Модуль числового программного управления фрезерной обработки в автоматическом режиме
Рассмотрим общий принцип работы программы. Управление станком осуществляется с помощью управляющей программы (G-код файла), который задает станку определенный порядок работы. Возможность обработки детали по управляющей программе является одной из главных функций разработанного модуля Управляющая программа — это совокупность команд, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки. Управляющая программа содержит всю необходимую информацию о геометрии обрабатываемой поверхности.
В результате был разработан модуль числового программного управления фрезерной обработки под управлением контроллера PLC-545, позволяющий сократить время, затрачиваемое на обработку и повышает уровень безопасности и культуры производства и не требует от станочника виртуозности и высокого профессионализма.
Воронежский государственный технический университет
УДК 638.354.8
А.А. Килина, Е.А. Иванова, А.С. Левченко
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ ТОКАРНОГО СТАНКА С ЧПУ НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРА PLC-545
Числовое программное управление (ЧПУ) — компьютеризованная Программа управления, управляющая приводами технологического оборудования, включая станочную оснастку. За сравнительно короткий срок станки с ЧПУ зарекомендовали себя как эффективное автоматизированное оборудование, позволяющее достигнуть высоких технических и экономических показателей, решить ряд важных социальных задач. Основные преимущества производства с помощью станков с ЧПУ по сравнению с производством, использующим универсальные станки с ручным управлением, следующие: сокращение основного и вспомогательного времени изготовления деталей, повышение точности обработки, простота и малое время переналадки.
Для создания системы с ЧПУ для токарного станка используется программное средство Visual Studio 2010 компании Microsoft. Данное программное средство предоставляет собой интегрированную среду разработки программного обеспечения и ряд других инструментальных средств. Visual Studio включает в себя редактор исходного кода с поддержкой технологии IntelliSense и возможностью простейшего рефакторинга кода. Встроенный отладчик может работать как отладчик уровня исходного кода, так и как отладчик машинного уровня. Остальные встраиваемые инструменты включают в себя редактор форм для упрощения создания графического интерфейса приложения, веб-редактор, дизайнер классов и дизайнер схемы базы данных. Контроллер PLC-545 - микрошаговый LPT контроллер управления четырьмя шаговыми двигателями в станках ЧПУ, работяющий с любыми двух и четырех фазными гибридными шаговыми двигателями. Использование современных технологий контроля и регулировки тока обмоток шаговых двигателей позволяет обеспечить минимальный нагрев шаговых двигателей и элементов схемы контроллера и значительно повысить КПД системы в целом. Контроллер позволяет управлять четырьмя осями станка и имеет три управляемых реле для подключения внешних высоковольтных сильноточных нагрузок через клемные разъемы.
Необходимость создания системы с ЧПУ обусловлена необходимостью решать традиционные «задачи управления»: геометрическую (обеспечивающую в конечном счете управление следящими приводами станка с целью получения детали с заданной геометрией), логическую (организующую управление электроавтоматикой станка); технологическую (гарантирующую поддержание необходимых параметров технологического процесса или оптимизацию процесса); диспетчеризации (обеспечивающую управление на прикладном уровне четырьмя предыдущими задачами в реальном времени); терминальную (поддерживающую диалог с оператором, отображение состояния системы; разработку, верификацию и хранение управляющих программ).
Программа с ЧПУ позволяет исполнять управляющие программы в G-кодах и управлять станком в ручном режиме. На рисунке можно увидеть интерфейс программы.
Рис. 1. Программа с ЧПУ для токарного станка
На рисунке 1 представлены настройки, которые включают в себя настройки пинов, портов и кнопки включения и выключения шпинделя. Можно также менять скорость движения шаговых двигателей. Кроме того в интерфейсе присутствуют кнопки ручного управления, кнопка включения и выключения шпинделя.
Рассмотрим общий принцип работы программы. Управление станком осуществляется с помощью команд, которые задают станку определенный порядок работы. При ручном управлении команды исходят от оператора, который работает на данном станке.
Возможность обработки детали по управляющей программе является одной из главных функций разработанной системы. Комлекс перемещений рабочих органов в цикле работы станка осуществляется в определенной последовательности, т. е. по программе. Управляющая программа — это совокупность команд, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки. Управляющая программа содержит всю необходимую информацию о геометрии обрабатываемой поверхности и технологические программы управления обработкой.
В результате создания системы с ЧПУ для токарного станка была разработана ситема управления токарным станком под управлением контроллера PLC-545, позволяющая сократить время, затрачиваемое на обработку и позволяющая вручную управлять токарным станком.
Воронежский государственный технический университет
УДК 638.354.8
В.Г. Горбунов
СТРУКТУРИЗАЦИЯ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ
ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УЧЕБНЫМ ПРОЦЕССОМ
Для системы обучения определим следующую иерархию её функций:
Главная (целевая) функция системы – обучать студентов в рамках учебного плана специальности.
Основные функции системы – обеспечивать обучение студентов данной специальности в соответствии с учебно-методическими комплексами дисциплин учебного плана.
Вспомогательные функции – обеспечивать для обучения студентов в рамках каждой дисциплины формирование знаний, умений и навыков.
В процессе функционирования системы обучения проявляются её свойства. Такими свойствами являются формирование у студентов знаний, навыков и умений при посещении учебных занятий. Формирование навыков и умений при выполнении студентами практических заданий, лабораторных, курсовых работ на основе полученных знаний. Формирование умений для самостоятельного выполнения тестовых заданий на основе полученных знаний и практических навыков.
Свойства системы будем оценивать при помощи следующих числовых характеристик:
-
коэффициент корреляции, оценивающий
зависимость формирования знаний (
)
при посещении занятий (
)
;
-
коэффициент корреляции, оценивающий
зависимость формирования практических
навыков (
)
при посещении занятий (
)
;
-
коэффициент корреляции, оценивающий
зависимость формирования практических
навыков (
)
на основе полученных знаний (
)
;
-
коэффициент корреляции, оценивающий
зависимость формирования умений
самостоятельного выполнения теста (
)
на основе полученных знаний (
)
;
-
коэффициент корреляции, оценивающий
зависимость формирования умений
самостоятельного выполнения теста (
)
на основе полученных практических
навыков (
)
.
Введем
допустимое значение коэффициента
корреляции [
],
которое при условии оценки значимости
полученных коэффициентов
определяет признаки наличия
или
при условии
<
-
отсутствия
свойства системы обучения:
;
.
Здесь
[r] – табличное значение коэффициента
корреляции с доверительной вероятностью
0,95. Таким образом, если
(
),
то система обучения за наблюдаемый
период обеспечивает формирование знаний
у студентов по данной дисциплине при
посещении ими занятий.
Числовые характеристики учитывают наличие (отсутствие) связи между параметрами, оценивающими посещаемость лекционных, практических занятий , оценки уровня знаний студентов , практических навыков при выполнении лабораторных и заданий , а также оценки выполнения тестов .
Эффективность
системы обучения определяется её
способностью выполнять поставленную
цель в заданных условиях с определенным
качеством. Это качество определяется
совокупностью свойств системы
удовлетворять заданные характеристики
{
}
в соответствии с её назначением. В то
же время , эти характеристики на временном
интервале оценивают пространство
состояния системы обучения в процессе
её функционирования, определяя тем
самым траекторию движения этой системы.
Общую
эффективность системы обучения для
состояния по данной дисциплине определим
вектором- функционалом
где
- коэффициенты оценки приоритета свойств
системы обучения;
;
- коэффициенты оценки приоритета видов
занятий;
;
i<j ; n – количество
коэффициентов оценки приоритета видов
занятий.
Определим
=0,2 – приоритет оценки посещаемости
лекций, практических, семинарских
занятий;
=0,3
– приоритет уровня оценки знаний на
семинарских занятиях;
=
0,3 – приоритет оценки практических
навыков, полученных при выполнении
заданий и лабораторных работ;
=
0,2 – приоритет оценки умений при
выполнении теста. Тогда
.
Способность системы обучения сохранять требуемые свойства будем оценивать устойчивостью траектории её движения. Это значит формировать знания, умения и навыки студентов на уровне заданных качеств в пределах риска, определяющего устойчивость процесса обучения:
,
где
;
[
]
= 0.25 – верхний предел значения зоны
умеренного риска.
В
случае нарушения устойчивости (
)
– провести анализ значений
и определить какие из свойств отсутствуют.
Для этих свойств определить такие
стратегии управления, которые позволят
скорректировать траекторию системы
обучения. Стратегии должны включать
рекомендации по организационно-методическому
изменению учебного процесса, а также
корректировки по отклонениям оценок
успеваемости студентов по видам занятий.
Воронежский государственный технический университет
УДК 638.354.8
Д.Д. Копылова, М.Б. Яценко, А.А. Килина
РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ ПОСТРОЕНИЯ
И РЕДАКТИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИМИТИВОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТКРЫТОГО ГРАФИЧЕСКОГО ЯДРА OPENCASCADE
Система автоматизированного проектирования (САПР) — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Архитектура САПР (Рис. 1) представляет собой совокупность графического ядра и прикладного приложения, обеспечивающего возможность работы с компонентами ядра.
OpenCASCADE Technology был выбран в качестве графического ядра. Данный продукт представляет собой платформу для разработки программного обеспечения, предоставляющую свободный доступ к открытому исходному коду. Платформа включает в себя C++ компоненты для 3D поверхностного и твердотельного моделирования, визуализации, обмена данными и быстрой разработки приложений. OpenCASCADE наиболее ориентирован для применения в специализированных CAD/CAM/CAE-приложений.
Рис. 1. Архитектура САПР
Проектирование и реализация модуля выполнялась в Visual Studio 2010. В качестве языка программирования использовался C++.
Qt – кроссплатформенный фреймворк, содержащий элементы пользовательского интерфейса(виджеты), шаблоны контейнеров, средства работы с мультимедиа и т.п. Qt реализована на языке программирования C++. Возможности C++ в Qt значительно расширенны с помощью макросов и MOC (Meta Object Compiler): добавлены сигналы/слоты, появилось возможность использовать в собственных классах свойства (propperty). Но Qt не ограничена только лишь языком C++. Для программистов Python, Ruby, Php и Perl также реализованы интерфейсы взаимодействия, которые, как правило, используются для построения графического интерфейса пользователя.
Разрабатываемый модуль должен выполнять следующие задачи:
Создание и визуализация 3D сцены
Отрисовка и изменения размеров сцены
Создание метода, который отвечает за поведение мышки
Масштабирование при помощи колесика мышки
Создание примитивного интерфейса управления программой
Очистка 3D-сцены от нежелательных объектов
Создание разметочной сетки
Построение прямой:
- по двум точкам
- по одной точке, длине и углу
Построение квадрата:
- по точке и длине стороны
- по точке и длине диагонали
Построение окружности:
- по точке и радиусу
- по точке и диаметру
Построение дуги:
- по точке, радиусу и углу
- по трем точкам
Изменение длины прямой указанием нового размера.
Изменение положения прямой путем задания новых координат.
Изменение положения квадрата с помощью задания новых координат вершин.
Изменение размера квадрата с помощью задания параметров ширины и высоты или диагонали.
Изменение радиуса окружности с помощью задания новых значений радиуса или диаметра окружности.
Изменение положения окружности путем задания новых координат центра окружности.
Изменение положения квадрата посредством перемещения элемента с использованием манипулятора «мышь».
Изменение положения окружности посредством перемещения элемента с использованием манипулятора «мышь».
Изменение положения прямой с помощью перемещения элемента манипулятором «мышь».
Изменение размера путем задания новых значений радиуса или угла дуги.
Изменение положения дуги при помощи задания новых координат центральной точки дуги.
Изменение положения дуги посредством перемещения элемента с использованием манипулятора «мышь».
Одним из основных требований к разрабатываемому модулю является интеграция в единую среду САПР и взаимодействие с остальными компонентами системы.
Входными параметрами являются:
- для прямой – координаты (значения X и Y) начальной точки и длина прямой;
- для окружности – координаты (значения X и Y) центра и радиус;
- для квадрата – координаты (значения X и Y) вершины и длина стороны;
- для прямоугольника – координаты (значения X и Y) вершины и длины двух сторон;
- для треугольника – координаты (значения X и Y) вершины и длины двух катетов.
Процесс построения геометрического примитива представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Процесс построение геометрического примитива
Выходными параметрами будут являться построенные геометрические примитивы.
Так как разработанный модуль не является самостоятельным программным средством, то его можно использовать в различных системах автоматизированного проектирования, созданных на основе графического ядра OpenCASCADE. К примеру, геометрические примитивы, созданные в данном модуле, могут служить для создания более сложных 3D-элементов. А также данный модуль может выступать в виде базового модуля для написания программы позволяющей создавать и редактировать конструкторскую документацию.
Список литературы
1 Бычков И. Инструмент для разработки корпоративной САПР / И. Бычков, В. Прусенко, А. Мазурин. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.aviamotor.com.ua/instrument-dlya-razrabotki-korporativnoj-sapr.
2 Ващук Ю. Использование Open CASCADE для создания приложений / Ю. Ващук, М. Тараканов, А. Мазурин. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.aviamotor.com.ua/ispolzovanie-open-cascade-dlya-sozdaniya-prilozhenij.
3 Официальный сайт Open CASCADE Technology. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.opencascade.org/.
Воронежский государственный технический университет
УДК 681.3
М.Б. Кичигина, Д.М. Канин
Современные САПР
Мы живем в век компьютерных технологий, которые так или иначе начали заполнять нашу жизнь. Во многих отраслях промышленности используются современные системы автоматизированного проектирования (САПР), которые успешно справляются с поставленными перед ними задачами.
Итак, система автоматизированного проектирования или CAD (англ. Computer-Aided Design) - программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Современные системы автоматизированного проектирования (CAD) обычно используются совместно с системами автоматизации инженерных расчетов и анализа CAE (Computer-aided engineering). Данные из CAD-систем передаются в CAM (англ. Computer-aided manufacturing - система автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)). Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем «CAD» - он включает в себя как CAD, так и CAM, и CAE.
Целями и задачами САПР являются:
В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.
Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:
сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
сокращения сроков проектирования;
сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
Достижение этих целей обеспечивается путем решения следующих задач:
автоматизации оформления документации;
информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
использования технологий параллельного проектирования;
унификации проектных решений и процессов проектирования;
повторного использования проектных решений, данных и наработок;
стратегического проектирования;
замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
повышения качества управления проектированием;
применения методов вариантного проектирования и оптимизации.
Рассмотрим подробнее компоненты САПР:
Современная САПР представляет собой сложную программно-информационно-аппаратурную человеко-машинную систему, построенную по иерархическому принципу, так что каждый уровень иерархии отражает определенный уровень проектирования — структурный, функциональный и т.п.
Выделяют следующие виды обеспечения:
1). Техническое — устройства ввода, обработки и вывода данных, средства поддержки архива проектных решений, устройства передачи данных;
2). Математическое — математические модели, методики и способы их получения;
3).Программное делится на:
-системное;
-прикладное;
-системы3D моделирования;
- системы инженерного анализа;
- системы 2D;
- системы эргономического анализа;
- простые приложения.
4). Программные компоненты САПР (примером может служить Геометрический решатель САПР);
5). Информационное — информационная база САПР, автоматизированные банки данных, системы управления базами данных (СУБД);
6). Лингвистическое - это совокупность языков для записи;
7). Организационное - это совокупность положений, устанавливающих состав и функции, формы;
8). Методическое обеспечение – совокупность документов в которых отражены, состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования. Этапы технологического проектирования;
Существует также классификация систем САПР, а именно:
Тяжелые системы – полнофункциональные системы автоматизации проектно-конструкторской и технологической подготовки производства (в англоязычной терминологии CAD/CAM), предназначенные для черчения, двумерного и трехмерного геометрического, твердотельного и поверхностного моделирования (включая моделирование сложных поверхностей); поэлементного проектирования и проектирования с комплексной увязкой параметров. Они включают встроенные подсистемы инженерного анализа (CAE), подготовки программ для станков с ЧПУ и многие другие специализированные средства разработки.
Системы среднего класса – надежные и многофункциональные продукты, которые содержат многие компоненты своих тяжелых собратьев, за исключением средств моделирования сложных поверхностей, встроенных подсистем инженерного анализа (CAE), подготовки производства (CAM) и специализированных приложений – многие из них можно купить у независимых разработчиков.
Легкие системы – предназначены для черчения, а также для двумерного и трехмерного геометрического каркасного моделирования. Обычно они не включают дополнительные приложения и не имеют встроенных средств управления инженерными данными. С их помощью можно создавать небольшие сборки и отдельные детали.
Персональные системы – самые легкие САПР, включающие только базовые средства черчения и двумерного/трехмерного геометрического каркасного моделирования. Они поставляются в виде коробочного продукта (без обучения) и, как правило, не способны поддерживать проектирование деталей в контексте сборки. Персональные системы стоят менее 1 тыс. долл. и применяются архитекторами, дизайнерами, издателями технической литературы, индивидуальными пользователями и небольшими компаниями.
Таким образом, САПР призваны расширить автоматизацию проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ с применением электронно-вычислительной техники и обеспечить этим решение актуальнейшей проблемы отечественного машиностроения - резкое сокращение сроков подготовки производства, повышение его качества, мобильности и гибкости.
Воронежский государственный технический университет.
УДК 681.3
Я.М. Слепова, Д.М. Канин
Что такое САПР: от простого к сложному
В настоящее время создано множество программных продуктов позволяющих существенно упростить труд инженера. Если просто набрать в поисковике GOOGLE (рассматриваем только русскоязычный сегмент сети Интернет) фразу система автоматического проектирования, то получим 2 620 000 ссылок! В этом океане информации присутствуют английские аббревиатуры CAD, CAM, CAE и др., и понять чем собственно одна система отличается от другой, и в чём состоит отличие по выполняемым функциям непросто. Попробуем разобраться чем же отличаются эти продукты и попробуем проследить будущие программ, исторически называемых в России системами автоматического проектирования (САПР).
Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (англ. computer-aided design), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 «Системы обработки информации. Термины и определения» это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Следует особо подчеркнуть что, стандарт устанавливает термины и определения понятий в области систем обработки информации. Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения во всех видах документации и литературы, входящих в сферу работ по стандартизации или использующих результаты этих работ.
Поэтому понятие CAD не является полным эквивалентом САПР, как организационно-технической системы.
Рассмотрим сложившуюся классификацию САПР (в данной статье под термином САПР будем понимать различные системы упрощающие труд инженера). Обратимся к нормативной базе Российской Федерации. ГОСТ 23501.108-85 «Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначение» позволяет провести классификацию систем по следующим признакам (см. рисунок):
тип объекта проектирования;
сложность объекта проектирования;
уровень автоматизации проектирования;
комплексность автоматизации проектирования;
характер выпускаемых документов;
количество выпускаемых документов;
количество уровней технического обеспечения.
В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению.
По отраслевому назначению:
MCAD (англ. mechanical computer-aided design) – автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления. MCAD используют параметрическое проектирование на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);
EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) – САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);
AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) – САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Piranesi, ArchiCAD).
