автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Средства псевдокодового моделирования в автоматизированном проектировании программ числового управления в машиностроительном производстве

На правах рукописи

Гаврилов Николай Сергеевич

СРЕДСТВА ПСЕВДОКОДОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОГРАММ ЧИСЛОВОГО УПРАВЛЕНИЯ В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ (ТОКАРНАЯ И ФРЕЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА)

Специальность: 05.13.12 -Системы автоматизации

проектирования (промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 О 2014

Ульяновск - 2014

005556540

005556540

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» Ульяновского государственного технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

Сосннн Петр Иванович

Официальные оппоненты:

Аверченков Андрей Владимирович,

доктор технических наук, профессор, Брянский государственный технический университет, кафедра «Компьютерные технологии и системы», профессор кафедры

Попович Алексей Владимирович,

кандидат технических наук, генеральный директор ООО «Рубикон»

Ведущая организация — ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Защита состоится «29» декабря 2014 г. в 12 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д212.277.01 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу: 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32 (ауд. 211, Главный корпус).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета. Также диссертация и автореферат размещены в Internet на сайте УлГТУ - http://www.ulstu.ru/

Автореферат разослан 14 г.

Ученый секретарь ,,

диссертационного совета, (^¿Ф^^^

доктор технических наук, профессор,^ Смирнов Виталий Иванович

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Успех современных машиностроительных предприятий определяется рядом показателей, одним из которых является степень автоматизации производственных процессов, в частности, процессов механообрабатывающего производства, как производства с колоссальным объемом и большим номенклатурным рядом деталей, имеющих, например, высокую сложность конфигураций для фрезерной обработки. Отметим, что в рамках производственного цикла такие изделия являются одними из самых трудоемких, требуют высокой точности обработки, и при этом имеют низкую ремонтопригодность. Именно по этим причинам на предприятиях машиностроения в последние десятилетия широко используется оборудование (станки) с числовым программным управлением (ЧПУ). На текущий момент до 70 % всех изготавливаемых в механообрабатывающем производстве деталей проходят обработку на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Для правильной эксплуатации станков с ЧПУ, с тем, чтобы ими в полной мере реапизовывались заложенные в них функциональные возможности, необходимо создание специальных управляющих программ (УП). При создании таких программ используется специализированный язык программирования, известный среди специалистов как язык ISO 7 бит или язык G и М кодов.

Процесс разработки управляющих программ трудоемкий, поскольку разработчику необходимо учесть большое количество факторов от материала, конфигурации заготовки, требований к поверхностям до подбора инструмента, и это помимо собственно создания управляющей траектории. К тому же важным параметром для разрабатываемой программы является машинное время, т.е. время работы программы на станке, от этого параметра напрямую зависит стоимость изготавливаемой детали и чем больше это время, тем дороже стоит деталь, и тем меньше деталей может быть изготовлено станком за отчетный период. Именно поэтому при использовании оборудования с ЧПУ уделяется большое внимание качественной разработке управляющих программ.

Важным аспектом в этом вопросе являются способы разработки УП, а именно ручное программирование, программирование на стойке и разработка управляющих программ с применением CAD/CAM-систем (последний способ существенно упрощает и ускоряет процесс программирования). При использовании в работе CAD/CAM системы разработчик избавлен от необходимости выполнять трудоемкие математические расчеты, и получает инструментарий, способный значительно ускорить процесс создания УП. Именно применение данного способа получило широкое развитие в промышленной отрасли и большинство работ в сфере разработки управляющих программ связано именно с применением CAD/CAM-систем.

Однако большинство представленных работ имеют слишком узкую направленность, либо автоматизация процессов разработки слишком локальна, к тому же следует отметить, что не маловажным 'аспектом в рамках подготовки производственных систем опирающихся на использование оборудования с ЧПУ являются вопросы качества, в частности, качества разрабатываемых управляющих программ, данные вопросы так же предлагается решать за счет частных автоматизаций.

Обобщая вышесказанное, стоит отметить, что в предлагаемых решениях отсутствует необходимая степень гибкости в решении задач качественной подготовки

управляющих программ в рамках серийного производства с большим номенклатурным рядом изделий подвергающихся механообработки.

Областью исследований является совершенствование методов и средств разработки программ числового управления для токарной фрезерной обработки деталей в машиностроительном производстве.

В качестве объекта исследований выбраны инструментально-технологические средства твердотельного моделирования прототипов деталей и процессов их создания с использованием средств числового управления.

Направление исследований в диссертации связано с инструментально-технологическими средствами, которые введены в процесс разработки УП специально для семантического моделирования программ числового управления токарной и фрезерной обработки.

Роль предмета исследований возложена на инструментально-технологические средства семантического моделирования, для осуществления которого используются псевдокодовые программные представления токарной и фрезерной обработки.

В диссертационной работе исследуется возможность совершенствования процессов разработки УП токарной и фрезерной обработки, как части механообрабатывающего производства, за счет их псевдокодового моделирования включенного в цикл проектирования программ числового управления. Основное внимание уделяется не только моделированию процессов непосредственной обработки, но и всего протекающих на всем цикле проектирования начиная от подготовительных этапов, до передачи программы на станок.

Целью диссертационного исследования является совершенствование процессов разработки УП, которые используются в токарной и фрезерной обработке деталей машиностроительного производства, за счет повышение качества их проектирования.

Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы и решены следующие задачи:

1. Провести аналитический обзор существующих средств разработки с целью выявления возможностей их модернизации для повышения качества работы системы автоматизированного проектирования УП.

2. Разработать комплекс средств псевдокодового моделирования программ числового управления, который расширяет традиционные средства проектирования программ числового управления и вводит в этот процесс дополнительные положительные эффекты, а также обеспечивает имитацию их выполнения до реального использования на токарных и фрезерных станках.

3. Разработать средство для подготовки данных о геометрии и формах деталей в рамках системы ЫХ (ипщгарИ1с$).

4. Разработать механизмы модернизации уже разработанных проектных решений на их псевдокодовых моделях.

5. Включить в состав функциональностей комплекса средств псевдокодового моделирования процедуры по адаптации УП, полученных из сторонних источников.

6. Разработать совокупность методик по использованию комплексной автоматизированной системы разработки управляющих программ, с разработкой рекомендаций пользования и рекомендаций по: руководству системному

программисту; диагностированию ошибок в производственно-технологическом процессе и комплексе.

Научная новизна:

1. Совокупность методик псевдокодового моделирования процесса создания УП, с учетом действий по технологической подготовке их к исполнению, обеспечивающее повышения качества, как процесса, так и УП токарной и фрезерной обработки по таким характеристикам как трудоемкость и удобство проектирования и его продуктов.

2. Расширяемый псевдокодовый язык моделирования, ориентированный на его использование проектировщиками, технологами и операторами станков с ЧПУ, способствующий модифицируемости, переносимости и адаптируемости.

3. Библиотека типовых процедур псевдокодового моделирования, представление и использование которых ориентировано на повторное использование, в том числе и в решении задач адаптации УП заимствованных из готовых источников.

Практическую ценность работы составляет разработанный комплекс средств, обеспечивающий реализацию псевдокодового моделирования программ числового программного управления, в состав которого входит псевдокодовый язык, интегрированная среда псевдокодового программирования с двумя версиями интерпретатора и компилятора (пошаговый и групповой), средства визуализации на основе редактора диаграмм, совокупность методик псевдокодового моделирования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Средства псевдокодового моделирования процесса и результата проектирования УП токарной и фрезерной обработки, в основу которого положено их отображение на семантическую вопросно-ответную память, что позволяет повысить качество процесса разработки управляющих программ.

2. Состав и механизмы интерпретации и компиляции псевдокодового языка программирования структуры данных и операторы, которого ориентированы не только на моделирование УП токарной и фрезерной обработки, но на моделирование служебных процедур.

3. Расширяемая библиотека процедур моделирования, способствующая повышению удобства проектирования управляющих программ в первую очередь за счет повторного использования, и системы оперативного доступа к ее содержимому по семантическим ключам.

Практическая значимость работы:

1. Интегрированная среда псевдокодового программирования управляющих программ токарной и фрезерной обработки для станков с ЧПУ. Данная среда внедрена и адаптирована на ЗАО «ОКБ «Агрегат» в механообрабатывающем производстве.

2. Комплекс средств разработки УП включающий совокупность методик псевдокодового моделирования, позволяющий повысить удобство проектирования, модификации и адаптации УП токарной и фрезерной обработки. На текущий момент проходит апробацию на ЗАО «ОКБ «Агрегат».

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и представлены на научно-технических и практических конференциях ППС УлГТУ в 2010, 2011, 2012 и 2013 годах (г. Ульяновск, 2010-2013 г.); ВСЕРОССИЙСКАЯ НТК «25 лет содружества науки ИАТУ и авиастроения в г. Ульяновске», 2010; II научно-практическая конференция «Опыт и проблемы внедрения систем управления

жизненным циклом изделий авиационной техники», 2011; Всероссийской школе-семинаре «Информатика, моделирование, автоматизация проектирования» (ИМАП-2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ (статей), в т.ч. 4 работы опубликованы в рецензируемых изданиях, определенных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основных результатов и выводов и списка литературы из 153 наименований; включает - 58 рисунков, 9 таблиц.

Личный вклад соискателя

Научные результаты, приведенные в диссертационной работе и сформулированные в положениях, выносимые на защиту, получены автором лично. Работы [7,9,10,11] опубликованы в соавторстве с научным руководителем, которому принадлежат формулировка концепции решаемой проблемы и постановка цели исследования. Специализация псевдокодового языка и его приложений к задачам разработки программ числового управления, рассматриваемые в совместных работах, предложены и разработаны лично автором. Для работ с соавторами по публикациям [1-4] все особенности проектирования и моделирования сформулированы, специфицированы и реализованы лично диссертантом.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель и задачи исследований, обозначена научная новизна и практическая значимость полученных результатов исследований и экспериментов.

В первой главе проведен анализ механообрабатывающего производства, а также способов проектирования УП для станков с ЧПУ, определены достоинства и недостатки описанных способов; представлена архитектура решения в системе NX (Unigraphics) и вопросно-ответной моделирующей среды WIQA.NET, предлагаемого в рамках автоматизации проектирования УП; рассмотрен ряд работ связанных разработкой УП, оптимизацией данного процесса, оценки качества разработки таких авторов как Романов В.П., Анцев В.Ю., Уралов В.И., Kang TS., Wang, Eric, Gupta, Satyandra К., Ham I, Lynch M. и многие другие.

Большое количество работ связано с непосредственным применением CAD/CAM-систем при формировании управляющих программ для станков с ЧПУ и возникающих при этом проблем качественного построения векторных моделей управляющих траекторий; проблемы типизацией конструктивных элементов и формирования на их базе подключаемых библиотек; необходимость верификации управляющей траектории и ввода корректирующих воздействий; а также вопросам собственно разработки и интеграции таких систем в существующую среду проектирования изделий, т.е. описываются возможностям создания сервисных приложений на предоставляемых интерфейсах программирования приложений, с явным акцентированием необходимости большого количества пользовательских действий. При этом в источниках так же рассматриваются комплексы позволяющие повысить эффективность задачи проектирования управляющих программ с точки зрения узкого номенклатурного круга проектных элементов.

Расширение возможностей CAD/CAM-систем с точки зрения разработки УП чаще всего идет путем решения частных задач разработки, к примеру, за счет решения задачи автоматизации расчета позиционирования заготовок, которая, как правило, не решается штатными средствами.

Так же большое количество работ ориентированы на решение конкретного вида задач, конкретные программные продукты, либо описания разработок под конкретные виды станков, такая узкая направленность не дает возможностей для широкого применения предлагаемых решений.

В ряде работ затрагивается актуальная и емкая тема обработки типовых элементов, в них описываются различные интеллектуальные системы позволяющие автоматизировать процесс проектирования управляющих программ для типовых элементов. Так же в этих работах проведен глубокий анализ ряда хорошо известных отечественным пользователям САМ-систем.

Таблица 1

Работа с типовыми элементами в САМ-снстемах

Название системы Акценты работы с типовыми элементами

Terbis AG - интуитивно понятный и интерфейс; - общая библиотека инструмента; - гибкость типовых элементов; - параметризированные шаблоны.

Unigraphics NX - выделенный редактор правил обработки; - распознавание типовых элементов на основе цвета и атрибутов.

SolidCAM, ProENGINEER, Catia - распознавание резьб, отверстий, карманов; - ориентация на общие операции мех.обработки.

FeatureCAM - автоматическая и ручная идентификация типовых элементов; - механизмы адаптации под конкретное производство.

MasterCAM - автоматическое проектирование управляющих траекторий на основе распознавания элементов твердотельной модели.

ESPRIT - шаблонное проектирование; - базы знаний.

Анализ литературных источников показал, что в практике исследованных работ и экспериментов проблемы совершенствования системы автоматизированного проектирования УП имеют массу незавершенных проблем, несмотря на глубокую проработку и неплохую реализацию подобные решения охватывают не весь спектр задач стоящих перед разработчиком управляющих программ и могут быть использованы в качестве дополнительного инструментария.

Далее, были сформулированы задачи исследований применительно к механообрабатывающему производству:

2*. 1. Разработка комплекса средств создания эффективных программ для фрезерной и токарной обработки изделий, а также адаптация подходящих программ, полученных из полезных источников, обеспечивающего повышения качества их разработки с использованием САй-системы твердотельного моделирования за счет моделирования их алгоритмики включенного в цикл создания числовых программ управления.

2. В цикл формирования управляющих программ (фрезерной или токарной обработки) следует включить их проверку и исследование на уровне псевдокодового представления.

3. Комплекс средств должен быть реализован в виде интегрированной подсистемы комплекса NX (Unigraphics)l а так же разработан как приложение, созданное в вопросно-ответной моделирующей

На основе выделенных задач была сформирована схема упрощенного процесса проектирования УП с учетом комплекса средств разработки (рис. !).

ЫХ(ип1дгарЫсз)

Рис. 1. Упрощенный процесс проектирования после модернизации системы Помимо прочего был проведен детальный вопросно-ответный анализ постановки задачи, включающий мотивационно-целевой анализ, логика анализа используется для изложения материала в последующих главах. Мотивационно-целевой анализ привел к формулировке основного мотива диссертационного исследования:

МО. Включение этапа моделирования на уровне псевдокодового представления в цикл разработки управляющих программ позволяет снизить трудоемкость разработки и адаптации программ, повысить качество разрабатываемых программ.

Помимо этого в рамках анализа были выделены следующие цели (Ц) и спецификации (С):

ЦО. 1 .Обеспечить достаточную степень эффективности механизмов анализа и адаптации.

ЦО.2.Обеспечить возможность моделирования в рамках цикла разработки управляющих программ.

ЦО.З.Обеспечить возможность псевдокодового представления типовых проектно-технологические функций позволяющих снизить трудоемкость разработки управляющих программ.

СОЛ. Разработать комплекс методик моделирования управляющих программ на основе применения языка псевдокодового моделирования.

СО.2.Разработать в рамках комплекса разработки управляющих программ приложение реализующее операторы псевдокодового и позволяющего формировать псевдокодовое представление управляющей программы.

СО.З.Разработать в вопросно-ответной моделирующей среде WlQA.Net приложение обеспечивающее интерпретацию псевдокодового представления.

Во второй главе дано формализованное описание процессов и средств проектирования УП для токарной и фрезерной обработки, формальное описание базовых примитивов.

Рассмотрим обобщенный процесс разработки управляющих программ в рамках предлагаемого комплекса средств (рис. 2).

игндгарЫсв

WIQA.NET итдгарЫсз

Рис. 2. Схема проектирования УП с применением комплекса средств разработки На схеме обобщенно отражено 8 этапов разработки УП программы. Рассмотрим данную схему более подробно: этап 1 является подготовительным, т.е. здесь идет подготовка в системе КХ (\Jnigruphics) модели детали и модели заготовки, в случае если таковая необходима, затем на этапе 2 выбирается тип обработки (токарная или фрезерная); на этапе 3 задаются параметры обработки, а именно режимы резания, параметры инструмента, подача и т.п. эти действия проводятся так же в рамках системы 1ЧХ (1]т£гар11и:$)\ на этапе 4 разработчик, с привлечением все той же САПР, начинает работу непосредственно с геометрией, средствами комплекса он указывает необходимые поверхности для обработки, грани, ребра, линии и т.п., иными словами формирует массив данных для обрабатывающих операторов, причем на 3 и 4 этапах, как правило, совершается наибольшее количество ошибок за счет человеческого фактора, даже на этих этапах предлагаемый комплекс средств разработки позволяет привлекать специалистов с более низкой квалификацией, за

счет реализации функций сформулированных естественным языком. Далее на 5 этапе происходит создание программы на псевдокодовом языке и подготовки ее к исследованию. Этап 6 это собственно этап исследования программы с целью, проверки данной программы на корректность, выявления оптимальных параметров позволяющих повысить качество программы, данный этап реализуется в рамках вопросно-ответной моделирующей среды WIQA.NET, которая обладает достаточным функционалом для работы с псевдокодовыми программами. Таким образом, следует отметить, что реальные процессы обработки на станках с ЧПУ в практике разработки управляющих программ трансформируется в программирование на <7-кодах и оперирование геометрией в виде конкретных координат, являющихся данными для программ обработки, при этом за каждым элементом процесса обработки стоит С-код и его лингвистическое представление в рамках псевдокодового языка, необходимое для проведения исследований с целью повышения качества процессов обработки.

Кроме того в данной главе сформулированы и описаны две основные совокупности операторов псевдокодового языка: операторы работы с геометрией (Эй) и операторы работы со станком (ЭМ).

Подмножеством операторов работы с геометрией является совокупность операторов позволяющих работать с геометрическими примитивами и их параметрами, описанными ранее, в рамках псевдокодовой программы. Причем все геометрические параметры и манипуляции с моделью детали и заготовки производятся в рамках системы ЫХ (ип^гарЫсв).

вв = {ОС} (I)

Далее формулируются некоторые основные операторы работы с геометрией:

«Извлечь параметры [КФ СЕТ(С, 1)» - И 001 (рис. 3)

Рис. 3. Извлечение параметра КФ СЕТ (С, 1)

«Рассчитать параметры [точки на линии ТОР (в, РТ)]» - Р 001 (рис. 4.):

Al-TOFCLi.Pl) А2='ГОР(С2,Р2)

Л-— 1 __1

Р2 X

—- ►

Рис. 4. Расчет параметра точки на линии ТОР (С, РТ) И так, был сформулирован ряд операторов псевдокодового языка для описания примитивов (таблица 2), формулирование остальных операторов работы с геометрией происходит подобным образом (более полный перечень вынесен в приложение данного диссертационного исследования).

Таблица 2

№ п/п Лингвистическое описание оператора Идентификатор Примечание

1 Извлечь параметры (графической модели). И 001 Получение параметров (координат для управляющей траектории) выбранного элемента.

2 Рассчитать параметры Р001 Расчет параметров точки на линии ТОР(С,РТ)

3 Определить точку 0001 Определение координат Ю и ЗБ по координатам Х.У и X, У, 2.

4 Построить окружность П 001 Построение окружности с заданным центром и радиусом С = Р±Я

8М = {ОМ} (2)

Формулирование операторов работы со станком будет происходить подобным же образом, как и операторов работы с геометрией. 1. «Подавать инструмент» - П 007.

Оператор задает скорость движения инструмента при обработке и холостых перемещениях.

Формат записи (3) следующий:

РЕПКА Т: Р [, РМ], (3)

где Р- рабочая подача {0},

FM- подача отвода инструмента из зоны выборки {F1}.

Здесь и в операторах обработки значения подач можно задавать СКАЛЯРОМ или КЛЮЧОМ F1, который означает: «взять максимально допустимую подачу для указанного станка». Обычно, таким образом, задаются холостые подачи.

Припуск - это часто обрабатываемая поверхность, которая задается на некотором расстоянии (припуске) от поверхности детали.

2. «Формировать припуск » — Ф 003.

Для того чтобы в операторах обработки использовать сегменты контура детали без задания припуска и введен этот оператор. В токарной обработке припуск можно задавать для отдельных сегментов контура детали.

Формат записи следующий:

ALLOW: S (4)

ALLOW: S, $ имя сегмента$ (5)

ALLOW: S, $ имя сегмента IS, $имя сегмента 2$ (6)

Формат: (4) задает припуск для всего контура детали;

(5) задает припуск для одного сегмента контура детали;

(6) задает припуск для участка контура детали.

Если участок, для которого в операторе задается припуск, перекрывает ранее заданный участок с припуском, то на перекрываемой зоне будет установлен припуск, заданный последним.

Если участок припуска начинается или кончается точкой, сопряжением, то участок припуска образует в этом месте с контуром детали ступеньку.

Так же в главе дано описание процедур и основных библиотек комплекса, а так же определено место разрабатываемого псевдокодового языка проектирования УП как расширения языкаLWIQA и дано его формалинное описание в нотации РБНФ:

LWIQA = LB, R.

R={R}, LCNC LCNC = SO {LIB}.

SO = SG, SM.

SG = {OG}.

SM = {OM}.

OG = идентификатор = параметр \ {параметр}.

ОМ = идентификатор: параметр | {параметр}.

Из данного формального представления видно, что язык LWIQA состоит из собственных библиотек (LB) и расширения (R), в свою очередь расширение это совокупность отдельных расширений языка LWIQA одним из которых и является язык псевдокодового моделирования управляющих программ для станков с ЧПУ (LCNC)

В третьей главе рассматриваются методические аспекты процесса разработки УП, рассмотрен процесс изготовления деталей (рис. 5), сформулирован алгоритм действий проектировщика с учетом внедрения нового комплекса средств разработки УП, рассмотрен компонентный состав системы (рис. 7).

Для более четкого понимания процессов формирования управляющей программы рассмотрим укрупнено процесс изготовления детали механообрабатывающим способом (рис. 5).

--Ц Формирование техпроцесса |

^Запрос на преектироэания УП)

^•{Генерирование УП]

.7Х

! разработчик

Оператор \ ^Проверкана станка)

(^Проектирование УП)

Изготовление детали V""

О

^-гх " / А

,'Контролер ОТК

I Проверка готовой де тали)

Рис. 5. Диаграмма изготовления детали Далее в рамках исследования была разработана диаграмма последовательности работ комплекса (рис. 6), отражающая последовательность основных действий разработчика.

А

Основной прке? ¡разработчик УП

ЫХ(итагарЫс5>|

тюд

Данные моделей Модели Загрузить модели Г —у Загрузить модели Г -----у Извлечение координат г ' ¡Параметры обработки и УТ

Параметры обработки Выбор геометрии обработки

Данные в виде координат

Псевдокод002 я программа

Запуск исследования

Данные о прогоне

Запрос на генерацию УП —Генерирование УП 1Г"

Файл программы

Г

Генерирование псевдокодоесй программы

Интерпретация

Рис. 6. Диаграмма последовательности

[

Говоря о компонентных составляющих комплекса проектирования управляющих программ (рис. 7), следует отметить два основных элемента - это средство автоматизированного проектирования NX (ип'щгирМсх) и вопросно-ответная моделирующая среда WIQA.NET, позволяющая проводить исследования псевдокодового представления управляющей программы с целью ее оптимизации и адаптации в рамках существующих производственных условий. При этом за формирования собственно управляющей траектории отвечает средство разработки УП, которое является модулем системы автоматизированного проектирования.

Г

Urographies

,-у Dialog

Средство разработки УП

CZZ3

WIQA.NET

Рис. 7. Компонентный состав системы И так, если в системе NX (Unigruphics) разработчик в первую очередь производит работу с геометрией детали, т.е. получение исходных геометрических данных, формирования управляющей траектории, задание параметров обработки, то в системе WIQA.NET разработчик исследует результат своего труда на предмет выявления ошибок или возможностей корректировки с целью повышения качества конечной управляющей программы.

В четвертой главе представлены практическая реализация элементов комплекса средств разработки УП, как в рамках NX (Unigruphics) так и в вопросно-ответной моделирующей среде WIQA.NET, а так же представлена возможность исследования результатов проектирования УП.

В комплексе NX (Unigraphics) для создания программы, ее компиляции и формирования исполняемого модуля пользователю NX (Unigraphics) предлагается GRIP Advanced Development Environment (GRADE) - интегрированная среда разработки (рис. 8).

Рис. 8. GRADE после запуска Окружение разработанное в данной среде будет выглядеть абсолютно одинаково, а исходный код GRIP-программ, созданный на одной платформе, после перекомпиляции работоспособен на любой другой. Выбор данного средства

разработки обусловлен используемой САПР, а также его функциональным набором, относительной простой, дающей возможность оперативно вносить изменения в готовую программу.

GRIP - приложение в виде набора инструментов интегрируется в NX (Unigraphics) по средствам встраиваемого меню (рис. 9).

Фрезерная Токарная обработка обработка

Рис. 9. Вид встраиваемого меню После выбора конкретного вида обработки запускается интерфейс выбора команд (рис. 10).

3001 - Задать точку

И001 - Извлечь параметры

К005 - Корректировать инструмент

0018 - Обезопасить инструмент

Задать интерполяцию

ВОН - Записать в программу

Экспорт данных

[ Назад | [ Отмена ]

Рис. 10. Меню выбора команд Следует отметить, что при выборе команд появляется информационное окно, которое отображает итог работы выбранных функций, что позволяет пользователю получать более полную информацию о собственных действиях. Так, например, при задании начального положения инструмента выбираем функцию «3001-3адать точку», после выбора необходимой точки на модели детали и ввода необходимы приращений в информационном окне отображается координаты начальной точки инструмента (рис. 11).

Рис. 11. Меню выбора команд Функция «Н001 -Извлечь параметры» позволяет выбрать разработчику необходимые геометрические объекты (ГО) для получения их параметров, которые впоследствии будут использованы для формирования программы для станка с ЧПУ (рис. 12).

■ " " ' , |р щ

Рис. 12. Выбор геометрических объектов Результаты работы функции так же буду отображаться в информационном окне в виде координат (рис. 13).

!» г

Рис 13. Результаты работы функции «14001-Извлечь параметры» Далее необходимым набором функций формируется остальной набор данных необходимых для получения УП.

Рассмотрим структуру задачи проверки (рис. 14) в рамках вопросно-ответной моделирующей среды WIQA.NET, реализация подобной задачи открывает проектировщику путь к проведению экспериментов с результатами своей работы, при этом результаты исследования возможно визуализировать, что позволяет более детально проанализировать результаты, кроме того данный функционал системы открывает широкие возможности для проверки и адаптации УП полученных из других источников. Визуализацию можно осуществлять несколькими путями, можно провести отрисовку по набору ранее полученных геометрических координат (для токарной и фрезерной обработки), либо указать лишь некоторые входные параметры, такие как диаметр заготовки, диаметр получаемой детали и координаты продольного смещения резца (для токарной обработки), все остальное уже будет рассчитываться в автоматическом режиме. Второй способ более прост и как нельзя лучше подходит для простых деталей, обрабатываемых на токарных станках.

Редактировать Обзор Проект Онтология Атрибутика Информационные источники Редакторы Документирование Псевдок

i X л на

■±i р 1.1. Системная часть проекта

© У. 1.2. Задача 1

*> X 1.3. Задача 2

иы X 1.4. Задача 3

8' V. 1.5. Разработка УП

«ШВДЯЕ

ZE2

2.5.3. Проверка УП детали типа "Ось" О 1.5.3.1. Диаметр заготовки

1.5.3.2. &d& ® ' 1.5.3.2. 100 О 1.5.3.3. Диаметр конечный SidiSi Ч 1.5.3.4. &di& Ш 1.5.3,4.60

О 1.5.3.5. Значеше сьека металла О l.S.3.6. &S& 1.5.3.6. 10

0 1.5.3.7. Длина обрабатываемой части <1 1.5.3.8. &х& ® ,: 1.5.3.8. 410

1.5.3.9. DDJZreate ("Box", "SfcapeNanie »zae","X-2SO","Y=100","Heiaht=Sjia","Widih=Sc<8i")

1 j 1.5.3.10. DD_Create ("Box", "ShapeNarne •shp","X=480","Y«100',"Meight.&di","Width-SO") <) 1.5.3.11. LABEL &L1&

0 1.5.3.12. &d3t:=&d&-8i£&

4 1.5.3.13. DD_Createf'Box","aiapeName=My+8da","X»230","Y«100';,"Helght.&d8i","Width=8ixS." ."LineStyle.Red") V 15.3,14. IF &di>&ij& THEN goto &L18. <> 1,5.3,15. DD_Update("Myt&da.","Fill5tvle-Whlte","Text- _")

1 j 1.5.3.16. Da_Update("siip","Fill£tvle.White",'Text-_")

4 1.5.3,17. Конец проверки v

Рис. ¡4. Структура задачи проверки УП Процедура проверки будет иметь следующую последовательность:

1. Ввод диаметра заготовки.

2. Ввод диаметра поверхности готовой детали.

3. Ввод значения количества снимаемого материала за один проход инструмента.

4. Ввод координаты определяющей длину обрабатываемой поверхности

5. Визуализация заготовки. Вычисление параметров обработки одного прохода инструмента. Визуализация одного прохода

8. Проверка окончания обработки. Если последнее вычисленное значение соответствует контрольному значению, веденному на этапе 2, алгоритм переходит к пункту 9 настоящего перечня, если не соответствует, то возвращается на пункт 6 настоящего перечня.

9. Обновление визуализации конечного результата.

10. Окончание обработки.

Таким образом, в нашем случае алгоритм проверки в данном случае будет выглядеть следующим образом:

6. 7.

^ л

^ Начало ^

дл

00„ирйаю (>

- диаметр заготовки. &1И& - диаметр получаемый поело обработки, авА - количество металла снимаемое за один проход резца. • -значение продольного смешении ииструмеыа

00_Сгеа1еГВох75ЬареМа течгад'.'Х=250".10<Г.*Нв!дЬ1=&<3&7У</к1!Ь=&х&')

00 „СгеакК'ВохГЗпареиате* &.а&\'Х"250". V* 100

(Р &<5&>4сЛ& "ГНЕМ аоиэ

00 ^¿ГР^З^е^УМ*". "ТеЛ=_*)

^ Конец

Рис. 15.Детализация алгоритма проверки детали типа «Ось»

Результатом работы данного алгоритма является визуализированное представление обработки детали (рис. 16).

Рис. 16. Изображение результата проверки

На представленном изображении красными линиями показана траектория движения инструмента, синим цветом залита область заготовки, белая заливка указывает на область готовой детали. При этом следует отметить, что, так как деталь имеет цилиндрическую форму и в данном примере визуализируется работа токарного станка, то количество проходов сделанных инструментом можно отсчитывать сверху до области готовой детали.

Проведены экспериментальные исследования предлагаемого решения, основываясь на количественных показателях объема работ (\¥) выполняемых в рамках процесса разработки УП.

Общий объем работ (V/) в рамках процесса разработки (7):

\¥ = \Уа+и'р, (7)

где \¥а - объем полезных работ, выполненных в автоматизированном режиме; \Ур- объем полезных работ выполненных ручном.

При этом количественным показателем качества выбрана разница работ (Д\У) выполняемых в автоматизированном режиме (8).

Д\У= \Уа2 - (8)

где \Уа1 - объем полезных работ выполняемых в автоматизированном режиме до внедрения комплекса средств псевдокодового моделирования;

\Уа2 - объем полезных работ выполняемых в автоматизированном режиме после внедрения.

Эксперимент осуществлялся в рамках предприятия при подготовки управляющих программ для токарной обработки, при этом основываясь на экспертной оценки сотрудников предприятия участвовавших в эксперименте разница полезных работ выполненных в автоматизированном режиме (\¥а) и работ, выполняемых в ручном режиме после внедрения изменилась на 16% в пользу автоматизированного режима.

Щ ■ \л/а

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 О

Базовый вариант

После внедрения

Рис. 17. Соотношение работ При этом следует отметить, что ряд работ, таких как. например проверка действий проектировщика практически полностью осуществляется средствами комплекса псевдокодового моделирования.

Основные результаты работы

Подводя обобщающий итог диссертационному исследованию и практическим разработкам, реализованным на базе результатов исследований, можно утверждать следующее.

Цель исследований, направленная на совершенствование процессов разработки УП, которые используются в токарной и фрезерной обработке деталей машиностроительного производства, за счет повышение качества их проектирования, достигнута.

Получены новые научные результаты:

1. Расширяемый псевдокодовый язык моделирования, ориентированный на его использование проектировщиками, технологами и операторами станков с ЧПУ, способствующий модифицируемости, переносимости и адаптируемости.

2. Библиотека типовых процедур псевдокодового моделирования, представление и использование которых ориентировано на повторное использование, в том числе и в решении задач адаптации УП заимствованных из готовых источников.

3. Совокупность методик псевдокодового моделирования процесса создания УП, с учетом действий по технологической подготовке их к исполнению, обеспечивающее повышения качества, как процесса, так и УП токарной и фрезерной обработки по таким характеристикам как трудоемкость и удобство проектирования и его продуктов.

Практическую ценность работы составляет разработанный комплекс средств, обеспечивающий реализацию псевдокодового моделирования программ числового программного управления, в состав которого входит псевдокодовый язык, интегрированная среда псевдокодового программирования с двумя версиями интерпретатора и компилятора (пошаговый и групповой), средства визуализации на основе редактора диаграмм, совокупность методик псевдокодового моделирования.

Публикации по теме диссертационной работы Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Н.С. Гаврилов, В.Е. Трутников. Разработка специализированного инструментального средства проектирования объемной оснастки // Известия Самарского научного центра РАН. Том 13 №4(2). - 2011,- С. 336-341.

2. Н.С. Гяврилов, П.М. Попов. Методы автоматизированного проектирования объемной оснастки в условиях серийного производства // Известия Самарского научного центра РАН. Том 14№6.-2012. -С. 97-101.

3. Н.С. Гаврилов, М.В. Савин, И.А. Попов, O.A. Верушкин, П.М. Попов. Разработка и анализ системных параметров исходного процесса в узле систем автоматизированного проектирования технико-экономических процессов по функции времени // Известия Самарского научного центра РАН. Том 4 №6. -2012-С. 300-306.

4. М.В.Савин, Н.С. Гаврилов, O.A. Верушкин, И.А. Попов, П.М. Попов, Т.В. Денисова. Разработка и анализ модели взаимодействия технических средств САПР технико-экономических процессов через функцию времени // Известия Самарского научного центра РАН. Том 15 №4. - 2013. - С. 258-266.

Публикации в иных изданиях

5. Н.С. Гаврилов. Методы автоматизированного проектирования объемной оснастки в условиях серийного производства. Теоретические и практические аспекты развития отечественного авиастроения: тезисы Всероссийской. Научно-технической конференции. Апрель 2012. - Ульяновск: УлГТУ, 2012. -С. 39-41.

6. Н.С. Гаврилов. Модернизация САПР при проектировании объемной оснастки. Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники: материалы 2-й научно-практической конференции октябрь 2011. - Ульяновск: УлГТУ, 2011.

7. Н.С. Гаврилов, П.И. Соснин. Разработка инструментального средства для проектирования программ для станков с ЧПУ // Сборник научных трудов V Всероссийской школы - семинара аспирантов, студентов и молодых ученых ИМАП- 2013. - Ульяновск: УлГТУ, 2013. - С. 48-53

8. Н.С. Гаврилов. Методика формирования проектно-технологических и производственных функций по графоаналитическим моделям // Сборник научных трудов V Всероссийской школы - семинара аспирантов, студентов и молодых ученых ИМАП-2013. - Ульяновск: УлГТУ, 2013. - С. 43-47.

9. Н.С. Гаврилов, П.И. Соснин. Разработка лингвистических моделей на основе критических функций механообрабатываемых изделий // Сборник научных трудов V Всероссийской школы - семинара аспирантов, студентов и молодых ученых ИМАП-2013. - Ульяновск: УлГТУ, 2013. - С. 54-58.

10.Н.С. Гаврилов, П.И. Соснин. Псевдокодовое моделирование в рамках цикла разработки управляющих программ для станков с ЧПУ // Сборник научных трудов VI Всероссийской школы - семинара аспирантов, студентов и молодых ученых ИМАП- 2014. - Ульяновск: УлГТУ, 2014.-С. 111-119.

11. Я. С. Гаврилов, П.И. Соснин. Псевдокодовый язык моделирования управляющих программ // Сборник научных трудов VI Всероссийской школы -семинара аспирантов, студентов и молодых ученых ИМАП-2014. - Ульяновск: УлГТУ, 2014. -С. 119-126.

12.Н.С. Гаврилов. Повышение эффективности разработки управляющих программ для механообрабатывающих изделий // Сборник научных трудов VI Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, студентов и молодых ученых ИВТ-2014. - Ульяновск: УлГТУ, 2014. - С. 107-111.

13.Н.С. Гаврилов. Псевдокодовое исследование управляющей траектории в рамках цикла разработки управляющих программ для станков с ЧПУ // Сборник научных трудов VI Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, студентов и молодых ученых ИВТ-2014. - Ульяновск: УлГТУ, 2014. -С. 112-119

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ЧПУ - числовое программное управление УП - управляющая программа

САПР - система автоматизированного проектирования

ГО — геометрический объект

WIQA.NET - Working In Questions and Answers

QA - Question-Answer

CAD - Computer-aided design

CAM - Computer-aided manufacturing

GRIP - Graphics Interactive Programming

Гаврнлов Николай Сергеевич

Средства псевдокодового моделирования в автоматизированном проектировании программ числового управления в машиностроительном производстве (токарная и фрезерная обработка)

Автореферат

Подписано в печать 28.10.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,40. Тираж 100 экз. Заказ 1212

Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, Северный Венец, 32.