СЧПУ в контексте информационной системы цеха

Игорь Бычков, Юрий Ващук

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