Приймальні вимірювання і контроль готової продукції здійснюються в кінці технологічного циклу, як правило, в окремих приміщеннях, де встановлюються контрольно-сортувальні автомати, координатно-вимірювальної машини, та інформаційно-комплектувальної системи.
При стабільному технологічному процесі ведуться вибіркові вимірювання деталей і статистичної обробки результатів вимірювань. Частота вимірювання і число деталей у вибірці визначаються ступенем стабільності технологічного процесу. При статистичному контролі дуже ефективний метод групування, запропонований І. Г. Фрідлендером тому що він зменшує обсяг обчислювальних операцій.
Вибірковий контроль найбільше прогресивний, тим не менше в багатьох випадках потрібно вимір розмірів кожної обробленої деталі.
У тому випадку, якщо технологічне обладнання не може забезпечити заданий розсіювання розмірів деталей, застосовується багатодіапазонні сортування.
За ступенем автоматизації засоби вимірювання поділяються на ручні і механізовані, напівавтоматичні і автоматичні. У ручних засобах оператор вручну встановлює деталь на вимірювальну позицію, візуально робить відлік і вкладає деталь в одну із заданих клітинок або пристроїв. У механізованих приладах і пристроях вимірювальна інформація, як правило, обробляється автоматично, вступаючи на світлові або інші пристрої, які реєструють, а деталь встановлюється вручну. У автоматичних засобах всі операції транспортування, вимірювання, обробки та реєстрації вимірювальної інформації цілком автоматизовані.
Подача деталей на автоматичний пристрій здійснюється або під дією власної ваги, або примусово за допомогою транспортерів або маніпуляторів. Автоматичні засоби з маніпуляторами широко застосовуються в гнучкому автоматичному виробництві, де їх часто називають вимірювальними роботами або роботами-контролерами.
У напівавтоматичних засобах, як правило, не автоматизована операція завантаження.
У залежності від засобу відображення вимірювальної інформації прилади поділяються на ті, що показують, що друкують і що пишуть.
За засобу передачі вимірювальної інформації засобу вимірювання класифікуються на кошти з централізованою лінією передачі сигналів вимірювальної інформації та засоби з індивідуальними лініями передачі сигналів вимірювальної інформації.
Випадкова похибка вимірювання (засобів вимірювань) - складової похибки вимірювання (засобів вимірювань), що змінюється випадковим чином при повторних вимірах однієї і тієї ж величини. Випадкові складові похибки визначаються числовими характеристиками, які описуються теорією можливостей. При вимірі розмірів найбільше поширені такі параметри оцінки випадкової похибки: розмах, зумовлений як найбільша різниця алгебри значень вихідного сигналу при багаторазових вимірах одного і того ж значення величини, яка вимірюється, і середньоквадратичне відхилення.
Зрушення рівня настроювання - похибка, що дорівнює різниці рівнів настроювання за встановлений час роботи засоби вимірювань. Під рівнем настроювання розуміється значення вихідного сигналу, який відповідає значенню величини, яка вимірюється, по якому відбувалося настроювання.

2.2 Показники якості продукції

2.2.1 Стимулювання підвищення якості

Кількість і якість випуску продукції - два взаємозалежних показника, проте в практиці планування та оцінки діяльності підприємств вони далеко не рівноправні. Якщо відбулося порушення планових завдань за обсягом продукції або її основною номенклатурою, то в дію негайно вступають економічні та адміністративні санкції. Інакше відбувається, якщо колектив підприємства продовжує випускати застарілі моделі. У цьому випадку санкції не застосовуються, за винятком хіба позбавлення премії керівників підприємств.

Діючі в даний час економічні умови стимулюють впровадження більш дешевих виробничих рішень, але далеко не завжди самих економічних з точки зору народногосподарської економії. Економія у виробництві носить часом уявний, зовнішній характер, оскільки вона в багато разів перекривається додатковими експлуатаційними витратами, зайвими витратами металу на змінні деталі і т.д..

Деякі підприємства заради зниження собівартості виробництва приносять у жертву інтереси якості.

Існуюча практика ціноутворення грунтується на відшкодуванні витрат на виробництво, але не відшкодовує витрат на підвищення якості. Правда, у ряді випадків прейскуранти передбачають надбавки до оптової ціни за підвищення якості, але це обумовлено біля вимог, що важко виконати.

Розглянемо економічні наслідки поліпшення якості серійної продукції, розпочатого з ініціативи колективу підприємства. Поліпшення якості, зазвичай пов'язане з додатковими витратами, викликало донині перевищення планової собівартості з усіма текучими моральними та матеріальними наслідками. Адже перевищення планової собівартості неминуче призведе до невиконання плану прибутку, а отже, до зменшення або позбавлення заохочувальних фондів і премій. Перевищення планової собівартості погіршувало і інші техніко-економічні показники (продуктивність роботи і т.д.), а головне, призводило до перевитрати фонду заробітної плати.

Всі витрати, пов'язані з порушенням гарантій, доцільно виділяти в калькуляції собівартості продукції і включати їх в непродуктивні витрати. Невірно включати ці витрати у втрати від шлюбу, як це передбачає нова інструкція з планування, обліку собівартості продукції в машинобудуванні. Виділення втрат за гарантіями сприятиме боротьбі за підвищення якості продукції.

Підприємство, яке випускає продукцію підвищеної якості, має не тільки мати можливість покривати додаткові витрати на виробництво тоді, якщо це доцільно для народного господарства, а й мати підвищену рентабельність. Для цього можна використовувати надбавки до діючих відпускними цінами. Такі надбавки існують по ряду виробі, слід тільки розширити і спростити їх застосування.

2.2.2 Показники якості продукції

Показники якості строго індивідуальні і цілком визначаються споживчих призначенням продукту. Тим не менш можливе створення зведених показників, які показують не абсолютне, але відносна зміна якості.
Для визначення зведених показників якості продукцію машинобудування доцільно підрозділити на дві групи. Перша група це не поновлювані види продукції, якість яких можна оцінити одним головним показником. Звичайно, це не означає, що для виробів даної групи інші показники якості не мають значення. Однак обраний головний показник як би синтезує ряд технічних характеристик і тому може бути прийнятий як єдиний показник якості.
Друга група - це ті види продукції (а їх переважна більшість), якість яких визначається системою показників (продуктивність, собівартість експлуатації, витрата енергії або пального, надійність, довговічність і т.д.).
Застосування зведених показників якості дозволить оцінювати виконання плану і робити підрахунок досягнутої економії для преміювання, з урахуванням не тільки кількості виробленої продукції, але і її якості.
Для цього, поруч з існуючими, пропонується застосовувати такі додаткові показники.
Застосування цих показників дозволить об'єктивно оцінити результати роботи колективу по підвищенню якості продукції. У тих випадках, якщо збільшення витрат на виготовлення продукції приводить до підвищення якості, необхідно, щоб чисельне значення питомої собівартості знижувався. Тільки в цьому випадку буде забезпечене отримання народногосподарської економії.
2.3 Технічний контроль та метрологічне забезпечення виробництва
2.3.1 Місце технічного контролю в системі управління виробництвом
Технічним контролем називається перевірка відповідності продукції або процесу, від якого залежить його якість, встановленим технічним вимогам.
Звідси випливає, що об'єктами технічного контролю у виробництві можуть бути:
По-перше - упредметнені вихідні, проміжні та кінцеві результати виробничих процесів, наприклад сировину, матеріали, що комплектують елементи, заготовки, деталі, складальні одиниці і готові машини, тобто споживана, виготовлена ​​і продукція, яка випускається підприємством,, по-друге - складові. виробничий процес основні, допоміжні і підготовчі технологічні операції.
Технічний контроль має головну мету: виявити різні дефекти і запобігти появі і випуску шлюбу.
Для об'єктів першого виду дефектами будуть відступу від вимог нормативно-технічної документації (стандартів, технічних умов, робочих кресленні, описів та ін), а для об'єктів другого виду - відступу від вимог технологічної документації.
Таким чином, головними завданнями технічного контролю слід вважати своєчасне виявлення дефектів в об'єктах контролю і запобігання випуску підприємством продукції, яка не відповідає встановленим вимогам. У зв'язку з цим необхідно докладно розглянути місце і роль технічного контролю в системі управління якістю продукції у виробництві. При цьому можна скористатися термінами та позначеннями, прийнятими в загальній теорії управління: Р _Iф - поточне значення одного з параметрів, що характеризують фактичний стан об'єкта управління, в даному випадку однієї з виробничих операцій; Р _in - номінальне значення цього параметра, заданий програмою управління ( нормативно-технічної або технологічною документацією); SYMBOL 97 \ f "Symbol" \ s 14a-граничне допустиме відхилення значення параметра Рi від номінального значення.
Різниця:
SYMBOL 68 \ f "Symbol" \ s 14DSYMBOL 82 \ f "Symbol" \ s 14R _і = Р _Iф - Р _in
є підставою для виготовлення управляє рішення за результатами технічного контролю. Якщо дотримується нерівність:
SYMBOL 68 \ f "Symbol" \ s 14DSYMBOL 82 \ f "Symbol" \ s 14R _і <SYMBOL 97 \ f "Symbol" \ s 14a,
це управляє рішення має бути направлене на підтримку існуючих (фактичного) стану об'єкта управління. В іншому випадку це рішення повинно передбачати таке управляє вплив на об'єкт управління, яке відновить умова.
На службу технічного контролю підприємства покладаються такі три основні функції: отримання достовірної і точної інформації про значення параметрів Ріф; визначення величини і знаку DRі; передача відповідного повідомлення керуючому органу (підрозділу підприємства, до компетенції якого входить прийняття керуючого рішення) для виготовлення обгрунтоване управляє рішення.
Як саме виготовлення управляє рішення, так і наступна команда, яка передбачає реалізацію наміченого керуючого впливу, не повинні входити до компетенції служби технічного контролю. Однак працівники цієї служби можуть залучатися до виготовлення керуючих рішень шляхом консультацій працівників керуючого органу або видачі ним своїх рекомендацій.
На практиці на стан об'єкта управління впливають не тільки цілеспрямовані керуючі впливи, але і перешкоди. КР останнього відносяться різні фактори стохастичного характеру, які викличуть неприпустимі відхилення значень Р _ІФ від Р _іn. Перешкодами можуть бути, наприклад, помилки працівників, несправності технологічного устаткування і т.д. Наявність перешкод і зумовлюють виникнення дефектів у виготовленій продукції.
Слід мати на увазі, що будь-яка організаційно-технічна система має властивість інертності, що може бути кількісно охарактеризовано інтервалом часу між моментом порушення нерівності і моментом його відновлення в результаті реалізації керуючого впливу. Цей період часу позначають через T _{SYMBOL 83 \ f "Symbol" \ s 14 S.} Чим більше величина T _{SYMBOL 83 \ f "Symbol" \ s 14 S,} тим вище інертність розглянутої системи, та нижче оперативність управління нею, тим гірше стійкість її функціонування.
У загальному випадку
T _{SYMBOL 83 \ f "Symbol" \ s 14 S} = Те + Т _пд + Т _вр + Т _пк + Т _р,
де Те - час, необхідний для виявлення відхилення значення Р _Iф від P _in, а також визначення величини і знаку SYMBOL 68 \ f "Symbol" \ s 14DSYMBOL 82 \ f "Symbol" \ s 14Rі;
Т _пд - час, необхідне для кодування і передачі повідомлення керуючому органу;
Т _вр - час, що витрачаються на виготовлення і прийняття управляючого рішення;
Т _пк - час, необхідне для кодування команди, його передачі і перетворення сигналу в управляє вплив;
Т _р - час реалізації керуючого впливу.
Якщо позначити суму першого і другого членів правій частині рівняння через Т _тк, а суму третього і четвертого через Т _уо, то
T _{SYMBOL 83 \ f "Symbol" \ s 14 S} = Т _тк + Т _у о + Тр.
У рівнянні величина Т _тк характеризує інерційність технічного контролю, величина керуючого органу, Т _уо - інерційність керуючого органу, Т _р - інерційність об'єкта управління.
У рівнянні величина Т _тк характеризує інерційність технічного контролю, величина керуючого органу, Т _уо - інерційність керуючого органу, Т _р - інерційність об'єкта управління.
Рівняння показує місце і дозволяє проаналізувати роль технічного контролю в системі управління виробництвом.
Якщо сума Т _уо + Т _р істотно перевищує величину ТТК, то виявляються досить обмеженої можливості підвищення ефективності (оперативність) управління виробництвом шляхом подальшого скорочення часу проведення технічного контролю. Якщо ж сума Т _уо + Т _р меншу Т _тк чи порівнянна з нею, то слід зосередити увагу на вдосконаленні методів технічного контролю. При цьому представляється можливим значно підвищити ефективність управління виробництвом за рахунок зниження величини Т _тк.
Таким чином, операції технічного контролю входять в процес виробництва як його невід'ємна і важлива частина, а саме, як частина, яка поставляє інформацію, необхідну для управління даним виробництвом.
За останні роки отримали широкий розвиток математичні методи дослідження організаційно-технічних керованих систем. До числа таких методів належать:
- Методи загальної теорії управління, які визначають основні принципи підходу до аналізу керованих систем;
- Дослідження операцій, на основі яких можна виробити управляє рішення, оптимальне в конкретній ситуації;
- Методи статистичного аналізу, контролю і регулювання процесів, в яких важливу роль відіграють перешкоди випадкового характеру;
- Методи статистичного моделювання за допомогою ЕОМ, які дозволяють повно врахувати ті фактори, які зумовлюють функціонування складних систем управління;
- Методи теорії чутливості і стійкість, які дозволяють розробити спільні заходи з підвищення стійкості функціонування складних систем.
Цей далеко не повний перелік показує, що для аналізу сучасних організаційно-технічних систем, а також для розробки практичних рекомендацій з ефективного управління ними та, зокрема, щодо підвищення ефективності методів контролю в даний час є досить солідна наукова основа, яка продовжує інтенсивно розвиватися.
Роль технічного контролю у забезпеченні якості продукції, що випускається. Якість продукції, яка випускається машинобудівним підприємством, залежить від наступних п'яти факторів:
- Якості нормативно-технічної (у тому числі, конструкторської) документації, яка встановлює параметри готового виробу, його деталей і складальних одиниць;
- Якості технологічної (включаючи контрольну) документації, яка встановлює методи (прийоми) виготовлення та контролю продукції, а також регламентують технологічні параметри;
- Якості технологічного обладнання та устаткування в частині забезпечення точності та стабільності технологічних операцій;
- Якості трудової діяльності виробників продукції (включаючи контролерів) в частині дотримання ними встановлених вимог до виготовленої продукції, процесів її виготовлення і контролю;
- Якості сировини, матеріалів, які комплектують елементів та інструменту.
За результатами технічного контролю може бути прийняте рішення, яке передбачає безпосереднє керуюче вплив тільки на останні трьох фактори, оскільки перші два не є об'єктами технічного контролю. Тому приведена вище формулювання головного завдання технічного контролю передбачає запобігання випуску продукції, яка не відповідає встановленим вимогам, а не запобігання випуску недоброякісної продукції. Якщо вимоги, встановлені нормативно-технічною та технологічною документацією за якимись причинами виявилися не оптимальними, то дотримання цих вимог не зможе забезпечити випуск доброякісної (з оптимальним рівнем якості) продукції, і навіть найсуворіший технічний контроль не зможе виправити таке становище.
На машинобудівному підприємстві, як правило, здійснюються такі види технічного контролю:
- Вхідний контроль підприємств-постачальників сировини, які надходять на дане підприємство від, матеріалів, які комплектують елементів та інструменту;
- Контроль технологічного процесу, об'єктами якого є допоміжні, підготовчі та основні технологічні операції;-операційний контроль заготовок, деталей, складальних одиниць і інших видів виготовленої продукції після завершення однієї або кількох проміжних технологічних операцій;
- Приймальний контроль готових виробів перед випуском їх даним підприємством;
- Інспекційний контроль.
Перші три види технічного контролю носять явно виражений профілактичний характер. Вони ставлять своєю кінцевою метою своєчасно знайти і в наступному попереджати дефекти. Четвертий вид технічного контролю має на меті запобігти випуск підприємством та постачання споживачам продукції, яка не відповідає встановленим вимогам. Цей вид контролю має також деяке профілактичне значення, так як шлюб однієї партії виробів служить сигналом для прийняття запобіжних заходів при виготовленні наступних партій шляхом втручання у процес виробництва.
Останній вид технічного контролю передбачає повторну перевірку проконтрольовано перш об'єкта з метою оцінки, якості насамперед виконаної контрольної операції.
Дефекти продукції класифікують у відповідності ГОСТ.
Через виникнення дефекти поділяють на конструктивні та технологічні. Перші виникають внаслідок недотримання вимог технічного завдання на розробку виробу або вимог правил його розробки (проектування), другі - внаслідок порушення при виготовленні продукції вимог нормативно-технічної або технологічної документації.
У залежності від можливості виявлення дефекти поділяють на явні і приховані. Явним називається дефект, для виявлення якого контрольної документацією передбачені відповідні правила, методи і засоби. У продукції можливу наявність дефектів, для виявлення яких у контрольній документації не встановлені правила, методи та засоби контролю. Такі дефекти називають прихованими.
Багато явних дефектів виявляються при візуальному (зовнішньому) огляді. Однак, якщо контрольної документацією передбачена перевірка відсутності того чи іншого дефекту приладом (включаючи прилади інтроскопії), інструментом або шляхом розбирання контрольованого виробу, то такий дефект відноситься до категорії явних, незважаючи на неможливість його візуального виявлення.
Приховані дефекти, як правило, виявляються після надходження продукції до споживача або при додатковому, раніше не передбаченому контролі.
За ступенем впливу на ефективність наступного використання продукції дефекти можна розділити на критичні, значні і малозначні.
Якщо дефект не робить істотного впливу на використання продукції за призначенням та на її довговічність, то він відноситься до малозначних.
Щоб не пропустити критичний дефект, технічний контроль продукції повинний бути суцільний, а іноді навіть неодноразовим.
Перевірку відсутності значного дефекту можна здійснювати шляхом вибіркового контролю тільки при досить низькому значенні ризику споживача. Відсутність малозначне дефекту може контролюватися вибірково при відносно високому значенні ризику споживача.
При необхідності може вироблятися більш детальна класифікація дефектів за ступенем їх впливу на ефективність наступного використання продукції.
2.3.2 Види і методи технічного контролю
Види технічного контролю залежно від його застосування до різних об'єктів виробництва наведені в багатьох джерелах. Тут торкнемося тільки видів технічного контролю залежно від можливості наступного збереження придатності проконтрольовано продукції. За цією ознакою необхідно розрізняти контроль, який руйнує, при якому може порушитися придатність продукції до її використання за призначенням, і що не руйнує, при якому така придатність продукції не повинна підніматися.
Очевидно, що суцільний контроль може бути тільки не руйнує і поряд з виробленим візуально технічним оглядом продукції належний передбачати використання коштів інтроскопії або розробка складних виробів.
Залежно від характеру надходження інформації технічний контроль буває безперервним, при якому інформація про контрольованих ознаках (характеристиках, параметрах) надходить безперервно, і періодичним, при якому така інформація надходить через встановлені інтервали часу.
Від технічного контролю слід відрізняти випробування, під якими розуміється здійснюване за певною програмою експериментальне визначення характеристик об'єкта випробувань як результату впливу на нього під час його функціонування чи при моделюванні об'єкта. Так, виявлення внутрішніх дефектів матеріалу за допомогою іонізуючого випромінювання є технічним контролем, а визначення впливу такого випромінювання на характеристики матеріалу представляє собою його випробування.
Випробування об'єкта, проведені для контролю його якості, називаються контрольними випробуваннями. До числа контрольних відносяться, наприклад, випробування матеріалу на міцність з визначенням його механічних характеристик і порівнянням їх з технічною документацією.
При масовому виробництві суцільний контроль у ряді випадків виявляється економічно недоцільним і доводиться вдаватися до вибіркового контролю.
Ефективність вибіркового контролю обумовлюється використанням при його здійсненні системи перевірок, заснованої на математично-статистичних методах. Такі методи дозволяють виносити правильний висновок про якість великих масивів продукції за результатами перевірки обмеженої кількості його одиниць. Це дає можливість значно скоротити трудомісткість і тривалість контрольних операцій, тобто знизити величину Т _тк.
Математико-статистичні та віроятние методи технічного контролю діляться на статистичний аналіз точності технологічного процесу; статистичне регулювання технологічного процесу; статистичний приймальний контроль якості продукції.
Статистичний аналіз точності технологічного процесу виробляється з метою визначення можливостей забезпечити виготовлення продукції стабільного рівня якості. Він здійснюється шляхом визначення параметрів виконуваної технологічної операції (або групи таких операцій) з наступною обробкою результатів спостережень та оцінкою показників точності технологічного обладнання.
Статистичне регулювання технологічного процесу здійснюється шляхом вибіркового контролю виготовленої продукції з метою забезпечення необхідного рівня її якості та попередження шлюби. При цьому систематично ведуться контрольні картки, які дозволяють у будь-який момент оцінити стан технологічного процесу, який зумовлює значення того чи іншого параметра продукції, а в разі виходу цього процесу за межі регулювання, зробити його корегування.
2.3 Основні вимоги до автоматизованих засобів вимірювання та контролю якості продукції
До сучасним автоматичним засобам вимірювання подаються високі метрологічні та експлуатаційні вимоги.
У першу чергу засоби вимірювання мають забезпечити високу продуктивність вимірювань, не знижуючи продуктивність технологічної обробки деталей. В останні роки створені засоби, які забезпечують продуктивність 20 000-40 000 деталей в час.
Засоби вимірювань та контролю повинні мати оптимальну точність. Відомі засоби, в яких відповідно до вимог виробництва, похибка вимірювання повинна становити 0,05-0,1 мкм. Тим не менш підвищення точності повинно бути виправдано економічними показниками так як з підвищенням точності вимірювань значно збільшується вартість виготовлення засобів вимірювань, їх експлуатації.
Виключно важливою вимогою є забезпечення профілактики шлюбу. У зв'язку з цим засоби вимірювань повинні формувати інформацію для впливу на технологічні процеси за результатами вимірювань і контролю. Тому вимірювання необхідно робити якомога ближче до того місця, де з'являється похибка виготовлення деталей. .
Розташування засоби вимірювання і вибір розмірів, що вимірюються, обумовлюються вимогами виробництва і тісно пов'язані з технологічним процесом. У всіх випадках потрібно прагнути до зменшення обсягу вимірів, забезпечуючи стабільність технологічного процесу. Перш за все необхідно вимірювати або контролювати ті параметри і розміри, які нестійкі, роблять вирішальний вплив на функціонування об'єкта вимірювань, за результатами вимірювання яких можна впливати на якість виготовлення деталей.
У сучасних засобах вимірювань повинні передбачатися можливості зчленування їх з мікропроцесорами, ЕОМ, АСУ, друкованими машинами, дисплеями і пишуть приладами, а також можливість застосування засобів вимірювань у гнучкому автоматичному виробництві. Тому вони повинні мати аналоговий вихід і вихід у коді, володіти оперативною переналадкой діапазону вимірювань, ціни або дискретність відліку і алгоритму роботи, а також мати регульовані і змінні пристрої для швидкого переналагодження при переході на інший тип деталі, тобто засоби вимірювань повинні бути гнучкими.
Гнучкість - одне з найбільш складних і суперечливих понять в загальній концепції гнучкого виробництва. Ступінь гнучкості можна визначити різноманітністю деталей, які вимірюються, а також числом завдань, що вирішуються засобом; продуктивністю настроювання й переналагодження при переході на інший типорозмір деталі; можливістю підключення засобу до різноманітних інтерфейсним пристроям.
Для забезпечення кращого збирання з'єднаних деталей вимір розмірів цих деталей повинно робити з урахуванням відхилень форми поверхонь, які з'єднуються.
Кожна характеристика засобів вимірювань повинна відтворювати певний фізичний властивість і бути перевіряється з мінімальними витратами. Необхідно пам'ятати, що завищення характеристик вводить в непродуктивні витрати, а заниження метрологічних характеристик - до збільшення фактичного шлюбу. Характеристики повинні бути стабільними в часі і мінімально змінюватися під впливом величин, які впливають і обурюють. За допомогою мікропроцесорної техніки можливо зменшити вплив факторів, які обурюють, і систематичних похибок, а також виключити грубі похибки.
Для забезпечення заданих метрологічних характеристик засобу вимірювань повинні експлуатуватися за умов (температурному режимі, рівні вібрацій і т.д.), обговорених у паспорті.
При конструюванні засобів вимірювань повинні бути забезпечені: зручність, і простота настройки, переналагодження, регулювання та обслуговування; доступність використання регулювальних і змінних елементів; зручність установки (завантаження) і зняття (розвантаження) деталей, які вимірюються, а також висока надійність роботи.
2.4 Розробка загальної структури автоматизованої системи вимірювання
2.4.1 Мікроконтролер сімейства MCS-96, як основа організації автоматичного розрахунку параметрів об'єкту вимірювання
У сімейство MCS-96 фірми Intel (іноді буде використовуватися і назва 80C196) входить більше 30 різновидів мікроконтролерів. Це 16-розрядні, швидкодіючі ІС високого ступеня інтеграції, орієнтовані на вирішення завдань управління процесами в реальному масштабі часу. Типові області застосування для цих мікроконтролерів - управління двигунами, модеми, безюзовие гальмівні системи, контролери жорстких дисків, медичне обладнання.
Історія MCS-96 налічує більше 12 років. За цей час фахівці фірми Intel збільшили адресний простір з 64 КБайт до 6 Мбайт, підвищили тактову частоту з 10 до 50 МГц, поліпшили швидкодію в 16 разів і добилися зниження ціни на базовий кристал * приблизно в 4 рази. Мікроконтролери 80C196 фактично стали індустріальним стандартом для 16-розрядних вбудованих систем управління, забезпечуючи поєднання високих технічних показників та економічної ефективності. Наприклад, саме завдяки цим мікроконтролерів, встановленим у системі управління запаленням, фахівцям концерну Ford вдалося істотно знизити споживання палива, зменшити викиди шкідливих речовин і одночасно підвищити швидкісні характеристики своїх машин.
Понад сім років ми займаємося інструментальними засобами для 80C196 та консультаціями з питань розробки пристроїв на їх базі. І за цей час ми переконалися, що 80C196 можна з успіхом використовувати і для 8-розрядних завдань, і для завдань, що вимагають низького енергоспоживання, але, як правило, розробники контролерів вважають за краще використовувати вже добре відомі схеми (зазвичай, це 8051). При цьому вони часто керуються не зовсім вірною інформацією про 80C196. Наприклад, високу швидкодію, властиве 80C196, зв'язується з високим енергоспоживанням, але це, не завжди так.
З одного боку, використання добре знайомих мікросхем при розробці нових виробів - це прояв раціонального, інженерного мислення. Такий підхід дозволяє швидко і з невеликими витратами створювати різні варіанти контролерів, придатні для вирішення однотипних задач. Але з іншого боку, кожен розробник повинен розуміти, що вимоги до систем управління безупинно ростуть, і обов'язково настане момент, коли потрібно буде відмовитися від застарілого мікроконтролера і застосувати більш сучасний.
Такий перехід психологічно важкий, особливо для розробників апаратури, які відрізняються певною консервативністю. Був час, коли вважалося, що і на 8048 можна зробити практично все, що потрібно, і часто з ходу відкидалася нова в той час архітектура 8051. У той час багато хто віддавав перевагу "накручувати" апаратуру навколо 8048, замість того, щоб скористатися тим, що вже знаходиться всередині кристалу 8051.
Мікроконтролери 80C196 можуть розглядатися як розширення архітектури 8051, але лише дуже приблизно. Часто дивує, коли доводиться стикаюся з думкою, що "80C196 - це вдосконалений 8051". Кристали 80C196 мають іншу - і набагато більш зручну - систему команд, іншу організацію пам'яті, іншу систему переривань. Якщо бути коротким, то це просто інша, причому більш сучасна архітектура, ніж 8051.
80C196 нагадує швейцарський ніж - він містить практично все, що може знадобитися при розробці контролера. Судіть самі: АЦП, пристрої введення і виведення імпульсних сигналів, кілька таймерів, ШІМ-генератори, велика кількість звичайних портів введення-виведення, гнучка система переривань, сторожовий таймер - ось неповний список основних компонентів базової архітектури MCS-96. Одного разу розібравшись в архітектурі MCS-96, інженер одержує в своє розпорядження сімейство кристалів, які з успіхом вирішують сьогоднішні завдання, і цілком придатні для вирішення більш складних завдань майбутнього.
Розглянемо технічні характеристики "класичного" кристала MCS-96 - 80C196KB, а потім запропонуємо Вашій увазі порівняльну таблицю по всіх основних кристалам сімейства
2.4.1.1 Коротка технічна характеристика кристала 80C196KB
ЦПУ На частоті 16 МГц ЦПУ виконує 2 млн. оп / с при виконанні елементарних операцій над знаковими / беззнаковими даними довжиною 1 або 2 байт. Для цих чисел є також і операції множення і ділення (швидкодія: 580 тис. множень / сек, 330 тис. поділів / сек).
ПАМ'ЯТЬ І ЗОВНІШНЯ ШИНА ЦПУ має один адресний простір розміром 64 Кбайт, в якому знаходяться регістри загального призначення (232 байт), регістри спец призначення, вбудована програмна пам'ять (якщо є), зовнішня пам'ять для програми і даних. У версії з вбудованим ПЗУ (87C196KB), ПЗУ має об'єм 8 КБайт і оснащено захистом від несанкціонованого доступу. Контролер пам'яті працює з 8 - і 16-розрядної зовнішньою шиною, причому ширина шини може динамічно перемикатися, можна вводити цикли очікування.
ПЕРЕРИВАННЯ 28 джерел запитів, 16 векторів і 16 пріоритетів.
ТАЙМЕРИ Два 16-розрядних таймера TIMER1 і TIMER2 забезпечують синхронізацію роботи пристрої введення-виведення імпульсних сигналів (HSIO, High Speed ​​In / Out unit) з реальним часом і зовнішніми подіями. TIMER1 синхронізується зсередини, тоді як TIMER2 синхронізується зовні.
ЦИФРОВІ ПОРТИ Є шість 8-розрядних портів введення / виведення цифрових сигналів.
Таблиця 1 - Порти введення-виведення

тип лінії порту	кількість в порту:						всього
	0	1	2	3	4	HSIO
двунаправл.		8	2	8 / 0	8 / 0	2	28/12
тільки вхід	8		4			2	14
тільки вихід			2			4	6
порти 3 і 4 зайняті якщо використовується зовнішня шина							48/32

ІМПУЛЬСНИЙ ВИСНОВОК І ВИСНОВОК (HSIO) Одне з найбільш потужних вбудованих пристроїв 80C196 - пристрій генерації імпульсних сигналів (HSO Unit). Його функція - виконувати різні дії в заздалегідь запрограмовані моменти часу з мінімальним контролем з боку ЦПУ. Від ЦПУ потрібно тільки вказати, що зробити, і в який момент часу (час відраховується за т.зв. посилальної таймеру - TIMER1 або TIMER2). Крім генерації сигналів, HSO одночасно може виконувати функції 4-х додаткових таймерів.
Пристрій введення імпульсних сигналів (HSI Unit) фіксує моменти часу, в які відбулися які-небудь зовнішні події, наприклад перехід з 0 в 1. HSI має 4 входи, а HSO - 6.
АЦП Вбудований 10-розрядний АЦП має 8 входів, діапазон вхідної напруги - 0 ... 5 В. На частоті 16 МГц час перетворення - 19,5 мкс. Є схема вибірки / зберігання і окремі входи опорного напруги і аналогової землі.
ГЕНЕРАТОР ШІМ-СИГНАЛУ Генератор ШІМ має один вихід. Діапазон зміни шпаруватості імпульсів - 256 градацій. Період імпульсів може бути дорівнює 256 або 512 тактів (31,25 або 15,625 кГц відповідно, для частоти 16 МГц).
ПОСЛІДОВНИЙ ПОРТ На ОЕВМ є універсальний послідовний сінхроннно-асинхронний дуплексний порт зв'язку (SIO, Serial In / Out). Максимальна швидкість обміну (на частоті 16 МГц): в асинхронному режимі - 1 Мбод; в синхронному режимі - 4 Мбод.
ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ Загальне споживання - не більше 75 мА на частоті 16 МГц. Є режими з пониженим енергоспоживанням: IDLE (30 мА) і POWER DOWN (0,1 мА).
ТЕМПЕРАТУРНИЙ ДІАПАЗОН, КОРПУСУ Існує чотири різновиди по температурному діапазону роботи: комерційний (0 ... +70 градусів), розширений (-40 ... +85), автомобільний (-40 ... +125) та військовий. Крім того, мікроконтролери можуть бути піддані динамічної електротермотреніровке. ІС встановлюються в корпуси типів: PLCC-68, QFP-80, керамічний LCC-68, і керамічний PGA-68.
2.4.1.2 Номенклатура MCS-96
У таблиці 2 наведені короткі характеристики всіх основних мікроконтролерів сімейства. Кількість ліній вводу-виводу вказано для випадку використання внутрішнього ПЗУ кристала, без підключення зовнішньої пам'яті і периферійних пристроїв. При використанні зовнішньої шини, загальна кількість доступних ліній введення-виведення зменшиться на 16 ... 20, в залежності від типу мікроконтролера. Відзначимо, що кристали з вбудованим ПЗУ або масочний (тобто програмуються прямо на заводі на замовлення), або одноразово програмовані. Кристали з УФ-стиранням важкодоступні. Очевидно, фірма Intel планує випускати контролери з FLASH-пам'яттю.
Таблиця 2 - Короткі характеристика мікроконтролерів
2.4.1.3 Короткі описи деяких вузлів ОЕВМ MCS-96
EPA (EVENT PROCESSOR ARRAY) Цей вузол прийшов на зміну HSIO, починаючи з кристала 8XC196KR. EPA має більш просту архітектуру, ніж HSIO, володіючи при цьому кращої роздільною здатністю. У HSIO, всі вхідні канали мають загальну пам'ять (7-рівневе FIFO), в якій запам'ятовуються тимчасові позначки, відповідні подіям на входах. Те ж стосується вихідних ліній HSIO - всі вони мають загальну пам'ять (8 осередків), у якому процесор записує команди для всіх вихідних каналів HSIO. Тому за один такт HSIO може обробити тільки один вхідний і один вихідний канал. У EPA, кожен канал має свій власний буфер, а видача і прийом сигналів проводяться одночасно по всіх каналах. Тому роздільна здатність EPA вище, ніж у HSIO, в 4 рази. Крім того, EPA - більш гнучкий вузол: кожен його канал може служити і входом, і виходом, тоді як HSIO має 4 вихідних, 2 вхідних, і 2 двонаправлених лінії.
CODE RAM Це додаткове ОЗУ, в якому можна розміщувати виконуваний код. Цей код буде виконуватися дуже швидко, так як Code RAM має 16-розрядний інтерфейс з нульовим циклом очікування. Code RAM може принести істотну користь в задачах, де потрібно максимально швидке виконання тільки невеликих фрагментів коду, дозволяючи при цьому використовувати порівняно повільне і дешеве 8-бітове ПЗУ для зберігання решти частини програми. Звичайно, цю пам'ять можна використовувати і для розміщення даних або стека.
PTS (PERIPHERAL TRANSACTION SERVER) Цей вузол призначений для апаратної обробки переривань. Він містить набір вбудованих алгоритмів, вихідні дані для яких повинні бути розміщені програмою користувача у вбудованому ОЗУ кристала. Алгоритми PTS охоплюють, в основному, пересилання даних. Переривання, обслуговуються PTS, відпрацьовуються швидше, ніж ті, які обслуговуються звичайним способом. Однак, програмувати PTS непросто, а налагоджувати ще складніше. Тому ми не рекомендуємо використовувати PTS без крайньої необхідності. У новітньому кристалі 4-го покоління, 8XС296SA, PTS немає.
ГЕНЕРАТОР СИГНАЛІВ CHIP SELECT (CHIP SELECT UNIT) Цей вузол з'явився у кристала 8XC196NP, і є у 80C196NU і 8XC296SA. Він дозволяє істотно спростити апаратуру, необхідну для підключення зовнішньої пам'яті до процесора, і, тим самим, здешевити систему. Він може генерувати до 6-ти сигналів вибірки (Chip Select), з незалежно встановлюваними циклами очікування і шириною шини. Крім того, кристали, що мають Chip Select Unit, мають демультіплексірованную шину, що дозволяє відмовитися від зовнішніх регістрів-клямок і використовувати повільну і дешеву пам'ять, зберігши при цьому швидкодія системи.

2.4.1.4 Опис сигналів мікроконтролера 8ХС196KD

ANGND-опорна і логічна земля для А/Ц- перетворювача, використовується для читання порту 0. ANGND повинна бути залучена для А/Ц- перетворювача і порту 0.
Vss-цифрова схемна земля (0 В). Всі (3) висновки повинні бути з'єднані.
Buswidth - ширина шини. Якщо СС. 1 = 1, цей сигнал вибирає ширину шини під час зовнішнього доступу. Якщо Buswidth високий, то вибирається 16-бітова розрядність шини, якщо низький - 8 бітна. Якщо СС. 1 = 0, то сигнал ігнорується, і розрядність шини завжди 8 битий.
NMI-немаскуєме переривання. Позитивний перепад викличе немаскуєме переривання через вектор, розміщений в ячейці 203Еh. Сигнал належний міститися більш ніж 1 машинний такт, щоб гарантувати його фіксацію. NMI має вищий пріоритет над усіма перериваннями. Якщо зафіксований NMI, декодировщик пріоритетів визначає його як запит з вищим пріоритетом (2030 - 203F ), І контролер переривань вибирає відповідний нього вектор. Вектор містить стартовий адресу відповідної підпрограми обробки переривань.
READY-Вхід готовності. Цей сигнал використовується для подовження циклу зовнішньої пам'яті, яка виробила "стан очікування" для узгодження з повільною пам'яттю. Якщо READY високий, СР продовжує працювати в нормальному режимі. Якщо READY приймає низький рівень перед фронтом сигналу, який спадає, CLKOUT контролер пам'яті вводить цикли очікування, поки в момент CLKOUT не буде високого рівня на READY, або до тих пір, поки кількість циклів очікувань не буде рівна кількості, запрограмованої в СС. 4 і CCR. 5. READY ігнорується для всієї внутрішньої пам'яті. READY є активним під час вибірки СС.
RESET-Вхід скидання і вихід з відкритим стоком з кристала. Фронт сигналу, який спадає, RESET # ініціює процес скидання. Якщо RESET # встановлюється вперше, кристал відчиняє транзистор з навантаженням на Vss, з'єднаний з висновком RESET, на 16 машинних тактів.
EA-вибір режиму програмування. Доступ до зовнішньої пам'яті. Цей сигнал з активним низьким рівнем, надати їм доступ до пам'яті поза кристалом. Якщо рівень високий - вибирається внутрікрістальній OPTROM. ЕА фіксується тільки по наростаючому фронті сигналу RESET. У момент наростаючого фронту сигналу RESET пристрій входить в режим програмування PMODE. 0 - PMODE.3
Модуль HSI записує час зовнішнього події з роздільною здатністю вісім машинних циклів. Він може стежити за чотирма незалежно зконфігурованімі входами і фіксувати значення Таймера 1, якщо подія відбулася. Може бути чотири типи подій: наростаючий фронт, спадаючий фронт, нарастаючій фронт і спадаючий фронт або кожен восьмий наростаючий фронт. HSI модуль може зберігати останні вісім значень Таймера 1.
Модуль HSO може ініціювати події за часом, задається таймером 1 або Таймер 2. Такими подіями є: запуск А / Ц перетворювача, скидання Таймера 2, завдання чотирьох програмних таймерів і установка чи очищення одного або декількох з шести вихідних ліній HSO. Пристрій HSO береже очікувані події і заданий час в Сам-файлі. Цей файл містить до восьми останніх команд. Кожна команда специфицируется часом дії, видом дії, чи буде переривання, і що таймер (1 або 2) використовується при цьому.
Порти 3 та 4 - це 8-бітові двонаправлені порти введення / виводу з виходами з відкритим стоком. Ці висновки утворюють мультіплексовану шину адреси / дані та мають внутрішню нізькоомную навантаження на Vcc. Порти 3 і 4 можуть бути записані і прочитані тільки як слово в яцейці 1FFEh. Під час режиму програмування ці порти діють як PBUS.
Сигнал TXD - вихід послідовних даних. У режимах 1, 2, 3 TXD використовується для передачі даних послідовного порту. У режимі 0 він використовується як вихід тактових імпульсів. Утримання TXD в низькому рівні під час наростаючого фронту RESET # приводить до висновку пристрою в режим ONCE.
Vcc - напруга живлення цифрової частини пристрою (+5 В)
Vref - опорна напруга для А / Ц перетворювача, Vref також є напругою живлення для аналогової частини А / Ц перетворювача і логіки, яка використовується для читання порту 0. Vref повинний бути порту 0
HOLD - запит шини. Це сигнал з активним низьким рівнем, який показує, що зовнішній пристрій запитує керування шиною.
HLDA - підтвердження запиту шини. Вихід з активним низьким рівнем показує, що контролер не управляє шиною. Це відбувається у відповідь на встановлення зовнішнім пристроєм сигналу HOLD.
BREQ-запит шини. Це вихідний сигнал з активним низьким рівнем, який встановлюється під час HOLD-циклу, якщо контролер шини очікує цикл зовнішньої пам'яті. Контролер шини може встановити BREQ в будь-який час, якщо встановлений HLDA, при цьому він залишається активним поки HOLD НЕ збросіться.

Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 7

2.4.2 Перетворювачі лінійних переміщень

Потреба в датчиках стрімко росте в зв'язку з бурхливим розвитком автоматизованих систем контролю і керування, впровадженням нових технологічних процесів, переходом до гнучких автоматизованих виробництв. Крім високих метрологічних характеристик датчики повинні мати високу надійність, довговічністю, стабільністю, маленькими габаритами, масою і енергоспоживанням, сумісністю з мікроелектронними пристроями обробки інформації при поруч трудомісткості виготовлення і невеликій вартості. Цим вимогам у максимальному ступені задовольняють датчики кутових і лінійних переміщень.
Практичне використання перетворювачів кутових і лінійних переміщень розглядається на прикладах, які найбільш повно розкривають їх можливості і переваги при побудові систем активного та пасивного контролю, в відлікової-вимірювальних схемах при точному автоматичному позиціонуванні і розробці інваріантних систем автоматичного управління процесами обробки.
В основі принципу дії перетворювача лінійних переміщень лежить явище виникнення муар-інтеренференціонних смуг при об'єднанні прозорою і відбивною грат.
Перетворювачі лінійних та кутових переміщень широко використовуються у вимірювальних системах металорізальних верстатів, координатно-вимірювальних машинах і в один контрольно-вимірювальних пристроях автоматики для визначення координат або розмірів переміщення.
З різноманітності подібних перетворювачів для проектованій системи оптимально підходить продукт фірми СКБ ДІЦ "Контакт" (м. Київ) - перетворювач лінійних та кутових переміщень ЛІР-79 з дозволеною можливістю до 0,1 мкм, що задовольняє необхідної точності системи. Аналогом цього продукту є перетворювач LS 403 фірми "HEIDENHAIN", але з економічних міркувань обраний вітчизняний продукт.

2.4.2.1 Механічні характеристики перетворювача

Максимальна механічна швидкість переміщення 60 м / хв
Максимальне прискорення 30 м / с
Діапазон частот вібрації 10-55 Гц
Клас точності (ДЕРЖСТАНДАРТ 26242-90) 3, 4
Температура експлуатації +5 - +50 С