Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Управление системами и процессами в машиностроении. Учебное пособие
.pdf
Все современные УЧПУ класса HNC (с ручным вводом программ)
имеют повышенный объем памяти мини-ЭВМ; устройства для подключения сложной периферийной техники (систем считывания с перфолент и
магнитных кассет, вывода информации, дополнительной памяти и т.д.).
Подобные системы, обладая высокой мобильностью, имеют невысокую
производительность.
2.7.2. Системы ЧПУ класса CNC
В настоящее время
металлорежущие станки оснащаются системами
управления типа CNC. Управляющие цепи станков третьего поколения собирались на интегральных схемах, к которым добавлялись блоки памяти.
Технологии, широко использовавшиеся в компьютерной технике,
позволили в 1970 г. создать контроллер в его современном виде. Станок с
таким контроллером называется компьютеризованным (computer numerical
control – CNC).
CNC – система ЧПУ, построенная на базе микропроцессора или
микроЭВМ
, с программной реализацией алгоритма управления.
Неотъемлемая часть современных УЧПУ класса CNC – обширная
встроенная память (до 256 Кбайт). Благодаря наличию блока памяти требуется лишь однократная загрузка программы. Сохраненная в компьютере
программа может быть вызвана для дальнейшего использования без необходимости повторного считывания для каждой детали из партии, как это
было в системах
с ЧПУ типа HNC. Наличие компьютерного интерфейса,
кроме того, позволяет обмениваться данными между блоками интегрированных систем.
Например, CNC может взаимодействовать с другими модулями: ро-
ботами и автоматизированными станками.
Позднее к станкам были добавлены индикаторные дисплеи, обеспечивающие возможность диагностики и анализа, а также упрощающие редактирование программ обработки деталей. Более сложные станки
могут
наглядно отображать траекторию движения инструмента в виде так называемых расчетно-технологических карт (РТК).
В последнее время стали выпускаться контроллеры на базе персональных компьютеров, отличающиеся от обычных компьютеров только
наличием специальной платы сервоконтроллера.
Использование системы контроля и диагностики также повышает
надежность и работоспособность станков с устройствами ЧПУ на
микропроцессорах. Функция этих систем – контроль состояния внешних по отношению к УЧПУ устройств, внутренних блоков и собственно УЧПУ.
41
Ч
Ч
Ч
Ч
2.7.3. Системы ЧПУ класса DNC
ЧПУ типа DNC представляют собой систему производства (производственный участок, производственный комплекс и т.п.), состоящую из
центрального компьютера, управляющего несколькими станками одновременно (рис. 2.11).
Центральная
ЭВМ
Устройство
ПУ
Устройство
ПУ
Устройство
ПУ
Устройство
ПУ
СТАНОК СТАНОК СТАНОК
СТАНОК
Рис. 2.11. Блок-схема системы ЧПУ класса DNC
Из рисунка видно, что управляющие программы поступают на станки из центральной ЭВМ по запросам от УЧПУ станков.
Центральная ЭВМ содержит архивную память, а устройства ЧПУ
станков – оперативную память. На каждом станке имеется устройство
ЧПУ, которое управляет процессом выполнения конкретной операции при
обработке заданной заготовки. В оперативной памяти устройства содержится
вся информация по обработке заготовки на данной операции (скорость резания, величины подач, величины перемещений рабочих органов
и т.п.) в реальном времени.
После завершения обработки партии данных заготовок устройство
ЧПУ станка сообщает об этом центральной ЭВМ и делает запрос на получение следующего задания. В архивной памяти центральной ЭВМ
хранится банк УП по обработке изделий, подлежащих изготовлению на данном
участке. ЭВМ выбирает УП по обработке следующей партии заготовок,
которые могут быть обработаны на данном станке при минимальной переналадке станка, и по каналам связи отправляет ее в устройство ЧПУ станка. Станок переключается на обработку следующего изделия.
Таким образом
, центральная ЭВМ выполняет функции мастера – распределяет работы по рабочим позициям в соответствии со сменно-суточным
заданием.
В функции системы DNC входит управление и другим оборудовани-
ем участка, например автоматизированным складом, транспортной систе-
42
мой и промышленными роботами, а также решение некоторых организационно-экономических задач.
DNC (Direct Numerical Control) – система управления группой стан-
ков с ЧПУ одной общей (центральной) ЭВМ более высокого порядка.
В состав программно-математического обеспечения DNC может
входить специализированная система автоматизации подготовки УП. Редактирование программ можно осуществлять на внешней ЭВМ, где ведется их
автоматизированная подготовка: на ЭВМ, управляющей группой
станков, и на ЭВМ, встроенной в УЧПУ конкретного станка. Во всех случаях подготовленные и отредактированные УП для оборудования участка
хранятся в памяти (архивной) ЭВМ, управляющей группой станков, откуда
они по каналам связи передаются на конкретные станки по мере поступающих от них запросов.
Аббревиатура
DNC используется для обозначения распределенного
управления, поскольку популярность его сильно возросла. В состав некоторых систем DNC включаются компьютеры-сателлиты (обычно рабочие
станции или персональные компьютеры) по одному на каждый станок. Это
увеличивает быстродействие системы в целом, позволяет работать с большими файлами и объединять в сеть большее количество станков, например
цехом.
Внедрение систем ЧПУ класса DNC позволяет во много раз повысить мобильность производства, перейти на систему планирования «Jastin-taim» («точно в срок»).
Необходимость оперативно реагировать на изменение потребительского спроса, жесткая конкуренция, потребность расширения рынков сбыта, в том числе и зарубежных, – приводят к необходимости все более широкого применения технологического оборудования, системы
управления
которого позволяют с минимальными затратами осуществлять переналадку производства.
3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Предприятие, в том числе и промышленное, – самостоятельный хозяйствующий субъект с правами юридического лица, который производит
и реализует продукцию. Предприятие имеет самостоятельный баланс, расчетные и иные счета в банках, печать со своим наименованием
. Предприятие имеет право заниматься любой хозяйственной деятельностью, не запрещенной законодательством и отвечающей целям, предусмотренным в
уставе предприятия.
43
3.1. Внешняя и внутренняя среда предприятия
Среда – это совокупность объективных условий, в которых осу-
ществляется деятельность предприятия.
Различают внутреннюю и внешнюю среду предприятия.
Внешняя среда – это комплекс факторов, оказывающих непосредственное влияние на производственную и финансово-хозяйственную деятельность предприятия и отражающих отношения между предприятием и
экономическими и политическими субъектами, действующими
за его пре-
делами.
Она определяет взаимодействие между предприятием, его реальными и потенциальными клиентами, а также конкурентами. Предприятие
должно постоянно следить за основными компонентами внешней среды, к
которым относятся экономические, технологические, политико-правовые,
социально-культурные и физико-экологические факторы. Находясь в тесном взаимодействии с внешней средой, факторы испытывают
на себе мно-
гочисленные воздействия – как прямые, так и косвенные.
Внешнее деловое окружение предприятиям создают потребители;
поставщики; конкуренты; деловые партнеры; регулирующие службы и организации, такие как административные органы, общественные объединения и ассоциации, профсоюзы.
Своевременное владение полной информацией о текущем положении дел у организаций-конкурентов, уровне спроса, объемах производства
в отрасли и др. является важной предпосылкой достижения предприятием
конкурентной позиции на рынке.
Например, изменение законодательной системы может оказать влияние на уровень конкуренции, ухудшение политической обстановки может
лишить предприятие источника дешевого сырья или рабочей силы и т.д.
Любое предприятие работает в условиях постоянно изменяющейся
маркетинговой среды. Факторы, ее
составляющие действуют как внутри
самого предприятия, так и вне его. В этих условиях обойтись без маркетинговой модели практически невозможно.
Зависимость предприятия от количества информации, которой оно
располагает, характеризует неопределенность внешней среды. Необходимо
провести анализ маркетинговой среды предприятия, в результате которого
должна быть получена информационная база по следующим направлениям:
тенденции исследуемого
рынка; уровню текущего спроса на продукцию;
конкурентам, потребителям, партнерам и посредникам.
Полученная информационная база исключает деятельность вслепую,
позволяет избежать ошибочных решений, служит основой для разрабатываемых мероприятий по продвижению продукции и резкому повышению
их эффективности.
44
Внутренняя среда включает основные элементы и подсистемы внутри предприятия, обеспечивающие осуществление протекающих в ней процессов. Внутренняя среда определяется отношениями, сложившимися в
трудовом коллективе, а также производственными знаниями (ноу-хау).
К элементам внутренней среды относятся: цели, задачи, люди, технологии, информация, структура, организационная культура и другие составляющие (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Элементы внутренней среды предприятия
К внутренним параметрам относятся производственно-технические,
кадровые параметры.
Производственно-технические параметры включают характеристики выпускаемой продукции, особенности параметров и хода производственных процессов, применяемого оборудования и т.п. Производственнотехнические параметры включают комплекс машин, оборудования, сырья,
материалов, инструментов, энергии, который производит переработку входящих ресурсов в готовый продукт. Основными характеристиками этих
параметров являются: используемые технологии, производительность труда, издержки производства, качество продукта, объем запасов.
К кадровым параметрам можно отнести психологические особенности персонала, личные амбиции, возможности. Люди занимают особое место во внутренней среде организации. От их способностей, образования,
квалификации, опыта, мотивации и преданности зависят в конечном счете
результаты работы организации.
3.2. Информационное обеспечение предприятия
Внутренние и внешние связи предприятия можно представить в виде
сетей физических, информационных и управляющих потоков. Физические
потоки отражают движение материальных, трудовых и энергетических ресурсов, информационные потоки – передачу данных различного рода между производственными подразделениями. Управляющие потоки характеризуют связи между точками, где принимаются решения и
где эти решения
выполняются.
45
В самом общем виде производственная система является взаимосвязанной совокупностью трех систем: 1) физической (станки, склады, транспорт); 2) информационной; 3) решающей.
Чтобы изготовить изделие, необходимы материя, энергия и информация. Материальной базой любого производства является технологический процесс.
Материальный поток образуется загрузкой сырья, материалов, комплектующих изделий, инструментов, оснастки. Превращение исходного
материала в
готовую продукцию осуществляется за счет энергии путем последовательных воздействий на материальный объект, каждое из которых
вызывает преобразование материального потока. Техническим средством
преобразования материального потока является технологическое оборудование, и каждое воздействие на материальный поток можно рассматривать
как элементарную технологическую операцию.
Для преобразования материи необходима информация, которая
определяет форму воздействия
на элементы материального потока. Источником этой информации является концептуальная модель, т.е. описание
характеристик, присущих данному изделию.
По существу, концептуальная модель является техническим задани-
ем на разработку.
Для изготовления изделия необходимо трансформировать эту информацию в алгоритмическую модель, представляющую собой последовательность команд для технологического оборудования, т.е. информацию о
том, как изготовить данное изделие.
После каждой технологической операции надо выполнить обратное
преобразование, т.е. изменение состояния потока материи должно быть
преобразовано в информацию. Для этого предназначены измерительные
системы, которые создают поток информации обратной связи.
Технологический процесс изготовления изделия заканчивается операцией сравнения концептуальной модели изделия с информацией, описывающей
полученный образец. При отклонении, превышающем некоторое
пороговое значение, полученный экземпляр идет в брак.
На любом производстве должно циркулировать два основных принципиально отличающихся информационных потока:
1) управляющий поток – информация, идущая о концептуальной модели к технологическому оборудованию. Этот поток определяет, что
должно быть сделано;
2) поток обратной связи – этот поток определяет, что
именно и как
сделано к определенному моменту времени.
При сопоставлении этих информационных потоков выявляется информация рассогласования, на основании которой принимается решение
по управлению.
46
Время настройки производства на изготовление нового изделия, т.е.
его гибкость, определяется скоростью трансформации информации от концептуальной модели до модели управления технологическими процессами.
Трансформация концептуальной модели в алгоритмическую осуществляется на этапах проектно-конструкторских работ и технологической
подготовки производства.
Процесс управления производством основан на анализе данных, поступивших от структурных
подразделений предприятий.
С точки зрения управления, любое производство независимо от его
вида, типа, уровня автоматизации представляется как совокупность объектов управления и системы управления.
Объектами управления на любом производстве являются следующие
компоненты: основное технологическое оборудование, вспомогательное
оборудование, средства технологического оснащения, оперативный персонал, системы технологической подготовки производства.
Ядром управляемых объектов
является основное технологическое
оборудование.
Вспомогательное оборудование – это чаще всего складские системы,
измерительные машины, испытательные стенды, транспортные устройства.
В функции транспортной системы входят: перемещение заготовок,
деталей, полуфабрикатов, комплектующих изделий в соответствии с технологическими маршрутами их обработки, подача инструмента и приспособлений на рабочие позиции.
Складские системы предназначены для приема, хранения норматив
-
ного запаса, выдачи в производство и учета основных материалов, инструмента, приспособлений, накопления и хранения готовых изделий, отходов
производства, бракованных деталей с целью обеспечения ритмичности работы предприятия. Через склады предприятие связывается с внешними по
отношению к нему заказчиками и поставщиками.
Для всего технологического оборудования, как основного, так и
вспомогательного,
существенным является то, что оно само является
управляемым.
Устройства управления, используемые для конкретной единицы технологического оборудования, называются локальными системами управления (ЛСУ). В настоящее время ЛСУ, как правило, строятся на базе микропроцессоров или микроЭВМ.
Система управления осуществляет управление подготовкой средств
технологического оснащения и их перемещениями внутри предприятия,
ведет учет
состояния всех наличных средств. Количество наименований
обрабатываемых деталей в зависимости от типа производства может изменяться от единиц до нескольких сотен и тысяч. Количество наименований
инструмента может достигать сотен наименований. Количество и состав
47
персонала, работающего на предприятии, существенно зависит от уровня
автоматизации предприятия в целом, его подразделений, отдельных технологических процессов, в том числе от уровня автоматизации системы
управления.
Система управления обеспечивает информационные потребности
персонала, управление его работой и учет результатов деятельности. Полученная информация используется для производственного планирования
с целью оптимизации процесса изготовления
изделия путем выбора соответствующего оборудования, технологических процессов, условий обработки и т.п. Эта информация, в свою очередь, используется для управления
оборудованием. Обратная связь от станков и оборудования осуществляется
через специальные контуры. ЭВМ непрерывно принимает информацию о
реальных параметрах оборудования и процессов, сравнивает их с заданными. Если система
обнаружила отклонения, производится регулировка
параметров объекта или процесса для того, чтобы объект или производство
функционировали в оптимальном режиме.
Локально вычислительные сети
Информационное обеспечение предприятия сопряжено с перемещением больших массивов информации, хранимых в территориально распределенных ЭВМ, на значительные расстояния. От того, насколько оперативного передается и перерабатывается эта информация, зависит
эффективность производства. Разработка качественного плана работы цеха на
месяц диспетчером цеха, рационального сменно-суточного задания мастером участка возможны только на основе объективной информации, поступающей от непосредственных исполнителей. Взаимодействие технологов,
конструкторов, обеспечивающих производство служб, предполагает постоянный обмен текущей информацией. В связи с этим стала развиваться
концепция построения
систем управления как всего предприятия, так и его
отдельных подразделений на основе локально вычислительных сетей
(ЛВС).
Под локальной сетью понимают надежную высокоскоростную систему связи, которая обеспечивает взаимосвязь устройств (пунктов) обработки информации равноправным или иерархически подчиненным способом либо с помощью комбинации обоих способов в пределах определенной ограниченной
площади (предприятия, цеха, отдела). С функциональной точки зрения, локальные сети представляют собой каналы различной
конфигурации с ветвями и узлами. Узлами могут быть программируемые
персональные компьютеры, микропроцессорные комплексы, УЧПУ, УВК
и др.
ЛВС (Local Area Network, LAN) – набор аппаратных средств и алго-
ритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, других периферийных
48
устройств (принтеров, контроллеров и т.п.), расположенных на сравнительно небольшой территории (одного предприятия, офиса, одной комнаты).
Локально вычислительная сеть предприятия объединяет все его
структурные подразделения (цеха, отделы, службы). Основу для топологии
сети составляет организационная структура предприятия. Внедрение сети
позволяет оперативно обмениваться информацией заинтересованным
службам. Например, конструктора и технологи работают в
условиях постоянного взаимодействия. Начальники цехов тесно связаны с диспетчерской службой завода. Общая сеть подразделяется на подсети, действующие
внутри одного отдела. Например, технологический отдел – своя подсеть, в
которую подключены персональные компьютеры технологов.
Локальную сеть характеризуют следующие три основных элемента:
1) базовые средства, 2) структура, 3) методы и средства передачи сигналов.
Базовые средства
представляют собой физический канал, используемый для взаимосвязи узлов сети. Их подразделяют на ограниченные (витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптико-волоконный кабель) и неограниченные (радио- и микроволновые, инфракрасные и другие
сигналы). Средства волоконной оптики не нашли пока широко применения
в локальных сетях прежде всего в силу отсутствия достаточно
разработанных и надежных контактных разъемов, хотя в дальнейшем их применение
весьма перспективно. В настоящее время наиболее эффективным базовым
средством следует считать коаксиальный кабель.
Структура. Существует несколько способов объединения компью-
теров в локальную сеть.
Наиболее широко используются топологии: «общая шина», или «магистраль», «кольцо», «звезда», «комбинированная». Во многих источниках
вместо понятия
структура используется другой термин – «архитектура».
Топология «общая шина» (магистральная) предполагает использование одного кабеля, к которому подключены все компьютеры сети.
На рис. 3.2 показана блок-схема ЛВС «общая шина».
Рис. 3.2. «Общая шина»
Магистральная конфигурация характеризуется определенным усложнением структуры потока данных и наличием устройств, идентифицирую-
49
щих сообщения и управляющих их приемом и передачей. В то же время
здесь затраты кабеля наименьшие. Подобная конфигурация удобна для расширения, и, что особенно важно, выход из строя какого-либо узла при такой
структуре не вызывает потери работоспособности всей системы.
В топологии «кольцо» данные передаются от одного компьютера к
другому
как бы по эстафете. Кольцевая структура является распределенной, но также требует значительного расхода кабеля и имеет ограниченную способность к расширению. Выход из строя узла может вывести из
строя всю сеть, если не предусмотрены обходные цепи.
На рис. 3.3 показана блок-схема ЛВС «кольцо».
Рис. 3.3. «Кольцо»
Топология «звезда» предполагает, что каждый компьютер подключен с помощью отдельного кабеля к объединяющему устройству и характеризуется централизованной схемой передачи данных. Суммарная длина
соединительных кабелей здесь наибольшая по сравнению с другими схемами. Отказ центрального процессора выводит из работы всю локальную
сеть.
На рис. 3.4 показана блок-схема ЛВС «звезда».
Рис. 3.4. «Звезда»
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]