книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

или ФОРТРАН. Опыт показывает, что еще труднее воспринять пользователю специализированный, ориентированный на конкрет­ ную ЭВМ язык обмена, например по типу адресного задания ин­ формации на стандартных бланках ЭВМ М-220. В этом случае необходимым становится промежуточное звено в виде операторакодировщика между конструктором-разработчпком (непосред­ ственным пользователем системой) и системой.

Наиболее удобен для пользования язык обмена, который совпадает с привычными для него формами задания информации и получения готовых результатов, и язык управления, который по возможности приближен к естественному языку. Язык управ­ ления определяется той конкретной проблемой, для решения которой синтезируется система. Например, для системы модели­ рования электронных схем язык описания входной информации целесообразно выбрать в виде спискового пли табличного описа­ ния принципиальной схемы, ее топологии и номиналов элементов, включенных источников энергии н времениьих интервалов, а ре­ зультаты выдавать в графической пли табличной форме.

Поскольку работа в режиме «человек—машина» лучше всего осуществляется с выносных пультов пользователя, а в самих пультах могут быть использованы различные формы кодировки (алфавита) исходной символьной информации, необходимо в си­ стеме выбрать внутренний алфавит, с тем чтобы сделать систему относительно независимой от применяемого оборудования. Тогда каждая новая система кодировки, применяемая на выносном пульте, потребует лишь включения довольно простой программытранслятора с этой кодировки на внутренний алфавит. В каче­ стве же внутреннего алфавита системы можно взять либо один из применяемых внешних алфавитов, либо разработать самостоятель­ ный, что в некоторых случаях бывает удобнее, поскольку внеш­ ние алфавиты часто имеют непересекающиеся подмножества сим­ волов.

На основании изложенного можно сделать следующие вы­ воды.

1. Выбор языка программирования зависит от мощности ЭВМ, используемой в качестве центрального процессора системы. Для

стему, определяется режимом ее работы. В случае автоматизиро­ ванного режима допустимо вхождение программ на языке програм­ мирования. В случае режима «человек—машина» программы должны входить либо на машинном языке, либо, в крайнем слу­ чае, на языке загрузки.

3. В любом случае язык обмена системы должен быть близок по форме к естественному языку, употребляемому в той области, для решения задач которой синтезируется система. При этом, чтобы избежать специфических особенностей, вызываемых раз-

70

12. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ п о д г о т о в к и ПРОИЗВОДСТВА

Техническая подготовка производства есть собственно техни­ ческая подготовка производства и проектно-конструкторская работа. По зарубежным данным, 55% времени, необходимого для создания изделия, затрачивается на конструирование и тех­ ническую подготовку производства, 22% на механическую обра­ ботку и 23% на сборку. Простое увеличение численности инженер-

Т а б л и ц а 1

Степень механизации и автоматизации управленческих работ с помощью ЭВМ (в %) по данным на 1964— 1965 гг.

Виды работ

71

но-техннческнх работников, замятых в сфере технической под­ готовки производства, не обеспечит необходимых качественных изменений этого процесса. Автоматизация инженерного труда на базе математических методов и вычислительной техники является единственным способом обеспечения резкого ускорения техни­ ческой подготовки производства, повышения ее качества и полу­ чения существенного экономического эффекта.

В табл. 1 показан уровень применения вычислительной тех­ ники в промышленности США.

Автоматизация проектно-конструкторских работ

В автоматизации проектно-конструкторских работ можно вы­ делить следующие направления.

1. Решение стратегических задач технического развития из­ делий машиностроения, выбор их типажа, определение объемов выпуска, прогнозирование технических характеристик и др.

2.Инженерные расчеты на ЭВМ отдельных деталей, механиз­ мов и узлов, выполняемые в процессе проектирования.

3.Моделирование структур отдельных механизмов, машин

икомплексов машин.

4.Разработка методов поиска оптимальных конструктивных

решений.

5.' Конструирование и вычерчивание с помощью ЭВМ сложн объектов производства.

6.Машинное конструирование широкой номенклатуры дета­ лей и механизмов.

Внаправлении конструирования и вычерчивания с помощью ЭВМ сложных объектов в первую очередь развитие получили за­ дачи, в которых необходимо выбрать форму элементов или кон­ струкции в целом. В табл. 2 приведены примеры эффективности некоторых систем проектирования, в которых автоматизируется труд конструкторов.

В1972 г. мировой парк насчитывал 6100 действующих графо­

построителей, из них 660 было изготовлено фирмой «Benson» (400 было установлено во Францйи, 250 в других европейских странах и 10 за пределами Европы). Во Франции более 60% всех рабочих чертежей в 50 конструкторских бюро выполняется с по­ мощью графопостроителей, т. е. автоматически. В сентябре 1972 г. на французской самолетостроительной фирме «Avions Marcel Dessault-Breguet» было создано крупнейшее в Западной Европе автоматическое конструкторское бюро, оборудованное шестью графопостроителями фирмы «Benson», соединенными через миниЭВМ типа IBM-7 с центральным процессором ЭВМ типа

IBM-360/65.

В системах автоматизации проектирования, в которых авто­ матизируется процесс выбора оптимальной по некоторым кри­ териям формы изделия, наряду с сокращением сроков проектиро-

72

ванна достигается существенный экономический эффект благодаря ускорению реализации конструкций в металле, поскольку на основе конструктивной информации, находящейся в ЭВМ, непо­ средственно может быть получена управляющая программа для чертежных и гравировальных автоматов, фрезерных и токарных станков с программным управлением, газорезательных машин и т. п.

Автоматизация технологической подготовки производства

Вэтой области можно выделить следующие направления.

1.Подготовка управляющих программ для станков и другого оборудования с программным управлением.

2.Разработка маршрутной технологии обработки деталей ма­ шин и механизмов.

3.Проектирование оснастки и специнструментов.

4.Проектирование цехов и заводов.

Подготовка программ для станков с программным управлением является наиболее важным направлением, так как это решает проблему нехватки рабочей силы.

73

Системы по автоматизации выбора форм кузовов автомобилей,

и изготовления. Так, в Норвегии система проектирования обводов кораблей автоматически выдает программы управления для газо­ резательных и трубогибочных машин с числовым программным управлением.

В США на некоторых автомобильных заводах результаты кор­ ректировки формы кузова, проводимой с помощью ЭВМ, пере­ даются непосредственно на станок для изготовления вытяжных штампов. Основой для корректировки является гипсовая модель, сформированная конструктором и обмеренная на измерительной машине с числовым программным управлением.

Структура систем автоматизации технологической подготовки производства должна соответствовать его серийности и специа­ лизации. Наиболее важны в этом отношении два следующих типа производства.

1. Индивидуальное производство п мелкосерийное производ­ ство. Во многих случаях они являются самостоятельными (окон­ чательными), например изготовление специализированного тех­ нологического оборудования. Во всех остальных случаях это — необходимая стадия, с которой начинается освоение изделий новой техники любой серийности. Всякое изделие изготовляется пер­ воначально в виде опытных образцов и мелких серий. Экономия средств и особенно сроков прохождения изделий в индивидуаль­ ном и мелкосерийном производстве решающим образом сказы­ вается на ускорении темпов технического прогресса.

2. Специализированное централизованное производство одно­ типных изделий с индивидуальными свойствами. Сюда относятся:

а) производство технологической оснастки — штампов, при­ способлений, специнструмента, комплектных наладок к станкам и пр.;

б) производство специализированных модификаций комплек­ тующих изделий массового применения — подшипников, муфт, зубчатых колес, унифицированных узлов привода и пр.

Для индивидуального и мелкосерийного производства — под­ готовительной стадии к крупному производству — характерны процессы отработки рабочей документации, которые связаны с из­ готовлением опытных образцов и опытно-промышленных партий, их испытаниями и последующей корректировкой чертежей. При­ менение ЭВМ и моделирующих систем вычислительной техники позволяет путем создания макетов изделия производить отработку рабочих чертежей, не прибегая к изготовлению опытных образцов в металле, и направлять на технологическую подготовку и в про­ изводительные службы предприятия откорректированную доку­ ментацию.

В процессе подготовки серийного и массового производства конструкторские работы уже практически не выполняются. Почти

74

весь объем подготовки производства приходится на технологи­ ческие разработки. Их масштабы от проектирования технологии и оснастки для комплекта оборудования, имеющегося иа предприя­ тии, до проектирования и изготовления нового специального оборудования самого высокого уровня (вплоть до создания ком­ плексных специализированных производств и заводов) находятся в прямой зависимости от серийности подготавливаемого произ­ водства .

13. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЩЕНИЯ С ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНОЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В прошедшее десятилетие стала реальностью визуальная связь между ЭВМ и пользователем. В настоящее время широкое применение нашли вычислительные системы, использующие гра­ фические средства общения (дисплей) или им подобные принципы. Концепция визуального взаимодействия исследователя с ЭВМ особенно большую пользу принесла развитию авиации и косми­ ческих кораблей. В качестве примера рассмотрим использование дисплея в фирме «Convair» (США) при разработке систем меха­ низации крыла или систем закрылков [22].

Проектирование закрылков представляет собой относительно долгий и дорогой процесс. Модели крыльев конструируются и затем испытываются в двумерных испытательных секциях аэро­ динамической трубы. По данным США, для получения информа­ ции, характеризующей заданную геометрию закрылка, траТятся десятки тысяч долларов и примерно полгода уходит на конструи­ рование моделей, их испытание и обработку результатов.

Внедрение дисплея сократило стоимость и сроки, связанные с проектированием и развитием систем механизации крыла. Оператор сам становится конструктором и изменяет геометрию профиля на своем индикаторе с помощью светового пера. ЭВМ рассчитывает распределение давлений около отдельного профиля крыла, интегрирует давления, чтобы получить действующие силы и моменты. Результаты демонстрируются на экране осцил­ лографа совместно с распределением давлений для каждого про­ филя. Оператор рассматривает полученные значения подъемной силы и лобового сопротивления и исследует распределение давле­ ний, особенно в области их максимальных значений. Затем опе­ ратор имеет возможность изменить зазор между профилями, ве­ личину их перекрытия, отклонения или контуры. В результате геометрических манипуляций может получиться другой набор аэродинамических данных. Оператор сравнивает новые данные с предыдущими. Это дает ему возможность сделать выводы о влия­ нии геометрических изменений на подъемную силу, лобовое со­ противление, моменты тангажа и распределение давлений. После нескольких циклов оператор может достичь требуемых характе­ ристик подъемной силы и лобового сопротивления.

75

Тельные характеристики системы Сильно зависят от конструкции подвижных частей крыла самолета, зазоров между подвижными частями, величины их перекрытий, величины отклонения и формы. Обычно па разработку таких устройств уходит год или годы и требуются большие затраты труда и средств. Сначала изготов­ ляются и испытываются в двумерной аэродинамической трубе модели (рис. 19). Затем по определенной системе производится варьирование зазоров, перекрытий и отклонений подвижных частей, чтобы найти конфигурацию, обеспечивающую максималь­ ную величину подъемной силы. После этого вновь ведется проек­ тирование профилей закрылка п крыла, вновь строятся и испыты­ ваются в трубе модели. Ука­ занный процесс совершенство­ вания системы механизации крыла может длиться годами и стоить сотни и тысячи долла­ ров.

Дисплей не может в точно­ сти воспроизвести или заменить испытательный процесс с ис­ пользованием моделей и труб. Это происходит главным обра­ зом из-за упрощений в аэро­ динамической модели, заложен­ ной в ЭВМ, которые приводят к ошибкам в окончательном ре­ зультате. Однако использова­ ние дисплея позволяет найти

иеоптимальные конфигурации на ранней стадии процесса проек­ тирования и исключить их из дорогого и требующего боль­ ших затрат времени процесса испытаний в аэродинамической трубе. Кроме того, оно может дать определенные ответы о на­ грузках на закрылки в их рабочем состоянии и на переходных ре­ жимах.

Спецификация для программы проектирования систем меха­ низации крыла была сформулирована после прохождения трех стадий в стандартном процессе развития этих систем: проектиро­ вание модели, испытания в трубе и анализ результатов. Спроекти­ рованная модель представлялась на экране катодно-лучевой трубки. Оператор должен был передать в вычислительное устрой­ ство набор координат рассматриваемой системы. Затем он мог изменять конфигурацию или конструировать свою модель путем перемещения и вращения закрылков и предкрылков и измене­ ния их контуров. После этого требовалось передать управление главной ЭВМ для вычисления зависимостей, аналогичных полу­ чаемым в аэродинамической трубе, чтобы рассчитать подъемную силу, лобовое сопротивление, моменты, действующие на эле­ менты крыла и подвижных частей. Результаты работы оператор

77

Мог наблюдать по графикам, изображенным на экране. Весь про­ цесс завершался в течение нескольких минут.

Математическое обеспечение дисплея предоставляло опера­ тору следующие возможности.

1.Геометрическое конструирование модели системы механи­ зации крыла. При этом оператор мог регулировать зазоры и пе­ рекрытия, вращать элементы конструкции и изменять контуры.

2.Расчет аэродинамики элементов конструкции, подъемной

силы, лобового сопротивления п моментов тангажа.

3.Наблюдение результатов расчетов: распределение давле­ ний около элементов конструкции, сил и моментов.

4.Повторение процессов вычислений.

5.Получение документации модели изделия, фотокопии и запоминание результатов расчетов на магнитных дисках млн лентах.

Проанализируем одну фазу общего цикла проектирования

подвижных частей крыла для космического многоразового ко­ рабля-челнока, чтобы продемонстрировать программу действий п возможности дисплея.

Ускоритель, который является первой ступенью кораблячелнока, будет возвращаться в атмосферу с большими скоростями. При входе в атмосферу возникают большие термодинамические нагрузки на нижнюю поверхность фюзеляжа, крыльев и опере­ ния. Все это затрудняет сооружение подвижных элементов на передней п задней стороне крыла и требует особенно малых до­ пусков при их изготовлении В то же самое время корабль должен взлетать и садиться со стандартных аэродромов, н требуется, чтобы это было обеспечено устройством увеличения подъемной силы. Одним из конструктивных решений для системы механиза­ ции крыла, которое позволяет защитить ее во время входа в атмосферу, было бы помещение закрылка на верхней части крыла, а не под ним или внутри него (рис. 20).

Существенным моментом в таком решении является способ приведения закрылка в рабочее состояние. Имеются две воз­ можности осуществить это: закрылки монтируются либо на рель­ сах, либо на подвеске (рис. 21). Первая из них является стандарт­ ной и имеет некоторые конструктивные недостатки, в то же время использование второй порождает ряд вопросов.

Прежде всего были неизвестны характеристики подъемной силы, лобового сопротивления и момента тангажа в процессе разверты­ вания закрылков. Кроме того, нужно было определить общие характеристики системы как устройства для увеличения подъем­ ной силы. Ниже описывается, как была решена проблема кон­ струирования закрылков с использованием системы общения с ЭВМ на базе дисплея.

Координаты закрепленной на подвеске системы механизации крыла (в частично открытом положении) передавались в вычисли­ тельное устройство и показывались на экране дисплея оператору.

78

Индикатор на экране содержит две главные системы световых кнопок: первая группа, находящаяся на левой стороне экрана, включает в себя главные программные кнопки, в то время как вторая, с правой стороны, состоит из кнопок управления. Первая группа обслуживает три типа программ: это конструирование мо­ дели, расчет аэродинамических сил и выдача данных на экран дисплея.

Рис. 20. Система механизации крыла космического корабля-челиока при стандартном (а) и выбранном (б) вариантах конструкции

Когда оператор указывает на кнопку «профиль», на экране индикатора появляется профиль закрылка и реконструирующие программы приводятся в готовность. После этого можно вращать или перемещать любую часть системы увеличения подъемной силы с помощью светового пера. Возможны два способа построения изоб­ ражений: числовой и ручной. Первый дает возможность осуще-

Рис. 21. Возможные способы приведения закрылка в рабочее положение: а — на рельсах, б — на подвеске

ствлять точное перемещение или вращение частей системы на за­ данные расстояния пли углы; второй используется в основном для демонстраций.

Оператор имеет две дополнительные возможности, помогаю­ щие ему в реконструировании модели. Первая позволяет ему по­ мещать на экране только переднюю или заднюю часть крыла. Поскольку устройства механизации крыла располагаются обычно на его переднем или заднем крае, наибольшая реконструкция со­ вершается в этих двух областях. Увеличенный вид, например, задней части крыла значительно облегчает перестановку закрылка пли руля в этой области.

Вторая возможность — возможность изменения профиля — позволяет оператору изменять распределение толщины и кри-

79