автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Адаптация технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки на основе интегрированной клиент-серверной системы

Зазвонных Алексей Владимирович

Адаптация технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки на основе интегрированной клиент-серверной системы

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2012

1 7 г

ии5044171

005044171

Зазвонных Алексей Владимирович

Адаптация технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки на основе интегрированной клиент-серверной системы

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московском государственном университете приборостроения и информатики «МГУПИ»

Научный руководитель - доктор технических наук,

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

профессор, заслуженный деятель науки Аршанский Михаил Маркович

Московский автомобильно-дорожный институт доктор технических наук, профессор Васьковский Анатолий Михайлович

Московский государственный университет приборостроения и информатики, кандидат технических наук, профессор Мацнев Анатолий Петрович

ФГБОУ Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Защита диссертации состоится «23» мая 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.119.02 в ФГБОУ ВПО Московском государственном университете приборостроения и информатики «МГУПИ» по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, д.20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Московского государственного университета приборостроения и информатики «МГУПИ».

Автореферат разослан «23 » апреля 2012г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат технических наук, профессор

Зеленко Г.В.

Актуальность темы.

Современное машиностроение сталкивается с проблемой обработки всё более сложных по конфигурации и точности деталей. Такая обработка возможна только на станках с системами числового программного управления (СЧПУ) стоимость которых определяется количеством реализуемых функций. Особенно остро эта проблема проявляется в свете предъявляемых к эффективности производства требований, основными из которых являются (Рис. 1): тенденция к сокращению трудоемкости, снижению периодов между модернизацией или заменой станочного оборудования, снижению простоев связанных с внедрением новых технологических операций и устранения брака при отладке управляющих программ. Однако не все требования могут быть реализованы с помощью СЧПУ автономно установленных на используемых в производстве станках, а требуют интеграции с системами автоматизированного проектирования и системами подготовки технологического процесса производства изделий, т.е. с CAD-CAM системами предприятия. Всё это сказывается на себестоимости обработки деталей и требует новой инновационной идеи, содержащей креативный смысл, т.е. концепта, позволяющего разорвать замкнутый круг, приводящий к увеличению стоимости обработки.

В настоящей работе предлагается концепт, базирующийся на том представлении, что все СЧПУ работают в интегрированной среде и, при наличии минимально необходимого набора компонентов (функций), дополнительные функции, требующиеся для решения конкретной технологической задачи, могут быть получены из этой среды, на основе клиент-серверной системы, что позволяет эффективно обрабатывать детали любой сложности.

Цель работы.

Целью работы является создание возможностей обработки деталей сложной конфигурации и снижения стоимости их обработки, за счет использования недорогих, малокомпонентных СЧПУ, интегрированных в клиент-серверную систему.

Задачи исследования. В работе были поставлены и решены следующие задачи:

• исследовать существующие методы расширения технологических возможностей СЧПУ и существующие методы проектирования и реализации интегрированных систем.

• проанализировать наборы задач, возникающих перед системами СЧПУ при многокоординатной обработке.

• сформировать метод определения минимального набора компонентов системы, для существующих многокоординатных станков.

• на основе анализа задач СЧПУ и сформированного набора компонентов, спроектировать базовый каркас интегрированной системы и механизмы взаимодействия компонентов системы, классифицировать компоненты системы.

• разработать методику интеграции внешних программных компонентов, и существующих компонентов СЧПУ.

• разработать интегрированную систему, решив задачи реализации, конфигурирования, развертывания и распределенного взаимодействия компонентов.

Методы исследования. В работе использовались технология машиностроения, автоматизации технологических процессов и производств, теория автоматического управления, технологии .Net, ActiveX, ОРС, DDE, концепция и метод объектно-ориентированного программирования, MES, DCA.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в создании концепта адаптации технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки в интегрированной CAD/CAM клиент-серверной системе на основе инкапсуляции их функций и реализации конфигурирования, развертывания и распределенного взаимодействия необходимых компонентов.

Практическая ценность работы заключается в возможности реализации любых условий многокоординатной обработки, при использовании СЧПУ с минимизированным набором базовых компонентов, в условиях интегрированной клиент-серверной системы, на основе предложенного концепт продукта адаптации технологических возможностей СЧПУ.

Апробация работы. Теоретические и практические результаты полученные автором докладывались на заседании кафедры «Технологическая информатика и технология машиностроения», а также на международной

4

научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении», Москва 2010 г, Всероссийской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении» Ишимбай 2011 г., 3. межвузовской интернет-конференции «Мехатроника, робототехника, автоматизация» Москва 2009 г и конференции молодых ученых МГУПИ Москва 2010 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, выводов по диссертационной работе, приложения, списка использованной литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, отмечена её научная новизна и практическая ценность.

В первом разделе проведен анализ существующих решений расширения технологических, возможностей СЧПУ, что связано с тем, что современное машиностроение сталкивается с проблемой обработки всё более сложных по конфигурации и точности деталей. Для реализации этих задач требуются системы числового программного управления, обладающие большим набором необходимых функций, что значительно удорожает их стоимость и стоимость внедрения этих функций. Большую роль на этапе внедрения играет способность CAD/CAM системы часть функции СЧПУ с помощью специального интерфейса, не требуя от программистов -технологов и операторов станков углубленных знаний расширенных функций СЧПУ.

Одним из способов решения проблемы расширения технологических возможностей при возрастающей сложности изготавливаемых деталей является использование СЧПУ воспринимающей стандарт STEP-NC[6], Такая СЧПУ является полномасштабным вариантом STEP-NC-CNC и, реализуя цепочку CAD-CAM-CNC, выполненную на основе модели ISO 14649, обеспечивает полную автоматизацию цикла от наладки до измерения. Управляющие программы ISO 14649 содержат самые разнообразные данные. Используя их, СЧПУ способна генерировать траектории инструмента соответственно текущей цеховой ситуации, а также самостоятельно

составлять планы операции и адекватно реагировать на непредвиденные события, при этом введение новых функций СЧПУ происходит прозрачно для программистов-технологов скрывая особенности реализации в самой СЧПУ. Однако основным недостатком вТЕР-ЫС-СЫС в условиях современного производства является очень большая стоимость внедрения, что заметно осложняет использование этой системы. Ввиду необходимости модернизации и замены всех используемых СЧПУ, на данный момент ЭТЕР-ЫС не может быть использована для расширения технологических возможностей СЧПУ.

Второй раздел посвящен анализу и формализация процесса технологической подготовки производства. Особенно остро проблема расширения технологических возможностей СЧПУ проявляется в свете предъявляемых к эффективности производства требований, основными из которых являются (Рис. 1): тенденция к сокращению трудоемкости, снижению периодов между модернизацией или заменой станочного оборудования, снижению простоев связанных с внедрением новых технологических операций и устранения брака при отладке управляющих программ.

Рисунок 1 - Сопоставление характеристик реального производства возможностям предлагаемого решения

Однако не все требования могут быть реализованы с помощью СЧПУ автономно установленных на используемых в производстве станках, а требуют интеграции с системами автоматизированного проектирования и системами подготовки технологического процесса производства изделий, т.е. с CAD-CAM системами предприятия.

Для того чтобы выяснить какие задачи являются расширяемыми и как может быть организована подготовка СЧПУ-операций, проведен анализ структуры и связей процесса подготовки СЧПУ-операций (рис 2).

Рисунок 2 - подготовка СЧПУ операций

Для автоматизированной работы данной модели требуется единая система, интегрирующая внешнее ПО используемое на всех этапах, для обеспечения задекларированных входных и выходных данных каждого

участника модели и исключения ошибок при работе с ними. Должно обеспечиваться централизованное хранилище всех данных, с возможностью доступа к ним с любого терминала, например, рабочая станция технолога-программиста или дополнительный СЧПУ терминал. При этом обеспечивается синхронизация, необходимая например для исключения ошибок запуска старых СЧПУ программ при изменённой технологии и, соответственно, схемы базирования. Данные проблемы можно попытаться решить правильной организацией файловой структуры программ в СЧПУ и общего файлового хранилища, но это наложит серьезные ограничения на гибкость и функциональность программирования СЧПУ станков, а при отсутствии у сотрудников жестко регламентированного алгоритма работы с общим файловым хранилищем приведет к полной потере файловой структуры и рассинхронизации данных. Так же можно отметить невозможность восстановления предыдущих изменений и состояния системы в целом на определенный момент времени, что, например, может потребоваться для обработки старой модели детали при уже внесенных изменениях. Описанные требования ведут к необходимости использования системы централизованного контроля версий (в УЫ), на которую будет накладываться работа со всеми файловыми структурами, обеспечение версионности (история изменений), контроль целостности хранилища, обеспечение авторизации и прав доступа. При этом система контроля версий нуждается в более высокоуровневой системе управления проектами (Ие(1пипе, «Лоцман»). Была рассмотрена возможность использования 11е(1тше который принципиально имеет много общего с «Лоцман», в качестве системы управления проектами с необходимыми доработками и дополнительными модулями для поддержки документооборота (рис. 3). С рассматриваемыми проблемами тесно взаимодействуют автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП), например "Вертикаль", "Лоцман" (система управления жизненным циклом изделия), 'Темп", системы моделирования процесса обработки (УепсЩ) и всего технологического процесса в целом. Для эффективной подготовки производства требуется интеграция данных систем, для максимального исключения неавтоматизированных процессов.

Рисунок 3 - Иерархия и хранилище проектов в Redmine

Система управления проектами решает лишь часть задач и является отдельным модулем более сложной системы. Задача интеграции решается при помощи сервера, на который должна накладываться работа по управлению всеми модулями более низкого уровня, системой контроля версий(она же файловое хранилище) , управление БД хранящей информацию о проектах, которая используется как системой управления проектами так и остальными модулями для хранения и предоставления не файловых данных не требующих версионности.

С учетом проведенного выше анализа процесса подготовки производства формируется спектр объектов и функций присутствующих В предметной области (Рис. 4).

В этой области можно отметить 4 основных объекта и функции каждого объекта которые могут отсутствовать или присутствовать:

• Измерительные системы:

о Обмер детали (интеграция с подсистемой объемной коррекции программ);

о Обмер инструмента (интеграция с БД инструмента);

о Самодиагностика отклонений многокоординатного станка (интеграция с кинематическими моделями станков);

о Диагностика системы измерения (интеграция с коррекцией программ);

• CAD/CAM системы:

о Генерация траектории;

о Контроль зарезов и столкновений;

о Моделирование процесса обработки или всего технологического процесса;

о Интеграция с БД инструмента;

• Системы СЧПУ:

о Интерполяция перемещений (001 является базовой функцией

присутствие которой обязательно); о Управление траекторией (ТЯАОЫ трансформация ориентации,

коррекции, сглаживания, сплайны); о Высокоуровневое программирование (расширенные функции

СЧПУ, интерфейсные функции); о Автоматизированная смена инструмента (интеграция с САМ);

• АСТПП:

о Технологическая задача; о Задача технологического программирования; о Задача системного программирования; о Верификация (моделирование процесса обработки для обнаружения зарезов или столкновений);

Следует отметить, что данный набор использован лишь для определения базовых функций и интерфейсов и не является строго определенным.

Рисунок 4 - Объекты рассматриваемого производственного процесса

Расширение функциональных возможностей СЧПУ при рассмотренной выше организации заключается в разработке модулей интегрированной системы и их регистрация (рисунок 2 - обеспечение технической возможности формирования УП). При этом интегрированная система должна иметь задекларированные методы расширения и управления такими модулями, систему администрирования, облегчающую развертывание ПО на определенных рабочих станциях.

Таким образом, расширение функций системы обеспечивается созданием существующих модулей и/или добавление новых. Проводя аналогию с организацией централизованного хранилища и системой управления проектами, можно заметать необходимость автоматизированной систематизации функций системы, управления существующими модулями и их целостностью, отладки модулей.

В основе предлагаемого решения лежит предположение о том, что любая система управления, являющаяся объектом расширения, содержит основные функции управления движением и дополнительные, с помощью которых можно сформировать более сложные контурные перемещения.

Например, одной из основных (имеющихся у всех систем СЧПУ) функций управления движением является линейная интерполяция G01, а при наличии также основной функции look-ahead(G652), функция круговой интерполяции(С2,03) и команда на перемещение холостого хода GO становятся не основными, так как могут быть реализованы посредством линейной интерполяции. Соответственно, все другие виды интерполяции (спиральная, сплайн, 3D интерполяция) в этом случае становятся не основными. Некоторые функции, априори, не являются основными, например такие, как вывод интерактивного диалогового окна (реализуемый в системе Sinumerik HMI-Advanced). Если СЧПУ не имеет функции look-ahead, то она в зависимости от сущности расширения либо вообще не может являться объектом функционального расширения, либо может быть расширяема лишь с определенными ограничениями.

В третьем разделе в соответствии с проведенным анализом технологического процесса проводится классификация функций СЧПУ и их разделение на основные (базовые) и неосновные (специальные). При таком подходе каждая СЧПУ приобретает определенное описание (Рис. 5). В описании содержится обозначение команды СЧПУ, ее внутренний

идентификатор, используемый для связи с различными реализациями этой функции для разных СЧПУ. Реализация команды может иметь вид параметризированного CLSF-кода (независящего от оборудования формата траектории движения инструмента станка), который обрабатывается и добавляется вместо команды, или же в виде dll-библиотеки (как, например, в СЧПУ Power Automation).

. Базовые . Вспомогательные

Ком очгу i Идентификатор | Ким СЧПУ

00 1 RAPID G801 CYCIE801 J

Идентификатор ; Тип Ten j

CYCLE 801 CLS «параметриэир. CLS код»

CYCLE801 DLL <й1 файп>

Рисунок 5 - Классификация функций СЧПУ как базовых и вспомогательных

Для решения задачи разработки интегрированной системы был использован принцип построения матрицы компонентов. Столбцы матрицы определяют многообразие задач интегрированной системы, а строки компонентную реализацию данной задачи.

Были выделены следующие компоненты интегрированной системы:

• Среда выполнения

• Хранение и предоставление данных

• Реестр функций

• Пользовательский интерфейс

• Взаимодействие с «hard»

• Управление подсистемами

Далее в матрице компонентов (или «подсистемы и реализованные контроллеры») было произведено распределение уже имеющихся компонентов и реализованных компонентов по пользовательским задачам (или подсистемам). Откуда был выделен список разрабатываемых компонентов. Результаты произведенной структуризации задач представлены на рис. 6.

Рисунок 6 - Диаграмма матрицы компонентов

На основе матрицы компонентов и требованиям к расширяемости системы был составлен список предоставляемых сервером интерфейсов (рисунок 7).

Рисунок 7 - Представляемые сервером интерфейсные функции и их назначение

Реализация данных интерфейсов является основной частью интегрированной системы обеспечивающей эффективное расширение возможностей СЧПУ путём добавления новых компонентов и исключающей повторение уже существующих функций.

Решение задачи в соответствии с представленным концептом осуществляется на основе системы представленной на рис. 8 в следующей последовательности. Сначала происходит заполнение БД функционала базовыми и специальными функциями. Затем описание и реализация функций попадает к менеджеру расширений, который определяет необходимость применения стандартных или расширенных функций для данной операции на основе предоставленной ему информации о типе СЧПУ.

I ВыАйлммедмц^ чгъ/ шмощкея о&цими наммим от фиямтуры.

I мрсик опций системы и тд.

Рисунок 8 - Архитектурная реализация системы расширения

технологических возможностей

Все запросы и действия системы выполняются через сервер процессов, координирующий работу сервис-процессов (СГ^РРагеег, СЬЗРРогтайег, СЬЗРРгосеввог), занимающихся синтаксическим разбором СЬвР-кода, формированием траектории инструмента в форме понятной СЧПУ.

Поддержка API-программирования (программного инструмента позволяющего другим программным продуктам использовать функции и содержание данной программы) современных CAD/CAM систем обеспечивается сервис-процессом CAD/CAM connector, реализующим высокоуровневый интерфейс с системой подготовки производства.

Отдельным сервисом является терминал, реализуемый как аппаратно (SatteliteCNC - дополнительный СЧПУ терминал) так и программно (интерфейсные формы СЧПУ).

В четвертом разделе. Задача адаптации технологических возможностей СЧПУ реализуется на основе разработанного концепт-продукта включающего:

• Process server - серверный модуль интегрированной системы

• Project manager - система управления проектами (Рис. 9,10)

• CNCBrowser - графический интерфейс оператора (Рис. 13)

• CNCConnector-модуль абстракции взаимодействия с СЧПУ

• DCAService - модуль сбора данных о состоянии станка

• CADCAMConnector - модуль интеграции CAD/CAM системы

• Repository manager - система контроля версий

• System manager - модуль развертывания системного ПО

• CLSFProcessor - процессор управляющих программ

• CLSFParser - модуль преобразования управляющих программ САМ системы в унифицированный формат

• CLSFFormatter - выполняет преобразование программ в конкретный СЧПУ формат

Последовательность запросов при вызове регенерации программы изображена на рис. 11. Запрос на регенерацию программы технологической обработки попадает на сервер процессов из менеджера публикаций или из терминала, в зависимости от способа реализации. Затем запрос обрабатывается и поступает на один из интерфейсов CAD/CAM системы для получения CLSF-кода запрошенной операции. Далее CLSF-код передается на сервис-процесс CLSFParser для лексического разбора кода, который в уже универсальном формате попадает на сервис-процесс CLSFProcessor. На данном этапе принимается решение об используемом типе CLSF-процессора в зависимости от типа станка и его кинематической настройки. Обработанный и преобразованный во внутреннее представление СЧПУ код возвращается на сервер и передается терминалу, который принимает

решение о его дальнейшей передаче СЧПУ. Все приведенные выше модули разработаны автором и имеются в приложении к диссертации.

Рисунок 9 - Интерфейс project manager

Рисунок 11 - Диаграмма последовательности запроса программы

Рассматривается практическое использование предложенного концепт-продукта системы адаптации технологических возможностей СЧПУ. Для реализации данной задачи был разработан аппаратный терминал (ЗаПеШеСКГС) на основе персонального компьютера имеющего связь с СЧПУ по одному каналу, а по другому - связь с сервером процессов (Рис. 12), что предоставляет дополнительные возможности по наладке и корректировке технологического процесса. Взаимодействие с технологических процессом реализуется с помощью графического интерфейса (менеджера публикаций) (Рис. 13), и который представляет информацию о программах технологической обработки, сами программы с возможностью перегенерации и корректировки инструмента, информацию об инструменте, базировании детали, технологическом процессе, внешнем виде станка и детали, заготовок и приспособлений.

Рисунок 13- Менеджер публикаций (слева - базирование детали, справа - генерация программ обработки)

Информация, передаваемая от сервера на терминал, не ограничивается только программами технологической обработки. Вся информация инкапсулируется в специальный пакет управляющей системы (ПУС), содержащий всю необходимую информацию и средства для сопровождения технологического процесса. Работа и выполнение ПУС осуществляется через НМІ2 - программное ядро терминала.

Структура НМІ2 представлена на рис. 14. Технологическая информация и ЗО-модсль детали или заготовки поступают в модуль визуализации текстовой или графической информации для отображения на экране терминала по запросу оператора. ПУС через модуль взаимодействия с СЧПУ поступает в саму стойку.

Рисунок 14 - Структура ПУС (пакета управляющей системы) и его инфраструктуры

Всё интерфейсное взаимодействие происходит через MonitorSystem. Специфические интерактивные возможности СЧПУ реализуются через механизм системного окружения и набора модулей Solution. Системное окружение при этом является платформонезависимой средой хранения промежуточных результатов. Solution представляет собой небольшой сервис обладающий доступом к определенным клиентским функциям необходимым для выполнения вспомогательных действий взаимодействующих с другими Solution с помощью системного окружения.

CNC

Система

¿выполнение і " soMot, j

Предложенная клиент-серверная система со стойкой SatteliteCNC используется на Савёловском машиностроительном заводе для обработки крупногабаритных (до 8м), высокоточных деталей класса «лонжерон» и была разработана по инициативе завода, поскольку до её внедрения их обработка не представлялась возможной.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ связей архитектуры автоматизированной системы подготовки управляющих программ и выявлен круг задач решаемых СЧПУ, реализация которых возможна при наличии соответствующих модулей расширения.

2. Построена матрица компонентов (функций) систем ЧПУ на основе которой составлен набор интерфейсов.

3. Предложен концепт адаптации технологических возможностей СЧПУ задачи обработки деталей любой сложности на основе интегрированной клиент-серверной системы сопряженной с CAD/CAM.

4. Разработаны ядро и модули программного обеспечения (с полным комплектом документации) и дополнительный терминал СЧПУ интегрированный в систему (концепт - продукт).

5. Программное обеспечение концепт-продукта включает в себя: сервер процессов, модули расширений, терминал оператора.

6. Проведена апробация предложенного концепт-продукта при обработке крупногабаритных деталей сложной конфигурации, которые нельзя было до этого обработать.

7. По результатам апробации предложенный концепт-продукт внедрен на Савеловском машиностроительном заводе и используется для обработки деталей сложной конфигурации.

8. Результаты работы использовались в курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 220301 при составлении управляющих программ для станков с ЧПУ при обработке деталей сложной конфигурации.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Репкин А.Н., Зазвонных A.B. Повышение точности обработки на станках с мультипроцессорными ЧПУ за счет адаптации к произвольным возмущениям // Труды международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы современные технологии в машиностроении». Москва 2010,- С. 150-151.

2. Зазвонных A.B. Обеспечение заданных технологических возможностей системам ЧПУ на стадии технологического проектирования. Вестник молодых учёных МГУ ПИ: Сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2010.

3. Аршанский М.М., Ганюпшн P.C., Зазвонных A.B. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы. Вестник молодых учёных МГУПИ: Сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2011.

4. Аршанский М.М., Ганюпшн P.C., Зазвонных A.B. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы. Мехатроника автоматизация и управление. Выпуск № 12,2011.

5. Зазвонных A.B. Рсширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении». Ишимбай 2011. - С. 52-53.

6. Аршанский М.М., Ганюшин P.C., Зазвонных A.B. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы. Мехатроника. Робототехника. Автоматизация: Сборник научных трудов IV Всероссийской научно-технической Интернет-конференции (Москва, май-сентябрь 2011 г.) Выпуск №5. М.: МГУПИ, 2011. 120 с.

Отпечатано в филиале ОАО «ТОТ» Кимрская типография 3.702. ТЛОхЮО

-го

Введение.

1. Анализ существующих возможностей расширения технологических возможностей СЧПУ.

1.1 Обзор способов расширения технологических возможностей существующих СЧПУ.

Расширенное программирование.

Функции для работы с инструментом.

Кинематические функции.

Функции сплайновой интерполяции.

Функции для работы с измерительными системами.

1.2 Аппаратные методы расширения технологических возможностей СЧПУ 17 Наклонно поворотные столы.

Угловые головки для центров с СЧПУ.

1.3 Использование СЧПУ поддерживающих стандарт 8ТЕР-1МС.

1.4 Анализ открытости СЧПУ для интеграции в системы более высокого уровня.

1.5 Проблема инкапсуляции функций СЧПУ.

1.6 Постановка задачи исследования.

2 Анализ и формализация процесса технологической подготовки производства.

2.1 Характеристики реального производства.

2.2 Технологический процесс обработки детали сложной конфигурации.

2.3 Анализ причин невозможности полной реализации рассмотренного технологического процесса.

2.4 Специфика процесса разработки и внедрения СЧПУ операций.

2.4.1 Модель водопада.

2.4.2 Итеративная разработка.

2.4.3 RUP.

2.5 Схема подготовки СЧПУ операций.

2.6 Формирование требований к структуре и функциональности интегрированной системы.

2.7 Выводы.

3 Технологические и информационные предпосылки создания интегрированной системы расширения технологических возможностей СЧПУ.

3.1 Выявление базовых модулей в структуре интегрированной системы.

3.1.1 Классификация функций СЧПУ.

3.1.2 Типовые задачи СЧПУ для многокоординатной обработки.

3.1.3 Анализ структуры CAD/CAM систем.

3.1.4 Анализ структуры АСТ1111 систем на примере «Вертикаль».

3.1.5 Формирование требований к единой базе данных инструмента.

3.1.6 Анализ систем моделирования обработки.

3.1.7 Анализ структуры системы управления проектами.

3.1.8 Анализ систем непрерывной интеграции.

3.2 Создание обобщенной структуры интегрированной клиент-серверной системы.

3.2.1 Матрица компонентов.

3.2.2 Интерфейсы интегрированной системы.

3.2.3 Архитектура интегрированной системы.

3.3 Выводы.

4 Инструментальное обеспечение интегрированной клиент-серверной системы.

4.1 Ядро интегрированной системы.

4.2 Архитектура модулей системы.

4.2.1 Выделение компонентов интегрированной системы.

4.2.2 Инкапсуляция функций СЧПУ.

4.2.3 Интеграция с CAD/CAM.

4.2.4 Интеграция с АСТПП.

4.2.5 Интеграция с единой БД инструмента.

4.2.6 Интеграция с системами моделирования обработки.

4.2.7 Интеграция с рабочим местом оператора.

4.3 Пример реализации расширения технологических возможностей при обработке детали сложной конфигурации.

4.3 Выводы.

Современное машиностроение сталкивается с проблемой обработки всё более сложных по конфигурации и точности деталей. Для реализации этих задач требуются системы числового программного управления (СЧПУ), обладающие большим набором необходимых функций, что значительно удорожает их стоимость и стоимость внедрения этих функций. Особенно остро эта проблема проявляется в свете предъявляемых к эффективности производства требований, основными из которых являются: тенденция к сокращению трудоемкости, снижению периодов между модернизацией или заменой станочного оборудования, снижению простоев связанных с внедрением новых технологических операций и устранения брака при отладке управляющих программ. Однако не все требования могут быть реализованы с помощью СЧПУ автономно установленных на используемых в производстве станках, а требуют интеграции с системами автоматизированного проектирования и системами подготовки технологического процесса производства изделий, т.е. с CAD-CAM системами предприятия. Всё это сказывается на себестоимости обработки деталей и требует новой инновационной идеи, содержащей креативный смысл, концепта, позволяющей разорвать замкнутый круг, приводящий к увеличению стоимости обработки[3].

В настоящей работе и предлагается такой концепт, базирующийся на том представлении, что все СЧПУ работают в интегрированной среде, при наличии минимального необходимого набора компонентов (функций). Дополнительные функции, требующиеся для решения конкретной технологической задачи, могут быть получены из этой среды, на основе клиент-серверной системы [4].

Цель работы. Адаптация технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки на основе интегрированной клиент-серверной системы.

Целью работы является создание возможностей обработки деталей сложной конфигурации, за счет использования недорогих, малокомпонентных СЧПУ, интегрированных в клиент-серверную систему.

Задачи исследования. В работе были поставлены следующие задачи:

• исследовать существующие методы расширения технологических возможностей СЧПУ и существующие методы проектирования и реализации интегрированных систем;

• проанализировать наборы задач, возникающие перед системами СЧПУ при многокоординатной обработке;

• сформировать метод определения минимального набора компонентов системы, выявить минимальный набор для существующих многокоординатных станков;

• на основе анализа задач СЧПУ и сформированного набора компонентов спроектировать базовый каркас интегрированной системы и механизмы взаимодействия компонентов системы, классифицировать компоненты системы;

• разработать методику интеграции внешних программных компонентов и расширения существующих компонентов;

• разработать интегрированную систему, решив задачи реализации, конфигурирования, развертывания, распределенного взаимодействия компонентов.

Методы исследования. В работе использовались технология машиностроения, теория автоматического управления, технологии .Net, ActiveX, ОРС, DDE, концепция и метод объектно-ориентированного программирования, MES, DCA.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в создании концепта адаптации технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки в интегрированной с CAD/CAM клиент-серверной системе на основе разработанного концепт-продукта включающего: Process server, 6

Project manager CNCBrowser, CNCConnector, DCAService,

CADCAMConnector, Repository manager, System manager, CLSFProcessor, CLSFParser, CLSFFormatter

Практическая ценность работы заключается в возможности реализации любых условий многокоординатной обработки, при использовании СЧПУ с минимизированным набором базовых компонентов, в условиях интегрированной клиент-серверной системы, на основе предложенного концепт продукта.

Апробация работы. Теоретические и практические результаты полученные автором докладывались на заседании кафедры «Технологическая информатика и технология машиностроения», а также на международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении», Москва 2010 г, Всероссийской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении» Ишимбай 2011 г., 3. межвузовской интернетконференции «Мехатроника, робототехника, автоматизация» Москва 2009 г и конференции молодых ученых МГУПИ Москва 2010 г.

8. Результаты работы использовались в курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 220301 при составлении управляющих программ для станков с ЧПУ при обработке деталей сложной конфигурации.

1. Абамет Advanced Machinery Наклонно-поворотные столы для станков с ЧПУ. (www.abamet.ru)

2. Аршанский М.М., Ганюшнн P.C., Зазвонных A.B. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы. Вестник молодых учёных МГУПИ: Сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2011.

3. Аршанский М.М., Ганюшин P.C., Зазвонных A.B. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы. Мехатроника автоматизация и управление. Выпуск № 12, 2011.

4. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230. Программирование интерфейса PLC. Санкт-Петербург. 2008 г.

5. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230. Программирование в процессах Руководство программиста МС/ТС. Санкт-Петербург. 2002 г.

6. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230. Руководство программиста MC. Санкт-Петербург. 2008 г.

7. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230.Руководство по функциям расширения. Санкт-Петербург. 2006 г.

8. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0-110, N0-310, N0200, N0-201, N0201М, N0-202, N0-210, N0-220, N0-230. Руководство по характеризации. Санкт-Петербург. 2009 г.

9. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0110, N0310, N0200, N0201, N0201М, N0202, N0210, N0220, N0 230. Руководство оператора. Санкт-Петербург. 2008 г.

10. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0110, N0310, N0200, N0201, N0201М, N0202, N0210, N0220, N0 230. Руководство программиста Руководство создания постоянных циклов визуального программирования. Санкт-Петербург. 2005 г.

11. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0110, N0310, N0200, N0201, N0201М, N0202, N0210, N0220, N0 230. Руководство оператора Визуальное программирование. Санкт-Петербург. 2008 г.

12. Григорьев С.Н., Мартинов Г.М. Концепция построения базовой системы числового программного управления мехатронными объектами // Информационные технологии в проектировании и производстве, 2011. №2, с. 21-27.

13. Григорьев С.Н., Мартинов Г.М. Перспективы развития распределенных гетерогенных систем ЧПУ децентрализованными производствами // Автоматизация в промышленности. 2010. №5. С. 4-8.

14. Емельянова Е.А., Григорьев А.С., Пушков Р.Л., Мартинова Л.И. Программирование систем ПЧУ «НЕГОЕМНАПЧ». Учебное пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2010. - 87 с.

15. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Исследование задачи выбора102перечня функциональных возможностей сам-систем при автоматизированной подготовке управляющих программ.

16. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И, Мирошниченко B.J1. «Методы сплайн-функций». М.: Наука, 1980.

17. Зазвонных А.В. Обеспечение заданных технологических возможностей системам ЧПУ на стадии технологического проектирования. Вестник молодых учёных МГУПИ: Сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2010.

18. Зазвонных А.В. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении». Ишимбай 2011. С. 52-53.

19. Киселев С.А., Григорьев А.С., Геранюшкин А.В., Пушков P.JI. Прогнозирование стойкости инструмента при чистовой обработке // Вестник МГТУ «Станкин». 2008. №4. С. 23-32.

20. Кряжев Д.Ю. Фрезерная обработка на стаках с ЧПУ с системой ЧПУ FANUC // учебное пособие, 2005 г.

21. Ли Кунву. «Основы САПР(САЕ)/САМ/САЕ)», СПб.: Питер, 2004.

22. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Организация межмодульного взаимодействия в распределенных системах ЧПУ. Модели и алгоритмы реализации //Мехатроника, автоматизация, управление. 2010. №11. С. 50-55.

23. Мартинов Г. М ., Сосонкин В. Л . Формализация данных STEP-NC-формата: фаза построения UML- модели // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. №1. С. 49-56.

24. Мартинов Г.М. Алгоритм опережающего просмотра Look-ahead в современных системах ЧПУ и параметры его настройки // Стружка. 2007. №3. С.52-54.

25. Мартинов Г.М. Развитие систем управления технологическими объектами и процессами // Мир техники и технологии. 2009. - № 6. - С. 3435.

26. Мартинов Г.М. Современные тенденции развития компьютерных систем управления технологического оборудования // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. №1. С. 74-79.

27. Мартинов Г.М., Григорьев А.С. Принцип построения и интеграции в системах ЧПУ класса PCNC подсистемы трехмерной визуализации управляющих программ // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. №9. С. 26-31.

28. Мартинов Г.М., Козак Н.В., Нежметдинов Р.А., Любимов А.Б. Специфика построения панелей управления систем ЧПУ по типу универсальных программно-аппаратных компонентов // Автоматизация и современные технологии. 2010. №7. С. 34-40.

29. Мартинов Г.М., Козак Н.В., Нежметдинов Р.А., Пушков P.JI. принцип построения распределенной системы ЧПУ с открытой модульной архитектурой //Вестник МГТУ «Станкин» , 2010. №4(12). С. 116-122.

30. Мартинов Г.М., Мартинова Л.И., Григорьев А.С. Специфика разработки программного обеспечения для систем управления технологическим оборудованием в реальном времени // Спец. выпуск Т-Comm, июль 2009. С. 121-124.

31. Мартинов Г.М., Пушков Р.Л., Евстафиева С.В. Основы построения однокомпьютерной системы ЧПУ с программно реализованным ядром и открытой модульной архитектурой // Вестник МГТУ «Станкин». 2008. №4. С. 82-93.

32. Мартинов Г.М., Сосонкин В. Л. «Концепция числового программного управления мехатронными системами: проблема реального времени». //Мехатроника. 200, «1, с. 26-29.

33. Мартинова Л.И., Григорьев A.C., Соколов C.B. Диагностика и прогноз износа режущего инструмента в процессе обработки на станках с ЧПУ // Автоматизация в промышленности. 2010. №5. С. 46-50.

34. Мартинова Л.И., Козак Н.В., Нежметдинов P.A., Пушков P.JI. Реализация открытости управления электроавтоматикой станков в системе ЧПУ класса PCNC // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2011. №02. С. 11-16.

35. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Практические аспекты реализации модулей открытой системы ЧПУ //Автотракторное электрооборудование, 2002. №3. С. 31-37.

36. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Современные тенденции развития систем ЧПУ // Стружка. 2009, 2010. №1-2(26-27). С. 38-45.

37. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Сплайн-контуры в системе ЧПУ // Стружка. 2007. №1. С. 74-77.

38. Научно исследовательская лаборатория систем ЧПУ (www.ncsystems.ru).

39. ООО «Станкоцентр». Система ЧПУ. Руководство оператора. Москва 2005.

40. ООО «Станкоцентр». Система ЧПУ. Руководство программиста -Фрезерные станки. Москва 2005.

41. Официальный сайт компании ООО «Балт-Систем» (www.bsystem.ru)

42. Разработка приложений для Unigraphics на языке GRIP // CAD master, 5(20) 2003. С. 10-13.

43. Современные процессы разработки программного обеспечения.105RSD Magazine №4-2006.

44. Сосонкин В. Л., Мартинов Г.М. Модели математического обеспечения открытых систем ЧПУ // Стружка. 2006. №4. С. 26-30.

45. Сосонкин В. Л., Мартинов Г.М. Тенденции развития архитектуры и математического обеспечения систем ЧПУ // Стружка. 2006. №3. С. 30, 3236.

46. Сосонкин В.Л., «Задачи числового программного управления и их архитектурная реализация». // Станки и инструмент. 1988, №10, с. 39-40.

47. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. «системы числового программного управления», Логос, 2005.

48. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Методика программирования станков с ЧПУ на наиболее полном полигоне вспомогательных G-функций.

49. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Методика разработки управляющей программы ЧПУ соответственно стандарту ISO 14649 STEP-NC (Standard for the Exchange of Product model data for NX) // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. №6. С. 45-52.

50. Сосонкин В. Л.,Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: анализ современного мирового уровня архитектурных решений в области ЧПУ. //Мехатроника, автоматизация, управление. 2002. №7. С. 11-17.

51. Станкоцентр-СМЗ. Flex-NC. Инструкция по программированию Flex-NC. Фрезерная группа станков. Основные положения. Кимры 2008 г.

52. Угловые редуктора для цетров с ЧПУ. (www.negotiant.ru/productcatalog/furnituremanufacturing)

53. AZpost. User Guide. Multi-Axis Vertical Machining Centers. January10617,2005 (www.NCDataServices.com)

54. Cutting Tool Engineering Plus. «STEP-NC is almost an official ISO standard, but when will it become part of everyday use?» (www.ctemag.com/pdf/2006/0604-StepNC.pdf)

55. Daimler Chrysler. Aspects of StepNC in automitive industry. // StepNC Seminar RWTH Aachen.

56. F. Nagata, Y. Kusumoto, K. Haseb e, K. Saito, M. Fukumoto and K. Watanabe «Post Processor Using a Fuzzy Feed Rate Generator for Multi-Axis NC Machine Tools with a Rotary Unit» // June 2-5, KINTEX, Gyeonggi-Do, Korea.

57. Fidia. 3D CYCLES. ES/АР Option. Preliminary edition. November 2006.

58. Fidia. FIDIA С CLASS. Software installation. MD01680. Edition -07/2007.

59. Fidia. FIDIA С CLASS. User and programming manual. MD01431. Edition 06/03.

60. Fidia. FIDIA ISOGRAPH. User's manual. V5. MD01362. Edition -01/2003.

61. Fidia. FIDIAA HI-MILL. User's manual. MD01412. Edition 05/03.

62. Francesco Calabrese, Giovanni Celentano. « Design and Realization of a STEP-NC Compliant CNC Embedded Controller» // Dipartimento di Informatica e Sistemistica Université degli Studi di Napoli Federico II Via Claudio 21, 80125, Naples, Italy.

63. Fritz J. and Dolores H. Russ. A PLATFORM INDEPENDENT PROCESS DATA EXCHANGE MECHANISM BETWEEN JAVA APPLICATIONS AND COMPUTER AIDED MANUFACTURING SYSTEMS // College of Engineering and Technology of Ohio University, November 2003.

64. Generalized Postprocessor. TechniSoft CAD/CAM AG, Konradstrasse 8, CH-8005 Zürich, (www.technisoft.ch)

65. HEIDENHAIN Официальный сайт, (www.heidenhain.de)

66. Hongbo Lan, Chengrui Zhang, Riliang Liu, «A Framework for1071.telligent STEP-NC Controller Based on Multi-agent» 11 School of Mechanical Engineering, Shandong University, Xi'an Jiaotong University , China.72. ISO 6983/RRS274D G-Codes

67. Jacques Richard and John Stark, i-tech, EIG, HES-SO, Geneva, Switzerland. Standardisation of the Manufacturing Process : the STEP-NC project. IPLnet Workshop 2002, Saas-Fee,September 10-11, 2002.

68. Jae-Deuk Yun, Yoong-Ho Jung, Dong-Been Tae, and Jin-Gyu Lee. «A Geometric Postprocessing Method Using Joint Positions of a 5-Axis Machine» // World Congress on Engineering and Computer Science 2009 Vol 2, San Francisco, USA.

69. JAPAN TOOL SERVICE Ltd. УГЛОВЫЕ ГОЛОВКИ. (www.japantool.ru)

70. Jobs. JOMAX 265. Инструкция по эксплуатации. 2008.

71. LucBaron, École Polytechnique. «AN OPTIMAL SURFACING POST-PROCESSOR MODULE FOR 5-AXES CNC MILLING MACHINES» // (www.polytechnique.edu)

72. Matthieu RAUCH, Raphael LAGUIONIE, Jean-Yves HASCOET, Xun XU, «ENHANCING CNC MANUFACTURING INTEROPERABILITY WITH STEP-NC» // Journal of Machine Engineering 9, 4 (2009) 26-37.

73. Min Hou. CAD/CAM Integration Based on Machining Features for Prismatic Parts // Faculty of the Graduate School of the University of Kansas

74. MSDN. Dynamic Data Exchange, (http://msdn.microsoft.com)

75. Nikken Kosakusho Europe Ltd CNC Rotary Tables & NC Tooling. (www.nikken-world.com)

76. PA Power Automation. PA 8000 NT. Operating Manual.

77. PA Power Automation. PA 8000 NT. PA Vis Description. Edition -12.99.

78. PA Power Automation. PA 8000 NT. Programming manual. Edition -03.01.

79. PA Power Automation. PA 8000e. System specification.

80. Prof. dr. ir. J.P. Kruth, dr. ir. B. Lauwers, ir. P. Kiewais, ir. P. Dejonghe. «NC-postprocessing and NC-simulation for five-axis milling operations with automatic collision Avoidance» (www.mech.kuleuven.ac.be/pma/pma.html)

81. Prof. M Weck, Jochen Wolf, Dimitris Kiritsis. WZL RWTH-Aachen, Germany. EPFL, Switzerland. STEP-NC The STEP compliant NC Programming Interface. Evaluation and Improvement of the modern Interface.

82. RENISHAW. Контактные измерительные системы. Технические характеристики. Н-2000-3022-08-А.

83. Richard А. Baumann. Structure-Oriented Exchange of Product Model Data // Diplom-Ingenieur, aus Barnstaple / North Devon, Großbritannien, Berlin 2004.

84. Roberto Silvio Ubertino Rosso Junior «STEP Compliant CAD/CAPP/CAM System For Rotational Asymmetric Parts» // Loughborough University, August 2005.

85. S.F. Chan, Reggie Kwan «Post-processing methodologies for off-line robot programming within computer integrated manufacture» // Journal of Materials Processing Technology 139 (2003) 8-14.

86. Siemens. SINUMERIK 840D si. HMI-Embedded. Руководство оператора Siemens AG, 2005.

87. Siemens. SINUMERIK 840D/810D/840D sl/840Di si. HMI-Advanced. Руководство оператора Siemens AG, 2006.

88. Siemens. SINUMERIK 840D/810D/840D sl/840Di sl/840Di. Расширенное программирование. Руководство по программированию -Siemens AG, 2006.

89. Siemens. SINUMERIK 840D/810D/FM-NC. Руководство пользователя Siemens AG, 2000.

90. Siemens. SINUMERIK 840D/840Di/810D. Циклы. Руководство по программированию Siemens AG, 2004.

91. Siemens. SINUMERK 840D sl/840D/840Di/810D. Основы. Руководство по программированию Siemens AG, 2005.

92. TANSHING ACCURATE INDUSTRIAL CO., LTD. (www.cnc-rotary-table-tanshing.com)

93. Toolpath generation method for four-axis NC machining of helical rotor // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Volume 31, Issue 2, December 2008.

94. Tyson Baker, «ATTRIBUTION STANDARDIZATION FOR INTEGRATED CONCURRENT ENGINEERING» // Brigham Young University, August 2005.

95. Wei Li. Dynamic reconfigurable machine tool controller // Brigham Young University, Department of Mechanical Engineering, April 2005.

96. Xun Xu, Lihui Wang, Yiming Rong. «STEP-NC and function blocks for interoperable manufacturing» // The University of Auckland, Faculty of Engineering Papers, 2006.

97. Yusri Yusof, Nurul Zakiah Zamri Tan, Noordiana Kasim, «Exploring the ISO 14649 (STEP-NC) for Intelligent Manufacturing System» // European Journal of Scientific Research, Vol.36 No.3 (2009).