автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Повышение эффективности оборудования с ЧПУ за счет применения универсальных средств его интеграции в гибкие производственные ячейки

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЮХОГГСТ ГОСОГЛСГОЛ ФЕДЕРАЦИИ ПО ПЫСПЕМУ ОБГАЗОЗАККП ыорсовскнл ГОСУДЛГСТВЕННЫЛ ТЕХЛОЛОГИЧЕСХНЙ У1ПСЛГСГПТГТ

Р Г б О Л -СТАНИПГ

¿¿II '"■<"•

~ ¡¡С и ^■iJJ Нз ер^зх ррхзхэса

ДМИТРИЕВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

УДК

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕГОПВНОСШ ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ЕГО ИНТЕГРАЦИИ В ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЯЧЕЙКИ.

Спецяллиюстк 03.13.07 - Апоюлгшк! теггаксгпчесзяж г-роцесопз ■ строязэоястэ

Автореферат яггсогртэцкд ва соэсхгк^г учгпоЗ степей» с»идпдгта технячеаоп сзутс

Моасм - 1993

Работа выполнена на кафедре "Компьютерные системы упргвлепвя" Московского Государственного Технологического Уккгерсятста "СТАНКИН".

НаучниЗ руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- ссхтор тегкячесгяз паух, профессор ВЛ-Сосонсея

• доктор технических паук профессор АршаисхвЗ М-М-

- кандидат техиачесхах р.ауг Колчин А.Ф.

• НПО "Криогеныаш"

Защита состоит« "_"_1993 года в_час._чип. па мседанпи

специализированного Совета К 063.42.04 Московского Государственного Технологического Университета "СТАНКИН".

Опыви (■ двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 103055. г Москва. Вадковский пер. 3-а. Ученый совет МГТУ "СТАНКИН".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТАНКИН" Автореферат разослан "_"_ 1993 года.

Ученый секретарь спецнхипировзнного Совета К 063.42.04

к.т.н.

СБ.Егороз

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность создаваемого оборудования во-ьшогш определяется возможностью его использования о ввтома'пшфов&в-иом производстве, п в том чнеле - о гибких производственных системах (ГПС). Несмотря аа разнообразие способов интеграции оборудошшая в ГПС, существуют трудности в практической реализация этих способов. Особенно отчетливо указанные проблемы проявляются про внедрении гибких производственных ячеек (ГПЯ).

Создание ГПЯ требует разработки управляющих структур ячейки. В частости, для построения общей системы управления необходима стыковка локальных систем ЧГГУ. Однако эта процедура ослохснена тем, что локальные систему программно и вппаратно несовместимы, а следовательно, должны быть доработаны в часта программно-математического обеспечения а интерфейсных средств. Подобные доработки сложны или невозможны, поскольку щш любых пользователей системы ЧПУ закрыты. Вследствие этого пользователи вынуждены применять только готовые специализированные ячейка, имеющиеся ыа рынке, которые не способны удовлетворить всей производственным запросам из-за ограниченного набора функций в Есвогаоддздста реконфигурации. Все это приводит к уменьшению спроса на оборудование этого класса, к сокращению объема его выпуска в снижению объема производства в конечном счете.

В этой свези актуальна проблема внедрения средств, способствующих сокращению жизненного цикла процесса интеграции оборудования в комплексы.

Пель работы п задачи всслепопания. Целью диссертационной работы шляется повышение эффективности интеграции оборудования с ЧПУ в комплексы за счет внедрения услуг удаленного управления.

Для достижения этой цели предполагается решение следующих задач:

• выявление общих принципов организация удаленного управления локальными объектами в ГПЯ;

• определение регулярных объектно-ориентированных моделей, обеспечивающих реализацию удаленного управления объектами ГПЯ;

-разработка методики создания интерфейса удаленного управления яюбьш оборудованием с ЧПУ;

• разработка высокоуровневого языка управления работой ГПЯ.

Методы псслспоиаиия. При разработке управляющей структуры ГПЯ сспользозапы методы системного анализа. Теоретические ссповы разработки структуры интерфейса удалегаюго управления базируются па истодах объектво-орнеитироватгаго проектирования. При разработке языкового описания задапия в ГПЯ использованы методы структурного программирования, а также методы построения п организации взаимодействия процессов в састемах реального времени.

Няучппя повпзпа работы заключается в разработке пряпцплоз предоставления услуг удаленного управления со стороны оборудования с ЧПУ.

Практическая псяпость работы.

1. Разработаны универсальные средства гибкой интеграция оборудования с ЧПУ в комплексы.

2. Предложена структура, синтаксис и семантика языка описания заданий а ГПЯ.

Аиробапия работы. Материалы диссертации докладывались побсуз-далпез» па заседаниях кафедры "Компьютерные системы управления" Московского Государственного Технологического Университета "СТАНКИН"-, на научно-практических конференциях "Опыт применения автоматизированных станочных систем" (г.Хабаропск, 1986 и 1988 годы), на научпо-пракппеском семинаре "Системное проектирован!1е гибких производственных систем" (г.Владнмир, 1987г.), на ГУ Всесоюзной конференции "Автоматизация поискового конструирования и подготовка инженерных кадров АПК-87" (г.Волгоград, 1987г.), на республиканской конференции "Опыт эксплуатации станков с ЧПУ и средств их оснащения" (г.Сеаастополь, 1989 и 1990 годы), на научно-методической конференции "Проблемы интеграции образования и науки" (г.Москва,МосСТАНКИН, 1990г.).

Публикапип. Основные результаты работы изложены в 2 статьях, 6 тезисах докладов научных конференций, список которых приведен в конце реферата.

Структура п объем работы. Диссертационная работа состоит из

введения, пяти глав и списка литературы. Работа изложена на _

страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 3 таблицы и список литературы из 42 наименований.

ОСНОВНОВ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Во е&£дсшш обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель дшхертацношюй работы, приведены ее общая характеристика и получеоиые научные результаты.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Стремление промышленности к более высокому техническому уроаню выпускаемой продукции в уьсличешио объема производства способствует сооуляроосш гибких производственных систем (ГПС). Несмотра на преодолеете ьоюпа технических проблем, связанных с разработкой в выпуском ГПС, ко сак пор существуют серьезные трудности, препятствующие их ■ широкому распространению.

Предлагаемые разработчиками ГПС по большей части имеют жесткую структуру управления в определенный состав оборудования. Выпусх подобных специфических ГПС доступен лишь крупным промышленным фирмам. Все, что необходимо конечному пользователю, - это располагать достаточными средсгеамя для покупка полностью скомпонованной шгтегрироаав-иой системы. Специализированные системы обладают гибкостью, ие выходящей за рашш потребностей конкретного производства и номенклатуры выпускаемых деталей. Всякое изменение производства выливается в его серьезную реконструкцию. Еще более серьезно эта проблема выглядит для средонх п малых предприятий, выпускающих продукцию небольшими партиями, постоянно ищущих новые заказы. Нередко эти заказы ие отвечают гссткни структурам специализированных ГПС. Для таив предприятий вахтой, чтобы первоначальная компоновка ГПС в средства управления бьиш способны к эволюции. Наиболее доступным способом внедрения гибкой автоматизации для подобных предприятий является ее развитие "таг за ша-кш". Сначала это покупка сложного станка в приобретение опыта его эксплуатации, накопление прибыли для приобретения аппаратуры и математического обеспечения системы управления производственным процессом. Затеи - его интеграция в небольшую систему, и так далее. Малые предприятия получают свое оборудование от различных изготовителей н пребывают в надежде, что их станки смогут работать совместно под управлением единой системы управления без доработки интерфейсов в каж-

дои случае. Таким образом, гибкая автоматизация на малых а средних предприятиях трудна я дорога без обеспечения модульности механических узлов, математического обеспечения и аппаратных средств управляющих структур.

В работе использован термин "Гибкая Производственная Ячейка" (ГПЯ). предполагающий первоначальный уровень интеграции некоторого набора локальных объектов с ЧПУ в комплекс, способный к автономному функционированию и использованию в ГПС в качестве отдельного ззена. Ячейка работает по жесткой программе, не использующей оперативного планирования. Задача управления подобной ГПЯ состоит в координации действий самостоятельных локальных систем управления, поддерживающих между собой диалог. Сообщения языка диалога носят характер запросов; содержат информацию о готовности, об исполнении предыдущего шага; служат командами на отработку, на проверку условий. Построение общей системы управления требует стыковки локальных систем, а эта процедура нетривиальна по той причине, что локальные системы программно в аппа-ратно несовместимы, а, следовательно, должны быть доработаны ( это касается и программно-математического обеспечения, п интерфейсных средств). Сказанное справедливо в отношении двух существующих способов организации управления в ГПЯ - децентрализованного и централизованного.

При децентрализованном способе управления функционирование ячейки поддерживается согласованным взаимодействием локальных систем управления посредством "горизонтальных" связей. Такая связь устанавливается для каждой пары взаимодействующих локальных систем. Синхронизация их работы реализована через технологические ISO-команды и, следовательно, привязана аппаратно и программно к конкретным локальным системам. Использование таких программно-аппаратных решений лишает комплекс гибкости, так как связано с трудностями изменения технологических функций и реконфигурации. Пользователь не имеет в своем распоряжении каких-либо высокоуровневых средств описания управления в ГПЯ, но должен знать низкоуровневый язык систем ЧПУ (код ISO 7bit) н особенности оборудования. При реконфигурации включаемый в ГПЯ дополнительный объект требует дооснащения аппаратурой связи и математическим обеспечением, поддерживающим взаимодействие. Аналогичным образом

должны быть доосаахцены в все остальные локальные системы управления. Между тем, юыекеике базового математического обеспечения локальной системы управления достаточно слохсно, поскольку пользователь ые знает его структуру; в некоторых случаях это вообще невозможно. Аппаратные доработки требуют знания соответствующих протоколов, трудоемки в изготовлении, а нередко не реализуемы из-за отсутствия свободного плато-места.

Указанные проблемы могут быть частично решены при сосредоточении двспстчерсхнх функций в одном специально выделенном устройстве. Прс этом радикально сзменяютса езязя между локальными системами. Исчезают горизонтальные связи а возникают информационные каналы взаимодействия локальных састси с устройством- диспетчером. Диспетчирующее устройство, как правило, выступает еще и в роли концентратора данных, а также врогршмного интерфейса между локальными системами и средой ГПС Подобное устройство берет на себя функции системы управления ГПЯ. При этом к локальным системам управления можно предъявить дополнительные требования, связанные с информированием диспетчера о текущем состояния объекта. Введение центрального диспетчирующего устройства сэзгэляет организовать виртуальные каналы связн между любыми парами докальпых систем ЧПУ в на этой основе осуществить согласование работы оборудования.

Прэ централизованной способе организации управления функции координации работы локальных систем могут быть описаны в диспетчирующем в виде управляющей программы. В результате появляется возможность изменения функций ячейки. Для этого потребуется загрузка локальных систем управляющими программами по каналам связи "управляющая ЭВМ - система ЧПУ" н замена общей программы описания взаимодействия систем в ГПЯ. Централизованный способ управления предпочтительнее децентрализованного при создании гибкой н модульной структуры ГПЯ. Между тем, проблемы реконфигурации модуля упрощаются ненамного. В этом случае для включения в ячейку дополнительного локального объекта в системе управления ГПЯ заранее предусмотрены соответствующие аппаратно-программные средства, но они отсутствуют в дополнительной локальней системе. И вновь возникает проблема закрытости аппаратных и программных решений для локальных систем.

б

Таким образом, можно сделать вывод о том, что интеграция оборудования в ГПЯ сложна по двум причинам. Во-первых, доработха средств поддержания требуемых функций удаленного управления лохальными объектами сама по себе представляет проблему. Во-вторых, многообразие существующего оборудования требует разработка каждый раз оригинального прикладного интерфейса удаленного управления, что усложняет общую задачу управления в комплексе.

Практически пользователь может применять только имеющееся па рывке специализированные ячейки, которые далеко не всегда удовлетворяют ссем производственным требованиям из-за ориентации на выполнение ограниченного набора функций и невозможности реконфигурация. Все это ведет к сокращению заказов на оборудование подобного рода, х снижению объема его выпуска в уменьшению общей производительаостз.

Причина существующей проблемы состоят з столкновении юггересоэ конечных пользователей, заинтересованных в самостоятельном создания ГПЯ требуемой конфигурации я доступом к ресурсам оборудования с ЧПУ, с одной стороны, и разработчиками систем управления, яс намеренных раскрывать собственное "know how", с другой стороны.

Выходом является создание интерфейса между разработчиком п пользователем оборудования, объединяемого в ГПЯ. Разработка такого интерфейса должна проводиться в соответствии с соглашениями между всеми разработчиками и представлять собой стандартизирующие документы па реализацию части базового математического обеспечения системы ЧПУ п системы управления ГПЯ. В этой связи можно выделить две части создаваемого математического обеспечения локальной системы управления:

- оригинальная часть, обеспечивающая управление оборудованием от оператора (в том числе и отработку управляющей программы );

- стандартный интерфейс, предназначенный для управления оборудованием от удаленной системы.

Создавая подобный интерфейс, разработчик системы управления сохраняет право на свою интеллектуальную собственность п вместе с тем предоставляет возможность интеграции системы управления в комплекс. В этой связи, главной задачей диссертации является разработка рекомендаций по внедрению услуг удаленного управления оборудованием с ЧПУ. При этом необходимо удовлетворить следующим требованиям:

- уншвс реальность разрабатываемых средств для любого оборудования с ЧПУ;

• простота интеграции оборудования с ЧПУ в ГПЯ;

- сохранение существующих решений производителей систем ЧПУ по организация локального управления оборудованием;

- простота в удобство описания задания ГПЯ.

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОТКРЫТОЙ СИСТЕМЫ ГПЯ.

Основные трудности при создании ■ использовании ГПЯ связаны с закрытостью систем ЧПУ в интегрированного комплекса в целом. Для разрешена проблемы необходима разработка концепции "открытых ГПЯ". Открытость системы предполагает универсальный структурный подход к ее созданию, при котором составляющие компоненты реализованы на функциональной платформе различных производителей, сохраняя взаимозаменяемость а способность к взаимодействию. Для реализации концепции долхс-цы быть приняты общие соглашения, обеспечивающие независимость разработчика. Только системы с известными программно-аппаратной структурой □ интерфейсами могут быть описаны как открытые. Только на основе согласованной структуры, доступной каждому и построенной на стандартах, Бошогшо сотрудничество в разработке и производстве основных компо-оейтов. Общедоступная структура позволит пользователю ГПЯ самостоятельно добавлять специализированное технологическое оборудование. Та-епм образом, обеспечивается защита технологических знаний от конкурентов. Более того, использование специализированного оборудования открывает возможность для дальнейшей специализации всех конкурентов. Таком образом, потребность в создании действительно открытой ГПЯ не исчезнет до тех пор, пока не будет выстроена единая программно-аппаратная архитектура, с которой согласятся все н которая будет рассматриваться как стандарт.

Анализ принципов работы различных ГПЯ позволяет выделить в их структуре следующие функциональные части:

- система управления и система связи, инвариантные к конкретным технологическим функциям ГПЯ;

• специфическое технологическое оборудование.

Введем понятие платформы, состоящей из системы связи и набора не-

зависимых программных модулей, несущих а себе инварианту функционирования ГПЯ. Построение конкретной ячейки состоит в заполнении платформы специализированными технологическими модулями. Платформа предполагает единую форму предоставления сервисных возможностей всеми локальными системами.

Сложное оборудование локальных систем и многообразие связей управления в создаваемой ГПЯ требуют значительных затрат на разработку специализированной аппаратуры н программного обеспечения общего взаимодействия. Поэтому система связи может быть реализована на базе стандартной вычислительной сети, поддерживающей семиуровневый протокол обмена. Вычислительная мощность современных локальных систем управления вполне позволяет это сделать. Прикладными процессами локальной сети станут те, которые поддерживают работу системы управления ГПЯ я локальных систем управления.

Многообразие прикладных задач, обусловленное различием оборудования с ЧПУ, требует классификации обменной информации и определения информационных моделей. Структурирование информации целесообразно путем использования объектно-ориентированных информационных моделей. При таком подходе необходимая информация структурирована в объектах, которые отражают свойства оборудования. Каждый из объектов содержит набор атрибутов, которые характеризуют его представление при внешнем использовании, и набор функций доступа и изменения этих атрибутов.

Необходимость стандартизации диалога с прикладными задачами управления производственным оборудованием вытекает из требования обеспечения системы управления ГПЯ информацией о ресурсах и возможностях любого локального объекта с ЧПУ. Введем понятие о Концептуальном Оборудовании (КО) как абстрактной модели, описывающей основные характеристики реального оборудования вместе с системой управления. Система управления ГПЯ "видит" любой технологический объект только как Концептуальное Оборудование и может запросить использование только тех ресурсов, которые описаны в рамках КО. Такое представление реальных объектов облегчает для системы управления ГПЯ работу с ними, поскольку они имеют одинаковую структуру, не предусматривающую описания технических деталей.

Модель КО в свою очередь состоит из абстрактных объектов, описы-

вающях реальные ресурсы и работу физического устройства. Взаимодействие системы управления ГПЯ с КО носит характер классических отношений "клвент-ссрвср". Клиент использует КО для достижения некоторых производственных целей. Сервер в реальной ситуации представляет собой программу, отображающую модель КО в работу реального производственного оборудования.

Запросы клиента обрабатываются сервером и инициируют работу с одним вз абстрактных объектов КО. Результатом служит ответное сообщение. Оборудование с ЧПУ, располагая подобными объектами в составе КО. предлагает соответствующие функции управления, выступая только в качестве сервера. В дополнение к классическим отношениям "клиент-сервер" оборудование с ЧПУ может по своей инициативе информировать клиента об объектно-зависимых событиях. Для этого сервер посылает сообщение-доклад клиенту, который подтверждает получение в виде сообщения ответа ва доклад. В результате, процесс управления работой ГПЯ можно рассматривать как постоянное выполнение локальными серверами запросов клиента.

ГЛАВА 3. УТОЧНЕНИЕ СТРУКТУРЫ МОДЕЛИ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Разработка модели Концептуального Оборудования предполагает конкретизацию множества составляющих ее абстрактных объектов. Подобная проблема возникает при создании стандартного технологического узла открытой системы ГПЯ. Решение задачи укрупненно может быть представлено в виде следующей многоступенчатой процедуры.

1. Выделение функциональных компонентов в оборудовании с ЧПУ, различимых системой управления ГПЯ и используемых для управления.

2. Анализ и классификация взаимодействия этих компонентов с системой управления ГПЯ.

3. Выделение элементарных объектов указанного выше взаимодействия.

4. Объединение объектов в абстрактные классы, сопоставление атрибутов объектам, определение функций доступа к объектам.

Выделение функциональных компонентов оборудования с ЧПУ, взаимодействующих с системой управления ГПЯ, построено по правилам организации взаимодействия управляющего н операционного устройств функцио-

вольного автомата. Рассматривая оборудование с ЧПУ в качестве операционного устройства, представим его работу с помощью трех моделей: модели управления, модели уведомления а модели состояния.

Модель управления оборудованием с ЧПУ представляет собой опяса-гше ряда взаимодействующих компонентов, таких как исполнительные устройства, система ЧПУ и устройство свази с оператором (рис. 1). Система ЧПУ обеспечивает создание и обслуживание одного или более управляющих процессов. Исполнительные устройства отождествляют те механические пли электромеханические узлы оборудования, которые различимы для системы управления ГПЯ как отдельные сущности и управляемы независимо (например, командами пуска или останова). Способы выделения устройств неоднозначны. Можно рассматривать станок-устройство как единую сущность, но можно и подразделять систему на более мелкие модули: шпиндель, поворотный стол, механизм смены инструмента. В любом случае система ЧПУ должна содержать образ каждого управляемого ей устройства. Представление образа связано с ресурсами устройства, которые могут быть использованы удаленным клиентом, и по этой причине описывается разработчиком при конфигурации системы. Представление устройства включает, например, информацию о его текущем состоянии, количестве управляемых координатных приводов, положениях конечных переключателей.

Управляющий процесс выступает как модель отработки внешней программы пользователя (например, управляющей или тестовой). Этот процесс может использовать управляющие данные, такие, например, как коррекции инструмента или смещения координатной системы.

Совокупность состояний устройств и управляющих процессов обеспечивают пользователя только основной информацией о текущем состоянии системы при автоматической отработке программы пользователя. Однако для обеспечения развитого удаленного управления устройством а детального контроля за ходом управляющего процесса нужны дополнительные данные. Они содержатся в информационном массиве управляющего процесса и включают информацию о текущем кадре управляющей 150-програимы, о режиме работы, об ошибках и отказах. Чем обширнее возможности доступа к данным (особенно, по записи), тем богаче возможности для удаленного управления. Но необходима осторожность при выносе точек удаленного

0&«руво»«ни* С

Рмс. I ftooq/te улрвглвмия оборудованием с чпу

управления оборудованием в распоряжение клиента, так как система ЧПУ не должна терять контроля над ходом локального процесса управления. В конечном счете только система ЧПУ может оказывать непосредственное воздействие на ресурсы оборудования. Поэтому управляющие команды удаленного клиента не должны воздействовать непосредственно на механизмы устройств, но могут лишь служить указаниями супервизору системы ЧПУ. Причем, супервизор может и отказаться от выполнения удаленных указаний в предположения аварийных последствий.

Устройство саязл с оператором обеспечивает информационный канал взаимодействия оператора системы ЧПУ с удаленным клиентом. Тот же интерфейс может быть использован оператором для управления лок&лышы оборудованием. Потребность в таком канале определена необходимостью разрешения аварийных ситуаций в получения справочной информации.

Модель общего состояния оборудования с ЧПУ отражает взгляд на его использование, вне связи с функциональным« возможностями оборудования. Модель определяет основные состояния локального объекта с ЧПУ, водимые для системы управления ГПЯ; а также представляет механизм координации всех пользователей (удаленных в локального). Поэтому модель общего состояния оборудования с ЧПУ содержит информацию двух типов:

- описание основного статуса;

- описание доступа пользователя к управлению оборудованием.

Модель уведомления используется для немедленного оповещения клиента об изменении состояния локального объекта, причем это изменение должно быть тотчас же учтено при формировании очередного управляющего воздействия системой управления ГПЯ.

Модель уведомления отражает систему слежения за обозначенными ресурсами в предназначена для формирования сообщений при переходах ресурсов из одного состояния в другое.

Приведенная система моделей была составлена на основе аналгаа работы локального оборудования с позиций удаленного управления. Система дает начальное представление о структуре оборудования, пестрей-ной на основе функциональных модулей. Для уточнения структуры КО, для систематизации внутренних объектов с целью объединения тх з абстрактные классы, - необходим анализ диалога моделей с удаленным клиентом. Классификация информационных сообщений в рамках ГПЯ позволила Еыде-

хоть шесть кх групп.

Перш группа сообщений удаленного управления системой ЧПУ относятся к работе с массивами управляющей информации. К таковым относятся тексты управляющих ■ тестирующих программ, параметры работы оборудования, размерная привязка инструмента, описание пространственного расположения заготовка в локальной системе координат. Вне зависимости от типв информации, ее передача и считывание происходят по одинаковым схемам ■ определяются блочным построением удаленных данных. Это дает возможность ввести в рассмотрение абстрактный объект Информационная область (рнс.2). Ов представляет собой подмножество ресурсов хранения информации в КО, которое связано с некоторой специализированной целью.

Отличаясь по своему содержанию. Информационные области могут быть использованы при выполнении разнообразных функций. Например, Информационная область параметров используется при отработке управляющей программы в качестве дополнительных данных, описывающих ограни-чеши на работу оборудования. Информационная область тестирующей программы непосредственно содержит машинные инструкции процессора в используется как загрузочный модуль.

Несмотря на то, что Информационная область содержит данные для выполнения конкретных функций, сама по себе она не является отрабатываемой. Для угого она должна быть включена (возможно с другими Информационными областями) в отрабатываемый модуль, определенный в дальнейшем как Реализация. Одна н та же Информационная область может быть использована в построениях, выполняющих различные функции. Назначение содержимого Информационной области должно быть описано при ее создании ■ использовано в качестве своеобразного интерфейса к ней.

Объект Информационная область может находится в КО постоянно, если существует постоянная в нем потребность. В этом случае объект должен создаваться при разработке сервера и инициализироваться при каждом запуске базового математического обеспечения (например, массив параметров станка). Если Информационная область используется лишь изредка, она может возникать под воздействием функций клиента.

Ко второй группе управляющих воздействий на систему ЧПУ относится управление отработкой различных программных модулей (управляющих

I

Создаваемый

Пустой И

Несуществующий

Загружаемый

V?

4 Полный

73

Готов 7

В использовании

I 5 Л

Значение переходов:

1 - команда но ночоло загрузки;

2 - передан последний блох программы;

3 - подтверждение завершения загрузки;

4 - ошибке;

5 - создание отрабатываемого моду/1я,использующего данную информационную область;

6 - ликвидация отрабатываемого модуля.использующего данную информационную область;

7 - стирание информационной области;

Рис.2 Днагроммв состояний информационной области.

Значение переходов:

Несуществующий

Е2

А

Создаваемый

101_

Готов

С

Незопускаемым

Работе

Останов

1 - создание Реализации;

2 - стирание Реализации;

3 - запуск Реализации;

4 - окончание(естественное) Реализации;

5 - останов Реализации;

6 - возобновление Реализации;

7 - сброс Реализации;

8 - ошибка;

9 - ликвидация ошибки;

10 - подтверждение создания;

11 - отказ от создания Реализации.

Рис 3 Диаграмме состояний объекта Реализация.

программ, тесто» я т.д.). Наиболее характерными воздействиями являются команды пуска, останова, продолжения и сброса. Отрабатываемый программный модуль изменяет свое состояние под влиянием двух типов воздействий • внешних команд от удаленного пользователя в внутренних событий (программируемых остановов, команд синхронизации, естественного окончания программы, ошибок). Таким образом, можно определить абстрактный объект Реализация (рис.3). Он представляет собой функциональный программный модуль базового математического обеспечения, предназначенный для отработки программы пользователя и использующий при ре-боте множество Информационных областей. Связывая их различными способами, Реализация выполняют самые разнообразные задачи. Например. Реализация, соответствующая отработке управляющей программы для станка с ЧГГУ, как правило, требует использования информационного массива текста управляющей программы, массивов параметров и описаний инструментов.

Третьей группой сообщений, используемых при взаимодействии с локальной системой управления, являются запись и считывание единичной информация. Примерами таких сообщений служит установление пределов рабочей подачн или диапазонов частоты вращения шпинделя, констатация неправа ости механизмов. Такая информация невелика по объему в не требует поблочной работы. Запись и считывание информации осуществляется за один прием. Это позволяет ввести в рассмотрение объект Информационная ячейка. Он представляет собой средство для чтения в записи отдельных данных в системе ЧПУ. Фактически же. в сервере описано преобразование от абстрактного объекта Информационная ячейка к реальному расположению информации в системе управления.

В четвертую группу передаваемых сообщений при взаимодействии с системой ЧПУ входят команды оперативного ввода и вывода информации. Сюда относятся вывод справочной информации для оператора, вывод подсказок в неоднозначных для ГПЯ ситуациях, результаты идентификации объектов (палеты с деталью, инструмент). Абстрактный подход к процессу оперативного ввода н вывода информации позволяет ввести в рассмотрение объект Информационная консоль. Он представляет собой абстрактное средство вывода н считывания данных на устройствах ввода/вывода локальных объектов ГПЯ. Средства связи удаленного клиента с оператором локального оборудования являются лишь частным случаем объекта Ин-

формацнонная консоль. Принципиально могут существовать только две функции связи с Информационной консолью: функция ввода в функция вывода. Работа функции вывода данных состоит в следующем. Клиент посылает список символьных строк серверу. Сервер осуществляет собственную интерпретацию этих строк для вывода сообщения на устройство нндакацяж. При использовании функции ввода данных клиент ожидает ввода информации с устройства ввода. Когда ввод закончен, буфер введенной каформации переходит к клиенту. В процедуре ввода может быть использована подсказка, текст которой предварительно выводится на устройство вывода локального объекта (если оно существует; в противном случав текст пропадает).

Пятую группу сообщений обмена информацией с системами ЧИТУ составляют команды системы уведомления обо всех изменениях ел локальном объекте. В этой сзязи рассматривается абстрактный объект Информационный доклад. Объект определяет условия активизации и содержание действий, направленных иа уведомление удаленной системы управления ГПЯ о том. что ситуация на локальном объекте должна быть учтена при формировании дальнейших управляющих воздействий. Для описания условнй возникло сения события клиент может использовать только доступные ему объекты КО, значения которых дискретны. Такой информацией может быть состояние объекта Реализация, значение объекта Информационная ячейка.

В последную группу типовых сообщений удаленного управления системами ЧПУ входят команды организации доступа к общим ресурсам локального объекта. Ресурсы оборудования с ЧПУ могут быть разделяемы между пользователями. Одновременное управление н/или использование одного и того же ресурса может привести к непредусмотренным последствиям. Примером служит конфликт при попытке одновременного управления системой ЧПУ со стороны системы управления ГПЯ и оператора локального объекта. Механизм доступа к разделяемым ресурсам локального объекта реализуется по-разному, но использует одну и ту же идею, которая может быть реализована путем создания абстрактного объекта Семафор.

Обобщенное описание доступа к абстрактным объектам Концептуального Оборудована« приведено на рнс.4.

Предлож нный набор объектов КО получен на основе обобщения проблем удаленного управления оборудованием. В дальнейшем не исключены а до-

ФуКЦЫИ удаленного доступа

- загрузить

- считать

- стереть

- создать

- поличнть ИИ««»ОРМЦЦИК>

Объекты

Информационная,^ Г^^п область

Атрибуты

-8>

- ими

- ТИП

- состояние

- ЦДОЛЯеМОС ть

- мсполыоюни«

- пуск

- стоп

- продолжить

- сброс

- создать

- стереть

- получить информацию

<К>

Реализация

1

- ИМЯ

- тип

- состояние

- состав

- дда/1»«мость

- читать

- писать

- получить ммеормоцию

Информационно я <•)— —о»

ячейка

I

- свод

- вывод

- получить нноормацмю

^^Инвормвцноммая -о консоль

- создать

- уничтожить

- получить нивормацыю

- взять

- отказаться

- создать

- удалить

- получить мноормоцмю

^^ Ннвормационнкм -<э_ доклоа

<К> Сомовор

т

- имя

- тип

- состояние

- тойм-вут

- событие

- действие

Рис. А Обобщенная модель доступа к объектом КО.

полнительиые механизмы управления, выходящие за ромхл обозначенных шести абстрактных объектов. Поэтому приведенный набор следует рассматривать как открытое множество, пополняемое по мере совершенствования локальных систем управления.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЙ ИНТЕРФЕЙСА ЛОКАЛЬНОГО ОБЪЕКТА С ЧПУ ДЛЯ УДАЛЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ В СОСТАВЕ ГПЯ

В задачу разработки сервера локальной системы управления входит преобразование реальных ресурсов оборудования в абстрактные модели КО. Этот процесс может быть описан в виде следующей посяедоватслыгас-тя шагов.

1). Первоначально реальная физическая система должна быть разделена па устройства, способные работать независимо. Количество управляющих программ, отрабатываемых одновременно, определяет члело таких устройств. Для каждого из них необходимо создать отдельный объект Реализация а связанные с ним объекты Информационная область прехраммы пользователя. Информационная область управляющего процесса п Информационная область представления устройства.

2) При наличии в системе устройств, осуществляющих ввод/вывод информации, для каждого из них необходимо создать объект Информационная консоль. Системы ЧПУ станков традиционно имеют в своем составе дисплей а клавиатурный ввод. Поэтому в структуру КО станка с ЧПУ должен быть включен объект Информационная консоль свода/вывода. Для отображения вводимой п выводимой информации, а также "подсказок" можно использовать специальное окно экрана или временные переключение страниц вндео-памяти.

ЗЩомныо управления выделенными устройствами с помощью управляющих программ возможны дополнительные воздействия па входящие в устройства механизмы электроавтоматики. Такие возможности управления ресурсами должны быть отображены в представлении устройства в виде абстрактных объектов типа Информационная ячейка. Одна из них доступна только ко чтению и принимает значение специфического состояния механизма. Другие доступны для записи данных, задающих специфическую функцию работы механизмов.

4)Со$джнве объекта Реализация предполагает ведение Информационной облает управляющего процесса. Ее назначение состоит в предоставлении такого же функционального интерфейса удаленного взаимодейстствия с отрабатываемой управляющей программой, как и имеющийся интерфейс оператора при локальном управлении. В первую очередь, это касается изменения данных, которые используются по умолчанию. К ним относится информация о максимальной скорости перемещения рабочих органов и »ращения шпинделя, о координатах точек с^ены инструмента и т.д.. Кроме того, данную Информационную область можно использовать для задания/отмены покадрового режима работы, а также выполнения/игнорирования запрограммированных технологических остановов. Для каждого из указанных видов данных необходимо использовать отдельную информационную ячейку. Причем возможность доступа к ней по записи или чтению зависал от се назначения и определяется разработчиком.

5)Управлеиие выделенными в п.] устройствами может потребовать дополнительной управляющей информации, связанной с объектом Реализация. К такой информации относятся данные об установочных параметрах оборудования, настройке инструмента, пространственном положении и масштабировании детали. Для организации удаленного доступа к ним требуется создание Информационной области. Она состоит из Информационных ячеек, каждая из которых соответст вует одному из параметров.

6) Об изменении состояния оборудования сервер должен сам информировать клиента. Состояние оборудования может быть представлено через информацию о состоянии абстрактных объектов КО. Об изменении состояния Реализаций, Семафора использования системы ЧПУ, Информационных ячеек должен оповещать связанный с каждым из них Информационный доклад.

Требуемую оперативную информацию пользователь может получать удаленно создавая объект Информационный доклад. При его создании указываются контролируемый объект и список состояний, о переходе в которые клиент должен быть оповещен.

7) Серверы должны содержать стандартную часть, описывающую состояние всей системы в целом. К ней относятся:

- Информационная ячейка общего состояния, принимающая значения "Исправен" или "Неисправен";

- Семафор доступа к управлению оборудованием, позволяющий делать это удаленно или локально.

Многообразие способов создания базового математического обеспечения не позволяет разработать стандартный алгоритм внедрения сервера. Навязывание стандартных приемов может вступить з противоречие с принципами работы базового математического обеспечения а потребовать ?ла-чнтельной его переработки. Все это противоречит идее надстройки сгр-сера над существующими разработками. Поэтому можш лишь дать отдельные рекомендации по внедрению сервера.

Взаимодействие клиента с оборудованием осуществляете« посредством ссэместноЭ работы сервера п супервизора системы ЧПУ. Дяя гтж» сервер н супервизор имеют доступ к некоторой обменной памяти. Структура соответствующей облает включает множество перемекнмх, которые функционально могут быть отнесены к двум группам:

- переменные, предназначенные для отображения состоялся оборудоза-нея;

- переменные, предназначишь» для отображения управляющих жемаэд клиента.

В таком случае в функции сервера входит преобразование управляющих указаний клиента в значения переменных обменной области, а также информирование клиента о сосгозшш этих переменных. Функциям» суперэи-зора а этой связи являются преобразование состояния ресурсов оборудовании о значения переменных обменной области а формирование управляющих воздействий в соответствии со значениями переменных обменной области.

Реализация сервера возможна двумя способами:

1. Встраивание программы сервера в цикл работы супервизора еяетеиы ЧПУ. В этом случае часть периода работы супервизора выделяется под задачи сервера.

2. Организация многозадачного монитора системы ЧПУ. Одной из таких задач является работа сервера.

Несмотря на разную программную организацию оба эти способа тре-¡уют выделения дополнительных ресурсов процессора. Это не может, йе казаться на быстродействии системы ЧПУ, снижение которого может шй-и за рамки допустимого. Поэтому эффективна в этом плане многопроцес*

сорная архитектура системы ЧПУ, в которой под выполнение задач сервера выделен отдельный процессор.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЯЗЫКА УПРАВЛЕНИЯ ГПЯ.

Управление локальными объектами ГПЯ н координация их совместной работы требуют использования простых средств описания задания в ячейке. Предложенный способ представления ресурсов оборудования через ^ объекты КО с ограниченным добором функций доступа к ним позволяет сформировать базис функций удаленного управления любым оборудованием с ЧПУ. Это создает предпосылка для создания высокоуровневого языка управления ГПЯ.

Анализ принципов работы ГПЯ позволил выявить сходство в организации взаимодействия локальных систем управления и механизмов электроавтоматика. В этой сшпн эффективным при описании задания в ГПЯ может Сьгтъ использование принципов, заложенных в языки проектирования электроавтоматики.

Последовательность переходов в ГПЯ зависит от действий входящего в ячейку транспортного оборудования. Поэтому работу ГПЯ можно представить как выполнение процессов, определяемых действиями этого оборудования. Такие процессы могут не пересекаться, если используют развое оборудование, или разделять при работе одну или несколько локальных систем. В случае, если требуется одновременное использование одного в того же ресурса сразу несколькими процессами ячейки можно говорить о том. что один вз них блокирует работу других. В результате управление в ГПЯ представляется как отработка каждого из запущенных процессов, а также синхронизация их совместной работы при обработке блокировок. Программу описания управления в ГПЯ можно представать иерархической трехуровневой структурой. Процессы второго уровня определяются действиями транспортного оборудования. Координация процессов осуществляется в процессе-диспетчере. Для этого используются операторы управления процессами: запуск процесса, останов процесса, возобновление остановленного ранее процесса. Третий уровень составляют системные я пользовательские подпрограммы.

Для обеспечения переносимости программы она состоит из двух частей. Первая из них - раздел описаний - непосредственно определяет

последовательность дейсгзаН локальных объектов ГПЯ. Вторая -раздел присвоений - является своеобразным интерфейсом между простыми именами устройств, механизмов п управляющих данных, используемых в программе, и системной информацией о них в локальных вычислительных сетях а в рамках сервера. Операторы языка просты в использовании и транслируются в команды доступа к абстрактным объектам КО.

Для отладки программ управления работой ГПЯ можно использовать имитационное моделирование. Возникающие в работе локальных систем нерегулярные ситуации моделируются с помощью генератора случайных чисел, который задает период нормальной работы до появления очередной аварийной сатуацян. Моделирование действий оператора па локальном объекте осуществляется воздействием на клавиатуру инструментальной ЭВМ. Правильность работы ячейки оценивается визуально. С этой цслыо используется графический образ состояний работы локальных объектов ела словесное описание.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Отсутствие системного подхода к построению ГПЯ из стандартного оборудования приводит к тому, что выпускаемые специализированные производственные комплексы с жесткой структурой связей управления не способны удовлетворить требованиям производственного потребителя. Локальные системы управления независимо создаваемого оборудования не пригодны к гибкой интеграции в управляющие комплексы произвольной структуры.

2. Для облегчения построения и реконфигурации ГПЯ необходима стандартизация структуры управляющих связей. В рамках стандарта должны быть обозначены следующие модули : система связи, программно-аппаратные модули централизованного управления, исполнительные модули технологического оборудования с ЧПУ.

3. Стандартизация управления модулями технологического оборудования требует их однообразного внешнего представления с позиций удаленного управления. Для этих целей введено понятие о Концептуальном Оборуд( !ании как об абстрактной модели, описывающей ресурсы реального оборудования.

4. Внутренняя структура модели Концептуального Оборудования может быть получена при использовании объектно-ориентированного подхода К задаче удаленного управления оборудованием с ЧПУ. Подобный подход позволил ввести в рассмотрение абстрактные объекты Информационная область. Реализация, Информационная ячейка. Информационная консоль, Информационный доклад. Семафор. Одновременно определены функции удаленного доступа к ним. Объекты и функции удаленного доступа рассматриваются как составляющие стандартного интерфейса удаленного управления оборудованием с ЧПУ.

5. Создания структуры КО конкретного локального объекта с ЧПУ для разработчика может быть формализовано в виде предлагаемой в работе методики, состоящей в декомпозиции управляемого оборудования на устройства, в определения точек удаленного воздействия на устройства, во введении соответствующих устройствам абстрактных объектов КО.

6. Управление работой ГПЯ можно представить как согласованное выполнение процессов, определяемых действиями »ходящего в ячейку транспортного оборудования.

7. Для описания управляющих процессов в ГПЯ можно использовать расширение инструментальных языков проектирования электроавтоматики станков с ЧПУ.

Отдельные результаты работы докладывались на научных семинарах и кашли отражение в следующих публикациях:

1. Управление работой гибкого производственного модуля посредством терминальной станции./Тезисы докладов научно-практической конференции "Применение робототехннческих систем на предприятиях края".Хабаровск,

1986.С.57-58.

2. Организация данных при управлении работой гибкого производственного модуля./ Тезисы докладов научно-технической конференции "Опыт применения автоматизированных станочных систем". Хабаровск, 1988, с.35-36.

3. Моделирование системы управления гибкого производственного модуля. / Тезисы докладов научно-практического семинара " Системное проектирование гибких производственных систем", Владимир, 1987,с.34-35.

4. Использование математического ыоделироаалсз в ргшггэ гадап управления работой гибкой пройзьодстгешшЗ пчейвлУ Тс1~сы позяэдоз IV Всесоюзной конференции "Автоиатазацаа поискового ксаяруцрогааая п подготовка инженерных кадров АПК-87"«Волгоград. 1937.С.157-159.

3. Организация математического обеспеченна сгстеиы упразлегпа гсб-кого произведете иного модуля. В иезхвузогсхом сборигшо сзутаых трудов: Автоматизация провззодстгешшх процессоз в игшнссстрс^ют. Мссх-ва,МИП, 1989а 103-107.

6. Создание микро-локальсоД сгтз упрдвлеппа рсбото-тзхпзг:;г1г:мп комплексами7 Теглсы £о„*яддоз р^атубвдкгщсэсо^ кдпферепдг*^ "Опыт эксплуатация стаиксз с ЧПУ п сргдсгз пх ссгдщевзд", Сепдстсравь, 1939, с.49-52.

7. Подсистема ппструигэтадыюго обеспеченна системы уиргзлепаа гсбкиы производственным иодулем7 Тезпсы дохладоз рсспублгхдгстоЗ коз-фереицяя "Опыт эксплуатация стпяхоз с ЧПУ а срсдсггз га сспищг^л", Сепстополь.1990, с. 111-112.

3. Нозый подход к разработке и отладке ехгеыы упргагепга гсбхого про!п=одстле!шого модуляЛ Спшхп и ВЕСТрунгиг.-1992.- ./¿3.- с.7-11.