НЕЧЕТКАЯ ЛОГИКА В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ОРБИТАЛЬНЫМИ СВАРОЧНЫМИ АВТОМАТАМИ

Современные системы управления (СУ) орбитальными сварочными автоматам, как и вся индустрия электронной и вычислительной техники, динамично развиваются, что позволило существенно расширить их функциональные возможности. Их применение обеспечивает снижение количества дефектов в сварных соединениях, выполняемых автоматическим способом, вкупе с повышением производительности труда и сокращением трудозатрат [1; 3; 4]. Однако, традиционные СУ имеют ряд существенных ограничений, приводящих к повышению зависимости качества выполняемых работ от квалификации сварщика-оператора, что, учитывая дополнительные возмущающие факторы в виде отличия геометрических и иных параметров реальных изделий в монтажных условиях от заводской обработки, приводит к возникновению дефектов в сварном шве при несвоевременном выполнении корректирующих действий.

По мнению авторов, одним из наиболее перспективных направлений для обеспечения контроля и регулирования показателей качества сварного шва является применение распределенных интеллектуальных адаптивных СУ орбитальными сварочными автоматами на основе аппарата нечеткой логики, реализуемого в нечетких микроконтроллерах [1]. Подобные системы позволяют выполнить точное моделирование рассматриваемого процесса, реализовать модели управления посредством программно-аппаратной инфраструктуры, а также обеспечить требуемый уровень качества выполняемых сварных соединений и применить комплексный подход к решению широко спектра технических задач.

При внедрении адаптивной составляющей в программное обеспечение СУ основными информационными источниками, позволяющими реализовать этот вид управления являются:

-        система технического зрения;

 -        сварочная дуга – как комплексный источник информации об иных параметрах процесса.

 Каждый из описанных источников выполняет свою функциональную нагрузку, которая может быть эффективно использована для СУ с адаптивным управлением на основе аппарата нечеткой логики, обеспечивающих контроль и регулирование качественных показателей сварного шва.

Следует отметить, что при применении автоматической сварки в условиях производства нередко встречаются ситуации, в которых частично соблюдены те или иные требования к подготовке поверхностей деталей под сварку, организации рабочего места. В такой ситуации внедрение нечеткой логики в СУ сварочными автоматами позволят в дополнение к традиционным способам управления формализовать накопленные экспертные знания и применить их при реализации адаптивного управления для воздействия на качественные показатели сварного соединения.

Адаптивное управление с применением аппарата нечеткой логики для орбитальных сварочных автоматов предполагает введение таких лингвистических переменных, как «угол раскрытия разделки», «притупление кромок», «зазор» и т.д. При этом СУ функционирует по следующей схеме (рис. 1):

 -        фазификатор выполняет преобразования четких величин, измеренных на выходе объекта управления, в нечеткие величины, описываемые лингвистическими переменными в базе знаний;

-        блок решений  СУ использует нечеткие условные правила, содержащиеся в базе знаний, для преобразования нечетких входных данных в требуемые нечеткие управляющие воздействия;

В дополнение следует отметить, что функции,  реализуемые в программно-алгоритмическом обеспечении разрабатываемой интеллектуальной СУ на базе аппарата нечеткой логики, изменяются в широком диапазоне в зависимости от требований, предъявляемых к параметрам качества выполняемого сварного соединения. Основные «шероховатости» технологического процесса сварки, в частности, влияние человеческого фактора на качество конечного продукта, нивелируются за счет повышения уровня автоматизации и снижения инерционности процесса принятия решений по управляющим воздействиям путем частичной или полной (в зависимости от регулируемого параметра) передачи этой области как части блока управления СУ.

При реализации предлагаемой структуры СУ на основе нечеткой логики, блок управления оснащается нечеткими промышленными микроконтроллерами (Motorola, Schneider Electric и др.), которые позволяют реализовать так называемое «fuzzy» или нечеткое управление. В этом случае СУ содержат в себе базу знаний (например, лингвистические переменные, нечеткие правила), которая с учетом обработки информации с датчиков, сенсоров и приводов сварочного автомата, электрической дуги и систем технического зрения при помощи аппарата нечеткой логики и микроконтроллеров позволит существенно расширить возможности СУ в части воздействия на показатели качества сварного шва. При этом одним из основных преимуществ описываемой структуры СУ является реализация комплексного подхода к адаптивному управлению сварочным автоматом. Это обеспечивает формирование модели управления, предусматривающей изменение и адаптацию основных параметров режима сварки согласно заданным законам с учетом аппарата нечеткой логики.

Следует отметить, что программно-алгоритмическое обеспечение СУ сочетает в себе преимущества классической программной оболочки при этом обладает значительным потенциалом за счет расширения опциональной и функциональной структуры программного продукта, а также применения в его составе OPC-серверов (OPC - OLE for Process Control).

Архитектура СУ орбитальным сварочным автоматом, несет в себе широкие возможности, прежде всего за счет использования открытого программного обеспечения и промышленных протоколов обмена данными, что снижает затраты на разработку [4] и обеспечивает конкурентоспособность продукта как на внутреннем, так и на международном рынках. Кроме того, применение OPC-серверов, позволяет создать единый интерфейс для различных объектов автоматизации и тем самым обеспечить значительный потенциал СУ для её дальнейшего развития и промышленного применения.

Список литературы

1.              Гудим А.С. Системы управления следящими приводами на базе нечеткой логики: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.06/ Гудим Александр Сергеевич – Комсомольск-на-Амуре, 2009. – 24 с.

2.              Ковшов Е.Е., Волков А.Э., Чараев Г.Г. Сокращение затрат на разработку и эксплуатацию прикладной информационной системы на основе открытых программных решений // Вестник МГТУ«СТАНКИН». 2013. № 4. с. 136 – 140.

 3.              Малолетков А.В., Шварц М.В. Исследование чувствительности технологии MIG/MAG сварки корневого слоя шва к геометрическим возмущениям сборки стыка // Наука и образование. 2013. № 10. с. 9 – 22.

4.              Пегат А. Нечеткое моделирование и управление. пер. с англ. – 2-е изд. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 798 с.

5.               Fuzzy Logic Toolbox : [сайт]. URL: http://matlab.ru/products/fuzzy-logic-toolbox.