1、潛艇三維電動液壓小車樣機研制 武昌造船廠三維小車樣機研制 QC 小組 一、小組概況三維小車樣機研制 QC 小組成立于 2005 年 3 月。 本題活動的課題是潛艇三維電動液壓小車樣機研制，屬 于創(chuàng)新型課題，活動時間 2005 年 3月至 2005 年 12月，出勤率達到 96，姓名性別部門組內職務職務組內分工黃小勇男生產管理部組長副主任技術管理決策黃曉黎女工藝設計所副組長工藝員組織協(xié)調記錄胡宏杰男企業(yè)策劃部組員副廠長技術管理胡三明男工藝設計所組員主任技術管理戴毅男三車間組員鉗工實施張凱男設備計理部組員電氣員實施、選定課題（一）潛艇制造模式轉變：整體建造模式轉變?yōu)榭偠螌拥哪Ｊ娇偠螌幽Ｊ揭妶D

2、1：、選題理由的簡易圖表三、課題簡介本次課題研究的三維小車，是為適應潛艇總段拼裝焊接 的工藝要求而開發(fā)的一種專用設備。小車由機械傳動系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)三大部分組成，用來實現(xiàn)船體六個自由 度方向的運動，從而改變船體姿態(tài)，完成對接。 對接原理：四、設定著力點和目標為了有效的完成課題， 首先明確具體的主攻點即 “著力點”。我們運用了 “課題分解、分析表 ”這一工具課題分解、分析表把握現(xiàn)狀著力點目標通過設計保證，受 經濟精度控制主 缸、付缸 的移動精 度主缸、 付缸的移 動精度 0.05通過工藝保證，受 工廠設備影響五個自由度方 向的運動精度采用有效可靠的電 控方案不同步性會導致小 車的破壞控

3、制車 組行走 同步性實現(xiàn)車 組行走 同步率 趨近于 100選擇恰當的傳動方 式提高液壓缸的制造精度采取斷電數據保護措施采取有效的用電防范措施通過 “課題分解、分析表 ”這一工具，我們找出了本次課題的兩個著力點，并針對這兩個著力點設定了兩個目標值。控制主缸、付 缸的移動精度控制行走機構 的同步性其中為了量化行走機構同步性，引入同步率的概念五、方案設計目標一：主缸、付缸的移動精度 0.05mm 的方案設計：我們從分析船體對接的工作流程入手，通過分析工作流程的每一個環(huán)節(jié)，提出了相應的實現(xiàn)目標的方案。開始測量相對位置將數據讀入工控機液壓機構和行 走機構先后動作N是否達到對接精度結束通過對流程圖的分析我

4、們發(fā)現(xiàn)有四個環(huán)節(jié)對主、付缸的移動精度有影響：1、測量的誤差2、工控機計算誤差3、發(fā)布指令的誤差，即通訊誤差4、液壓機構（即主、付缸）執(zhí)行指令的動作誤差 那么我們要控制主、付缸的移動精度就要消除這四個環(huán) 節(jié)的誤差。初步方案：方案選擇：方案 1：控制測量的誤差分析： 測量的誤差直接導致主、付缸運動與目標值的偏差， 是源頭誤差，其不僅影響主、付缸移動的精度，而且影響對 接的效率，小組成員一直認為應該采用此方案。結論： 方案 1 選擇通過方案 2、消除工控機計算的誤差分析： 工控機如果計算錯誤將會導致對接的失敗，但是，通 常只要系統(tǒng)穩(wěn)定，算法正確，就可以杜絕計算錯誤這種情況 的發(fā)生，沒有必要專門針對這

5、一問題采取措施。結論： 方案 2 被淘汰 方案 3、消除通訊的誤差 分析： 由于考慮到船臺工作現(xiàn)場有大量電焊機和氣刨機共電 源工作會發(fā)出電磁干擾，可能會造成通訊不暢，我們做了一 個模擬試驗：向多個目標發(fā)出通訊信號，人為地發(fā)出電磁干 擾，檢測各目標收到的數據一致性。我們發(fā)現(xiàn)：電磁干擾造 成各目標之間接受到的數據值存在偏差，干擾嚴重時還會造 成數據失真。結論： 方案 3 選擇通過方案 4： 液壓機構設置反饋裝置分析： 小組成員從有效性、可行性和經濟性三個方面進行分 析：分析結論有效性反饋裝置使發(fā)布指令和機構動作形成閉環(huán)控制，隨時調制機構動作精度，是最有效地提高移動精度的方法。可行性主缸有效行程 1

6、50mm，付缸有效行程 50mm， 設置反饋裝置簡單 易行。現(xiàn)有技術成熟。經濟性反饋裝置制造成本與被監(jiān)控機構行程有關， 由于主、 付缸行程短， 其設置反饋裝置經濟性好。結論： 方案 4 選擇通過最終方案： 最終方案通過對初步方案的進一步設計，我們確定了最終方案：目標二：行走機構車組同步率趨近于 100 整個三維小車系統(tǒng)在設計完畢后要實現(xiàn) 30 臺小車同時 工作，而每一臺小車都有其單獨的驅動機構，要實現(xiàn)同步動 作是一個難題。為了找到恰當的控制車組同步性的方案，小 組成員運用頭腦風暴法， 集思廣益， 進行了初步方案的設計。行走中速度一致通訊時間無誤差行走的距離一致首先要實現(xiàn)驅動機構輸 出的速度一致

7、， 同時要克 服行走過程中所受的阻 力對速度的影響在單位時間行走 距 離一致的情況下， 必 須各小車接受到 指 令的時間一致在速度一致的情況下，要 實現(xiàn)行走的距離一致必須 實現(xiàn)車輪的直徑一致。但 同時要考慮經濟性。設置反饋裝置是最有效 的解決這一問題的方法消除通訊的時間 誤 差控制車輪直徑的制造精度初步方案：方案選擇：方案 2、方案 3 小組成員一致選擇通過。方案 1、 行走機構設置反饋裝置分析： 我們從有效性、可行性和經濟性三個方面進行分析分析結論有效性通過反饋裝置使發(fā)布指令和機構動作形成閉環(huán)控制，隨時調整行 走速度使其與指令保持一致，是最有效地提高同步性的方法。可行性行走機構有效行程長達

8、30 米，設置反饋裝置不易于實現(xiàn)經濟性反饋裝置制造成本與被監(jiān)控機構行程有關，由于行走機構行程臺長短，其設置反饋裝置不具備經濟性。結論： 方案 1 被淘汰。BUT ：通過分析我們發(fā)現(xiàn)， 目標二的三個方案屬于 AND 手段， 必須同時選用才能達到控制同步性的目的，下面我們運用價 值工程分析法，來尋找 “設置反饋裝置 ”的替代方案。 價值工程分析法：首先進行功能整理：手段通過設置反饋裝置實現(xiàn)實輔時監(jiān)助控，功及時能調目的單位時間小車裝運行置距這離一一致輔單位時間伺服電功能機成的運本轉過圈數高一，致我們將工脈作沖控制重點放在改善輔助功能上（即：尋找其它實現(xiàn)車組同步動作的手段）達到降低成本，提高價值的目的

9、。目的手段目的手段目的手段（F表示功能， C表示成本 ）通過脈沖控制實現(xiàn)了與設置反饋裝置同樣的功能，同時節(jié)省了設置反饋機構的費用。使價值系數提高。替代方案： 實現(xiàn)脈沖控制的電控方案 最終方案設計： 最終方案 通過對初步方案的進一步設計，我們確定了最終方案：走構組行機車實現(xiàn)脈沖控制的電控方案率 近 10 控制通訊時間誤差控制車輪直徑制造精度設計能夠克服時間差的的通訊方案在經濟精度的范圍內盡量提高精度六、制定對策： 我們運用探求對策表進行制定對策，并對其進行評價， 詳見探求對策表（目標一） 、探求對策表（目標二） 。小組將制定的對策進行整理并制定責任人及完成時間，詳見對策表：序 號問題對策目標措施

10、時間負責 人選用市場調查市場上現(xiàn)有的選擇高現(xiàn)有的高測量精度精技術成熟的高精度1精度測精度測量確到微米測量儀，然后進行選2005.5黃小勇量儀儀型。提高系制定電控屏蔽現(xiàn)場的凈化電源， 采用抗干2005.62統(tǒng)抗干系統(tǒng)抗干電磁干擾擾能力強的的控制張凱擾能力擾方案器液壓系制定反饋實現(xiàn)動態(tài)反統(tǒng)設置主、付缸位置采用閉3反饋裝裝置設計饋和及時調環(huán)控制2005.6胡宏杰方案整置設計能制定詳細夠克服的通訊方使車組同時主從應答和系統(tǒng)廣4時間差案啟動，同時播相結合地通訊方2005.6黃曉黎的通訊停止式方式在經濟詳細設計在經濟的范精度的重點控制車輪尺寸5范圍內行走機構圍內將誤差精度2005.6胡三明尺寸精度降到最小

11、盡量提高行走機構精度6實現(xiàn)脈沖控制的方法制定脈沖控制方法的方案實現(xiàn)在502000 mm/min 范 圍無級變速通過改變單位時間內的脈沖數量， 達到對速度的調整2005.6張凱探求對策（系統(tǒng)圖）選擇高精度測量儀探求對策表（目標一）控制 主缸 、付 缸的 移動 精度提高系統(tǒng)抗干擾能力選用抗干擾能力強的控制器，同時屏蔽外界干擾液壓系統(tǒng)設 置反饋裝置期望效果預想到的問題具體對策內容評價綜 合 評 價經濟 性實現(xiàn) 性高精度且可 靠性高測量儀不能適應船體的 惡劣工作環(huán)境選用可靠性高的高精度測 量儀選 擇高精度且可 靠性高設計成本過高，且周期 過長專門針對船體的惡劣工作 環(huán)境設計滿足要求的高精 度測量儀淘

12、汰系統(tǒng)不受干 擾抗干擾效果不佳通過凈化電源等屏蔽外界 干擾淘 汰系統(tǒng)不受干 擾選用抗干擾能力強的控制 器，并采取措施屏蔽外界 干擾選 擇實現(xiàn)實時監(jiān) 控通過監(jiān)控元件實現(xiàn)對主、 付缸的閉環(huán)控制選 擇選用市場現(xiàn)有技術成熟的高精度測量儀專門設計三維小車系 統(tǒng)適用高精度測量儀在不改變控制硬件的條件下 采取相應措施屏蔽外界干擾在發(fā)布指令與機構動 作之間增設反饋裝置探求對策（系統(tǒng)圖）通訊電纜采用并行連接方式，克服通訊時間差探求對策表（目標二）期望效果 預想到的問題小車數量多，前后拉實現(xiàn)車組同時 開距離遠，并行連接啟動同時停止 方式難以實現(xiàn)，成本高評價具體對策內容通訊電纜并行連接綜合評價控制 行走 機構 同步

13、 性實現(xiàn)車組同時 啟動同時停止通訊方案較復雜仍然采用串行連接， 采 用系統(tǒng)廣播方式實現(xiàn) 同時啟動和同時停止設計能夠克 服時間差的 通訊方式采用主從應答和系統(tǒng)廣播相結合的通訊方式制造誤差對同 步性影響很小實現(xiàn)50-2000mm/min 用脈沖控制實現(xiàn)無級 范 圍 內 的 無 級變速是難點變速進行詳細設計并進行驗證通過改變單位時間內 的脈沖數量， 達到對速 度的調整七、對策實施：實施一、選擇高精度測量儀SCR3923光柵尺通過市場選型，最終選用 SCR3923 光柵尺系統(tǒng)的高可 靠性使它即使在惡劣的條件下也能保證正確工作。 特制的防 護用來防止任何故障。不用維護，減少維修。 （特別適合船 臺的工作

14、環(huán)境） ，其測量的精度達到 10.5 m。 制定電控系統(tǒng)抗干擾方案，屏蔽現(xiàn)場的電磁干擾小車控制柜直徑名義尺寸：B C D E0.05mmLmax t* *Dmax*n選定公差范圍：F GLmin t*Dmin*n通過實現(xiàn)脈沖控制我們不但降低了因為電流比例放大控制方式 帶來的控制精度誤差，同時還解決了因為行走時所受的阻力不同而帶來的誤 差。小車序號副列小車主列小車小車編號理論調整 距離實際調整 距離小車編號理論調整 距離實際調整 距離1510.0010.01110.009.972610.0010.02210.0010.043710.0010.00310.009.984810.009.99410.

15、009.99實驗結果 評價移動精度滿足 0.05mm，達到目標值。副列小車主列小車小車編號理論調整 距離實際調整 距離小車編號理論調整 距離實際調整 距離15-5.00-0.50215.005.0126-5.00-0.49925.005.0037-5.00-0.50135.005.0448-5.00-0.50345.004.98實驗結果 評價移動精度滿足 0.05mm，達到目標值小車序號副列小車主列小車小車編號理論調整 距離實際調整 距離小車編號理論調整 距離實際調整 距離1510.009.9510.000.002610.0010.0020.000.003710.009.9930.000.00

16、4810.009.9740.000.00實驗結果 評價移動精度滿足 0.05mm，達到目標值備注主列不移動，付列發(fā)生垂直位移小車序號副列小車主列小車小車編號理論調整 距離實際調整 距離小車編號理論調整 距離實際調整 距離156.006.0216.005.992612.0012.00212.0011.993718.0017.99318.0017.974824.0023.95424.0023.99實驗結果 評價移動精度滿足 0.05mm，達到目標值小車序號副列小車主列小車小車編號理論調整 距離實際調整 距離小車編號理論調整 距離實際調整 距離156.006.021-6.00-6.012612.0012.012-12.00-12.003718.0017.993-18.00-18.