Способ контроля качества производства обтекателей ракет Российский патент 2021 года по МПК G05B15/00 

Изобретение относится к технике контроля качества разработки и производства элементов летательных аппаратов тел вращения, а именно к контролю качества производства обтекателей ракет.

Анализ известных способов сквозного контроля производства обтекателей ракет показывает, что у них один и тот же существенный недостаток. В них слабая связь во времени, в пространстве между операциями технологического процесса и этапами наземных испытаний, контроля конструкции элемента летательного аппарата (ЛА) в целом. Это приводит к тому, что при обнаружении дефектных зон в конструкции в процессе контроля и испытания на различных этапах жизненного цикла достаточно трудно определить время возникновения и координаты причины, которая привела к возникновению дефектной зоны.

В настоящее время разработаны и известны способы, средства контроля качества технологических процессов в различных отраслях промышленности, например технические решения по патентам на изобретение РФ: №№ 2602393 (МПК G06F 11/30, G08B 23/00, H04W 4/12, опубл.20.11.2016), 2536351 (МПК G06F 17/00, G08B 23/00, G01W 1/00, опубл.20.12.2014), 2304798 (МПК G05B 19/418, опубл.20.08.2007), 2700464 (МПК G05B 19/04, F17D 1/08, опубл.18.09.2019), 2615247 (МПК G05B 15/00, опубл.04.04.2017), 2687842 (МПК G01T 1/167, G21С 17/00, опубл.16.05.2019), 2657085 (МПК G05B 19/04, опубл.08.06.2018) и по патентам на полезную модель РФ: №№ 48910 (МПК B61K 9/08, опубл.10.11.2005), 108162 (МПК G05B 19/00, опубл.10.09.2011), 98261 (МПК G05B 19/418, опубл.10.10.2010), 113031(МПК G05B 19/418, опубл.27.01.2012).

Известные современные системы контроля качества состоят из аппаратных и программных средств. Аппаратные средства (первичные преобразователи, линии передачи данных, контроллеры, накопители информации и др.), как правило, жестко привязаны к структуре технологического процесса, а программная часть объединяет их в единое целое (в систему).

В известных технических решениях с жесткой связью первичных преобразователей к технологическим операциям или к объекту контроля места достаточно легко выявить причины, а в технологических процессах разработки и производства элементов ЛА, например керамических обтекателей, достаточно трудно.

Многие дефекты могут быть выявлены только в процессе наземной отработки в системе координат привязанной к конструкции элемента ЛА, а первичные преобразователи для контроля привязаны к технологическим операциям и к средствам производства, то есть отсутствует связь в системах позиционирования обтекателя в процессе изготовления и наземной отработки. Это основной недостаток существующих систем, комплексов разработки и производства обтекателей ракет, особенно керамических, так как керамика хрупкий материал.

В известных способах контроля, процесс нахождения причины дефектной зоны трудоемкий и затратный, так как требует проведения дополнительных испытаний и исследований с привлечением высококвалифицированных специалистов для экспертной оценки, а также проведения совещаний, семинаров и прочее, что увеличивает время нахождения причины дефектной зоны.

Кроме того, существующие системы контроля качества «пугают» руководителей разного уровня громоздким интерфейсом. Постоянно требуется вмешательство специалистов по информационным технологиям. Это одна из причин, почему такие системы слабо внедряются.

Следует отметить, что наиболее интенсивно комплексные автоматизированные системы внедряются в нефтяной и газовой отрасли (технические решения по патентам РФ №№ 2602393(МПК G06F 11/30, G08B 23/00, H04W 4/12, опубл.20.11.2016), 2304798 (МПК G05B 19/418, опубл.20.08.2007), 2700464 (МПК G05B 19/04, F17D 1/08, опубл.18.09.2019), а также на объектах с повышенной опасностью (технические решения по патенту РФ № 2536351(МПК G06F 17/00, G08B 23/00, G01W 1/00, опубл.20.12.2014) и по А.с. СССР №1615247(МПК D01G 23/00).

Наиболее близкими по технической сущности являются система позиционирования и контроля технического состояния космических аппаратов, системы сигнализации и предупреждения пожарной безопасности и технического состояния сложных объектов. Пока объект работает исправно, система контроля молчит, когда появляется опасность, система предупреждает соответствующие инстанции или руководителей. В технологическом процессе производства, например обтекателей, ситуация та же. Если производство дает качественную продукцию, то не зачем беспокоить руководство, но в случае выхода из допусков качества система должна предупредить.

В качестве прототипа выбран «Программно-аппаратный управленческий комплекс, интегрированный в производство керамических изделий» (патент РФ №2699330 МПК G05B 19/00, G06F 9/00, G06F 13/00, опубл.04.09.2019). Авторы этого комплекса попытались упорядочить потоки информации в производстве керамических обтекателей. Надо подчеркнуть, что это частично удалось, однако объединить в единое целое процесс изготовления обтекателей с результатами наземной отработки не получилось.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемой изобретение, является объединение в единое целое процесса изготовления обтекателей с результатами наземной отработки за счет комплекса способов диагностики и сквозной системы координат.

Технический результат заключается в повышении эффективности контроля качества производства обтекателей ракет.

Технический результат достигается тем, что предложен:

1. Способ контроля качества производства обтекателей ракет, содержащий контроль параметров качества отдельных операций технологического процесса изготовления и наземной отработки, контроль состояния технологического и испытательного оборудования, отличающийся тем, что регистрация параметров качества каждой технологической операции проводится в своей системе координат, начало отсчета которой жестко связано с особенностями данного технологического оборудования, а параметры качества готового обтекателя ракет в процессе наземной отработке (испытаний) регистрируются в системе координат, начало отсчета которой связано с характерными конструктивными особенностями конструкции, далее при обнаружении в конструкции обтекателя аномальных зон в процессе наземных испытаний, отличающихся от технических требований задания, выявляются текущие координаты аномальных зон в системах координат, связанных с особенностями технологического оборудования на каждой операции технологического процесса, причем связь между координатами в системах, связанных с особенностями технологического оборудования и координатами в системе, связанной с особенностями конструкции обтекателей осуществляется через математические операторы связи.

2. Способ контроля качества производства обтекателей ракет, по п.1, отличающийся тем, что математический оператор на технологических операциях, где обтекатель не вращается вокруг собственной оси симметрии, может быть задан формулами:

;

;

Z^н = H ₀ +H,

где – угол между плоскостью Z^HO^HX^H и плоскостью, проходящей через ось Z^HO^H и ось ZO;

R ₀ – расстояние между осями Z^HO^H и ZO;

r _(z) – радиус сечения с координатой Z;

H ₀ – расстояние от плоскости торца изделия до плоскости Y^HO^HX^H ;

Н – расстояние от сечения с радиусом r _(z) до плоскости торца изделия.

Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что регистрация параметров качества каждой технологической операции проводится в своей системе координат, начало отсчета, в которой жестко связано с особенностями данного технологического оборудования, а параметры качества готового обтекателя в процессе наземной отработке (испытаний) регистрируются в системе координат, начало отсчета, которой связано с характерными конструктивными особенностями конструкции, например с реперной точкой на носке обтекателя, причем реперная точка на обтекателе жестко привязывается к нулевой точки отсчета в каждой системе координат i-й технологической операции, далее при обнаружении в конструкции дефектных зон в процессе наземных испытаний, отличающиеся от технических требований задания, выявляются текущие координаты дефектных зон в системах координат, связанных с особенностями технологического оборудования на каждой операции технологического процесса, причем связь между координатами в системах, связанных с особенностями технологического оборудования и координатами в системе, связанной с особенностями конструкции обтекателей типа тел вращения, осуществляется через математические операторы связи.

Для контроля производства обтекателей ракет типа тел вращения, математический оператор на технологических операциях, где обтекатель не вращается вокруг собственной оси симметрии, может быть задан формулами:

;

;

Z^н = H ₀ +H,

где , – угловые координаты системы координат технологического оборудования;

– угол между плоскостью Z^HO^HX^H и плоскостью, проходящей через ось Z^HO^H и ось ZO;

R ₀ – расстояние между осями Z^HO^H и ZO;

r _(z) – радиус сечения с координатой Z;
H₀ – расстояние от плоскости торца изделия до плоскости Y^HO^HX^H ;

Н – расстояние от сечения с радиусом r _(z) до плоскости торца изделия.

Система координат должна содержать:

– единые средства регистрации координат исследуемой зоны на всех этапах создания обтекателя;

– реперные точки составных частей обтекателя (оболочка, шпангоут, кольца и др.);

– реперную точку обтекателя;

– реперные точки технологического и испытательного оборудования.

На фигуре 1 схематично приведена сквозная система координат для отслеживания состояния обтекателя в процессе его производства.

В сквозной системе координаты (x,y,z) любой точки A обтекателя в передвижной системе (привязанной к конструкции) могут быть выражены через координаты (Xi,Yi,Zi), привязанные к технологическому и испытательному оборудованию.

Такая система позволяет привязать модель технологического процесса изготовления обтекателя к особенностям технологического оборудования.

При известном уравнении контура обтекателя координаты любой точки А поверхности обтекателя могут быть заданы через координату Z и угол α (между плоскостью ZOX и плоскостью, проходящей через точку А и осью Z подвижной системы координат, привязанной к изделию). При тех же условиях координаты точки А в системе координат, привязанной к технологическому и испытательному оборудованию могут быть заданы через координату Z и двумя углами α^н и β^н (см фигуру 3). α^н – угол между плоскостью Z^HO^HX^H и плоскостью, проходящей через ось Z^HO^H и точку А. β^н – угол между плоскостью Y^HO^HX^H и радиусом-вектором O^HА.

Следует отметить, что системы координат, связанные с технологическим и испытательным оборудованием осуществляются программными средствами.

Предположим, что в точке А(x,y,z) (в подвижной системе координат) обтекателя при наземной отработке выявлен дефект, тогда рассчитывая координаты точки А (поочередно) для каждой операции относительно i-й системы координат во времени можно выявить связи между параметрами технологического процесса и параметрами конструкции обтекателя в системе координат пространство – время.

На основе комплекса способов диагностики и сквозной системы координат, при современном уровне вычислительной техники, можно реализовать автоматизированную поисковую систему анализа причинно-следственных связей в процессе разработки и производства обтекателей.

Основными элементами такой системы являются:

– подсистема автоматического сканирования и ввода координат точек исследуемых зон в компьютер;

– подсистема координатных сеток всех звеньев технологического процесса с учетом особенностей оборудования, например температурного поля в печи обжига Т=f_(X^H_{, Y}^H_{, Z}^H₎;

- подсистема анализа результатов неразрушающего контроля при наземной отработки во взаимосвязи с текущим качеством технологического процесса, включая человеческий фактор.

Очевидно, что для практической реализации сквозной системы координат необходимо:

– комплексное исследование всего технологического и испытательного оборудования (поиск особенностей и задание реперных точек на технологическом и испытательном оборудовании);

– разработать универсальный (для всех звеньев технологического процесса) координатный стол с электрическим генератором координат, который запускается при выявлении аномальной зоне на обтекателе.

На фигуре 2 приведена подвижная система координат, привязанная к обтекателю.

На фигуре 3 приведена система координат, привязанная к i-му технологическому оборудованию.

Из фигур 2 и 3 видно, что операторы перехода из системы координат, привязанной к реперной точке обтекателя в i-ой системе координат технологической операции (в отсутствие вращения), можно задать формулами:

;

;

Z^н = H ₀ +H.

где , – угловые координаты системы координат технологического оборудования;

– угол между плоскостью Z^HO^HX^H и плоскостью, проходящей через ось Z^HO^H и ось ZO;

R ₀ – расстояние между осями Z^HO^H и ZO;

r _(z) – радиус сечения с координатой Z;

H ₀ – расстояние от плоскости торца изделия до плоскости Y^HO^HX^H ;

Н – расстояние от сечения с радиусом r _(z) до плоскости торца изделия.

Использование: для контроля качества производства обтекателей ракет. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют контроль параметров качества отдельных операций технологического процесса изготовления и наземной отработки, контроль состояния технологического и испытательного оборудования, регистрация параметров качества каждой технологической операции проводится в своей системе координат, начало отсчета которой жестко связано с особенностями данного технологического оборудования, а параметры качества готового обтекателя ракет в процессе наземной отработки (испытаний) регистрируются в системе координат, начало отсчета которой связано с характерными конструктивными особенностями конструкции, далее при обнаружении в конструкции обтекателя аномальных зон в процессе наземных испытаний, отличающихся от технических требований задания, выявляются текущие координаты аномальных зон в системах координат, связанных с особенностями технологического оборудования на каждой операции технологического процесса, причем связь между координатами в системах, связанных с особенностями технологического оборудования и координатами в системе, связанной с особенностями конструкции обтекателей, осуществляется через математические операторы связи. Технический результат: повышение достоверности контроля качества производства обтекателей ракет. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля качества производства обтекателей ракет, содержащий контроль параметров качества отдельных операций технологического процесса изготовления и наземной отработки, контроль состояния технологического и испытательного оборудования, отличающийся тем, что регистрация параметров качества каждой технологической операции проводится в своей системе координат, начало отсчета которой жестко связано с особенностями данного технологического оборудования, а параметры качества готового обтекателя ракет в процессе наземной отработке (испытаний) регистрируются в системе координат, начало отсчета которой связано с характерными конструктивными особенностями конструкции, далее при обнаружении в конструкции обтекателя аномальных зон в процессе наземных испытаний, отличающихся от технических требований задания, выявляются текущие координаты аномальных зон в системах координат, связанных с особенностями технологического оборудования на каждой операции технологического процесса, причем связь между координатами в системах, связанных с особенностями технологического оборудования и координатами в системе, связанной с особенностями конструкции обтекателей, осуществляется через математические операторы связи.

2. Способ контроля качества производства обтекателей ракет по п.1, отличающийся тем, что математический оператор на технологических операциях, где обтекатель не вращается вокруг собственной оси симметрии, может быть задан формулами:

;

;

Z^н = H ₀ +H,

где – угол между плоскостью Z^HO^HX^H и плоскостью, проходящей через ось Z^HO^H и ось ZO;

R ₀ – расстояние между осями Z^HO^H и ZO;

r _(z) – радиус сечения с координатой Z;

H ₀ – расстояние от плоскости торца изделия до плоскости Y^HO^HX^H;

Н – расстояние от сечения с радиусом r _(z) до плоскости торца изделия.