Цифровизация линейных измерений в металлообработке: задачи, выгоды, сложности внедрения

Специалисты машиностроительной отрасли хорошо знают санкт-петербургский инженерно-метрологический центр «МИКРО» как производителя эталонных приборов для линейно-угловых измерений. Менее известно, что в компании разработаны и выпускаются цифровые измерительные устройства, позволяющие контролировать не качество уже изготовленных деталей через ОТК, как принято сейчас, а технологический процесс их производства. О том, что дает такой подход, и о других преимуществах цифровизации измерений в сфере металлообработки нашему изданию рассказал генеральный директор центра Станислав Тарасов.

 Вы не сторонник распространенной в России точки зрения, что брак при изготовлении металлоизделий для машиностроительной отрасли неизбежен. На чем основывается ваше мнение?

 Действительно, среди российских специалистов превалирует убеждение, что брак в металлообработке неизбежен. Я считаю, что его можно полностью искоренить. Эффективный путь решения этой проблемы — организация управления технологическим процессом производства металлоизделий. Такое управление строится на основе сбора, регистрации и анализа результатов измерений изготавливаемых деталей. Соответственно, организовать его можно только при использовании цифровых измерительных приборов и компьютеров.

Появление станков с ЧПУ, компьютеров, цифровых средств измерений способствовало тому, что концепция обеспечения качества на основе измерения размеров изготавливаемых деталей, а не с помощью контроля уже изготовленных изделий, стала преобладающей в мире.

Между тем на большинстве российских производств применяется визуальный контроль с помощью стрелочных измерительных приборов и, соответственно, послеоперационный контроль ОТК. При этом контролеры используют те же средства измерения, что и операторы станков. Контролеру верят, рабочему нет. А все потому, что результаты измерений, выполненных рабочим в ходе изготовления детали, нигде не фиксируются. При использовании цифровых приборов оператор станка регистрирует результаты измерений в протоколе. Он знает о том, что лично отвечает за качество и не допустит брака.

Отмечу и еще один важный аспект этой проблемы. Как правило, на предприятиях, где нужна высокая точность размеров изделий, используются индикаторы часового типа или показывающие пружинные головки — микрокаторы. Пружинные головки — надежные приборы, позволяющие выполнять 1,5-2 млн измерений без потери точности. Однако их производство прекращено в 1990 г. Сейчас в дело пускают остатки, которые тоже заканчиваются.

Важно также понимать, что неизбежным появление брака делает принятый в нашей стране архаичный порядок выбора и применения измерительных устройств, что вызывает недостоверность результатов измерений.

 Что это за порядок?

 В соответствии с ГОСТ 8.051-81 погрешность измерения линейных размеров до 500 мм не должна превышать 1/3 измеряемого допуска. Исходя из этого положения, в РД 50-89-86 приведены допустимые погрешности измерения универсальными средствами измерений: штангенциркулями, микрометрами, индикаторами, микрокаторами и т. д. Но на измерительный процесс влияют и другие факторы, которые здесь не учитываются. Поэтому, как правило, за допускаемую погрешность измерительного приспособления принимают предел допускаемой погрешности отсчетного устройства, например, микрокатора. Это первая причина недостоверности результата измерения.

Вторая причина заключается в выборе приемочных границ при оценке качества измеряемых деталей. Указанные выше нормативные документы позволяют совмещать приемочные границы с границами поля допуска. То есть при показаниях прибора, равных наибольшему и наименьшему предельному размеру, детали считаются годными. Однако результат любого измерения — случайная величина с нормальным распределением и шириной рассеивания. В результате на границах поля допуска при приемке годные детали бракуются, а негодные проходят контроль.

В настоящее время в развитых странах применяется метод оценки достоверности результатов измерений, основанный на понятии «неопределенность измерений».

Введение приемочных границ на основе учета неопределенности измерений позволяет добиться полной ликвидации брака при изготовлении деталей. Эффективно применять его позволяют цифровые измерительные приборы. Наша компания производит такие устройства.

 Вы имеете в виду цифровые головки и индуктивные преобразователи? Расскажите, пожалуйста, об этих изделиях.

 Цифровые измерительные головки ИГЦ и ИГЦМ мы разработали и производим совместно с санкт-петербургской компанией «Микромех» и ижевским предприятием «ВИПП Техника». Эти устройства призваны заменить микрокаторы и индикаторы часового типа. Особо отмечу, что они столь же долговечны, как и пружинные приборы.

Каждая головка имеет цифровой отсчет с дискретностью 0,1 мкм и семь переключаемых шкал, что позволяет заменить семь типоразмеров применяемых микрокаторов и микаторов.

Выпускаем их в трех вариантах исполнения: визуальная головка, заменяющая микрокатор, визуальная головка с возможностью передачи результатов измерений на компьютер по USB-кабелю и визуальная головка с возможностью передачи результатов измерений на компьютер по радиоканалу. Именно возможность фиксировать результаты измерений на компьютере позволяет управлять технологическим процессом.

 Чем отличаются головки ИГЦ и ИГЦМ?

 Головки ИГЦ и ИГЦМ отличаются друг от друга размером присоединительного диаметра. У ИГЦ он равен 28 мм. Этот диаметр применяется только в России. Конструктивной особенностью данных головок является высокая устойчивость к внешним загрязнителям. На них можно лить воду, СОЖ, они не боятся попадания масел, пыли. На российских заводах по производству подшипников практически на всех измерительных приспособлениях используется именно диаметр 28 мм. Поэтому ИГЦ у нас покупают гораздо чаще, чем ИГЦМ, у которых присоединительный диаметр 8 мм. Эти изделия более чувствительны к условиям эксплуатации. Для них нормальная рабочая среда — лаборатория, но не производственный цех.

 Какие задачи позволяют решать цифровые индуктивные преобразователи?

 Индуктивные преобразователи с USB-выходом предназначены для автоматизации и цифровизации измерений в машиностроении. Они особенно эффективны, когда требуется многомерный контроль, потому что имеют присоединительный диаметр 8 мм. С помощью таких преобразователей можно одновременно измерять до 10 параметров детали и сохранять информацию о них в протоколе. При этом время измерений сопоставимо со временем изготовления детали, что особенно важно в серийном производстве.

Преобразователи выпускаем с механическим, вакуумным или пневматическим арретированием измерительного штока.

Новые индуктивные преобразователи имеют встроенные контроллеры, что делает их законченным средством измерения с метрологическими характеристиками независимо от применяемого вторичного устройства. Они имеют более высокую точность, так как юстируются по большему числу точек.

Выпускаем преобразователи с различными интерфейсами, например, ДБ-9 (RS 232, RS 435), USB, что дает возможность подключать их к персональным компьютерам, промышленным контроллерам, электронным блокам БЭП-2.

Наши преобразователи позволяют заменять импортные аналоги, которые сейчас в Россию не поставляются.

 Для регистрации и анализа информации, поступающей с цифровых измерительных устройств, нужно соответствующее программное обеспечение. Оно в России есть или его нужно искать за границей?

 В России разработан программный комплекс «СтатАналитика», позволяющий решать широкий спектр задач в области сбора, анализа, визуализации и хранения данных, получаемых из производственных процессов. До его появления на отечественных предприятиях использовали немецкую программу Q-DAS, считавшуюся эталоном в сфере сбора и анализа данных. Стоимость годовой лицензии составляла 60 тыс. руб. за одно рабочее место. Программный комплекс «СтатАналитика» гораздо дешевле. В его работе используются наиболее известные и трудоемкие методы анализа процессов производства, измерительных систем и качества продукции. Формирование протоколов, отчетов, контрольных карт и другой документации осуществляется по результатам любых работ, связанных с производством деталей. Таким образом, операторы станков, сотрудники отделов качества, руководство структурных подразделений и предприятия получают возможность наблюдать за производственными процессами в режиме онлайн, контролировать и совершенствовать их. Программный комплекс «СтатАналитика» может быть использован с целью непрерывного развития и улучшения производственных процессов на предприятиях любого профиля.

Цифровые головки, индуктивные преобразователи и программный комплекс «СтатАналитика» — необходимые и достаточные условия для организации управления технологическим процессом.

 Как может происходить внедрение цифровизации на предприятии?

 Организация рабочего места зависит от особенностей производства. В случае, когда время цикла производства позволяет измерять каждую деталь, цифровая головка ИГЦ или ИГЦМ устанавливается в измерительное приспособление вместо микрокатора или другой показывающей головки. Контролер или станочник привычным для него способом выполняет измерения параметров детали и нажатием кнопки или педали отправляет результат на цеховой компьютер, где эти данные обрабатываются. Один компьютер может собирать и анализировать в автоматическом режиме информацию с 6-10 рабочих мест. Идентификация результата измерений осуществляется введением на компьютере соответствующих показателей: номер головки, цена деления, обозначение детали и измеряемого размера, дата, время, оператор и др. Такой вариант предполагается использовать на отечественных подшипниковых заводах и заводах автокомпонентов.

Если время цикла изготовления детали меньше, чем время ее измерения (такое бывает, когда на производстве задействован агрегатный станок или работает скоростная автоматическая линия), рабочий может измерять детали выборочно. Процесс измерения выполняется так же, как и в первом варианте. Периодичность измерений определяется стабильностью технологического процесса.

Контроллер на основе «СтатАналитики» строит необходимые контрольные карты, с помощью которых рабочий управляет процессом изготовления. Такой вариант используется на китайских подшипниковых заводах.

Третий вариант применяется в случае необходимости выполнения многомерных измерений, когда за одну установку надо измерить несколько элементов детали, например, при изготовлении поршней, гильз блока цилиндров, валов и так далее. В этом случае в многомерное приспособление устанавливаются индуктивные преобразователи, а само приспособление настраивают по детали-эталону. Результаты измерений опять же передаются на компьютер или контроллер.

 Кто должен заниматься внедрением цифрового формата измерений?

 Некоторое время назад я полагал, что это дело технологов, специалистов службы качества и метрологов. С недавних пор считаю, что метрологи здесь вряд ли чем помогут. В их ведении вопросы поддержания единства и точности применяемых на производстве измерительных средств, но технологическими процессами практически не занимаются.

Полагаю, что при внедрении целесообразно применять программно-целевой метод управления. Приказом по предприятию объявляется о реализации целевой программы цифровизации линейных измерений. Руководителем программы назначается представитель службы технологов или качества. Он создает инициативную группу, которая определяет этапы, последовательность и мероприятия по выполнению целевой программы. В рамках их выполнения руководитель программы напрямую подчиняется одному из руководителей предприятия, например, главному инженеру или заместителю генерального директора.

 Массового применения в отечественной металлообработке предлагаемые вами цифровые средства измерений пока не получили. В чем причина, по вашему мнению?

 В 1983 г. в составе советской делегации я побывал на производственных площадках японской компании Mitutoyo, которая специализируется на производстве средств измерений. Уже в то время у них послеоперационный контроль в виде ОТК отсутствовал. Контролеров было много, но они работали на приемке готовой продукции. В цехе за качество полностью отвечали рабочие. Тогда я и загорелся идеей внедрения в производство управления технологическим процессом. Но в СССР отсутствовали условия для его реализации, потому что не было цифровых измерительных головок. Сейчас они есть. Но зачастую у руководства предприятий нет весомых стимулов проводить реорганизацию производства.

В то же время я не хочу, чтобы у читателей журнала сложилось превратное мнение о том, что на заводах держат глухую оборону по отношению к цифровизации. Технологи проявляют интерес к нашей продукции, пытаются что-то делать в данном направлении. Но не все от них зависит.

Управление технологическим процессом предполагает реорганизацию производства и отделов технического контроля, устранение контролеров из послеоперационного контроля и их перевод на другие виды деятельности. Это может встретить скрытое или явное сопротивление со стороны части руководства и работников.

Есть и другая проблема. Она высветилась в ходе сотрудничества с заводами автокомпонентов. У них нет производственной базы для изготовления приспособлений, позволяющих использовать индуктивные преобразователи для многомерных измерений. Они хотят, чтобы их делали мы. Но у нас тоже нет производственных мощностей.

Я полагаю, что нужно заинтересовать бизнес, чтобы он пришел в сферу производства измерительных приспособлений на основе цифровых средств измерений. Мы готовы оказать любую технологическую поддержку. Возможно, будет необходимо подготовить и провести ряд совещаний с участием представителей власти, бизнеса, металлообрабатывающих и машиностроительных предприятий.

Как бы там ни было, я уверен, что цифровизация сферы металлообработки необходима, если мы не хотим оставаться на обочине технологического прогресса.