Разработка аппаратной части системы вибродиагностики металлорежущего оборудования

Схема и спецификации _ КФБН-0903107.cdw

чертеж станка с датчиками.cdw

расположение датчиков вибрации
алмазно растоного станка

АЛГОРИТМ_МИКРОКОНТРОЛЛЕРА.cdw

) Инициализация периферийных модулей
) Объявление массивов данных для показаний АЦП и
указателей массивов
Поступил сигнал старт от
Определение времени дискретизации АЦП на
основе полученных от ЭВМ данных
)Запуск и инициализация данных для таймера счетчика
)Инициализация переменных тела цикла прерывания
)Установка флага глобального разрешения прерываний
Запуск преобразования
Ожидание флага прерывания от SPI
(Свидетьствует об оконцании
преобразования и готовности АЦП
)Считывание данных со счетного регистра таймера-счетчика (для определения времени)
)Запись данных с АЦП в массив и данных с регистра таймера счетчика
) ИНКРЕМЕНТ COUNTER_ARRAY++;
ФИЛЬТРАЦИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДАННЫХ В ASCII ФОРМАТ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ В
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПОРТ ЭВМ
ПРОВЕРКА СИГНАЛА ГОТОВНОСТИ ЭВМ
ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В ЭВМ ПОСРЕДСТВОМ
ПРОВЕРКА КОНТРОЛЬНОЙ
ВЫВОД ИНФОРМАЦИИ НА ДИСПЛЕЙ
СОХРАНЕЕ ДРУГОЙ ВАЖНОЙ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ
Алгоритм микроконтроллера

структурная схема.cdw

титул.docx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»
СпециальностьАвтоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)
КафедраАвтоматизаця управление мехатроника.
Разработка аппаратной части системы вибродиагностики по
данным виброспектра металлорежущего оборудования
Руководитель проекта Куранов В.В.

пояснительная записка.docx

Общие сведения об алмазно-расточных станках
Описание модернизируемого станка
Основные характеристики алмазно-расточного станка
Обоснование необходимости модернизации
Экспертная система диагностики и прогнозирования вибродимнамического состояния оборудования станка
Вибропреобразователь типа МВ-43
Предварительный усилитель
Выбор параметров АЦП
Параметры по переменному току и повторяемость результатов
Точность и параметры по постоянному току
Входной каскад АЦП последовательного приближения
Алгоритм работы программы микроконтроллера
Многократные измерения
Повышение точности путем усреднения результатов измерений
Управляющая программа нижнего уровня для ЭВМ
Программа верхнего уровня
Расчет экономической эффективности от внедрения системы
Безопасность технологического процесса
Расчет надежности устройства
Разработать аппаратную часть экспертной системы вибродиагностики и прогнозирования неисправностей многошпиндельного алмазно-расточного станка 2A78H. Определения алгоритмов работы модулей и систем сбора данных для последующей обработки данных в составе экспертной системы.
Среди методов технического диагностирования механического оборудования виброметрия является наиболее часто используемой при оценке фактического состояния. Большая часть повреждений деталей механизмов приводит к возникновению механических колебаний. Преимущества анализа вибрационного сигнала заключаются в универсальности доступности средств измерения разработанной методологии виброметрии возможности регистрации сигналов при различных режимах работы отсутствие специальной подготовки мест измерения. Наибольшее внимание уделяется идентификации причин повреждений в механических системах путем анализа спектрального состава вибрации.
Диагноз механической части металлорежущих станков установленный после диагностирования должен содержать: заключение о категории технического состояния перечень возможных повреждений рекомендации о необходимых операциях по техническому обслуживанию и ремонту. Полученные данные служат основанием для оценки качества и эффективности проведенного ремонта. Для этого необходимо выполнить измерения общего уровня спектрального состава и временной формы вибрационного сигнала. Полученные данные следует преобразовать в информационные сообщения путем использования решающих правил. Данные правила должны учитывать особенности эксплуатации конкретного оборудования. Так например установлено несоответствие нормируемых уровней виброскорости при оценке технического состояния металлорежущих станков и металлургических машин.
Использование экспертных систем и нейронных сетей приносит значительный экономический эффект. Так например:
Коммерческие успехи к экспертным системам и нейронным сетям пришли не сразу. На протяжении ряда лет (с 1960-х годов) успехи касались в основном исследовательских разработок демонстрировавших пригодность систем искусственного интеллекта для практического использования. Начиная примерно с 1985 (в массовом масштабе вероятно с 1988-1990 годов) в первую очередь ЭС а в последние два года и нейронные сети стали активно использоваться в реальных приложениях.
Причины приведшие системы искусственного интеллекта к коммерческому успеху следующие:
Специализация. Переход от разработки инструментальных средств общего назначения к проблемнопредметно специализированным средствам [4]что обеспечивает сокращение сроков разработки приложений увеличивает эффективность использования инструментария упрощает и ускоряет работу эксперта позволяет повторно использовать информационное и программное обеспечение (объекты классы правила процедуры).
Использование языков традиционного программирования и рабочих станций. Переход от систем основанных на языках искусственного интеллекта(Lisp Prolog и т.п.) к языкам традиционного программирования (С С++и т.п.) упростил "интегрированность" и снизил требования приложений к быстродействию и емкости памяти. Использование рабочих станций вместо ПК резко увеличило круг возможных приложений методов искусственного интеллекта.
Интегрированность. Разработаны инструментальные средства искусственного интеллекта легко интегрирующиеся с другими информационными технологиямии средствами (с CASE СУБД контроллерами концентраторами данных и т.п.).
Открытость и переносимость. Разработки ведутся с соблюдением стандартов обеспечивающих данные характеристики [5].
Архитектура клиентсервер. Разработка распределенной информационной системы в данной архитектуре позволяет снизить стоимость оборудования используемого в приложении децентрализовать приложения повысить надежность и общую производительность поскольку сокращается объем информации пересылаемой между ЭВМ и каждый модуль приложения выполняется на адекватном оборудовании.
Перечисленные причины могут рассматриваться как общие требования к инструментальным средствам создания систем искусственного интеллекта.
Общие сведения об алмазно расточных станках
Алмазно-расточные станки относят к группе отделочных станков. Они предназначены для тонкого растачивания точных отверстий в заготовках алмазным и твердосплавным режущим инструментом. Для растачивания отверстий в стальных заготовках применяют резцы с пластинками из титанокобальтового сплава а для растачивания отверстий в чугунных заготовках - из вольфрамокобальтового сплава. Режущую часть резцов для обработки заготовок из цветных металлов и сплавов изготовляют из технических алмазов. Резцы крепят в специальных оправках которые обеспечивают высокую жесткость технологической системы отсутствие биений и вибраций и возможность тонкой регулировки вылета резца.
Выпускаемые алмазно-расточные станки различаются по компоновке: горизонтальные односторонние и двусторонние; вертикальные с верхним и нижним расположением шпинделей.
Наиболее распространенными алмазно-расточными станками являются многошпиндельные двусторонние алмазно-расточные станки с горизонтальным расположением шпиндельных головок.
Алмазно-расточные станки подразделяются на вертикальные горизонтальные одношпиндельные многошпиндельные односторонние и двусторонние.
В качестве инструмента на этих станках применяются алмазные и твердосплавные резцы. Режим тонкого растачивания: скорость резания до 1000 ммин подача 001-01 ммоб и глубина резания 005-055 мм. Высокая точность обработки отверстий отклонение по диаметру 0003-0005 мм и шероховатость поверхности 8-9-го класса на алмазно-расточных станках обеспечиваются благодаря применению малых подач и высоких скоростей резания. На алмазно-расточных станках кроме чистовой обработки отверстий выполняется наружное обтачивание растачивание и обтачивание конусов подрезание торцов и растачивание канавок. Основными потребителями алмазно-расточных станков являются заводы крупносерийного и массового производства автомобильной тракторной и авиационной промышленности.
К числу деталей для обработки которых применяютсяалмазно-расточные станки относятся шатуны втулки вкладыши гильзы головки блока и блоки цилиндров.
В качестве примера на рис. 1 изображен горизонтальной алмазно-расточный многошпиндельный станок повышенной точности модели 2А78Н предназначенный для тонкого растачивания отверстий в блоках цилиндров и гильзах тракторных автомобильных и мотоциклетных двигателей а также для сверления отверстий в других деталях габариты которых допускают их установку на столе станка.
Обрабатываемые изделия центрируют и закрепляют на неподвижном столе. В зависимости от диаметра растачиваемого отверстия в шпиндельной бабке устанавливают определенный шпиндель из имеющегося комплекта. Универсальный шпиндель применяется для выполнения операций сверления зенкерования и развертывания отверстий и поставляется за отдельную плату.
Комплект принадлежностей приспособлений и инструментов поставляемый со станком позволяет растачивать блоки цилиндров и гильзы двигателей предусмотренные по техническому заданию на изготовление станка.
Основные характеристики алмазно-расточного станка:
Размер рабочей поверхности стола 500X1250 мм.
Наибольший диаметр сверления в сплошном материале 25 мм.
Диаметр растачиваемого отверстия:
универсальным шпинделем - 27-200 мм.
шпинделем диаметром 48 мм - 50-82 мм.
шпинделем диаметром 78 мм - 82-125 мм.
шпинделем диаметром 120 мм - 125-200 мм.
Наибольшая длина растачиваемого отверстия:
шпинделем диаметром 48 мм - 185 мм.
шпинделем диаметром 78 мм - 210-300 мм.
шпинделем диаметром 120 мм - 350-410 мм.
универсальным шпинделем - 150-200 мм.
Быстрое перемещение шпиндельной бабки- 2000 мммин.
Число оборотов шпинделя в минуту- 26-1200 обмин.
Подача шпинделяв ммоб - 005-020.
Рис.1 Алмазно расточной станок
Рассматриваемый алмазно расточной станок является высокоточным многошпиндельным станком. Для каждого шпинделя предусмотрен свой электродвигатель. Данное обстоятельство вынуждает задуматься о величине вибраций в процессе обработки от каждого двигателя. Вибрации в данном случае являются чрезвычайно значимым фактором ввиду высоких требований к шероховатости обрабатываемых деталей. Причиной возникновения вибраций в подобных системах могут явится:
- подшипники передаточного вала
-вибрации связанные с разрушением или частичным разрушением формообразующего инструмента
- подшипники электродвигателя
-сильный износ ременной передачи (неравномерная выработка ремней)
-вибрации корпуса вызванные износом шестерней и подшипников коробки передач
Данные обстоятельства наталкивают на вывод о необходимости измерения вибраций диагностирования источников возникновения вибраций и предсказания возможных ситуаций выхода из строя станка заблаговременно дабы не принести убытки производству связанные с простоем оборудования и тех процесса.
Экспертная система диагностики и прогнозирования вибродинамического состояния оборудования станка.
Данная система разработана специально для установки на многошпиндельные алмазно расточные станки. Структурная схема данной системы размещена в приложении А.(чертеж 1) она состоит из следующих модулей:
)Группа вибродатчиков типа МВ-43
)Предварительный усилитель
)Фильтр Чебышева для исключения синфазных шумов
)Микроконтроллер (для связи ЭВМ и АЦП)
)Компьютер с программой нижнего уровня написанной на языке С++
)Верхний уровень - программа написанная в среде разработки систем искусственного интеллекта Visual PROLOG
Аппаратная часть экспертной системы функционирует по следующему алгоритму: вибрации преобразованные первичным преобразователем (он же вибродатчик) поступают на вход предварительного усилителя после на выходе сигнал смещается и масштабируется в необходимый для АЦП диапазон. Фильтр Чебышева в составе предварительного усилителя служит для отсечки и исключения нежелательных в полезном сигнале синфазных помех и других помех связанных с работой станка. Далее сигнал поступает на АЦП на выходе которого аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код. АЦП посредством SPI последовательного интерфейса связывается с микроконтроллером который получает и обрабатывает приходящие с аналого-цифрового преобразователя данные а затем отправляет их на компьютер через COM порт. На нижнем уровне программа (разработка которой является одной из целей данной курсовой работы ) собирает в текстовый файл данные а также выводит их на дисплей . программа верхнего уровня в свою очередь занимается накоплением и обработкой базы данных и знаний на основе текстовых файлов собранных нижним уровнем.
Вибропреобразователь типа МВ-43 в дальнейшем МВ-43-предназначен для преобразования механических колебаний в электрический сигнал пропорциональный виброускорению контролируемого объекта.
Вибропреобразователь МВ-43 является базовым для серии МВ. Разработанные на его основе модификации имеют широкую область применения в отраслях общего машиностроения а также в составе исследовательских и диагностических комплексов.
Используемые при изготовлении МВ-43 конструкционные пьезоэлектрические и изоляционные материалы обеспечивают высокую стабильность нормализованного коэффициента преобразования надежность и долговечность (средняя наработка на отказ не менее 50000 часов срок службы не менее 15 лет) позволяют эксплуатацию в условиях воздействия пыли и песка специальных сред (масел смазок топлива на основе нефтепродуктов стерилизующих растворов).
Дифференциальная схема включения позволяет снизить соотношение сигналшум и увеличить расстояние между вибропреобразователем и входным устройством при использовании усилителя заряда и антивибрационного кабеля типа «витая пара» до нескольких сотен метров.
Степень защиты МВ-43 по ГОСТ 14254 (Степени защиты обеспечиваемые оболочками) – IР67.
Вибропреобразователи МВ-43 вариантов исполнения В (ВА ВН ВИ) и Г (ГН ГИ) являются взрывозащищенными со “специальным” видом взрывозащиты и имеют маркировку по взрывозащите 1ExsIIТ6Х по ГОСТ 12.2.020 внешний вид преобразователя изображен на рис. 2
Рис. 2 Преобразователь
Принципиальная электрическая схема МВ-43 для вариантов Б и Г(ГН ГИ) приведена на рисунке 3 .Для снижения влияния разности потенциалов корпусов объекта и вибропреобразователя экран кабеля электрически изолирован от корпусов МВ-43 и соединителя и подведен к гнезду соединителя
Рис.3 Принципиальная схема преобразователя
ГАБАРИТНЫЕ И УСТАНОВОЧНЫЕ РАЗМЕРЫ МВ-43
ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВОЧНОЙ ПЛОСКОСТИ
Установочная плоскость для контроля вибрации на которой закрепляется вибропреобразователь (ВИП) должна быть подготовлена в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации и отвечать следующим требованиям:
- неплоскостность 002 мм.
- шероховатость Rz не более 08 мкм.
- 3 резьбовых отверстия для крепления МВ-43 М4 – 5Н6Н (М5 - 5Н6Н)*
- неперпендикулярность резьбовых отверстий 003
*только для крепления варианта МВ-43ВА
Сопрягаемые поверхности вибропреобразователей и площадки объекта (или переходного кронштейна) непосредственно перед установкой должны быть тщательно очищены (например промыты бензином).
При закреплении вибропреобразователя применение каких-либо прокладок или механических демпферов (фильтров) под установочную плоскость ВИП не допускается без согласования с разработчиком. В случае установки вибропреобразователя на изолированную поверхность корпус датчика должен быть заземлен в соответствии с ГОСТ 22782.0 П.2.
Затяжку крепежных винтов входящих в комплект поставки производят в соответствии с ОСТ 1 00017-89 (“Моменты затяжки болтов винтов и шпилек”) величиной крутящего момента на ключе 20 Нм. Величина затяжки 20 Нм обеспечивается применением отвертки с размером лопатки 10 х 65 мм с минимальным
Предварительный усилитель предназначен для масштабирования и смещения сигнала в область входных значений АЦП . Следует отметить что питание используется однополярное отсюда вытекают различные сложности построения предварительного усилителя.
Схемотехнические решения на ОУ с однополярным питанием.
При однополярном питании ОУ необходимо использовать цепь смещения выходного напряжения так чтобы выходные сигналы могли изменяться в максимально широком диапазоне ограниченном нулём (землёй) и напряжением питания. Кроме того входные сигналы изменяются относительно потенциала земли что эквивалентно подаче входных сигналов относительно шины отрицательного питания в схеме применения ОУ с двуполярным питанием. Необходимость преодоления этих проблем влечёт за собой некоторое усложнение схем применения ОУ с однополярным питанием.
Когда входной сигнал имеет постоянное смещение относительно земли (Рис. 5) напряжение смещения усиливается вместе с напряжением входного сигнала. За исключением случая когда это напряжение смещения используется для установления нужного постоянного напряжения на выходе ОУ его приходится исключать из усиливаемого сигнала.
Когда сигнал подаётся относительно земли при однополярном питании ОУ как правило не удаётся использовать схему включения ОУ с двуполярным питанием. В схеме на Рис. 5.1 усилитель совсем не может работать при положительной фазе входного сигнала так как выходное напряжение при этом должно быть отрицательнее потенциала земли. Что касается отрицательной фазы входного напряжения то только немногие ОУ могут работать при нулевом потенциале входа.
Рис. 5.1 Схема включения ОУ с однополярным питанием и входным сигналом
подаваемым относительно земли.
Использование одного напряжения питания ограничивает полярность выходных напряжений ОУ. Например при напряжении питания 10 В выходное напряжение может быть только в диапазоне .Это обстоятельство не позволяет получать выходные напряжения отрицательной полярности. Вместе с тем инвертирующий усилитель может работать с отрицательными входными сигналами когда выходные сигналы имеют положительную полярность.
На рисунке 5.2 приведена схема неинвертирующего усилителя с одним источником питания. Уравнение (2) было составлено с использованием принципа суперпозиции а затем упрощено для получения выражения (3).
Рис.5.2 Неинвертирующий усилитель с одним напряжением питания и смещением подаваемым на инвертирующий вход
Система уравнений для определения номиналов элементов
Для выбора требуемой схемы применения ОУ и определения номиналов входящих в неё элементов следует сначала записать требуемую передаточную характеристику. Передаточная характеристика линейного усилителя описывается выражением 4.
Это уравнение прямой линии в зависимости от знаков т (крутизны) и b (точки пересечения с осью ординат) может иметь четыре варианта:
Решением системы является :
Уравнение прямой описывающее характеристику схемы масштабирования смещения представлено формулой 5.7
Выбор схемы в соответствии с уравнением
На Рис. 5.3 приведена схема реализующая рассматриваемую передаточную функцию. В схему введены развязывающие конденсаторы ёмкостью 0.01 мкФ. Эти конденсаторы служат для снижения шумов и увеличения помехоустойчивости схемы. Иногда требуется более сильная фильтрация а иногда достаточно и одного конденсатора. Особое внимание следует уделить фильтрации напряжения питания если оно используется для получения напряжения смещения так как в этом случае его шумовые компоненты могут усиливаться усилителем.
Рис. 5.3 Схема реализующая передаточную характеристику вида V0UT= +mVjN + b.
Передаточная характеристика этой схемы описывается выражением полученным с использованием правила расчёта делителя напряжения и принципа суперпозиции:
Сравнение этого выражения с уравнением прямой линии
Позволяет определить коэффициенты m и b:
Далее по полученным выражения вычислим значения номиналов компонентов схемы.
Имея схему масштабирования смещения построим на основе ее фильтр нижний частот для отсеивания стохастической и синфазной составляющей в выходном сигнале. Учитывая что температурные процессы имеют большую инерционность разумно получать данные о температуре не чаще 1-10 раз в секунду следовательно необходимо чтобы частота среза фильтра была приблизительно в два раза выше частоты дискретизации. Установим ее на уровне 20 Гц. Воспользуемся специализированным программным обеспечением для построения фильтра Чебышева с однополярным питанием.
Рис. 5.4. Параметры ФНЧ
Передаточная характеристика выбранного типа фильтра с расчетом параметров смещения и масштабирования представлена на рисунке 5.5
Рис. 5.5. Передаточная характеристика
Принципиальная схема с учетом добавления инерциальных звеньев и однополярного питания приведена на рисунке 5.6
Рис. 5.6 Принципиальная схема
Принципиальная схема системы масштабирования смещения (предварительного усилителя изображена на рисунке 5.7).
Рис.5.7 Принципиальная схема предварит усилителя
Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый входной сигнал «реального мира» в дискретный цифровой код который можно использовать в цифровом устройстве для дальнейшей обработки вычислений передачи данных или управления. В любом приложении где используется преобразователь желательно использовать формат представления чисел который дополнял бы значения операндов микроконтроллера или микропроцессора.
Разрешение определяется количеством битов цифрового сигнала на выходе преобразователя по завершению преобразования. Если известно разрешение преобразователя то можно быстро просчитать (в теории) значение младшего значащего бита (LSB) с помощью формулы:
Для преобразователя имеющего 16-битное разрешение и диапазон полной шкалы (FSR) равный 5 В значение LSB будет составлять 76.29 мкВ.
где n — число битов.
Параметры по переменному току такие как отношение сигналшум (SNR) эффективная разрешающая способность (ER) отношение сигнал(шум + искажения) (SINAD) или эффективное число битов (ENOB) дают информацию о повторяемости (стабильности) результата на выходе аналого-цифрового преобразователя. Определяя стабильность эти параметры ничего не говорят пользователю о точности преобразования. С другой стороны параметры по постоянному току (аддитивная и мультипликативная погрешности дифференциальная и интегральная нелинейности) дают представление о том в какой степени (в среднем) входной сигнал соответствует реальному коду на выходе АЦП. По их значениям нельзя определить стабильность результата преобразования поскольку как уже было сказано наличие шума приводит к различным результатам ог преобразования к преобразованию.
В идеальном случае отношение сигналшум преобразователя в децибелах равно 6.02n + 1.76 дБ где n — число битов преобразователя. Это теоретическое значение шума является следствием так называемого шума квантования (шума дискретизации) присущего аналого-цифровым преобразователям. На практике отношение сигналшум (в дБ) вычиcляется как:
где rms - среднеквадратическое значение равное одному стандартному отклонению при нормальном законе распределения. Для определения среднеквадратического значения шума необходимо иметь результаты большого числа преобразований. Как и при определении отношения сигналшум эффективную разрешающую способность можно получить используя статистические выборки результатов многих преобразований однако при этом на входе преобразователя должен присутствовать чистый не содержащий шумов сигнал постоянного тока. Измерения дадут правильный результат если уровень шумов входного сигнала приблизительно в 3 раза меньше шумов самого преобразователя. Эффективная разрешающая способность измеряется в количестве битов на выходе преобразователя хотя можно измерить её относительно уровня сигнала на входе преобразователя — в этом случае в качестве единицы измерения нужно взять вольты. Для перевода из одних единиц в другие можно воспользоваться следующей формулой:
Из этой формулы несложно определить какие биты постоянно присутствуют (стабильны) в выходном коде преобразователя.
Если нужно чтобы результаты преобразования в точности соответствовали аналоговому входному напряжению то следует обратить внимание на параметры по постоянному току а именно аддитивную и мультипликативную погрешности а также дифференциальную и интегральную нелинейности. Объективную оценку этих показателей можно получить из документации на АЦП по количественным показателям этом меньшее значение является лучшим.
Использование любого АЦП может вызвать определённые затруднения если с самого начала четко не представлять себе всех проблем и оптимальных вариантов решений связанных с этим устройством. При работе с АЦП последовательного приближения следует учитывать время выборки и выходной импеданс источника сигнала — только в этом случае можно получить желаемый результат преобразования.
Поскольку в большинстве приложений с АЦП ПП на входах преобразователя необходимо использовать активное устройство то конечная цель анализ влияния операционного усилителя на характеристики аналого-цифрового преобразователя по постоянному и переменному току. Типичная блок-схема устройства с преобразователем ПП показана рис.5
Рис.6. Входной каскад АЦП ПП
Выбор АЦП обусловлен необходимой для данной системы разрядностью и диапазоном входных напряжений. Из этих соображений был выбран недорогой и доступный АЦП MCP3001.
Выбранный АЦП имеет следующие параметры
-диапазон входных напряжений 0-5в
-аддитивная и мультипликативная погрешность 2-3 LSB(младших значащих бита)
-интерфейс обмена с устройствами SPI
Для обеспечения связи АЦП с ЭВМ используются микроконтроллер ATMEGA8. Выбор данного контроллера обусловлен ценой и наличием у него необходимых аппаратных функций а именно SPI для связи несколькими АЦП и UART или RS232 для связи с ЭВМ.
Каждое АЦП отправляет последовательно по два байта данных контроллерукоторые он накапливает и последовательно отсылает в компьютер посредством RS232.
Отличительные особенности:
-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением
Прогрессивная RISC архитектура
0 высокопроизводительных команд большинство команд выполняется за один тактовый цикл
8-разрядных рабочих регистра общего назначения полностью статическая работа
Приближающаяся к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц) производительность
Встроенный 2-цикловый перемножитель
Энергонезависимая память программ и данных
Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)
Обеспечивает 1000 циклов стираниязаписи
Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки
Обеспечен режим одновременного чтениязаписи (Read-While-Write)
Обеспечивает 100000 циклов стираниязаписи
Кбайт встроенной SRAM
Программируемая блокировка обеспечивающая защиту программных средств пользователя
Встроенная периферия
Два 8-разрядных таймерасчетчика с отдельным предварительным делителем один с режимом сравнения
Один 16-разрядный таймерсчетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения
Счетчик реального времени с отдельным генератором
-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусах TQFP и MLF)
каналов с 10-разрядной точностью
канала с 8-разрядной точностью
-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусе PDIP)
канала с 10-разрядной точностью
Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс
Программируемый последовательный USART
Последовательный интерфейс SPI (ведущийведомый)
Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором
Встроенный аналоговый компаратор
Специальные микроконтроллерные функции
Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания
Встроенный калиброванный RC-генератор
Внутренние и внешние источники прерываний
Пять режимов пониженного потребления: Idle Power-save Power-down Standby и снижения шумов ADC
программируемые линии вводавывода
-выводной корпус PDIP 32-выводной корпус TQFP и 32-выводной корпус MLF
После стартовой инициализации периферийных модулей и объявления переменных микроконтроллер ожидает прихода сигнала СТАРТ от ЭВМ. Также в стартовом сигнале содержится информация о частоте выборок и частоты дискретизации АЦП. Получив необходимые данные микроконтроллер запускает счетный таймер для определения временных интервалов и запускает АЦП. После окончания преобразования АЦП он последовательно считывает по два байта с каждого АЦП и сохраняет данные в массив состоящий из 8 столбцов по две строки в каждом. В одно содержится информация о количественном значении выборки в другом информация о времени выборки. После заполнения массива данными микроконтроллер начинает их последовательную обработку. С целью повышения точности он усредняет данные по значениям 8ми выборок. количество выборок выбрано не случайно ввиду отсутствия аппаратного делителя в АЛУ микроконтроллера для экономии времени на усреднения сигнала операция деления заменена на операцию сдвига. На рисунке 6 изображен алгоритм работы микроконтроллера
Рис.7. Алгоритм работы микроконтроллера
После получения всех необходимых данных микроконтроллер переводит данные в формат ASCII для передачи на ЭВМ. После проверяет готовность ЭВМ к приему данных если канал передачи занят то микроконтроллер ожидает высвобождения канала и отправляет данные.
Одной из наиболее распространенных операций выполняемых в системах сбора данных и управления являетсяусреднение результатов многократных измерений. Интуитивно ясно что этот процесс приводит к повышению точности поскольку результаты отдельных измерений имеют как положительные так и отрицательные отклонения от точного значения и поэтому частично взаимно компенсируются. С ростом числа измерений среднее значение отрицательных отклонений приближается по модулю к среднему значению положительных отклонений и точность их взаимной компенсации улучшается. Для практики важно получить количественную зависимость между числом измерений и погрешностью усредненного результата.
В общем случае на датчик линию связи между датчиком и модулем и сам модуль действуют электромагнитные помехи и собственные шумы операционных усилителей АЦП резисторов микропроцессорной части модуля и т. п. Мы не будем рассматривать помехи действующие на объект измерений поскольку он не входит в состав измерительного канала.
Рис. 8. Модуль ввода измеряет физическую величинуи выдает случайную величину
Указанные причины приводят к тому что результат измерения становится случайной величиной значение которой изменяется от измерения к измерению.Случайная величинаможет быть описана некоторой функцией распределения c математическим ожиданиеми среднеквадратическим отклонением которое принимается за случайную составляющую погрешности измерительного прибора. Дисперсия случайной величины.
В величину погрешности входит как систематическая так и случайная составляющая. Если случайная составляющая превышает 10% от систематической то она указывается отдельно (ГОСТ 8.009 [ГОСТ]). В некоторых случаях случайная составляющая указывается с помощью автокорреляционной функции или спектральной плотности мощности.
Случайная составляющая погрешностиможет быть снижена путем усреднения результатов многократных измерений. Если в составе погрешности преобладает систематическая компонента то усреднение не приводит к повышению точности. О наличии случайной составляющей можно судить по рассеянию результатов однократных измерений.
Предположим что с помощью измерительного модуля выполненоизмерений в результате которых получены значения. Усреднение результатов измерений выполняется по формуле среднего арифметического
Однакотакже является случайной величиной поскольку выполняя несколько серий измерений и усредняя каждую из их мы получим отличающиеся друг от друга средние значениядля каждой серии. Нобудет иметь меньшую дисперсию (среднеквадратическое отклонение) чем измерительный прибор. Покажем это.
Будем считать что результаты измеренийявляются независимыми случайными величинами. Тогда дисперсия их среднего арифметического будет равна
Далее использованы два свойства оператора дисперсии: а) дисперсия произведения случайной величины и константы равна дисперсии случайной величины умноженной на квадрат константы и б) дисперсия суммы случайных величин равна сумме дисперсий каждой из них [Гмурман]. Кроме того считается что все измерения выполнены одним и тем же прибором т.е. дисперсии всех измерений одинаковы и равны а случайные величины являются некоррелированными.
Докажем первое из использованных свойств. По определению дисперсиииматематического ожиданияслучайной величины
Поэтому умножаяна константу получим:
Докажем теперь что дисперсия суммы случайных величин равна сумме их дисперсий. Для этого сначала докажем что математическое ожидание суммы случайных величин равно сумме их математических ожиданий т.е.
Сумма случайных величин- это такая случайная величина которая принимает все возможные комбинации сумм случайных величини т.е.
Поэтому по определению математического ожидания
. Аналогичное соотношение дляслучайных величин можно доказать путем попарной группировки случайных величин. Формула (4.43) доказана.
Выведем еще вспомогательное равенство связывающее дисперсию случайной величины с математическим ожиданием. Пользуясь определением дисперсии получим:
получим дисперсию суммы двух случайных величин в виде.
Итакусреднениенекоррелированных измерений позволяет уменьшить погрешность результата враз.Однако это утверждение справедливо при соблюдении нескольких условий выполнимость которых довольно трудно проверить на практике.
Во-первых усреднение дает эффект только для случайной составляющей погрешности. Погрешность измерений перестает уменьшаться когдастановится настолько малой что суммарная погрешность определяется систематической составляющей. Систематическая погрешностьскладывается из нелинейности АЦП и операционных усилителей температурной зависимости напряжения смещения нуля и коэффициента передачи измерительного канала (температурно-зависимые погрешности учитываются как дополнительные) низкочастотных шумов у которых время автокорреляции больше времени выполнения серии повторных измерений (к ним относится в частности "старение" элементов) динамической погрешности. Практическиредко удается снизить общую погрешность измерений более чем в 2 3 раза с помощью усреднения.
Во-вторых результаты измерений должны быть статистически независимы т.е. интервал времени между соседними измерениями должен быть много больше времени автокорреляции случайной погрешности. Если при белом шуме средние значения за интервал временииравны между собой (внизу) то при коррелированном шуме - не равны (вверху). К примеру усреднение 100 измерений в течение 10 с не может скомпенсировать компоненты шума спектр которых лежит ниже 01 Гц.
В частности требование статистической независимости измерений не выполняется также в случае когда действует искусственная помеха делающая шум цветным (коррелированным) например помеха от сотового передатчика на крыше здания от радиотелефона из сети 50 Гц от сварочного аппарата от молнии от внутренних генераторов измерительного прибора от электродрели и т. п. В этих случаях усреднение также ослабляет помеху но уже не враз.
Управляющая программа написана в среде Visual studio 2010 на языке С++.
Инкапсулирует в себе помимо стандартных классов Windows form классы для работы с COM портом и классы для записи в текстовый файл .
Алгоритм работы следующий при открытии программы она создает в директории С:MB_43 текстовый документ с текущей датой и временем в названии. Далее пользователь нажав кнопку SCAN получает список доступных СОМ портов выбрав необходимый нажимает клавишу CONNECT.
И следом кнопку START для начала записи логов вибрации в текстовый документ. Каждые пять минут программа будет заканчивать запись в текущий текстовый файл и начинать запись в новый. также программа содержит в себе библиотеку OPENcV (open computer visions ) а над шпинделями станка установлена камера которая определяет наличие детали в шпинделе ее приблизительные габаритные размеры и форму благодаря алгоритмам инкапсулированным в классах OPENcV. Скриншот работающей программы изображен на рисунке 6
Рисунок 10 Алгоритм работы программы
Области применения методов вибродиагностики на различных этапах жизненного цикла металлорежущих станков
Круг задач решаемых разработанным устройством можно значительно расширить приняв во внимание то что в жизненном цикле металлорежущих станков (МРС) при разделении на группы по используемым методам и средствам вибрационной диагностики можно выделить три основных этапа:
этап. Проектирование опытных образцов. Основной задачей решаемой с применением средств измерения и анализа вибрации на первом этапе является борьба с вибрацией несущих систем МРС путем снижения величин колебательных сил в источнике и оптимизации механических свойств отдельных узлов и элементов. Кроме этого могут решаться задачи оптимизации вибростойкости объекта т.е. обеспечения надежности оборудования при работе в условиях повышенной вибрации как возбуждаемой самим объектом исследования так и действующей на объект извне.
В современных условиях актуальной становится и еще одна задача в рамках предыдущей - обеспечение контролепригодности оборудования т.е. подготовки точек контроля вибрации и выбор датчиков обеспечивающих получение необходимой диагностической информации на последующих жизненных этапах объекта контроля.
На этом этапе используются в основном методы модального анализа вибрации позволяющие выявить наиболее опасные формы колебаний объектов в первую очередь на резонансных частотах и частотах действия основных колебательных сил.
этап. Изготовление монтаж и наладка оборудования. С помощью вибрационного анализа решается большой круг задач к основным из которых можно отнести:
-пооперационный контроль изготовления деталей и узлов;
-входной контроль комплектующих деталей и узлов:
-балансировку на месте монтажа и наладки;
-выходной вибрационный контроль;
-анализ и устранение причин повышенной вибрации.
Задача пооперационного контроля изготовления деталей и узлов машины и оборудования решается с применением разнообразных методов контроля из которых к вибрационным можно отнести ультразвуковую дефектоскопию основанную на анализе отражений и потерь при распространении вибрационных вол. воздаваемых внешним источником.
-Входной контроль комплектующих узлов с использованием методов и средств анализа вибрации возбуждаемой этими узлами возможен лишь при наличии испытательных стендов обеспечивающих работу этих узлов в номинальных или специальных режимах. Для входного контроля большинства узлов и в первую очередь подшипников качения используются спектральные методы анализа их вибрации и достаточно часто спектральные методы анализа огибающей се высокочастотных компонент.
-Для балансировки используются синхронные методы анализа вибрации. Измерению в каждой из точек контроля подлежат амплитуда вибрации на частоте вращения и ее фаза относительно опорного сигнала с датчика углового положения вала. Обнаружение и идентификация этих сил требуют применения всего арсенала методов анализа вибрации используемых диагностами.
-Самая сложная по номенклатуре методов анализа вибрации - это задача выявления и устранения причин повышенной вибрации оборудования после его изготовления (ремонта) или монтажа на месте эксплуатации.
-Основной особенностью проведения работ но виброналадке является то что при необходимости приходится исследовать вибрацию машин и оборудования в разных режимах функционирования в том числе и с их частичной разборкой. В процессе виброналадки могут использоваться все виды анализа формы вибрации или ее спектрального анализа включая синхронный и взаимный спектральный анализ а также анализ спектров огибающей предварительно выделенных компонент вибрации разной природы.
-В анализе вибрационных процессов особую роль играет частотно-спектральный анализ который является мощным средством анализа технического состояния МРС. Однако применимость метода ограничивается необходимостью иметь эталонные частотные характеристики МРС.
-Поэтому отдельная задача - снятие базовых спектральных характеристик с применением штатных датчиков для электронного сертификационного паспорта.
-Снятие базовых спектральных характеристик с применением штатных датчиков производится для создания электронного сертификационного паспорта динамических характеристик. Базовая характеристика должна отражать все спектральные параметры наиболее важных кинематических узлов в их «идеальном» состоянии.
-3 этап. Период эксплуатации оборудования. Диализ вибрационных процессов может проводиться для решения следующих задач:
-контроль и прогноз вибрационного состояния (вибрационный мониторинг);
-контроль и прогноз технического состояния машин и оборудования (вибрационная диагностика);
-планирование сроков и объемов работ по обслуживанию;
-проведение работ по обслуживанию и контроль качества их выполнения;
-предремонтная дефектация машин и оборудования.
-Основой для вибрационного мониторинга и диагностики служат базовые спектральные характеристики сертификационного о паспорта. Применение различных методов анализа изменения в процессе эксплуатации оборудования составляющих базовых характеристик позволит оценить его текущее техническое состояние.
-Системы вибрационного мониторинга оборудования в соответствии с рекомендациями действующих стандартов по мониторингу используют в основном спектральные методы анализа. В некоторых системах используются также методы анализа формы низкочастотных колебаний (орбиты движения вала в подшипниках скольжения) или синхронного частотного и спектрального анализа вибрации в режимах пуска и выхода на рабочий режим. Поскольку многие из спектральных составляющих низкочастотной вибрации растут при появлении некоторых дефектов задолго до возникновения дефектной ситуации по данным вибрационного мониторинга удастся обнаружить предаварийное состояние оборудования а в некоторых случаях при построении трендов изменения ее вибрационного состояния во времени прогнозировать время наступления аварийной ситуации.
-В рамках вибрационной диагностики оборудования могут решаться две разные задачи. Первая - идентификация причин изменения вибрационного состояния обнаруженного средствами мониторинга. Другая задача - контроль и прогноз технического состояния объекта контроля которые невозможны без обнаружения всех основных видов дефектов на ранней стадии развития. Поскольку средствами измерения и анализа вибрации используемыми для мониторинга можно обнаружить лишь некоторые из развитых дефектов вопросами контроля и прогноза технического состояния машин и оборудования занимается специальный раздел превентивной вибрационной диагностики.
-Задачей превентивной диагностики являются обнаружение и идентификация всех основных видов дефектов на стадии зарождения наблюдение за их развитием и прогноз на этой основе технического состояния объектов контроля. Зарождающийся дефект из-за малой величины колебательных сил может возбуждать заметную вибрацию преимущественно на высоких частотах и только в зоне ближайшей к месту возникновения дефекта. Поэтому методы анализа низкочастотной вибрации используемые в задачах вибрационного мониторинга не обеспечивают обнаружения большинства возможных дефектов на стадии зарождения.
-В задачах превентивной диагностики приходится использовать всю гамму видов анализа высокочастотной вибрации измеряемой не в стандартных точках контроля а как можно ближе к точкам возникновения высокочастотных колебательных сил и местам их передачи на неподвижные узлы диагностируемых машин.
-Наибольшее распространение в превентивной диагностике получили методы анализа формы высокочастотной вибрации возбуждаемой ударными импульсами в подшипниках и методы спектрального анализа огибающей высокочастотной вибрации возбуждаемой силами трения не только в подшипниках но и в других узлах например рабочих колесах насосов турбин и других типов машин. Естественно что одновременно с высоко-частотной вибрацией измеряется и анализируется вибрация машин на средних и низких частотах. Для ее исследования также используются практически все виды анализа сигналов вибрации возбуждаемой в типовых режимах работы машин. Анализ вибрации на средних и низких частотах позволяет более точно контролировать развитие обнаруженных по высокочастотной вибрации дефектов после того как они начнут реально влиять на состояние объекта контроля.
-Планирование сроков и объемов работ как по обслуживанию так и по ремонту машин и оборудования требует полного знания их технического состояния. Методы превентивной диагностики использующие для обнаружения каждого из зарождающихся дефектов свои алгоритмы анализа диагностических сигналов лежат в основе такого планирования. Однако кроме обнаружения дефекта необходимо еще оценить его величину и степень опасности для чего требуется определить пороговые значения для каждого из диагностических параметров. Эта задача решается с помощью статистического анализа результатов независимых диагностических измерений либо по группе одинаковых объектов контроля либо по данным ретроспективных измерений одного (диагностируемого) объекта контроля.
Спектральный анализвибрационных параметров
Спектральный анализвибрационных параметров проводится для уточнения причины повреждения. Спектральный анализ – это метод обработки сигналов который позволяет выявить частотный состав сигнала. Известны методы обработки вибрационного сигнала: корреляционный автокорреляционный спектральной мощности спектральных характеристик расчета эксцесса огибающей. Наибольшее распространение получил спектральный анализ как метод представления информации из-за однозначной идентификации повреждений и понятных кинематических зависимостей между происходящими процессами и спектрами вибрации.
Наглядное представление о составе спектра дает графическое изображение вибрационного сигнала в виде спектрограмм. Выявлением повышенных амплитуд вибрации позволяет идентифицировать неисправности оборудования. Анализ спектрограмм виброускорения позволяет идентифицировать повреждения на ранней стадии. Спектрограммы виброскорости используются при мониторинге развитых повреждений. При составлении словаря неисправностей спектрального анализа кроме частоты колебаний учитывают значение амплитуды на данной частоте и фазой – углом сдвига сигнала данной частоты относительно момента начала регистрации. Поиск повреждений проводится на заранее определенных частотах возможных повреждений. Для анализа вибрационного спектра необходимо выделить основные составляющие спектрального сигнала:
Оборотная частота – частота вращения приводного вала механизма или частота рабочего процесса – первая гармоника. Гармоники – частоты кратные оборотной частоте. Превышают оборотную частоту в целое число раз (2 3 4 5 ). Часто гармоники называют супергармониками. Гармоники характеризуют неисправности: несоосность изгиб вала повреждения соединительной муфты износ посадочных мест. Количество и амплитуда гармоник показывают степень повреждения механизма.
Субгармоники – дробные части первой гармоники (12 13 14 оборотной частоты вращения) их появление в спектре вибрации свидетельствует о наличии зазоров повышенной податливости деталей и опор.
Резонансные частоты – частоты собственных колебаний деталей механизма. Резонансные частоты остаются неизменными при изменении частоты вращения вала. Резонансные частоты могут проявляться во всем частотном диапазоне.
Негармонические колебания – на данных частотах проявляются повреждения подшипников качения. При значительном развитии повреждения появляются гармонические частоты.
Зубцовые частоты – частоты равные произведению частоты вращения вала на число элементов (число зубьев число лопастей число пальцев). Повреждения проявляемые на зубцовой частоте могут генерировать гармонические составляющие при дальнейшем развитии повреждения.
Боковые полосы – модуляция процесса появляются при развитии повреждений зубчатых колес подшипников качения. Причин появления – изменение скорости (увеличение и уменьшение) при взаимодействии поврежденных поверхностей. Значение модуляции указывает на источник возбуждения колебаний. Анализ модуляций позволяет узнать происхождение и степень развития повреждения.
Вибрация электрического происхождения обычно наблюдается на частоте 50 Гц 100 Гц 150 Гц и других гармониках. Частота вибрация электромагнитного происхождения исчезает в спектре при отключении электрической энергии.
Шумовые составляющие возникающие при заеданиях механических контактах. Характеризуются большим числом составляющих различной амплитуды.
При наличии знаний о составляющих спектра появляется возможность различения их в частотном спектре и определения причин и следствий повреждения (рисунок 8).
Правила анализа спектральных составляющих.
Большие число гармоник характеризует большие повреждения механизма.
Амплитуды гармоник должны уменьшаться с увеличением числа гармоники.
Амплитуды субгармоник должны быть меньше амплитуды первой гармоники.
Увеличение числа боковых полос свидетельствует о развитии повреждения.
Большее значение должна иметь амплитуда первой гармоники.
Глубина модуляции (отношение амплитуды гармоники к амплитуде боковых полос) определяет степень повреждения механизма.
Амплитуды составляющих виброскорости не должны превышать допустимых значений принятых при анализе общего уровня вибрации. Одним из признаков наличия значительных повреждений является присутствие в спектре виброускорения составляющих со значениями свыше 98 мс2.
Рис.11 Примеры спектральной формы вибрационного сигнала: а) спектрограмма виброскорости механизма имеющего дисбаланс ротора и частоту первой гармоники 10 Гц; б) спектр виброскости подшипника качения с повреждениями наружного кольца – появление гармоник с частотой перекатывания тел качения по наружному кольцу; в) спектрограмма виброускорения соответствующая повреждениям подшипников качения шпинделя вертикально-фрезерного станка – резонансные составляющие на частотах 7000 9500 Гц; г) спектрограмма виброускорения при схватывании второго рода детали обрабатываемой на металлорежущем станке
Запись каждого спектра состоит из 800 6400 линий определяющих частоту и амплитуду составляющих. Анализ одной спектрограммы позволяет сформировать 2 4 информационных сообщения. Эти сообщения могут быть аналогичными или отличными от информационных сообщений по контрольным точкам механизма. При диагностировании 4-х опорного механизма роторного типа необходимо проанализировать минимум 24 спектрограммы виброскорости и виброускорения отметив совпадающие и отличные частоты повреждений. Таким образом объем анализируемых данных увеличивается на 3 4 порядка а результат носит уточняющий характер о виде повреждения. Это позволяет использовать полученные данные для прогноза учитывая различную скорость развития повреждений отдельных элементов.
Применение быстрого преобразования Фурье для получения виброспектра сигналов
С учетом приведенных в предыдущей главе правил анализа спектральных составляющих вибрационного сигнала и необходимости как такового спектрального анализа можно сделать вывод о необходимости применения к полученным данным БФП быстрого преобразования Фурье для получения частотных составляющих получаемого с вибродатчиков сигнала и вычисления частот на которых амплитуда сигнала имеет наибольшее значение. Задача БФП довольно ресурсозатратная в плане вычислительных мощностей. Поскольку нами используется по существу периферийный микроконтроллер с низкой производительность и тактовой частотой то задача БФП будет осуществляться на ЭВМ
Оптимизация задачи преобразования Фурье на ЭВМ
Быстрое преобразование Фурье (БПФ FFT) — алгоритм быстрого вычисления дискретного преобразования Фурье. То есть алгоритм вычисления за количество действий меньшее чем O(N^2) требуемых для прямого (по формуле) вычисления ДПФ. Иногда под БПФ понимается один из быстрых алгоритмов называемый алгоритмом прореживания по частотевремени или алгоритмом по основанию 2 имеющего сложность O(Nlog(N)).
Поскольку специализированное программное обеспечение повышает производительность системы на порядок(особенно в задачах требовательных к аппаратным ресурсам системы) для вычисления спектральных составляющих сигнала произведем разбор алгоритмов БПФ и составим программу для получения и хранения спектров на языке С++.
Дискретное преобразование Фурье (ДПФ)периодического дискретного сигналаx(n) с периодомNопределяется как
где-основная частота преобразования (бинДПФ).
Выражение (12.1) можно переписать в виде
КоэффициентWNназываетсяповорачивающим множителем. Легко показать чтоявляется периодической функцией с периодомN
Поэтому ДПФX(k) также является периодической функцией по аргументуkс периодомN.
Дискретное преобразование Фурье может быть использовано и для представления сигналаx(n) конечной длиныN определенного приn=01 N-1 и равного нулю вне интервала [0N-1]. Действительно такой сигнал можно рассматривать как один период соответствующего периодического сигнала ииcпользоватьпреобразования (12.2). Следует только считать что внеинтервала[0N-1]X(k) иx(n)равнынулю.
Если сравнить ДПФ конечного дискретного сигнала со спектром этого же сигнала определяемым выражением
то очевидно что ДПФ представляет собойNотсчетов спектра взятых на периоде с интервалом дискретизации по частоте равным.
В случае когдаx(n) является комплексным при прямом вычисленииN-точечного ДПФ нужно выполнить для каждого значенияk(N-1) умножений и (N-1) сложений комплексных чисел или 4(N-1) умножений и 2(N-1) сложений действительных чисел. Для всехNзначенийk=01 N-1 требуется (N-1)2умножений иN(N-1) сложений комплексных чисел. Для больших значенийN(порядка нескольких сотен или тысяч) прямое вычисление ДПФ по выражению (12.2) требует выполнения весьма большого числа арифметических операций умножения и сложения что затрудняет реализацию вычислений в реальном масштабе времени.
Быстрым преобразованием Фурье (БПФ)называют набор алгоритмов реализация которых приводит к существенному уменьшению вычислительной сложности ДПФ. Основная идея БПФ состоит в том чтобы разбить исходныйN-отсчетный сигналx(n) на два более коротких сигнала ДПФ которых могут быть скомбинированы таким образом чтобы получить ДПФ исходногоN-отсчетного сигнала.
Так если исходныйN-отсчетный сигнал разбить на дваN2-отсчетных сигнала то для вычисления ДПФ каждого из них потребуется около (N2)2комплексных умножений. Тогда для вычисления искомогоN-отсчетного ДПФ потребуется порядка 2(N2)2=N22 комплексных умноженийт.е. вдвое меньше по сравнению с прямым вычислением. Операцию разбиения можно повторить вычисляя вместо (N2)-отсчетного ДПФ два (N4)-отсчетных ДПФ и сокращая темсамымобъем вычислений еще в два раза. Выигрыш в два раза является приблизительным поскольку не учитывается каким образом из ДПФ меньшего размера образуется искомоеN-отсчетное ДПФ.
Существует большое количество алгоритмов БПФ. Однако все они являются частными случаями единого алгоритма базирующегося на задаче разбиения одного массива чисел на два. Тот факт что это можно сделать более чем одним способом определяет многообразие алгоритмов БПФ.Расмотримдва из них.
Первый алгоритм называетсяалгоритмом БПФ с прореживанием по времени.
Пусть заданN-отсчетный дискретный сигналx(n). Примем чтоNравно степени двойки. Если это не так то всегда можно легкодоплнитьзаданный сигнал нулевыми отсчетами до количества отсчетов равного ближайшей степени двойки.
Разобъемисходный сигналx(n) на дваN2-отсчетных сигналаx1(n) иx2(n) составленных соответственно из четных и нечетных отсчетов исходного сигналаx(n)
N-точечное ДПФ сигналаx(n) можно записать как
гдеX1(k) иX2(k) –N2-отсчетные ДПФ сигналовx1(n)иx2(n) соответственно.
ТакимобразомN-точечное ДПФX(k) может быть разложено на дваN2-точечных ДПФ результаты которых объединяются согласно (12.10).
Если быN2-точечные ДПФ вычислялись прямым способом то для вычисленияN-точечного ДПФ потребовалось бы (N22+N) комплексных умножений.ПрибольшихN(когдаN22>>N) это позволяет сократить время вычислений на 50%.
ПосколькуX(k) определено при аX1(k) иX2(k) определены при необходимо доопределить формулу (12.10) для. Учитывая чтоX1(k) иX2(k) – периодические функции с периодомN2 можно записать
Поэтому окончательно дляN-точечного ДПФ можно записать
На рис.11.1 представлена последовательность операций при выполнениивосьмиточечногоДПФ с использованием двухчетырехточечныхДПФ.
Сначала входной сигналx(n) разбивается на два сигналаx1(n) иx2(n) составленных соответственно из четных и нечетных отсчетовx(n). После этогорасчитываетсяДПФX1(k) иX2(k). Затем в соответствии с (12.12) получаетсяX(k).
Рассмотренная схема вычислений может быть использована и для расчетаN2-точечных ДПФ. В соответствии с этим каждый из сигналовx1(n) иx2(n) разбиваются на последовательности состоящие из четныхи нечетных отсчетов родительских сигналов. АналогичноN2-точечные ДПФ могут быть записаны как комбинации двухN4-точечных ДПФ
С учетом того чтоможно записать
На рис.11.2 представлена последовательность операций при выполнениивосьмиточечногоДПФ с использованием двухчетырехточечныхДПФ и четырех двухточечных ДПФ.
Таким образом процесс уменьшения размера ДПФ может быть продолжен пока не останутся только двухточечные ДПФ которые могут быть рассчитаны без операции умножения
Поскольку то окончательно получим
На рис.11.3представленапорядок операций при последовательном вычислениивосьмиточечногоДПФ в соответствии с описанным алгоритмом.
Анализ рис.11.3 показывает что на каждом этапе БПФ необходимо выполнитьN2 комплексных умножений. Поскольку общее количество этапов равно то число комплексных умножений необходимое для нахожденияN-точечного ДПФ приблизительно равно. Приблизительность оценки означает что умножениянав действительности сводятся просто к сложениям и вычитаниям комплексных чисел. Так на первом этапе алгоритма представленного на рис.12.3 содержатся только сложения и вычитания комплексных чисел поскольку. Даже на втором этапе используются только сложения и вычитания комплексных чисел т.к.. Фактически вместо ожидаемых 12 () достаточно выполнить всего два нетривиальных умножения. Однако для больших значенийNфактическое число нетривиальных умножений хорошоаппроксимируетсявыражением.
Базовая операция алгоритма с прореживанием по времени (так называемая«бабочка») состоит в том что два входных числаAиBобъединяются для получения двух выходных чиселXиYпо правилу
На рис.11.4 изображен направленный граф базовой операции.
Каждый из этапов ДПФ содержитN2 базовых операций. В случае когда- нетривиальный множитель для каждой базовой операции необходимо выполнить только одно умножение поскольку величинуможно вычислить и запомнить. Такимобразомструктура базовых операций такова что для выполнения БПФN-отсчетного сигнала отсчеты которого размещены в памяти достаточно иметь лишь одну дополнительную ячейку памяти. Результаты всех промежуточных этапов БПФ можно размещать в те же ячейки памяти где находились исходные данные. Алгоритм БПФ в котором для размещения входной и выходной последовательности используется один и тот же массив памяти называетсяалгоритмом с замещением.
При реализации алгоритма необходима перестановка отсчетов входного сигнала чтобы выходная последовательность имела естественный порядок расположения отсчетов т.е.k=01 N-1. В приведенном примере для 8-точечного БПФ для этого требовался следующий порядок размещения отсчетов входного сигнала:x(0)x(4)x(2)x(6)x(1)x(5)x(3)x(7). Закономерность перестановки заключается в том что отсчеты входного сигнала должны быть размещены в памяти в двоично-инверсном порядке. Это означает что требуемый номер ячейки памяти для размещения очередного отсчета входного сигнала определяется обратной перестановкой двоичных разрядов в двоичном представлении номера отсчета. Для случаяN=8 соответствие номеров отсчетов входного сигнала и их номеров ячеек памяти представлено в таблице 1.
Двоичное представление
Двоично-инверсный порядок
Алгоритм и исходный код быстрого преобразования фурье
При реализации алгоритма необходима перестановка отсчетов входного сигнала чтобы выходная последовательность имела естественный порядок расположения отсчетов т.е.k=01 N-1. В приведенном примере для 8-точечного БПФ для этого требовался следующий порядок размещения отсчетов входного сигнала:x(0)x(4)x(2)x(6)x(1)x(5)x(3)x(7). Закономерность перестановки заключается в том что отсчеты входного сигнала должны быть размещены в памяти в двоично-инверсном порядке. Это означает что требуемый номер ячейки памяти для размещения очередного отсчета входного сигнала определяется обратной перестановкой двоичных разрядов в двоичном представлении номера отсчета. На рисунке 11.5 представлен алгоритм перестановки.
Fast Fourier Transformation
====================================================
This array contains values from 0 to 255 with reverse bit order
static unsigned char reverse256[]=
x00 0x80 0x40 0xC0 0x20 0xA0 0x60 0xE0
x10 0x90 0x50 0xD0 0x30 0xB0 0x70 0xF0
x08 0x88 0x48 0xC8 0x28 0xA8 0x68 0xE8
x18 0x98 0x58 0xD8 0x38 0xB8 0x78 0xF8
x04 0x84 0x44 0xC4 0x24 0xA4 0x64 0xE4
x14 0x94 0x54 0xD4 0x34 0xB4 0x74 0xF4
x0C 0x8C 0x4C 0xCC 0x2C 0xAC 0x6C 0xEC
x1C 0x9C 0x5C 0xDC 0x3C 0xBC 0x7C 0xFC
x02 0x82 0x42 0xC2 0x22 0xA2 0x62 0xE2
x12 0x92 0x52 0xD2 0x32 0xB2 0x72 0xF2
x0A 0x8A 0x4A 0xCA 0x2A 0xAA 0x6A 0xEA
x1A 0x9A 0x5A 0xDA 0x3A 0xBA 0x7A 0xFA
x06 0x86 0x46 0xC6 0x26 0xA6 0x66 0xE6
x16 0x96 0x56 0xD6 0x36 0xB6 0x76 0xF6
x0E 0x8E 0x4E 0xCE 0x2E 0xAE 0x6E 0xEE
x1E 0x9E 0x5E 0xDE 0x3E 0xBE 0x7E 0xFE
x01 0x81 0x41 0xC1 0x21 0xA1 0x61 0xE1
x11 0x91 0x51 0xD1 0x31 0xB1 0x71 0xF1
x09 0x89 0x49 0xC9 0x29 0xA9 0x69 0xE9
x19 0x99 0x59 0xD9 0x39 0xB9 0x79 0xF9
x05 0x85 0x45 0xC5 0x25 0xA5 0x65 0xE5
x15 0x95 0x55 0xD5 0x35 0xB5 0x75 0xF5
x0D 0x8D 0x4D 0xCD 0x2D 0xAD 0x6D 0xED
x1D 0x9D 0x5D 0xDD 0x3D 0xBD 0x7D 0xFD
x03 0x83 0x43 0xC3 0x23 0xA3 0x63 0xE3
x13 0x93 0x53 0xD3 0x33 0xB3 0x73 0xF3
x0B 0x8B 0x4B 0xCB 0x2B 0xAB 0x6B 0xEB
x1B 0x9B 0x5B 0xDB 0x3B 0xBB 0x7B 0xFB
x07 0x87 0x47 0xC7 0x27 0xA7 0x67 0xE7
x17 0x97 0x57 0xD7 0x37 0xB7 0x77 0xF7
x0F 0x8F 0x4F 0xCF 0x2F 0xAF 0x6F 0xEF
x1F 0x9F 0x5F 0xDF 0x3F 0xBF 0x7F 0xFF
This is minimized version of type 'complex'. All operations is inline
inline void operator+=(ShortComple
inline void operator-=(ShortComple
inline void operator*=(Comple
inline void operator=(ShortComple
This is array exp(-2*pi*j2^n) for n= 1 32
exp(-2*pi*j2^n) = Complex( cos(2*pi2^n) -sin(2*pi2^n) )
static Complex W2n[32]=
-1.00000000000000000000000000000000 0.00000000000000000000000000000000 W2 calculator (copypaste) : po ps
00000000000000000000000000000000 -1.00000000000000000000000000000000 W4: p2=o p2=s
70710678118654752440084436210485 -0.70710678118654752440084436210485 W8: p4=o p4=s
92387953251128675612818318939679 -0.38268343236508977172845998403040 p8=o p8=s
98078528040323044912618223613424 -0.19509032201612826784828486847702 p16=
99518472667219688624483695310948 -9.80171403295606019941955638886e-2 p32=
99879545620517239271477160475910 -4.90676743274180142549549769426e-2 p64=
99969881869620422011576564966617 -2.45412285229122880317345294592e-2 p128=
99992470183914454092164649119638 -1.22715382857199260794082619510e-2 p256=
99998117528260114265699043772857 -6.13588464915447535964023459037e-3 p(2y9)=
99999529380957617151158012570012 -3.06795676296597627014536549091e-3 p(2y10)=
99999882345170190992902571017153 -1.53398018628476561230369715026e-3 p(2y11)=
99999970586288221916022821773877 -7.66990318742704526938568357948e-4 p(2y12)=
99999992646571785114473148070739 -3.83495187571395589072461681181e-4 p(2y13)=
99999998161642929380834691540291 -1.91747597310703307439909561989e-4 p(2y14)=
99999999540410731289097193313961 -9.58737990959773458705172109764e-5 p(2y15)=
99999999885102682756267330779455 -4.79368996030668845490039904946e-5 p(2y16)=
99999999971275670684941397221864 -2.39684498084182187291865771650e-5 p(2y17)=
99999999992818917670977509588385 -1.19842249050697064215215615969e-5 p(2y18)=
99999999998204729417728262414778 -5.99211245264242784287971180889e-6 p(2y19)=
99999999999551182354431058417300 -2.99605622633466075045481280835e-6 p(2y20)=
99999999999887795588607701655175 -1.49802811316901122885427884615e-6 p(2y21)=
99999999999971948897151921479472 -7.49014056584715721130498566730e-7 p(2y22)=
99999999999992987224287980123973 -3.74507028292384123903169179084e-7 p(2y23)=
99999999999998246806071995015625 -1.87253514146195344868824576593e-7 p(2y24)=
99999999999999561701517998752946 -9.36267570730980827990672866808e-8 p(2y25)=
99999999999999890425379499688176 -4.68133785365490926951155181385e-8 p(2y26)=
99999999999999972606344874922040 -2.34066892682745527595054934190e-8 p(2y27)=
99999999999999993151586218730510 -1.17033446341372771812462135032e-8 p(2y28)=
99999999999999998287896554682627 -5.85167231706863869080979010083e-9 p(2y29)=
99999999999999999571974138670657 -2.92583615853431935792823046906e-9 p(2y30)=
99999999999999999892993534667664 -1.46291807926715968052953216186e-9 p(2y31)=
x: x - array of items
T: 1 T = 2 power T - number of items in array
complement: false - normal (direct) transformation true - reverse transformation
void fft(ShortComplex *x int T bool complement)
unsigned int I J Nma
for(I = 1; I Nma I++)
Jc[0] = reverse256[Ic[3]];
Jc[1] = reverse256[Ic[2]];
Jc[2] = reverse256[Ic[1]];
Jc[3] = reverse256[Ic[0]];
rotation multiplier array allocation
Wstore = new ShortComple
for(N = 2 Nd2 = 1 pWN = W2n Skew = Nma N = Nd2 = N N += N pWN++ Skew >>= 1)
WN = W(1 N) = exp(-2*pi*jN)
for(Warray = Wstore k = 0; k k++ Warray += Skew)
for(m = k; m m += N)
Рис11.6. Исходный код БПФ на С++.
Программа верхнего уровня
Программа для сбора данных и диагностирования написана в среде Visual PROLOG. Данная среда программирования предназначена для создания СИИ. Разработка алгоритмов обработки сигналов приходящих с АЦП не является целью данной работы. Таким образом в последствии при мониторинге состояния станка и совпадении состояний предшествующих отказу система заблаговременно оповестит оператора о возможных отказах или возможной неисправностях формообразующего инструмента.
Расчет экономической эффективности от внедрения системы
В данном разделе проекта мы рассчитаем необходимые капитальные затраты на создание спроектированной аппаратной части экспертной системы вибродиагностики определим показатели экономического эффекта и эффективность нашей системы. Разработка и применение методов оценки экономической эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ представляет собой один из важнейших рычагов ускорения научно-технического прогресса концентрации научного потенциала на наиболее важных направлениях развития народного хозяйства и распылением материальных финансовых и кадровых ресурсов. Экономическая эффективность НИОКР определяется:- при планировании научно-исследовательской работы. Здесь подсчитывается предполагаемый экономический эффект по величине которого можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
Определение капитальных затрат на оборудование
Перечень и стоимость основных материалов с учетом транспортно–заготовительных расходов определяется по формуле (23):
НТЗ – транспортно-заготовительные расходы (3%).
Стоимость покупных комплектующих изделий определяется по формуле (14):
(14) Разработка и приме1ние методов оценки экономической эффективно1111111111111ти научно-1 прогресса концентрации научного потенциала на наиболее важных направлениях развития народного хозяйства и распылением материальных финансовых и кадровых ресурсов. Экономическая эффективность определяется:- при НИОКР планировании научно-исследовательской работы. Здесь подсчитывается предполагаемый экономический эффект по величине которого можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
где m – перечень покупных комплектующих изделий;
Цi – цена единицы 1 кг j–го комплектующего изделия.
В таблице 11.1 приведена стоимость покупных изделий используемых при изготовлении системы.
Таблица 1 – Стоимость покупных комплектующих изделий
Микросхема индикации
Основные технологические операции по изготовлению разработанного оборудования трудоемкость их выполнения и заработная плата основных производственных рабочих приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Трудовые затраты основных производственных рабочих
Часовая тарифная ставка руб.
Изготовление деталей блока
Сборка и монтаж плат
Определим основную заработную плату производственных рабочих:
где j = 1 Q – наименование технологических операций при изготовлении проектируемого изделия; Разработка и применение методов оценки экономической эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ представляет собой один из важнейших рычагов ускорения научно-технического прогресса концентрации научного потенциала на наиболее важных направлениях развития народного хозяйства и распылением материальных финансовых и кадровых ресурсов. Экономическая эффективность НИОКР определяется:- при планировании научно-исследовательской работы. Здесь подсчитывается предполагаемый экономический эффект по величине которого можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
Si – часовая тарифная ставка рабочего i–го разряда рубнормо-часов.
Дополнительную заработную плату основных рабочих определим по формуле (16):
где Нд – норматив дополнительной заработной платы (30%).жнейших рычагов ускорения научно-технического прогресса концентрации научного потенциала на наиболее важных направлениях развития народного хозяйства и распылением материальных финансовых и кадровых ресурсов. Экономическая эффективность НИОКР определяется:- при планировании научно-исследовательской работы. Здесь подсчитывается предполагаемый экономический эффект по величине которого можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
Сумма отчислений на социальные нужды определяется по формуле (17)
Разработка и применение методов оценки экономической эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ представляет собой один из важнейших рычагов ускорения научно-технического прогресса концентрации научного потенциала на наиболее важных направлениях развития народного хозяйства и распылением материальных финансовых и кадровых ресурсов. Экономическая эффективность НИОКР определяется:- при планировании научно-исследовательской работы. Здесь подсчитывается предполагаемый экономический эффект по величине которого можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
где Нсн – норматив отчислений на социальные нужды (ЕСН = 31%).
Общая сумма трудовых затрат составляет:
Определение затрат на проектирование оборудования в соответствии с нормами времени и расценками на все виды проектно–конструкторских работ (нормо–час).
где ТК – трудоёмкость конструкторских работ на один лист чертежа формата А1 нормо-час;
Ч – количество листов;
ГН – коэффициент новизны (06);
ГС – коэффициент сложности (08).
Стоимость опытно конструкторских работ определяется по формуле (20) приведённой ниже:
где СЧК – стоимость часа конструкторских работ.
Косвенные расходы на опытно-конструкторские разработки оборудования определяются следующим образом.
где НКОС – норматив косвенных расходов (320% от З0 ).
Определение производственной себестоимости опытно конструкторской разработки оборудования:
Определение полной себестоимости:
Расчёт исходных технико-экономических показателей
Для базового варианта годовой объем производства составит 6477 изделий для проектируемого варианта – 11962 изделий в год.
Для расчета сравнительной экономической эффективности принимаем общий объем годового выпуска по производительности проектируемого оборудования – 11962 шт.
Общая трудоёмкость годового выпуска – Т составляет:
-для базового варианта
-для проектируемого варианта
Разработка и может быть предст 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
Годовой фонд времени работы одного рабочего – ФР определяется по формуле:
где ДК – дни календарные (365 дн.); Разработка и про можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
ДПР – дни праздничные и выходные (114 дн.);
tРЧ – плановая продолжительность рабочего дня одного рабочего час (8 часов). Разработка и применение методов оценки экономической эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ представляет собой один из важнейших рычагов ускорения научно-технического прогресса концентрации научного потенциала на наиболее важных направлениях развития народного хозяйства и распылением материальных финансовых и кадровых ресурсов. Экономическая эффективность НИОКР определяется:- при планировании научно-исследовательской работы. Здесь подсчитывается предполагаемый экономический эффект по величине которого можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
Численность основных рабочих – ЧР определяется следующим образом:
принимаем 2 работника.
Разряд выполняемой работы: 3 – для базового варианта и для проектируемого вариантов.
Годовой фонд оплаты труда основных рабочих равен:
-для базового варианта –
-для проектируемого варианта –
Дополнительный фонд оплаты труда основных рабочих равен:
где Пд – процент дополнительной заработной платы (30%).
Сумма отчислений на социальные нужды.
где ПС – процент отчисления на социальные нужды - 31 %.
Общепроизводственные расходы:
где ПОП – процент общепроизводственных расходов составляет примерно 120% от основной заработной платы производственных рабочих.
Общехозяйственные расходы:
Разработка и применение методов оценки от представляет собой один из важнейших рычагов ускорения научно-технического прогресса концентрации научного потенциала на наиболее важных направлениях развития народного хозяйства и распылением материальных финансовых и кадровых ресурсов. Экономическая эффективность НИОКР определяется:- при планировании научно-исследовательской работы. Здесь подсчитывается предполагаемый экономический эффект по величине которого можно судить о целесообразности научно-исследовательской работы (расчетная эффективность);- после окончания научно-исследовательской работы. С учетом результатов исследования и внедрения опытного образца расчеты ожидаемого экономического эффекта уточняются;- после внедрения результатов исследования в производство. Расчёты экономической эффективности проводятся по тем научно-исследовательским работам которые имеют целью создание новых технологических процессов машин и материалов повышение уровня организации хозяйства и по тем исследованиям в области естественных наук которые могут быть использованы для совершенствования материального производства. Тот же принцип лежит и в основе определения экономической эффективности крупных научно-технических проектов. В этом случае также идет сопоставление вариантов. Особенностью подхода к установлению экономического эффекта в масштабах всего народного хозяйства является комплексное определение эффекта полученного как итог совместного труда работников науки и производства. В этом случае суммарный народнохозяйственный экономический эффект может быть представлен как:- эффект сферы науки (эффект экономии труда средств и времени);- эффект сфере производства получаемый в результате обновления техники и технологии за счет снижения себестоимости;- эффект у потребителя получаемый в результате использования новых качественных свойств в которых воплощены результаты науки. 1. Р. = (14260 * 09091) + (15812 * 08264) + (16662 * 07513) + (18750 * 06830) + (26250 * 06209) + (28750 * 05645) = 129638 + 130670 + 1251822 + 128063 + 162986 + 02294 = 838833 д. е. 2. З = (996 * 09091) + (4233 * 08264) + (10213 * 07513) + (18140 * 06830) + 18396 * 06209) + (20148 * 05645) = 9055 + 34982 + 7673 + 123896 + 11422 + 113735 = 472618 две. 3. Э. Годовой экономический эффект определяется в следующих двух случаях: если многократный позитивный результат получается в течение периода менее одного года; если многократный результат получается в течение нескольких лет но стоимостная оценка результатов внедрения мероприятия за период в один год перекрывает затраты на осуществление мероприятия (или если последние вообще не требуются).
где Пох – процент общехозяйственных расходов составляет примерно 200%м от основной заработной платы производственных рабочих.
Стоимость электро– и других видов энергии на технологические цели:
где Т – трудоемкость годового выпуска;
Кэ – количество потребляемой электроэнергии;
Цэ – цена за один кВт.ч. (38 рубкВт)
Производственная себестоимость – С равна:
-для проектируемого варианта
Коммерческие расходы.
где ПК – процент коммерческих расходов от производственной себестоимости.
Полная коммерческая себестоимость.
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские расходы:
где Пнк – процент расходов на научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки (15% от коммерческой себестоимости).
Полная заводская себестоимость товарной продукции:
Плановое накопление:
где Ппк – процент плановых накоплений (20%).
Налог на добавленную стоимость:
где Пндс – процент на НДС(18%).
Свободная рыночная цена:
Расчёт показателей экономической эффективности
Снижение общей трудоёмкости в нормо-часах – ТС определяется по следующей формуле:
Экономия фонда оплаты труда рабочих руб. – Эфо определяется по формуле:
Экономия дополнительного фонда оплаты труда рабочих ЭДФ:
Экономия отчислений на социальные нужды ЭСН:
Экономия в общепроизводственных (цеховых) расходах:
Экономия на общехозяйственных (заводских) расходах:
Экономия на электро- и других видах энергии:
Итоговая экономия в рублях:
Необходимости в дополнительные годовые и эксплуатационные затратах нету
Процент снижения общей трудоёмкости:
Процент роста производительности труда – ППТ
Расчётный коэффициент экономической эффективности капитальных затрат – ЕР определяется по формуле:
Как видим расчетный коэффициент выше нормативного (Е=015) и следовательно мероприятие по разработке и производству экспертной системы вибродиагностики может быть рекомендовано к внедрению.
Срок окупаемости капитальных вложений рассчитывается по формуле
Сводная таблица показателей экономической эффективности
мероприятий дипломного проекта
Таблица 7 – Сводная таблица показателей экономической эффективности мероприятий дипломного проекта
Наименование показателей.
Исходные технико-экономические показатели
Годовой выпуск изделий шт.
Трудоемкость изготовления единицы изделия н-час .
Общая трудоемкость годового выпуска изделий н-час
Численность основных рабочих на годовой выпуск изделий.
Разряд выполняемых работ.
Годовой фонд оплаты труда основных рабочих.
Дополнительный фонд оплаты труда основных рабочих.
Отчисления на соц. нужды.
Общепроизводственные (цеховые) расходы.
Общехозяйственные (заводские) расходы.
Стоимость материалов.
Стоимость электроэнергии.
Производственная себестоимость годового выпуска.
Полная заводская себестоимость товарной продукции.
Плановые накопления.
Продолжение таблицы 7 - 2
Налог на добавленную стоимость.
Свободная рыночная цена на программу и на (одно изделие)
Показатели экономической эффективности разработки
Снижение общей трудоемкости.
Сокращение численности рабочих.
Экономия основного фонда оплаты труда рабочих.
Экономия дополнительного фонда оплаты труда рабочих.
Экономия отчислений на соц. нужды.
Экономия на общепроизводственных расходах.
Экономия на общехозяйственных расходах.
Экономия на материалах.
Экономия на электроэнергии.
Годовой экономический эффект
Продолжение таблицы 7 - 3
Процент снижения общей трудоемкости %.
Процент роста производительности труда %.
Расчетный коэффициент эффективности капитальных затрат.
Срок окупаемости капитальных затрат годы.
Расчеты показали что целесообразно применение аппаратной части экспертной системы вибродиагностики коэффициент экономической эффективности капитальных затрат составляет 0.52. Годовой экономический эффект 273017.06. Срок окупаемости равен 2 года.
Важным моментом в комплексе мероприятий направленных на совершенствование условий труда являются мероприятия по охране труда. Этим вопросам с каждым годом уделяется все большее внимание т.к. забота о здоровье человека стала не только делом государственной важности но и элементом конкуренции работодателей в вопросе привлечения кадров. Для успешного воплощения в жизнь всех мероприятий по охране труда необходимы знания в области физиологии труда которые позволяют правильно организовать процесс трудовой деятельности человека.
В данном разделе дипломного проекта освещаются основные вопросы техники безопасности и экологии труда при работе с данным устройством
Технологический процесс и элементы ТП
Опасности создаваемые элементами
технологического процесса
Поражения электрическим током.
Риск поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Источником возникновения данной опасности является электрооборудование станка.
Технические средства по предупреждению поражения электрическим током предусмотренные в расточном станке:
а) электрическая изоляция токоведущих частей которые могут оказаться под напряжением;
б) выравнивание потенциалов;
в) защитное заземление.
Защита выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 (2001)ССБТ. Электробезопасность.
Эргономика (расположения органов управления станка влияет на работоспособность обслуживающего персонала)
Расположение органов управления алмазно- расточного станка исключает возможность их случайного включения и выключения. Органы управления имеют четко выполненные надписи и символы поясняющие назначения каждого из них.
Зоны размещения органов управления на пультах и средства отображения информации соответствуют требованиям следующих гостов:
- ГОСТ 12.2.033-78. (2001) ССБТ. Рабочее место при выполнении работ. Общие эргономические требования.
- ГОСТ 12.2.049-80 (2001) ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования.
Угроза травмирования обслуживающего персонала при контакте с подвижными элементами механизмов
В конструкции станка присутствуют вращающиеся и перемещающиеся части. В частности шпиндель суппорт револьверной головки.
В качестве защитных мер применено ограждение опасных зон щитами решетками защитными стеклами с целью обеспечить недоступность контакта человека с подвижными частями машины.
Защита выполнена в соответствии с нормами ГОСТ 12.2.062-81 (1985) (2001)ССБТ. Оборудование производственное. Ограждения защитные.
Расточной станок в процессе своей работы является источником возникновения повышенного вибрационного фона что негативным образом сказывается на здоровье обслуживающего персонала.
Источником возникновения вибрации в основном являются вращающиеся с высокой частотой массивные элементы конструкции такие как шпиндельный узел. Также источником вибрации является сам процесс механической обработки.
В качестве защитной меры применяется монтаж станка на виброизолирующую прокладку которая установлена между основанием станины и опорной поверхностью в качестве прокладок используется резина.
Защита выполнена в соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 (2001) (СТ СЭВ 1932-79 СТ СЭВ 2602-80) ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности.
Загрязнение воздуха частицами стружки металлической пылью испарениями СОЖ
Расточной станок в процессе работы образует пыль мелкую стружку вредные жидкости (газы) имеет устройство для отсоса из зоны обработки загрязненного воздуха и его очистки.
В качестве защитной меры используется локальная вытяжная вентиляция осуществляющая удаление загрязненного воздуха из зоны обработки.
Защита выполнена в соответствии с нормами:
- ГОСТ 12.3.025-80 (2005) ССБТ. Обработка металлов резанием. Требования безопасности.
- ГОСТ 12.4.021-75 (2001) ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования.
Оптимальные параметры микроклимата позволяют сохранять нормальное функционирование организма и высокую работоспособность персонала.
Рекомендации по оптимизации микроклимата:
а) В холодный и переходный сезон года необходимо ставить дополнительные электрические нагревательные приборы для повышения температуры в помещении;
б) В теплый сезон года больше открывать окна или создавать организованную естественную вентиляцию.
Защита выполнена в соответствии с нормами:
- ГОСТ 12.1.005-88. (2000) ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
- СанПин 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
Расчет защитного заземления
Защитное заземление обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 (Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление).
Заземляющее устройство в виде П-образного контура вокруг здания. Отдельные заземлители представляют собой стальные стержни диаметром =25 см и длиной 25 м = 250 см забитые на глубину = 2м.
Сопротивление растеканию тока отдельного стержня найдем по формуле:
где 2*104 - удельное сопротивление песчаного грунта.
Все заземлители соединяются стальной полосой сечением см на глубине =05 м = 50 см. Длина полосы = 60 м = 6000 см тогда сопротивление растеканию тока у полосы составит:
Проектированием предусматривается забивка n=20 стержней тогда их общее сопротивление растеканию тока составит:
Учитывая коэффициент использования имеем:
Сопротивление всего контура:
Согласно правилам установки электрооборудования сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.
В результате проведенного расчета получено сопротивление растекания тока системы защитного заземления Rсист = 3.54 Ом что соответствует допустимому значению сопротивления заземления в электроустановках до 1000 В равному Rдоп = 4 Ом установленное в соответствии с ПУЭ.
работать без заземления;
оставлять без надзора установку подключенную к сети;
натягивать и перекручивать сетевой кабели кабели шпинделя и кабели датчика;
подвергать блоки и кабели попаданию на них воды.
Конструкция станка исключает возможность прикосновения обслуживающего персонала к токоведущим цепям опасным для жизни. В конструкции разрабатываемого устройства предусмотрена изоляция токоведущих частей.
Рис. 1. Принципиальная схема заземления в сетях трехфазного тока. 1 – заземлённое оборудование; 2 – заземлитель рабочего заземления; 3 – заземлитель защитного заземления.
Для устранения возможных поражений электричеством во всех электрических установках с напряжением проводов по отношению к земле в 150В и выше применяется защитное заземление или зануление согласно ГОСТу 12.1.030-81.
Рекомендации по электробезопасности:
— не проводить работы под напряжением (кроме осмотра и операций измерения);
— располагать токоведущие проводы на высоте не доступной для случайного прикосновения;
— использовать защитные блокировки автоматически исключающие неправильные действия (например автоматическое отключение энергии при открывании двери распределительного устройства исключение возможности включения блока рубильник–предохранитель при открытой дверце блока;
— применять индивидуальные средства защиты (перчатки боты коврики);
— использовать пониженное напряжение в тех приемниках электроэнергии где имеется вероятность прикосновения к частям находящимся под напряжением (ручной инструмент переносное освещение).
Для подвода электроэнергии использовать четырехпроходные сети с глубокозаземленной нейтралью.
Методы защиты от травмирования
Работы проводятся только в спецодежде рукавицах защитных очках на технически исправном оборудовании.
Для предупреждения травматизма при работе на шлифовальных станках принимаются следующие меры:
Перед началом работы следует закрепить круги.
Для защиты глаз надо работу выполнять в предохранительных очках.
Для предупреждения от опасных ранений необходимо иметь специальные державки для мелких и трудно удерживаемых руками деталей.
Для предупреждения от ожогов рук следует иметь хлопчатобумажные рукавицы.
Нельзя допускать превышения частоты вращения кругов
Детали следует подводить к кругу постепенно и осторожно чтобы их не вырвало из рук кругом.
При шлифовании и полировании медных и латунных деталей или при кварцевании свинцовых анодов следует применять респираторы.
Чистка пыли приемников должна производиться только после полной остановки станка.
Уровень шума на рабочем месте
При выполнении основной работы уровень шума на рабочем месте не превышает 50 дБА согласно требованиям ГОСТ Р 50923-96. таблица 2.
Таблица 2 - Допустимые нормы вибрации
Среднегеометрические частоты октавных полос Гц
Корректированные значения и их уровни дБ
Шумящее оборудование уровни шума которого превышают нормированные отсутствует.
Необеспечение должных параметров микроклимата является вредным фактором. В связи с чем помещение оборудовано системами отопления и кондиционирования воздуха согласно требованиям СанПиН 2.2.2.542-96.
В помещении обеспечиваются следующие параметры микроклимата (ГОСТ Р 50923-96) таблица 1.
Таблица 1 - Оптимальные нормы микроклимата
Температура воздуха °С
Данные требования обеспечиваются системой централизованного отопления и системой кондиционирования.
К категории 1а относятся работы производимые сидя и не требующие физического напряжения при которых расход энергии составляет до 120 ккалч; к категории 16 относятся работы производимые сидя стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением при которых расход энергии составляет от 120 до 150 ккалч.
Вероятность безотказной работы P(t)= 099.
Гарантийное время 2000 часов
Элементы используемые в разрабатываемом устройстве
элементов данного типа ni шт.
Интенсивность отказов i
Коэффициент учитывающий условия эксплуатации k
Микросхема аналоговая 7805
Плата печатной схемы
Принимаем стационарный режим работы в котором =const и используем экспоненциальный закон надёжности.
Предварительный расчёт надёжности
Время безотказной работы одного элемента при условии что имеет место основное соединение используем формулу 1
Предварительный расчёт надёжности в нашем случае формула принимает вид 2
где К - количество блоков
Проверяем выполняется ли условие соответствия заданным требованиям по надёжности формула 3
Таким образом заданное условие не выполняется необходимо провести мероприятия по повышению надёжности рассчитываемого объекта.
Расчёт надёжности с учётом резервирования отдельных элементов
В предыдущем разделе было установлено что при заданной конструкции и выбранной элементной базе невозможно удовлетворить требованиям выдвинутым в условии. Поэтому необходимы мероприятия по увеличению надёжности объекта применение наиболее совершенной элементной базы является недостаточным целесообразным более эффективным методом повышения качества представляется применение резервирования замещением.
Учитывая что резервирование всей системы целиком не всегда целесообразно по ряду причин используем принудительную замену отдельных элементов системы обладающих более высокой интенсивностью отказов.
В данном случае это трансформатор транзисторы а также диоды (по той причине что суммарное влияние данных элементов на время безотказной работы)
Элементы используемые в разрабатываемом устройстве кроме резервируемых
Наименование элементов
Интенсивность отказов i
Для расчёта резервирования замещением используется формула 4;
При однократном резервировании данная формула принимает вид 5
Исходя из выше приведённых формул:
Вероятность безотказной работы рассчитываемых элементов вычисляется по формуле 6
Неравенство 3 выполняется следовательно для данного объекта необходимо применить резервирование замещением.
Данной работе была произведена разработка экспертной системы диагностики и мониторинга состояния станка и его формообразующего инструмента посредством анализа вибродинамиченского состояния основных источников вибрации. Также был выбран язык программирования для создания полноценной экспертной системы. Данная система может внедрятся и быть использована как штанная система диагностирования подобного рода станков.
Интеллектуальные системы управления организационно-техническими системами А. Н. Антамошин [и др.] ; под ред. А. А. Большакова. - М. : Горячая линия - Телеком 2009. - 160 с.