Системыцифрового управления гибкими производственнымисистемами (ГПС)
Прямое цифровоеуправление
Систему прямого цифровогоуправления (ПЦУ) можно определить как такую производственную систему, в которойкакое-то количество станков управляются в реальном времени ЭВМ, напрямуюсвязанной с ними. В системах ПЦУ нет устройств считывания с перфоленты, чтопозволяет избавиться от наименее надежного компонента. Управляющая программаобработки детали непосредственно передается станку из памяти ЭВМ. Одну ЭВМможно использовать для управления более чем 100 отдельными станками. ЭВМсистемы ПЦУ предназначена для выдачи команд каждому станку по требованию. ПЦУпредусматривает также сбор и обработку данных, поступающих от станка обратно кЭВМ.
Составные частисистемы ПЦУ
На рис. 1 представленаконфигурация типичной системы ПЦУ. В состав системы прямого цифровогоуправления входят четыре основных компонента:
1. Центральная ЭВМ.
2. Запоминающееустройство большой емкости, где хранятся управляющие программы обработки деталейна станках с ЧПУ.
3. Каналыдистанционной связи.
4. Станки
/>
Рис. 1 — Общая конфигурация системы прямого цифровогоуправления (ПЦУ).
ЭВМ вызывает управляющиекоманды программ обработки деталей из запоминающего устройства большой емкостии по мере необходимости посылает их отдельным станкам, а также получает от нихобратно нужные данные. Происходит двусторонний обмен информацией в реальномвремени. Это означает, что запрос каждым станком новых управляющих команддолжен быть удовлетворен почти мгновенно. Аналогично ЭВМ всегда должна бытьготова принять информацию от станков и выдать соответствующий ответ.Замечательным свойством систем ПЦУ является тот факт, что ЭВМ обслуживаетбольшое число отдельных станков, причем все в реальном времени. Существуют двеальтернативные конфигурации систем, с помощью которых устанавливается связьмежду управляющей ЭВМ и станком. Одна из них получила название «система безсчитывателя перфоленты», а в другой конфигурации используетсяспециализированное устройство управления станком.
Система безсчитывателя перфоленты. В этой конфигурации ЭВМ связана непосредственно со стандартным блокомЧПУ. Замена устройства считывания перфоленты на каналы дистанционной связи сЭВМ системы ПЦУ объясняет название этой конфигурации (behind the tape reader).Линия связи с ЭВМ проложена здесь как бы «позади» считывателя перфоленты: междуним и устройством управления станком.
За исключением источникауправляющих команд, работа такой системы очень похожа на работу обычной СЧПУ. Вуправляющем устройстве имеются два буфера временной памяти для получения блоковуправляющих команд из ЭВМ системы ПЦУ и преобразования их в действия станка.Пока один буфер принимает блок данных, второй посылает управляющие командыстанку.
Специализированноеустройство управления станком. Второй подход к реализации ПЦУ состоит в том, чтобы вообщеубрать стандартное устройство ЧПУ и заменить его специализированным устройствомуправления станком (УУС). Специализированное УУС обычно предназначается дляобеспечения более эффективной связи между станком и ЭВМ. Одной из задач, гдеэффективность канала связи важна, является круговая интерполяция траекториирежущего инструмента. Конфигурация со специализированным УУС позволяет достичьболее удачного компромисса между точностью интерполяции и высокой скоростьюрезания металла, чем это обычно возможно при использовании системы безсчитывателя перфоленты.
Специализированное УУСявляется гибкопрограммируемым, тогда как обычные устройства ЧПУ строятся на«жестко запаянной» аппаратуре. Преимуществом программируемых систем являетсягибкость: в них функции управления можно сравнительно легко изменить длявнесения усовершенствований. Внести изменения в стандартное устройство ЧПУнамного труднее, так как необходимо заново монтировать аппаратуру.
Основными функциямиПЦУ являютсяследующие:
1. ЧПУ без перфоленты.
2. Хранение управляющих программ обработки деталей.
3. Сбор, обработка и представление данных.
4. Обеспечение связей.
Хранение управляющихпрограмм обработки деталей. Подсистема хранения программ должна иметь такую структуру, чтобыудовлетворялось несколько требований. Во-первых, необходимо, чтобы программыбыли доступны для пересылки их к станкам с ЧПУ. Во-вторых, подсистема должнадопускать загрузку новых, удаление старых и редактирование существующихпрограмм по мере необходимости. В-третьих, программное обеспечение системы ПЦУдолжно выполнять функции программы-постпроцессора. Управляющие программыобработки деталей в системе ПЦУ, как правило, хранятся в виде массивапоследовательных положений режущего инструмента CLFILE. Этот массив CLFILEдолжен затем преобразовываться в набор команд для конкретного станка. Такоепреобразование осуществляется программой-постпроцессором. В-четвертых,структура подсистемы хранения должна давать возможность выполнения определенныхфункций управления и обработки информации, таких, как обеспечение безопасностихранящихся массивов, выдачу программ на дисплей, манипулирование данными и т.п.
Сбор, обработка ипредставление данных.Эта функция ПЦУ относится к каналу обратной связи, обеспечивающей передачуданных от станка в центральную ЭВМ. Процесс ПЦУ предусматривает двустороннийобмен информацией. Обеспечение связей. Для реализации трех перечисленныхфункций требуется коммуникационная сеть. Обеспечение связи между различнымиподсистемами — центральная функция при работе любой системы ПЦУ. Для прямогоцифрового управления существенны каналы связи между следующими компонентами:
· Центральной ЭВМ и станками.
· Центральной ЭВМ и терминаламитехнологов-программистов.
· Центральной ЭВМ и запоминающимиустройствами большой емкости, где хранятся управляющие программы обработки деталей.
Кроме того, при желанииможно организовать связь между системой ПЦУ и любой из следующих дополнительныхсистем:
· САПР.
· Цеховой системойуправления.
· Информационнойсистемой предприятия.
· Диагностическойсистемой дистанционного контроля и технического обслуживания.
· Другимиавтоматизированными системами.
Эти типы связейстановятся все более распространенными по мере развития технологии ПЦУ внаправлении создания комплексно автоматизированных промышленных предприятийбудущего.
Преимущества ПЦУ
1.Исключение перфоленты и считывающихустройств.
2.Повышенные вычислительные возможностии гибкость.
3.Удобное хранение управляющих программобработки деталей в виде машинных файлов.
4.Хранение программ в виде массивовданных о последовательных положениях режущего инструмента.
5.Выдача сообщений о ходепроизводственного процесса.
6.Создание основ для перехода кавтоматизированным предприятиям будущего.
4 Системы механическойобработки с адаптивным управлением .
Метод механическойобработки с адаптивным управлением (АУ) был разработан в результатеисследований, проведенных в начале 1960-х годов под эгидой ВВС США внаучно-исследовательской лаборатории компании Bendix. Первые системы АУбазировались на аналоговых управляющих устройствах, что соответствовалосостоянию технологии того времени. Современные системы адаптивного управленияиспользуют микропроцессоры и обычно составляют единое целое с существующимисистемами МЧПУ.
Термин адаптивноеуправление в случае операций обработки деталей на станках относится к такойсистеме, в которой производится измерение определенных выходных переменныхпроцесса, с тем чтобы результаты этих измерений использовать для управленияскоростями резания и (или) подачи. В системах механической обработки садаптивным управлением использовались, например, такие переменные, как биенияшпинделя, сила, момент, температура резания, амплитуда вибраций, затрачиваемаямощность и др. Иными словами, почти все параметры процесса резания металла,которые поддаются измерению, пытались использовать в экспериментальных системахАУ. Одной из основных причин применения числового программного управления(включая системы ПЦУ и МЧПУ) является тот факт, что оно уменьшаетнепроизводительные затраты времени на операциях обработки. Адаптивноеуправление целесообразно применять не для всех процессов механическойобработки. Можно воспользоваться следующими характеристиками для выявления техситуаций, когда АУ применять выгодно: время собственно процесса обработкизанимает значительную долю общего производственного цикла. Правило: адаптивноеуправление оправданно, если режущий инструмент соприкасается с деталью более40% времени ее нахождения на станке. Имеются факторы, существенно влияющие наусловия работы станка, которые могут быть компенсированы применениемадаптивного управления. Фактически АУ приспосабливает скорости подачи и (или)резания к меняющимся условиям. Стоимость работы станка высока. Высокаястоимость работы обусловливается главным образом большими капиталовложениями воборудование.
Два принципаадаптивного управления
Можно выделить дваразличных подхода к разработке систем механической обработки с адаптивнымуправлением:
1. Адаптивное управлениес оптимизацией.
2. Адаптивное управлениес ограничениями.
Адаптивное управлениес оптимизацией. Притакой форме АУ для системы задают критерий качества, который служит показателемэффективности всего процесса в целом (например, производительность, затраты наединицу объема удаленного металла). Цель устройства адаптивного управлениясостоит в оптимизации этого критерия качества путем изменений скоростей резанияи (или) подачи в процессе работы.
Адаптивное управлениес ограничениями. Впроизводственных системах АУ накладывают ограничения на определенные измеряемыепеременные, характеризующие процесс обработки; тем самым устанавливаются пределыих изменений. В соответствии с этим, такие системы носят название систем АУ сограничениями. Цель этих систем состоит в такой подстройке скоростей подачи и(или) резания, чтобы значения измеряемых переменных процесса удерживались невыше уровня заданных ограничений.
Преимуществамеханической обработки с адаптивным управлением
Пользователь станка с АУполучает ряд потенциальных преимуществ. Они зависят от конкретныхпроизводственных задач. Адаптивное управление успешно применялось при такихоперациях, как фрезерование, сверление, нарезание резьбы, шлифовка и расточка.Оно также применялось и при токарной обработке, но с ограниченным успехом.
Преимущества,приобретаемые в результате применения адаптивного управления.
1.Повышение производительности.
2.Увеличение срока службы инструмента.
3.Повышенная защищенность деталей.
4.Менее частые вмешательства оператора.
5.Облегчение программирования операцийобработки деталей.
Списоклитературы
1. Харченко А.О.Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие длястудентов вузов. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – 304 с.
2. Р.И. Гжиров, П.П.Серебреницкий. Программирование обработки на станках с чпу. Справочник, — Л.: Машиностроение, 1990. – 592 с.
3. Роботизированные технологическиекомплексы / Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А. Фадеев – Учеб.Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. – 214с.
4. Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов,В.М. Критський. Гибкие производственные системы. – М.: Издательство стандартов,1989. – 309с.
5. Гибкие робототехнические системы /А.П. Гавриш, Л.С. Ямпольский, — Киев, Головное издательство издательскогообъединения “Вища школа”, 1989. — 408с.
6. Широков А.Г. Склады в ГПС. – М.:Машиностроение, 1988. – 216с.
7. Проектирование металлорежущихстанков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3: Проектированиестаночных систем /Под общей ред. А.С. Проникова — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана;Изд-во МГТУ «Станкин», 2000. — 584 с.
8.Иванов Ю.В., Лакота Н.А. Гибкая автоматизация производства производства РЭА сприменением микропроцессоров и роботов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио исвязь, 1987. – 464 с.
9.Промышленные роботы: Конструкция, управление, эксплуатация. / Костюк В.И.,Гавриш А.П., Ямпольский Л.С., Карлов А.Г. – К.: Высш.шк., 1985. – 359 с.
10.Гибкие производственные комплексы /под.ред. П.Н. Белянина. – М.:Машиностроение, 1984. – 384с.