是定制与复用树状层级实例库的有效方法。
(3)设计所产生的产品实例,包括整机产品、子系统、部件、零件等各个层次的设计实例应加入层级产品实例库,扩大实例库中实例的数量,实现实例学习。复杂机电产品开发过程往往有多种不同产品开发模式,不同模式开发的新产品实例加入层级产品实例库有不同的特点。
(4)以基于实例的全液压汽车起重机设计工具开发为例,说明层级实例库建库工具和建库方法的应用。
摘要：分析了复杂机械产品的设计特征;建立与复杂产品分解结构相对应的树状层级实例库,层级实例库是一组相关联的子实例库集合的递归结构表示;通过模板定制与复用实现子实例库的定义和编辑,提高了产品树状层级实例库的建库效率;分析了新产品开发的各种模式,并给出了整机产品、子系统、部件、零件等各个层次的设计实例加入层级实例库的方法;以全液压汽车起重机基于实例的设计工具开发为例,说明层级实例库建库工具和建库方法的应用。
关键词：产品实例知识,CBR,层级实例库,实例模板,实例学习
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复杂机械设备 篇4
随着科技的进步以及应对市场的需求, 现代产品结构日趋复杂, 对表面淬火质量的要求也越来越高, 传统的表面淬火技术难以适应社会发展的需求, 表面淬火技术已成为现代制造业的技术瓶颈之一。高频淬火是目前零件表面硬化处理最常用的一种方法, 它是将工件置于淬火圈中迅速加热、快速冷却的一种热处理工艺, 提高零件表面硬度, 而内部仍保持很好的韧性[1]。但高频淬火只局限于一些对工艺要求不高、精密度低的零件, 对于零部件形状的较为复杂的零部件, 其淬火效果往往达不到规定的要求, 成为现代制造业的一大难题, 激光淬火技术的出现为解决该难题带来曙光[2]。激光淬火是将高能量的激光光束照射在待淬火的工件表面, 在激光束照射区域内的工件表面瞬间被加热到相变温度, 并通过空冷使得表面产生高硬度的马氏体组织。激光淬火技术理论上能够弥补高频淬火对复杂形体的不足, 但是在实际淬火过程中, 由于某些形体表面较为复杂, 影响激光淬火的因素很多, 而且相互制约, 激光淬火后的产品质量也存在部分缺陷, 如激光束距离物体表面太近, 将导致表层温度过高, 其组织会发生相应的变化, 从而影响淬火的质量;反之, 若激光束距离物体表面太远, 则温度达不到淬火的要求, 也会影响淬火的质量。此外, 激光的输出功率的波动也是一个极为重要的因数, 也将影响淬火的最终质量。为了达到最佳的激光淬火效果, 传统的做法是在淬火前把激光束到工件表面的距离调节为恒定值, 同时让激光输出功率也保持稳定, 这种工艺方法对于平面或圆柱面等形状较为规则的形体是可行的, 对于形状较为复杂的形体, 当激光束照射到形体表面时, 一部分激束被反射出去, 且反射量的大小是随着反射角度的改变而变化的, 激光发射多了, 吸收自然少了, 工件表面加热的温度就低, 而且吸收能量和工件表面温度也时刻在波动, 这种情况导致工件表面的淬火硬度均匀性差, 影响淬火质量。为此, 必须开发出适用于激光的复杂形体表面淬火专用设备, 避免因激光光束反射原因造成的工件表面淬火硬度不均缺陷, 并且对影响质量的关键控制方式进行分析。
1 激光表面淬火设备结构与工作原理
1.1 激光表面淬火设备结构
激光淬火设备由两大部分构成, 结构如图1所示, 第一部分能够让工件绕着o-o轴作转动的装置, 装置上带有装夹盘, 能够让工件准确定位、快速装夹;第二部分是使激光头沿着o-o轴线移动的同时, 根据复杂形体转动, 让激光头自动地靠近或远离复杂形体表面, 最终使激光头与工件表面的距离保持不变, 是整个淬火设备的关键部分, 该装置由动力源、带有自锁功能的蜗轮蜗杆传动副、中间传动机构以及激光模块等四大部分构成。其中伺服电机9是整个径向移动的动力源泉, 在控制系统的作用下可以进行正反转, 且运动精度较高;蜗轮蜗杆传动副由蜗轮3、蜗杆10以及蜗轮座1、蜗杆座2、蜗轮座轴承4等附件组成, 该机构除了具有减速功能外, 还带有防倒转和自锁功能;中间传动机构由蜗轮轴11、驱动滑块支座5、驱动滑块6、连杆支撑座7、连杆轴12等组成, 该机构能够平稳、精确地把旋转运动转化为直线移动, 根据控制系统的要求使激光头靠近或远离工件;激光模块由激光头13、定位测距头8等组成, 两个定为光头随激光头一起移动时, 可以测出工件表面与激光头之间的距离, 且及时将其信息反馈给控制系统, 控制系统根据反馈的信息及时调节工件表面与激光头之间的距离。
1.蜗轮座;2.蜗杆座;3.蜗轮;4.蜗轮座轴承;5.驱动滑块支座;6.驱动滑块;7.连杆支撑座;8.定位测距头;9.伺服电机;10.蜗杆;11.蜗轮轴;12.连杆轴;13.激光头;14.淬火件
1.2 激光表面淬火设备工作原理
激光淬火是通过让激光束均匀地照射到复杂形体表面, 工件表面极薄一层的小区域内快速吸收能量, 使该区域的温度以105~106℃/s的速度急剧上升到高于相变点而低于融化点之间;当激光束离开该小区域后又以106~108℃/s的速度急速冷却, 获得在常规加热淬火条件下不容易获得的马氏体组织, 从而实现工件表面相变硬化的一种淬火方法[3,4,5]。要保持激光束扫描过的工件表面保持恒定的温度, 除了让激光输出的功率保持不变情况下, 必须让激光头与工件表面保持恒定的距离, 这一点可以通过激光淬火设备径向移动装置, 如图1所示。当工件绕着O-O旋转时, 由于工件是复杂的三位立体结构, 工件表面与激光头的距离X随着转动角度的改变而变化, 如图2所示。当定位测距头8测出X值变小时, 该信息立刻输送给控制系统, 控制系统让伺服电机9正转, 通过蜗杆10、蜗轮3使蜗轮轴11旋转, 蜗轮轴11与驱动滑块6是是一对精密螺纹副, 蜗轮轴11旋转可以带动驱动滑块后移, 从而使激光头远离工件表面, 让X变大;反之, 定位测距头8测出X偏大, 通过相同的方式让激光头靠近工件表面, 使X变小, 从而使X值保持恒定。
2 复杂形体激光表面淬火设备结构改进设计方案
2.1 复杂形体激光淬火质量分析
在激光淬火过程中, 如果表面是平面或者是圆柱面等非常规则的工件, 只要保持激光头到工件表面距离X不变、激光头输出功率不变、激光均匀地束扫描工件表面, 那么整个工件表面被加热的温度和冷却的速率等参数基本上保持恒定值, 那么工件外表面淬火硬度、深度基本一致, 淬火质量就比较好。但是, 对于形体比较复杂的工件, 只给定上述淬火条件是不够的。复杂形体在淬火过程中会出现两种情况, 第一种是如图2 (a) 所示, 形体外表面与激光束成垂直状态, 激光光束的能量基本被形体表面所吸收, 此时形体表面的温度最高。第二种是如图2 (b) 所示, 激光光束与形体表面呈一定角度, 激光束产生反射, 把光束的部分能量反射出去, 形体表面吸收的能量就少, 表面温度就低, 且随着反射角度的增大, 反射能量越多, 形体表面的温度相应地就越低。所以, 在激光淬火过程中, 复杂形体由于截面呈现不规则形状, 激光光束在扫描过程中部分能量被反射, 且所反射的能量随着反射角的增大而增加, 造成形体表面温度时而高、时而低, 将致使形体表面淬火硬度不均匀, 甚至使部分表面硬度达不到规定的而要求, 影响了激光淬火的质量。
2.2 复杂形体激光表面淬火设备结构改进设计方案
由于复杂形体截面是一个不规则形状, 导致其表面淬火不均匀, 影响了淬火质量, 为此, 通过改变激光光束输出功率来达到设计的目的。如图2 (c) 所示, 激光头在移动时, 两个定位测距头也随着激光头同时移动, 考虑到两个定位测距头之间的距离C是一个定值, 而且C的值不大, 在设计时把两个定位光束、激光束与复杂形体表面的三个交点近似成一直线, 于是有:
变化后有:
其中:θ为激光束反射角;△x=x2-x1;c为两个定位测距头之间的距离, 是个恒定值;x1、x2分别为定位测距头到形体表面之间的距离;x为激光头到形体表面之间的距离。
由 (2) 式可以看出, 激光束反射角θ随着定位测距头到形体表面之间距离差△x而变化, 只要测出x1和x2的值, 就可以通过 (2) 式确定激光束反射角θ。因此, 在控制系统中, 建立激光束反射角与输出功率的关系, 即反射角θ增大, 输出激光功率相应增大, 可以抵消复杂形体因激光束反射所损失的不能能量, 可以让发展砸形体表面所吸收的能量保持恒定, 进而使形体表面在淬火过程中的温度尽可能稳定, 避免了形体表面淬火的不均匀性。
3 结论
由于激光束在淬火过程中存在反射的特性, 光束在扫描复杂形体表面过程中反射角一直在波动, 使激光束反射量、形体表面能量的吸收量、形体表面的温度也随着改变, 导致复杂形体表面激光淬火后硬度均匀性差, 影响淬火质量。改进后的设备, 在激光头处增设了两个定位测距头, 实时测出定位测距头到工件表面之间的实际距离, 在控制系统中建立了定位测距头、激光束的反射角、激光输出功率三者之间的关系, 一旦发现反射角改变, 控制系统就及时改变输出功率, 以此弥补激光束反射影响形体表面淬火硬度均匀性差的难题。
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复杂机械设备 篇5
调研表明, 故障诊断数据质量是引起故障诊断虚警和漏报的重要原因之一。有色矿山、冶金生产设备故障监测与诊断技术发展至今, 虽然各种系统技术本身取得了重大进展, 但是据调研分析, 设备监测与诊断领域达到预期效果的却为数不多, 耗费巨资的项目最终忽视了一个极其重要的基础问题——设备故障诊断数据的质量。由于复杂矿冶设备群工作环境恶劣及存在大量不确定度因素, 数据质量已成设备故障监测与诊断技术项目成功实施的关键。设备运行状态数据是设备运行状态的信息表达形式, 是一切监测诊断技术的基础与核心, 其质量的高低对设备监测诊断系统有着至关重要的影响。复杂矿冶设备群运行状态数据在产生、传输和使用环节中, 不可避免地受到众多干扰因素的影响, 不同程度地包含着各种与设备状态无关的干扰信息, 影响着对设备异常状态或故障状态的实时判断, 导致错误的监测结论, 甚至造成严重的后果。一旦错误的数据进入系统, 再想把它修正过来, 代价十分巨大。据统计, 修正错误数据的成本是阻止错误数据发生成本的10倍。
有关故障诊断数据质量系统保障方法, 国内外文献报道还未查到。本文的研究目标在于从数据采集系统的优化设计和使用维护角度2个方面提出一种基于数据质量工程学的矿冶设备故障诊断数据质量保障系统方法, 其核心是通过线外数据质量工程 (数据采集系统的优化设计) 来降低变异效应和线内数据质量工程 (数据采集过程管理与校准维护) 来减少变异源的系统保障方法, 从数据采集的整个生命周期角度来全面保障数据质量的准确性, 从而提高复杂矿冶设备群监测与诊断系统的可靠性, 防止“伪数据”进入复杂环境设备群故障监测与诊断系统而给企业造成重大损失。
1矿冶设备数据的产生过程
1.1 数据质量的形成过程
矿冶设备状态数据的监测和测量过程本质上是一种生产过程, 产品就是数据, 其生产原理如图1所示。显然, 测量过程系统受到人、机、法、环、测等方面的综合影响。人主要是操作技能、责任心、规范遵守等;机包括数据采集系统的软硬件系统, 如装置、各种传感器等;法包括数据获得的各种方法及各种噪声过滤算法;环主要是灰尘、温度、湿度等条件;测主要是指测量系统的不确定度、重复性和再现性等测量系统分析方法。如果该过程没有得到评估和监控, 那么好的结果可能被测为坏的结果, 坏的结果也可能被测为好的结果, 此时便不能得到高质量的设备状态数据, 进而就无法获得真正的设备状态特性, 也就不能有效进行设备状态监测或故障诊断了。
由于矿冶设备群通常工作情况恶劣, 数据质量保障方案就应该从测量过程着手。矿冶工业现场数据生产过程涉及到人、机、法、环、测等方面形成的数据采集系统的健壮性。
数据变差是指测量数据的偏倚和方差引起的变异。低质量数据最通常的原因之一是数据变差太大。监测变差大多是由于监测系统和它的环境之间的交互作用造成的。例如, 监测某容器内流体的容积, 使用的监测系统可能对它周围的环境温度敏感, 在这种情况下, 数据变差可能由于其体积的变化或周围温度的变化, 使得解释这些数据很困难, 因此, 这一监测系统是不理想的。如果交互作用产生太大的变差, 那么数据的质量可能会很低以至于数据没有用处。例如, 一个具有大量变差的监测系统, 在分析制造过程中使用是不适合的, 因为监测系统变差可能会掩盖设备运行过程的变差。
1.2 测量过程变差的产生
为了有效地控制测量数据质量, 首先必须考察测量过程变差。
用公式表示为
式中:y为测量值;x为真值 (True Value) ;ε为测量误差。
图2为矿冶设备状态测量数据值的构成图。从图2可看出, 尽管有设备状态数据, 但它不总是代表真相, 因此, 有必要确认设备状态数据的质量与可靠性。
测量误差按其出现的特点可以分为系统误差、随机误差和粗大误差。
系统误差是指在重复性条件下, 对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。系统误差又有恒定值系统误差和随条件变化的系统误差之分。在对同一被测量的多次测量过程中, 测量结果y表现为一个具有一定分布规律的随机变量 (在大多数情况下, 可以认为服从正态分布) , 则测量系统均值误差为
式中:μy为数学期望;m为被测量真值。
随机误差是指测量结果与在重复性条件下, 对同一被测量进行无限多次测量所得结果。而测量的随机误差为y-μy, 其标准差为
式中:σy为标准差;V (e) 为测量值方差。
粗大误差是指明显超出规定条件下预期的误差, 它是统计的异常值, 测量结果带有粗大误差时, 应按照一定的规律剔除。此外, 当μ为一个恒定常数时, 系统误差为恒定系统, 当μ按一定的方式表示时 (例如μ=α+βt) , 则为随机条件变化的系统误差。倘若第i次测量结果yi与其它 (n-1) 的测量结果yi, …yi-1, yi+1, …, yn不服从同一分布, 则第i次测量误差ei=yi-m为粗大误差, yi为异常值应予剔出。
式 (2) 可以表示为
式中:e表示测量总误差。
式 (4) 表明测量误差等于系统误差与随机误差之和。
1.3 不确定度及其误差来源
1993年国际上7个权威组织:国际计量局 (BIPM) 、国际电工委员会 (IEC) 、国际分析化学联盟 (IFCC) 、国际标准化组织 (ISO) 、国际纯物理和物理应用联盟 (IUPAC) 、国际纯化学和应用化学联盟 (IUPAP) 和国际法制计量组织 (OIML) 共同制定并由ISO出版了“测量不确定度表示导则”, 该标准规定用测量不确定度来表征测量结果的质量。测量不确定度是表征合理地赋予被测量之值的分散性与测量结果相联系的参数。测量不确定度可以用测量结果的标准差表示, 必要时也可以用标准差的倍数或被测量的置信区间的半宽度表示。
测量不确定度一般包含着若干个分量, 按其数值评定方法可分为2类:
(1) A类
用统计方法评定的不确定度, 可以用实验标准差 (或称为样本标准差) 来表征。设被测量的真值m为在同一条件下进行n次独立重复测量, 则测量结果的标准不确定度或者说被测量的测量结果为
式中:
(2) B类
用非统计方法评定的不确定度, 用根据经验或资料及假设的概率分布标准差的估算值来表征。当不能得到被测量的若干个独立重复测量时, 标准不确定度可用被测量的可能变化的有关信息或资料来评定。
设根据以往的经验或有关资料和信息, 被测量的可能值y不会超出范围: (m-δ, m+δ) , 且置信水平 (即包含概率) 为1-α, 即:
式中:δ为测量偏差半径。
若令:
则根据测量结果y的分布率 (正态分布或均匀分布等) 在置信概率1-α可以计算或查表得出k, 此时测量不确定度为
式中:k为不确定度系数。
1.4 数据误差的质量损失
被测数据通常分望大、望小和望目3种。望大表示越大越好, 如合格率;望小表示越小越好, 如噪音;望目表示越接近目标值越好。现设被测设备状态参数y为望目特性, m为目标值。则望目特性的测量损失函数为
式中:k为与y无关的常数, 它可以按下述方法确定:
式中:A0为设备丧失功能时的损失; Δ0为设备的功能界限; A为参数不合格的损失;Δ为设备参数的容差。
又若已知被测设备状态参数y的n个观测值为 y1, y2, …, yn时, 则产品的平均质量损失为
其中:
测量数据质量损失函数的研究有利于采集系统健壮性设计的开展。
2数据质量工程学方法论
为了系统保障矿业设备故障诊断数据质量, 本文提出数据质量工程的概念。数据质量工程是一种研究如何从数据产生的全寿命周期角度来保障数据质量最佳化的工程技术, 它分为线内数据质量保障工程学和线外数据质量保障工程学2个大部分, 前者是从数据采集设备的使用者和管理者的角度, 研究数据生产过程中的计量检测问题和计量管理部门的计量管理问题来保障数据质量;后者是从数据采集系统的开发、设计者的角度研究数据采集系统的优化设计问题, 以保障数据质量。
2.1 线内数据质量保障工程
线内数据质量工程从以下角度来保障数据质量:
(1) 数据生产过程中的检测;
(2) 数据采集设备的管理;
(3) 采集系统的比较和选择。
数据采集设备的管理又包括:采集设备校准系统的设计;周期校准时, 采集设备的校准方式与校准后的比;日常校准时, 采集设备的校准方式与校准后的测量误差。
2.2 线外数据质量保障工程
线外数据质量工程主要从数据采集系统的开发设计角度研究数据采集的误差分析及采集系统的优化设计, 从而保证数据质量。
显然, 线内数据质量工程主要从识别并减少变异源的角度来改进数据质量和一定程度地减少测量误差, 需要付出成本;而线外数据质量工程基本思想不是去消除环境中的变差源, 而是围绕如何减少变异效应的角度来设计采集系统, 除了改进数据质量和减少测量误差外, 还能从根本上提高采集系统的内在质量。因此, 数据质量保障的关键技术是数据采集与测量系统的线外优化设计, 它可以从本质上改进采集系统的内在质量和抗干扰能力;其次是对采集系统进行线内科学的管理以及正确、合理地使用采集设备和采集方法, 这样可以减少采集误差, 改进数据质量。
3线外数据质量工程方法
3.1 线外数据质量工程基本思想
线外数据质量工程学核心是研究数据采集系统抗干扰能力的优化设计问题, 即从采集系统优化设计角度来保障数据质量的一种方法。线外数据质量工程提供了2种可供选择的对策:
(1) 首先研究引起测量误差的误差源, 并对具有较大影响的误差因素, 将其本身的波动控制在小范围内, 以此来减小测量误差。例如, 某测量设备, 已知温度对测量特性的影响较大, 此时, 从测量设备用户角度来讲, 解决问题的方法就是将其放在恒温室使用, 当进一步分析得知, 由于温度变化而引起测量设备中使用电阻的变化, 而电阻的变化是引起测量特性变化的主要原因。此时, 从测量设备制造厂的角度来讲, 解决问题的方法就是将该电阻换成温度变化对其阻值影响小的电阻。这种用控制误差原因本身波动来改善测量特性的方法称为容差设计, 不管是站在用户的立场还是制造厂家的立场来改善测量特性, 都是一种使成本上升的方法。
(2) 站在测量设备、测量方法的开发、设计部门的角度, 从设计上找原因。首先, 引入SN比 (信噪比, 计算公式为η=β2/σ2) 作为评价测量系统测量特性优劣的指标。因为, SN同时反映了测量特性的健壮性 (即对误差源的抗干扰性) 、直线性以及灵敏度。SN比越大的测量系统, 测量特性的抗干扰能力越强, 灵敏度越高, 直线性越好。其次, 以SN比为指标对测量设备、测量方法进行优化设计时, 只要选择一组设计参数使得SN比最大即可。这种方法不仅不会导致经费的增加, 而且可以缩短设计研制周期。这是一种从源流上改善测量特性的方法。
线外数据质量工程主要是基于第二种思路。
3.2 线外数据质量工程实施要点
3.2.1 以SN比为指标进行健壮设计
一般的优化设计是以产品 (或系统) 的输出特性为指标, 而健壮设计则主张不要直接研究产品的输出特性, 而要转化为SN比来加以研究。以数据测量系统为例, 不是以测量特性为指标, 而是以测量特性的SN比为指标来研究。追求SN比最大的设计方案, 就是使测量系统性能稳健、抗干扰力强、灵敏度高的方案。因此, 这种优化设计称为健壮性设计。
3.2.2 以误差因素模拟3种干扰的抗干扰设计
将引起测量误差的误差源分成3类, 并称为3种干扰:
(1) 内干扰
由于测量系统的零部件、原材料老化或劣化所导致的测量特性的波动, 称为内干扰, 这是来自测量系统内部的误差源。
(2) 外干扰
由于测量系统使用时或存放时的环境因素 (例如温度、湿度、电磁场、电源等) 所导致的测量特性的波动, 称为外干扰, 这是来自测量环境的误差源。
(3) 物品间的干扰
由于测量设备制造过程中5M1E (人、机、料、法、测和制造环境) 的变化引起的制造误差。
本文的优化设计, 不是尽量控制这些干扰, 消除误差源, 而是用误差因素来模拟这些干扰, 然后选取抗干扰的设计方案。
3.2.3 用正交表为工具设计实验方案并进行实验结果的统计分析
为了尽量减少开发、设计中的试验次数, 采用正交表来设计实验方案并进行实验结果的统计分析, 这样不仅可以减少实验次数、缩短产品开发周期、减少研制成本, 而且可以验证最佳方案有无再现性。
3.2.4 设计的3个阶段
健壮设计的目的就是要在非设备状态变量和噪声因素发生变差时其采集的数据仍是稳健的, 即一方面数据质量对这些变差的影响是不敏感的, 另一方面要求数据采集仍是可行的。设计一种数据质量采集保障系统, 可以分为3个阶段进行:第一阶段为系统设计, 提出初始的数据采集设计方案;第二阶段为参数设计, 探求数据采集参数的最佳搭配, 提高采集系统性能的稳定性;第三阶段为容差设计, 对采集系统关键的参数给以合适的容差范围。3次设计法的基本思想是用正交表安排采集数据试验方案, 用误差因素模拟各种干扰, 以信噪比作为衡量设备状态数据质量特性稳定性的指标, 用廉价元部件组装质量上乘、成本低廉、测量性能稳定可靠的设备故障诊断数据采集系统。
3.3 线外数据质量工程学实例
某复杂选矿设备XM型号球磨机, 其工作环境相对恶劣, 故障诊断主要是通过振动特性来实施。但改善前总是存在虚警或漏报等重大诊断事故, 经分析其主要原因是采集系统中的振动数据质量误差偏大。下面应用本文提出的方法对该数据采集系统进行优化设计。
3.3.1 系统设计
系统设计的主要任务是结合设备具体工况, 采用自顶向下、创造性方法TRIZ、公理设计方法进行采集系统的功能与结构设计。本实例振动是指球磨机内钢球与鼓筒装甲的撞击。这种撞击传递到鼓筒装甲上形成相应的撞击脉冲力使球磨机产生复杂的振动。振动沿着球磨机鼓筒金属壳体和球磨机轴承传播开。这样, 可以利用音频测量原理, 采用非接触测量方式得到球磨机鼓筒振动的频率特性。而对于单进单出球磨机, 电动机功率、出入口差压、球磨机出力、振动信号与筒体轴承故障之间有一定的关系。经过详细分析, 设计其数据采集系统, 如图3所示。
3.3.2 参数设计
在系统设计完成以后, 接着要进行参数设计。所谓参数设计, 就是要选择系统参数的最佳匹配, 使得产品的稳健性最好。参数设计的基本思想是通过选择系统中各可控因素的最佳水平 (即最佳参数) 组合, 从而尽量减少各种干扰的影响, 使产品输出特性波动小。参数设计是一个多因素的优选问题, 田口玄一博士建议用正交试验设计法来安排试验方案, 用误差因素来模拟各种干扰, 用信噪比 (SN比) 作为产品输出特性稳定性指标来加以优化。SN比最大的设计方案就是最优的设计方案。
(1) 目标
本实例中参数设计的目标是要保证数据采集系统的数据质量的稳定可靠, 即由原来93%提高到99.9%以上。
(2) 可控因子及误差因子水平选择
通过分析影响数据质量效果的各种因素, 选取3个相关的参数作为可控因素, 各因素均取3个水平, 如表1所示。
误差因子水平根据3种干扰因素来选其相应的水平表。
(3) 内外表试验设计和数据选取
对可控因素进行的设计, 称为内设计, 相应选用的正交表为内表;对误差因素和信号因素进行的设计称之为外设计, 相应选用的正交表称之为外表;然后通过内外表直积法对试验方案进行实施。
(4) SN比的统计分析
若采集数据特性Y服从正态分布N (μ, δ2) , 因为望小为好, 所以希望μ和δ2都越小越好。令:
则η越大越好。又:
E (Y2) 的无偏估计为
式中: y1, y2, …, yn为Y的n个观测值。
则:
取以10为底的对数, 化为分贝值, 即:
根据式 (16) , 计算内表中各设计方案的SN比ηi。
同理, 计算出η2, η3, …, η18的值。
(5) 最优参数选择及结果对比
最后对所有SN比进行统计分析, 进行优化方案的选择, 其结果如表2所示。从表2可知, SN比得到了较大的改善, 大大降低了故障诊断的误判率。
3.3.3 容差设计
容差设计是在参数设计之后进行的, 是优化设计的最后一个阶段, 主要是起到锦上添花的作用。在容差设计阶段要分析各个误差因素对输出特性波动的影响大小, 对关键的误差因素给以较小的容差。但这样做又会导致成本的增加, 于是以质量损失函数为工具来追求质量和成本的最佳平衡。由于本实例是小批量的测量系统, 对成本考虑是次要因素, 因此对其关键的元器件均采用一等品代替三等品, 这有利于采集数据的更加健壮和可靠。
4线内数据质量工程学
线内数据质量工程学的核心是一种在数据采集系统设计完成后, 如何在使用、维护过程中保障数据质量的方法。
数据采集系统使用过程中会受随机和系统变差源影响。这些变差源由普通原因和特殊原因造成, 包括标准、工件、仪器、人、程序及环境6个方面。线内数据质量工程的基本任务是通过重复性和再现性等方法评估测量系统是否可用, 若不可用, 则要进一步分析测量系统变差的主要来源, 然后针对显著变差源进行改进或预防, 以达到保障和控制矿冶设备状态数据质量的目标。
线内数据质量工程学核心:
(1) 识别潜在的变差源;
(2) 排除 (可能时) 或监控这些变差源。
5结语
本文提出了一种基于数据质量工程学的复杂矿冶设备监测数据的质量保障方法, 其核心是从数据采集系统的设计 (线外) 和后期使用维护 (线内) 两个角度来降低变异效应和减少变异来源, 具体是通过对数据采集系统进行抗干扰能力的健壮设计和评估、识别、改进使用阶段的不良, 使其在恶劣矿冶环境下仍能采集高质量的设备状态数据, 从而保障设备故障诊断数据的可靠性。实例验证表明该方法可以为数据质量保障提供一种系统解决途径, 对复杂矿冶设备群故障诊断提供了良好的基础。
参考文献
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复杂机械设备 篇6
关键词：协同服务,协同服务平台,ASP,嵌入式在线服务
0 引言
随着现代设备日益向高新技术集成和智能化方向发展, 其结构日趋复杂, 功能日臻完善, 自动化程度也越来越高, 由此带来了整个系统发生故障的潜在可能性和方式也在相应增加, 只要一处发生故障就可能引起链式反应[1]。如何保障复杂设备的可靠有效地运行, 就成了亟待解决的问题。
目前, 在国内, 各学术研究机构和应用企业在进一步深入研究复杂设备远程检测和故障诊断技术的同时, 也进一步拓宽复杂设备的远程服务功能的研究领域, 开展满足客户对产品“TQCSE”高要求的服务与远程工程支持[2]。在国外, 特别是德国和欧洲的大型科研机构已认识到了工业服务的巨大意义, 他们认为, 技术领先并不必然获得市场成功, 服务已经超越设备本身成为保持国际竞争力的重要因素。在新一轮中德政府间科技合作中, 德国教育与研究部 (BMBF) 资助“Co-Service”协同服务项目, 通过研究开发支持协同服务的方法、过程和工具, 优化高科技设备的使用与运行, 进而提高中德合作双方的竞争力。
作为一种全新的服务模式, 协同服务强调以下几个方面[3]:1) 跨企业、跨地域, 以有效的协作来响应用户的服务需求。2) 供应商、合作伙伴、设备用户关系的转变:用户-供应商关系由买卖关系转变为一种相互合作的关系;合作伙伴结成利益共同体, 建立了优势互补、市场共享、风险分担的“双赢”发展模式。3) 实现全球化的协同服务。因此协同服务模式的实施首先需要建立合作和提供服务的平台;其次, 要提供适合于协同服务模式的设备服务远程解决方案。基于以上要求, 本文提出了协同服务系统框架 (如图1所示) , 在该框架下, 设备供应商及协作伙伴按照协同服务平台中的业务流程提供服务, 设备用户把自己的设备查询接口集成到服务平台供服务商远程在线监控并接受相关服务。因此, 本文主要研究基于合同约束的ASP协同服务平台关键技术、服务内容, 以及支持协同服务的设备在线服务实现技术。
1 基于合同约束的ASP协同服务平台研究
应用服务提供商 (Application Service Provider, ASP) 是一种新兴的服务运行模式。“通过采用ASP应用服务, 能够有效整合社会优势资源, 加强企业间的协同, 提高企业核心竞争力, 从而形成具备整体优势的增值链及产业链, 形成双赢及多赢的模式”[4]。
ASP协同服务平台整合了第三方服务模式, 并在平台上集成了一系列应用服务。用户选择角色在平台上注册, 系统将根据角色分配不同的操作权限 (功能权限和资源权限) 。服务商在平台上注册并配置基础服务资源 (产品信息、技术文档等) , 就可以为设备用户提供相关服务, 而不必建设自己的服务平台, 大大缩短了企业信息化建设周期, 降低了企业运营成本。另一方面, 设备用户在平台上注册后, 就能主动或被动地找到能满足其需求的服务商, 获得服务商业务确认后, 与服务商签订服务合同, 合同结束后, 双方可以续签, 设备用户也可以在平台上选择更优秀的服务商为自己服务。
1.1 ASP协同服务平台的关键技术
1.1.1 基于电子合同约束的服务管理
在协同服务平台中, 为了有效保障设备用户-设备供应商和设备供应商-协作伙伴之间的权利和义务, 建立了基于电子合同约束的服务管理模式, 其生命周期如图2所示, 具体内容如下:
1) 选择合同模板:服务中主要涉及设备用户-设备供应商和设备供应商-协作伙伴的合同关系, 因此, 定义了服务合同和协作合同两个模板。
2) 启动合同谈判环境[5]:电子合同协同环境主要为用户提供文本交流、语音通信、电子合同同步更新和集成Net Meeting等服务工具。
3) 电子签名与合同认证:在电子合同中, 表示合同生效的传统的签字盖章方式被电子签名所代替。同时, 需要公正机构对其进行CA认证以确认电子签名合同的有效性。
4) 合同履行状态监控:生效的合同进入履行阶段, 该平台提供辅助监督功能, 平台接受用户投诉并对被投诉方及时提醒, 以保证合同的顺利执行。
5) 合同结束。
在平台开发中, 使用DTD (Documnet Type Definition) 来规范和约束电子合同的结构和内容模式;使用可扩展标记语言 (Extensible Mark Language, XML) 描述电子合同的各项商务信息, 如:合同双方、合同日期、使用的资源、服务收费标准等。
1.1.2 基于角色的权限管理[6,7]
基于角色的权限管理的基本思想是:权限赋予角色, 角色赋予用户, 用户通过角色享有权限。ASP平台用户类型多样, 角色主要有:系统管理员、设备用户、服务商、软件供应商等。权限可分为功能权限和资源权限, 功能如通过EOS远程访问设备、远程视频等, 资源主要指各种数据库资源。
考虑到实际服务中, 服务商通常把服务任务分派给下属部门员工, 在模型中引入了角色层次关系, 部门员工继承了服务商的角色后, 就自动获得了服务商角色的权限。
在基于角色的访问控制下, 登陆到系统中的用户可通过所拥有角色的权限来访问允许的服务资源, 并处理相应的事务, 这样既确保了对资源的安全操作, 也保障了平台中各项业务的顺利进行。
1.1.3 嵌入式在线服务系统的集成方案
德国项目组对嵌入式在线服务系统进行了深入的研究。如何把该系统与协同服务平台进行集成是完成协同服务任务的关键所在。由于该系统是一个独立运行的系统, 因此, 设备用户只需提供系统中的查询服务器统一资源位置 (URL) , 然后将其在协同服务平台注册并同时分配服务商相应权限, 服务商就可以通过查询服务器的服务导航功能, 选择相关服务, 对设备进行故障诊断和远程监控。
1.2 ASP协同服务平台的主要内容
协同平台主要应用服务包括:
1) 安装/调试支持服务:用户可以通过远程课堂视频获得帮助, 设备制造商、专业技术服务机构也可直接对新设备进行远程操作或指导现场人员, 对设备安装和调试进行远程支持。
2) 技术培训服务:由于高科技产品技术含量高, 操作复杂, 设备供应商需要提供便捷、优质的技术支持以帮助用户较快较好地使用设备。可以通过远程课堂对用户进行远程技术培训, 借助于视频、音频、白板、操作模拟等手段, 使远程课堂达到现场培训的效果, 同时也节约了人力成本。
3) 故障排除服务:为了较快地排除设备故障, 该服务提供了自助式和专门故障服务两种途径, 充分利用专家知识和经验, 在最短时间内排除故障。
4) 预防性维护服务:为了降低因故障引起的宕机时间, 必须改传统方式下“被动服务的方式”为“主动式服务”。通过对用户设备进行例行检查, 对设备的运行状况有一个定期了解, 对发现的问题尽早地给出维护建议, 以电子邮件或预警消息的方式发送给设备用户;通过对历史数据的分析评估, 可以对设备系统或重要部件的劣化趋势进行预测, 消除设备隐患。
5) 用户信息反馈服务:基于此服务, 设备用户可以自由发表评论, 对服务商服务质量进行满意度评价, 指出设备使用过程中的不足之处。另一方面, 服务商有义务对用户反馈的信息给予及时解答, 同时, 对反馈信息的分析利用, 可以促进产品的改进和创新, 从而保持产品的竞争优势。
此外, 独立的软件提供商可以将软件以服务的形式注册到ASP平台, 成为平台服务资源的一部分, 如:备品备件管理系统, 客户关系管理 (CRM) 系统, 企业资源计划 (ERP) 系统等。客户若使用服务须向ASP平台支付费用, ASP平台再按照事先协商的利益分配方案, 付费给独立软件提供商。
1.3 ASP协同服务平台的开发技术
采用J2EE标准进行系统平台的设计开发, J2EE标准是SUN公司推出的用于构建基于Web系统的标准平台和环境, 采用层次开发模式, 把客户端表示和业务逻辑分离, 提高了ASP平台的开发效率。平台总体上分为客户层、业务逻辑层和数据层三层, 其中业务逻辑层又可扩展为基础层、功能层和支撑技术层。
1) 客户层:客户端把Web浏览器作为统一的用户界面, 客户端的请求结果可以由JSP页面、显示HTML页面的servlets以及applets组成。
2) 业务逻辑层:此层是平台的核心部分, 逻辑处理主要由EJB (Enterprise Java Beans, EJB) 组件实现, EJB组件包含会话EJB和实体EJB。主要实现的业务逻辑包括:业务流转、流程管理、信息传递等。基础层是功能层业务实现的基础, 功能层是对各个功能模块的集成, 技术支撑层包括了平台建设和运转所需的相关技术。
3) 数据层:建立和提供数据资源库, 包括:用户信息库、设备信息库、业务信息库等。
2 支持协同服务的设备在线服务系统
为了支持ASP协同平台中的应用服务, 必须提供适合于协同服务模式的设备服务远程解决方案, 为此, 本文研究了嵌入式在线服务 (Embedded Online Service, EOS) 协议标准和实现架构[8] (如图5所示) 。基于计算机技术、网络通讯技术的EOS协议标准, 可以不受设备控制器的类型和年限的限制, 以“即插即用”的方法将设备连接到系统中, 方便快捷地获得设备的运行状态等信息。设备在线服务实现逻辑是用户通过浏览器统一地址URL访问查询服务器, 通过权限认证后, 对局域网设备IP地址和端口进行配置, 搜索设备服务器, 如果设备在线 (Online) , 点击在线设备链接, 绑定设备客户端, 通过客户端调用Web Service发布相关服务。
基于EOS协议标准和实现架构开发设备在线服务系统, 内容主要包括:
1) 基于Web Service的设备服务器 (Device Sever) 。以开发数控机床的设备服务器为例进行说明, 设备服务器主要完成两方面任务:一方面, 与机床Severs建立自动连接, 完成对设备状态信号的采集并将数据封装成各种设备服务, 通过Web service标准对这些服务进行查询和访问;另一方面, 响应查询服务器和客户端的请求, 发布相关服务。
2) 客户端应用程序 (Client Application) 。客户端连接到Web Service并完成认证过程, 认证通过后, 客户端通过调用Web Service发布机床信息。由于不同类型的设备发布的服务信息不同, 必须针对不同类型设备, 开发与设备信息一致的客户端。
3) 查询服务器 (Lookup-sever) 。利用Java技术
开发的查询服务器, 在局域网内就像一个设备信息管理平台, 实现用户管理、设备搜索、文件上传下载等, Internet用户通过查询服务器URL及访问权限就可以对设备服务进行相应操作。
3 协同服务应用实例
作为中德国际科技合作项目, “复杂设备的协同服务支持”通过研究保障复杂设备稳定运行所需要的技术服务模式, 旨在建立一个由中德复杂设备供应商及用户参加的协同服务示范网, 通过协同服务, 保障复杂设备的可靠有效地运行。
本文以复杂设备协同故障诊断服务为例说明协同服务的实现 (如图6所示) 。首先, 服务参与方在平台中确认了业务关系, 并签订了服务合同或协作合同。服务商在平台上配置了自己的基础服务资源, 设备用户注册了查询服务器的URL并分配了访问权限。
当设备发生故障时, 对于一般故障, 用户可以利用平台提供的资源或服务通过自助方式解决;如果属于专门故障, 可以申请专门服务支持, 设备供应商利用自己的专业知识并对设备进行远程状态检测, 能独立解决则把任务分给自己员工, 如果不能独立解决, 则协同处理:情况一, 国外的设备用户要求现场解决的情况, 就可以委托当地合作伙伴协助;情况二, 发生的故障与某重要零部件直接相关, 可以把相应问题提交给零部件商;情况三, 若情况复杂, 可利用平台中集成的设备在线服务系统 (如图7所示) 、远程视频会议系统等手段多方协商解决。故障排除后, 问题的原因和解决方法要向相关人员通告, 并且记录到历史数据库, 作为平台上专家知识库知识的来源。
4 结束语
支持复杂设备运行的协同服务系统为实现“协同服务”这一全新的服务模式创造了条件。协同服务系统主要研究:1) 建立基于合同约束的ASP协同服务公共平台。提出了基于角色的权限管理, 以保证平台上各项业务的顺利进行, 通过应用服务中信息的交互, 实现信息共享和资源重用, 消除了信息孤岛, 加强了企业与用户以及企业之间的联系和技术合作。2) 提出设备服务远程解决方案—嵌入式在线服务系统, 该系统按行业特点抽象出面向行业设备的服务内容和接口规范, 设备系统只要满足这个结构规范, 就可方便将其接入网络中, 从而实现对设备远程状态检测、故障诊断和总体性能评估。
参考文献
[1]徐泳龙, 张晓阳, 刘娟.复杂装备远程服务与维护系统研究[J].计算机集成制造系统, 2004, 12 (4) :616-620.
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复杂机械设备 篇7
1 综采设备额的特点分析
1.1 集约化程度高
综采设备在研发设计上讲多个学科的知识都包含在内, 单一科学知识难以保证综采设备在实际应用中能够正常使用。伴随着科研人员在对于煤炭行业综采设备研究, 综采设备所具有的集约化程度正在逐渐增加。例如综采设备在煤炭开采中, 经常使用的机械设备为点牵引采煤机, 这种综采设备在实际应用中不仅仅涉及到了电气及机械方面的知识, 还包含了液压传动方面的知识。
1.2 购置综采设备资金投入大
煤炭企业经济开采经济成本主要都集中在对于综采设备购买方面。现阶段, 如果煤炭企业想要购买较为完整的综采设备需要的资金将会达到百万, 部分综采设备购买资金将会高达千万。这就表示煤炭企业需要在综采设备购买上投入大量的资金, 增加了煤炭企业经营成本。伴随着科技水平的不断提高, 综采设备技术研究越加先进, 综采设备结构也越加复杂, 煤炭企业想要让综采设备在煤炭开采上拥有更高的效率, 就需要增加对于综采设备的购买。
1.3 综采设备如果发生事故, 煤炭企业损失严重
煤炭企业在应用综采设备中如果出现任何的事故, 不仅仅是造成煤炭企业经济利益上的损失, 还有可能出现人员上的伤亡。造成这种情况的主要有两个, 首先煤炭企业在生产建设中已经实现了机械化生产, 每天所开采出来的煤炭数量能够高达上千吨, 如果综采设备出现故障, 煤炭开采工作将被中断, 企业在综采设备维修期间将会出现较大的资金损失。其次, 现阶段煤炭企业所使用的综采设备都是在负荷状态下应用, 这就增加了综采设备出现安全事故的可能性, 如果综采设备出现安全事故, 就有可能造成人员上的伤亡情况。
2 综采设备的使用现状
2.1 设备的维修保养得不到重视
煤炭企业中的综采设备基本上都是在负荷状态下运行, 设备出现故障的可能性较高, 但是企业对于综采设备的维修保养工作重视不够, 造成这种情况的原因较多, 可以归纳为两种, 分别是经济利益及人员水平。煤炭企业在生产建设中处于经济利益角度的考虑, 综采设备每天都是在负荷的状态下运行, 因此维修保养工作落实有限, 部分煤炭企业甚至将维护保养环节直接忽视。煤炭企业工作人员文化水平有限, 在实际操作中经常出现违规性操作, 增加了综采设备主线配件损坏的可能性, 煤炭企业经常通过减少配件更换的情况, 降低企业经营成本, 提高经济效益。
2.2 综采设备的利用率较低
综采设备在实际运行中时间都较长, 造成设备出现故障的次数较多, 这就降低了煤炭企业开采效率, 设备在煤炭开采中的真正作用也无法最大化发挥, 造成综采设备的利用率较低的原因较多, 可以归纳为两个, 分别是操作人员自身水平与设备维修保养工作不到位。综采设备实际操作人员自身文化水平有限, 在实际开展中经常出现违规性操作, 这种操作方式不仅仅能够增加设备配件损坏的可能, 还让设备无法发挥出真正的作用。煤炭企业在生产建设中对于综采设备维修保养工作的重视不够, 设备在长时间运行后无法获得正常的维修保养, 造成社会在实际运行中的效率大幅度降低。
3 综采工作面设备控制系统的应用
3.1 远程监控系统的运用
远程监控系统在实际应用中不仅仅拥有监控性能, 还能语音监控。煤炭管控人员可以通过监视器对煤矿井下作业情况及时掌握, 进而分析让工作人员能够在安全的条件下作业。
3.2 工作面视频系统运用
煤炭开采中应用视频系统, 能够增加对于煤炭开采工作的监控, 视频监控器主要安装在采煤机上, 这就可以将整个煤炭开采环节实施无缝隙式视频监管, 采集煤炭开采中的视频信息, 并且对于视频信息数字化处理。
3.3 关键智能装备姿态感知系统的运用
感知系统在煤炭开采中应用, 能够提高煤炭开采作业的自动化水平, 并且为决策人员提供精准的数据支撑。姿态感知系统在实际应用中需要将智能仪器作为载体, 开展感知式检测工作。关键智能设备姿态感知系统检测主要的姿态主要以三维的形式呈现。
4 结语
综采设备在实际应用中并不是单独性存在, 需要不同设备之间的相互协调性运行。因此, 煤炭企业在应用综采设备中, 已经要增加对于不同设备结构之间的重视, 选择合适的设备开展煤炭作业, 这样综采设备就能够面对煤炭开采中的复杂环境, 在保证设备安全稳定运行的情况下, 提高生产效率。
摘要：煤炭行业作为我国经济建设的基础性行业, 对于我国经济建设具有重要影响。煤炭行业生产建设中的核心内容就是综采设备。煤炭企业在资源开采中所需要面临的环境十分复杂, 综采设备能够更加不同的煤炭环境采取合理的开采手段, 提高煤炭开采效率。因此, 综采设备在煤岩行业生产中占据着关键性作用。本文针对综采设备在复杂采矿条件的应用情况分析, 进而提出相对应的解决意见。
关键词：综采设备,煤矿开采,设备选型,系统技术
参考文献
[1]付宇, 卜磊, 张启荣.综采设备在尚庄矿608工作面复杂条件下的应用[J].江西煤炭科技, 2014, 02:48-50.
薄壁复杂型铸件气密性检测设备 篇8
关键词：铸件,气密性,检测设备
1 工艺流程
人工上件→按下启动按钮→工件压紧→工件封堵→泄漏检测→得出检测数据→工件松开→取走工件
2 主要结构
本装置仪器主要包括机械系统、气动系统、测控系统等三部分组成。具有检测效率高、检测精度高、密封可靠、操作界面简洁、安全防护完善等特点。本检测设备外形如图1所示。
2.1 气密性检测设备机械系统
气密性检测设备由台体和检测台架组成。台体为框架式, 作为气密性检测设备的基础, 台体上部安装检测台架, 下部安装水箱。整个台体由防护网包围, 防止机械动作对操作者可能造成的伤害。电气控制柜位于气密性检测设备的后部。
台体由方形空心钢焊接而成, 以保证气密性检测设备具有足够的刚性, 并以防锈漆作底漆, 再喷面漆。
检测台架由四根导向光轴和顶部夹具安装板组成, 四根光轴由法兰固定在台体上部, 导向光轴和顶部气缸安装板构成了气密性检测设备的龙门式检测台架。用于封堵工件各孔的夹具和气缸安装在顶部压紧气缸活塞杆前端的夹具安装板上。
工件托盘上安装底面封堵板, 其上设置有定位销, 与工件的定位孔配合实现一面两销精确定位。底面封堵板上按照被测工件底面的形状加工出了沟槽, 将硅橡胶○型圈嵌入沟槽, 与顶部上压封缸一起实现对被测工件底面大孔的封堵。利用硅橡胶○型圈密封的目的是将传统的面密封改为线密封, 能很好的提高封堵效果。
气密性检测设备顶部安装有上压封缸, 上压封缸端部连接夹具安装板, 除工件底面外所有其它位置的工艺孔所需的夹具和驱动气缸通过补偿弹簧和调节压杆全部安装在夹具安装板上, 顶部夹具安装板压下封堵顶部工艺孔的同时其它工艺孔的封堵气缸也到达封堵位置。
对于端面已经加工的孔, 采用封堵夹具前端带硅橡胶○型圈或橡胶垫, 压紧已经加工的端面, 依靠硅橡胶○型圈或橡胶垫的变形进行密封。
对于端面未加工的孔, 因为其端面未加工, 密封面的光洁度不够, 如果用硅橡胶○型圈进行端面密封, 难以保证稳定的密封效果, 所以对于这样的孔, 采用径向充气封堵头及封堵橡胶 (如图2所示) 进行密封。当向充气封堵头充气时, 封堵头的端盖受气体压力而向前运动, 与杆端螺母一起将径向密封圈/封堵橡胶挤压变形, 达到对封堵孔进行径向密封的目的。
2.2 气密性检测设备气动系统
系统气源要求为0.5MPa以上, 无杂质、无水、无油污, 气源接入设备后, 通过专门的二级气源处理装置空气组合元件 (包含过滤器、减压阀、三通残压释放阀等) 后供给试验台, 系统压力设置为0.5MPa。
气源经过空气组合元件后, 供给封堵气缸工作压力供给封堵气缸、压封缸, 工件上的各工艺孔由封堵气缸或气胀头自动封堵。
2.3 气密性检测设备测控系统
系统控制方案如图3所示, 采用可编程序控制器为核心组成。主控PLC完成对各动作气缸的协调连锁控制, 以及与泄漏检测仪进行通讯, 监测各光电开关等的信号, 控制报警灯等。
气密性检测设备具有交互性良好的操作面板, 使得操作者能更方便的操作设备, 更直观的观察设备状态和试验结果。操作按钮包括电源、指示灯检测、自动/手动切换开关、紧急停止、报警解除。工作过程指示灯包括电源指示、工件合格、工件不合格、手动试漏、声光报警指示灯。
气密性检测设备采用了差压法泄漏检测仪, 该泄漏检测仪具有测量精度高、重复性好、效率高、重复性好、液晶面板显示等特点。
3 结束语