控制論在計量技術應用的過程中,是根據產品的質量性能的要求,對“量”的信息的控制,在計量管理系統中,控制產品生產系統中物質的計量、能源的計量以及為質量檢驗提供準確的計量數據以及系統中的檢測信息比較等。
“量”的測定離不開計量
在冶煉過程中,燃料的控制,溫度的調節,物料輸送、燃燒系統、助風系統、冷卻系統,除塵系統等,都需要測定和控制準確的“量”。量的變化就必然涉及到質量變化。只有準確地測定和控制“量”的轉化,通過信息比較修正達到最佳數據,才能保證企業生產出優質產品。這個“量”的測定和控制,憑人眼和經驗無法達到精確,這就需要我們通過計量測試手段,采用自動控制技術,應用計算機來完成。如果計量不準確,量值不統一,必然會造成自動控制系統的信息紊亂,使其不能準確控制造成誤動作,使系統無法運行。在自動化控制中,計量在動態控制環路(即在加工過程中同時進行測量)中和在使用于生產作業生產線的自動測量中,作為控制系統執行環節,通過反饋(與尺寸計量有關的機器控制)還可降低廢品率,同時,也使生產節奏加快。計量控制在生產的檢驗程序中降低成本,節約原材料;在成批量生產中進行100%的檢驗。在制造模具的工作中,計量控制能保證模具表面進行精確的三度空間的檢驗。除了提高質量外,計量控制對產品實際狀況進行更精確、更可靠地分析,準確判斷出正品還是廢品。在自動控制中,計量技術按規定的質量標準來控制生產中的產品質量,計算機對計量控制結果進行自動記錄,數據儲存,這不僅在統計學上很重要,而且在產品質量控制中有著重要的作用。
比如我們使用計算機進行自動控制,那么我們首先必須給它輸入可靠準確的信息。硬度合金的燒結是采用真空燒結法,這樣能使硬質合金質量合格率比原來氫氣燒結法提高9%,切削系統提高40%,每噸成本下降2000元左右,可真空燒結技術是在人看不見,摸不著的金屬密封爐內真空狀態下燒結的。爐內最佳溫度必須控制在1450℃±10℃范圍內,要達到這樣的理想條件,除了工藝、材料、設備外,這就必須使用準確的計量儀表進行測試和自動控制。聚氯乙烯工廠車間進行合釜溫度控制,要求調節和控制必須精確,這就要進行自動控制,只有這樣才能使溫度準確控制在50℃±0.2℃范圍。生產玻璃的熔爐里,爐膛液位僅允許波動在±0.3mmHg~0.5mmHg范圍,壓力額定為2mmHg或3mmHg水柱時,要求控制在±0.2mmHg水柱內,比人們呼吸的氣壓變化還少,成型作業區溫度只允許在1560℃±2℃范圍,這些都要求計量儀器儀表來準確測量和控制,人工是根本無法實現的。在集成電路生產中,在2至6個平方毫米一塊硅基片上,要集成幾百、幾千個門電路,包托上萬、上百萬個元件,這些集成元件參數、電路的性能指標,就必須通過計量測試來獲得,計量在集成電路控制中涉及到多學科、微區、微量、微電子計量測試,其目的是為了使集成電路在控制過程中對材料、工藝和儀器作出評價,及時準確地提供可靠的質量信息,以便進行判別與工藝上的改進。
集成電路生產中必須采用先進的工藝和嚴格的自動控制,只有這樣,才能使成品率提高和參數數據準確可靠。工藝監控要靠在關鍵環節上用計量測試設備進行檢驗,并在必要時根據檢測數據來對工藝過程進行修正,以獲得理想的效果。我們說計量檢測是工業生產的“眼睛”,采用激光技術后,這雙“眼睛”就更加明亮了。激光計量檢測是非接觸式的,不直接碰觸物體,不影響測量對象和現場,還可遙測,比較方便的對高溫或不宜接近的有害物場所做檢測。同時與電子技術相結合,能實現自動化檢測和在線檢測。激光導向、準直測量用途較廣,礦井掘進就需要給挖掘機導向,讓它準直線掘進。高層建筑安裝電梯、大型發動機組安裝轉子、造大輪船時調整發動機主軸系統、定中心線等,都需準直線測量。中國計量科學研究院在上世紀80年代初采用激光準直線測量法給火箭撬滑軌試驗進行激光準直測量,使3132米的長度測量精度達到1×10-6,在全長范圍任意15米內,在軌道扣點處主軌相對基準線的水平方向和垂直方向允許偏差達到0.2毫米。上海磁懸浮列車軌道建設中,使10080根水泥墩柱和30公里長的軌道誤差只有1毫米。在國防現代化建設中,武器的命中精度越來越高,要實現高精度的命中率,就要求發動機推動,流量、壓力、溫度的測量精度大大提高,同時還要求建立多功能自動化控制的寬頻帶的測試系統,計量測試自動控制就必須提高到一個新水平。
有一種準時生產新技術,要求時間計量準確,這種準時生產是指在隨機得到定單的情況下,把產品所需的成千上萬個零件都排成順序,所有的加工件、外加工件、外購件都按規定的時刻出現在規定的加工或裝配工位上,按規定的時間生產出產品,并立即交貨。采用準時生產方式,因為沒設倉庫,也沒有成品庫房,從而生產周期短、成本低,可實現資金回轉快,高速高效的生產。
計量科技在自動化控制過程中,可以說隨處可見,沒有準確的計量,信息控制、物料控制、產品隨機檢驗、輸入輸出間的相互比較的誤差修正等都會遇到不可逾越的困難。準確的控制以準確的計量為基礎,沒有計量就沒有科學,就沒有自動化控制的實現。自動控制推動社會文明
在當今社會里,家庭、辦公室、工廠、公共場所,不論是工作、學習,還是休息,可以說自動化設備無處不在,人類發展了自動化技術,它反過來又為人類建立了新的、完美的、先進的生產和生活方式。智能機器代替人的部分腦力勞動,使人的生產和生活模式變成了人機、智機相結合的方式。自動化程度越高,機器就越復雜,這就需要人們提高文化水平和人類自身的素質,不斷地去創造、去研究、去開發、去發展新的技術和設備,這正是人為萬物之靈的關鍵所在,也是人類自身發展的關鍵所在,自動化的進展水平促進了人類文明的不斷提高,使人類不斷地進入了一個個新時代,同時,也為計量科學技術提出了新的課題和新的任務。
作者:潘必卿 盧敬叁
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