Замыкатель для системы бережливого производства и способ его применения
Владельцы патента RU 2692695:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" (RU)
Изобретение относится к устройству ручного управления силовыми цепями, снабженному быстро вынимающимися участками электрической цепи, роль которых выполняют коммутационные разрешительные карты, для включения и выключения силовой цепи любого электрифицированного технологического оборудования. Техническим результатом является обеспечение надежности диспетчерского контроля над различными технологическими процессами. Устройство содержит корпус из электроизоляционного материала, на двух внешних противоположных сторонах которого параллельно друг другу закреплены пластины-электроды, между которыми расположены три ячейки, каждая из которых состоит из двух электроизоляционных держателей с пружинными контактами, выполненных с возможностью установки в нишу между ними коммутационной разрешительной карты. Электроизоляционные держатели и коммутационная разрешительная карта содержат изоляционные и проводящие элементы, расположенные таким образом, что в собранном состоянии они образуют электрическое соединение между пластинами-электродами. Устройство снабжено блоком управления с блоком питания, содержащим силовую и слаботочную части, при этом блок управления выполнен на основе микроконтроллера. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области управления силовыми цепями, которыми обеспечивается электропитание производственного оборудования, и может быть использовано для организации последовательности операций и поддержания технологической дисциплины в цехах, построенных на принципах бережливого производства.
Под «бережливым производством» (от англ. lean production, lean manufacturing) понимается способ управления производственной системой, основанный на устранении всех видов потерь рабочего времени1 (1 Бережливое производство. // Wikipedia. Свободная энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Бережливое производство).
В отечественной технической литературе для описания сущности упомянутого способа традиционно применяются термины «научная организация труда», «научная организация серийного производства», «групповая технология», рассмотренные в работах С.П. Митрофанова, А.Д. Гальцова, Н.А. Кольцова и ряда других авторов2 (2 Митрофанов С.П. Научная организация серийного производства. - Л.: Машиностроение, 1970. - 768 с.).
Для осуществления способа производства продукции без временных потерь применяют устройства для автоматизации коммутации оборудования, в частности, для его включения только в случае выполнения всех условий, необходимых для реализации технологического процесса.
Из уровня техники известно устройство для включения исполнительного реле железнодорожной автоматики и телемеханики (SU 1361050 A1, МПК B61L 19/14, опубл. 23.12.1987), содержащее блок формирования команды, подключенный выходами к входам блока совпадения, соединенного выходами с входами одного из блоков формирования длительности и мощности сигналов, выход которого связан с первым входом генератора импульсов. Выход генератора подключен к входу оптоэлектронного ключевого элемента, связанного выходом с входом другого блока формирования длительности и мощности сигналов, выход которого подключен к одной из обмоток исполнительного реле, связанного другой обмоткой с источником питания и через резистор обратной связи - к второму входу генератора.
Недостатком известного технического решения является отсутствие в его конструкции ручного эргономичного прерывателя со съемным элементом, который мог бы обеспечить надежную авторизацию включения реле, что снижает надежность устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству и предложенным в качестве прототипа признан прибор для автоматического замыкания исполнительной или сигнальной электрической цепи (SU 48681 A1, МПК Н01Н 43/08, опубл. 31.08.1936). Прибор представляет собой узел управляемого или контролируемого прибора, включенный последовательно с ним и замыкаемый карточками.
Недостатком прототипа является его недостаточная надежность, а также отсутствие в конструкции прибора элементов и узлов для автоматизации контроля. Кроме того, устройство имеет ряд ограничений по возможности обеспечения точного выполнения последовательности операций и поддержания технологической дисциплины в цехах.
Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение надежности диспетчерского контроля над различными технологическими процессами.
Указанная задача решена тем, что устройство для коммутации промышленного оборудования содержит корпус из электроизоляционного материала, на двух внешних противоположных сторонах которого параллельно друг другу закреплены пластины-электроды, между которыми расположены три ячейки, каждая из которых состоит из двух электроизоляционных держателей с пружинными контактами, выполненных с возможностью установки в нишу между ними коммутационной разрешительной карты. Отличает устройство от аналогов то, что электроизоляционные держатели и коммутационная разрешительная карта содержат изоляционные и проводящие элементы, расположенные таким образом, что в собранном состоянии они образуют электрическое соединение между пластинами-электродами. Дополнительно устройство снабжено блоком управления с блоком питания, содержащим силовую и слаботочную части, при этом блок управления выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессор, с подключенными к нему FLASH-памятью программ и SRAM-памятью данных, соединенному общей шиной с шестью универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода, при этом два из них выполнены с возможностью работы в режиме восьмиканальных десятиразрядных аналого-цифровых преобразователей. Измерительные входы блока управления, подключенные через операционные усилители к входам упомянутых аналого-цифровых преобразователей, соединены с пластинами-электродами устройства, а четыре остальных порта через силовые выходы подключены к промышленному оборудованию.
Комбинация изоляционных и проводящих элементов для каждой ячейки устройства индивидуальна; ширина коммутационных разрешительных карт меньше их длины, проводящие части несимметрично смещены вдоль длины к одному из концов, а с одного из углов коммутационной разрешительной карты имеется язычок для хвата. Блок управления может быть выполнен на основе любого известного микроконтроллера, например Atmel AVR ATMega128L, а силовые выходы реализованы на основе транзисторных ключей.
Кроме раскрытых выше конструктивных признаков устройство содержит ряд дополнительных особенностей:
- контакты силовой цепи могут быть подключены к электродам через коробку со стандартной электрической схемой, в которой пластины-электроды входят в слаботочную часть этой схемы и являются частью ключа для включения силовой цепи;
- устройство содержит, по крайней мере, два силовых зажима для электрического присоединения силовой питающей цепи;
- устройство имеет защиту от несанкционированного соединения в виде дополнительного соединения контактов через стандартную электрическую схему, являющуюся ключом к силовой электрической цепи;
- ячейки устройства могут быть выполнены рельефными;
- снаружи устройство закрыто съемным прозрачным кожухом.
- каждая ячейка и соответствующая ей коммутационная разрешительная карта имеют индивидуальный цвет и геометрические размеры электроизоляционных держателей с пружинными контактами.
Положительный технический результат, обеспечиваемый раскрытой выше совокупностью признаков устройства, состоит в обеспечении надежного диспетчерского контроля над различными технологическими процессами в машиностроительном производстве, а также в возможности использования устройства в составе автоматизированной системы управления производством.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция устройства в изометрической проекции; на фиг. 2 приведена конструкции ячейки на виде сбоку; на фиг. 3 приведена ячейка в разрезе с установленной в ней коммутационной разрешительной картой.
Устройство имеет следующую конструкцию.
Его основу составляет корпус 1 из электроизоляционного материала, на двух внешних противоположных сторонах которого параллельно друг другу закреплены пластины-электроды 2, между которыми расположены три ячейки 3, каждая из которых состоит из двух электроизоляционных держателей 4 с пружинными контактами 5, в нишу между которыми вложена коммутационная разрешительная карта 6. Электроизоляционные держатели 4 и коммутационная разрешительная карта 6 содержат изоляционные 7 и проводящие элементы 8, расположенные таким образом, что в собранном состоянии они образуют электрическое соединение между пластинами-электродами 2. Для надежной фиксации в нише ячейки с одного из углов коммутационных разрешительной карты имеется язычок для хвата 9.
Следует отметить, что благодаря индивидуальному выполнению изоляционных и проводящих элементов, составляющих ячейку пластин-электродов и соответствующей им коммутационной разрешительной карты, каждая из ячеек представляет собой электромеханический ключ, при этом карта одной ячейки не будет коммутировать контакты другой.
Рассмотрим способ применения устройства на примере участка токарной обработки и участка последующей сборки элемента зубчатой передачи.
На операцию токарной обработки поступает деталь типа вал.
Специалист ОТК проверяет качество заготовки, допускает ее для токарной обработки и подтверждает факт проверки, вкладывая коммутационную разрешительную карту номер один в соответствующую нишу первой ячейки, замыкая, таким образом, первую часть электрической цепи. Специалист планового отдела проверяет, наступило ли время, в соответствии с календарным планом ERP-системы для начала данного процесса, и подтверждает факт проверки, вкладывая коммутационную разрешительную карту номер два в соответствующую нишу второй ячейки, замыкая, таким образом, вторую часть электрической цепи. Диспетчер проверяет наличие свободного пресса для запрессовки вала в зубчатое колесо и наличие готовых к запрессовке зубчатых колес и подтверждает этот факт, вкладывая коммутационную разрешительную карту номер три в соответствующую нишу третьей ячейки, замыкая, таким образом, соответствующую третью часть электрической цепи. В результате силовая цепь полностью замыкается, блок управления фиксирует момент замыкания путем измерения тока в цепи с помощью измерительных входов и подает разрешающий сигнал на включение токарного станка 16К20, использующегося в технологическом процессе.
То, что коммутационные разрешительные карты имеют несимметричное расположение проводников-дорожек и длину карт не равную ширине, обеспечивает единообразие установки карт в нишах, а наличие выставляющихся язычков для хвата позволяет удобно вставлять и вынимать карты, а также контролировать их наличие в устройстве. Наличие большего количества коммутационных разрешительных карт и соответствующих ниш в устройстве позволяет обеспечить реализацию схемы логического «И» при осуществлении контроля нескольких предварительных условий, необходимых для разрешения выполнения операции. За каждое предварительное условие в этом случае сможет отвечать отдельное ответственное должностное лицо, подтверждая принятое им решение при этом своей собственной коммутационной разрешительной картой.
Таким образом, предложенное в настоящей заявке устройство для системы бережливого производства является удобным средством для осуществления контроля над соблюдением основных параметров технологической дисциплины, что исключает образование очередей из незапланированных запасов незавершенного производства.
1. Устройство для коммутации промышленного оборудования, содержащее корпус из электроизоляционного материала, на двух внешних противоположных сторонах которого параллельно друг другу закреплены пластины-электроды, между которыми расположены три ячейки, каждая из которых состоит из двух электроизоляционных держателей с пружинными контактами, выполненных с возможностью установки в нишу между ними коммутационной разрешительной карты, отличающееся тем, что электроизоляционные держатели и коммутационная разрешительная карта содержат изоляционные и проводящие элементы, расположенные таким образом, что в собранном состоянии они образуют электрическое соединение между пластинами-электродами; устройство снабжено блоком управления с блоком питания, содержащим силовую и слаботочную части, при этом блок управления выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессор, с подключенными к нему FLASH-памятью программ и SRAM-памятью данных, соединенному общей шиной с шестью универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода, при этом два из них выполнены с возможностью работы в режиме восьмиканальных десятиразрядных аналого-цифровых преобразователей; измерительные входы блока управления, подключенные через операционные усилители к входам упомянутых аналого-цифровых преобразователей, соединены с пластинами-электродами устройства, а четыре остальных порта через силовые выходы подключены к промышленному оборудованию.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина коммутационных разрешительных карт меньше их длины, проводящие части несимметрично смещены вдоль длины к одному из концов, а с одного из углов коммутационной разрешительной карты имеется язычок для хвата.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контакты силовой цепи подключены к электродам через коробку со стандартной электрической схемой, в которой пластины-электроды входят в слаботочную часть этой схемы и являются частью ключа для включения силовой цепи.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что имеет, по крайней мере, два силовых зажима для электрического присоединения силовой питающей цепи.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что имеет защиту от несанкционированного соединения в виде дополнительного соединения контактов через стандартную электрическую схему, являющуюся ключом к силовой электрической цепи.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ячейки выполнены рельефными.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая ячейка и соответствующая ей коммутационная разрешительная карта имеют индивидуальный цвет и геометрические размеры электроизоляционных держателей с пружинными контактами.
