автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование моделирующих средств для проектирования систем ЧПУ намоточным оборудованием

о

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МШИ В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи

Ыураако Сряй Петрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОДЕЛИРЛШХ СРЕДСТВ .ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕИ "ЧПУ НАМОТОЧНЬЫ ОБОРУДОВАНИЕМ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и

систеын, включая их управление п регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 1992

Раоота выполнена в Ленинградском ордена Ленина и ордена 0к1дорьокой Революции электротехническом институте имени В.И. Ульянова ((Ленина)*

Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Рассудов Л.Н. Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Имаев Д.Х.

кандидат технических наук старший научный сотрудник Игнатьев И,1

Ведущая организация - Особое конструкторское бюро станкоотроенш иыепи Я.Ы. Свердлова

Защита диссертации состоится 1992 г. в

часов на заседании специализированного сЬвета К 063.36.08 Ленинградского ордена Ленина и ордена.Октябрьской-Революции электротехнического института имени.В.И; Ульянова (Ленина), по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, '5.

С диссертацией иохно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета

Балабух ¿.И,

^ ^'у. ! ОБЩАЯ ХАРАКГЕГОСТЙКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Решение задач сложного формообрзгюва-тя современным намоточным оборудованием для изготовления изделий 13 композитных материалов выдвинуло на первый план ряд проблем ювышения производительности, надежности и оперативности управ-г'ения технологическими процессам.

Проникновение вычислительной техники во все отрасли совре-юнного производства повлекло за собой качественный скачок в рал-зитии систем управлетш и других областей на переднем крае техни-геского прогресса. Одним из таких приложений вычислительной тех-шки является числовое программное управление (ЧПУ). Переход вычислительной техники к большим интегральным схемам (БИС), микро-1роцессорнш.5 БИС и построенным на их основе микроЭВМ позволил, соэ-;ать системы ЧПУ, совмещайте функции управления станком и решения этдельных задач подготовки управляющих программ намотки.

Традиционные системы ЧПУ в большинстве своем не удовлетворяют гребовашям сложного автоматизированного производства вследствие IX,малого быстродействия* ограниченнбго объема памяти, несовер-пества средств интерактивного.взаимодействия с пользователем. Ис-юльэованйе систем ЧПУ- в составе широкого класса совместимых дгравлякцих средств» используемых автономно или в сетевых интегрированных комплексах и сложившиеся новые требования потребителей к необходимым' функциональным возможностям систем ЧПУ привели к целесообразности Создания нового поколения систем ЧПУ - систем ■ класса РСМС ( Регбопа. Сотри¿ег А/итег1са£ СопйгоВ) или САМС{Согр/Э!^ег-№с(ёс1 Митеъ£са£ Сагг£г<з£- ) на базе профессиональных компьютеров.'.

' В Предлагаемой диссертационной работе рассматриваются вопросы проектирования и исследования таких систем, ориентированных яа намоточные процессы .в судо- и авиастроении, строительстве и 5ытоеой технике. При этом основное внимание уделяется разработке программного обеспечен!!« ЧПУ с использованием компьютерных моделей, реализованных на- основе современных языков высокого уровня (ЯВУ). Кроме того, компьютерные модели позволяют выдавать рекомендации по аппаратной реализации система ЧПУ при заданной ее структуре.

Цель работы и- задачи исследования; Целы? диссертационной ра-

вопросов

- г -

создания нового поколения систем ЧПУ наш точным оборудованием -систем класса РйУС на основе персональных компьютеров.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

1. Проведение анализа и выявление тенденций и перспектив развития систем и языка ЧПУ намоточным оборудованием.

2. Исследование существующих методик проектирования системного программного обеспечения (СПО) ЧПУ.

3. Исследование алгоритмических и "программных средств моделирования систем ЧПУ класса РСМС.

4. Разработка технологии проектирования программного обеспечения систем ЧПУ средствами ЯВУ»

5. Создание графической системы диалогового программирования намоточных процессов на основе средств автоматизированной подготовки программ для механообработки.

Методы исследования. Основные результаты работы получены на основании теории и методов проектирования ехшных программных средств, методов аналитической, геометрии,, аппарата теории трансляции и формальных языков. Для реализации.моделей систем ЧПУ использовались методы имитационного моделирования- объектов.

Наущая новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Впервые обоснована концепция построения системы управления намоточным оборудованием на базе профессиональных компьютеров (в классе систем РСМС), обеспечивающая высокую производительность

и надежность технологического процесса намотки.

2. Разработаны оригинальные программы-имитаторы локальных модулей. ЧПУ - интерполяторы, трансляторы исходных текстов, графические интерпретаторы команд, реализувдие идею качественного и количественного оценивания программного обеспечения ЧПУ.

3. Предложена методика проектирования программного обеспечения ЧПУ на основе ЯВУ.

4. Предложена и зарегистрирована в ГосФАПе СССР имитационная модель системы ЧПУ, даицая полное представление о характере всего множества протекающих в системе информационных процессов.

5. Разработаны элементы СПО ЧПУ намоточным оборудованием,предназначенные для систем нового класса РСМС и значительно облегчающие процесс подготовки программы намотки.

6. Спроектирована и исследована графическая диалоговая система подготовки управляющих программ, ориентированная на системы клас-

- з -

а PC h/С и управление сложным пространственным формообразованием а намоточном оборудовании.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработанный пакет графических интерпретаторов типовых ло-альных модулей ЧПУ позволяет оценивать качественные показатели тдельных систем, анализировать их пригодность к выполнению раз-¡ганых функциональных задач программного управления,оптимизировать груктуру и параметры программного обеспечения ЧПУ;

предложенные в работе • программы-имитаторы систем ЧПУ различ-ях классов используются в проектировании новых систем программыо-э управления, в демонстрации новых подходов и принципов организа-аи управляющих средств, в обучении инженерно-технического персо-ала и переподготовке кадров в области управления станками и робо-ами;

- диалоговая графическая система подготовки управляющих про-рамм способствует повышению производительности автоматизированного рограммирования механообработки, благодаря упрощен™ входного зыка,.повышению его наглядности и оптимизации отладочных процедур;

-'спроектированные модули программного ббеспечегшя стимули-srara создание систем ЧПУ нового класса РСМС для намоточного 5орудования,~ повышая их надежность, производительность и расширяя ункциональные возможности программного управления слокным формо-Зразованием.

Практическая реализация.Теоретические и практические результа-i, полученные в диссертационной работе, использованы в хоздоговор^ эй НИР 4083/ЭЛАП-234 "Разработка я исследование систеш ЧПУ на-зточными станка»®" И гоебюдкетной НИ5 ГБ2-ИТ021/РАПС-б.,"Разработ-1 я создание комплекса средств информационно-методического,про-pataJHoro и технического обеспечения цикла учебных дисциплин "Ро-зтотехника и автоматизация производственных систем", проводимых ЛЭШ им.В.И.Ульянова (Ленина). Разработанные программы IMTtIS0, 33, TRAN , оформленные а виде интегрированного пакета, внед-зны в ЛЭ1И им.В.И.Ульянова (Ленина) и Комсомольском-на-Амуре по-гаехническом институте;_программы INJ, ISO - в Вологодском Томском политехнических институтах; программа ISO-SCAM в эомыпшенно^ системе ЧПУ СКАН 4.2, шполненной по заказу ЦНИИСМ ^.Москва). Спроектированный автором программный комплекс демонстрн-звался на Международной выставке учебной :робототехники в Софии [990).. ' • ■;' ■ '-' ■ "

Аппобатшя работн. Основные.результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:

- I Международном научном симпозиуме "Робдидакта", Благо-евград, НРБ, 1989;

- XI Всесоюзной конференции по электроприводу, Суздаль,

1991;

- постоянном семинаре "Автоматизация проектирования, исследования и управления производственными процессами и установками с применением ЭШ", Ленинградский дом научно-технической пропаганда, 1991;

- I Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование технических средств связи для решения проблем информатизации общества в новых условиях хозяйствования", Ленинград, 1991;

- научно-техпических конференциях ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина), Ленинград, I990-I99I гг."

Публикашта, По материалам диссертационного исследования опубликовано 3 печатных работы, результаты отражены также в одной научно-техническом отчете,. .

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит иэ введения, четырех глав', заключения,' списка литературы из 104 наименований, 7 приложений. Основная часть работы изложена на ISO страницах.машинописного.текста. Работа содержит 56 рисунков и • 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЕОШ

Во введении обосновывается актуальность разрабатываемой Total, ставится цель диссертационной работы, приводятся основные решаемые в работе задачи и научные результаты, выносимые на защиту, отмечены научная новизна и практическая ценность работы. .

Первая глава "Системы ЧПУ намоточным оборудованием как объект исследования" носит обзорный характер и посвящена рассмотрени особенностей технологического процесса формования сложнопрофиль-ных изделий методом намотки, систем ЧПУ, применяемым для этого, в ней дан анализ развития систем ЧПУ в механообработке и обзор методов проектирования СПО ЧПУ.

Сачоал распространенным способом формования изделий из полнив них кокиозитшх ыатериа.лв в настоящее время является "мокрая" на ыотка на специализированных намоточных станках токарного типа, в

которых намотка осуществляется при возвратно-поступательном движении механизма раскладки нитей вдоль горизонтально расположенной оси. вращающейся оправки. Процесс намотки объединяет в себя несколько технологических процессов. Предметом рассмотрения в диссертационной работе были' моделирование и исследование только процесса подготовки и управления движением исполнительных органов станка для намотки армирующего материала па поверхность оправки.

В намоточном производстве в настоящее время используются в основном однопроцессорные системы ЧПУ классов Р/С ( МитехСсаС СопЬгоС ),ш; {81агес1 /\ZumezLcaE Со»£го£ ) и СЫСкСот-риЬе.2 Митег1са£ Соп1гоЕ). В последнее время определяющим стало использование мультипроцессора систем класса ВМС ( DL■гect

?/итегсса.£ Соп£?о£ ). В лите-

ратуре достаточно редко встречается описание систем ЧПУ намоточным эборудованием. Поэтому в диссертационной работе бил проведен анализ достижений и тенденций развития систем ЧПУ механообработкой и робототехничесгаши комплексами, который был распространен и на системы ЧПУ. намоткой.

Определяющей тенденцией в построении отечественных систем ЧПУ з настоящее время является применение 16-разрядных микроЭВМ с системой команд и организацией интерфейса по типу ЭВМ "Электрошка-60", гго не'исключает возможности искать другую базу, на основе которой .гажно проектировать системы ЧПУ намоточным оборудованием. За рубежом в качестве основы элементной базы устройств ЧПУ кроме процессоров фирмы ВЕС. все большее применение находят процессоры ве-цтцих мировых фирм Мо1аю£а и . В настоящее время они

1вяяются наиболее быстродействующими из всех существующих (такто-зая частота - до 50 и 40 МГц соответственно), Что обусловливает их использование именно в задачах ЧПУ, особо критичных ко вре-1ени. Из отечественных ГОШ целям ЧПУ удовлетворяет недавно разра-¡отанная 1Ш-соЕнестимая мультипроцессорная яИcтpa-48I6,,.

Сегодня наиболее быстродействующими из разрешенных к вводу I нащу страну являются процессоры фирмы Тмйе£-% Вследствие не-юлной предсказуемости технического прогресса в мире сейчас трудно :казать, применение каких типов микропроцессоров в системах ЧПУ в [альнейшем будет определяющим, если такое случится когда-либо вооб-Поэтому, в диссертационной работе. предлагается переходить к при-юненив язнкбв высокого уровня навсех этапах проектирования сис-ем ЧПУ от выбора'архитектуры до размотки и'отладки системного

программного обеспечения.

В результате анализа систем ЧПУ, проведенного в диссертациош работе, выявлены следующие тенденции их развития; модульность пос^ роения; применение 32-разрядных микропроцессоров; увеличение объег памяти для хранения программ; улучившее соотношения производительность/стоимость; увеличение надежности; использование интерактивнс цветной графики, техники меню и окон; диалога на естественном языке; использование элементов искусственного интеллекта.

Для современного этапа развития систем ЧПУ практика эксплуатг ции таких систем показала, что для создания и корректировки управляющих программ и управления движением рабочих органов станка наиболее целесообразным является создание многоуровневой распределенной организации систем ЧПУ, предусматривающей подготовку прикладного ПО на верхних уровнях,на основе ПЭВМ, а корректировку и воспроизведение УП-на нижних. В качестве примера рассмотрен вариант двухуровневой системы - системы ЧПУ намоточным оборудованием.

Все это органично привело разработчиков систем ЧПУ к созданшс управляющих комплексов шестого поколения на базе профессиональных компьютеров, так называемых систем ЧПУ класса РС1УС , в которых реализуются названные тевденции развития ЧПУ. С помощью компьютера решена одна из задач ЧПУ - терминальная взаимодействие с окружаю щей производственной средой, а именно с пользователем, которым помимо оператора уже может быть технолог, системный программист, исследователь, и управляющей ЭВМ более высокого уровня. Эргономические качества персональных компьютеров более совершенны. Компьютеры имеют более удобнее,горизонтальное расположение клавиатуры, стандартные средства кодирования, редактирования и коррекции, под-лшшо мнемоническую и построенную по принципу меню операционную систему, легко модифицируемую для различных типов станков, а также и роботов, с простыми командами и широкими средствами расширения. Применение персонального компьютера в системе РСЫС предполагав более дружественное обращение системы к пользователю, что благотво но сказывается на его самочувствии.

Для проектирования систем ЧПУ предварительно был проведен ана лиз методов проектирования СПО ЧПУ. В процессе его показаны достой; ства структурного проектирования ПО и в первую очередь - структур» цодульного подхода к синтезу программных средств на основе ыодульн иерархического метода проектирования ПО. Для кодирования программных модулей при разработке СПО ЧПУ предлагается использовать

;тандартные языки высокого уровня. В работе обоснованы достоинства ж применения по сравнению с традиционным ассемблерным подходом. В :х числе существенное повышение скорости разработки ПО .удобство го модификации и документирования, высокая надежность программ, выявлен и существенный недостаток применения ЯВУ для разработки СТО, агадачающийся' в низкой эффективности получаемых объектных программ, ля его преодоления предложена новая организация СТО ЧПУ, в которой начительная часть СТО сохраняется и функционирует на я&ыках высо-ого уровня, тогда как отдельные модули, строго критичные к реально-у времени, перекодируются на ассемблер.

Для кодирования- ПО ЧПУ намоточным оборудованием предложено ^пользование языка Си - языка структурного программирования, ¡гнкционально подготовленного к реализации процедур реального вре-эни, отличающегося мобильностью и оснащенного средствами оптиш-лрулцей трансляции. Внедрение интерактивной графики, техники меню, 1 алога на языке, близком к естественному, способствует значительна расширению круга пользователей систем ЧПУ, усложнения их функ-1Й и качественных показателей.

Вторая глава "Роль и место моделирующих программ в проектирова-ш систем ЧПУ класса РС/УСп посвящается рассмотрению технологии изработки ПО ЧПУ на основе моделей отдельных звеньев системы ЧПУ, гасание некоторых из которых приведено в качестве примера.

Суть технологии заключается в представлении системы ЧПУ в виде 1Тономных моделей, реализующих задачи ЧПУ на персональном компью-)ре. Разрабатывая такие автономные программы-имитаторы, моделирую-;е работу отдельных блоков систем ЧПУ, в дальнейшем разработчик 'О ЧПУ может проводить на базе этих имитационных моделей эргономисте исследования разрабатываемых системных средств, контролиро-ть время выполнения определенных шагов и минимизировать его в учае неудовлетвореш!я,пр1меняя другие аппаратные или програ1.мные едства (более бистродействукщпе компьютеры или более совершенные горитмы). Создав библиотеку моделей различных модулей систем ЧПУ, зработчик СПО ЧПУ может в соответствии с требованиями заказчиков статочно оперативно реагировать на них, собирая СПО из готовых эков, либо-создавая новые модели.- .

■ Технрло,гия..проектирования СПО' ЧПУ заключается в следующем.

-Ставится-;пейь' для премирования определенной системы ЧПУ I заданно ¿^структуре аппаратной части..

- '2'У;'0йределяются функции локальных звеньев систем ЧПУ..

3. Создаются модели имитаторов локальных звеньев систем ЧПУ.

4. Производится сборка моделей функциональных модулей из моделей локальных звеньев.

5. Создаются возможные варианты системы ЧПУ.

6. Планируются и производятся эксперименты на основе этих вариантов.

7. После отработки результатов происходят переход к пункту 8 или возврат к любому пункту из пп. 2-5 в зависимости от результата

8. После получения наилучшей модели системы ЧПУ производится вычленение из модели блоков, необходимых для реальной системы 41

9. Осуществляется проектирование,кодирование и испытание системного и прикладного программного обеспечения ЧПУ, выдаются рекомендации по проектированию аппаратной части системы ЧПУ.

10. Производится комплексное испытание системы ЧПУ.

11. В зависимости от результатов испытаний система ЧПУ переда ется в эксплуатацию, либо происходит возврат к любому пункту из

п.п.2-5 в зависимости от результата.

Рекомендуемый состав программных моделей,необходимых для поли ценной имитации задач системы ЧПУ класса PCNC следующий: библиотека функций для работы с файлами, библиотека диалоговых модулей, библиотека модулей fie.Ер , библиотека трансляторов, моду, вычисления' арифметических выражений, библиотека обработчиков синта сических ошибок, библиотека обработчиков смысловых ошибок, библиот ка постпроцессоров, библиотека алгоритмов интерполяции, библиотека геометрических процессоров, библиотека геометрических подпрограмм, библиотека графических процессоров, драйвер локальной сети. В каждой конкретной реализации могут присутствовать одни блоки,отсутствовать другие. Состав блоков для какой-либо модели подбирается индивидуально. Более подробно эта операция рассматривается на осно следующих трех моделей.

Про грамма-имитатор модуля интерполяции Ifi/Г предназначена для анализа эффективности использования различных методов Интерпол ции в системах ЧПУ разнообразными .ехнологическими объектами, для отработки методики подготовки данных,выбора интерполяционных интер валов,дискретности системы, предельных скоростей перемещения,велич перемещений в кадрах управляющих программ. Программа оснащена диалоговым блоком, выполнение в технике меню, модулем графического сопровождения и средствами статистического анализа проводимых эксп рииентов. В результате анализа оцениваются максимальные и средне-

задратичные ошибки решения интерполяционных задач, число тактов длительность отработки кадров. В блоке графического процессора учитывается масштаб вывода графической информации, выводятся ребуемая и реальная траектории, координаты участка интерполяции, 1ксимальная скорость за цикл интерполяции, статистические данные 5 ошибках. Модель интерполятора ориентирована на анализ типовых, 1рактерных для большинства серийных систем, методов интерполяции шейной и круговой, цифрового интегрирования и оценочной функции. :> это не исключает возможности включения алгоритмов других мето-эв интерполяции (например, параболической, сплайн,табличной) в иблиотеку моделей модуля интерполяции систем ЧПУ,

Графический интерпретатор управляющих программ ISO модели-ует трансляторы со входных языкой серийных систем ЧПУ 2F32, 2С85, 342 и др. в коды управления и интерпретирует движение рабочих ор-анов технологического оборудования графическими средствами мони-эра персонального компьютера. В процессе начального диалога произ-эдится ввод имени файла пользователем, либо при определенных ус-эвиях имя файла с текстом УП будет получено от системы. Затем в эдели предусматривается интерпретация кадра УП, считываемого из того файла, с помощью прямого метода последовательного просмотра троки. Выходными данными модели интерпретатора кадра УП являются анные об участке интерполяции, времени такта и-дискретности ЧПУ, корости интерполяции, которые и передаются на вход модели интер-олятора систем ЧПУ, где жестко выбран один из методов интерполяции, ходе анализа существующих и проектирования новых систем ЧПУ пр'и-енение интерпретатора ISO позволяет оптимизировать формат адра управляющей программы, генерировать прикладные библиотеки ользователей, проектировать новые технологические операции и про-ессы, нормировать этапы формообразования, детектировать и устра-ять ошибки программирования.

Драйвер локальной сети ISO_ SCAN моделирует транслятор кодов ISO в формат систем ЧПУ гаммы СКАН, ориентированных на правление намоточным оборудованием и передачу их по каналам ло-альных сетей. В модель драйвера локальной сети составной частью ходит модель интерпретатора кадра. Начальный диалог соответствует налогу в последней модели. После интерпретации УП модель выдает игналы на внешнее оборудование, которое может быть смоделировано ро гроши о. Выходными данными модели драйвера являются сигналы ля каждой координаты, сигнал скорости поцачи, сигналы,соответствую-

щие различным функциям системы ЧПУ. Эта модель способствует отлад ке программ намотки, поиску ошибок в них, организации процедур об мена в сетях и оптимизации протоколов обмена. Варианты исполнения драйвера внедрены в промышленных версиях системах ЧПУ СКАН 4.2 дл. связи ПЭВМ IBM PC и ДВК-3 с устройством ЧПУ 2F32.

Третья глава "Проектирование программного обеспечения систем! ЧПУ с использованием моделирующих программ" посвящена вопросам разработки программного обеспечения для конкретных систем ЧПУ.

Подробная методика построения имитатора системы ЧПУ отработана на примере системы с жесткой логикой, в качестве которой испол: зовано популярное серийное устройство НЗЗ-2М. При этом решены следующие задачи: вычислительная группа задач; задачи организации диалогового взаимодействия с пользователем; задача воспроизведен» управляющих программ.

В первой группе задач методика позволяет оценить длину машию го слова вычислительной системы, зависимость точности расчетов и быстродействия и емкости памяти вычислителя; распределять порядок прохождения задач и организацию приоритетов; выбрать методы и алгоритмы вычислений; проанализировать функциональные ресурсы разли*-ных вычислителей. Важнейшими составными частями модели системы ЧТО НЗЗ являются рассмотренные ранее модели интерпретатора УП и штерт лятора ЧПУ.

Во второй группе задач дается оценка синтаксических и семанти ческих характеристик входного языка программирования и языка лульч оператора, решаются вопросы эргономического оформления пультов one ратора устройства ЧПУ и управления технологическим оборудованием; предлагаются процедуры трансляции и алгоритмы построения компилято ра. Для модели устройства ЧПУ была разработана новая версия диалог вого блока, выполненная в форме меню. Меню изображается в виде рисунков пультов оператора устройства ЧПУ и управления технологическим оборудованием. Изображения ручек и кнопок управления на пул тах являются пунктами меню, воздействуя «на которые пользователь изменяет внутреннее состояние модели.

В третьей, груше задач выполняется автоматическое масштабирование рабочего пространства; анализируются способы представления информации о ходе технологического Процесса,-Проводится анализ качеств воспроизведения. .Драйвер локальной -сети»;iterate используемый в модели системы,- .работает на мбд«ль-.п^ьта/^йравленйя -'.координатографом. "

Разработанная методика применяется и для проектирования новой стемы ЧПУ намоточным станком. Для этого вначале дается полное тематическое описание намоточного процесса.

Обобщенная модель движения армирующего манипулятора САМ) пред-авляется векторным дифференциальным уравнением

е Х- X(t) - п -мерный Beitrop состояния исполнительных механизмов в момент времени t ;

X=eLX/dt;

U=U(t)~ т- мерный вектор управления! V — р -мерный вектор параметров системы; 1Г - п. -мерный вектор возмущений; X» - вектор начального состояния системы.

В качестве объекта армирования рассматривается положение точки сания. (TIC) армирующего материала на заданной в трехмерном про-ранстве линии намотки

Армирующий материал- представляется бесконечно узкой лентой, эльзящей вдоль касательной к линш намотки без трения и прогиба:

з j, lj/j Xit /¿, Хз . - декартовы координаты ТК и точки

схода (ТС) армирующего материала со схвата А1.1; j"; У'1 ~ компоненты направляющего Еектора прямой (I) зедение AM целесообразно описывать в цилиндрических координатах

fX, -PcoiC ; x^PiinC; Х2=з;

<}' - df/эс ^f'coic -pün c; (2)

q' = эу/ъс. = у iL» С +_pcai С '

ifj'' = df/dc = Ifj'.

Из (I) и (2) следует,что

РсозС - реал с. ' _ г-у . РлЬС-рфс _ В-Ч>. С

рСОбС-р^мС. у' ' У. '

откуда получается

р__Л__

2 = (С-с).

Так как текущее положение ТО практически недоступно управляя и измерительной системам, то в процессе управления осуществляет« воздействие на ТС, которое в свою очередь передается на ТК через свободный участок материала, натянутого между ТК и ТС. Определив движение ТС в виде Р -Р(С)\ г? = 2 (С\, а программное движение как Р''Р(-') > ~ ^(С-) I соблюдая выполнение условий взе мосвязи (3) и (4), траекторию движения ТО представим гладкой крш на сферо-конической поверхности вращения:

^ (я V» ¿г, ¿я, с)=0, .

где 1,2,..., П- номера участков траектории ТК;

Лпь!.гг„)<(.п- углы армирования между образующей поверхности и касательной к линии движения ТК на каждом участг

РиРгу-чР* -радиусы вращения поверхностей каждого участка;

%> Длины участков._____________________

На основе выявленных вычислительных особенностей рассматрив емого класса задач в диссертационной работе формируются требован к системе связи с пользователем и системе связи о технологически объектами. Сложность математического описания в пространства пря угольных и цилиндрических координат, высокие скорости аршрованга и неоднознаная зависимость точности укладки армирующих волокон оз характера организации движения осей ввделяют намоточное оборудовг чие в особый класс систем формообразования,требуя особого подходе к построению систем ЧПУ. ■"»'..'

В разработанной модели-имитаторе' И^ТМВ реализованы нвобхс димыэ новые функции программного управления. Здесь решены вопрось оперативного отображения пространственных движений объекта на . плоскость экрана монитора, заданных и текущих координат линий схс армирующего материала с укладчика и касания им поверхности оправ*

томатического расчета кадров УП и контроля за их выполнением. Ими-тором выполняется оптимизация траекторий движения рабочих органов передача УП по канала},! локальной сети. Спроектированные в преды-щей главе диссертационной работы имитаторы локальных звеньев вхо-т в интегрированную систему как ее составные часто, между которыми ганизованы необходимые программные связи. На основе предложенной дели системы ЧПУ намоточным станком формируются требования к тех-ческим и программам средствам новой системы ЧПУ класса РСИС'. ее хитектуре, периферийным устройствма, организации памяти,операцион-й системы и драйверов, к графическим средствам,монитору,клавиатуре т.п.

Четвертая глава "Разработка и исследование графической диалого-й системы подготовки управляющих программ" посвящается проектиро-яип графической_системы автоматизированного программирования (САП) я намоточного оборудования.

В ней дается анализ известных САП и автоматизированных рабочих ст для механообработки и отмечается как положительная тенденция ремление к ушфикацт! входных п промежуточных языков. Приводятся рактеристики-наиболее популярных_на_Ш1ровом рынке САП ыеханообра-гки. Затеи анализируются известные спстемн подготовки программ-лтрования, применяемые в судо- и авиастроении. При этом отмечается зднородность подходов и их построение, несовместимость языковых здств и ориентация на конкретные "специализированные устройства ЧПУ.

Ставится задача адаптации одной'из распространенных САП механо-эаботки к намоточной технологии и выделяются ее "приближенные ас-<ты: многокоордннатность при наличии связи прямоугольной и цилинд-1еской систем координат, особые технологические операции. £орми-зтся требования ко входному и промежуточным языкам прогрш.ьшрова-I, к необходимости координатного преобразования и библиоетеке 1фических пру.оттивов.

На основе теории формальных грамматик, перевода и компиляция заботе синтезирован входной язык намотки на базе популярной в на! стране САП "Техтран". Учитывая несовместимость ряда его терын-[ов с языком "Техтран", язык построен по принципу диалогового фшеского интерпретатора на базе меню, компоненты которого могуч фатг.вяо заменяться по требованию заказчика. Таким образом, п но-I языке объектам! трансляции являются не жестко зафиксированные 13ы и тершгны, а некоторые их заменители -"оболочки", соде-ргзани :мксл которых определяется тресовани.г!« технологического прспзссч

Благодаря такому подходу, одними и теми же средствами в рабе реализованы двухкоординатная графическая версия САП,"Техтранп, рг ботающая в декартовых координатах, и четырехкоорцинатная система "Намотка", готовящая УП с применением цилиндрических координат. Е основу построения систем была положена идея модульности СП0,разр£ ботанного по принципу "слоеного пирога". Такая идеология позволяе разработчику системы легко модифицировать ее конфигурации в соответствии со своими требованиями и требованиями заказчика, адаптих некоторые механизмы САП к новым задачам ЧПУ, создавать системные модули, вследствие чего значительно облегчается -сопровождение грс фического интерпретатора после завершения работы над системой. П| подготовке УП обрабатываемые данные последовательно проходят еле; щие слои: интерфейс пользователя, интерпретатор языка, геометриче кий процессор, промежуточное хранение в формате, близком к формам аЛАТА, графический процессор и постпроцессор.

Из известных способов ведения человеко-машинного диалога дл; разработки интерактивного интерфейса пользователя было выбрано т] наиболее прогрессивных: использование командного интерфейса на ос нове техники меню с привлечением графики. ¡Соцандный интерфейс яш ется более удобным и привычным для опытных пользователей. Инициал при комавдном диалоге полностью принадлежит технологам-разработчь кам УП. Второй причиной выбора командного интерфейсавмосто; например, интерфейса на естественном языке или полностью графического, является простота его проектирования. __

Терминалы языка, как традиционного Техтрана,. так и.разработанного для САП "Намотка" представлена в форме, ыенш. Графическо! сопровождение, оперативная трансляция е..синтаксическим и семантш ким анализом, описание и точное указание выявленных ошибок, праве мые для каждой строки программы на языке САП сводят к нулю все недостатки интерпретаторов по сравнению с компиляторами, чем и объясняется выбор интерпретатора для трансляции.

Для интерпретации текста программы на языке САП использовал« симбиоз методов трансляции, изложенных 6 первой главе. Основным методом в разработанных САП является метод синтаксических подпро-грамм.ТЕроко использовался такйГи метод ^^даёствтМия^в различных модификациях. Синтаксис традиционного Техтрана и разработанного для программирования намоточных процессов, реаливованннз в САБ, описывался о помощью модифицированной Бэкусовой нормальнс формы, как наиболее удобной и менее громоздкой.'

Графическое сопровождение процесса трансляции в обеих САП изводится в цвете.

В САП "Намотка" наряду с общими,характерными для системы "Тех-нв, терминалами введены специальные конструкции,характерные для го процесса. Предложена процедура представления цилиндрических рдинат намоточного станка в плоскости экранного монитора.

Приложения содержат фрагменты листингов программ,реализующих ели локальных звеньев систем ЧПУ и- САП, описание синтаксиса язы-"Техтран" и "Намотка"»реализованных в САП, перечень определяемых темами;ошибок, а также акты внедрения и использования результа-диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТШ РАБОТЫ

В результате проведенных в диссертационной работе исследований гчены следующие' результаты:

1.Предложена технология разработки программного обеспечения на >ве .моделей модулей систем ЧПУ.

2. Доказана целесообразность кодирования системного программно-¡беспечения с помощью языка высокого уровня Си.

3. С'использованием разработанной технологии исследованы извести предложены элементы новой систеш ЧПУ на основе персональных гьвтеров.

4.'Для системы ЧПУ намоточным оборудованием класса РСМС, меццосано использование цветных дисплеев высокого'.разрешения для ического сопровождения обслуживаемых процессов.. Для возможности ета траекторий движения исполнительных органов,в режиме реально-ремени необходимо применять персональные компьютеры с быстродей-ем не нижа I млн, оп/с.

5. Разработан и изготовлен пакет моделирующих программ на осно-одулей систем ЧПУ, позволяющий проектировать новое системное рамшое обеспечение ЧПУ для систем класса PCVC.

6. Выработана и изготовлена графическая'система диалогового раммирования и средства адаптации ее входного и промежуточного 5B к задачам управления намоточным оборудованием.

7. Исследования подтвердили возможность использования моделей )в ЧПУ для проектирования нового системного программного обес-шя ЧПУ.

^ПУБЛИКАЦИИ ПО TEJffi ДИССЕРТАЦИИ ■

I» Подготовка специалистов-робототехников в ЛЭШ ш. В.И. Ульянова (Ленина) / Л.Н. Рассудов, В.М, Водовозов, ЫШ* 3, пруднов, И. Млантау, Ю.П, Мурашко // Робдидакта: Сборник'докла дов, сообщений, документов и приветствий.Международного научно: симпозиума. - Благоевград, НРБ, 1990. - С. 28--31г."

2» Водовозов В.М., Мурашко Ю.П. Эмулятор.комплекса "Стойк, ЧПУ НЗЗ-2М - координатограф" / Леншгр. алектротезш, ■ ин-т. -ГосФАП; Инв. & 50910000058,от 08.04.91* - 1991. - 23 с. // Лд-гор. и прогр.: Информ. бюл. / ШТЙЦентр» - 1991ч - J3. - С. 93. Мурашко ДО.П. Система подготовки управляющих программ.д намоточного оборудования // Тез. докл.- 1-й Всесоюзной научно-техн. конф. "Совершенствование технических средств ..связи дня р ния проблем информатизации общества в новнх условиях хозяйство вания". Ленинград, 13-15 март. 1991. - Л. - С. 99— 100;

Подп. к печ. 14.01.92 Формат 60x84 1/1

Офсетная печать. Печ.. л. »1,0; уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Зак.№15. Бесплатно.

_ _ _Ротапринт ДЭТУ1 __

197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5