Глава 2

2.1 Задачи управления на уровне станка, гибкого производственного модуля, гибкой производственной системы

В общем случае функции программного управления возложены на систему ЧПУ, а в частном - на УЧПУ. Функции УЧПУ определя­ются через систему его внешних взаимодействий. Устройство ЧПУ выступает как управляющий автомат по отношению к своему объек­ту управления – станку, ГПМ или ГПС, в то же время и УЧПУ – объект управления в окружающей производственной среде.

Детализируя указанные функции, можно выделить четыре их класса. Взаимодействие с объектом управления осуществляется путем управления формообразованием детали (так называемая геометриче­ская задача); в управлении рабочим процессом, осуществляемом на станке (технологическая задача); в управлении цикловой автоматикой станка (логическая задача). Взаимодействие с окружающей производ­ственной средой (терминальная задача) выражается в диалоге с опе­ратором и в информационном обмене с управляющей ЭВМ более вы­сокого уровня.

Гибкий производственный модуль – это составная часть ГПС. Для ГПМ принято, что все наладочные работы, техническое обслужи­вание и подготовку производства выполняют в первую смену при участии человека, работа оборудования во вторую и третьи смены происходит в автоматическом режиме с минимальным участием опе­раторов. Конструкция эксплуатируемого в таком режиме оборудова­ния имеет свои специфические особенности. Оборудование имеет ав­томатические накопители заготовок и режущих инструментов с инст­рументальными роботами, систему диагностики технического состоя­ния узлов, механизмов, инструментов, а также реализует управление качеством обработки. ГПМ комплектуются на базе многоцелевых станков.

Основные классификационные группы ГПМ установлены в ГОСТ 26962-86.

По назначению они подразделяются:

• для обработки корпусных деталей;

• плоскостных (плоских) деталей;

• деталей типа тел вращения;

• универсальные ГПМ.

По принципу автоматизации делятся на три уровня:

• многоцелевые станки с автоматической сменой инструмента и заготовок, которые при автоматическом цикле обработки деталей тре­буют постоянного наблюдения за технологическим процессом;

• ГПМ оснащенные устройством контроля процесса обработки;

• ГПМ с устройствами автоматической смены комплексов инст­рументов и приспособлений и возможностью адаптации изменяю­щимся условиям технологического процесса при работе в режиме без­людной технологии.

Основные типы компоновок ГПМ приведены в ГОСТ 27491-87 «Модули гибкие производственные и станки многоцелевые сверлильно-фрезерно-расточные. Основные параметры и размеры».

Системное ПО современных устройств ЧПУ для ГПМ строится по модульному принципу, в основу которого положена операционная система для организации взаимодействия различных блоков адаптивных средств между собой, с управляемым объектом и другими периферийными устройствами. Системное ПО предназначено для формирования и редактирования программы функционирования электрооборудования с помощью специальных языков в соответствии с за­данными алгоритмами, включая адаптивные управление, диагностирование станка и аварийных сообщений с указанием причины и места отказа; ввода и редактирования данных с пульта оператора в режиме диалога; построения графического изображения заготовки, детали и приспособлений; графического построения траекторий движения ин­струмента; организации обмена информацией между различными устройствами управления, в том числе с ЭВМ верхнего уровня при эксплуатации ГПМ в составе ГПС; формирование программы элек­троавтоматики станка и, наконец, управляющих программ для обра­ботки конкретных деталей.

Таблица 2 - Классификация ГПМ для обработки корпусных и плоских деталей

Технологические или конструктивные признаки	Классификационные группы
Интеграция группы обработки	Сверлильно-фрезерно-расточные (СФР). Фрезерно-расточные. Сверлильно-фрезерные с воз­можностью других видов обра­ботки (точение, шлифование и т.д.)
Концентрация обработки	С единичными инструментами, с многошпиндельными головками, комбинирование с единичными инструментами и многошпин­дельными головками
Степень универсальности	Для обработки с одной стороны. Для обработки с четырех, пяти сторон и под углами
Точность (по ОСТ2 Н72-6-85)	Основного исполнения – класс П. Прецизионные -класс А
Компоновка (основные типы ГОСТ 27491-87)	Горизонтальные с крестовым по­воротным столом. Вертикальные с крестовым столом. Горизон­тальные с подвижным поворот­ным столом и стойкой. Верти­кальные с поперечно-подвижным столом. Горизонтальные с попе­речно-подвижным поворотным столом (ГП-ППС). ГП-ППС с вертикальным расположением поверхности крепления заготов­ки. Горизонтальные с крестовой стойкой. Вертикальные с кресто­вой стойкой. Вертикальные двухстоячные с подвижным столом. Горизонтальные двухстоячные с подвижным столом.

Обычно в ГПМ используются многопроцессорные устройства ЧПУ, у которых отдельные МП объединяются общим каналом связи. Центральный МП выполняет функции управления этим каналом, ор­ганизации и контроля работы всего устройства. Специализированные МП служат для обработки данных ЗУ, управления приводами, связи с управляемым объектом и периферийными устройствами, связи с ЭВМ верхнего уровня при работе модуля в составе ГПС.

Многопроцессорные УЧПУ легко приспосабливаются к различ­ным условиям производства. Стандартные интерфейсы, выполняющие аппаратные функции и программно-математическое обеспечение, соз­дают систему управления, отвечающую техническим характеристи­кам соответствующих станков. Она может быть модифицирована в результате изменения функций управления при неизменной аппарат­ной части и схемы, определяющих передачу информации о геометрии обрабатываемых деталей, и будет изменяться только ПМО.

Отличительная особенность СУ для ГПМ – необходимость обес­печения непрерывной автоматической работы станков, в том числе в составе ГПС, без постоянного присутствия операторов. В УЧПУ должна быть предусмотрена система защиты, исключающая аварий­ную ситуацию на станке, которая может возникнуть при отказе в са­мом устройстве или при выходе за допустимые пределы параметров, характеризующих условия функционирования узлов и механизмов станка и нормальное выполнение процесса обработки. Система защиты должна срабатывать при возникновении аварийной ситуации, лик­видировать ее, а также фиксировать информацию о происшедших событиях. В ГПМ должны быть определены и введены в УЧПУ условия срабатывания защиты, предельные защищаемые параметры, мак­симальное время на ее срабатывание (без учета времени на формиро­вание сообщения для оператора), условия воздействия защиты при срабатывании на СУ.

В УЧПУ должно быть предусмотрено разностороннее диагно­стирование неисправностей, позволяющее своевременно определить неисправный узел или его элемент.

Диагностирование выполняется автоматически во всех режимах работы, в результате чего индицируется место отказа и выдается ин­формация для срабатывания защиты.

На основе ГПМ создаются ГПС, позволяющие автоматизировать серийное и крупносерийное производство. При этом автоматизация распространилась и на подготовку производства, диспетчеризацию и планирование.

Общая гибкость оборудования определяется через коэффициен­ты конструктивной (операционной) и адаптационной гибкости. Под операционной гибкостью понимают способность системы приспосабли­ваться к изменениям в номенклатуре обрабатываемых деталей. Она выражается числом различных деталей данного класса, обрабатывае­мых на ГПС.

Адаптационная гибкость указывает на способность системы приспосабливаться к отказам отдельных устройств и определяется вероятностью функционирования системы в случае таких отказов.

ГПС

Станок с ЧПУ

АП

ГА цех

ГА линия

ГПМ

1

1 2 4 8 40 100 800

15000

2000

500

25

2

Рисунок 1-Эффективность применения различных методов управления на производительность : 1 - гибкость; 2 - производительность

Создание ГПС стало возможным благодаря применению ЭВМ в сфере производства для управления и планирования. Электронное давление позволяет создавать новые компоновки станков, где механические связи координат заменяются многокоординатным управлением электроприводами с заданием законов движения каждого при­вода в системе ЧПУ.

В таблице 3 дан перечень функций и средств вычислительной тех­ники, используемой в ГПС. Анализ приведенных в таблице данных позволил выделить набор основных функций:

1 – оперативное планирование;

2 – подготовку УП и технологической документации;

3 – сбор информации о состоянии производственного процесса;

4 – сбор информации о состоянии и работе оборудования;

5 – координацию и диспетчеризацию;

6 – управление производственным процессом с использованием средств диалога;

7 – взаимодействие УЧПУ с ЭВМ;

8 – взаимодействие ЭВМ с системами локального управления автоматизированной транспортно-складской системы АТСС;

9 – управление АТСС от ПК;

10 – контроль размеров обрабатываемой детали;

11 – диагностику оборудования и инструмента

Таблица 3 – Функции и технические средства

Система, фирма, страна	Основные данные ГПС	Функции СУ		Средства ВТ, реализующие функции СУ
Scamp 600 (Вели­кобрита­ния)	Обработка деталей типа тел вращения, величина партии 25-100 штук, де­вять станков, восемь ПР	6,7,8		Две сдвоенные ЭВМ модели Sistime Series 5000Е на базе ЭВМ PDP-11/34Е
Gardner, Hacoker, Syddeley (Вели­кобрита­ния)	Обработка корпусных де­талей многоцелевых стан­ков с ЧПУ (Kongsberg CNC 2000), связанных кон­вейером	9,10,11		ПК Allen-Bradley для управления ТНС
Fiat (Италия)	Сборочное производство. Стенды обслуживаются 37 самоходными тележками типа Robocarrier, автома­тизированный склад на 1000 деталей	1,3,4,8,9		Две ЭВМ (управление тележками от бортовых ЭВМ)
Система, фирма,	Основные данные ГПС	Функции СУ		Средства ВТ, реализующие функции СУ
MazakСorp (Филиал в США)	Обработка деталей – 27 станков, 180 типоразмеров	5,7,8		ЭВМ PIP-11 Mazak
Okita (Япония)	Обработка валов, фланцев корпусных деталей. Мно­гоцелевой станок, два то­карных станка, шлифо­вальный станок, транспортная тележка	7,10,11		Две ЭВМ Okita для управления ТНО-ЭВМ Саmrus A.
Shin Nippon Koki (Япония)	Система корпусных дета­лей, станки с ЧПУ Fanuc System			ЭВМ Welcom 70/30
Traub (Герма­ния)	Система сбора информа­ции в цехах	2,3,4,5,6		Две ЭВМ, 25 терминалов
Numeri Tronix	Обслуживает от 8 до 63 станков на расстоянии до 1,6 км. Каждый станок оснащается дополнительным редакти­рующим устройством модели ЕХЕС-1501, посредством которого может быть подключена СЧПУ любой фирмы-изготовителя. Объем ЗУ на магнитных дисках 30 Мбайт может быть расширен включением еще 16 дисков
Tipros 90 Toyoda (Фран­ция)	Два многоцелевых и шли­фовальный станки с ЧПУ, автоматические тележки для подачи заготовок, ин­струмента и отвода стружки				ЭВМ Eclipse MV/6000, ОЗУ (1Мбайт), НМД (76 Мбайт)
Citroen (Фран­ция)	Обработка корпусных де­талей габаритом 500Х500Х500 мм, партия­ми 50-100 шт. Два много­целевых станка, измери­тельная машина, моечная машина с роботом, накопи­тель деталей, инструмен­тальная система, четыре тележки		5,7,8,11		Две ЭВМ Solar 16/65 фирмы SFMS (одна из них в резерве), цветной графи­ческий дисплей, НМД, НГМД

Развитие УЧПУ построено на базе 32-разрядных процессоров, связано со значительным снижением их стоимости. Эти процессоры обеспечивают при позиционировании высокую скорость вычислений и обработки данных, что необходимо при изготовлении деталей сложных конфигураций и при высокой скорости резания.

Фирма GE Fanuc предпочитает 32-разрядные УЧПУ мод. System 16, для которых характерна высокая скорость выполнения команд и отсутствие погрешностей слежения (т.е. разницы между запрограммированными и фактическими траекториями режущего ин­струмента), что существенно повышает точность обработки. Компакт­ность этого УЧПУ (глубина тонкопленочного цветного жидкокристаллического дисплея, встроенного в панель управления, равна 60-70 мкм) достигнута благодаря применению технологии поверхностного монта­жа.

фирма Vicers Electric (США) выпускает компактное 32-разрядное УЧПУ мод. IBM Macro 10 Series, в котором используется операционная система MS-DOS, что позволяет одновременно управ­лять шестью координатами при упрощенном программировании в це­ховых условиях.

Фирма BOSH рекомендует УЧПУ мод. СС320М, связанной с приводами станка посредством оптоволоконных кабелей через интер­фейс SERO- COS; модели УЧПУ СС320М и ССЗЗОМ оснащены уст­ройством, обеспечивающим посредством графических дисплеев или телефона поиск и диагностирование неисправностей.

Для обеспечения операций, требующих высокой степени син­хронизации между шпинделем и приводом подачи, фирма Siemens предлагает УЧПУ модели Sinumeric 880M с электронной коробкой скоростей. Нарезание резьбы метчиком и разметка по трем коорди­натным осям реалиизуются УЧПУ модели Delta 10M, Delta 20M (USA) на новом ПМО. Широкое при

менение УЧПУ получили в управлении шлифовальными и электроэрозионными станками, на которых осуще­ствляется проверка круга по радиусу, электронными контрольно-измерительными балансировочными устройствами, а также датчиком припуска. В пятикоординатном УЧПУ проволочно-вырезного станка фирмы Elox (USA) для получения геометрических параметров и ис­пользования базы данных применяется сферический курсор, позво­ляющий фиксировать мнемонические символы на программируемых дисплеях и получать свыше 80 связанных между собой геометриче­ских профилей.