Исследование и разработка методов и средств обмена технологической информацией между СЧПУ и системами подготовки управляющих программ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Беляков, Андрей Александрович

• Беляков, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Беляков, Андрей Александрович

Оглавление

Введение. Модернизация узлов металлорежущих станков — важный фактор повышения их эффективности

Глава 1. Анализ существующих способов ввода/вывода информации в СЧПУ металлорежущих станков

1.1. Используемые способы ввода/вывода информации в СЧПУ металлорежущих станков

1.2. Устройства передающие информацию от компьютера к СЧПУ станка на расстояния меньше десяти метров

1.3. Устройства передающие информацию от компьютера к СЧПУ станка по компьютерной сети

1.4. Устройства передающие информацию от компьютера к СЧПУ станка с помощью дополнительного устройства

1.5. Выводы по главе

1.6. Цели и задачи диссертационной работы

Глава 2. Анализ характеристик подсистемы ввода/вывода СЧПУ станка и выбор параметров перевода ее на электронный способ ввода 32 информации

2.1. Математическое описание задачи

2.2. Выбор характеристик и условий, влияющих на построение аппаратно-программного комплекса

2.2.1. Интерфейсы СЧПУ станка

2.2.2. Тип памяти СЧПУ станка

2.2.3. Расстояние между компьютером и станком

2.2.3.1. Компьютерная сеть

2.2.3.2. Непосредственное подключение компьютера к СЧПУ станка

2.2.3.3. Использование дополнительного устройства

2.2.4. Объем работ по изменению электронной и программной составляющих СЧПУ станка для интеграции ее с аппаратно-программным комплексом

2.2.5. Влияние количества станков с СЧПУ, подлежащих переводу на электронный способ ввода информации, на 51 предприятии

2.2.6. Максимальный размер УП

2.2.7. Стоимость перевода СЧПУ на электронный способ ввода информации

2.2.8. Затраты на эксплуатацию станка с модифицированной СЧПУ

2.3. Выбор решаемых задач и требований, которым должен отвечать аппаратно-программный комплекс

2.3.1. Передача УП

2.3.2. Передача системной информации

2.3.3. Передача текстовых сообщений

2.3.4. Преобразование УП

2.3.5. Редактирование УП

2.3.6. Управление работой СЧПУ станка с компьютера

2.3.7. Одновременная работа аппаратно-программного комплекса с несколькими СЧПУ (параллелизм 62 обслуживаемого оборудования)

2.3.8. Скорость передачи информации

2.3.9. Тип среды передачи информации

2.4. Уровни процесса перевода СЧПУ станков на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером

2.4.1. Первый уровень процесса перевода СЧПУ на электронный способ обмена технологической 73 информацией с компьютером

2.4.2. Второй уровень процесса перевода СЧПУ на электронный способ обмена технологической 76 информацией с компьютером

2.4.3. Третий уровень процесса перевода СЧПУ на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером

2.4.4. Четвертый уровень процесса перевода СЧПУ на электронный способ обмена технологической 81 информацией с компьютером

2.4.5. Пятый уровень процесса перевода СЧПУ на электронный способ обмена технологической 82 информацией с компьютером

2.5. Выводы по главе

Глава 3. Исследование эффективности различных методов перевода

СЧПУ на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером

3.1. Сравнительный анализ эффективности при первом уровне перевода СЧПУ на электронный способ обмена информацией

3.2. Сравнительный анализ эффективности при втором уровне перевода СЧПУ на электронный способ обмена информацией

3.3. Сравнительный анализ эффективности при третьем уровне перевода СЧПУ на электронный способ обмена информацией

3.4. Эффективность четвертого и пятого уровней перевода СЧПУ на электронный способ обмена информацией

3.5. Рекомендации по выбору оптимального способа обмена информацией между компьютером и СЧПУ станка для 120 различных уровней перевода

3.6. Выводы по главе

Глава 4. Создание аппаратно-программного комплекса DNC-терминал для ввода/вывода информации в СЧПУ металлорежущего станка

4.1. Принципы создания DNC-терминала

4.2. Электронная и программная составляющие DNC-терминала

4.3. Выводы по главе

Глава 5. Внедрение аппаратно-программного комплекса DNC-терминал на предприятиях машиностроения Российской Федерации Выводы по диссертационной работе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка методов и средств обмена технологической информацией между СЧПУ и системами подготовки управляющих программ»

металлорежущих станков -важный фактор повышения их эффективности

По разным оценкам количественный объем станочного парка России составляет 1-1,2 миллионов единиц станочного оборудования. 70% этих станков уже отслужило свой срок и нуждается в замене. В 2003 году в России произведено около 6,5 тысяч станков и примерно 2,5 тысячи ввозится из-за рубежа. Рыночная конкуренция требует постоянного обновления парка действующего станкостроения. У ведущих зарубежных фирм это происходит в течение 5-7 лет по 18-20% в год. В России - это период в 18-20 лет (по 0,52,5% ежегодно). При таких темпах через десятилетие выбывание станочного оборудования достигнет такого порога, что большинство отечественных предприятий будет не в состоянии производить какую-либо продукцию.

Возникает вопрос, что делать: изыскивать ли средства для переоснащения станочного парка, закупать бывшее в употреблении, но работающее западное оборудование, восстанавливать или модернизировать имеющиеся станки?

Модернизация оборудования (станка в целом или отдельных его узлов и механизмов) позволяет предприятию затратить значительно меньшие средства по сравнению с покупкой нового оборудования. Устаревшее оборудование может быть модернизировано на конструктивном уровне, и его технические и точностные показатели превзойдут паспортные характеристики оборудования. В результате, предприятие получает оборудование в ряде случаев лучше, чем оно было при начале эксплуатации. Стоимость модернизации в большинстве случаев не дороже 20-30% от стоимости аналогичного нового оборудования.

В последние годы появился новый термин "реновация". В этом случае при модернизации станка добавляется переоснащение некоторых его узлов на более современные (автоматизированные аналоговые приводы взамен ручных, новые узлы в составе СЧПУ, электроавтоматики, приводов и др.). У оборудования возрастает производительность, и добавляются новые функциональные возможности. По стоимости такое оборудование уже составляет от 30 до 70% от нового станка в зависимости от объема проведенных работ по модернизации.

За счет модернизации обеспечивается удаление устаревших агрегатов, установка новых узлов, приводов, СЧПУ и т. д. При этом, увеличивается производительность оборудования за счет увеличения надежности и расширения функциональных возможностей станка. Среди расширенных функциональных возможностей станка за счет модернизации только СЧПУ могут присутствовать следующие:

• ввод-вывод информации через стандартный интерфейс;

• увеличение объема памяти СЧПУ;

• организация режима «подкачки» УП от компьютера;

• выполнение всех геометрических расчетов через центральный процессор. Из-за того, что развитие электроники идет более быстрыми темпами, чем механики и автоматики, моральное устаревание СЧПУ происходит быстрее, чем моральное старение и физический износ станка. Вследствие этого часто экономически выгодно ограничиться только модернизацией отдельных функций СЧПУ, а не всего станка. Но даже при ограниченной модернизации СЧПУ металлорежущего станка, на многих предприятиях не хватает средств для ее проведения. Тогда начинают искать узлы СЧПУ, наиболее эффектные для модернизации, с тем, чтобы получить наилучшие результаты от станка в целом. Во многих случаях приходят к выводу, что достаточно модернизировать только подсистему ввода/вывода информации в СЧПУ таким образом, чтобы исключить использование бумажных носителей. Эта подсистема в наибольшей степени подвержена поломкам из-за наличия движущихся элементов, что увеличивает простои станка и время изготовления изделия, и, как следствие, снижение прибыли предприятия целом.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Беляков, Андрей Александрович

Выводы по диссертационной работе

1. На основе анализа современных способов переноса информации между компьютером и СЧПУ станка, была проведена их классификация, которая показала, что основные методы обмена данными можно разделить на три группы - это переносные запоминающие устройства, непосредственное подключение компьютера к СЧПУ станка с помощью кабелей сопряжения и организация компьютерной сети.

2. Выведены формулы, с помощью которых решается задача о нахождении аппаратно-программного комплекса, который бы оптимально подходил к характеристикам данной СЧПУ, и который решал бы выбранные задачи из списка задач аппаратно-программного комплекса. В результате исследования выяснилось, что найти комплекс, идеально подходящий к данной СЧПУ, в общем случае невозможно. Наиболее близкие к оптимальности варианты делятся на две категории. Первая - некоторые задачи, которые умеет решать комплекс, не могут быть востребованы СЧПУ. Вторая - наоборот, некоторые задачи, востребованные СЧПУ, не умеет решать аппаратно-программный комплекс.

3. Для определения оптимального аппаратно-программного комплекса были предложены два критерия: стоимость перевода СЧПУ на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером и время изготовления изделия, и сформулирована задача оптимизации.

4. Для нахождения решения задачи оптимизации, решено разбить процесс перевода СЧПУ на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером ее на пять уровней.

5. Показано, что для первого (замена бумажных носителей информации на электронные) и второго (параллелизм) уровней перевода

СЧПУ на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером оптимальным является использование переносного запоминающего устройства. Для третьего уровня (редактирование УП) - если СЧПУ позволяет редактировать УП в собственной памяти и выводить ее на перфоленту, то следует использовать компьютерную сеть, иначе -переносное устройство. Для четвертого (управление работой станка с компьютера) и пятого (увеличение скорости ввода информации в СЧПУ) уровней следует использовать компьютерную сеть.

6. Составлен алгоритм, призванный облегчить выбор оптимального аппаратно-программного комплекса, с помощью которого следует производить перевод СЧПУ на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером для данного предприятия.

7. Теоретические результаты работы были использованы при разработке аппаратно-программного комплекса DNC-терминал, для которого был выбран способ обмена информацией с помощью переносного запоминающего устройства. Архитектура терминала разрабатывалась, исходя из агрегатно-модульного принципа, в результате чего DNC-терминал может взаимодействовать с любым типом СЧПУ станка, у которой есть возможность общения с внешними устройствами. Терминал позволяет проводить перевод СЧПУ на электронный способ обмена технологической информацией с компьютером первого, второго и третьего уровней.

8. Внедрение DNC-терминала на предприятиях позволило:

• Сократить время общих простоев станка на 10%;

• Исключить порчу заготовок по вине СЧПУ станка;

• Внедрение 2000 терминалов позволило сократить 300 человек;

• Для 43% предприятий, эксплуатирующих DNC-терминалы, их внедрение позволило получить функционирующую СЧПУ станка за 10% от стоимости новой, вместо приобретения новой СЧПУ. Суммарно они сэкономили порядка 120 миллионов рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Беляков, Андрей Александрович, 2004 год

1. Абчук В.А., Карпенко Ю.С. Управление в гибком производстве. - М.: Радио и связь, 1990. - 128с.

2. Аверьянов О.И. Модульный принцип построения станков с СЧПУ. -М.: Машиностроение, 1987. -232с.

3. Адамов Е. О., Дукарский С. М. Основные принципы построения автоматизированного машиностроительного производства. М.: ИАЭ-4111/16, 1985.

4. Александров П.С. Введение в теорию множеств и общую топологию. -М.: Наука, 1977.-368с.

5. Амосов С.А., Балакин В.В., Неханевич Э.Л. Модернизация УЧПУ токарных и фрезерных станков. //Инструменты, технология, оборудование. №6 2002. с.9.

6. Артоболевский И.И., Ильинский Д.Я. Основы синтеза систем машин автоматического действия. -М.: Наука, 1983.

7. Бикулов С. А. Повышение эффективности создания программных компонент САПР машиностроения на базе объектно-ориентированного подхода. М.: СТАНКИН, 1997.

8. Благо даров А., Зайцев А. Еще раз о современных технологиях передачи управляющих программ между АРМ технолога-программиста и станком с ЧПУ. //CAD master. №5 2003.

9. Блехерман М.Х. Гибкие производственные системы: (Организационно-экономические аспекты). М.: Экономика, 1998. - 221с.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: 1986. - 544с.

11. Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986. - 312с.

12. Васильев B.C., Найдин Ю.В., Грачев JI.H. Состояние, проблемы и перспективы работ по созданию систем централизованного управления комплексами станков от ЭВМ. //Труды ЭНИМСа. Числовое программное управление металлорежущими станками. М., 1972. с.5-14.

13. Васильев B.C., Найдин Ю.В. Опыт создания первых в СССР систем управления автоматизированными комплексами станков с ЧПУ на базе ЭВМ. //Труды ЭНИМСа. Управление станками с использованием электронно-вычислительной техники. М., 1974. с.5-13.

14. Васильев B.C., Найдин Ю.В. Опыт внедрения вычислительной техники в системы управления металлорежущим оборудованием. //Труды ЭНИМСа. Централизованное управление оборудованием от ЭВМ и подготовка управляющих программ. М., 1976. с.5-10.

15. Васильев B.C., Розинов А.Г. Перспективы развития систем ЧПУ металлорежущих станков и комплексов. //Труды ЭНИМСа. Системы управления металлорежущими станками и комплексами станочного оборудования. М., 1978. с.5-14.

16. Васильев B.C. Принципы построения гибких производств //Станки и инструмент. №4 1984. с.4-6.

17. Васильев B.C., Барабанов В.В. Методика исследования надежности оборудования гибких автоматизированных систем в эксплуатации //Станки и инструмент. №7 1985. с.2-3.

18. Васильев Г.Н. Обеспечение качества и эффективности станочных конструкций методами двухуровневой оптимизации //Семинар

19. Отраслевая наука производству" 17-19 апреля 1991 г., М.: ЭНИМС, 1991.

20. Верещагин Н.К., Шень А. Начала теории множеств. М.: МЦНМО, 1999.- 128с.

21. Вермель В.Д., Зарубин С.Г. ГеММа-ЗБ: программно-техническое обеспечение прямого управления станками с ЧПУ //Информационные технологии в проектировании и производстве. №1 2000. с.58-62.

22. Высочин С.В. Разработка специализированного интерфейса для интеграции систем конструкторского и технологического проектирования и системы оперативного управления: Дис. канд. техн. наук: 05.13.07. -М., 1997. 168с.: ил.

23. Галеев Э.М., Тихомиров В.М. Оптимизация: теория, примеры, задачи. М.: УРСС, 2000.-320с.

24. TeMMa-3D. //http://www.gemma.ru.

25. Глазырина И.Б., Супонин А.Д., Худенко Т.Н. Курс: Современные информационные технологии и сети /Учебное пособие. М.: Современный Гуманитарный Университет, 1998. - 125с.

26. Глинских А. Мировой рынок CAD/CAM/CAE-систем //Компьютер-Информ. №01-02 2002. http://www.ci.ru/inform0102/p22-23.htm.

27. Гнеденко В.Г., Дукарский С.М., Дмитров В.И., Судов Е.В. Обобщенная концепция компьютеризированных интегрированных производств машиностроения /Под общ.ред. Петриченко В.Н. М.: Препринт центра "Совинстандарт" РСПП, 1993.

28. Горнев В.Ф., Емельянов В.В. Овсянников М.В. Оперативное управление в ГПС. -М.: Машиностроение, 1990. 256с.

29. Громов А.И., Каменнова М.С. Идеологические стандарты управления вчера, сегодня, завтра //Информационные технологии в проектировании и производстве. №3 2001.

30. Грувер М., Зиммерс Э. САПР и автоматизация производства. М.: Мир, 1987.-528с.

31. Гусев А.П., Евгеньев Г.Б., Рапопорт Г.Н. Групповое управление станками от ЦВМ. М.: Машиностроение, 1974. - 303с.

32. Гусев И.Т., Елисеев В.Г., Маслов А.А. Устройства числового программного управления. М.: Высшая школа, 1986. - 295с.

33. Дроздов Н.В., Мирошкин И.В., Скорубский И.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. JL: Машиностроение, 1989.-284с.

34. Дряхлов Е. Выбирая, выбираем. //Оборудование. №12 2002.

35. Дубова Н. Системы управления производственной информацией. //Открытые системы. №3 1996.

36. Еленева Ю.А., Зуева Т.С., Корниенко А.А., Коршунова Е.Д., Кутин А.А., Схиртладзе А.Г. Экономика и управление предприятием. М.: МГТУ "Станкин", 2003.

37. Заботин Я.И. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978. - 352с.

38. Зарембо Ю.Г. Об оценке экономической эффективности модернизации, реконструкции и ремонта. Часть 1. //Ремонт, восстановление, модернизация. №3 2004. с.7-11. - М.: Наука и технологии, 2004.

39. Зарембо Ю.Г. Об оценке экономической эффективности модернизации, реконструкции и ремонта. Часть 2. //Ремонт, восстановление, модернизация. №4 2004. с.7-10. - М.: Наука и технологии, 2004.

40. Ильинский Д.Я., Ипполитов А.В. Основы расчета и проектирования технологических машин и линий легкой промышленности. М.: Легпромбытиздат, 1989.

41. Интегрированная АСУ автоматизированных производств /Под ред. Б.И. Черпакова М.: ЭНИМС, 1992. - 304с., ил.

42. Краткое описание интерфейса ИРПС 20мА "токовая петля". //http://www.sector-t.ru/info/sector/proizvod/clreference.php.

43. Крейг Хант. Персональные компьютеры в сетях TCP/IP. Пер. с англ. -К.: Издательская группа BHV, 1997. 384с.

44. Кузьминов А.Ю. Интерфейс RS232. Связь между компьютером и микроконтроллером. М.: Радио и связь, 2004. - 168с.

45. Куратовский К., Мостовский А. Теория множеств. М.: Мир, 1970. -416с.

46. Матвеев Б.А. Разработка методов интерполяции и языковых средств логического управления технологическими процессами обработки на станках с ЧПУ: Дис. . канд. техн. наук: 05.13.07. -М.:, 1999. 196с.

47. Михайлов А.Н. Основы синтеза поточно-пространственных технологических систем непрерывного действия. Донецк, 2002.

48. Михайловский М.А., Найдин Ю.В. Управление работой станков с ЧПУ от ЭВМ без предварительного расчета программы. //Труды ЭНИМСа. Управление станками с использованием электронно-вычислительной техники. М., 1974. - с. 14-20.

49. Михайловский М.А. Разработка и исследование автоматизированной системы отладки управляющих программ для станков с ЧПУ при централизованном управлении от ЭВМ: Дис. . канд. техн. наук: 05.13.06.-М., 1978.-233с.

50. Михайловский М.А., Беляков А.А. "Модернизация систем ЧПУ станков с помощью переносного DNC-терминала" //Привод и управление. №3 2000г. с.39-41.

51. Опитц Г. Современная техника производства. Состояние и тенденции. -М.: Машиностроение, 1975.

52. Определение экономической эффективности металлорежущих станков сЧПУ.-М., 1981.- 104с.

53. Основы автоматизации производственных процессов /Под. ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1995. - 282с.

54. Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ. М.: Мир, 1987.-470с.

55. Падалко С.Н., Смирнов O.JL, Тюменцев Ю.П. Программное и информационное обеспечение автоматизированного проектирования. -М.: Изд. МАИ, 1979.

56. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию. М.: Наука, 1983. - 385с.

57. Потапов В.А. Опыт американских и германских фирм по ремонту, восстановлению и модернизации станочного оборудования. //http://www.dialos.ru/a02.html.

58. Расчеты экономической эффективности новой техники. Л.: Машиностроение, 1989. - 448с.

59. Сетевой комплекс ПрИС. //http://www.vaz.ru/vaz/elab.

60. Система передачи информации на станки с ЧПУ от персонального компьютера. //http://www.modmash.nnov.rU/prod/5.html.

61. Системы числового программного управления серий FMS-3000 и FMS-3100. //http://www.modmash.nnov.ru/prod/l.html.

62. Соломенцев Ю.М., Рыбаков А.В. Информационные технологии, решения задач конструкторско-технологической информатики в машиностроении //Автоматизация проектирования. №1 1997. с.39-51.

63. Сосонкин В.Л. Микропроцессорные системы числового управления станками. М.: Машиностроение, 1985. - 290с.

64. Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1991. -512с.

65. Сосонкин В.Л. Персональный компьютер как . архитектурный компонент "персональной системы управления". //СТИН №5 1993. -с.2-6.

66. Сосонкин В.Л. Сетевая коммуникационная среда персональной системы управления. //СТИН №5 1996. с. 12-16.

67. Сосонкин B.JI., Мартинов Г.М. Современное представление об архитектуре систем ЧПУ типа PCNC. //Автоматизация проектирования. №3 1998.

68. Станки с программным управлением. Справочник. М.: Машиностроение, 1975. - 288с.

69. Стэн Шатт. Мир компьютерных сетей. /Пер. с англ. К.: BHV, 1996. -288с.

70. Тихонов В.Ф. Модернизация станков с ЧПУ. //Экономика и производство. №5 2001.

71. УВВ. //http://www.krista.ru.

72. УППА. //http://www.azik.orc.ru/transfer/uppa.html.

73. Устройства ЧПУ NC-110, NC-200, NC-201, NC-210 и NC-220. //http://www.bsystem.ru/cncs.html.

74. Черпаков Б.И., Судов Е.В. Роль ИАСУ в функционировании автоматизированных заводов //Интегрированная АСУ автоматизированных производств, Сборник научных трудов ЭНИМС. -М., 1992.-c.3-7.

75. Черпаков Б.И., Судов Е.В., Гиндин Д.Е., Панин В.Н. Компьютеризированное управление автоматизированным заводом "Красный пролетарий" //Интегрированная АСУ автоматизированных производств, Сборник научных трудов ЭНИМС. М., 1992. - с.8-16.

76. Черпаков Б.И., Судов Е.В. Компьютеризированное управление автоматизированным заводом. //Machine Tools, №12 1992. pp. 10-11, ISSN 1000-1271, Beijing, China.

77. Черпаков Б.И., Судов Е.В. Интегрированная система управления автоматизированным заводом. //СТИН, №6 1994. с.5-9.

78. Чудаков А.Д. Основы построения адаптируемых АСУ гибких производственных систем механообработки для автоматизированных заводов: Дис. . д-ра техн. наук: 05.13.07. М., 1992. - 287с.; прил.

79. Шуляк А. Некоторые типовые подходы к управлению участком станков с ЧПУ. //CAD/CAM/CAE observer. №1(1) 2000. с.85-88.

80. Шуляк А. Как организовать "групповуху" на производстве. //CAD/CAM/CAE observer. №2(3) 2001. с.67-70.

81. Электронные картриджи для замены перфолент, //http ://www.modmash.nnov.ru/prod/5 .html.

82. ЭСЗУ-К. //http://www.azik.orc.ru/transfer/eszukop.html.

83. Advanced Machine Interface for connection Behind the Tape Reader. //http://www.gvn.com.

84. Alternatives to new machines receive renewed interest. //Tool and Prod. №6 1999. c.54-57, 60-62.

85. Flash Drive. //http://www.omegat.ru/asp/numeric.asp?action=log.tt

86. Kinkel S., Fleig J. "Uberholte und nachgerustete Gebrauchtmaschinen bringen Nutzen fur Answender und Umwelt". //Maschinenmarkt. №24 1998. c.52-55.

87. Kolodziej P. "Uberholung und Modernisierung von Mashinen und Ausrustungen". //VDI-Z: Integr.Prod. №11-12 1997. c.60-61.

88. PC-DNC communications system, //http://www.sub-soft.com.

89. Reader Replacement/Data Collection Series, //http://www.decitek.com.

90. Transport, //http://www.celtechnologies.com.