Transcript ZB02 - AeroNet

INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Zadanie Badawcze 2
Modelowanie, konstruowanie i kontrolowanie
procesu HSM z uwzględnieniem
skonfigurowanego układu maszyna-przyrząddetal
Lider merytoryczny – prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak
Partnerzy:
•
Politechnika Warszawska
•
Politechnika Rzeszowska
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Cele prac badawczych:
2.1 Modelowanie procesów HSM
Opracowanie modeli matematycznych i optymalizacja wydajnościowej tego
procesu.
Okres realizacji: 01.2010-12.2010
2.2 Nadzorowanie stanu obrabiarek do HSM
Opracowanie metod nadzorowanie stanu obrabiarek do HSM.
Okres realizacji: 07.2011-06.2013
2.3 Układy diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania dla
przemysłu lotniczego
Opracowanie metodyki budowy układów diagnostycznych dla konkretnych
stanowisk produkcyjnych oraz konstrukcji i metodyki pracy sondy narzędziowej,
umożliwiającej pomiary zużycia ostrza
Okres realizacji: 07.2008-12.2013
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2.3 Układy diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania dla
przemysłu lotniczego
2.3.1 Uaktualnienie światowego stanu wiedzy w zakresie diagnostyki stanu narzędzia i procesu skrawania
2.3.2 Identyfikacja stanowisk produkcyjnych do diagnozowanie stanu narzędzia i procesu obróbki
2.3.3 Dobór metody diagnostycznej i odpowiednich czujników, mierzących wybrane wielkości fizyczne oraz
opracowanie, instalacja i testowanie torów pomiarowych działających w warunkach produkcyjnych,
możliwie bezobsługowo
2.3.4 Badania doświadczalne zależności wybranych sygnałów diagnostycznych od stanu procesu skrawania
2.3.5 Analiza przydatności zbieranych sygnałów diagnostycznych na każdym z analizowanych stanowisk i
redukcja torów pomiarowych do niezbędnego minimum
2.3.6 Optymalizacja procedur pomocniczych układu nadzoru stanu narzędzia
2.3.7 Budowa sondy narzędziowej z funkcja pomiaru zużycia ostrza
2.3.8 Zastosowanie metod wizyjnych do diagnostyki stanu narzędzia
2.3.9 Opracowanie metod automatycznej selekcji miar sygnałów diagnostycznych oraz integracji ich wskazań
2.3.10 Opracowanie strategii diagnostyki zużycia ostrza dla produkcji jednostkowej przy założeniu
niezmienności materiału obrabianego
2.3.11 Opracowanie metod komunikacji układów diagnostycznych z układami sterowania
2.3.12 Opracowanie i testowanie wirtualnych układów ADONiS
2.3.13 Zbudowanie i testowanie hardware’owych układów ADONiS
Wykonane
I i II kwartał 2010
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2.3.4 Badania doświadczalne zależności wybranych sygnałów diagnostycznych
od stanu procesu skrawania w warunkach przemysłowych –
przeprowadzone w WSK Rzeszów
Tokarka TZC-32N1
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2.3.4 Badania doświadczalne zależności wybranych sygnałów diagnostycznych
od stanu procesu skrawania w warunkach przemysłowych –
przeprowadzone w WSK Rzeszów
Tokarka TZC-32N1
Inconel 625
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
2.3.4 Badania doświadczalne zależności wybranych sygnałów diagnostycznych
od stanu procesu skrawania w warunkach przemysłowych –
przeprowadzone w WSK Rzeszów
Tokarka TUR MN
Przebiegi sygnałów wartości skutecznej emisji
Inconel 781akustycznej
AE
oraz drgań (składowe Vx, Vy, Vz) i
RMS
zdjęcia zużycia narzędzia z trzecich grup zabiegów z
pierwszej i operacji
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2.3.4 Badania doświadczalne zależności wybranych sygnałów diagnostycznych
od stanu procesu skrawania w warunkach przemysłowych –
przeprowadzone w PZL Mielec
Tokarka ERI-250
stop tytanu WT-22
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2.3.4 Badania doświadczalne zależności wybranych sygnałów diagnostycznych
od stanu procesu skrawania w warunkach przemysłowych –
przeprowadzone w PZL Mielec
Tokarka ERI-250
stop tytanu WT-22
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2.3.4 Badania doświadczalne zależności wybranych sygnałów diagnostycznych
od stanu procesu skrawania w warunkach przemysłowych –
przeprowadzone w PZL Mielec
Tokarka ERI-250
stop tytanu WT-22
Przebiegi sygnałów AEraw, AErms oraz trzech składowych drgań Vx, Vy i Vz
dla pierwszej, trzeciej i piątej (ostatniej) operacji pierwszego okresu
trwałości ostrza
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
Wnioski z wizyt studyjnych w
przedsiębiorstwach Doliny Lotniczej
• Przeprowadzono badania w „WSK Rzeszów” i „PZL Mielec” na czterech
stanowiskach tokarskich podczas pracy 27 ostrzy dla pięciu różnych
narzędzi.
• Zrezygnowano ze stanowisk frezarskich. Instalacja przewodowych
czujników na tego frezarkach pięcioosiowych grozi uszkodzeniem
sprzętu pomiarowego w czasie badań
• Duże zapotrzebowanie na diagnostykę stanu ostrza - materiałów
trudnoskrawalne - krótkie i niepowtarzalne okresy trwałości ostrza, ocena
ich końca arbitralna, zależna od doświadczenia operatora
• Okresy trwałości ostrza czasami krótsze od czasu obróbki jednego
przedmiotu – konieczne jest poszukiwanie nowych miar niezależnych od
parametrów skrawania i położenia miejsca obróbki na detalu
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
2.3.5. Analiza przydatności sygnałów i ich miar do diagnostyki stanu narzędzia
1. Przeanalizowano
przydatność typu falki i
transformaty oraz miar
współczynników
falkowych do diagnostyki
stanu narzędzia, na
przykładzie surowego
sygnału AE.
• Spośród 22 testowanych typów
falek najlepsze wyniki osiągnięto
dla coif4, a niewiele gorsze
dladb6, sym5, coif3, coif4, bior3.7
i bior3.9, stąd te falki można
zarekomendować do diagnostyki
stanu narzędzia opartej na
surowym sygnale AE.
• WPT okazała się znacznie
korzystniejsza od DWT
2. Przeprowadzono analizę przydatności
miar sygnału AE i sił skrawania oparta
na transformacie falkowej, do
diagnostyki stanu narzędzia na
przykładzie zgrubnego toczenia
Inconel 625 w operacji przemysłowej
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
2.3.5. Analiza przydatności sygnałów i ich miar do diagnostyki stanu narzędzia
3. Opracowano metody automatycznej selekcji miar sygnałów diagnostycznych polegające na:
•
modelowaniu zależności stanu narzędzia od wykorzystanej części okresu trwałości ostrza przez
znormalizowany w dziedzinie czasu i filtrowany dolnoprzepustowo przebieg
•
ocenę jakości tego modelu przy pomocy współczynnika determinacji
•
ocenę powtarzalności miar
•
eliminację miar skorelowanych między sobą
4. Opracowano metodę oceny stanu narzędzia w oparciu o poszczególne miary oraz integracji tych ocen.
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
2.3.5. Analiza przydatności sygnałów i ich miar do diagnostyki stanu narzędzia
Główne wnioski:
1. Z dostępnych sygnałów należy wyznaczać bardzo dużą liczbę miar,
ponieważ znikoma ich część jest przydatna do monitorowania stanu
narzędzia.
2. Niemożliwe jest zarówno prowadzenie monitorowania w oparciu o jedną
miarę sygnału, jak i przewidzenie które miary mogą być przydatne.
3. Konieczne jest automatyczne prowadzenie selekcji miar.
4. Zwiększanie liczby zakwalifikowanych miar poprzez obniżanie kryteriów
selekcji powoduje pogorszenie oszacowania stanu narzędzia przez układ.
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
2.3.7 Budowa sondy narzędziowej z funkcją pomiaru zużycia ostrza
•
Opracowanie koncepcyjne wariantów konstrukcyjnych sondy. Wybór wariantu. Projekt i niezbędne
obliczenia czujnika sondy.
•
Opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej.
•
Projekt i zestawienie stanowiska laboratoryjnego. Skalowanie i walidacja czujnika
sondy.
Przeniesione na III kwartał ze względu na brak finansowania
•
Wykonanie modelu egzemplarza badawczego sondy.
•
Opracowanie projektu, dobór elementów, oprogramowanie i wykonanie toru pomiarowego do badań
sondy.
•
Badania laboratoryjne sondy.
•
Instalacja na obrabiarce. Badania porównawcze z typową sondą narzędziową.
•
Opracowanie komunikacji z wytypowanym układem sterowania. Oprogramowanie. Badania
półprzemysłowe.
•
Opracowanie metodyki instalacji sondy na obrabiarce przemysłowej. Opracowanie dokumentacji
serwisowej. Instalacja sondy na obrabiarce w zakładzie produkcyjnym.
•
Badania przemysłowe w warunkach produkcji.
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Rzeczywiste wskaźniki realizacji celów projektu w ramach ZB-2
Publikacje przyjęte do druku:
Journal of Engineering Manufacture:
K. Jemielniak, J. Kossakowska, T. Urbański: „Application of wavelet transform of AE and cutting
force signals in tool condition monitoring of Inconel 625”
CIRP keynote paper (Pisa, Italy, Tuesday, Aug. 24, 2010, 14:00-14:30
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Rzeczywiste wskaźniki realizacji celów projektu w ramach ZB-2
Wygłoszone referaty:
5th International Conference on Advances in Production
Engineering, APE’2010, 17–19.06.2010 r:
J. Chrzanowski, R. Wypisiński, „Independent Tool Probe with LVDT for Measuring
Dimensional Wear of Turning Edge”
K. Jemielniak, J. Kossakowska: „Tool Wear Monitoring Based on Wavelet
Transform of Raw Acoustic Emission Signal”
P. Oborski , „Shop Floor Control Based on Multiagent Idea”
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Rzeczywiste wskaźniki realizacji celów projektu w ramach ZB-2
Planowane referaty:
4th CIRP International Conference on High Performance
Cutting, 24 –26 Oct., 2010, Gifu, Japan
•
K. Jemielniak, J. Kossakowska, S. Bombiński, T. Urbański: „Multifeature fusion based tool condition monitoring of Inconel 625”
IV Konferencja Naukowa SZKOŁA OBRÓBKI SKRAWANIEM, ŁÓDŹ 6-8
września 2010 r
•
K. Jemielniak, J. Kossakowska, T. Urbański, Zastosowanie transformaty
falkowej sygnałów sił skrawania i emisji akustycznej do monitorowania
stanu narzędzia skrawającego podczas toczenia zgrubnego Inconelu 625
•
K. Jemielniak, J. Kossakowska, M. Nejman, Optymalizacja toczenia
zgrubnego Inconelu 625
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Rzeczywiste wskaźniki realizacji celów projektu w ramach ZB-2
Realizowane prace doktorskie
Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak
Doktorant: mgr inż. Tomasz Urbański
Tematyka: Automatyczna diagnostyka stanu narzędzia w warunkach przemysłowych
Promotor: prof. dr hab. inż. Maciej Szafarczyk
Doktorant: mgr inż. Radosław Gościniak
Temat: Metoda określania współrzędnych i zużycia ostrza i zużycia ostrza noża na
tokarkach NC
Planowane prace habilitacyjne (robocze tytuły, zakresy tematyczne):
dr inż. Joanna Kossakowska:
„Zaawansowane metody przetwarzania sygnałów w diagnostyce procesu skrawania”
dr inż. Sebastian Bombiński:
"Metody sztucznej inteligencji w diagnostyce procesu skrawania"
dr inż. Jarosław Chrzanowski
„Badanie dokładności dynamicznej obrabiarek sterowanych numerycznie”
dr inż. Piotr Szulewski:
"Informatyczne systemy komunikacyjne w środowiskach przemysłowych"
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
Zespół realizujący dotychczasowe podzadania
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak,
dr inż. Sebastian Bombiński,
dr inż. Jarosław Chrzanowski,
dr inż. Joanna Kossakowska,
dr inż. Mirosław Nejman
dr inż. Przemysław Oborski
dr inż. Piotr Szulewski
dr inż. Dominika Śniegulska-Grądzka
mgr inż. Radosław Gościniak
mgr inż. Tomasz Urbański – doktorant
mgr inż. Rafał Wypysiński – doktorant
Jakub Żaczek - student
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
Zadanie Badawcze 2
Modelowanie, konstruowanie i kontrolowanie procesu
HSM z uwzględnieniem skonfigurowanego układu
maszyna-przyrząd-detal
Dziękuję za uwagę
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem