Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Различают эффективность создания САПР и эффективность ее функционирования. Тип производства САПР, как правило, еди­ничный. Эффективность создания САПР рассматривают как со­здание новой техники, однако с учетом специфики САПР.

САПР относится к тому типу современных организационно-технических систем, для которых характерно быстрое развитие методов и средств. Поэтому стратегия затрат должна учитывать, с одной стороны, революционный характер создания САПР, а с другой, эволюционный характер ее развития, предполагающий периодическое вложение средств в актуализацию систем и повы­шение ее изменяющейся во времени эффективности. При этом используют следующие критерии выбора средств системы:

1) максимум производительности (П) при ограниченных зат­
ратах (3);

2) минимум затрат (3) при ограниченной производительности (П);

3) максимум отношения П/3;

4) максимум разности экономии (Э) и затрат (3) и др.

211

При оценке эффективности создания функционирования САПР ТП используются подходы, описанные выше. Вместе с тем функ­ционирование САПР ТП дает специфический косвенный эконо­мический эффект:

ДЭ = ЛЭ„ + АЭ_К, где АЭ„ — прямой экономический эффект; АЭ_К — косвенный эко-номичсский эффект; АЭ_П = ^(С^Мх ~^г^г) — прямой экономи­ческий эффект от снижения трудоемкости процесса проектирова­ния; Q, С₂ — стоимость обработки единицы информации до и пос­ле внедрения разработанной САПР ТП; Л/_ь М₂ — объем годовой информации технологической задачи до и после внедрения разра­ботанной САПР ТП; л — число взаимосвязанных задач. Косвенный экономический эффект

АЭ_К = ДЭ_Р + ДЭ„._И + АЭ_Ф,

где ДЭ_Р — экономия материальных ресурсов; дЭ„ „ — экономия за счет повышения производительности при изготовлении изделий; АЭ_ф — экономия в результате высвобождения элементов произво­дительного фонда.

Коэффициент сравнительной эффективности определяют по формуле

Е_п = ДЭ/Л'₀,

где К₀ — единовременные капитальные затраты. Срок окупаемости капитальных затрат (в годах)

где АЭ_Г — годовая экономия текущих затрат.

Контрольные вопросы

1. В чем заключаются основные задачи и принципы создания СЛПРТП?

2. Какие виды обеспечения подсистемы проектирования вы знаете?

3. Чем характеризуются базы данных?

4. Какие отличия имеют базы знаний от базы данных?

5. Назовите основные требования, предъявляемые к техническим сред­ствам САПР.

6. В чем заключаются тенденции развития технического обеспечения САПР?

7. В чем состоит задача структурного синтеза?

8. Как решается задача структурного синтеза при полном переборе ва­риантов структуры из конечного множества элементов?

9. Когда используют режим диалога при решении задачи структурного синтеза?

212

10. В каких случаях целесообразно моделировать мыслительную дея­тельность технолога-проектировщика?

11. Какую функцию выполняет параметрическая оптимизация?

12. Как происходит выбор целевых функций при технологическом про­ектировании?

13. Как апияют ограничения на параметрическую оптимизацию?

14. В чем заключается метод регулярного поиска при параметрической оптимизации?

15. Как можно охарактеризовать разновидности систем автоматизиро­ванного проектирования?

16. Перечислите характеристики информационно-поисковых систем?

 

17. Какие характеристики имеют системы, основанные на типовом вариантном проектировании?

18. В чем заключается поисковое проектирование?

19. В чем заключается построение обобщенной структуры технологи­ческих процессов?

20. В чем заключается многоуровневый итерационный синтез?

21. Чем характеризуются экспертные системы?

22. На чем основаны эволюционные методы проектирования?

Глава 6

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ И ОБЪЕКТАМИ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

6.1. Общее представление об управлении технологическими объектами

В машиностроении технологические объекты (ТО) — это тех­нологическое оборудование (станки, роботы и т.д.), обеспечива­ющее выполнение тех или иных ТП. Современные ТО представля­ют комплекс сложных динамических систем. Их сложность обус­ловлена высокими требованиями к производительности и точнос­ти выполняемой работы. Управление процессами и объектами в машиностроении осуществляется с помощью СУ.

Под управлением понимают процесс перевода ТО из одного (начальное) состояния в другое (конечное) за конкретный про­межуток времени А/ с затратой заданного объема ресурсов.

Система управления — комплекс устройств и средств связи, обеспечивающий точное и согласованное во времени взаи­модействие рабочих и вспомогательных агрегатов и устройств ТО в соответствии с заранее разработанной программой управления на основе принятого ТП.

Системы ЧПУ позволяют все операции, связанные с пуском, остановкой, включением и выключением вспомогательных уст­ройств, а также операции по обеспечению требуемых значений параметров (величин), определяющих ход ТП в управляемом объек­те, выполнять без участия обслуживающего персонала, только ус­тройствами автоматического управления.

Следящими системами называются СУ, с помощью ко­торых на управляемом объекте воспроизводится изменение вход­ной величины произвольно заданной во времени и, как правило, с усилением по мощности.

Программа — способ достижения цели с однозначным опи­санием процедуры его реализации. Программа функционирования ТО — совокупность команд, которые должен выполнять ТО.

Разрешающая способность СУ — наименьшее изме­нение выходного параметра состояния ТО, которое может быть задано и зарегистрировано ее измерительной системой.

Дискрета — минимальная теоретическая величина реакции ТО на единичное изменение управляющего сигнала.

Основное назначение СУ — выполнение команд для поддержа­ния требуемых значений параметров выполняемого ТП при задан­ной точности и наибольшей производительности.

214

Выбор СУ во многом зависит от специфики ТП, в котором эксплуатируется ТО, и от требований экономики.

Система автоматического управления ТО должна выполнять следующие задачи:

• рсализовьшать требуемые действия исполнительных механиз­мов;

• обеспечивать заданные режимы ТП;

• поддерживать требуемые параметры объекта производства;

• выполнять вспомогательные команды.

Основными требованиями к системам автоматического управ­ления являются: управление сложным циклом функционирования ТО; высокая мобильность; необходимая точность при высокой надежности в работе; простота конструкции и низкая стоимость; листанционность в управлении; возможность саморегулирования в процессе управления.

Команды, задаваемые ТО в системах программного управле­ния, делят на три категории: I) технологические команды, обес­печивающие требуемые действия рабочих органов ТО при выпол­нении ТП; 2) цикловые команды, к которым относят изменения параметров ТО (например, переключение скорости и подач, вы­бор инструмента, выключение охлаждения, реверс и т.д.); 3) ко­манды на выполнение служебной или логической информации, обеспечивающие правильность выполнения ТО всех задаваемых ему команд (обозначение адресов, знаки разделения команд, конт­рольные числа). Эти команды зависят от принятой системы их ко­дирования.

Существует классификация СУ по командной информации, в частности, различают:

1) СУ, работающие на основе полной начальной информации (например, СУ с распределительным валом; копировальные СУ; цикловые СУ; системы с ЧПУ (СЧПУ));

2) СУ, работающие на основе неполной начальной информа­ции: экстремальные системы (обеспечивают оптимальное управ­ление путем изменения управляющего воздействия); самонастра­ивающиеся СУ (обеспечивают оптимальное управление путем из­менения параметров системы и управляющих воздействий); само­организующиеся СУ (обеспечивают оптимальное управление пу­тем изменения се структуры, параметров и управляющего воздей­ствия); самообучающиеся системы управления (обеспечивают оп­тимальное управление путем изменения алгоритма управления или параметра управляющего действия).

При подготовке производства необходимо проводить анализ ТО на основании изучения соотношения следующих трех информаци­онных составляющих процесса производства.

1. Выбор ТО и подбор нормализованной или унифицированной оснастки, приспособлений, инструмента и т.д. (/_с).

215

2. Проектирование специальной оснастки, приспособлений,
инструмента (/,,).

3. Управление вручную оператором ( J_m ).
В итоге общий объем J информации

J = J_C + J_V + J „.

Составляющая J_m отсутствует, если обработка производится ав­томатическими ТО. Составляющие J_c и J_v не зависят от оператора.

Степень автоматизации управления оборудованием можно оп­ределить с помощью коэффициентов А и В:

J_c + J_v + J_m '

если А. = L, то используемые ТО — автоматическое оборудование; если А —> 0, то ТО является универсальным оборудованием;

Коэффициент В отражает степень гибкости: если В = 1, то ТО легкопереналах<иваемые; если В —» 0, то ТО переналаживаются с большими затратами. При В= 1 используют ТО с ручным управле­нием ( J_c —» min, /„ -* 0, J_m -» max). В этом случае производитель­ность определяется возможностями оператора и имеет место мак­симальная гибкость. При В -» 0 используют автоматические ТО (/_с—» min, J_v —> max, J_m —> 0). Переналадка связана с большими экономическими затратами.

При ТО с СЧПУ J_c -» max, J_v -» min, J_m -» 0. В этом случае большая доля информации относится к ТО. При переходе с одного объекта производстпа на другой затраты меньше, чем в предыду­щем случае, за счет более высокой гибкости, при этом производи­тельность выше, чем в первом случае.

На основании приведенного можно сделать вывод, что автома­тические ТО целесообразно использовать в крупносерийном и мас­совом производствах, когда требуется максимальная производитель­ность при практически неизменной номенклатуре производства.

В мелкосерийном и серийном производствах целесообразно ис­пользовать ТО с СЧПУ, обеспечивающими выполнение ТП в ав­томатическом режиме. При этом появляется возможность быстрой переналадки на выпуск продукции при смене номенклатуры про­изводимой продукции.

В экспериментальном и частично в мелкосерийном производ­ствах целесообразно использовать универсальные ТО, так как в этом случае достигается максимальная гибкость.

Так как ТО неотделим от СУ, то он накладывает свои особен­ности на ее конструкцию. В то же время, любая СУ независимо от

216

характера ТП, для которого она предназначена, должна макси­мально отвечать следующим требованиям:

• исполнение команд с высоким быстродействием и точнос­тью;

• гибкость при смене объекта производства;

• синхронизация выполняемых действий в разных циклах;

• высокая надежность работы;

• автоматическое регулирование процесса выполнения ТП и поддержание его оптимальных параметров;

• простота конструкции, низкая стоимость и удобство обслужи­вания;

• широкий спектр выполняемых действий;

• короткий цикл подготовки программы выполнения ТП;

• выполнение большого числа технологических команд (пере­ключение подач, чисел оборотов шпинделя, поворот резцовой головки, включение и выключение охлаждения инструмента);

• управление продолжительными циклами без смены програм­моносителя.

Системы управления ТО классифицируют по следующим при­знакам: принцип синхронизации, степень централизации управ­ления, метод воздействия, вид программоносителя, число управ­ляемых координат, способ программирования, наличие обратной связи, тип привода и др.

Системы управления станками разделяют на централизованные, децентрализованные и смешанные.

Централизованные (независимые) СУ управления харак­теризуются тем, что управление всем технологическим циклом станка-автомата и АЛ осуществляется с центрального командного пункта ТО независимо от действия и положения его исполнитель­ных рабочих органов. Благодаря простоте схемы управления, на­дежности в работе, удобству обслуживания и наладки централизо­ванные СУ получили наибольшее применение в станках.

Децентрализованные СУ (их называют иногда путевы­ми) осуществляют управление при помощи датчиков (чаще всего путевых переключателей и конечных выключателей), включаемых на пути движущихся исполнительных органов ТО. Эти системы основаны на управлении, при котором все исполнительные орга­ны связаны между собой так, что каждое последующее движение одного может происходить только после окончания движения пре­дыдущим. Преимуществом такой СУ является отсутствие сложной блокировки, так как команды даются после окончания предыду­щей операции.

Смешанные СУ являются комбинацией первых двух систем. Здесь управление некоторыми элементами цикла осуществляется как в децентрализованной системе, а остальные элементы управ­ляются от центрального командного устройства.

217

Системы управления, применяемые в ТО, весьма разнообраз­ны как по своему назначению, так и по конструктивному оформ­лению. Однако в любом ТО можно выделить две основные части: управляющее устройство и управляемые узлы — агрегаты или дру­гие рабочие органы, выполняющие заданный ТП.

ТП характеризуется несколькими параметрами (подача, ско­рость, усилие, температура и т.д.), которые для правильного хода выполнения процесса поддерживаются постоянными или изменя­ются по определенному закону. Управляющее устройство воздей­ствует на рабочий орган станка в соответствии с программой уп­равления.

При традиционных методах автоматизации весь объем инфор­мации, необходимый для изготовления деталей, воспроизводится в кулачках, копирах, шаблонах, упорах и других устройствах, с помощью которых эта информация затем передается ТО как про­грамма обработки данной детали. Подобный способ усложняет подготовку и задание программы обработки, такие СУ не могут обеспечить высокой гибкости и переналаживаемости оборудова­ния на изготовление новой детали. Появление СЧПУ позволило коренным образом решить эту задачу.

В ТО с цифровым программным управлением на всех этапах подготовки программы обработки, вплоть до ее задания ТО, опе­рируют только информацией в цифровой (дискретной) форме с рабочего чертежа летали. Это позволяет применять математичес­кие методы для подготовки программ и автоматизировать весь про­цесс формирования изделий с помощью ЭВМ.

В металлообработке среди автоматических систем управления широко распространены так называемые аналоговые системы, в которых в качестве программоносителей используют аналоги, оп­ределяющие перемещения исполнительных устройств станков (ко­пиров, кулачков, упоров). Исходная информация о процессе отра­ботки преобразуется и выдается в виде копируемой модели обра­батываемой детали. Например, на токарном станке упоры, рас­ставленные по ходу движения суппорта, могут служить аналогом перемещений продольного и поперечного суппортов. Подобные системы называются замкнутыми, так как в них имеются два потока информации. Первый поток информации — положение ко­нечного выключателя (программа), второй — фактическое поло­жение исполнительного механизма. В незамкнутой СУ в фор­мообразовании детали используются кулачки с профилем, соот­ветствующим запрограммированной траектории обработки. В этом случае аналогом перемещения исполнительного устройства явля­ется профиль кулачка.

Копировальные системы управления используют в качестве программоносителя как копир (или шаблон) и подразделяются на копировальные системы прямого и непрямого действия.

218

Рис. 6.1. Копировальная система прямого действия: sc „ — подача слежения; ж, — подача заданная; sp — подача результирующая; а — угол наклона образующей поверх­ности

На рис. 6.1 приведена схема копировальной СУ прямого дей­ствия. Достоинством такой сис­темы является простота конст­рукции, а недостатком — быст­рый износ толкателя и шаблона (копира) за счет воздействия через толкатель на шаблон реак­ции от силы резания. При этом снижается точность обработки, требуется более одного шаблона на малую партию изготовляемых деталей из труднообрабатываемо­го материала.

В копировальных СУ непрямо­го действия величина силы, дей­ствующей на шаблон (копир), снижена за счет применения соответствующих усилителей, напри­мер гидроусилителя (рис. 6.2). Система имеет обратную связь, ко­торая отслеживает положение штока золотника и стремится свес­ти ошибку слежения к минимуму. При всей сложности такая сис­тема имеет большое достоинство — более высокую точность обра­ботки и достаточно большой срок службы шаблона. Величина за­зора Л в золотнике является переменной и определяется текущей скоростью смещения его штока.

Особенностью аналоговых систем управления ТО является вид программоносителя, при котором программа обработки факти­чески материализуется. При использовании аналогового програм­моносителя появляются неограниченные человеческим факто­ром возможности роста производительности обработки, но при этом сокращается возможность быстрой переналадки оборудо­вания.

Развитие аналоговых систем управления в направлении, при котором стали возможными введение и замена управляющей ин­формации непосредственно на рабочем месте, привело к созда­нию систем ЧПУ (рис. 6.3). В таких системах программа представля­ет собой информацию, кодированную определенным образом и носящую знаковый вид.

Различают позиционные, контурные и комбинированные СУ.

К позиционным системам программного управления (СПУ) относят системы, в которых траектория и скорость движения не программируются, а задаются только начальное и конечное поло­жение управляемого органа станка. Эти системы служат для совер­шения установочных движений. При их использовании форма тра­ектории перемещения рабочего органа может быть произвольной. Требования по точности предъявляются только к конечному по-

219

 

Рис. 6.2. Устройство копировальной системы с гидроусилителем:

^л — подача слежения; s , — заданная подача; р„ — давление, создаваемое насо­сом; п — частота вращения шпинделя", Л — величина зазора в золотнике

ложению рабочего органа (координатно-расточные станки, свер­лильные станки, толкатели в транспортных системах и т.д.).

К контурным СПУ относят системы, в которых осуществля­ется непрерывное управление движением двух или более исполни­тельных органов станка, что обеспечивает возможность обработки криволинейных контуров или поверхностей. В этих СУ требования по точности предъявляются к траектории перемещения рабочего органа и к текущему положению его в каждый момент времени.

 

 

 

 

 

Устройство формирования командной информации	1	Исполнительный механизм
	. Л^
		г

Рабочий орган технологического оборудования

i                   ~ ~        ~    i
------ ^                    i

Рис. 6.3. Структура системы числового программного управления: I, ..., 1 — исполнительные механизмы

220

				/ С)1
ЗП	С(/)	БУУ		ИУ

1'ис. 6.4. Структура разомкнутой си­стемы управлении:

Н {1)

Ш — задатчик программ; БУУ — блок устройства управления; ИУ — испол­нительное устройство; G ( t ) — заданная информация;/!;/) — возмущающие воз­действия; Н(1) — выходная информация

В ТО с программным управлением используют три фундамен­тальных принципа автоматического управления: принцип разомк­нутого управления, принципы обратной связи и компенсации.

Принцип разомкнутого управления наиболее прост к реализации, так как не требует дополнительных устройств. Струк­турная схема разомкнутой СУ, реализующей этот принцип, пред­ставлена на рис. 6.4. Задатчик программ (ЗП) задает необходимую информацию блоку устройства управления (БУУ), который уп­равляет исполнительным устройством (ИУ). Необходимо, чтобы выходная информация //(/) была максимально близка к заданной (7(/), что в реальных условиях осложняется рядом таких факторов, как неточность изготовления отдельных устройств и механизмов, проявлением возмущающих воздействий и пр. Действие таких фак­торов можно представить некоторой функцией/(/).

Если требуемая степень соответствия выходной и входной ин­формации не достигается при использовании данной схемы пост­роения СУ, то применяют другие принципы управления. Реализа-iшя этих принципов предусматривает введение обратной связи. СУ с обратной связью называется замкнутой.

Структурная схема замкнутой СУ представлена на рис. 6.5. С за-датчика программы (ЗП) информация поступает в блок сравне­ния информации (БСИ), затем в блок управления устройством (БУУ), который управляет ИУ. Далее датчик в совокупности с ус­тройством преобразования информации преобразует фактичес­кое действие ИУ в информацию, имеющую вид, удобный для срав­нения с информацией, поступающей в БСИ от ЗП. Это позволяет автоматически контролировать точность отработки заданной про-

|/С>

 

 

 

 

ЗП	С(0	БСИ	£0)	БУУ		------ — ИУ	Ж')/
							\

Рис. 6.5. Структура замкнутой системы управления:

ЗП — задатчик программ; БСИ — Спок сравнения информации; БУУ — блок устройства упраапения; ИУ — исполнительное устройство; Д — датчик обратной связи; С(/) — заданная информация; £(/) — информация о величине рассогла­сования; /(/) — возмущающие воздействия; //(0 — выходная информация

221

граммы. Большое значение в цепи обратной связи имеет датчик обратной связи, который служит для преобразования выходной информации в сигналы, соответствующие по своей физической природе сигналам с ЗП. Таким образом, датчик является измери­тельным преобразователем (преобразует изменение одной физи­ческой величины в изменение другой).

Принцип компенсации (реализация комбинирован­ных СПУ) позволяет уменьшить или исключить совсем послед­ствия влияния вредных факторов (деформации технологической системы под действием температурных факторов, сил резания и т.д.), воздействующих на ТО.

Система управления является астатической по отношению к уп­равляющему воздействию, если при стремлении управляющего воз­действия к постоянной величине ошибка также стремится к нулю.

Система управления является статической по отношению к уп­равляющему воздействию, если при стремлении последнего к по­стоянной величине ошибка также стремится к постоянной, от­личной от нуля, величине.

Как видно из схемы, представленной на рис. 6.5, наличие рас­согласования является необходимым условием изменения состоя­ния исполнительного устройства ТО. Однако наличие рассогласо­вания во многих случаях приводит к погрешностям отработки ко­мандной информации и, как следствие, к браку при выполнении ТП. При малых скоростях изменения управляющего воздействия погрешность относительно небольшая и сю можно пренебречь. В тех же случаях, когда это изменение имеет большую величину или управление осуществляется по нескольким координатам, погреш­ность существенно возрастает.

Наиболее простой способ уменьшения величины рассогласова­ния — снижение скорости изменения управляющей информации. В этом случае значительно меньше сказываются динамические ошибки, и погрешность также уменьшается. Однако применение такого способа удлиняет рабочий цикл, что приводит к снижению производительности ТО.

Другим способом уменьшения величины рассогласования яв­ляется увеличение коэффициентов усиления звеньев, составляю­щих прямую цепь СУ. Для информационных потоков в системе управления можно записать

E ( t ) = G ( t ) - H { t ),

где G { t ) — исходная информация (требуемые параметры); H ( t ) — информация о выходных параметрах; £(/) — информация о рас­согласовании между указанными потоками информации. Рс1улируемый выходной параметр

//(/) = E ( t ) k ,

222

где к— произведение коэффициентов усиления звеньев, составля­ющих прямую цепь системы управления.

В системах управления ТО обычно применяют обратную связь с коэффициентом передачи равным единице. В этом случае можно ia писать

Я(/) = *[С(/)-Я(/)1.

При наличии внешних возмущающих воздействий полученное выражение примет вид

//,(/) = * [G(0-//,0)1-/,<0; вд = *[С(4-я₂(/)1-/₂(/).

Здесь изменению воздействия внешнего параметра от/|(/) до /i(/) соответствует изменение выходного параметра от H_t { t ) до Я₂(/):

ДЯ(/) = #,(/) - Я₂(/), или

дя(/> = к [(?(/) - я,(/)1 -/(/) - к [С(о - що] +/₂(/).

После преобразования этой формулы

ЛЯ(/) = Л [Я,(/) - tf₂(/)] +/₂(/) -/.(0; АЯ(/) = А: [-ЛЯ(0] + ЛД/) окончательно получим

Из последней формулы следует, что отклонение регулируемого параметра от заданного прямо пропорционально возмущающему кнешнему воздействию (силе трения в направляющих, силе реза­ния и др.) и обратно пропорционально произведению коэффици­ентов усиления звеньев прямой цепи. Следовательно, для повы­шения точности необходимо увеличивать коэффициент усиления звеньев, однако в некоторых случаях это может привести к потере устойчивости. Поэтому всякое изменение параметров звеньев, со­ставляющих СУ, следует проверять на устойчивость.