12 - 2001

Адаптация существующего парка станков с ЧПУ к современным информационным технологиям

Часть 2. Практическая реализация

Николай Ляшенко

В первой части статьи («САПР и графика» № 11’2001) были сформулированы основные требования к комплексу средств, обеспечивающих взаимодействие парка станков с ЧПУ и управляющими ПЭВМ. В этой части представлен обзор программно-технических средств, на базе которых реализованы и внедрены элементы корпоративной сети в АНТК «АНТОНОВ».

Основываясь на концепции разумной адекватности используемых программно-технических средств решаемым на конкретных рабочих местах задачам, в АНТК «АНТОНОВ» эксплуатируют сбалансированный состав как наиболее совершенных и дорогих САПР, работающих на графических станциях, так и узкоспециализированных программно-аппаратных средств реализованных на базе распространенных ПЭВМ.

Таким образом, корпоративная сеть АНТК «АНТОНОВ» связывает сотни рабочих станций и персональных компьютеров. Полноправными участниками этой сети являются и станки с ЧПУ — как финишное звено цепи «проектирование — производство». Фрагмент сети представлен на рис. 1. При этом ПЭВМ, к которым подключены станки, работают в сети по протоколам TCP/IP, а станки с управляющими ПЭВМ работают по протоколам DNC. Поэтому, с одной стороны, технологические сети не создают дополнительную нагрузку на общую сеть ЭВМ, а с другой — не зависят от коллизий общих сетей.

Станки с ЧПУ подключаются к управляющим ПЭВМ через специальное микропроцессорное устройство UMS (мультиплексор), позволяющее к одному СОМ-порту ПЭВМ подключать до 27 станков. Причем UMS может находиться как рядом с ПЭВМ и быть подключенным к ней посредством интерфейса RS-232, так и на расстоянии до 600 м от ПЭВМ и подключаться к последовательному COM-порту через адаптер.

Станки с ЧПУ подключаются к мультиплексору простым 4-жильным кабелем (2 витые пары) и могут находиться на расстоянии до 800 м. При этом обеспечивается высокая помехозащищенность линий связи, что позволяет прокладывать их даже вблизи высокочастотных генераторов и высокоамперных фидеров. Исключается зависание всей системы при неисправностях какого-либо станка, поскольку станки подключены радиально. Если DNC-NCNET обнаружит неисправность в станке, она просто отключит его с записью в протокол.

Подключение станков осуществляется через устанавливаемые на них специальные контроллеры.

Контроллер выполнен в виде небольшого клавишного пульта (рис. 2, 3) и выполняет следующие функции:

  • ·осуществляет с помощью встроенного математического обеспечения полную имитацию существующего интерфейса ввода/вывода конкретного станка, что позволяет сохранять базовый режим работы станков и не требует их доработки;
  • ·обеспечивает единый интерфейс связи с ПЭВМ, что значительно упрощает систему и позволяет готовить информацию о загрузке и режимах работы станков для систем ERP;
  • ·упрощает общение оператора станка с ПЭВМ, то есть имеет дисплей и клавиатуру, с помощью которой оператор станка вызывает нужный номер управляющей программы при приеме ее на станок или при передаче со станка;
  • ·обеспечивает автономное управление станком, для чего содержит внутреннюю память объемом 128-512 Кбайт. Память энергонезависима, в ней может храниться до 16 управляющих программ и параметры станка.

Для подключения станков с параллельными (от фотосчитывающего устройства) или последовательными портами (RS-232) ввода информации разработаны универсальные контроллеры — КМС-01 и KUT-011. Эти контроллеры имеют широкий спектр внутренних настраиваемых параметров, по которым можно адаптироваться практически к любому интерфейсу ввода/вывода станка.

Для подключения станков с устаревшими пультами ПФСТЭ-12500 предназначены контроллеры ИМП-51М. Помимо связных функций, данные контроллеры выполняют функции УЧПУ. Их применение позволило с небольшими финансовыми затратами интегрировать тяжелые фрезерные станки в сеть, расширить их технические возможности и, по сути, дать им новую жизнь.

Для токарных станков с УЧПУ НЦ-31 используются контроллеры МК-НЦ31, которые подключают станки в сеть через порт кассеты внешней памяти (КВП) и выполняют функции КВП.

Контроллеры реализованы на современных микропроцессорах известных производителей, имеют малые габариты и повышенную надежность. Их надежность и наработка на отказ намного превышают таковые у подключаемых станков. Несмотря на то что контроллеры постоянно совершенствуются, их функциональное назначение остается неизменным.

Технические средства создают основу для разработки технологического программного обеспечения. Вместе они образуют эффективный комплекс управления оборудованием с ЧПУ, не привязанный к эксплуатируемым САМ-системам.

Управляющие программы формируются в различных CAD/CAM-системах в инвариантных кодах, различающихся между собой. Поэтому была разработана специальная программа-конвертор, преобразующая инвариантные коды наиболее известных CAD/CAM-систем в единый код, который воспринимается имеющейся библиотекой постпроцессоров. Таким образом, исключается необходимость разработки постпроцессоров для каждой CAD/CAM-системы. Используются общие текстовые и графические редакторы, позволяющие оперативно вносить необходимые корректировки при внедрении управляющих программ. Разработанная система распределительного управления станками DNC-NET производит передачу/прием на станки, обеспечивает связь с сетевым программным обеспечением предприятия, осуществляет диспетчеризацию обменов с контроллерами станков, контролирует правильность передачи информации. Кроме того, в ней обеспечивается доступ операторов станков к архиву и оперативной базе данных управляющих программ, которые могут находиться в управляющей ПЭВМ либо в любой другой ЭВМ, подключенной в сеть. Ведется протокол обмена данными станков с ПЭВМ, обеспечивается контроль над состоянием станков.

DNC-NET может работать в среде MS DOS, Windows 95/NT, Linux. Как отмечалось выше, работа DNC-NET сможет осуществляться в двух режимах: посредством одноразовой передачи управляющих программ (УП) или динамической загрузки (с «подкачкой»). При этом размер сегмента УП при динамической загрузке может быть неограниченно большим.

Отдельно следует остановиться на разработанной базе данных УП, предназначенной для упорядочивания хранения и использования УП, включения их в информационные потоки CAD/CAM/PDM-систем. При использовании базы данных участников производственного процесса (технологов, мастеров, рабочих) появляется возможность доступа непосредственных исполнителей к этим информационным потокам.

При разработке базы данных была принята за основу следующая схема:

  1. Каждой изготавливаемой детали ставится в соответствие паспорт детали. С паспортом может быть связано неограниченное количество управляющих программ.
  2. Паспорт детали, помимо ссылок на управляющие программы, содержит атрибуты, являющиеся общими для этой детали, например: номер чертежа, номер служебной записки, исполнителя, регистрационный номер, материал и др.
  3. Управляющие программы логически и физически находятся в отдельной таблице. Каждая из УП имеет определенный набор своих собственных атрибутов, в том числе: идентификационный номер УП, время работы УП, дату расчета УП, количество кадров, предельные перемещения, тип DNC и др.
  4. При включении управляющей программы в паспорте детали создается связь между паспортом и конкретной УП. В системе реализован механизм, позволяющий включать отдельно взятые УП в несколько паспортов. Благодаря этому удается избежать дублирования текстов УП.

Предложенный механизм обеспечивает необходимую гибкость и оперативность при получении сводной и справочной информации, касающейся применения УП для станков с ЧПУ на предприятии. Кроме того, рассматриваемая база данных позволяет оперативно осуществлять необходимую выборку и передачу УП на предприятия-смежники. К тому же данная операция может осуществляться как в рамках применяемой на предприятии PDM-системы, так и независимо от нее. Таким образом, закладывается потенциальная возможность взаимодействия с предприятиями-смежниками с различной степенью их подготовленности в области применения PDM-систем либо при различии используемых форматов данных.

Вышеперечисленные программные средства могут быть установлены как на выделенном «технологическом» компьютере, так и на любом другом компьютере, включенном в сеть.

На рис. 4 показаны примеры использования «технологического» компьютера. Как видно из рисунка, на современной ПЭВМ можно решать все задачи, связанные с расчетом управляющих программ, их контролем, коррекцией, постпроцессированием, ведением баз данных, передачей/приемом УП на станки с ЧПУ и другими функциями. Если ПЭВМ обладает достаточными аппаратными ресурсами, на ней же может быть установлена CAM-система для расчета УП, например ГеММа-3D. Следует отметить, что DNC-NCNET может работать как с базой данных УП, так и с обычным архивом УП.

Технология DNC-NCNET может быть реализована в упрощенных вариантах — все зависит от степени автоматизации предприятия. Но даже если это будет только один участок со станками с ЧПУ, подключенными к одной ПЭВМ, то в дальнейшем он может быть интегрирован в общезаводскую систему.

Опыт эксплуатации DNC-систем в различных вариантах реализации подтверждает высокую эффективность их использования. Существенно возрастает надежность работы станков с ЧПУ. Снижаются затраты на подготовку управляющих программ. Сокращается количество обслуживающего персонала. А главное — создается база для интеграции финишного звена производства в CAD/CAM/PDM/ERP-системы.

«САПР и графика» 12'2001