Введение

Микропроцессорная техника (МПТ) приобретает большое зна­чение в современном научно-техническом прогрессе, является техни­ческой базой широкой автоматизации производственных процессов, повышения интеллектуального уровня и производительности труда в самой важной отрасли - станкостроении.

Современные СЧПУ проектируются на базе микропроцессоров и микроЭВМ, что обеспечивает возможность программной настройки и специализации в процессе эксплуатации, высокие технические харак­теристики, многофункциональное применение.

Применение микро- и минипроцессорной техники для управле­ния металлорежущими станками (МРС) и станочными комплексами (СК) создает предпосылки для качественного изменения функцио­нальных возможностей станков, создания гибких производственных систем (ГПС), предназначенных для автоматизации всех этапов ма­шиностроительного производства. Электронное управление позволяет создавать новые компоновки станков, в которых механические связи координат заменяются многокоординатным управлением электропри­водами с заданием законов движения каждому приводу ЧПУ.

Область техники, относящаяся к построению механизмов и ма­шин с электронным управлением, получила название МЕХАТРОНИКА, которая в станкостроении интенсивно развивается.

Особенности развития станкостроения на современном этапе - существенное увеличение в структуре выпуска высокоточных и высо­копроизводительных металлорежущих станков, технический уровень которых обеспечивается повышением степени автоматизации и еди­ной мощности машин, реализацией технологических процессов на форсированных режимах, концентрацией операций на одном рабочем месте. Наблюдается постоянно растущий интерес к новым прогрес­сивным технологиям, повышающим уровень автоматизации производ­ства и точность обработки. Для производства многих видов продукции прецизионное машиностроение приобретает первостепенное значение с экономической точки зрения.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

А – аккумулятор, регистр МП, принимающий участие почти во всех операциях МП;

Ассемблер – язык низкого уровня, отражающий набор команд конкретной машины, записанных в мнемокодах;

АСУП – автоматизированные системы управления предприяти­ем;

АСТПП – автоматизированная система технологической подго­товки производства;

АСУОТ – АС организационно-технологического управления;

АРМ – автоматизированное рабочее место;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

Байт – единица количества информации, состоящая из восьми двоичных разрядов, один байт равняется восемь бит;

Бит – единица количества информации, состоящая из одного двоичного разряда;

БИС – большая интегральная система;

БСА – блок-схема алгоритмов;

ГПС – гибкая производственная система (ГОСТ 26228-85);

ГАЛ – гибкая автоматическая линия;

ГАЦ – гибкий автоматический цех;

D – («destination» - место назначения) обозначение регистра приемника операндов, используются в командах; в качестве D высту­пает РОН, М, А и др.;

Интерфейс – устройство сопряжения;

К – константа, в командах используется как номер регистра;

КО – код операции команды;

М – номер ячейки памяти (ОЗУ, ПЗУ или ПТЗУ) - ее адрес;

МикроЭВМ – конструктивно завершенное вычислительное уст­ройство, реализованное на базе МП - набора БИС и оформленное в виде автономного прибора со своим источником питания, блоком связи с периферийным устройством (интерфейсом) ввода-вывода и ком­плексом программного обеспечения;

МК – (микроконтроллер) - устройство логического или динами­ческого управления, выполненное на базе МП;

ММПС – (мультипроцессорная система) - система, в которой используется более одного МП, обеспеченные параллельной обработ­кой информации и распределенным управлением;

Мнемокод – символический язык, состоящий из сокращенных английских названий машинных команд для облегчения команды пользователя.

МП – (микропроцессор) - функционально законченное устройст-(БИС), выполняющее операции с исходными данными в соответст­вии с программой, поступающей на его вход;

МПН – (микропроцессорный набор) - совокупность совместимых БИС специально разработанных для построения различных МП сис­тем;

МПС – (микропроцессорная система) - любая вычислительная,

контрольно-измерительная или управляющая система (в том числе и система ЧПУ), построенная на основе МП;

НГДМ – накопитель на гибком магнитном диске (внешняя па­мять ЭВМ);

Однокристальная микроЭВМ – ЭВМ на одном кристалле, в ко­торой размещены процессор, память и УВВ (порты);

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

Операнд – данные (числа, адреса ячеек памяти РОН и др.), уча­ствующие в операции;

ОС – операционная система.

Память – ячейки ОЗУ, ПЗУ или ППЗУ, обычно с адресами, обо­значенными символом М;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

ППЗУ – перепрограммируемое постоянное запоминающее уст­ройство;

ПМО – программно-математическое обеспечение;

ПР – промышленные роботы;

ПУ – программное управление;

ПО – программное обеспечение;

ППП – прикладной программный продукт;

ПК – программируемый контроллер;

ППП – пакет прикладных программ;

РОН – регистр общего назначения;

РТК – робототехнический комплекс;

Р – обозначение регистра МП в командах;

СВ – слово выборки;

СБИС – сверхбольшая интегральная схема;

СПИД – система «Станок - Приспособление - Инструмент - Де­таль»;

СУ – система управления;

СЧПУ – система числового программного управления;

САИП – система автоматизированного исследования и проекти­рования;

S – «SOURSE» - источник, используется в командах для обо­значений регистра-источника операндов;

ТСН – транспортно-накопительная система;

УВВ – устройство ввода-вывода;

УП – управляющая программа;

УЧПУ – устройство числового программного управления;

УС – управляющее слово;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

ЦМД – цилиндрические магнитные домены;

Шина – совокупность проводников электротока для связи уст­ройств;

# - символ, обозначающий символ переменной (#1 - символ пе­ременной с номером самой переменной в подпрограмме);

Метод «Монте-Карло» - метод статического программирования, базируется на стандартных пакетах прикладных программ.

Управление ГПС. Гибкая производственная система – это орга­низационно-техническая производственная система, позволяющая в условиях мелкосерийного, серийного и в отдельных случаях крупно­серийного многономенклатурного производства заменить с минималь­ными затратами и в короткий срок выпускаемую продукцию на но­вую, она представляет собой совокупность в разных сочетаниях обо­рудования с ЧПУ, РТК, ГПМ, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автома­тическом режиме в течение заданного интервала времени. В структу­ре ГПС необходимы три группы компонентов: технологическая, управления и подготовки производства. Каждая из указанных групп компонентов, образующих соответствующую систему (или подсисте­му), является человеко-машинной, в которой наиболее трудоемкие функции выполняются входящими в систему средствами вычисли­тельной техники, а творческие функции - конструкторами, техноло­гами и организаторами производства, работающими на АРМ.

Система управления ГПС – это многофункциональная иерархи­чески организованная система, реализующая функции управления технологическими процессами и оборудованием, оперативного и долгосрочного планирования, учета хода производства и обеспеченности производства всеми необходимыми средствами, контроля и диагно­стирования работы ГПС, подготовки и передачи производственной информации в смежные управляющие системы и службы предпри­ятия. В ГПС программное управление обеспечивает функционирова­ние оборудования в автоматическом режиме в соответствии с задан­ной программой и возможные изменения процессов функционирова­ния при смене программы. Последовательность действия оборудова­ния и его рабочих органов определяется функциональными програм­мами. Управляющие программы для систем числового и циклового ПУ оборудованием задают исходные данные для функциональных про­грамм ЭВМ. Совокупность обслуживающих программ, которые обес­печивают управление работой ЭВМ, составляют операционные систе­мы. Обеспечить взаимодействие устройства локального управления с ЭВМ – главная сложность, возникающая при разработке системы группового управления оборудования ГПС, которая решается метода­ми унификации и стандартизации программно-аппаратных интерфей­сов (физического, логического и информационного).

Физический интерфейс – последовательный или параллельный – определяет способ механического и электрического сопряжения ЭВМ и локальных устройств управления.

Логический интерфейс определяет способ передачи информации (протокол обмена информацией) по каналу связи: способ установления и прекращения сеансов связи, размер передаваемых сообщений, про­цедуру контроля передаваемых данных.

Информационный интерфейс определяет состав и формат пере­даваемых по каналу связи сообщений, т.е. язык информационного об­мена между ЭВМ и локальными устройствами управления. Информа­ции передаваемые ЭВМ: управляющие программы; тестовые про­граммы; модули программного обеспечения; данные о параметрах станка, начальных координатах обработки, величинах корректирова­ния; данные об инструменте и режимах резания; текстовые сообще­ния для вывода на дисплей оператора; различные команды.

Информации, передаваемые от локальных устройств управле­ния: данные о состоянии оборудования и локальных устройств управ­ления; отредактированные управляющие программы и модули про­граммного обеспечения; подтверждение выполнения команд; запросы. В случае стыковки ЭВМ с локальным устройством управления ис­пользуются дополнительные коммутационные системы, выполненные на базе МП. Эти системы в составе локальной вычислительной сети выполняют одновременно функции терминалов, с которых оператор вызывает требующиеся управляющие программы, вводит данные о ходе производства, состоянии оборудования и инструмента, реализует запросы.

В общем случае стратегия управления ГПС заключается в осу­ществлении стратегического, тактического и оперативного управле­ния. Стратегическое управление предусматривает составление пла­нов на определенный период времени при максимальной загрузке оборудования и минимуме переустановок и транспортных операций заготовок. Тактическое управление, как правило, характеризуется дискретностью действий (возможны две или три рабочие смены). При изменении режима модифицируется нормальный план стратегиче­ского этапа. Это возможно при выполнении срочных заказов, внепла­новом ремонте.

Для выполнения задач АСУ разрабатывают алгоритмы и про­граммы, представляющие собой сложные методики и структуры. Реа­лизация их связана с формированием однородных уровней принятия решений и выделением нескольких уровней в иерархических струк­турах, где каждому уровню соответствуют свой комплекс задач и со­став технических и программных средств.

На первом уровне трехуровневой структуры имеются локаль­ные средства управления, контроля и диагностирования функциональных модулей ГПС. Здесь осуществляются выполнение задач внутримодульного управления технологическими процессами (с оптимизацией режимов обработки), транспортирования, складирования, обеспечения технологической оснасткой и удаления отходов производ­ства. Реализация осуществляется на базе МП систем с ЧПУ и уст­ройств электроавтоматики, которые взаимодействуют с ЧПУ других уровней и могут взаимодействовать между собой.

На втором уровне синхронизируется работа компонентов ГПС, решаются основные задачи группового управления оборудованием и АСУ ОТ. Центральная ЭВМ может оптимизировать процессы управ­ления с использованием информационной и динамической моделей ГПС. Комплекс мероприятий, осуществляемых ЭВМ и оператором, направленных на обеспечение выполнения производственного зада­ния, называется диспетчеризацией производства. Производственное задание, полученное от подсистемы планирования, представляет со­бой упорядоченное расписание технологических и производственных операций.

АСУ ОТ выполняет также функцию управления заданной по­следовательностью операций, синхронизируя операции во времени и обеспечивая возможность изменения заданного режима при возму­щениях. При изменении технологических маршрутов механообработки варьируют оборудованием, инструментом, оснасткой и заготовками. Для повышения устойчивости производства в условиях ГПС возмож­но применять многовариантные процессы.

На практике применимы два метода задания режима производ­ственных и технологических операций, обеспечивающих маршрутную гибкость: потенциальный и активный. В потенциальном методе раз­решение на использование альтернативных технологических маршру­тов оператор дает только в экстремальных обстоятельствах.

Выбором маршрута оператор управляет в реальном масштабе времени. В активном допускается применение множества технологи­ческих маршрутов для обработки идентичных деталей за счет манев­рирования ресурсами. Выбор маршрута выполняет ЭВМ по алгоритму поиска требуемого ресурса. При этом уровень автоматизации обору­дования ГПС должен быть достаточно высоким (распространяется на транспорт, набор режущего инструмента, групповую технологию).

В процессе обработки первых деталей осуществляется уточне­ние априорных или статистических данных расчетной технологии по планированию работ на появляющийся резерв времени.

Непрерывный контроль за ходом выполнения производственного задания называется мониторингом производственного процесса. Вре­мя, оставшееся до конца планового периода, сопоставляется с трудо­емкостью выполнения оставшейся части задания. Результат сравне­ния выдается на экран дисплея.

Необходимо отметить, что диспетчеризация связана с управле­нием материальными потоками заготовок, готовых деталей, комплек­сов режущего инструмента и технологической оснасткой. При этом осуществляется выбор маршрута движения объекта, координация работы автоматизированной системы склад-транспорт-оборудование, нормирование и выдача соответствующих команд локальным устрой­ством управления.

Результатом решения задач оперативного планирования и дис­петчеризации производства является временное и пространственное упорядочение комплекса запланированных на этапах тактического и стратегического управления.

Временное упорядочение – выражается в определении сроков начала и окончания выполнения работ. Пространственное упорядочение – это назначение работ на опре­деленное технологическое оборудование. При решении задач приме­няется имитационное моделирование, аналитические и статистиче­ские методы, правила предпочтения, когда высший приоритет имеет деталь, поступившая на обработку первой; для детали устанавливает­ся время пребывания в очереди на обработку, после которого она приобретает высший приоритет.

На третьем уровне АСУ ГПС функционируют АСУП, АСТПП и САИП. Управление предприятием – целенаправленное воздействие органов управления на производственный коллектив, информацион­ные потоки и материальные ресурсы для эффективного решения за­дач производства. Общие цели управления направлены на развитие социального и научно-технического прогресса, повышение качества работы.