автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Статико-графическое моделирование систем CAD/CAM при проектировании управляющих программ для станков с ЧПУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ и 8ЫСШЕ11 ШХОЛЫ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СТАНКОИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЯ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 658.512.2.011.56:681.3.06 г 621.9.06

коеаюв Евгений Евгеньевич

СТАТИКО-ГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ CAD/CAM ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАЛМ ДЛЯ СТАНКОВ С. Ч.1У

03.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в лаборатории Автоматизированных систем технологической подготовки производства и гибких производственных систем Всесоюзного ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института автоматики совместно с кафедрой "Числовое программное управление станками и комплексами" Московского ордена Трудового Красного Знамени станкоинструментальиогб института.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

ШЕМЕЛИН В.К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор су л тан- з яде: н.

кандидат технических наук, первый заместитель главного конструктора ВНИИА СМИРНОВ Г.А.

Ведущая организация: Производственное объединение

"МОСКВИЧ"

Защита состоится "_"__1991 г. в _ час.

на заседании специализированного совета К063.42.04 в Московском станкоинструментальном институте по адресу: 101472, ГСП, Москва, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского станкоинструментального института за один месяц до защиты.

Автореферат разослан "_"_ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного К063.42.04, к.т.н. ,

совета доиент

Егоров С.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ■ Автоматизация создания изделий новой тех-<ики в непрерывном цикле всего процесса проехтмрованик и их юготовлення практически обеспечивает принцип безбумажной технологии и эозмонность создания гибких автоматизированных фоизводств (ГАП), управляемых от ЭВМ различных типов и ре->отаюших по принципу гибкоперестрамваемой технологии. При фгакизаини гибких автоматизированных производств особое жвчение приобретает системы числоного программного управле-шя 1ЧПУ) оборудованием и способы разработки для ник упраз-1я»ших программ (УП).

Проектирование управляющих программ - слонный и трудо-мкий процесс, эо многом определяющий эффективность мсполь-ювания оборудования с ЧПУ и качество обрабатываемых дета-|ей. В отой связи большое значение имеет совершенствование истем и методов автоматизированной подготовки УМ. Особое |нимание проблеме автоматизированной подготовки управляющих рограмм уделяется в составе интегрированной системы премирования и производства (CAD/CAM). Уп раилякхвая программа ри отом является результатом сквозного чикла обработки ик-юрмации от чертежа детали до программы ее изготовления на танках с ЧПУ.

В связи со все возрастающими объемами использования ые-аллорежущего оборудования с ЧПУ и повышением требований к ачеству управляющих программ, актуальной проблемой является еалиэация автоматизированного контроля УП по большому числу еометричеекмк и технологических параметров с использованием омпыэтеров.

Последним и безусловно важным этапом з подготовке уп~ авлякзшей программы для станки с ЧПУ является графический и интаксический контроль УП, представленной в коде 1SO-7 бит, акой контроль направлен на выявление широкого хласса зоз-оасных ошибок оператора при подготовке УП, ошибок яоетпро-ессирования, ошибок при подготовке машинных носителей нн-ормации.

Данная диссертационная работа посвящена методологически аспектам и программной реализации процесса повышения ха-ества подготовки УП с помощью метода статихо-графического оделирования управляющих программ для станков с ЧПУ а труктуре систем CAD/CAM УП.

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ дне с овишения качества управляющих ри подготовке УП в среде систем

ертации является методика программ для станков с ЧПУ CAD/CAM автоматизированного

производства.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является сокращение сроков подготовки и повышение качества управляющих программ для оборудования с ЧПУ за счет использования метода статико-графического моделирования систем CAD/CAM при проектировании УП и основанного на нем программного обеспечения.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные задачи:

г проведен анализ способов реализации систем CAD/CAM в процессе проектирования управляющих программ в среде автоматизированного производства;

- с целью выявления способов повышения качества подготовки управляющих программ создана графическая и аналитическая модель процесса проектирования УП;

- разработана методика построения средств контроля УП с помощью статико-графического моделирования;

- определена функциональная структура программно-аппаратных средств, ориентированных на конечного пользователя, при статико-графическом моделировании УП;

- разработана программная реализация процесса контроля 1ЬО-файла управляющей программы;

- дано технико-экономическое обоснование использования метода статико-графического моделирования CAD/CAM систем;

- разработан оптимальный метод интерфейса пользовател* в системе CAD/CAM УП.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Проведенные в работе теоретически« исследования основывались на методах структурного анализа, экспертных оценок, аналитической геометрии, тригонометрии, теории графов, теории множеств. Программная реализация предложенного подхода выполнена в виде программной системы продукционного типа с использованием комплекса инструментальны) средств системы программирования Турбо-Паскаль версии 6.0.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы заключается Е следующем:

- показано, чго управляющая программа для станка с ЧП1 является комплексным продуктом, обеспечивающим функционирование системы САП/САМ;

- построены кусочно-аналитическая граничная модель 1 графовая модель графической интерпретации 150-файла управляющей программы;

- с целью повышения качества процесса автоматизирован'

ной подготовки управляющей программы сформулированы, рассмотрены и реализованы принципы статико-графического моделирования УП;

- в качестве адаптивной составляющей процесса верификации УП, в зависимости от вида технологического оборудования с ЧПУ, создан препроцессор настройки;

- определены требования, предъявляемые к интерфейсу пользователя;

- построена функциональная модель диалога для процесса контроля УП;

- разработана математическая модель выбора программно-аппаратных средств при реализации УП.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Практическим результатом работы является повышение качества подготовки управляющих программ с помощь» метода статико-графического моделирования для станков с ЧПУ в системах САП/САМ УП.

Результаты диссертационной работы, а также разработанные программные средства используются при подготовке и отладке управляющих программ для станков с ЧПУ а отделе Главного технолога Всесоюзного научно-исследовательского института автоматики, а также на кафедре "Числовое программное управление станками и комплексами" Московсого станкоинс-трументального института:

- в качестве резидентной системы контроля УП а системах УЧПУ класса РСЯС типа ПЕРСОНА;

- при разработке и отладке постпроцессоров для оборудования с ЧПУ;

- в учебном процессе.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах б лаборатории Автоматизированных систем технологической подготовки производства и гибких производственных систем (АСТПП и ГПС) ВНИИ автоматики, на кафедре "Числовое программное управление станками и комплексами" МосСТАНКИНа и на Всесоюзной конференции по САПР в Воронежском политехническом институте б сентябре 1941 года.

ПУБЛИКАЦИИ■ По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, список которых приведен в конце настоящего автореферата, 3 работы находятся в печати.

СОДЕРЖАНИЯ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ дается определение термину CAD/CAM. Отмеча ется, что подготовка управляющей программы является важным трудоемким процессом в процедуре функционирования оборудова ния систем CAD/CAM, при этом качество УП влияет на качеств выпускаемой продукции. Поэтому при проектировании УП дл станка с ЦПУ актуальными являются проблемы организации конт роля качества подготовки УП, особенно на последних этапа подготовки.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ выбираются средства анализа систе CAD/CAM при проектировании УП, раскрывается значение проце дуры проектирования управляющих программ для систем ЧПУ среде автоматизированного производства при использовании Ci /САМ систем как средства повышения эффективности и качест! подготовки УП, формулируется задача исследования и oGochobi вается ее актуальность.

Современный уровень машиностроительного произведет! предъявляет высокие требования к проектированию и произво, ству изде^цй, что практически невозможно без развития и и< пользования систем CAD/CAM.

Концепция систем CAD/CAM при решении задач лроектиров; ния и эксплуатации управляющих программ для станков с 41 предполагает модульный принцип построения программно-апп ратщдх средств, который содержит гибкую последовательную м толику построения. конкретной системы под конкретную задач

Общая структура системы CAD/CAM при подготовке и эк илуата!)^ УП для станков с ЧПУ представлена на рис.1. Учит вая yujjiQicij/) спектр развития производства, система CAD/C Ежл/очаст три уровня программирования УП:

- $ijT0^8Tjt<4ecK0e;

- полуавтоматическое;

- ручное.

На каждом уровене используются различные средства реализ ции. Модульный подход в построении систем CAIVCAM при созд нии управляющих программ для металлорежущего оборудования ЧПУ позволяет гибко использооать различные уровни програм* рования УП в зависимости от характера производства, степе автоматизации и уровня квалификации технологои-программ! т о 9 •

F! работе рассматриваются существующие методы контре ^cnic важного фактора обеспечения качества изг от .чплипа^ продукции. Характер подготовки и контроля vnpnp.;>iioiu>tx ut ,грамм для станков с ЧПУ зависит от ряда .)> i г торим : мет>

Рис. 1. Структурная схема системы САЙ/СЛМ для проектирования и изготовления управляющей программы для станков с ЧПУ

программирования, типов станков и систем ЧПУ, условий производства, наличия квалифицированных кадров и др.

Основной задачей исследования является разработка методов повышения качества подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ в рамках систем CAD/CAM. При btqm критерии качества при подготовке УП трудно формализуются. Поэтому для оценки критерия качества УП и определения степени значимости ошибок при проектировании УП на различных уровнях представления информации в работе использован метод аксперт-ных оценок. При этом, для реализации вкспертных оценок используется метод ранхмрования.

Под ранжированием понимают процедуру установления относительной значимости (предпочтительности) исследуемых объектов на основе их упорядочения, ранг - показатель, характеризующий порядковое место оцениваемого объекта или явления в группе других объектов (явлений), обладающих существенными для оценки свойствами. Обычно, наиболее предпочтительному объекту присваивается первый ранг, а наименее предпочтительному - последний. Сумма рангов 5п, полученная в результате ранжирования, будет равна сумме чисел натурального ряда, т.е.

л

Sn= X1» ¿-/

где XI - ранг 1-го объекта, или

n(n + i)

Sn=

в случае присвоения вкспертом двум разным объектам одного и того же ранга.

Исходя из результатов экпертных оценок технологов-программистов, выявлены различные классы ошибок в УП и установлена зависимость векторов ошибок в УП при различных способах ее подготовки.

Рассмотренные классы и векторы ошибок при подготовке УП не могут быть полностью выявлены и устранены традиционными способами контроля УП. С целью учета и полного контроля векторов ошибок и повышения качества управляющих программ в работе предлагается методика статико-графического моделирования систем CAD/CAM и основанное на ней программное обеспечение с обосновыванием эффективности их применения.

ВО ВТОРОЕ главе рассматривается и обосновывается метод статико-графического моделирования УП как основной метод по-индеиия качества УП в системе CAD/CAM. Рассматриваются общие

принципы контроля уровней подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Дается определение понятия "статико-графическое моделирование УП", строятся модели графической интерпретации управляющей программы на уровне 1БО-файла. Налагаются принципы реализации метода статико-графического моделирования УП, создается алгоритм работы системы, базирующейся на названном методе.

Качество управляющих программ определяется наличием развиты», средств выявления и устранения многочисленных ошибок, возникающих на разных этапах проектирования и изготовления УП.

На рис. 2 представлены основные уроини подготовки УП и схема источников ошибок, возникающих в среде САП/САМ яри проектировании и изготовлении УП для станков с ЧПУ. Эти уровнч представлены следующим образом:

1) уровень ввода графических элементов чертежа;

2) уровень геометрического процессированин;

3) уровень технологического процессированин;

4! уровень промежуточных языков (внутреннего интерфейса);

5> уроаень постпроцессирования;

6) уроэень УП а коде 1БО-7 бит;

7) уроэйнь носителя УП (диск, дискета, перфолента, сетевой файл).

Мз рис. 2 видно, что актуальную задачу повышения качества УП следует решать на урозне создания средств контроля пыходного файла УП э .ходе 1БО-7 5ит с использованием метода статико-графического моделирозания управляющей программы (создпиигьс г» гр&Личгской модели), поскольку именно выходной файл УП содержит огкЗхи зсгк яресндугдах ^тапое программирования .

Поэтому целесообразно рассмотреть модели графической -интерпретации управляющей программа аа уроэ.че 15О-0».йла как уровня г/ахсхмалько зсгм'огшого количества. о^ибгх. Прк этом создание графич®схого зЗраэа детали, Спро1ктирозэ.:-;:!ОГО -!3 конечного ГБО-файла УП, деет возможность срьзчкть ;гс с негодным чгртехоь* детали, и их идентичность гвляэтек рара.чтшЯ качества УП.

Для построения модели графической хи~чряр«тации УП зоспользуемся создаяхем. геометрической- кусочмо-аналитмчесьой граничной модели. Обозначим иояъль тела, записанную г 1БО-фаЯле упразляязей программа аля стаиха с ЧПУ, чорео ЖТ).

Рассмотрим решение задачи получекия ьусоч»о-ехалитич»с-кой модели методом редукции - сведением окр'.ЗД« над граяккч

Уровень ввода графических влементов чертежа

Уровень ге кого проце< эметричес-;сирования

») Ошибки ввода влемен' тов чертежа детали

') Ошибки в геометрическом интерфейсе:

а) логические (мат. обеспеч . )

б) физические (магн. носитель)

в) пользовательские (интерфейс)

Уровень технологического процессирования

*) Ошибки технолога при использовании технологических команд

Уровень промежуточных языкоь

*) Ошибки внутреннего интерфейса:

а) технологические

б) пользовательские (интерфейс)

Уровень иостпроцес-сирования

*) Ошибки постпроцессора: а) логические (паспорт)

Уровень УП ы коде 1§0-7 бит

Уровень носителя УП (диск, дискета, я/лента, файл)

Графический контроль УП

Программа чтения УП с носителей

Твердая копия изображения на принтере

*> Выходные ошибки УП: п) программные аппаратные физические пользовательские технологические интерфейсные

Рис. 2. Основное уровни подготовки управляющих программ и источники осибох. ьпзвикпсддне э системе САО/С'АЛ при проектировании УП для станков с ЧПУ

в трехмерном пространстве к операциям над гранями и сечениями в двумерном пространстве. Модель произвольного тела Т фактически задана перечислением все* отдельных граней, причем различным граням соответствуют различные носители граней, т.е. поверхности, в которых лежат все точки граней. Для удобства обозначим грани двух тел Г/ и Тг соответственно буквами cL HJ3 . Пусть ЖТу) и М(Тд) - модели двух тел:

M(Ti ) = 1 ,"ïv) ¡¿.у;

^ М(Т4) = 1

где («¿.п*) и (jS,n_a> - описание отдельной грани с учетом ее ориентации в пространстве относительно множества внутренних точек тела; N/ и N3 - количество различных граней в телах 1/ и Тдсоответствеино.

Обозначим через М(Т* ) и М(Т~ ) - модели тел, являющихся результатами геометрического объединения и вычитания исходных тел Tjи Та- Тело Т может быть как базовым элементом форм, так и составным телом.

Введем понятие сечения тела Т носителем гранив, в которой лежит какая-либо гранью . При этом справедливо:

sZ=Sfn ( EelT„)U F(Tr >>, где £Тп ) - множество внутренних точек тела Т„; РПп) -множество точек его поверхности.

Образуем характеристические подмножества Гу, Па, Г^ , Гд и Г3, основываясь на следующих соображениях.

Какая-либо грань любого тела инцидентна своему носителю грани. Гранью одного тела может иметь такой же носитель грани, как и грань^другого тела. В случае совпадении носителей пара соответствующих граней может иметь непустое пересечение, т.е. эти грани могут модифицироваться в какие-либо грани поверхности результата операции. С этим соязано выделений подмножеств Гj и Гд , представляющих собой множества пар граней, одна нэ которых принадлежит Т/, вторая - Tg, причем ойе грани лежат на одном носителе, имеют непустое пересечение и одинаковым образом ориентированы в пространстве для Г/ и противоположно для Га• Вели какая-либо грань одного тела не совпадает по носителю ни с какой гранью другого- тела, то она либо не имеет общих точек с другим телом, либо имеет, причем в этом случае грань проникает внутрь другого тела. Это свойство позволяет выделить множество - те грани первого тела, которые имеют непустое пересечение с множеством внутренних точек яторого тела. Аналогично. но у*е для тела Та строится множество Pj. Грани, яе вошедшие ни в одно иэ вышеназванных множеств, составляют множество Гд .

В результате исследования всех случаев вхождения граней исходных тел в характеристические подмножества были получены соотношения, позволяющие для каждого подмножества указать вид геометрической операции, которую надо выполнить над гранями, входящими в это подмножество, либо над гранями и сечениями.

Решение задачи синтеза двух объектов в пространстве К3 сведено к выполнению геометрических операций синтеза над гранями и сечениями, лежащими на одном носителе, т.е. на одной поверхности.

Задача выполнения геометрической операции над двумя гранями или над гранью и сечением, лежащими на одном носителе, может быть, в свою очередь, редуцирована, т.е. сведена к операциям над отрезками кривых и прямых, лежащих иа какой-либо плоскости, которые имеют месть в 1БО-файле управляющей программы для станка с ЧПУ.

Кусочно-аналитическая граневая модель тела, записанного в 1БО-файле управляющей программы, может быть представлена в виде пятиуровневой иерархической структуры.

Тело Т представляется множеством ограничивающих его граней Т= |о£/,«6«а,. . . ,«£л!; каждая грань задается циклом ограничивающих ребер и«£ = < 1/ , ,. . . , 1п> нормалью п^, направленной из тела; хаждое ребро - двойкой точек начала и конца 1=<А,В> и каждая точка - тройкой координат в трехмерном пространстве А=<Х,У,г). Для реализации аналитических операций над гранями, ограничивающими тело для каждой плосхой грани, задается четверка коэффициентов А,В,С и Б, однозначно определяющих уравнение плоскости-носителя. Приведенная модель может быть реализована в виде графа, представленного на рис. 3.

В вершинах первых четырех уровней (1 - IV) размещаются ссылки на элементы нижних уровней, на уровне V записываются значения координат вершин циклов граней.

Именно координаты вершин (или точек) являются основными при графической реализации 1БО-файла управляющей программы на экране дисплея ЭВМ, а кусочно-аналитическая или графовая модель служит основой для реализации принципов статико-гра-фического моделирования УП для станков с ЧПУ.

Под статико-графическим моделированием понимают такое преобразование 1БО-файла управляющей программы, при котором происходит графическое реконструирование контура обрабатываемой детали на экране дисплея ЭВМ. При этом, статическое изображение полученного контура может быть отображено на принтере или плоттере в качестве твердой копии графической модели УП.

х, у, г1 \л у* га х^у^г^у хп Уо г„ (точки)

Рис. 3. Графовое представление модели тела, записанного

в 150-файле управляющей программы •

Статико-графическое моделирование УП подразумевает блочно-модульный принцип построения и реализации, когда на кахдый из блоков ложится конкретная функциональная нагрузка, зависящая от его непосредственного назначения.

Одним из наиболее важных блоков в реализации стати-ко-графического моделирования УП является адаптивная составляющая под вид технологического оборудования - препроцессор настройки.

Препроцессор представляет собой табличный файл, подобный электронной таблице, и программный модуль, в функции которого входит:

- чтение таблицы;

- проверка корректности адресов и их значений;

- создание таблицы настройки с параметрами системы ЧПУ. Набор спецификаций таблицы данных представляет собой перечень всех возможных параметров СЧПУ, которые влияют на'ее геометрические и технологические характеристики. Процедура настройки таблицы заключается в заполнении адресов и их значений, атрибутов и конкретных числовых значений, взятых из паспортных данных СЧПУ. Все параметры настройки и функции, применяемые в УП, соответствуют ГОСТ 20999-83.

Таким образом, процедура статнко-графического моделирования позволяет получить модель процесса подготозки УП с иельп повышения его качества.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассматривается организация программно-аппаратных средств и методика их выбора с использованием функциональной модели при статико-графнческом моделировании управляющей программы. Обосновывается выбор интерфейса пользователя и строится функциональная модель диалога. В заключении рассматривается реализация проблемно-ориентированных средств диалога при проектировании управляющей программы на стадии контроля ISO-файла с применением WIMP-интерфейса.

Методика выбора программно-аппаратных средств вообще и в частности является комплексной задачей, учитывающей большое число различных факторов проектирования и производства.

Поскольку сгатико-графическое моделирование УП является одним из завершающих уровней контроля ошибок при проектировании управляющих программ в среде систем .CAD/CAM, методика выбора программно-аппаратных средств реализации систем

CAD/CAM должна ориентироваться на технические требования, предъявляемые при вксплуатации втих систем.

Программно-аппаратный комплекс представляет собой взаимосвязь технического и общего программного обеспечения. Техническое обеспечение - это совокупность взаимосвязанных технических средств, включающих в себя устройства вычислительной и оргтехники. В состав общего программного обеспечения входят операционные системы, системы управления базами данных, графические системы, системы технологической подготовки производства и др.

В работе обосновывается, что для решения поставленных задач наиболее целесообразно использовать персональные

компьютеры второго и третьего поколения, совместимые с IBfl PC/XT/AT, и операционную систему MS-DOS версии 3.3 и выше в качестье базовых программно-аппаратных средств систем CAD/CAM, а также - для реализации графических моделей УП.

Следует отметить, что ПЭВМ указанных поколений, совместно с ОС MS-DOS названной версии, являются базой при создании УЧПУ класса PCNC (например, 11ЕРС0НА-Л) . представляюсик собой сопроцессор 411У реального гремени и предназначенных для управления металлорежущим оборудованием, в которых системы CAD/CAM и статико-графического моделирования УП находятся резидентно.

эффективность использования программно-аппаратных

средств для повышения качества подготовки УП методом статнко -графического моделирования зависит от степени развития средств интерфейса пользователя.

В работе формулируются требования к диалогу, диь/.ловым системам, к той их части, которая называется ишерфейсом пользователя и обеспечивает ход диалога пользователя с

компьютером, Ниже приводится перечень этих требований.

1. Целесообразность использования.

2. "сихофизиологические аспекты.

3. Простота диалога и удобство использования диалоговой системы.

4. Ясность диалога.

5. Обеспечение помощи пользователю.

6. Возможность совершения польэопателем ошибки.

7. Гибкость, адаптивность диалога.

8. Управляемость диалога.

9. Требования к времени ответа.

10. Требования к диалоговой системе с точки зрения использования технических средств.

В работе строится функциональная модель диалога, которая позволяет:

- точно и однозначно описать общую концепцию функционирования и организацию диалоговой системы;

- точно описать ее подсистемы, ясно определить интерфейс между ними, согласовать их с поставленной задачей и конфигурацией технических средств;

- полностью выявить к учесть возможности и детали поведения диалоговой системы, определить возможности пользователей.

На этапе разработки функциональная модель диалога является:

- принципиальной основой для детального проектирования и реализации программных средств;

~ средством выявления особенностей, побочных эффектов и специальных случаев, которые могут быть разрешены до начала реализации;

- методической основой для автоматизации создания диалоговых систем данного класса.

Зачастую функционирование диалоговой системы можно представить процессом, управляемым с помощью сообщений пользователя и описанным в виде графа, однозначно задающего переход от одной процедуры к другой (граф может быть отображен диаграммой состояний ). При этом граф задает лишь допустимые переходы (еоомояности пользователя). Такой схеме описания диалоговой системы соотвгтстнует конечный азтемат, иа основе которого строятся мчогие модглн. Ом представляет с;-:ой следу|>о'г> яягергу:

'/г ..и - • ' '""С"' ' . / ■•■ >-' ;■ тс ;тг,.

;. , .у, • - . V; •

- кг.чьлькое состояние) , :Х * Q -> Q - функции переходов, Q -> V - функция амходоя (иногда <у :Q -> У).

Хроме того, обычно предполагается, что для каждого состояние или команды существует программный или аппаратный модуль, кепосредствекко реализующий действие, заданное ¡ссмакдсй х , Тек самым дополнительно вводится отображение 1:Х -> ? или I: Q -> Р, где Р= ( Рк ,Ыр ~ набор из К/> рвалкоугэокх модулей.

Тогда, находясь в состоянии qi , под действием команды х j. днЕлсгозак система переходит а состояние '/(xj ,<Ц),

заполняет действия рл = 1(х/') Или Рх = Кч*>, выдает пользователи реплкху Уг = ^ > и останавливается, ожидая следующей к.омакд1:!

Тахик образом, состояния соответствуют местам прерывания автономной работы системы, когда для ее продолпения требуются действия пользователя. Такой процесс соответствует директивному типу диалога, при котором каидое входное сообщение инициирует смену состояния системы. Переход осуществляется согласно функции , таблично определяющей диаграмму состояний.

Если з&дако соответсвие:

M:q£ -> К£={ x«jV< X«, 4i >£ Q/ ], k;£X,

где Qjf - подмножество состояний, в которое допустим переход, кз ; К¿- подмножество команд, допустимых для данного состояния, то это дает возможности описать диалог типа "мен»".

Приведенная функциональная мсд>-/.i диалога предназначена для. опис&кик последовательной работы диалоговых систем. что имеет место при реализации проблемно-ориемткров&нных средств диалога в случае статико-графического модгяирования управляющих программ для станлов с ЧПУ.

В диссертационной работе рассматривается интерфейс "пользователь - компьютер". Различают несколько методоа реализации интерфейсов пользователи.

Интерфейсы командных языков были популярны многие годы. Они дают ощущение управляемости, которое чувствует опытный пользователь при общении с системой. Однако, а последние годы произошел ряд значительных изменений в интерфейсе меагду компьютерными системами и их пользователями. Они касаются, главным образом, взаимодействия с конечными или непостоянными пользователями и направлены на замену традиционного мен» - структурированного диалога. Типичным среди этих разработок является многооконный wiMP-иктерфейс.

Основной частью интерфейса WIMP является окно, представляющее собой обычно прямоугольную область физического ок-

на, с помощью которого пользователь обозревает отдельные аспекты своего взаимодействия с задачей. Отметим, что это определеьле имеет два аспекта, поскольку описывает окно исходя из:

а) связи между его физическим представлением и физическим экраном; окно можно описать по его структуре и месту расположения на экране;

б) его содержания как взгляда на элементы данных некоторой задачи и процесса их обработки.

Применение ШМР-интерфейса значительно облегчает ведение диалога конечного пользователя с компьютером. Последовательность действий пользователя при получении графической модели УП на экране дисплея компьютера выглядит следующим образом.

1. Выбор 1ЭО-файла управляющей программы и проведение ее синтаксического контроля.

2. Редактирование УП, при наличие в ней ошибок.

3. Установка геометрических опций:

- проекции изображения;

- размеров окна по осям ОХ,ОУ,Ог.

4. Установка технологических опций:

- номера активного инструмента;

- режим отработки УП при ее моделировании.

5. Установка графических опций:

- цвет линий;

- толщина линий.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена практической реализации процедур контроля управляющей программы на стадии ISO-файла как фактора повышения эффективности процесса проектирования УП, Дается оценка эффективности разработанных методик в среде CAD/CAM автоматизированного яроизводства.

Рассмотрим практику применения процедура контроля управляющей программы на стадии ISO-файла.

В качестве программных средств CAD используется геометрический процессор пакета AUTOCAD, который позволяет создать изображение детали. например, типа "кршпка" и сгенерировать вначале DWG-файл для получения полного чертежа названной детали, а затем и DXF-файл с одной проекцией изображения s плоскости XOY, описанной как набор блоков и представленной на рис. 4. В данном случае DXF-файл выполняет функции интерфейса передачи геометрической информации из CAD в С\М для задания технологических параметров обработки. Заметим, что лри генерации DXF-файла детали типа "крючка" для построения технологии используется основная проекция XOY, поскольку об-

Рис. 4. Исходное изображение детали в проекции ХОУ

работка (сверление, развертывание, фрезерование и др.) производится в системе координат 2,5D, когда устанавливается постоянно- значение по оси Z, равное глубине опускания инструмента, заимствованное в качестве справочной информации из других проекций в виде набора данных, а по осям X и Y значения изменяются.

В качестве программных средств САМ используется система PEPS, на вход которой поступает DXF-файл, где он обратно интерпретируется в исходное графическое изображение с помощью-программы CAD-LINK. Поскольку при разработке управляющей программы используется операционная технология, а деталь типа "крышка" имеет достаточно сложную конфигурацию, то процесс ее изготовления на станке с ЧПУ целесообразно разбить на несколько этапов.

В режиме диалога технолог-программист вводит технологические параметры процесса обработки, и при этом генерируются четыре файла (PH25T89.MIL, PR26T89.MIL, PR27T89.MIL,

PR28r89.MIL) на промежуточном, внутреннем языке PEPS с описанием назначенных контуров обработки детали. В качестве примера графическое изображения файла PR26T89.MIL с технологией обработки в среде системы PEPS отображено на рис. 5.

Далее, на этапе постпроцессирования, создаются соответственно четыре выходных ISO-файла в формате команд системы ЧПУ FANUC-6M.

Теперь можно применить к каждому из полученных ISO-файлов систему контроля или статико-графического моделирования TRACER. После ввода имени файла производится синтаксический контроль УП с выводом кадров программы на экран дисплея ПЭВМ. По завершении синтаксического контроля следует графическая интерпретация кадров программы, при этом на экране дисплея воссоздается геометрический образ детали (или части детали), на которую была составлена управляющая программа. Реконструированное изображения ISO-файла PR26T89.TAP, выведенное впоследствии на принтер и служащее примером, показано на рис. 6.

Из проделанного и сказанного видно, что фактически реализован метод статико-графического моделирования изображения путем интерпретации файла УП в коде IS0-76HT. Полученные изображения позволяют судить об адекватности исходных и конечных контуров, что указывает на корректную разработку УП на деталь "крышка" и возможность их дальнейшей отработки на станке с ЧПУ.

Таким образом, создано эффективное средство повышения кячестпа УП уа счет регенерации изображения контура или хон-гурои детали из выходного файла ISO управляющей программы.

Ж.'

/г- ^

¿t

Я

Т'Л/

/

/ ^ / ^ •

L

ff—

» .. - - л

.--"C.Jvy

......-и!-'-О- J

""91

it

" Гч "".Г

h Л- --.

V ! ')

I• fyii-

WJL:/

--¿r^v;----7'""

■ Л.с^.а----to--

V. т .-/ Р

Чч

«й

'7

.

f?" -•¡У

jj Ч

\ ^

U-'T

- .\afw

- -о

-4--Л 'Л

г?ч я' .

А'

-s

Рис. 5. Графическое изображение промежуточного файла re26T89.MIL с технологией обработки в среде PEPS

ч «i «S

■з-

Ó <л

а

э

с. о

о s а

2 4-"

что сникает трудоемкость контроля выходного файла УП о коде

ISO-? бит.

Наряду с повышением качества и сокращением сроков иод-готоэкк УП, применение метода статико-графического моделиро-згкиЕ я методов оптимизации интерфейса пользователя позволяет также повысить эффективность процесса обучения конечного пользователя методам проектирования УП.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Модульный принцип построения систем CAD/CAM при создании управляющих программ для станков с ЧПУ позволяет гибко использовать различные уровни программирования УП в зависимости от характера производства и степени автоматизации.

2. Актуальную задачу повышения качества УП целесообразно решать на уровне создания средств контроля выходного файла УП в коде ISO-7 бит, поскольку именно »тот выходной файл содержит ошибки всех предыдущих втапов программирования.

3. Предложенные методические, аналитические и программные средства реализации контроля УП с помощью статико-графического моделирования ISO-файла УП позволяют повысить вффек-тивность процесса создания управляющих программ в среднем на 20%, снизив при этом трудоемкость их контроля.

4. Адаптивная составляющая - препроцессор настройки на систему ЧПУ позволяет расширить диапазон статико-графическо-гс моделирования ISO-файлов УП, предназначенных для процес-сирования на различных СЧПУ современного типа.

5. Система верификации и контроля качества УП, ориентирована» на конечного пользователя, явилась предпосылкой длк разработки и использования развитого интерфейса "человек-компьютер" .

6. Разработанный метод статико-графического моделирования систем CAD/CAM при проектировании управляющих программ для станков с ЧПУ. послужит основой для разработки следующих уровней контроля УП:

1) моделирование отработки ISO-файлов УП на станке а плоскостях XOY, Х02, YOZ и изометрии с включением коррекции на длину инструмента и его радиус;

2) SOLID-моделироаанне ISO-файлов УП получения готовой детали из заготовки.

7. Новое поколение УЧПУ PCNC с реоидеитними системами CAD/CAM на базе персональных компьютеров, совместимых с IBM PC/XT/AT, - аффективное решение в подготовке, контроле и от-

работке управлявших программ на станках с ЧПУ.

8. Программное обеспечение статико-графического моделирования ISO-файлов УП при соответсвуюпей доработке можно применять для получения информации о местоположенчи режущего инструмента в закрытых ¡зонах реоання, в режиме псевдореального времени, когда управляете программы отрабатываются на УЧПУ класса PCNC (ПЕРСОНА). В втом случае интересующая графическая информация отображается ка якране дисплея УЧПУ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ковшов В.В., Шемелим В.К. Метод статико-графического моделирования систем CAD/CAH при проектировании управляющих программ для станков с ЧПУ.-М.:*ГЦНТИ, ИЛ N62-91.

2. Шемелин D.K., Ковшов В.В. Метод статико-графического моделирования систем CAD/CAM ври проектировании управляющих программ для станков с ЧПУ.-М.:БНИИТЭМР, 1991. (Депониров. рукопись).

3. Сычев А.Г., Ковшов В.В. Метод расчета конструктивных параметров резьбовых гребенчатых фрез для резьбофрезерования отверстий на станка* с ЧПУ.-М.:МГЦНТИ, ИЛ N136-91.

4. Ковшов В.В. Препроцессор системы г'рафико-еинтакси-ческого контроля управляющих программ для станков с ЧПУ.-М. :МГЦНТИ, ИЛ N234-91.

5. Шемелин В.К., Ковшов В.В., Сычев А.Г. Метод CAD/CAM при проектировании, изготовлении гребенчатых фрез и резьбофрезерования отверстий на станках с ЧПУ.-М.:МГЦНТИ, ИЛ N261-91.

6. Ковшов В.В., Шемелин В.К. Метод линеаризации управляющих программ для станков с ЧПУ.-М.:МГЦНТИ, ИЛ N270-91.