Адаптация технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки на основе интегрированной клиент-серверной системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Зазвонных, Алексей Владимирович

• Зазвонных, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зазвонных, Алексей Владимирович

Введение.

1. Анализ существующих возможностей расширения технологических возможностей СЧПУ.

1.1 Обзор способов расширения технологических возможностей существующих СЧПУ.

Расширенное программирование.

Функции для работы с инструментом.

Кинематические функции.

Функции сплайновой интерполяции.

Функции для работы с измерительными системами.

1.2 Аппаратные методы расширения технологических возможностей СЧПУ 17 Наклонно поворотные столы.

Угловые головки для центров с СЧПУ.

1.3 Использование СЧПУ поддерживающих стандарт 8ТЕР-1МС.

1.4 Анализ открытости СЧПУ для интеграции в системы более высокого уровня.

1.5 Проблема инкапсуляции функций СЧПУ.

1.6 Постановка задачи исследования.

2 Анализ и формализация процесса технологической подготовки производства.

2.1 Характеристики реального производства.

2.2 Технологический процесс обработки детали сложной конфигурации.

2.3 Анализ причин невозможности полной реализации рассмотренного технологического процесса.

2.4 Специфика процесса разработки и внедрения СЧПУ операций.

2.4.1 Модель водопада.

2.4.2 Итеративная разработка.

2.4.3 RUP.

2.5 Схема подготовки СЧПУ операций.

2.6 Формирование требований к структуре и функциональности интегрированной системы.

2.7 Выводы.

3 Технологические и информационные предпосылки создания интегрированной системы расширения технологических возможностей СЧПУ.

3.1 Выявление базовых модулей в структуре интегрированной системы.

3.1.1 Классификация функций СЧПУ.

3.1.2 Типовые задачи СЧПУ для многокоординатной обработки.

3.1.3 Анализ структуры CAD/CAM систем.

3.1.4 Анализ структуры АСТ1111 систем на примере «Вертикаль».

3.1.5 Формирование требований к единой базе данных инструмента.

3.1.6 Анализ систем моделирования обработки.

3.1.7 Анализ структуры системы управления проектами.

3.1.8 Анализ систем непрерывной интеграции.

3.2 Создание обобщенной структуры интегрированной клиент-серверной системы.

3.2.1 Матрица компонентов.

3.2.2 Интерфейсы интегрированной системы.

3.2.3 Архитектура интегрированной системы.

3.3 Выводы.

4 Инструментальное обеспечение интегрированной клиент-серверной системы.

4.1 Ядро интегрированной системы.

4.2 Архитектура модулей системы.

4.2.1 Выделение компонентов интегрированной системы.

4.2.2 Инкапсуляция функций СЧПУ.

4.2.3 Интеграция с CAD/CAM.

4.2.4 Интеграция с АСТПП.

4.2.5 Интеграция с единой БД инструмента.

4.2.6 Интеграция с системами моделирования обработки.

4.2.7 Интеграция с рабочим местом оператора.

4.3 Пример реализации расширения технологических возможностей при обработке детали сложной конфигурации.

4.3 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптация технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки на основе интегрированной клиент-серверной системы»

Современное машиностроение сталкивается с проблемой обработки всё более сложных по конфигурации и точности деталей. Для реализации этих задач требуются системы числового программного управления (СЧПУ), обладающие большим набором необходимых функций, что значительно удорожает их стоимость и стоимость внедрения этих функций. Особенно остро эта проблема проявляется в свете предъявляемых к эффективности производства требований, основными из которых являются: тенденция к сокращению трудоемкости, снижению периодов между модернизацией или заменой станочного оборудования, снижению простоев связанных с внедрением новых технологических операций и устранения брака при отладке управляющих программ. Однако не все требования могут быть реализованы с помощью СЧПУ автономно установленных на используемых в производстве станках, а требуют интеграции с системами автоматизированного проектирования и системами подготовки технологического процесса производства изделий, т.е. с CAD-CAM системами предприятия. Всё это сказывается на себестоимости обработки деталей и требует новой инновационной идеи, содержащей креативный смысл, концепта, позволяющей разорвать замкнутый круг, приводящий к увеличению стоимости обработки[3].

В настоящей работе и предлагается такой концепт, базирующийся на том представлении, что все СЧПУ работают в интегрированной среде, при наличии минимального необходимого набора компонентов (функций). Дополнительные функции, требующиеся для решения конкретной технологической задачи, могут быть получены из этой среды, на основе клиент-серверной системы [4].

Цель работы. Адаптация технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки на основе интегрированной клиент-серверной системы.

Целью работы является создание возможностей обработки деталей сложной конфигурации, за счет использования недорогих, малокомпонентных СЧПУ, интегрированных в клиент-серверную систему.

Задачи исследования. В работе были поставлены следующие задачи:

• исследовать существующие методы расширения технологических возможностей СЧПУ и существующие методы проектирования и реализации интегрированных систем;

• проанализировать наборы задач, возникающие перед системами СЧПУ при многокоординатной обработке;

• сформировать метод определения минимального набора компонентов системы, выявить минимальный набор для существующих многокоординатных станков;

• на основе анализа задач СЧПУ и сформированного набора компонентов спроектировать базовый каркас интегрированной системы и механизмы взаимодействия компонентов системы, классифицировать компоненты системы;

• разработать методику интеграции внешних программных компонентов и расширения существующих компонентов;

• разработать интегрированную систему, решив задачи реализации, конфигурирования, развертывания, распределенного взаимодействия компонентов.

Методы исследования. В работе использовались технология машиностроения, теория автоматического управления, технологии .Net, ActiveX, ОРС, DDE, концепция и метод объектно-ориентированного программирования, MES, DCA.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в создании концепта адаптации технологических возможностей СЧПУ к условиям обработки в интегрированной с CAD/CAM клиент-серверной системе на основе разработанного концепт-продукта включающего: Process server, 6

Project manager CNCBrowser, CNCConnector, DCAService,

CADCAMConnector, Repository manager, System manager, CLSFProcessor, CLSFParser, CLSFFormatter

Практическая ценность работы заключается в возможности реализации любых условий многокоординатной обработки, при использовании СЧПУ с минимизированным набором базовых компонентов, в условиях интегрированной клиент-серверной системы, на основе предложенного концепт продукта.

Апробация работы. Теоретические и практические результаты полученные автором докладывались на заседании кафедры «Технологическая информатика и технология машиностроения», а также на международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении», Москва 2010 г, Всероссийской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении» Ишимбай 2011 г., 3. межвузовской интернетконференции «Мехатроника, робототехника, автоматизация» Москва 2009 г и конференции молодых ученых МГУПИ Москва 2010 г.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Зазвонных, Алексей Владимирович

8. Результаты работы использовались в курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 220301 при составлении управляющих программ для станков с ЧПУ при обработке деталей сложной конфигурации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зазвонных, Алексей Владимирович, 2012 год

1. Абамет Advanced Machinery Наклонно-поворотные столы для станков с ЧПУ. (www.abamet.ru)

2. Аршанский М.М., Ганюшнн P.C., Зазвонных A.B. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы. Вестник молодых учёных МГУПИ: Сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2011.

3. Аршанский М.М., Ганюшин P.C., Зазвонных A.B. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы. Мехатроника автоматизация и управление. Выпуск № 12, 2011.

4. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230. Программирование интерфейса PLC. Санкт-Петербург. 2008 г.

5. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230. Программирование в процессах Руководство программиста МС/ТС. Санкт-Петербург. 2002 г.

6. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230. Руководство программиста MC. Санкт-Петербург. 2008 г.

7. Балт-Систем. Устройство числового программного управления NC-110, NC-310, NC-200, NC-201, NC-201M, NC-202, NC-210, NC-220, NC-230.Руководство по функциям расширения. Санкт-Петербург. 2006 г.

8. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0-110, N0-310, N0200, N0-201, N0201М, N0-202, N0-210, N0-220, N0-230. Руководство по характеризации. Санкт-Петербург. 2009 г.

9. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0110, N0310, N0200, N0201, N0201М, N0202, N0210, N0220, N0 230. Руководство оператора. Санкт-Петербург. 2008 г.

10. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0110, N0310, N0200, N0201, N0201М, N0202, N0210, N0220, N0 230. Руководство программиста Руководство создания постоянных циклов визуального программирования. Санкт-Петербург. 2005 г.

11. Балт-Систем. Устройство числового программного управления N0110, N0310, N0200, N0201, N0201М, N0202, N0210, N0220, N0 230. Руководство оператора Визуальное программирование. Санкт-Петербург. 2008 г.

12. Григорьев С.Н., Мартинов Г.М. Концепция построения базовой системы числового программного управления мехатронными объектами // Информационные технологии в проектировании и производстве, 2011. №2, с. 21-27.

13. Григорьев С.Н., Мартинов Г.М. Перспективы развития распределенных гетерогенных систем ЧПУ децентрализованными производствами // Автоматизация в промышленности. 2010. №5. С. 4-8.

14. Емельянова Е.А., Григорьев А.С., Пушков Р.Л., Мартинова Л.И. Программирование систем ПЧУ «НЕГОЕМНАПЧ». Учебное пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2010. - 87 с.

15. Епифанова О.В., Троицкий Д.И. Исследование задачи выбора102перечня функциональных возможностей сам-систем при автоматизированной подготовке управляющих программ.

16. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И, Мирошниченко B.J1. «Методы сплайн-функций». М.: Наука, 1980.

17. Зазвонных А.В. Обеспечение заданных технологических возможностей системам ЧПУ на стадии технологического проектирования. Вестник молодых учёных МГУПИ: Сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2010.

18. Зазвонных А.В. Расширение технологических возможностей ЧПУ на основе интегрированной клиент-серверной системы // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении». Ишимбай 2011. С. 52-53.

19. Киселев С.А., Григорьев А.С., Геранюшкин А.В., Пушков P.JI. Прогнозирование стойкости инструмента при чистовой обработке // Вестник МГТУ «Станкин». 2008. №4. С. 23-32.

20. Кряжев Д.Ю. Фрезерная обработка на стаках с ЧПУ с системой ЧПУ FANUC // учебное пособие, 2005 г.

21. Ли Кунву. «Основы САПР(САЕ)/САМ/САЕ)», СПб.: Питер, 2004.

22. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Организация межмодульного взаимодействия в распределенных системах ЧПУ. Модели и алгоритмы реализации //Мехатроника, автоматизация, управление. 2010. №11. С. 50-55.

23. Мартинов Г. М ., Сосонкин В. Л . Формализация данных STEP-NC-формата: фаза построения UML- модели // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. №1. С. 49-56.

24. Мартинов Г.М. Алгоритм опережающего просмотра Look-ahead в современных системах ЧПУ и параметры его настройки // Стружка. 2007. №3. С.52-54.

25. Мартинов Г.М. Развитие систем управления технологическими объектами и процессами // Мир техники и технологии. 2009. - № 6. - С. 3435.

26. Мартинов Г.М. Современные тенденции развития компьютерных систем управления технологического оборудования // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. №1. С. 74-79.

27. Мартинов Г.М., Григорьев А.С. Принцип построения и интеграции в системах ЧПУ класса PCNC подсистемы трехмерной визуализации управляющих программ // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. №9. С. 26-31.

28. Мартинов Г.М., Козак Н.В., Нежметдинов Р.А., Любимов А.Б. Специфика построения панелей управления систем ЧПУ по типу универсальных программно-аппаратных компонентов // Автоматизация и современные технологии. 2010. №7. С. 34-40.

29. Мартинов Г.М., Козак Н.В., Нежметдинов Р.А., Пушков P.JI. принцип построения распределенной системы ЧПУ с открытой модульной архитектурой //Вестник МГТУ «Станкин» , 2010. №4(12). С. 116-122.

30. Мартинов Г.М., Мартинова Л.И., Григорьев А.С. Специфика разработки программного обеспечения для систем управления технологическим оборудованием в реальном времени // Спец. выпуск Т-Comm, июль 2009. С. 121-124.

31. Мартинов Г.М., Пушков Р.Л., Евстафиева С.В. Основы построения однокомпьютерной системы ЧПУ с программно реализованным ядром и открытой модульной архитектурой // Вестник МГТУ «Станкин». 2008. №4. С. 82-93.

32. Мартинов Г.М., Сосонкин В. Л. «Концепция числового программного управления мехатронными системами: проблема реального времени». //Мехатроника. 200, «1, с. 26-29.

33. Мартинова Л.И., Григорьев A.C., Соколов C.B. Диагностика и прогноз износа режущего инструмента в процессе обработки на станках с ЧПУ // Автоматизация в промышленности. 2010. №5. С. 46-50.

34. Мартинова Л.И., Козак Н.В., Нежметдинов P.A., Пушков P.JI. Реализация открытости управления электроавтоматикой станков в системе ЧПУ класса PCNC // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2011. №02. С. 11-16.

35. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Практические аспекты реализации модулей открытой системы ЧПУ //Автотракторное электрооборудование, 2002. №3. С. 31-37.

36. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Современные тенденции развития систем ЧПУ // Стружка. 2009, 2010. №1-2(26-27). С. 38-45.

37. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Сплайн-контуры в системе ЧПУ // Стружка. 2007. №1. С. 74-77.

38. Научно исследовательская лаборатория систем ЧПУ (www.ncsystems.ru).

39. ООО «Станкоцентр». Система ЧПУ. Руководство оператора. Москва 2005.

40. ООО «Станкоцентр». Система ЧПУ. Руководство программиста -Фрезерные станки. Москва 2005.

41. Официальный сайт компании ООО «Балт-Систем» (www.bsystem.ru)

42. Разработка приложений для Unigraphics на языке GRIP // CAD master, 5(20) 2003. С. 10-13.

43. Современные процессы разработки программного обеспечения.105RSD Magazine №4-2006.

44. Сосонкин В. Л., Мартинов Г.М. Модели математического обеспечения открытых систем ЧПУ // Стружка. 2006. №4. С. 26-30.

45. Сосонкин В. Л., Мартинов Г.М. Тенденции развития архитектуры и математического обеспечения систем ЧПУ // Стружка. 2006. №3. С. 30, 3236.

46. Сосонкин В.Л., «Задачи числового программного управления и их архитектурная реализация». // Станки и инструмент. 1988, №10, с. 39-40.

47. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. «системы числового программного управления», Логос, 2005.

48. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Методика программирования станков с ЧПУ на наиболее полном полигоне вспомогательных G-функций.

49. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Методика разработки управляющей программы ЧПУ соответственно стандарту ISO 14649 STEP-NC (Standard for the Exchange of Product model data for NX) // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. №6. С. 45-52.

50. Сосонкин В. Л.,Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: анализ современного мирового уровня архитектурных решений в области ЧПУ. //Мехатроника, автоматизация, управление. 2002. №7. С. 11-17.

51. Станкоцентр-СМЗ. Flex-NC. Инструкция по программированию Flex-NC. Фрезерная группа станков. Основные положения. Кимры 2008 г.

52. Угловые редуктора для цетров с ЧПУ. (www.negotiant.ru/productcatalog/furnituremanufacturing)

53. AZpost. User Guide. Multi-Axis Vertical Machining Centers. January10617,2005 (www.NCDataServices.com)

54. Cutting Tool Engineering Plus. «STEP-NC is almost an official ISO standard, but when will it become part of everyday use?» (www.ctemag.com/pdf/2006/0604-StepNC.pdf)

55. Daimler Chrysler. Aspects of StepNC in automitive industry. // StepNC Seminar RWTH Aachen.

56. F. Nagata, Y. Kusumoto, K. Haseb e, K. Saito, M. Fukumoto and K. Watanabe «Post Processor Using a Fuzzy Feed Rate Generator for Multi-Axis NC Machine Tools with a Rotary Unit» // June 2-5, KINTEX, Gyeonggi-Do, Korea.

57. Fidia. 3D CYCLES. ES/АР Option. Preliminary edition. November 2006.

58. Fidia. FIDIA С CLASS. Software installation. MD01680. Edition -07/2007.

59. Fidia. FIDIA С CLASS. User and programming manual. MD01431. Edition 06/03.

60. Fidia. FIDIA ISOGRAPH. User's manual. V5. MD01362. Edition -01/2003.

61. Fidia. FIDIAA HI-MILL. User's manual. MD01412. Edition 05/03.

62. Francesco Calabrese, Giovanni Celentano. « Design and Realization of a STEP-NC Compliant CNC Embedded Controller» // Dipartimento di Informatica e Sistemistica Université degli Studi di Napoli Federico II Via Claudio 21, 80125, Naples, Italy.

63. Fritz J. and Dolores H. Russ. A PLATFORM INDEPENDENT PROCESS DATA EXCHANGE MECHANISM BETWEEN JAVA APPLICATIONS AND COMPUTER AIDED MANUFACTURING SYSTEMS // College of Engineering and Technology of Ohio University, November 2003.

64. Generalized Postprocessor. TechniSoft CAD/CAM AG, Konradstrasse 8, CH-8005 Zürich, (www.technisoft.ch)

65. HEIDENHAIN Официальный сайт, (www.heidenhain.de)

66. Hongbo Lan, Chengrui Zhang, Riliang Liu, «A Framework for1071.telligent STEP-NC Controller Based on Multi-agent» 11 School of Mechanical Engineering, Shandong University, Xi'an Jiaotong University , China.72. ISO 6983/RRS274D G-Codes

67. Jacques Richard and John Stark, i-tech, EIG, HES-SO, Geneva, Switzerland. Standardisation of the Manufacturing Process : the STEP-NC project. IPLnet Workshop 2002, Saas-Fee,September 10-11, 2002.

68. Jae-Deuk Yun, Yoong-Ho Jung, Dong-Been Tae, and Jin-Gyu Lee. «A Geometric Postprocessing Method Using Joint Positions of a 5-Axis Machine» // World Congress on Engineering and Computer Science 2009 Vol 2, San Francisco, USA.

69. JAPAN TOOL SERVICE Ltd. УГЛОВЫЕ ГОЛОВКИ. (www.japantool.ru)

70. Jobs. JOMAX 265. Инструкция по эксплуатации. 2008.

71. LucBaron, École Polytechnique. «AN OPTIMAL SURFACING POST-PROCESSOR MODULE FOR 5-AXES CNC MILLING MACHINES» // (www.polytechnique.edu)

72. Matthieu RAUCH, Raphael LAGUIONIE, Jean-Yves HASCOET, Xun XU, «ENHANCING CNC MANUFACTURING INTEROPERABILITY WITH STEP-NC» // Journal of Machine Engineering 9, 4 (2009) 26-37.

73. Min Hou. CAD/CAM Integration Based on Machining Features for Prismatic Parts // Faculty of the Graduate School of the University of Kansas

74. MSDN. Dynamic Data Exchange, (http://msdn.microsoft.com)

75. Nikken Kosakusho Europe Ltd CNC Rotary Tables & NC Tooling. (www.nikken-world.com)

76. PA Power Automation. PA 8000 NT. Operating Manual.

77. PA Power Automation. PA 8000 NT. PA Vis Description. Edition -12.99.

78. PA Power Automation. PA 8000 NT. Programming manual. Edition -03.01.

79. PA Power Automation. PA 8000e. System specification.

80. Prof. dr. ir. J.P. Kruth, dr. ir. B. Lauwers, ir. P. Kiewais, ir. P. Dejonghe. «NC-postprocessing and NC-simulation for five-axis milling operations with automatic collision Avoidance» (www.mech.kuleuven.ac.be/pma/pma.html)

81. Prof. M Weck, Jochen Wolf, Dimitris Kiritsis. WZL RWTH-Aachen, Germany. EPFL, Switzerland. STEP-NC The STEP compliant NC Programming Interface. Evaluation and Improvement of the modern Interface.

82. RENISHAW. Контактные измерительные системы. Технические характеристики. Н-2000-3022-08-А.

83. Richard А. Baumann. Structure-Oriented Exchange of Product Model Data // Diplom-Ingenieur, aus Barnstaple / North Devon, Großbritannien, Berlin 2004.

84. Roberto Silvio Ubertino Rosso Junior «STEP Compliant CAD/CAPP/CAM System For Rotational Asymmetric Parts» // Loughborough University, August 2005.

85. S.F. Chan, Reggie Kwan «Post-processing methodologies for off-line robot programming within computer integrated manufacture» // Journal of Materials Processing Technology 139 (2003) 8-14.

86. Siemens. SINUMERIK 840D si. HMI-Embedded. Руководство оператора Siemens AG, 2005.

87. Siemens. SINUMERIK 840D/810D/840D sl/840Di si. HMI-Advanced. Руководство оператора Siemens AG, 2006.

88. Siemens. SINUMERIK 840D/810D/840D sl/840Di sl/840Di. Расширенное программирование. Руководство по программированию -Siemens AG, 2006.

89. Siemens. SINUMERIK 840D/810D/FM-NC. Руководство пользователя Siemens AG, 2000.

90. Siemens. SINUMERIK 840D/840Di/810D. Циклы. Руководство по программированию Siemens AG, 2004.

91. Siemens. SINUMERK 840D sl/840D/840Di/810D. Основы. Руководство по программированию Siemens AG, 2005.

92. TANSHING ACCURATE INDUSTRIAL CO., LTD. (www.cnc-rotary-table-tanshing.com)

93. Toolpath generation method for four-axis NC machining of helical rotor // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Volume 31, Issue 2, December 2008.

94. Tyson Baker, «ATTRIBUTION STANDARDIZATION FOR INTEGRATED CONCURRENT ENGINEERING» // Brigham Young University, August 2005.

95. Wei Li. Dynamic reconfigurable machine tool controller // Brigham Young University, Department of Mechanical Engineering, April 2005.

96. Xun Xu, Lihui Wang, Yiming Rong. «STEP-NC and function blocks for interoperable manufacturing» // The University of Auckland, Faculty of Engineering Papers, 2006.

97. Yusri Yusof, Nurul Zakiah Zamri Tan, Noordiana Kasim, «Exploring the ISO 14649 (STEP-NC) for Intelligent Manufacturing System» // European Journal of Scientific Research, Vol.36 No.3 (2009).