Виды интегрированных систем проектирования и управления
В машиностроении и приборостроении при освоении новой продукции приходится выполнять большой объем конструкторских разработок с целью создания этой продукции или её модернизации. Изготовление продукции осуществляется в многономенклатурном механообрабатывающем производстве, где используются станки с ЧПУ и другое автоматизированное технологическое оборудование с ЧПУ. Следовательно, технологический процесс должен быть подготовлен в виде комплекса управляющих программ для оборудования с ЧПУ и общей программы управления технологическим маршрутом для АСУ ТП. Разработка программного обеспечения входит в технологическую подготовку производства.
При реализации технологического процесса изготовления изделия в ГПС необходимо обеспечить управление рабочими циклами основного и вспомогательного оборудования технологического процесса, а также осуществить управление для согласования этих рабочих циклов во времени с целью обеспечения требуемого хода процесса (выполнить диспетчерское управление процессом).
Для решения задач проектирования и подготовки производства применительно к машиностроительному и приборостроительному производству предназначены интегрированные автоматизированные системы САПР/АПП. С помощью таких систем разрабатываются конструкции машин, приборов механизмов и других подобных объектов, а также проектируются технологические процессы изготовления этих объектов. При этом существенной составляющей проектирования технологического процесса является разработка управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ.
Автоматизированные системы САПР/АПП представляют собой программные комплексы для решения рассмотренных выше задач автоматизированного проектирования и автоматизированной подготовки производства. Такие системы достаточно многочисленны и каждая из них имеет свои особенности. В отечественной практике широкую известность получили системы САПР/АПП КОМПАС и T-FLEX.
Для других отраслей промышленного производства характерны непрерывные технологические процессы, например, для химической промышленности, нефтепереработки, пищевой и лёгкой промышленности и др. Проектные работы при освоении новой продукции в этом случае, в основном, сводятся к разработке автоматизированного технологического процесса, и, в первую очередь, к разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом.
Основным средством управления технологическим оборудованием и установками в этом случае являются программируемые контроллеры ПК. ПК обеспечивают управление рабочими циклами технологического оборудования и регулирование технологических режимов. Центральная ЭВМ обеспечивает взаимодействие технологического оборудования и требуемую технологическим маршрутом последовательность операций.
В автоматизированной системе управления задача обеспечения локальных систем управления требуемыми в данный момент управляющими программами и согласования их работы решается с помощью ЭВМ верхнего уровня, которая связана каналом передачи информации с локальными системами управления. Необходимая последовательность выполнения операций технологического процесса и условия его осуществления определяются программным обеспечением ЭВМ верхнего уровня управления. При изменении технологического процесса это программное обеспечение должно быть модернизировано.
Таким образом, при технологической подготовке производства необходимо на основе созданного технологического процесса производства изделия разработать комплекс управляющих программ для программируемых контроллеров и изменяемую часть программного обеспечение верхнего уровня АСУ ТП.
На верхнем уровне управления используется ЭВМ, входящая в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора. ЭВМ выполняет функции индикации и регистрации параметров процесса, а также ручного управления исполнительными механизмами технологического оборудования.
При программировании рассматриваемой системы необходимо разработать управляющие программы для контроллеров нижнего уровня управления, программу диспетчерского управления процессом для ЭВМ и интерфейс оператора. Интерфейс оператора позволяет ему отслеживать технологический процесс, при необходимости изменять уставки регулирования и настройки регуляторов, осуществлять ручное управление, а также работать с архивными данными о ходе управляемого процесса.
Для решения этих задач используются инструментальные SCADA-системы. SCADA-система (Supervisory Control And Data Acquisition System) - система сбора данных и оперативного диспетчерского управления. Инструментальная SCADA-система позволяет разрабатывать программное обеспечение и интерфейс оператора для SCADA-системы, автоматизируя процесс разработки. Известно большое число инструментальных SCADA-систем, предлагаемых разными фирмами. В отечественной практике получили известность системы WinCC, In Touch, TRACE MODE, GENESIS32, GENIE, RSView 32 и др.
СОСТАВ САПР/АПП
САПР/АПП является программно-аппаратным комплексом. Аппаратная часть реализуется на ЭВМ, которая должна иметь достаточные вычислительные возможности (быстродействие, объем памяти и др.) и необходимый состав периферийных устройств. Могут использоваться персональные компьютеры, рабочие станции или ЭВМ общего применения. ЭВМ должна быть оснащена соответствующей операционной системой.
Функции САПР/АПП и возможности будут определяться прикладным программным обеспечением. Это программное обеспечение укрупнено состоит из двух подсистем: подсистема проектирования и подсистема управления автоматизированным производством (технологическим процессом). Человек взаимодействует с системой, используя средства интерактивной графики, а система взаимодействует с производством путём программирования АСУ ТП или локальных систем управления (систем ЧПУ и программируемых контроллеров) в составе АСУ ТП.
Укрупнённая структура САПР/АПП показана на рис. 14. Подсистема САПР выполняет функции автоматизированного проектирования. Подсистема АПП выполняет функции автоматизированной технологической подготовки производства. Таким образом, при работе с системой проектирование изделия объединяется с проектированием технологии изготовления этого изделия (в виде программного обеспечения для АСУ ТП).
Взаимодействие подсистем осуществляется через единую для этих подсистем базу данных. База данных содержит всю информацию об изделии, которая формируется в процессе проектирования изделия (форма деталей, спецификации, технические требования и др.), а также дополнительные сведения для изготовления изделия. Начинает формировать базу данных подсистема САПР.
Подсистема АПП, используя информацию базы данных, в интерактивном режиме формирует информацию о технологическом процессе изготовления изделия, которая так же заносится в базу данных. Таким образом, в базе данных имеется вся информация, необходимая для технологического процесса изготовления изделия. Технология изготовления изделия оформляется в виде управляющих программ для станков с ЧПУ.
Управляющие программы, календарные планы производства и другая информация, необходимая для производственного подразделения при изготовлении изделия, поступает из базы данных САПР/АПП в АСУ ТП производственного подразделения и обеспечивает настройку этой подсистемы на производство спроектированного изделия в нужные сроки и в нужных количествах.
ПРЕИМУЩЕСТВА САПР/АПП
Внедрение систем САПР/АПП вызвано эффективностью этих систем и повышением уровня автоматизации производства, использующего названные системы. Эффективность интегрированных САПР/АПП определяется следующими факторами:
· увеличение производительности высококвалифицированного оперативного персонала, возможность сокращения его численности и, соответственно, сокращение затрат на оплату труда;
· сокращение длительности цикла производства и ускорение реакции производства на запросы потребителей, что обеспечивает максимальную прибыль производителю;
· уменьшение влияния субъективного фактора операторов на результаты проектирования и производства, что приводит к повышению качества производственного процесса (уменьшение субъективных ошибок, оптимизация технических решений, повышение качества конструкторской и технологической документации и др.).