Мы приехали в Госметр посмотреть, как устроено производство аналитических и лабораторных весов. Нам, как производителю, интересно разобраться, как работают инженерные процессы на другом предприятии.

В экскурсии участвовали инженеры Госметра, поэтому мы смогли узнать все подробности создания  весов — от металлической заготовки до прибора, прошедшего поверку.

Мы не ставили перед собой задачу сделать пресс-тур. Мы хотели собрать полное представление о самом производстве: какие операции выполняют вручную, какие автоматизируют.

В этом материале мы попробуем передать, как устроен процесс изнутри, и почему прибор с тремя, четырьмя или пятью знаками после запятой требует такой цепочки инженерных операций.

Немного о Госметре

Госметр — одно из старейших предприятий в России, которое занимается производством весов. Первая мастерская появилась в 1925 году. В советское время завод стал основным производителем аналитических и лабораторных весов и сохранял эту роль многие десятилетия.

В 1990-е годы предприятие, как и многие другие, переживало тяжелый период. Тем не менее инженерная команда и конструкторская база сохранились, и производство удалось сохранить. Сегодня Госметр продолжает выпускать аналитические, лабораторные и технические весы и расширяет их линейку.

Предприятие выпускает около пяти тысяч весов в год, а также развивает линейку сопутствующего лабораторного оборудования — например, обеспыленное лабораторное рабочее место и аппарат для очистки кислот (подробнее об этом ниже).

Кстати, рекомендуем заглянуть в музей весов, где представлено много интересных исторических образцов. Ниже прилагаем ролик про производство.

Дополнительные фото

Начало пути весов: механический участок

Заготовки и литейка

Алюминиевые детали для весов поступают с литейных производств Санкт-Петербурга. К ним относятся основания приборов, элементы корпусов и отдельные кронштейны — детали, которые задают геометрию будущих весов.

Литейные заготовки приходят с типичными дефектами: раковинами, наплывами и следами износа форм. 

Обработка металла

Важную роль в процессе играет ручная доводка. На этом этапе выравнивают поверхности, убирают излишки металла и подготавливают зоны, которые в дальнейшем будут контактировать с датчиками и механикой. Здесь же принимают решение, подходит ли деталь для дальнейших операций или ее нужно забраковать.

После первичной проверки деталь переходит к обработке. Рабочие вручную убирают дефекты литья, шлифуют поверхности и готовят детали к покраске. Затем выполняют сверление отверстий и нарезают резьбу — от этих операций зависит точность сборки и совпадение всех посадочных мест на следующих этапах.

Отдельным этапом идет шпаклевание. Несмотря на то что детали металлические, шпаклевку применяют, чтобы скрыть мелкие дефекты литья, которые проявились бы после покраски.

Дополнительные фото

Сборка весов: инженерная кухня

После механического участка заготовки проходят порошковую окраску, а затем поступают на участок сборки.

Установка датчиков и механики

Работу начинают с установки базовых элементов: ножек, пузырькового уровня и весоизмерительного датчика. Часть моделей использует тензодатчик — классическую конструкцию, где деформация балки фиксируется тензорезисторами.

В аналитических и полумикровесах применяют другую технологию — систему электромагнитной компенсации, в которой показания формируются по перемещению катушки в магнитном поле. Полумикровесами обычно называют весы с дискретностью 0,01 мг и меньше — это общепринятое обозначение в отрасли.

Во время экскурсии показали оба варианта. Для крупных весов применяют тензодатчики, которые зарубежные производители изготавливают по специальному заказу для Госметра: попытки локализовать их выпуск оказались слишком дорогими.

В аналитических моделях предприятие использует собственные моноблочные узлы. Основную механику таких узлов делают на заводе, а чувствительные элементы закупают у зарубежных поставщиков.

Дополнительные фото

Платы и электроника

Электронику для весов разрабатывают внутри предприятия. Платы проектируют в Госметре, а затем либо монтируют вручную, либо передают подрядчикам на серийный монтаж в зависимости от тиража. Платы разных серий отличаются назначением и набором узлов.

В экскурсии отметили, что именно сочетание собственной электроники и механических решений позволяет поддерживать несколько линеек весов — от технических до аналитических.

Дополнительные фото

Встроенная гиря vs внешняя калибровка

Многие модели выпускают в двух вариантах: со встроенной юстировочной гирей и без нее.

Как работает встроенная гиря

Гиря опускается на датчик, прибор выполняет калибровку и поднимает гирю обратно. Процесс не требует вмешательства пользователя.

Во время экскурсии мы наблюдали работу механизма в демонстрационной модели с прозрачным корпусом.

Почему внешнюю гирю нельзя трогать руками

В моделях без встроенной юстировочной гири пользователь выполняет калибровку с помощью внешней калибровочной гири. Такую гирю необходимо сдавать на поверку один раз в год, что добавляет пользователю отдельную операцию по обслуживанию весов.

При работе с калибровочной гирей важно не брать ее голыми руками. Жировые следы от пальцев изменяют массу гири, даже если визуально это незаметно. В результате весы могут откалиброваться с ошибкой.

Если гирю все-таки коснулись руками, ее приходится очищать и повторно сдавать на поверку, прежде чем использовать для калибровки.

Плюсы и минусы двух подходов

• Встроенная гиря экономит время, снижает риск ошибки и избавляет лабораторию от необходимости ежегодно поверять комплект гирь.

• Внешняя калибровка удешевляет сами весы, но требует покупки и регулярной поверки гирь. Для некоторых пользователей такая схема остается предпочтительной, поэтому в линейке сохраняются оба варианта.

Термокамера: один из этапов контроля качества

Перед финальной настройкой каждый экземпляр весов проходит температурные испытания. Это позволяет учесть влияние температуры на механику и электронику и задать необходимые корректировочные коэффициенты.

Что происходит в камере

Каждые весы проводят в термокамере около шестнадцати часов:

• восемь часов при повышенной температуре, примерно до +40 °C;

• восемь часов при пониженной температуре, около +16...18 °C.

Во время этого цикла фиксируют изменение показаний и рассчитывают температурные коэффициенты. Эти данные используют при индивидуальной настройке весов, когда инженер вводит термокоррекцию и другие параметры.

Как используют термокамеру помимо серийных испытаний

Термокамера служит не только частью серийного контроля. В ходе экскурсии рассказали, что инженеры используют ее также для:

• испытаний новых моделей весов на температурную стабильность, прежде чем запускать их в производство;

• периодического контроля изменений в приборах, например после обновления электроники или замены компонентов.

Это позволяет вовремя увидеть отклонения и скорректировать конструкцию или настройки.

Автоматизация камеры на Wiren Board

Компания SETPOINT собрала систему управления термокамерой на контроллере Wiren Board 8. Контроллер работает вместе с шестью датчиками WB-MSW v.4, которые измеряют температуру и влажность в разных точках камеры.

Трехканальный модуль реле WB-MRWL3 управляет электрическими радиаторами и освещением. Герконовый датчик, установленный в двери камеры, подключен к дискретному входу контроллера: система отслеживает, открыта дверь или закрыта. К контроллеру подключен и датчик дыма. Если он срабатывает, контроллер отключает нагрев и охлаждение и включает зуммер.

Охлаждение камеры выполняет кондиционер LG. Управление кондиционером реализовано через ИК-канал одного из датчиков WB-MSW v.4.

Интерфейс управления построен с использованием многофункционального редактора визуализации XIOT. 

На панели управления: 

• отображаются температуры с шести датчиков и графики их изменения;

• показывается состояние двери и датчика дыма;

• есть органы управления нагревом, охлаждением и освещением;

• можно задать расписание режима «Испытания»;

• выведены изображение с IP-камер.

Такая система не меняет технологический процесс, а просто снимает с инженеров рутинные действия и дает возможность контролировать работу термокамеры через единый интерфейс.

Дополнительные фото

Настройка: точность рождается руками

После термокамеры весы проходят индивидуальную настройку. Здесь уже не работают с железом, весь процесс связан с точными измерениями и подбором коэффициентов. Этот этап и определяет точность весов.

Инженер получает данные, которые собрали в термокамере, и вводит коэффициенты термокоррекции. Затем он добивается, чтобы весы давали одинаковые показания при расположении груза в центральной точке платформы, и в четырех угловых.

Наконец, инженер задает несколько корректирующих параметров для самого  датчика и механики: корректирует скорость стабилизации, пороги фильтрации, параметры компенсации и другие настройки, которые зависят от конкретной модели.

Эта работа требует аккуратности: каждые весы в процессе настройки могут вести себя по-разному, поэтому каждый экземпляр проходит индивидуальную процедуру доводки.

Дополнительные фото

Работа метрологов

После настройки весы передают метрологам. Они контролируют выполнение нормативных метрологических требований к весам. Когда инженер и метролог завершают свои этапы, весы готовы к сдаче поверителю.

Поверка

Поверители приезжают на предприятие два раза в неделю и принимают партии готовых приборов. Они проверяют соответствие метрологическим характеристикам и оформляют документы, которые позволяют выпускать весы в обращение.

После поверки весы отправляют на упаковку и затем на отгрузку.

Дополнительные фото

Склад, логистика и запас деталей

На предприятии держат значительный запас компонентов и готовых узлов. Во время экскурсии нам рассказали, что склад формируют с расчетом примерно на полгода работы. Такой запас позволяет не останавливать производство, если поставщик задерживает поставку или если на рынке возникает дефицит отдельных компонентов.

К типичным рискам относят перебои с литейными производствами, отсутствие нужных партий пластиковых и алюминиевых деталей, а также задержки поставок электронных компонентов. 

Отдельная зона на предприятии работает как сервисный участок. Здесь инженеры принимают весы, которые поступают от пользователей, проводят диагностику, обслуживание и ремонт. В работе используют те же комплектующие, что и в производстве, поэтому сроки обслуживания остаются предсказуемыми и не зависят от поставок редких деталей.

Лабораторное оборудование: другой этаж

На одном из этажей предприятия находится зона, где собирают лабораторное оборудование, которое расширяет номенклатуру предприятия.

Аппарат для очистки кислот

Этот прибор используют для очистки кислот в лабораториях. Аппарат выпаривает кислоту с последующей конденсацией и позволяет получить более чистый продукт, что важно для аналитических работ. Производством аппарата занимается отдельный участок предприятия.

Дополнительные фото

Обеспыленное лабораторное рабочее место

Рядом располагается сборка обеспыленного лабораторного рабочего места. Это компактный модуль, который формирует локальную чистую рабочую зону непосредственно в месте проведения работ. Его используют в ситуациях, когда необходимо работать с образцами, чувствительными к пыли и внешним загрязнениям.

Обеспыленное рабочее место снижает влияние внешней среды на процесс пробоподготовки и защищает его от пыли, аэрозолей и паров реагентов. По функциональности оно выступает экономичной альтернативой чистой комнате, при этом конструкция позволяет легко и оперативно перемещать модуль в пределах лаборатории.

Дополнительные фото

Будущие модули для жидкостной хроматографии

Сотрудники рассказали, что предприятие планирует выпуск отдельных узлов для жидкостных хроматографов. Это долгосрочный проект: часть разработок уже ведут внутри компании, а часть технологической базы готовят к расширению.

Заключение: что мы увидели

Экскурсия по Госметру показала, сколько труда и аккуратной ручной работы стоит за приборами, которые дают результаты с точностью в три, четыре или пять знаков после запятой.

Производственный процесс соединяет несколько инженерных дисциплин. Механический участок формирует корпус и основу будущего прибора. На сборке встречаются механика и электроника: датчики, моноблоки, платы собственной разработки. На финальных этапах вступает метрология, где проверяют, как собранный прибор ведет себя при реальных измерениях.

Wiren Board в этой картине — просто один из инструментов, который использует предприятие. Он управляет термокамерой и облегчает работу инженеров. Основная ценность остается в людях и их опыте: именно они собирают и настраивают весы, превращая набор деталей в измерительный прибор.