Теория и техника систем числового программного управления с открытой модульной архитектурой для автоматизации машиностроительного оборудования

• Автор: Мартинов Георги Мартинов
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 228 с. : ил

Содержание стр.

га .и.и дд. т.тдд .гчдгяв .ттгятд

Список РИСУНКОВ.

Список таблиц.

Файлсосог i.

Основные обозначения и сокращения

Основные обозначения и сокращения

Аббревиатура Расшифровка Эквивалент в русской

терминологии

I ii I Интерфейс прикладных программ

i i Система автоматизированного проектирования

i iii i Поддержка Жизненного Цикла Изделия
САМ i i Система автоматизированной подготовки производства
i ii Система автоматизированного проектирования
i Компьютерное числовое программное управление ЧПУ
Модель компонентных объектов
i i i Динамически подключаемая библиотека
I i I Графический интерфейс пользователя
I i I Интерфейс пользователя
ii i Производитель собственного оборудования
ii i Механизм протокол связывания и внедрения объектов
Персональный компьютер
Персональный программируемый контроллер
i Персональная система ЧПУ
i Программируемый контроллер
vi iii Система интеграции устройств и получение данных на уровне предприятия
Содержание


Аббревиатура
ОСРВ
i i ii
x
ii i
Стек протоколов последовательной сетевой коммуникации в реальном времени
Стандарт на обмен
производственной
информацией
Унифицированный язык моделирования
Расшифровка
Операционная
система
Операционная система реального времени
Числовое
программное
управление
0 i.
Введение
Введение
Изготовление продукции, конкурентоспособной на внутреннем и внешнем рынках, требует внедрения автоматизации и применения новейших технологий. При этом необходимы значительные капитальные затраты, об эффективности которых трудно судить на стадии проектирования. Несмотря на накопленный опыт создания отдельных высокоэффективных технологических систем, в разной степени удовлетворяющих запросы производства отсутствует опыт их тиражирования и адаптации к конкретным условиям.
Сегодня производственная сфера переориентируется на использование информационных технологий. Все более актуальной становится проблема создания производственных систем, обеспечивающих информационное сопровождение полного Жизненного Цикла Изделия . Под изделием здесь понимается сложный технический объект, удовлетворяющий долговременным интересам многих потребителей, и допускающий множество вариантов его использования самими потребителями без непосредственного контакта с производителем . Компьютеризованные информационные системы, охватывающие все этапы Жизненного Цикла Изделия, получили название , а процессы их использования технологией. В зависимости от вида изделия и поставленных целей возможны варианты разбиения Жизненного Цикла на этапы. Для такого сложного объекта, как система ЧПУ, в настоящей работе выделены такие этапы ее существования у производителя, у станкостроителя и у потребителя .
Применительно к ЧПУ технология должна поддерживать обмен контекстнозависимыми данными между этапами Жизненного Цикла Изделия с использованием уже существующих и работающих моделей и стандартов ЧПУ, в рамках общей концепции управления созданием систем ЧПУ, в значительной степени независимой от их конкретной реализации.
Мелкие и средние фирмы, составляющие большинство в развитых странах, нуждаются в производствах, которые обладают структурной, функциональной и технологической гибкостью. Такие производства создают на базе оборудования с ЧПУ, так как только системы ЧПУ располагают потенциалом обеспечения гибкости на всех стадиях жизненного цикла у производителя, станкостроителя
Файл. i.
Введение
и конечного пользователя. Созданные на основе систем ЧПУ технологические комплексы позволяют, при разумном сочетании программных и аппаратных решений, компромиссным образом удовлетворять противоречивым
требованиям гибкости и быстродействия .
На сегодняшний день до продукции фирм, производящих системы ЧПУ, предназначены для крупных заказчиков. Остальную часть составляют мелкие заказы и единичные изделия. При этом любые пользователи хотели бы применять системы ЧПУ в своих специфических технологических производствах иметь собственные интерфейсы с оператором системы ЧПУ работать с программным обеспечением ЧПУ, использующим их собственное ноухау а также применять покупные коммерческие программные продукты. Целый ряд важнейших факторов см. Табл. 1 инициировал потребность в системах ЧПУ нового типа.
Табл. Основные факторы, инициирующие потребность в системах ЧПУ нового
Факторы Новые потребительские свойства
1. Большая доля специальных и мелкосерийных систем ЧПУ
2. Необходимость конфигурации систем ЧПУ для разных типов станков.
3. Применение систем ЧПУ в новых областях.
Открытая архитектура для производителей систем ЧПУ, станкостроителей и конечных пользователей, обеспечивающая независимость от изменений базовой платформы.
Модульная
конфигурацию
управления.
архитектура, допускающая под конкретные задачи
Возможность встраивания покупных программных пакетов, решающих проблемноориентированные задачи.
В настоящее время сокращается выпуск специализированных систем ЧПУ для станков разных технологических типов для фрезерных, шлифовальных, электроэрозионных, лазерных станков и т.д Возрастание сложности систем ЧПУ, повышение технологических и потребительских требований к ним не позволяют производителям систем ЧПУ выпускать принципиально разные системы ЧПУ для различных технологических задач. Возникает потребность в системах ЧПУ нового поколения, обладающих отрытой модульной архитектурой, конфигурируемых под разнообразные конкретные задачи.
Файл i.
Введение
Применение систем ЧПУ в новых областях связано со стремительным проникновением вычислительной техники в самые различные сферы деятельности человека. Помимо станков, системы ЧПУ используют в испытательных стендах, в стендах контроля в производствах, не связанных с машиностроением, где требуются исключительно высокие скорости отработки задания и минимальное время перестройки на новую продукцию.
Указанные факторы привели к тому, что проблема создания систем ЧПУ нового поколения вышла за пределы внутрипроизводственных и отраслевых задач и превратилась в национальную и межгосударственную. Важность и актуальность этой проблемы подтверждается тем, что за последние несколько лет разработан ряд национальных и международных проектов, объединивших производителей систем ЧПУ, станкостроителей, крупных пользователей и независимых поставщиков программного и аппаратного обеспечения, с целью создания систем ЧПУ нового типа. В американском проекте ОМАС i , общеевропейских проектах i ii i и в немецком проекте , в японских проектах I Ii i i и vi i приняли участие десятки национальных и международных компаний.
В рамках указанных проектов тенденции развития систем ЧПУ состоят в коренном переосмыслении потребительских свойств, структуры, архитектуры и математического обеспечения систем ЧПУ . В идеале любая современная система ЧПУ должна обладать открытой модульной архитектурой, в которой стандартизованы как отдельные модули, так и их интерфейсы. Подобная проблема до сих пор полностью решена не была. Именно персональные системы ЧПУ типа i относятся к принципиально новому поколению систем управления , , . Они допускают конфигурирование на всех этапах жизненного цикла, позволяют интегрировать покупные программные продукты, обеспечивают непрерывную эволюцию в условиях максимальной независимости от базовой платформы, предоставляют возможность доступа к информации о состояниях любого программного модуля системы, а также к диагностической информации
0 i. дата
Введение


Современные системы ЧПУ. Тенденции и проблемы развития
опережающий просмотр, используют языки высокого уровня, предпринимаются попытки применить перспективные языки для задания управляющих программ, например, I ii i i Ii i iv i, 3. Системы ЧПУ предоставляют богатый сетевой сервис, начиная с простого подключения к внешней среде и вплоть до дистанционного диагностирования управления электроавтоматикой и приводами. Подобные потребительские свойства накладывают жесткие временные ограничения на алгоритмы подготовки и отработки интерполяции кадров управляющих программ, а также требует использования цифровых приводов 5, 6. Обработка нетехнологичных деталей с поверхностями свободной формы нуждается в сложных алгоритмах и математическом обеспечении, а также в серьезных вычислительных ресурсах. Система ЧПУ постепенно становится все более сложной, что затрудняет ее обслуживание и полнофункциональное использование. По этой причине все нетрадиционные рабочие функции оформляются как опции системы. Различные производители поразному подходят к реализации новых потребительских свойств систем ЧПУ. При этом, однако, несмотря на специфичность подходов, в области построения систем ЧПУ можно выделить некоторые установившиеся тенденции. Современные тенденции развития в области систем ЧПУ 6, 7, 2, 7, 5, определяются стремлением снизить себестоимость и производственные затраты, обеспечить высокую степень гибкости. Систематизируя эти тенденции см. Рис. Гпава 1. Современные системы ЧПУ. Тенденции и проблемы развития
однокомпьютерной платформы структура управления построена на основе принципов технологупрограммисту предлагаются новые управляющих программ. Совместимость сверхувниз Надежность программных инвестиций Быстрое внедрение новых технологий I Низкая себестоимость г Формальноя организация процесса создания сложных . СО
О га
о. I . ГТТТ К Ч ЯЛ к 1 и. Рис. Тенденции развития систем ЧПУ Указанные тенденции с учетом новых перспективных потребительских свойств см. Табл. ЧПУ, но и обнаруживают целый ряд нерешенных проблем задач. Файл. Ыог i. Гпава 1. Современные системы ЧПУ. Тенденции и проблемы развития
формулирования задач исследования при создании систем . Тенденции развития компьютерного рынка оказывают прямое влияние на позиции производителей устройств ЧПУ. Развитие РСтехнологий одновременно расширяет и возможности систем управления , , 1, 0, 2. Так, накопление арсенала модульного программного обеспечения персонального компьютера для решения задач реального времени создает предпосылки для превращения персонального компьютера в универсальную систему управления. Серьезные изменения в аппаратных и программных технологиях происходит каждые несколько месяцев. При этом всякий новый продукт поддерживает функциональность своих предшественников. Разработчики собственной аппаратуры систем управления реализуют в своих системах многое из РСтехнологий, при этом отстают от них на месяцев. Следует заметить, что себестоимость систем управления на базе ниже, поскольку широкое производство персональных компьютеров стимулирует снижение цен на рынке компонентов. Ситуация в сфере систем управления аналогична раннему уровню развития компьютерной индустрии, когда любые две машины разных производителей например, I и не могли обмениваться информацией без дополнительного пользовательского программирования. Внедрение стандартов позволило строить межкомпьютерные связи, независимо от протяженности и особенностей сетевых систем. Эти стандарты поддержаны приложениями, использующими мощные базы данных, и клиентсерверными инструментальными средствами. Таким образом, программисты могут теперь сосредоточиться на решении основных задач, не отвлекаясь на реализацию коммуникационного обмена. Развитие систем управления пройдет по тому же пути. Потребители систем управления нуждаются в интегрированном информационном пространстве в рамках полного производственного процесса. Для этого необходимо организовать эффективный обмен данными между приложениями и устройствами различных систем управления. Файл.