ВВЕДЕНИЕ
Анализ современных тенденций развития машиностроительного комплекса показал, что для решения задач по повышению производительности труда, снижению себестоимости производства, повышению качества продукции необходима комплексная автоматизация всех стадий производственного процесса. В условиях быстрой смены номенклатуры выпускаемой продукции наиболее эффективным средством автоматизации становится оборудование с числовым программным управлением (станки, промышленные роботы, координатные измерительные машины и т.д.), особенно при использовании в составе гибких производственных систем (ГПС).
Произошедший в последние годы рост выпускаемой продукции предприятиями машиностроительного комплекса России требует не только обновления парка технологического оборудования, но и закупки новых приборов и систем технического контроля.
Очевидно, что на машиностроительных предприятиях необходимо внедрять новые методы и средства контроля, в том числе наиболее эффективные на сегодняшний день координатные измерительные приборы (КИП), машины (КИМ) и системы (КИС) различных компоновок и типоразмеров. Положенный в основу их работы координатный метод измерения является наиболее универсальным и может эффективно применяться для автоматизированного контроля широкой номенклатуры деталей (в том числе со сложнопрофильными поверхностями: зубчатые колеса, червячные фрезы, турбинные лопатки, резьбовые калибры).
Внедрение методики координатных измерений в России сдерживается из-за ряда факторов:
1. Высокая стоимость новой координатно-измерительной техники (100…500 тыс. евро, уникальные КИМ могут стоить более 1 млн. евро) и программного обеспечения (примерно 15…25 тыс. евро за базовое ПО и по 5…10 тыс. евро дополнительно за каждый специализированный программный модуль, например, для контроля параметров зубчатых колес, резьбовых поверхностей, турбинных лопаток и т.д.);
2. Большая часть КИМ и ПО поставляются на наш рынок зарубежными производителями (DEA, Zeiss, Leitz и т.д.), что увеличивает время поставки оборудования и запчастей, ставит предприятия России (в том числе оборонные) в зависимость от политической конъюнктуры и законодательных ограничений других государств. Единственный российский производитель универсальных КИМ – фирма «ЛАПИК» (г. Саратов). В рамках выполнения госконтракта опытные экземпляры КИМ были спроектированы и изготовлены АО «НИИизмерения» (г. Москва). Проектирование и производство специализированных КИМ и КИС осуществляется в ЗАО «Челябинский научно-исследовательский и конструкторский институт средств контроля и измерений в машиностроении» (ЗАО «ЧелябНИИконтроль»), однако большинство важных узлов и модулей необходимых для сборки (измерительные головки, преобразователи линейных и угловых перемещений, привода, контроллеры, высокоточные подшипники и другие комплектующие) в России не производятся;
3. Слабо реализованы принципы сквозного проектирования (CALS-технологии, новая концепция «Индустрия 4.0» («Цифровая экономика и производство»)). Нет полноценного единого информационного пространства для российского программного обеспечения, не обеспечивается обмен данными о размерно-точностных параметрах деталей и результатах измерения;
4. Практически отсутствует нормативное и методическое обеспечение координатной метрологии: стандарты, руководящие материалы, методики выполнения координатных измерений типовых деталей;
5. Отсутствие на большинстве машиностроительных предприятиях подготовленных кадров: инженеров-метрологов, контролёров, операторов-наладчиков КИМ. Нет целевых образовательных программ по подготовке и переподготовке специалистов в области автоматизации технического контроля и координатной метрологии.
Даже краткое перечисление факторов, сдерживающих внедрение методики координатных измерений в производство, наглядно демонстрирует, что обеспечение промышленных предприятий координатно-измерительной техникой – задача сложная, дорогостоящая и длительная.
С 1986 года автор (Игорь Васильевич Сурков) ведет преподавательскую работу и в настоящее время обучает студентов бакалавриата и магистратуры Южно-Уральского государственного университета по направлениям «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и «Управление качеством».
Начиная с 2003 года автор возглавляет ЗАО «ЧелябНИИконтроль». За это время выполнен большой объем научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области координатной метрологии, спроектированы, запущены в производство и внедрены в лабораториях и цехах многих машиностроительных предприятий новые модели специализированных КИП, КИМ и КИС модульной конструкции, предназначенных для высокоточных измерений деталей и инструментов со сложнопрофильными поверхностями.
Проводится разработка методического и программного обеспечения для координатных измерений. Новые и модернизированные приборы и измерительные системы оснащаются специализированным метрологическим ПО собственной разработки, которое включает в себя не только модули для получения, обработки и анализа измерительной информации, но и удобные графические интерфейсы пользователя, настраиваемые на конкретную операцию измерения, а также средства для формирования подробных отчетов, для статистической обработки результатов измерения. Разработанное под руководством автора программистами института ПО для КИМ и КИС «ТЕХНОкоорд» (Технология Координатных Измерений) обеспечивает работу с трехмерными моделями измеряемых деталей в соответствии со стандартами CALS-технологий.
В рамках плана НИОКР на стадиях проектирования, изготовления и испытаний новых измерительных приборов и систем проводятся масштабные теоретические и экспериментальные исследовательские работы. Результаты научных исследований используются не только при проектировании и производстве новых измерительных приборов и систем, создании ПО для координатных измерений, но и для разработки нормативной документации: методик измерений, поверки и калибровки, технических условий, стандартов.
Приобретенный опыт позволил автору приступить к самостоятельной разработке проектов стандартов в области измерений геометрических параметров резьбовых соединений. Для унификации стандартных средств и методов контроля геометрических параметров резьбовых и гладких конических калибров нефтегазового сортамента, а также внедрения в практику работы метрологических подразделений координатных методов измерения, под руководством Суркова И.В. специалистами ЗАО «ЧелябНИИконтроль» в период с 2016 по 2021 гг. были разработаны проекты рабочей, первой, второй и окончательной редакции межгосударственного стандарта «Калибры для соединений с конической резьбой обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и трубопроводных труб. Методы измерений геометрических параметров» (ГОСТ 34854-2022 - утвержден, вводится в действие на территории Российской Федерации с 1 сентября 2022 г, приказ Ростехрегулирования № 697-ст от 26.07.2022 г). В стандарт были включены разработанные автором материалы по теоретическим основам координатной метрологии.
Большой преподавательский опыт автора, приобретенные компетенции в области координатной метрологии, наличие целой библиотеки разработанных практических методик координатных измерений вызвали желание создать общедоступный научно-образовательный портал "Координатная метрология".
Основная цель - подготовка квалифицированных специалистов в области автоматизации технического контроля и координатной метрологии.
Материалы портала прежде всего предназначены для студентов-бакалавров и магистрантов, обучающихся по направлениям «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и «Управление качеством». Они знакомят студентов с теоретическими основами координатной метрологии. Описаны типовые компоновки, показаны конструктивные особенности и функциональные возможности КИМ и КИС. Обучаемый получает представление о методах настройки координатно-измерительного оборудования, о преимуществах различных способов координатных измерений, метрологическом и программном обеспечении измерения деталей различных типов. В многочисленных приложениях приведены технические характеристики координатно-измерительной техники, выпускаемой отечественными и зарубежными фирмами, описаны ее функциональные возможности.
Теоретические материалы портала, приведенные справочные данные и описания практических методик координатных измерений будут полезны научно-техническим работникам, аспирантам, работникам метрологических и технологических служб машиностроительных и приборостроительных заводов.
Автор благодарит сотрудников ЗАО «ЧелябНИИконтроль» за консультации и помощь в компьютерной подготовке материалов этого портала.