Системи цифрового управління гнучкими виробничими системами (ГПС)
Пряме цифрове управління
Систему прямого цифрового управління (ПЦУ) можна визначити як таку виробничу систему, у якій якась кількість верстатів управляються в реальному часі ЕОМ, безпосередньо пов'язаної з ними. У системах ПЦУ немає пристроїв зчитування з перфострічки, що дозволяє позбавитися від найменш надійного компонента. Керуюча програма обробки деталі безпосередньо передається верстату з пам'яті ЕОМ. Одну ЕОМ можна використовувати для управління більш ніж 100 окремими верстатами. ЕОМ системи ПЦУ призначена для видачі команд кожному верстата на вимогу. ПЦУ передбачає також збір та обробку даних, що надходять від верстата назад до ЕОМ.
Складові частини системи ПЦУ
На рис. 1 представлена конфігурація типової системи ПЦУ. До складу системи прямого цифрового управління входять чотири основні компоненти:
Центральна ЕОМ.
Запам'ятовуючі пристрої великої ємності, де зберігаються керуючі програми обробки деталей на верстатах з ЧПК.
Канали дистанційного зв'язку.
Верстати
Рис. 1 - Загальна конфігурація системи прямого цифрового керування (ПЦУ).
ЕОМ викликає керуючі команди програм обробки деталей з запам'ятовуючого пристрою великої ємності і в міру необхідності посилає їх окремим верстатів, а також отримує від них назад потрібні дані. Відбувається двосторонній обмін інформацією в реальному часі. Це означає, що запит кожним верстатом нових керуючих команд повинен бути задоволений майже миттєво. Аналогічно ЕОМ завжди повинна бути готова прийняти інформацію від верстатів і видати відповідний відповідь. Чудовою властивістю систем ПЦУ є той факт, що ЕОМ обслуговує велика кількість окремих верстатів, причому все в реальному часі. Існують дві альтернативні конфігурації систем, за допомогою яких встановлюється зв'язок між керуючою ЕОМ і верстатом. Одна з них одержала назву «система без зчитувача перфострічки", а в іншій конфігурації використовується спеціалізований пристрій керування верстатом.
Система без зчитувача перфострічки. У цій конфігурації ЕОМ пов'язана безпосередньо зі стандартним блоком ЧПУ. Заміна пристрою зчитування перфострічки на канали дистанційного зв'язку з ЕОМ системи ПЦУ пояснює назву цієї конфігурації (behind the tape reader). Лінія зв'язку з ЕОМ прокладена тут як би «позаду» зчитувача перфострічки: між ним і пристроєм керування верстатом.
За винятком джерела керуючих команд, робота такої системи дуже схожа на роботу звичайної СЧПУ. У управляючому пристрої є два буфера тимчасової пам'яті для отримання блоків керуючих команд з ЕОМ системи ПЦУ і перетворення їх у дії верстата. Поки один буфер приймає блок даних, другий посилає управляючі команди верстата.
Спеціалізоване пристрій керування верстатом. Другий підхід до реалізації ПЦУ полягає у тому, щоб взагалі прибрати стандартне пристрій ЧПК і замінити його спеціалізованим пристроєм управління верстатом (УУС). Спеціалізоване УУС зазвичай призначається для забезпечення більш ефективного зв'язку між верстатом і ЕОМ. Одним із завдань, де ефективність каналу зв'язку важлива, є кругова інтерполяція траєкторії різального інструменту. Конфігурація зі спеціалізованим УУС дозволяє досягти більш вдалого компромісу між точністю інтерполяції і високою швидкістю різання металу, ніж це зазвичай можливо при використанні системи без зчитувача перфострічки.
Спеціалізоване УУС є гібкопрограмміруемим, як тоді звичайні пристрої ЧПУ будуються на «жорстко запаяній» апаратурі. Перевагою програмованих систем є гнучкість: у них функції управління можна порівняно легко змінити для внесення удосконалень. Внести зміни до стандартне пристрій ЧПК набагато важче, тому що необхідно наново монтувати апаратуру.
Основними функціями ПЦУ є наступні:
ЧПУ без перфострічки.
Зберігання керуючих програм обробки деталей.
Збір, обробка і подання даних.
Забезпечення зв'язків.
Зберігання керуючих програм обробки деталей. Підсистема зберігання програм повинна мати таку структуру, щоб задовольнялося кілька вимог. По-перше, необхідно, щоб програми були доступні для пересилання їх до верстатів з ЧПК. По-друге, підсистема має допускати завантаження нових, видалення старих і редагування існуючих програм у міру потреби. По-третє, програмне забезпечення системи ПЦУ має виконувати функції програми-постпроцессора. Керуючі програми обробки деталей у системі ПЦУ, як правило, зберігаються у вигляді масиву послідовних положень ріжучого інструменту CLFILE. Цей масив CLFILE має потім перетворюватися в набір команд для конкретного верстата. Таке перетворення здійснюється програмою-постпроцесорів. По-четверте, структура підсистеми зберігання повинна давати можливість виконання певних функцій управління і обробки інформації, таких, як забезпечення безпеки зберігаються масивів, видачу програм на дисплей, маніпулювання даними і т. п.
Збір, обробка і подання даних. Ця функція ПЦУ відноситься до каналу зворотного зв'язку, яка забезпечує передачу даних від верстата в центральну ЕОМ. Процес ПЦУ передбачає двосторонній обмін інформацією. Забезпечення зв'язків. Для реалізації трьох перерахованих функцій потрібно комунікаційна мережа. Забезпечення зв'язку між різними підсистемами - центральна функція при роботі будь-якої системи ПЦУ. Для прямого цифрового керування істотні канали зв'язку між наступними компонентами:
Центральної ЕОМ і верстатами.
Центральної ЕОМ і терміналами технологів-програмістів.
Центральної ЕОМ і запам'ятовуючими пристроями великої ємності, де зберігаються керуючі програми обробки деталей.
Крім того, при бажанні можна організувати зв'язок між системою ПЦУ і будь-який з наступних додаткових систем:
САПР.
Цеховий системою управління.
Інформаційною системою підприємства.
Діагностичною системою дистанційного контролю та технічного обслуговування.
Іншими автоматизованими системами.
Ці типи зв'язків стають все більш поширеними в міру розвитку технології ПЦУ в напрямку створення комплексно автоматизованих промислових підприємств майбутнього.
Переваги ПЦУ
Виняток перфострічки і пристроїв, що зчитують.
Підвищені обчислювальні можливості і гнучкість.
Зручне зберігання керуючих програм обробки деталей у вигляді машинних файлів.
Зберігання програм у вигляді масивів даних про послідовні положеннях ріжучого інструменту.
Видача повідомлень про хід виробничого процесу.
Створення засад для переходу до автоматизованих підприємствам майбутнього.
4 Системи механічної обробки з адаптивним керуванням.
Метод механічної обробки з адаптивним керуванням (АУ) був розроблений в результаті досліджень, проведених на початку 1960-х років під егідою ВПС США в науково-дослідної лабораторії компанії Bendix. Перші системи АУ базувалися на аналогових керуючих пристроях, що відповідало станом технології того часу. Сучасні системи адаптивного управління використовують мікропроцесори і зазвичай складають єдине ціле з існуючими системами МЧПУ.
Термін адаптивне управління у разі операцій обробки деталей на верстатах відноситься до такої системи, в якій проводиться вимірювання певних вихідних змінних процесу, для того щоб результати цих вимірювань використані для управління швидкостями різання і (або) подачі. У системах механічної обробки з адаптивним керуванням використовувалися, наприклад, такі змінні, як биття шпинделя, сила, момент, температура різання, амплітуда вібрацій, що витрачається потужність і ін Іншими словами, майже всі параметри процесу різання металу, які піддаються виміру, намагалися використовувати в експериментальних системах АУ. Однією з основних причин застосування числового програмного керування (включаючи системи ПЦУ і МЧПУ) є той факт, що воно зменшує непродуктивні витрати часу на операціях обробки. Адаптивне управління доцільно застосовувати не для всіх процесів механічної обробки. Можна скористатися такими характеристиками для виявлення тих ситуацій, коли АУ застосовувати вигідно: час власне процесу обробки займає значну частку загального виробничого циклу. Правило: адаптивне управління виправдано, якщо ріжучий інструмент стикається з деталлю більше 40% часу її знаходження на верстаті. Є фактори, які суттєво впливають на умови роботи верстата, які можуть бути компенсовані застосуванням адаптивного управління. Фактично АУ пристосовує швидкості подачі і (або) різання до мінливих умов. Вартість роботи верстата висока. Висока вартість роботи обумовлюється головним чином великими капіталовкладеннями в устаткування.
Два принципи адаптивного управління
Можна виділити два різних підходи до розробки систем механічної обробки з адаптивним керуванням:
1. Адаптивне управління з оптимізацією.
2. Адаптивне управління з обмеженнями.
Адаптивне управління з оптимізацією. При такій формі АУ для системи задають критерій якості, який служить показником ефективності всього процесу в цілому (наприклад, продуктивність, витрати на одиницю об'єму віддаленого металу). Мета пристрою адаптивного управління полягає у оптимізації цього критерію якості шляхом змін швидкостей різання і (або) подання у процесі роботи.
Адаптивне управління з обмеженнями. У виробничих системах АУ накладають обмеження на певні вимірювані змінні, що характеризують обробки процес; тим самим встановлюються межі їх змін. Відповідно до цього, такі системи носять назву систем АУ з обмеженнями. Мета цих систем полягає в такій підстроюванні швидкостей подачі і (або) різання, щоб значення вимірюваних змінних процесу утримувалися не вище рівня заданих обмежень.
Переваги механічної обробки з адаптивним керуванням
Користувач верстата з АУ отримує ряд потенційних переваг. Вони залежать від конкретних виробничих завдань. Адаптивне управління успішно застосовувалося при таких операціях, як фрезерування, свердління, нарізування різьби, шліфування та розточування. Воно також застосовувалося і при токарній обробці, але з обмеженим успіхом.
Переваги, придбані в результаті застосування адаптивного управління.
Підвищення продуктивності.
Збільшення терміну служби інструмента.
Підвищена захищеність деталей.
Менш часті втручання оператора.
Полегшення програмування операцій обробки деталей.
Список літератури
Харченко А.О. Верстати з ЧПУ та обладнання гнучких виробничих систем: Навчальний посібник для студентів вузів. - К.: ВД «Професіонал», 2004. - 304 с.
Р.І. Гжіров, П.П. Серебреніцкій. Програмування обробки на верстатах з чпу. Довідник, - Л.: Машинобудування, 1990. - 592 с.
Роботизовані технологічні комплекси / Г.І. Костюк, О.О. Баранов, І.Г. Левченко, В.А. Фадєєв - Учеб. Посібник. - Харків. Нац. аерокосмічний університет «ХАІ», 2003. - 214с.
Н.П. Меткина, М.С. Лапін, С.А. Клейменов, В.М. Крітській. Гнучкі виробничі системи. - М.: Видавництво стандартів, 1989. - 309с.
Гнучкі робототехнічні системи / А.П. Гавриш, Л.С. Ямпільський, - Київ, Головне видавництво видавничого об'єднання "Вища школа", 1989. - 408с.
Широков А.Г. Склади у ДПС. - М.: Машинобудування, 1988. - 216с.
Проектування металорізальних верстатів та верстатних систем: Довідник-підручник у 3-х т. Т. 3: Проектування верстатних систем / Під загальною ред. А.С. Пронікова - М.: Із МГТУ ім. Н.Е. Баумана; МГТУ «Станкин», 2000. - 584 с.
8. Іванов Ю.В., Лакота Н.А. Гнучка автоматизація виробництва виробництва РЕА із застосуванням мікропроцесорів і роботів: Учеб. посібник для вузів. - М.: Радіо і зв'язок, 1987. - 464 с.
9. Промислові роботи: Конструкція, управління, експлуатація. / Костюк В.І., Гавриш А.П., Ямпільський Л.С., Карлів А.Г. - К.: Висш.шк., 1985. - 359 с.
10. Гнучкі виробничі комплекси / под.ред. П.М. Белянина. - М.: Машинобудування, 1984. - 384с.