Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-59801188910.12737/19685Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеIdentification of fuzzy boundaries of cutter power using control chart methodВыявление нечеткой границы стойкости режущего инструмента с использованием метода контрольных картИзюмовАндрей ИгоревичIzyumovAndrey ИгоревичAndrei-Igorevich1991@yandex.ruТугенгольдАндрей КирилловичTugengoldAndrey Кирилловичakt0@yandex.ruТерехов Дмитрий ЮрьевичTerekhov Dmitriy Юрьевичterekhov.d.iu@gmail.com18052016180520161624350https://naukaru.ru/en/nauka/article/11889/view
В совокупность знаний интеллектуальной системы управления e-MindMachine многооперационного станка включены сведе-ния о состоянии каждого инструмента, в том числе время оста-точной стойкости. Это необходимо для получения заключения о возможности выполнения планируемого технологического перехода, о величине размерного износа, о необходимости изменения режимов резания при работе в области нечеткой пограничной полосы и пр. Кроме описанных ранее методов оценки начального и конечного значений времени погранич-ной полосы, как зоны неопределенности состояний, предлага-ется наглядный метод с использованием модификации кон-трольных карт Шухарта. Адаптивные контрольные карты поз-волили отслеживать ход процесса изнашивания инструмента, предупреждая об отклонениях от предъявляемых к процессу требований. Представлен план работы с соответствующими контрольными картами и примеры их использования для оценки состояния инструмента и прогнозирования параметров пограничной полосы. Приведены зависимости оценок матема-тического ожидания размерного износа и рассеяния в пределах зоны линейного изнашивания инструмента, соответствующих скоростных зависимостей и апостериорных значений при предстоящей работе в области пограничной полосы. На этой базе прогнозируются оценки времени начала и конца погра-ничной полосы. Обработка статистических данных контроль-ных карт проведена с использованием прикладного пакета MATLABStatisticstoolbox.
The body of knowledge of the intelligent control system e-MindMachine of the multi-operation machine contains each tool condition data including its remaining life time. This is required to obtain conclusions on the possibility of the planned machining pass, the wear size value, the necessity to change cutting conditions during the operation in the fuzzy boundary strip area, etc. In addition to the previously described methods of assessing the initial and final values of the boundary strip time as an uncertainty state area, a visual method using a modi-fication of Shewhart control charts is offered. The adaptive control charts allow tracking the tool wear progress warning of deviations from the requirements to the process. A program sheet with the appropriate control charts and examples of their usage for the assessing the tool state and forecasting the bound-ary strip parameters is presented. The dependences of estima-tions of the expectation of the wear size and scattering within the linear tool wear zone, appropriate velocity functions and a posteriori values for the future operation in the boundary strip area are described. On this basis, the timing estimation of the boundary strip head and end is predicted. The processing of the statistical control charts is performed by the MATLABStatis-ticstoolbox application package.
многооперационный станокмониторинг состояния инструментанечеткая граница размерной стойко-сти инструментаконтрольные карты Шухартаmultioperational machinetool state monitoringfuzzy boundary of tool wear sizeShewhart control charts.
Основной задачей развития системы мониторинга и управления состоянием инструмента на стан-ках является повышение производительности и экономической эффективности за счет увеличения сроков службы ин-струмента, минимизации простоев станков, сокращения и предотвращения повреждений обрабатываемых деталей. В функции системы мониторинга инструмента входят сбор, хранение и анализ некоторого количества явных или косвенных параметров описания инструмента, находящегося на станке, для суждения о его стойкости, состоянии и изме-нениях в процессе обработки. В частности, внимание данной проблеме было уделено в работах [1–3]. Полученные оценки состояния и периода стойкости служат основой для принятия решений по управлению функциями его исполь-зования или замены.Понятие нечеткой полосы стойкости инструмента введено в связи с необходимостью автоматизированной оценки работоспособности режущего инструмента и управления его состоянием при работе многооперационных станков с ЧПУ в режиме «безлюдной технологии» [4–5]. Параметры граничной стойкости — это оценочные значения в периоде стойкости на некотором интервале времени, пути или объема удаленного материала при резании до предела размерного или начала катастрофического износа инструмента.
Vallejo, A. J. On-line Cutting Tool Condition Monitoring in Machining Processes using Artificial Intelligence / A.J. Vallejo // Robotics, Automation and Control, I-Tech, Vienna, Austria. - 2008. - p. 494.Vallejo, A. J. On-line Cutting Tool Condition Monitoring in Machining Processes using Artificial Intelligence. Ro-botics, Automation and Control, I-Tech, Vienna, Austria. 2008, 494 p.Bagci, E. Monitoring and analysis of MRR-based feedrate optimization approach and effects of cutting conditions using acoustic sound pressure level in free-form surface milling / E. Bagci // Scientific Research and Essays. - 2011. - Vol. 6(2). -p. 256-277.Bagci, E. Monitoring and analysis of MRR-based feedrate optimization approach and effects of cutting conditions using acoustic sound pressure level in free-form surface milling. Scientific Research and Essays, 2011, vol. 6(2), pp. 256-277.Григорьев, С. Н. Повышение производительности фрезерования с помощью диагностирования состояния инструмента с учетом достоверности отображения состояния объекта по критерию его отказа / C. Н. Григорьев, В. Д. Гурин, Н. Ю. Черкасова // Вестник Мос. гос. техн. ун-та «Станкин». - 2011. - № 3 (15). - С. 44-48.Grigoryev, S.N., Gurin, V.D., Cherkasova, N.Y. Povyshenie proizvoditel´nosti frezerovaniya s pomoshch´yu diag-nostirovaniya sostoyaniya instrumenta s uchetom dostovernosti otobrazheniya sostoyaniya ob´´ekta po kriteriyu ego otkaza. [Increasing milling performance with tool condition diagnostics taking into account validation of the object state display by its failure criterion.] Vestnik MSTU “STANKIN”, 2011, no. 3 (15), pp. 44-48 (in Russian).Тугенгольд, А. К. Принципы концептуального подхода к созданию подсистемы «ИНСТРУМЕНТ» в смарт-паспорте многооперационного станка / А. К. Тугенгольд, А. И. Изюмов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2014. - Т. 14, № 2. - С. 74-83.Tugengold, А.К., Izyumov, A.I. Printsipy kontseptual´nogo podkhoda k sozdaniyu podsistemy «INSTRUMENT» v smart-pasporte mnogooperatsionnogo stanka. [Principles of conceptual approach to creating TOOL subsystem for multioper-ation machine smart-passport.] Vestnik of DSTU, 2014, vol. 14, no. 2, pp. 74-83 (in Russian).Борисова, Л. В. О методике представления нечетких экспертных знаний / Л. В. Борисова, И. Н. Нурутди-нова, В. П. Димитров // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2014. -Т. 14, № 4. - С. 93-102.Borisova, L.V., Nurutdinova, I.N., Dimitrov, V.P. O metodike predstavleniya nechetkikh ekspertnykh znaniy. [Оn technique of fuzzy expert knowledge representation.] Vestnik of DSTU, 2014, vol. 14, no. 4, pp. 93-102 (in Russian).Тугенгольд, А. К. Модуль E-MIND MACHINE в интеллектуальной системе мониторинга станка / А. К. Ту-генгольд, Р. Н. Волошин, С. В. Ющенко // Международный научно-исследовательский журнал. - 2015. - № 9(40) - С. 100-102.Tugengold, А.К., Voloshin, R.N., Yushchenko, S.V. Модуль E-MIND MACHINE в интеллектуальной системе мониторинга станка / [Module E-MIND MACHINE in the intellectual monitoring system of the machine.] International Re-search Journal, 2015, no. 9(40), pp. 100-102 (in Russian).Тугенгольд, А. К. Оценка нечеткой границы стойкости инструмента многооперационного станка / А. К. Тугенгольд, К. Г. Шучев, А. И. Изюмов, Д. Ю. Терехов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2015. - Т. 15, № 2(81). - С. 33-41.Tugengold, А.К., Shuchev, K.G., Izyumov, A.I., Terekhov, D.Y. Otsenka nechetkoy granitsy stoykosti instrumen-ta mnogooperatsionnogo stanka. [The estimation of fuzzy boundary of multioperational machine tool life.] Vestnik of DSTU, 2015, vol. 15, no. 2(81), pp. 33-41 (in Russian).Соломин, С. И. Метод контрольных карт [Электронный ресурс] / С.И. Соломин. - Екатеринбург, 2014. - Режим доступа: http://www.db.inforeg.ru/Inet/GetEzineByID/302964 (дата обращения: 19.01.16).Solomin, S.I. Metod kontrol´nykh kart. [Control chart method.] Ekaterinburg, 2014. Available at: http://www.db.inforeg.ru/Inet/GetEzineByID/302964 (accessed: 19.01.16).Статистические методы. Приемочные контрольные карты. ГОСТ Р 50779.43-99. - Москва : Издательство стандартов, 2003. -28 с.GOST R 50779.43-99.Statisticheskie metody. Priemochnye kontrol´nye karty. [GOST R 50779.43-99. Statistical methods. Acceptance control charts.] Moscow: Izdatel´stvo standartov, 2003, 28 p. (in Russian).Статистические методы. Контрольные карты. Часть 1. Общие принципы. ГОСТ Р ИСО 7870-1-2011. - Москва : Стандартинформ, 2012.- 20 с.GOST R ISO 7870-1-2011. Statisticheskie metody. Kontrol´nye karty. Chast´ 1. Obshchie printsipy. [GOST R ISO 7870-1-2011. Statistical methods. Control charts. Part 1. General guidelines.] Moscow: Standartinform, 2012, 20 p. (in Russian).Статистические методы. Приемочный контроль качества. ГОСТ Р 50779.30-95. - Москва : Издательство стандартов, 2000. -23 с.GOST R 50779.30-95.Statisticheskie metody. Priemochnyy kontrol´ kachestva. [GOST R 50779.30-95. Statistical methods. Acceptance sampling. General requirements.] Moscow: Izdatel´stvo standartov, 2000, 23 p. (in Russian).Статистические методы. Контрольные карты для арифметического среднего с предупреждающими грани-цами. ИСО3534-1-931. ГОСТ Р 50779.41-96 (ИСО 7873-93). - Москва : Издательство стандартов, 2004. - 16 с.ISO3534-1-931. GOST R 50779.41-96 (ISO 7873-93).Statisticheskie metody. Kontrol´nye karty dlya arifmeticheskogo srednego s preduprezhdayushchimi granitsami. [ISO3534-1-931. GOST R 50779.41-96 (ISO 7873-93).Statistical methods. Control charts for arithmetic average with warning limits.] Moscow: Izdatel´stvo standartov, 2004, 16 p. (in Russian).Статистические методы. Контрольные карты Шухарта. ГОСТ Р 50779.42-99. - Москва : Стандартин-форм, 2008. - 36 с.GOST R 50779.42-99.Statisticheskie metody. Kontrol´nye karty Shukharta. [GOST R 50779.42-99. Statistical methods. Shewhart control charts.] Moscow: Standartinform, 2008, 36 p. (in Russian).Статистические методы. Приемочные контрольные карты. ГОСТ Р 50779.43-2001. - Москва : Стандар-тинформ, 2007. - 28 с.GOST R 50779.43-2001. Statisticheskie metody. Priemochnye kontrol´nye karty. [GOST R 50779.43-2001. Sta-tistical methods. Acceptance control charts.] Moscow: Standartinform, 2007, 28 p. (in Russian).Статистические методы. Руководство по внедрению статистического управления процессами. ГОСТ Р ИСО 11462-1-2007. - Москва : Стандартинформ, 2007. - 20 с.GOST R ISO 11462-1-2007. Statisticheskie metody. Rukovodstvo po vnedreniyu statisticheskogo upravleniya protsessami. [GOST R ISO 11462-1-2007. Guidelines for implementation of statistical process control (SPC.) Part 1: Ele-ments of SPC (IDT).] Moscow: Standartinform, 2007, 20 p. (in Russian).