2848

менительно к которому выбираются его основные параметры (зазор длины направляющих, рабочей части, высоту калибрующего элемента). Это служит исходным материалом для разработки технического задания на проектирование и изготовление комбинированного электрода инструмента.

3.По справочным и литературным данным [2, 3 и др.], по марке обрабатываемого материала определяется состав электролита, его температура, электропроводность, потери напряжения в приэлектродных слоях, рассчитывается или выбирается электрохимический эквивалент.

4.С учетом данных пункта 3 определяется скорость съема материала и характеристики течения электролита.

5.Для известного материала, его структуры и состояния (исходные данные) рассчитывается припуск под упрочнение (натяг на калибрующий элемент), общий минимальный припуск на обработку

ипроектируется заготовка с учетом особенностей электрохимикомеханической обработки.

Припуск под анодное растворение находится при ограниче-

нии

где z э max , z э min - максимальный и минимальный припуски на элек-

трохимическую обработку.

Если условие (1) не выполняется, то необходимо изменить размеры отверстия трубчатых заготовок или ввести предварительную обработку внутренней поверхности (например, механическим методом или электрохимическим размерным формообразованием).

6.Для заданной степени наклепа с учетом данных пункта 5 и исходных данных рассчитывается продольная технологическая сила при комбинированной обработке. По найденной силе по типажу оборудования выбирается станок, пригодный для выполнения заданной операции. Если подходящей конструкции не имеется, то разрабатывается техническое задание на модернизацию силовой части или на новый станок.

7.Определяется погрешность обработки. В случае необеспечения требуемой точности осуществляется корректировка режимов обработки.

8.Выполняется технологическое нормирование операции.

41

Рассматриваемый технологический процесс включает только те операции, которые непосредственно связаны с электрохимикомеханической обработкой внутренней поверхности. Процесс содержит следующие этапы: подготовительный, обработки на станке, промывки, пассивации и консервации детали, контроля.

На подготовительном этапе создаются базовые поверхности (как правило, заходные фаски, служащие для облегчения установки заготовки в базовые элементы станка и для лучшего уплотнения мест перехода от оборудования к детали), удаляются нетокопроводящие участки и покрытия (пескоструйная обработка, травление, обработка лезвийным или абразивным инструментом), проверяется распределение припусков в заготовке (при необходимости проводится правка).

Этап электрохимикомеханической обработки включает установку заготовки на станок, ее крепление, подвод тока к зачищенным участкам, установку комбинированного инструмента в исходное положение, обработку и снятие детали. Последовательность включения станка следующая: включение вентиляции, подача электролита, включение тока, включение рабочей подачи комбинированного инструмента.

После обработки деталь промывается проточной водой в течение 3-5 мин с механическим удалением загрязнений. Затем она промывается водой, нагретой до температуры 330-350 К, в течение 5-8 мин.

Пассивируется поверхность 0,3-0,5 % раствором каустической соды при температуре не ниже 330 К с выдержкой в ванне в течение 0,5-1 мин. После этого деталь сушат на воздухе или струей газа из пневмосети и смазывают маслом (моторным, веретенным, трансформаторным и др.).

Литература

1.А.с. 1085734 СССР, МКИ3 В 23 Р 1/04. Способ электрохимикомеханической обработки / А.И. Болдырев, В.П. Смоленцев (СССР). Опубл. 1984, Бюл. № 14.

2.Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей / В.П. Смоленцев. М.: Машиностроение, 1978. 176 с.

42

3. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. М.: Машиностроение-1, 2001. Т. 1. 912 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК. 621.38

А.В. Назаров

МИНИМИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫМ УСТРОЙСТВОМ НА ПЛИС

Рассмотрен вопрос проектирования и производства систем управления промышленным оборудованием на основе программируемых логических интегральных схем.

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, а особенно в системах управления самыми разнообразными объектами и процессами, является в настоящее время одним из основных направлений научно - технического прогресса. Одним из наиболее перспективных путей создания цифровых вычислительных устройств в настоящее время является применение при их разработке программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Постоянное совершенствование архитектуры и растущий из года в год объем выпуска ПЛИС выдвигает в число приоритетных проблему создания эффективных методов автоматизированного проектирования цифровых устройств на их основе. Динамичное развитие рынка цифровой электроники, способствует столь же динамичному развитию рынка программного обеспечения по проектированию цифровых схем [1, 2].

В функциональном и структурном отношении цифровое вычислительное устройство может быть представлено композицией операционного и управляющего автоматов (ОА и УА), информационная связь между которыми показана на рис. 1. Получая по осведомительной шине Х коды завершения микроопераций, УА на шине Y формирует управляющие сигналы, разрешающие выполнение в ОА следующей группы микроопераций.

Математической моделью дискретных детерминированных вычислительных устройств с конечной памятью является абстрактный автомат, который используется для интерпретации микропрограммы. В

43

настоящее время разработаны две классические модели конечных автоматов: автомат Мура и автомат Мили.

Рис. 1. Структурная схема цифрового устройства Последовательностный автомат - есть пятикомпонентный

кортеж [5]:

М = ( S I, O, δ, λ),

где S – конечное непустое множество состояний (алфавит состояний);

I – конечное непустое множество входов (входной алфавит);

О – конечное непустое множество выходов (выходной алфавит); δ: S x I → S – функция переходов, которая определяет состояние автомата в следующий момент времени t+1 в зависимости от со-

стояния автомата и входного сигнала в момент времени t;

λ – функция выходов, вид которой приводит к разделению автоматов на два класса – Мили (в котором: λ: S x I → О) и Мура (в котором: λ: S → О).

Наиболее общими формами представления абстрактного автомата является граф состояний и таблица переходов [4, 7, 9]. Структура операционного автомата обычно определяется набором стандартных операционных блоков (сумматор, компаратор и т.д.), в большинстве случаев не изменяется от проекта к проекту, и не вызывает особых проблем при проектировании цифрового устройства. Наибольшие трудности возникают при проектировании управляющего автомата цифрового устройства. Можно показать, что применение классических методов минимизации логических функций, описывающих работу управляющего автомата, не всегда позволяет получить оптимальный состав оборудования, необходимого для его реализации, причем, чем сложнее структура переходов автомата, тем более далеким от оптимального варианта получается результат.

Характеристики управляющего автомата во многом определяет характеристики цифровой системы в целом. Алгоритм управления системы задаѐтся кодом управления, который поступает в управляющий автомат из внешней среды. Алгоритм управления

44

операционного автомата называется микропрограммой и реализуется управляющим автоматом. Одной из основных проблем при создании ЦВУ является поиск компромисса между быстродействием, стоимостью и универсальностью управляющего автомата. Также важным является время проектирования и время реализации схемы управляющего автомата.

Поэтому оптимизация структуры управляющих автоматов в классах CPLD (Complex Programmable Logic Device), SPLD (Simple

Programmable Logic Device) и FPGA (Field Programmable Gate Arrays) [5, 6, 8], которые используются в мобильных телефонах, коммуникаторах и другой мобильной технике, помогут оптимизировать аппаратурные затраты, а как следствие уменьшить размер и стоимость проектируемых цифровых устройств.

Как известно, УА с жѐсткой логикой выигрывают по быстродействию перед автоматами с программированной логикой, но имеют жѐсткую структуру и не могут быть измененными. ПЛИС позволяют заменить всѐ устройство, конфигурированное на микро-

схему [2, 9].

Покажем далее, как можно дополнительно минимизировать аппаратные затраты на реализацию функций управляющего автомата по сравлению с автоматом, спроектированным традиционным способом.

Рассмотрим представленную на рис. 2 граф-схему некоторого автомата.

Система логических уравнений, полученная традиционным способом [3, 10] и реализующая переключения данного автомата, имеет вид:

A1=a4

A2=a1+a3 A3=a2x1x2x3x5x6+a2x1x2x3+a2x1x2+ a2x1x4x5x6 A4=a2x1x2x3x5x6+ a2x1x2x3x5+ a2x1x4x5x6 + a2x1x4x5 + а5 A5=a2x1x4

У1=а1 У2=a3 У3=a2x1x4

У4=a2x1x2x3x5x6 + a2x1x2x3+ a2x1x4x5x6 +a5 У5=x1x2x3x5 + a2x1x4x5

У6=а4.

45

Покажем, как с помощью изменения порядка функционирования автомата добиться существенной экономии состава оборудования, необходимого для его реализации. Сущность предлагаемого метода, состоит в предварительном поиске и выделении непрерывных цепочек логических условий в граф-схеме алгоритма работы устройства. На следующем этапе производится разбиение самых длинных из них на две (и более) коротких цепочки, причем в точку (точки) разрыва исходной цепочки логических условий добавляется одно промежуточное состояние автомата, эквивалентное по времени выполнению одному холостому циклу шины проектируемого вычислительного устройства. На практике указанные цепочки встречаются довольно часто, например, автомате управления лифтами, автомате управления беспилотными летательными аппаратами и другими цифровыми устройствами, ожидающими сигналов от многочисленных датчиков, каждый из которых запускает соответствующий ему вычислительный алгоритм.

С точки зрения выполняемого алгоритма исходный и результирующий автоматы будут эквивалентны, поскольку на одни и те же сигналы, поступающие в них по шине Х, они будут вырабатывать те же управляющие сигналы на шине Y, что и исходный УА. В теории автоматов используется следующий термин изоморфизма двух автоматов: два автомата являются изоморфными, если они выполняют то же самое фиксированное преобразование входных сигналов в выходные, независимо от прошлой истории входов и выходов. Другими словами, если имеются две изоморфные последовательностные машины М1 и М2, то только помещая комбинационные цепи перед и после машины М2 можно преобразовать (конвертировать) ее в машину, которая ведет себя подобно М1. В случае предлагаемого в данной работе преобразования автомата М1 в автомат М2 в автомат М1 вводятся дополнительные состояния. Поэтому, строго нельзя назвать изоморфным исходному автомату результирующий автомат. Однако, результирующий автомат является эквивалентным исходному с точки зрения порядка его функционирования.

На рис. 3 изображена граф-схема того же автомата, но после ее модификации по описанному алгоритму.

Схема 3 отличается от схемы 2 двумя дополнительными блоками, которые реализуют холостой ход шины с помощью управляющего сигнала У*. В табл. 2 приведена соответствующая этой граф-схеме таблица переходов.

47

A4= а5+ a7x5+ a7x5x6

A5=a2x1x4

A6=a2x1x2

A7=a2x1x4 + а6x3

У1=а1 У2=a3

У3=a2x1x4 У4=a5+а6x3+ a7 x5x6 У5=a7x5

У6=а4 У*=а6х3+а2х1х4+а2х1х2

Сложность (по Квайну) логической схемы, реализующей эти уравнения, составляет 36 единиц. Еще 4 единицы необходимо добавить к этому числу, поскольку реализация двух добавленных состояний автомата потребует дополнительного оборудования указанной сложности. Выигрыш в оборудовании, таким образом, составит 24 единицы или 37%.

Как видим, предлагаемая модификация не влияет на выполнение требуемых от автомата действий, но существенно упрощает систему логических уравнений его функционирования, а следовательно и оборудования, реализующего схему управления цифровым устройством.

Литература

1.Уэйкерли Дж. Ф. Проектирование цифровых устройств: в 2-х т. /Дж. Ф. Уэйкерли. - М.: Постмаркет, 2002.

2.Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики, - СПб.: БХВ - Петербург, 2002. - 608с.:ил.

3.Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника - СПб.: БХВ – Санкт - Петербург 2000. - 528с.: ил.

4.Соловьев В.В. Проектирование цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем. - Москва: Горячая линия: Телеком, 2007. - 636 с.

5.Бибило П.Н. Синтез комбинационных ПЛМ–структур для СБИС. - Минск: Наука и техника, 1992. - 232 с.

6.Проектирование цифровых систем на комплектах микропрограммируемых БИС/ С.С. Булгаков, В.М. Мещеряков, В.В. Но-

49

воселов; Под ред. В.Г. Колесникова. - М.: Радио и связь, 1984. - 240 с.

7.Палагин А.В., Баркалов А.А., Юсифов С.И., Швец А.Г. Синтез микропрограммных автоматов на ПЛИС / Киев: ИК АН Украины, 1992. - Препринт № 92-18. - 26 с.

8.Швец А.Г. Синтез устройств управления на программируемых логических интегральных схемах//Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Донецк, ДонГТУ, 1995. - 171 с.

9.Стешенко В. Программируемые логические интегральные схемы: обзор архитектур и особенности применения // http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv_s/00_01/stat_23.htm.

10.Баркалов А.А., Титаренко Л.А. Синтез микропрограммных автоматов на заказных и программируемых СБИС. - До-

нецк:ДонНТУ, Технопарк ДонНТУ УНИТЕХ, 2009. - 336 с. Московский авиационный институт

(технический государственный университет)

УДК 621.075.32

А.С. Белякин, А.А. Болдырев, А.И. Болдырев

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

В работе намечены направления повышения качества и надежности средствами технологического оснащения на стадиях подготовки производства выпуска наукоемких изделий, выпускаемых и осваиваемых конверсируемыми предприятиями.

Качество изделий – понятие комплексное, и включает в себя ряд как объективных, так и субъективных показателей. Как известно формирование показателей качества начинается от исходного сырья и заканчивается решением вопросов утилизации продуктов обработки, т.е. на всех этапах жизненного цикла изделий [1].

Однако, сложившаяся на сегодня система оценки качества изделий на большинстве отечественных промышленных предприятий зачастую не позволяет эффективно управлять качеством и не способствует его повышению. В условиях серийного производства показатели качества закладываются разработчиками, обеспечиваются и повышаются на стадии изготовления и оцениваются при эксплуатации.

50