УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХРОНОМЕТРАЖА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХРОНОМЕТРАЖА
Техническое решение относится к устройствам проведения такого вида наблюдений, при котором изучаются отдельные элементы технологического процесса механической обработки деталей машиностроения, а именно, контроль, регистрация, индикация и запись времени выполнения технологических операций на металлорежущем оборудовании.
Как известно, хронометраж - это способ изучения величины временных затрат путем замеров и фиксации продолжительности действий подлежащих выполнению при осуществлении технологических процессов изготовления деталей и сборочных единиц. Хронометраж рабочего времени состоит в описании производственной системы, используемой технологии производства, условий труда, а также в определении количественного влияния различных факторов на продолжительность реализации производственного процесса [1, 2].
При этом, как показал проведенный патентно-информационный поиск, специализированных устройств для выполнения хронометража и автоматизации эффективного решения типовых задач, возникающих при этом, например таких, как вычисление средней трудоемкости выполнения операции, отечественными конструкторами разработано не достаточно.
Из уровня техники известно устройство для измерения и регистрации структурных элементов времени выполнения технологических операций (RU 35454, МПК G07C 5/10, опубл. 10.01.2004), состоящее из пластмассового корпуса, на котором с помощью магнитных прижимов закрепляется наблюдательный лист, дополнительно к корпусу винтами прикреплен блок регистрации, выполненный на основе промышленного микроконтроллера с таймером, оперативным запоминающим устройством, энергонезависимой памятью, клавиатурой, дисплеем и портом ввода-вывода информации [3].
К недостаткам известного технического решения следует отнести его недостаточную эргономичность: в конструкции устройства отсутствуют яркие, хорошо различимые светоиндикаторные приборы отсчета времени, что затрудняет проведение хронометража в условиях механообрабатывающего цеха. Кроме того механические элементы устройства усложняют его конструкцию и снижают надежность.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа является устройство для автоматизации проведения хронометража при исследовании трудоемкости операций механической обработки деталей машиностроения (RU 142657, МПК G07C 3/00, опубл. 27.06.2014). Устройство содержит корпус, на котором закреплены блок семисегментной индикации, состоящий из четырех семисегментных индикаторов и светодиода, визуально разделяющего индикаторы на две группы по два индикатора в каждой, блок информационной индикации, отображающий данные о выполняемой технологической операции, блок ввода данных, выполненный в виде шестандцатикнопочной клавиатуры, две клавиши и два светодиода. При этом блок управления выполнен на основе микроконтроллера, содержащего память программ и данных, универсальные восьмиразрядные двунаправленные порты ввода-вывода, контроллер прерываний, универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик, таймеры-счетчики; устройство дополнительно содержит блок преобразователя интерфейсов, использующийся для подключен s26288ия к персональному компьютеру, и блок энергонезависимой памяти, содержащий данные о технологических операциях. Блоки семисегментной индикации, информационной индикации, ввода данных, две клавиши и два светодиода, а также блоки преобразователя интерфейсов и энергонезависимой памяти подключены к портам ввода-вывода упомянутого микроконтроллера [4].
К основным недостаткам технического решения следует отнести отсутствие беспроводного интерфейса передачи данных о результатах измерений, что значительно снижает мобильность устройства и ограничивает возможности его применения в условиях цеха. Кроме того устройство не содержит блок отображения графической информации, что не позволяет, например, пояснять выполнение технологической операции соответствующим эскизом.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства, путем обеспечения проведения автоматизированного хронометража, с возможностью отображения устройством эскиза технологической операции, измерение трудоемкости которой выполняет нормировщик, а также передачи полученных результатов измерений для их дальнейшей обработки.
Указанная задача решена за счет того, что устройство для проведения хронометража содержит корпус с закрепленными на нем блоком индикации времени выполнения технологической операции, блоком текстовой индикации, блоком графической индикации, блоком ввода команд, выполненным, например, на основе кнопочной или сенсорной клавиатуры, содержащей по крайней мере шестнадцать клавиш, двумя клавишами управления измерением и двумя светодиодами индикации хода эксперимента. Упомянутые блоки электрически соединены с блоком управления, расположенным внутри корпуса, при этом блок времени выполнения технологической операции представляет собой линейку семисегментных индикаторов, блок текстовой индикации выполнен на основе матричного LCD-дисплея, блок графической индикации выполнен на основе растрового дисплея, а блок управления выполнен на основе микроконтроллера с дополнительно подключенными к нему блоком энергонезависимой памяти и блоком преобразователя интерфейсов, выход которого подключен к GSM-модулю.
В качестве микросхемы, реализующей блок управления, может быть использован любой из известных восьми-, шестнадцати- или тридцатидвухразрядных микроконтроллеров. Ниже структура устройства раскрыта на примере, в котором блок управления реализован с помощью микроконтроллера Atmel ATMega128L с подключенными к нему микросхемой энергонезависимой памяти АТ24, преобразователем интерфейсов МАХ232, выход которого подключен к GSM-модулю Siemens ТС35, матричным LCD-дисплеем с контроллером HD44780, а также растровым TFT-дисплеем с контроллером ST7735 [5, 6, 7, 8, 9].
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, является автоматизация сбора данных о длительности выполнения операций и переходов, составляющих технологический процесс, с возможностью отображения устройством во время хронометража операционных эскизов, за счет применения в конструкции устройства микроконтроллера, элементов управления и средств графической индикации, а также передачи данных, полученных в результате измерений, для их дальнейшей обработки с помощью GSM-модуля.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан внешний вид устройства, а на фиг. 2 - его структурная схема.
Устройство для проведения хронометража состоит из корпуса 1 с закрепленными на нем блоком индикации времени выполнения технологической операции 2, блоком текстовой индикации 3, блоком графической индикации 4, блоком ввода команд 5, выполненном на основе кнопочной или сенсорной шестнадцатикнопочной клавиатуры, двумя клавишами управления измерением 6, 7 и двумя светодиодами индикации хода эксперимента 8, 9. На корпусе также закреплены разъемы внешних прерываний 10 и 11, которые могут использоваться для автоматического пуска и останова устройства, например с помощью подачи на них сигналов от органов управления станком.
Упомянутые блоки электрически соединены с блоком управления 12, расположенным внутри корпуса 1. Их структура и способ подключения к микроконтроллеру раскрыты ниже.
Блок семисегментной индикации 2, состоит из четырех семисегментных индикаторов и светодиода 13, визуально разделяющего индикаторы на две группы по два индикатора в каждой. Высота и ширина семисегментных индикаторов составляют, соответственно, H=70 мм, L=48 мм, что обусловлено требуемой хорошей различимостью отображаемых символов.
Блок текстовой индикации 3, выполненный на основе матричного LCD-дисплея, отображает данные о выполняемой технологической операции.
Блок ввода данных 5, выполненный в виде шестнадцатикнопочной клавиатуры, необходим для изменения различных установочных параметров устройства. Две клавиши управления измерением («Пуск» и «Останов») 6, 7 и два светодиода индикации хода эксперимента 8, 9 используются для включения и выключения отсчета времени выполнения технологической операции, а также индикации текущего состояния устройства.
Блок управления 12, как было отмечено выше, выполнен на основе восьмиразрядного микроконтроллера Atmel ATMega128L, что обусловлено его невысокой стоимостью и широкими возможностями по управлению различными периферийными устройствами. Микросхема содержит достаточный набор программируемых аппаратных средств, необходимых для обеспечения функционирования прибора, а именно память программ и данных, таймеры-счетчики, универсальные восьмиразрядные двунаправленные порты ввода-вывода, универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик [5].
Блоки индикации времени выполнения технологической операции, текстовой и графической индикации, ввода данных, две клавиши и два светодиода, а также блоки энергонезависимой памяти и преобразователя интерфейсов, выход которого подключен к GSM-модулю, электрически соединены с портами ввода-вывода восьмиразрядного микроконтроллера следующим образом.
Блок индикации времени выполнения технологической операции 2 подключен к портам С и G микроконтроллера. При этом восьмиразрядные коды символов передаются на семисегментные индикаторы через линии РС0-РС7, а выбор конкретного индикатора осуществляется с помощью восьмиразрядного дешифратора DC, к входам которого подключены линии PG0-PG1 микроконтроллера, что обеспечивает управление четырьмя младшими разрядами выхода дешифратора. Управление светодиодом осуществляется с помощью линии PG4.
Блок текстовой индикации 3 подключен к четырем линиям порта А (РА0-РА3), которые используются для передачи данных. Управление блоком осуществляется с помощью линий А0 (выбор адреса символа) и Е (синхронизирующий строб-сигнал), подключенных, соответственно, к линиям PG2 и PG3 микроконтроллера.
Блок графической индикации 4 подключен к микроконтроллеру по последовательному трехпроводному интерфейсу с использованием линий порта F (PF0-PF3). Выбор контроллера TFT-дисплея осуществляется с помощью линии PF1(CS), передача данных - с помощью линии PF2(SDA), а синхронизация - с помощью линии PF2(SCL).
Блок ввода данных 5, выполненный в виде шестнадцатикнопочной клавиатуры, подключен к порту А микроконтроллера. При этом для реализации алгоритма «бегущая единица», младшие линии порта РА0-РА3 работают как выходы (итерационный перебор столбцов), а младшие РА4-РА7 как входы (сканирование строк).
Клавиши 6 и 7 («Пуск» и «Останов») подключены к линиям PE4(INT4) и PE5(INT5). Указанные линии порта Е микроконтроллера ATMega128L имеют дополнительную функцию: сигнал с их входов поступает на вход контроллера прерываний (на фиг. 2 не показано), что позволяет использовать их в качестве счетчика внешних событий, гарантируя обязательную реакцию устройства на нажатие клавиш.
Светодиоды 8 и 9, использующиеся совместно с клавишами 6 и 7, подключены к линиям PG5, PG6 порта G. Они используются для индикации текущего состояния устройства.
Разъемы внешних прерываний 10, И также как и клавиши 6 и 7 подключены к входам внешних прерываний INT6 и INT7 порта Е (линии РЕ6 и РЕ7, соответственно) и могут, как было отмечено выше, использоваться для автоматического пуска и останова устройства.
Блок энергонезависимой памяти 13 выполнен на основе микросхемы семейства АТ24 и подключен к блоку управления с помощью линий PD0(SCL) и PD1(SDA), являющихся, соответственно, линией последовательной передачи тактовых импульсов и линией последовательной передачи данных.
Блок преобразователя интерфейсов 14 выполнен на основе микросхемы МАХ232, преобразующей сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах на базе ТТЛ или КМОП технологий. В рассматриваемом устройстве блок преобразователя интерфейсов подключен к блоку управления с помощью линий PD2(RXD) и PD3(TXD), являющихся, соответственно, входом и выходом универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика восьмиразрядного микроконтроллера. Выход блока преобразователя интерфейсов подключен ко входу GSM-модуля через интерфейс RS-232.
Устройство работает следующим образом. После его включения наблюдатель (его роль может выполнять и сам рабочий) набирает на шестнадцатикнопочной клавиатуре 5 код операции в соответствии с технологическим процессом обработки детали. Блок управления 12 загружает данные о запрошенной операции, в том числе ее наименование, норму времени на ее выполнение и другие параметры из блока энергонезависимой памяти 13, и пересылает в блоки текстовой и графической индикации 3 и 4. Перед началом выполнения операции наблюдатель переключает устройство в режим таймера с помощью клавиши 6 («Пуск»). После этого блок управления включает светодиод 8 и начинает отсчет времени выполнения операции, с одновременным его отображением на индикаторах блока индикации времени выполнения технологической операции 2, при этом отсчет секунд сопровождается включением и выключением светодиода 13. После завершения операции наблюдатель нажимает клавишу 7 («Останов»), после чего блок управления выключает светодиод 8, включает светодиод 9, останавливает отсчет времени операции и сохраняет полученный результат в блоке энергонезависимой памяти. Данные об измерениях трудоемкости выполненных на станке технологических операций могут быть переданы с помощью универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика микроконтроллера, блока преобразователя интерфейсов 14 и GSM-модуля 15 на сервер, хранящий базу данных результатов измерений по беспроводному интерфейсу с помощью передачи SMS-сообщений.
Таким образом, предложенное авторами техническое решение представляет собой удобный и современный многофункциональный измерительный инструмент, предназначенный для специалистов в области нормирования. Дальнейшая обработка информации, накопленной устройством, позволяет решать целый ряд задач, в том числе получать технически обоснованные нормы времени на выполнение разнообразных технологических операций с помощью опытно-статистического метода. Кроме этого, устройство может использоваться, как инструмент аудита нормативов, полученных с помощью расчетно-аналитического метода и справочной литературы.
Список использованных источников
1. Ахумов А.В., Генкин Б.М., Иванов Н.Ю. Справочник нормировщика / Под. общ. ред. Ахумова А.В. - Л.: Машиностроение, Ленингр. от-ние, 1986 - 458 с., ил.
2. Тихомирова Т.П. Организация, нормирование и оплата труда на предприятии [Текст]: учеб. пособие / Т.П. Тихомирова, Е.И. Чучкалова. - Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2008. - 185 с.
3. Пат.35454 Российской Федерации, МПК G07C 5/10. Электронный хронометражист / Н.И. Зубов, Н.И. Ладоша, В.П. Сараев; заявитель Российский научно-исследовательский институт по испытанию сельскохозяйственных технологий и машин. №2003121890/20; заявл. 17.07.2003; опубл. 10.01.2004.
4. Пат. 142657 Российская Федерация, МПК G07C 3/00. Устройство для автоматизации проведения хронометража при исследовании трудоемкости операций механической обработки деталей машиностроения / Якимович Б.А., Домбрачев А.Н.. Кузнецов А.П., Коршунов А.И.; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова». №2014104437/08; заявл. 17.02.2014; опубл. 27.06.2014.
5. А.В. Евстифеев. семейства Tiny и Mega семейства Atmel, 5-е изд., стер. - М.: Издательский дом «Додека-ХХI», 2008 - 148 с.: ил.
6. Two Wire Serial EEPROMs // Atmel Corporation URL: http://www.atmel.com/Images/doc0670.pdf (дата обращения: 17.11.2015).
7. MAX232x Dual EIA DriversReceivers // Texas Instruments URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf (дата обращения: 17.11.2015).
8. HD44780 Datasheet // Electronic Components Datasheet Search URL: http://www.alldatasheet.com/view.isp?Searchword=Hd44780 (дата обращения: 17.11.2015).
9. PiTFT Plus 480×320 3.5" TFT+Touchscreen for Raspberry Pi // Adafruit URL: https://www.adafruit.com/products/358 (дата обращения: 17.11.2015).