СЧПУ в контексте информационной системы цеха
Аппаратные средства «Интерполятор3»
Аппаратные средства «Интерполятор3»
Сегодня на рынке представлено достаточное количество программных средств, предназначенных для организации управления различными подразделениями предприятия. Они должны отслеживать финансовые и материальные потоки предприятия в целом, обеспечивать планирование производственных заданий, осуществлять контроль над их выполнением, а также вносить оперативные корректировки в производственные планы с целью более полной и эффективной загрузки оборудования.
При анализе решений, предлагаемых разными системами на всех уровнях управления производством, можно отметить один существенный недостаток — отсутствие или плохая организация обмена информацией между ними.
Приведем примеры некоторых типичных проблем, возникающих при этом:
- системы, выполняющие рассылку управляющих программ на станки с ЧПУ согласно производственному заданию, не имеют возможности получать информацию о ходе выполнения этих заданий;
- системы по сбору информации о расходе энергетических ресурсов позволяют накапливать данные для всего цеха или отдельного участка, но не имеют возможности оценить затраты на изготовление конкретной детали;
- находясь на рабочем месте, оператор не имеет возможности оперативно подавать информацию о необходимых инструментах, заготовках, приспособлениях и т.д., вследствие чего замедляется работа системы управления подразделением.
Кроме того, освоение на производстве новых систем, как известно, сопряжено с большими трудностями. В первую очередь это связано с изменением условий труда персонала. Помимо опасений, обусловленных необходимостью внесения производственной информации в компьютерную систему цеха, большинство работников негативно относятся к самому факту выполнения дополнительных функций и обязанностей. Этот немаловажный фактор необходимо учитывать для успешной адаптации новой системы на производстве.
Обнадеживающие результаты при освоении информационной системы в цехе были достигнуты, когда персонал, обеспечивающий информационную поддержку производства, не был привлечен к процессу фиксации и ввода информации даже на этапах запуска и тестирования новой системы. У большинства работников при этом не возникало отрицательной реакции на внедрение новой системы, связанной с вводом больших объемов текущей информации.
Постепенно появилась потребность в таком звене информационной системы цеха, которое бы, с одной стороны, оперативно подавало объективную информацию о ходе производственного процесса (о выполнении операций, возникающих сбоях, потребности в материалах и инструментах и т.д.), а с другой — управляло самим технологическим процессом и непосредственно участвовало в нем. Поскольку на машиностроительных предприятиях механическая обработка является основным способом первичного формообразования, приоритетность использования станков с ЧПУ сейчас ни у кого не вызывает сомнений. Анализ же информационных потоков цеха показывает, что оборудование с ЧПУ является сегодня основным потребителем и источником информации. На наш взгляд, именно система числового программного управления (СЧПУ) должна стать таким особым распределительным звеном в информационной системе цеха.
Вот почему для разработчика СЧПУ естественным было желание организовать ввод имеющейся на каждом станке с ЧПУ информации о текущих технологических процессах не с участием вспомогательного персонала, а посредством обработки информации с СЧПУ и протоколов общения с нею оператора станка.
Проблемы, связанные с передачей данных, вызваны в первую очередь разнородностью существующих каналов передачи данных. Поэтому и возникла идея создать универсальную систему ЧПУ, способную эффективно управлять оборудованием, предоставлять данные для управления производством и полноценно осуществлять передачу информации между всеми уровнями производства. Так появился программно-аппаратный комплекс «Интерполятор3», который обладает всеми вышеперечисленными качествами универсальной СЧПУ.
«Интерполятор3» представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для обеспечения распределительного управления процессом производства.
Центральным звеном комплекса является персональный компьютер. Использование компьютера в системе позволяет решать следующие задачи:
- автоматизировать ввод оперативной информации;
- хранить и обрабатывать большие объемы информации;
- передавать информацию между подразделениями, используя современные Интернет-технологии;
- создавать экранные формы отчетов, удобные и понятные оператору;
- объединять различные виды программного обеспечения для управления оборудованием и организации производства на одном рабочем месте;
- использовать системы ЧПУ в качестве цехового Интернет-терминала.
Для обеспечения выполнения вышеперечисленных функций в «Интерполятор3» были реализованы описанные ниже программные и аппаратные решения.
Программные средства «Интерполятор3»
Для управления оборудованием используется программное обеспечение IDPC, позволяющее обрабатывать полученные задания на выпуск продукции, сформированные модулем Диспетчер информационной системы «Океан».
IDPC предоставляет следующие возможности:
- оператор в реальном режиме времени может видеть состояние выполнения сменно-суточного задания. Это является важным условием для корректировки плана работ в течение суток. Реакция производства на это изменение осуществляется в реальном масштабе времени;
- к каждому пункту задания привязывается технологический процесс, операции которого могут включать и управляющие программы;
- оператор на оборудовании выполняет действия, описанные в технологическом процессе (рис. 1). При этом в информационную систему «Океан» поступают объективные данные о ходе выполнения технологического процесса.
Таким образом, появляется возможность не только отслеживать ход исполнения суточного задания или стадию завершения технологического процесса, но и выявлять объективные причины невозможности завершить технологический процесс (рис. 2). К таким причинам можно отнести, например, отсутствие инструмента, заготовок и приспособлений, указанных в технологическом процессе. Наличие обратной связи в системе цехового управления позволяет получать объективные данные о трудоемкости тех или иных операций, в результате чего улучшается процесс выявления факторов, замедляющих выполнение производственного задания.
Информацию о ходе выполнения производственного задания IDPC получает от промышленных контролеров, управляющих оборудованием. При этом IDPC на базе поступающей информации выполняет согласование работ контролеров и изменяет режимы выполнения производственного задания.
Программное обеспечение IDEV осуществляет сбор и преобразование информации с датчиков и счетчиков, формируя отчеты в HTML-формате, например о потреблении электроэнергии (рис. 3), расходе воды и пара. Такие данные позволяют прогнозировать реальные нормы расхода ресурсов для каждого технологического процесса.
Расширенные функции диагностики оборудования и возможность создания экспертных систем позволяют легко выявлять неисправности и уведомлять о простоях оборудования с оценкой возможных причин (рис. 4). При этом ремонтные службы могут получать своевременную информацию о состоянии оборудования с рекомендациями по устранению возникших неисправностей.
 |
|
Аппаратные средства «Интерполятор3»
Компьютер, водящий в программно-аппаратный комплекс «Интерполятор3», является центральным звеном в системе распределенного управления цехом, но он не является таковым в управлении оборудованием. Это объясняется тем, что при работе компьютера операционная система или пользовательские приложения блокируют центральный процессор. Для функционирования системы управления это является нежелательным, поскольку в большинстве случаев требуется строго определенное время реакции на управляющее воздействие. В этих целях используется набор универсальных контроллеров, которые позволяют обрабатывать большое количество различных типов сигналов. CAN-интерфейс дает возможность объединять их в локальную сеть для обеспечения распределенного управления.
Одними из основных являются контроллер автоматики серии ICA (рис. 5) и контроллер привода серии ICD (рис. 6).
Контроллер автоматики ICA предназначен для управления и обработки дискретных сигналов с последующей передачей накопленной информации другим службам или устройствам в распределенной системе сбора информации. Контроллер может осуществлять передачу по одному из интерфейсов: RS-232, RS-485 или CAN. Возможно совместное использование интерфейсов передачи данных.
Контроллер представляет собой микропроцессорную систему с использованием микросхем ПЛИС. Он позволяет обрабатывать до 128 дискретных сигналов.
Микропроцессор служит для обеспечения обмена данными между устройствами в распределенной системе и для реализации сложных алгоритмов управления дискретными сигналами.
Контроллер автоматики в применении к фрезерному станку с ЧПУ используется для управления устройствами электроавтоматики станка.
Что касается других приложений, то контроллер можно использовать для управления некоторыми концевыми выключателями, для фиксации срабатывания оптических пар и др.
Контроллер привода ICD представляет собой универсальное микропроцессорное устройство на базе микроконтроллера фирмы Intel 196-й серии.
Мощные периферийные устройства, интегрированные на кристалл микроконтроллера, позволяют вести обработку дискретных (до 22 линий ввода/вывода) и аналоговых сигналов (до 14 аналоговых входов АЦП) в режиме реального времени.
Контроллеры могут быть объединены в информационную сеть между собой, а также с машиной верхнего уровня. Контроллер может осуществлять передачу по одному из интерфейсов: RS-232, RS-485 или CAN.
Вычислительная мощность процессора позволяет осуществлять цифровую обработку аналоговых сигналов.
В контроллере предусмотрена возможность расширения функциональных возможностей устройства: разъемы для подключения модулей дискретного ввода/вывода, модулей ЦАП и др.
На базе контроллера могут быть реализованы система управления различными объектами (приводы станков с ЧПУ, вентиляционные установки, автоматизированные линии и др.) или система сбора и контроля информации (испытательные стенды).
Например, контроллер привода ICD был использован при реализации системы ЧПУ 3-координатного фрезерного станка для контроля и управления перемещениями по координатам. При этом функциональные возможности контроллера были расширены за счет дополнительных модулей, подключаемых к соответствующим слотам расширения. Выбор дополнительных модулей производится в зависимости от типа оборудования и способа управления.
Сегодня на базе программно-аппаратного комплекса «Интерполятор3» НПФ «АВИаМотоР» созданы и запущены цеховые информационные системы, объединяющие участки фрезерных станков с ЧПУ, такие как ФП17, ПФП5, ИС800, 204ВМФ-1 (рис. 7).
Благодаря появлению таких систем в цехах удалось решить следующие проблемы:
- сократить время на освоение и выпуск новой продукции;
- оценить трудоемкость и себестоимость изготовления деталей;
- отслеживать выполнение производственных заданий и при необходимости оперативно вносить изменения в графики работ;
- равномерно распределять загрузку оборудования.
Это еще раз подтвердило обоснованность нашей идеи использовать «Интерполятор3» в качестве основного звена в информационной системе цеха и укрепило наше желание развивать это направление в дальнейшем.
«САПР и графика» 6'2001
