Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

В. А. МЯСНИКОВ, М. Б. ИГНАТЬЕВ, А. М. ПОКРОВСКИЙ

Программное

управление

оборудованием

ЛЕНИНГРАД «МАШИНОСТРОЕНИЕ»- ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ-

1974-

Мясников В. А., Игнатьев M. .Б., Покровский А. М. М99 Программное управление оборудованием. Л., «Маши­

ностроение» (Ленингр. отд-ние), 1974.

540с.

Вкниге рассмотрены системы программного управления металлорежу­ щими станками, измерительными машинами, роботамн-маннпуляторамн и другим оборудованием. Анализируются основные алгоритмы и подсистемыинтерполяторы, системы мини-машин, специализированные вычислители, средства сбора информации. Рассмотрены системы индивидуального, группо­

вого, централизованного и адаптивного управления, системы автоматизации ручных и вспомогательных работ и системы автоматизации проектирования

санализом существующих проблемно-ориентированных языков, используемых

вобласти автоматизации дискретных технологических процессов.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, исполь­ зующих и разрабатывающих как отдельные системы программного управления, так и автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП).

Ре ц е II з е н т д-р техн. наук проф. А. А. Вавилов

(6)Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ГЛАВА I

Современные

технологические системы и тенденции их развития

В этой главе мы будем рассматривать взаимодействие трех систем — природной среды, суммы технологий и механизма культуры. На всех уровнях управления оборудованием для определения необхо­ димых адаптационных возможностей си­ стем управления технологией необходимо учитывать как структурные особенности этого взаимодействия, так и его динамику. Недостаточный учет особенностей взаи­ модействия этих систем может привести, с одной стороны, к исчерпанию природ­ ных ресурсов, а с другой стороны, к не­ полному удовлетворению человеческих потребностей. Для того чтобы предста­ вить структуру этих потребностей, необ­ ходимо изучить механизм культуры как сложную систему. И если на первом этапе развития техники управления были полезными бионические модели предприя­ тия [6], то теперь возникает необходи­ мость более глубокого проникновения в специфическую структуру деятельности заказчиков и исполнителей. Для этого могут быть привлечены аналогии и методы артоники1, связанной с целенаправлен­ ным анализом механизма культуры, литературных произведений различных жанров и других видов искусства.

1 Артоника — предложенный авторами неоло­ гизм, определяющий научное направление, связан­ ное с изучением «механизма культуры» (art — ис­ кусство).

5

Сумма технологий является очень сложной многоуровневой иерархической системой, которая непрерывно развивается. Раз­ работка моделей развития систем поэтому является задачей первостепенной важности. Ома должна быть увязана с модели­ рованием больших экономических систем, природных комплексов и механизма культуры.

1. СТРУКТУРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЕЙ

Будем рассматривать технологические процессы в трех основ­ ных сферах — сельском хозяйстве, добывающей н обрабатываю­ щей промышленности. Несмотря на гигантское разнообразие тех­ нологических процессов, в них можно выделить три основных компонента ■— рабочую среду, инструмент и человека, который либо сам непосредственно выполняет работу, либо управляет оборудованием. В результате взаимодействия этих трех компонен­ тов получается какой-либо готовый продукт, который передается на другие производства или непосредственно потребляется чело­ веком.

Одна из основных тенденций в развитии технологии — стрем­ ление к организации рабочей среды. Человек от собирания плодов перешел к вспахиванию полей и стал на них выращивать урожай, теперь же он строит теплицы с искусственным обогревом, ороше­ нием и освещением. На первом месте по степени организации ра­ бочей среды стоит обрабатывающая промышленность, в частности машиностроение; на последнем месте — добывающая, которая должна приспосабливаться к разбросанным в разных местах ме­ сторождениям полезных ископаемых. Сельское хозяйство зани­ мает промежуточное положение.

Следует отметить, что организация рабочей среды требует больших энергетических и материальных затрат.

Другая важная тенденция в развитии технологии — адаптив­ ное управление инструментами, рабочими машинами. Первыми рабочими инструментами, которыми располагал человек, были камни и палки. Человек использовал все свои адаптационные воз­ можности, чтобы, манипулируя ими, добиваться своих целей в борьбе за существование. По мере появления различных машин человек стремился так организовать рабочую среду, чтобы в ней могли функционировать машины с очень малыми адаптацион­ ными возможностями. Там, где возможностей не хватало, человек был вынужден сам управлять машиной, используя свои зрение, слух и способность решать задачи. Только с появлением развитой информационной и вычислительной техники оказалось возможным резко усилить адаптационные возможности машин.

Развитие как первой, так и второй тенденций требует больших затрат. В каждом конкретном случае выбирают, куда выгоднее вложить деньги — в организацию рабочей среды или в увеличе­ ние адаптационных свойств машин. В настоящее время при таком

6

выборе нужно учитывать ограниченность природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и резкое увеличение разнообра­ зия человеческих потребностей.

В добывающей промышленности раньше старались эксплуати­ ровать только богатые месторожения полезных ископаемых — теперь оказывается необходимым разрабатывать новые техноло­ гические процессы для обогащения бедных руд, для сбора конкре­ ций на дне океана, для отделения одного материала от другого

вгруде металлолома и т. д.

Всельском хозяйстве, для того чтобы добиться дальнейшего

повышения урожайности, разрабатывают информационные си­ стемы, сообщающие о ходе развития растений и управляющие орошением, включением освещения, т. е. тоже переходят на адап­ тивную технологию.

В обрабатывающей промышленности произошло резкое уве­ личение номенклатуры выпускаемых машин, возросла скорость их морального старения, проявляется ярко выраженная тенденция перехода к производству по индивидуальным заказам, требующая наличия высоких адаптационных возможностей.

Таким образом, можно констатировать, что в настоящее время в условиях недостатка природных ресурсов и энергии, в условиях резкого увеличения разнообразия человеческих потребностей главной тенденцией является стремление к увеличению адапта­ ционных возможностей машин, производственных систем и тех­ нологических процессов. Проследим, как на разных уровнях управления технологией эта тенденция проявляется.

Рассмотрим механическое производство, в котором уровневая структура проявляется наиболее ярко.

На самом низком первом уровне имеем отдельные рабочие ма­ шины, металлорежущие станки, на которых производится обра­ ботка деталей, и роботы-манипуляторы, с помощью которых осуществляются установка деталей в приспособление, снятие го­ товых изделий, их передача на другие станки. Поведение этих агрегатов задается извне программой, в рамках которой каждый из агрегатов имеет различную степень самостоятельности, опре­ деляющую его адаптационные свойства. Цели управления этими агрегатами определяются заданием поведения с точностью до за­ данного программой многообразия. В случае станков и роботов с позиционным управлением это многообразие — точка, для систем контурного управления — линия (одномерное многообразие), для систем обработки поверхности — поверхность (двумерное много­ образие), в системах черновой обработки штампов — объем (трех­ мерное многообразие) и т. д. Чем больше размерность многообра­ зия, с точностью до которого задано поведение, тем больше воз­ можностей для приспособления к непредвиденным заранее факто­ рам. Например, если поведение задано с точностью до линии, то

7

возможным менять траекторию движения, чтобы обходить трудно­

и склады заготовок, приспособлений, инструментов и готовых изделий. На этом уровне в соответствии с заданным планом про­ изводства осуществляется распределение работы между агрега­ тами в зависимости от их исправности, обеспеченности инстру­ ментом и заготовками. Адаптационные возможности этого уровня должны обеспечить гибкое изменение распределения работы менаду агрегатами при наличии нескольких плановых заданий с разными приоритетами. Этот уровень обычно называют уровнем группового или централизованного управления оборудованием.

На третьем уровне имеются две различные структуры: одна обеспечивает координацию работы отдельных участков различных видов производства и тем самым реализацию плановых заданий в целом, а другая включает в себя отделы автоматизированного проектирования как тех изделий, которые должны выпускаться, так и приспособлений и другой технологической оснастки, необ­ ходимых для этого производства.

Четвертый уровень концентрирует в себе внешние связи, анализ конъюнктуры рынка, связь с поставщиками комплектую­ щих изделий. Этот уровень должен следить за рынками, и именно с него поступает задание в производственные и проектные отделы.

Введем формальный аппарат для описания уровней. Будем полагать, что агрегаты описываются системой уравнений, анало­ гичных уравнениям Пфаффа:

П

( 1. 1)

где xi — переменные системы; Qj( — функция переменных систем, среды и времени; т — число ограничений, наложенных на си­

стему.

Обычно п > т, что позволяет накладывать на систему допол­

нительные управляющие ограничения и приспосабливаться к из­ менению обстановки. Таким образом, в структуре уравнений (1.1) содержится неопределенность. Для того чтобы ее четко струк­ турно определить, введем произвольные коэффициенты и$, для чего ориентируем систему (1.1) относительно переменных хг В этом случае переменные xi оказываются функциями Q,-. и us:

а число произвольных коэффициентов будет

8