Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• 1.1 Технико-экономическая характеристика объекта предметной области
• 1.1.1 Характеристика предприятия
• 1.1.2 Экономическая характеристика предприятия
• 1.1.3 Краткая характеристика подразделения
• 1.1.4 Обязанности технолога-программиста
• 1.2 Технологическая сущность задачи
• 1.3 Обоснование необходимости и цели использования вычислительной техники
• 1.4 Постановка задачи
• 1.4.1 Цель и назначение создания АРМ
• 1.4.2 Формализация алгоритма решения задачи
• 1.5 Анализ существующих разработок и обоснование выбора технологии проектирования системы
• 1.6 Обоснование проектных решений
• 1.6.1 По информационному обеспечению
• 1.6.2 По техническому обеспечению
• 1.6.3 По программному обеспечению
• 2. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ
• 2.1 Техническое обеспечение АРМ
• 2.1.1 Модель информационных потоков и ее описание
• 2.1.2 Функции и назначения отдельных аппаратных компонентов АРМ
• 2.2 Программное обеспечение АРМ
• 2.2.1 Общие положения
• 2.2.2 Описание программных продуктов
• 2.2.3 Постпроцессор
• 2.2.4 Основные этапы отладки постпроцессора
• 2.3 Технологическое обеспечение АРМ
• 2.3.1 Организация технологии сбора, передачи, обработки и выдачи информации
• 2.3.2 Схема технологического процесса сбора, передачи, обработки и выдачи информации
• 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
• 3.1 Назначение и обоснование методики проведения эксперимента
• 3.2 Схема выполнения эксперимента
• 3.3 Результаты проведения эксперимента
• 4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• 4.1 Технико-экономическое обоснование выбора темы проекта
• 4.2 Расчет затрат на разработку проекта
• 4.3 Экономическая эффективность проекта и расчет срока окупаемости
• 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
• 5.1 Безопасность жизнедеятельности
• 5.1.1 Определение оптимальных условий работы программиста
• 5.1.2 Освещенность рабочего места
• 5.1.3 Комфортный уровень шума
• 5.3 Параметры микроклимата на рабочем месте программиста
• 5.1.4 Воздействие электромагнитных излучений
• 5.2 Охрана окружающей среды
• 5.2.1 Утилизация персональных компьютеров и оргтехники
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЯ


ВВЕДЕНИЕ

Все большее количество предприятий отдают предпочтение оборудованию с автоматизированными системами управления. Станки с ЧПУ имеют больше технологических возможностей, чем универсальные. Числовое программное управление позволяет совместить несколько видов обработки.

Преимуществами этих станков являются:

- легкость управления;

- высокая производительность;

- возможность обработки плоских и сложных фасонных поверхностей;

- высокое качество обработки.

Принципиальная особенность станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы.

На данный момент на предприятии существует актуальная проблема, которая заключается в необходимости применения в процессе разработки управляющих программ автоматизированного подхода к генерированию траекторий инструмента и перевода данных в код ISO, поддерживаемый устройством ЧПУ, которое установлено на имеющемся фрезерном обрабатывающем центре.

Автоматизированный подход разработки управляющих программ позволит:

- сократить время на разработку УП;

- избежать ошибок в расчётах и оформлении, связанных с человеческим фактором;

- обеспечить гибкость рабочего процесса по созданию УП;

- предварительно отладить УП на персональном компьютере средствами визуализации процесса обработки детали;

- сократить трудозатраты.

Целью данного дипломного проекта является создание автоматизированного рабочего места технолога- программиста по подготовке управляющих программ для систем ЧПУ на предприятии НПО «Берег».

При разработке дипломного проекта ставились задачи усовершенствования процесса создания управляющих программ путем внедрения специального программного обеспечения и отладки постпроцессора, который непосредственно отвечает за грамматику полученной программы.

Созданный программно-технический комплекс позволит усовершенствовать процесс обработки и выпуска изделий на предприятии.



АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Технико-экономическая характеристика объекта предметной области

1.1.1 Характеристика предприятия

НПО «Берег» предприятие занимающиеся выпуском продукции пожарно-технического назначения. На производстве используются современные автоматизированные станочные системы, что позволяет достичь высокой производительности и качества выпускаемой продукции.

История предприятия начинается с 1868 года, когда основным направлением производства был выпуск полушелковых платков и тканей. С 1917 года предприятие выпускает мешочные ткани, подкладочные холсты, брезентовую парусину, платочное полотно.

В начале 1931 года фабрика переименовывается в «Рукавно-ткацкий комбинат имени ХШ годовщины Красной Армии» и является единственным в стране по выпуску пожарных рукавов.

В сентябре 1941 года было принято решение об эвакуации комбината в г. Бийск Алтайского края. 19 января 1942 года государственный комитет обороны принимает решение о реэвакуации. В годы войны комбинат выпускал: пожарные рукава льняные сухого прядения, комбинированные, оческовые сухого прядения, прорезиненные хлопчатобумажные; ленту хаки; пряжу льняную и хлопковую.

За период 1946-1950 годы комбинат перешёл на выпуск только пожарных рукавов. С 1967г. продукция комбината экспортируется в 15 стран мира.

С 1997 года открыто швейное производство по изготовлению боевой одежды пожарного 3-х уровней защиты от тепловых воздействий.

С 1998 года начали выпуск пожарных автомобилей (автомобили тыла, водозащитной службы, автоцистерны).

С 1999 года начат выпуск пожарных лестниц (штурмовая, трёхколенная, ручная) и освоен выпуск порошковых и углекислотных огнетушителей.

В 2000 году освоено литейное производство по выпуску соединительных головок к пожарным рукавам.

В 2007 году построен и введен в эксплуатацию новый цех по производству пожарной автотехники.

С 2008 г. выпускаются пожарные автоцистерны на шасси «IVECO» и «MAN». На территории имеется пожарный водоём и полигон для производственных испытаний пожарной техники и оборудования.

Сегодня выпуск пожарной автотехники нового поколения, отвечающий самым высоким требованиям отечественного и зарубежного автомобилестроения - одно из главных направлений деятельности НПО «Берег».

Оборудование и техника, выпускаемая на НПО «Берег», успешно выполняет боевые задачи по ликвидации пожаров, как в сельской местности, так и в крупных городах [18].

Производственная структура представлена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Производственная структура предприятия

Наименование здания	Этаж	Наименование цеха	Площадь, м2
Корпус прядильный	1	Ткацкий цех №1 (выработка чехла для пожарного рукава)	1340
	2	Швейный цех (изготовление боевой одежды пожарных)	1340
	1+2	Литейный цех (изготовление соединительной рукавной арматуры из алюминия)	1340
Наименование здания	Этаж	Наименование цеха	Площадь, м2
Корпус ЖБК 1	1	Участок приготовления Ткацкого цеха №2	3270
	2	Цех по производству пожарных лестниц	3270
	3	Участок двухстороннего полимерного покрытия пожарных рукавов («Армтекс») Цеха РТИ	3270
Корпус ЖБК 2	1+2	Участок выработки чехла для пожарного рукава Ткацкого цеха №2	2380
	1	Участок резиносмешения Цеха РТИ	530
	1+2	Участок латексирования пожарного рукава Цеха РТИ	1020
	1	ОТК	770
	1+2	Заготовительный участок Цеха пожарных машин	1280
	1	Участок покраски Цеха пожарных машин	430
	2	Столовая	100
Шедовый корпус	1	Участок изготовления (варки) пожарного рукава Цеха РТИ	1510
	2	Техническо-конструкторский отдел	570
	1	Цех нестандартного оборудования	1140
Корпус по производству пожарного рукава	1	Участок экструзионных линий (изготовление полимерной камеры для пожарного рукава)	90
Корпус по производству пожарного рукава	1	Цех производства огнетушителей - законсервирован	2870
	3	Участок выработки чехла для пожарного рукава	2950
	2	Участок изготовления (варки) пожарного рукава	2650
		Лаборатория	300
Корпус производства пожарных машин		Цех пожарных машин	4300
Здание ОГМ		Ремонтно-механический Цех	860
Здание РСЦ		Ремонтно-строительный Цех	700
Гараж		Транспортный Цех	800
Здание котельной		Котельная	720
Склад сырья		Склад сырья	2440
Склад готовой продукции		Склад готовой продукции	1200
Здание животноводческого комплекса		Животноводческий комплекс	1320
Административно-бытовой корпус	1	Бухгалтерия	240
		Отдел материально-технического снабжения	100
	2	Кабинет Генерального директора	340
Административно-бытовой корпус	3	Экономический отдел	100
		Коммерческий отдел	100
		Отдел информационных технологий (IT-отдел)	140
Здание профкома	1	Отдел Внешнеэкономической деятельности	80
		Отдел кадров	80
		Отдел по технике безопасности и охране труда	80
	2	Юридический отдел	120
		Профком	120
Здание проходной	1	Охрана	120
	2	Отдел сбыта	120

На рисунке 1.1 показана организационная структура управления предприятием. Во главе предприятия стоит генеральный директор. Непосредственно с ним связан главный инженер, который контролирует работу таких отделов как цех пожарных машин, литейный цех, цех производства пожарных рукавов и так далее.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Организационная структура НПО «Берег»



1.1.2 Экономическая характеристика предприятия

В таблице 1.2 приведены основные экономические показатели деятельности предприятия НПО « Берег».

Таблица 1.2

Экономические показатели деятельности предприятия

Показатель	На 31 декабря 2010г.	На 31 декабря 2011г.	Изменение 2011г. к 2010г.
			Абсолют отклонение, (+,-)	Темп роста, %
Стоимость произведённой продукции (ВП), тыс. руб.	667411	727492	60081	9,0
Стоимость реализованной продукции (РП), тыс. руб.	594574	608453	13879	2,33
Себестоимость реализованной продукции (СР), тыс. руб.	568329	590744	22415	3,94
Прибыль от реализации продукции (П), тыс. руб.	26245	17709	- 8536	- 32,52
Рентабельность продаж (Рп), %	4,4	2,9	- 1,5	- 34,09
Рентабельность продукции (Рс), %	4,6	3,0	- 1,6	- 34,78
Фонд оплаты труда (ФОТ), тыс. руб.	239256	246432	7176	2,99
Среднесписочная численность работников (Ч), тыс. руб.	568	559	- 9	- 1,58
Средняя заработная плата, тыс. руб.	421,235	440,844	19,609	4,65
Среднегодовая стоимость основных производственных фондов (ОПФ), тыс. руб.	115732,5	112420,5	- 3312	- 2,86
Фондоотдача (ФО), руб.	5,8	6,5	0,7	12,1
Фондовооружённость (ФВ), руб./чел	203,754	201,110	- 2,644	- 1,30
Производительность труда (ПТ), руб./чел	1181,8	1307,2	125,4	10,6

1.1.3 Краткая характеристика подразделения

Данная работа по созданию автоматизированного рабочего места осуществлялась на рабочем месте технолога-программиста в техническо-конструкторском отделе.

Деятельность техническо-конструкторского отдела данного предприятия заключается в технологической подготовке, конструктивном оформлении и последующем техническом сопровождении производственных процессов, связанных как с основной деятельностью предприятия (производство продукции пожарно-технического назначения) так и с единичными работами, в том числе и опытно-конструкторскими направленными на удовлетворение потребностей внешних заказчиков, а так же на совершенствование внутренней хозяйственной деятельности предприятия.

Техническо-конструкторский отдел включает следующий штат работников:

- инженер-технолог ткацкого производства;

- инженер-технолог резинотехнических изделий;

- инженер-технолог по металлообработке;

- инженер-конструктор - 3 человека;

- технолог-программист станков с ЧПУ;

- инженер по метрологии;

- инженер по стандартизации и сертификации;

Результатом работы инженеров-конструкторов, инженера-технолога и технолога-программиста техническо-конструкторского отдела является выдача конструкторской и технологической документации в цех по изготовлению нестандартного оборудования.

Цех по изготовлению нестандартного оборудования входит в штатную структуру отдела главной механики. В задачи цеха входит: изготовление деталей, узлов, механизмов в целях совершенствования внутрихозяйственной деятельности предприятия, а так же ремонт, восстановление и модернизация оборудования станков, задействованных в основном производстве.

1.1.4 Обязанности технолога-программиста

В обязанности технолога-программиста по подготовке управляющих программ для систем ЧПУ на данном предприятии входит:

1) Применение средств автоматизации проектирования и прогрессивных видов оборудования.

2) Устанавливать порядок выполнения работ и пооперационный маршрут обработки деталей.

3) Составлять планы размещения оборудования и технического оснащения, рассчитывать производственные мощности и загрузку оборудования.

4) Рассчитывать нормативы материальных затрат (нормы расхода сырья, полуфабрикатов, материалов, инструментов, технологического топлива, энергии), экономическую эффективность проектируемых технологических процессов.

5) Разрабатывать управляющие программы обработки деталей для станков с ЧПУ как ручным, так и автоматизированным способом программирования, используя конструкторскую документацию на изделия и технологическую документацию на станки с ЧПУ, установленные и применяемые на предприятии.

6) Согласовывать разработанную документацию с подразделениями предприятия.

7) Производить установленным образом оформление результатов разработок управляющих программ обработки деталей и осуществляет их передачу в устройство ЧПУ, посредством электронного носителя информации, через налаженную сеть связи или заносить непосредственно вручную.

8) Осуществлять отладку управляющей программы совместно с оператором на станке до получения первой детали, отвечающей характеристикам и требованиям, заданным конструкторской документацией.

9) Вести в установленном порядке архив разработанных и отлаженных управляющих программ, а так же сопутствующей технологической документацией.

10) Разрабатывать технические задания на проектирование специальной оснастки, инструмента и приспособлений.

11) Следить за передовыми разработками в области технологии производства, принимает участие в реализации мероприятий по повышению эффективности производства, направленных на сокращение расхода материалов, снижение трудоемкости, повышение производительности труда.

12) Анализ причин брака и выпуска продукции низкого качества, а так же принимает участие в разработке мероприятий по их устранению и предупреждению [19].

1.2 Технологическая сущность задачи

Задачей данного дипломного проекта является создание автоматизированного рабочего места технолога программиста по подготовке управляющих программ для систем ЧПУ.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) по ГОСТ 34.003-90 - это программно-технический комплекс автоматизированной системы, предназначенный для автоматизации деятельности определенного вида. В настоящее время АРМ строятся, в основном, на базе персонального компьютера, на котором установлено клиентское общее и специальное программное обеспечение.

Программно-технический комплекс (ПТК) автоматизированной системы по ГОСТ 34.003-90 - это продукция, представляющая собой совокупность средств технического обеспечения, программного обеспечения и средств создания и заполнения машинной информационной базы (информационное обеспечение) при вводе системы в действие, достаточных для выполнения одной или более задач автоматизированной системы [9].

Схема организации АРМ представлена на рисунке 1.2.

В проектируемом АРМ решаемые задачи реализованы соответствующими программными продуктами, каждый из которых имеет возможность выполнения ряда определенных операций, таких как:



Рисунок 1.2 - Схема организации автоматизированного рабочего места

- создание трехмерной модели деталей;

- создание конструкторской документации на изделие;

- формирование управляющей программы обработки деталей;

- задание дополнительных сопутствующих параметров, связанных с характером и геометрией траекторий инструмента;

- визуализация процесса обработки и так далее.

Результаты решения задачи позволят автоматизировать процесс получения управляющих программ для обработки деталей, тем самым сократить время на разработку управляющих программ, увеличить отдачу от используемого станка с системой ЧПУ, избежать ошибок в расчётах и оформлении, сократить экономические издержки производства.

1.3 Обоснование необходимости и цели использования вычислительной техники

В настоящее время решение задач автоматизации процессов производства немыслимо представить без использования средств компьютерного моделирования и инженерной графики. Внедрение современных гибко настраиваемых комплексов САПР/ЧПУ позволяет сократить проектный цикл, снизить производственные затраты и повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции.

Создание управляющих программ технологом - программистом на данном предприятии происходит вручную по полученному из конструкторского бюро чертежу и трехмерной модели детали. Таким образом, процесс создания УП на детали со сложной геометрией становится довольно трудоемким процессом. Также технолог-программист может допускать ошибки, в результате чего деталь будет бракованной и не пригодной для дальнейшего производства, а это затраты на материал. Исправление ошибок требует времени, что увеличивает простой оборудования. В результате предприятие будет нести материальные потери.

Решить эти проблемы можно используя системы автоматизированного проектирования и генераторы ЧПУ программ. Но использование CAD/CAM-систем также накладывает определенные ограничения. Например, полученную при помощи автоматизированных средств УП все равно приходится оптимизировать вручную, при отсутствии рабочего постпроцессора для конкретной системы ЧПУ определенного станка. Что так же требует дополнительного времени и не исключает возникновение ошибок в тексте программы. В то же время CAD/CAM- система с отлаженным постпроцессором способна сократить время, необходимое на разработку УП и минимизировать возможность возникновения серьезных ошибок в тексте программ.

1.4 Постановка задачи

1.4.1 Цель и назначение создания АРМ

На предприятии НПО «Берег» изготавливаются детали с поверхностями сложных геометрических форм, а это подразумевает последовательное применение нескольких обрабатывающих инструментов и одновременное перемещение их по двум и трём координатам, что связано со сложными математическими расчётами и измерениями при разработке управляющей программы ручным способом.

Грамотно написанная УП позволит повысить точность и идентичность деталей и, как следствие сократить количество брака и пригоночные работы в процессе сборки.

Вследствие этого возникает актуальная проблема о создании на предприятии автоматизированного рабочего места технолога-программиста по подготовке управляющих программ для систем ЧПУ.

В настоящее время передовое мировое сообщество, осуществляющее деятельность в рассматриваемой области, подходит к решению данного вопроса следующим образом:

1) Построение трёхмерной модели детали системах автоматизированного проектирования САD-системы(сomputer-aided design компьютерная поддержка проектирования). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею подготовки и производства сложных промышленных изделий. На мировом рынке известны такие программные продукты как: AUTOCAD, SOLIDWORKS, CATIA, T-FLEXCAD, Компас и другие.

2) Импорт трёхмерной модели детали в CAM-систему (англ. computer-aided manufacturing), которая предназначена для решения задачи формирования управляющих программ для обработки деталей на станках с ЧПУ. Программные продукты этой системы: MASTERCAM, DELCAM, FEATURECAM, SPRUTCAM, NX и другие.

3) Обработка трёхмерной модели детали в САМ-системе:

- выбор системы координат заготовки;

- указание обрабатываемых поверхностей и задание порядка их обработки;

- выбор и указание параметров инструментов, участвующих в процессе обработки;

- задание дополнительных сопутствующих параметров, связанных с характером и геометрией траекторий инструмента;

- задание параметров, связанных с режимами резания (частота вращения инструмента или скорость резания, глубина резания, шаг инструмента, подача инструмента).

4) Генерирование траекторий инструмента в САМ-системе (при этом САМ-система просчитывает только математически последовательность и изменение координат перемещения инструмента).

5) Обработка данных и генерирование кода, поддерживаемого соответствующим устройством ЧПУ, который по своей сути и будет являться управляющей программой обработки детали для заданного станка с соответствующим устройством ЧПУ.

Необходимо отметить, что ввиду большого многообразия конфигураций станков, а так же производителей и моделей устройств ЧПУ (при этом надо учесть, что даже на одинаковых станках с одинаковыми моделями устройств ЧПУ, машинные параметры и настройки систем ЧПУ могут отличаться), синтаксис написания управляющей программы, как правило, имеет различия и часть пользовательских функциональных кодов имеют различные назначения, либо отсутствуют вовсе. Поэтому в САМ-системе предусмотрено использование дополнительного программного продукта, так называемого постпроцессора, служащего для преобразования данных сгенерированных САМ-системой в управляющую программу обработки детали, именно в том виде и в том формате, который безошибочно будет воспринят соответствующим устройством ЧПУ, установленным на соответствующем станке и имеющем свои уникальные настройки и конфигурацию.

Постпроцессор работает совместно с САМ-системой и включается в работу на самом последнем этапе при формировании (генерировании) управляющей программы обработки детали.

В свете описанных проблем и путей их решения целями создания автоматизированного рабочего места технолога-программиста по подготовке управляющих программ для систем ЧПУ является: автоматизировать процесс получения управляющих программ, получить положительный экономический эффект за счет снижения трудозатрат, увеличить отдачу от используемого станочного оборудования.

1.4.2 Формализация алгоритма решения задачи

Перед началом разработки АРМ необходимо в первую очередь определить состав тех операций, которые будут заложены в проектируемый комплекс программных средств и проанализировать необходимость и возможность реализации функций средствами конкретного АРМ. Система автоматизации по подготовке управляющих программ предназначена в первую очередь для повышения эффективности и скорости работы технолога-программиста. Поэтому функциональные возможности программного комплекса должны быть направлены на решение конкретных задач технолога-программиста, возникающих в процессе работы [3].

Создание АРМ должно проходить в несколько этапов:

1) Исследование предметной области, изучение и формализация требований будущего пользователя системы.

2) Составление технического задания.

3) Непосредственное создание АРМ. Настройка технического обеспечения задачи, установка необходимого программного обеспечения, отладка постпроцессора под конкретную систему ЧПУ.

4) Тестирование отлаженного постпроцессора. Создание управляющей программы, проверка ее работоспособности на станке с ЧПУ «в холостую» (без соприкосновения инструмента с заготовкой).

5) Доработка системы в случае возникновения ошибок в синтаксисе управляющей программы.

6) Разработка документации.

1.5 Анализ существующих разработок и обоснование выбора технологии проектирования системы

Методологии, технологии и инструментальные средства проектирования (CASE-средства) составляют основу проекта любой информационной системы (ИС). Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов жизненного цикла проекта.

Технология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:

- пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;

- критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;

- нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы.

Технологические инструкции, составляющие основное содержание технологии, должны состоять из описания последовательности технологических операций, условий, в зависимости от которых выполняется та или иная операция, и описаний самих операций.

CASE (Computer-Aided Software Engineering) -- набор инструментов и методов программной инженерии для проектирования программного обеспечения, который помогает обеспечить высокое качество программ, отсутствие ошибок и простоту в обслуживании программных продуктов. Также под CASE понимают совокупность методов и средств проектирования информационных систем с использованием CASE-инструментов [20].

Преимущества CASE-средств:

1) Улучшенное качество созданного ПО за счет средств автономного контроля.

2) Позволяют создавать прототипы будущих ИС, за счет чего возможно оценить ожидаемый результат на разных этапах.

3) Ускоряют процессы проектирования и разработки.

4) Поддерживают сопровождение разработки.

5) Поддерживает технологию повторного использования компонентов разработки.

Исходя из вышесказанного, проектирование системы будет осуществляться с использованием CASE-средств.

1.6 Обоснование проектных решений

1.6.1 По информационному обеспечению

Информационное обеспечение (ИО) -- предоставление информации, необходимой для осуществления какой-либо деятельности, оценки состояния чего-либо, совершенствования чего-либо. Основными требованиями, предъявляемыми к ИО, являются: полнота, достоверность, адресность, оперативность предоставления информации [22].

Для реализации поставленных задач информационное обеспечение должно содержать следующие сведения:

- на стадии отладки постпроцессора: техническая документация на станок и устройство ЧПУ;

- на стадии формирования и редактировании УП: конструкторская документация на изделие, операционные и маршрутные карты, описание инструмента и приспособлений станка.

Техническая документация на устройство ЧПУ содержит: руководство по техобслуживанию, руководство по программированию, руководство по эксплуатации системы ЧПУ. Данная документация рассматривает вопросы введения в эксплуатацию, самостоятельного ознакомления с ЧПУ Fanuc 0i-МС, особенности работы на токарных и фрезерных станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах. Особое место среди перечня руководств занимает руководство по программированию, именно эта документация необходима для отладки постпроцессора.

Техническая документация на фрезерный обрабатывающий центр содержит: паспортные данные станка, описание особенностей кинематики движения инструментов, схему станка и описание инструмента и приспособлений станка. Данные документы необходимы как для отладки постпроцессора так и для формирования УП.

Конструкторская документация- документ, который отдельно или в совокупности с другими документами определяет конструкцию изделия и содержит необходимые в общем случае данные для разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта изделия. На стадии формирования УП это будет чертеж на готовое изделие [10].

Маршрутная карта- краткое содержание операций, без указания установок, переходов и режимов резания. В карте указываются данные по материалу детали, виду и массе заготовки, оборудованию, технологической оснастке, разряду работы, нормам времени.

Операционная карта- содержит все переходы обработки детали с указанием приспособлений, режущих и измерительных инструментов режимов резания и норм времени. Обработку детали следует производить соответственно указанным в карте данным. Этот вид документов составляется технологом-программистом для дальнейшей работы оператора [11].

1.6.2 По техническому обеспечению

Техническое обеспечение (ТО) -- совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства) [22].

Для решения поставленной задачи, прежде всего, необходимо наличие у технолога-программиста персонального компьютера, который будет отвечать определенным требованиям, устройств ввода-вывода и носителя информации, который позволит передавать УП на стойку станка с ЧПУ.

Требования, предъявляемые к ПК технолога-программиста:

- оперативная память не менее 1 Гб;

- виртуальная память от 4 Гб;

- процессор IntelCore или аналог;

- операционная система WindowsXP или Windows 7.

Для создания АРМ будет использоваться рабочее место техническо-конструкторского отдела и уже имеющееся в нем вычислительное оборудование, которое соответствует заданным требованиям:

1) Персональный компьютер. Характеристики: процессор- Intel ® Core ™ i5-3570 CPU @ 3.40 GHz, установленная память (ОЗУ)-16 Гб, тип системы- 64-х разрядная операционная система.

2) Устройства ввода: клавиатура, мышь, сканер.

3) Устройства вывода: мониторAcer 23 дюйма, принтер, плоттер, модем -- для связи по телефонной линии.

4) Носитель информации- РСМСIА-АТА Сard, емкостью 1 Гб, максимальная скорость записи 19 Мб/с, максимальная скорость чтения 20 Мб/с.

Вертикальный фрезерный обрабатывающий центр FULLANDFMC-1000 с устройством ЧПУ FANUC 0i-MC, на который будет передаваться информация, входит в состав станков цеха нестандартного оборудования данного предприятия.

1.6.3 По программному обеспечению

Программное обеспечение (ПО) - совокупность программ, хранящихся на всех устройствах долговременной памяти компьютера.

Подразделяется на общесистемное и прикладное:

- прикладное ПО - относятся компьютерные программы, написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы. Реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для решения конкретных задач.

- общесистемное ПО - это комплекс программ, которые обеспечивают управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой - приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и так далее [22].

1. Общесистемное ПО

На ПК технолога-программиста уже была установлена операционная система Windows 7 Максимальная. Данная система основана на интуитивно понятных принципах, позволяет легко переключаться с задачи на задачу и осуществлять обмен информацией между ними. Так как система используется и на других компьютерах предприятия, то обучение персонала не требуется.

2. Прикладное ПО

Современный рынок информационных технологий в области CAD/CAM систем обладает большим количеством достойных предложений постоянно конкурирующих между собой. На рисунке 1.3 представлен анализ рынка САМ систем за 2011 год [26].

Рисунок 1.3 - Рейтинг САМ-систем по числу проданных в промышленность рабочих мест

В связи с этим был сформулирован ряд требований, по которым анализировались различные САМ-системы:

- стоимость/эффективность;

- понятный и удобный интерфейс;

- модифицируемость ПО (удобная настройка постпроцессоров);

- гибкость системы [12].

Сравнивались такие системы как FeatureCAM разработка компании Delcam, SprutCAM система российской фирмы «СПРУТ» и NXCAM программное решение компании Siemens PLM Software.

Краткий анализ систем:

- FeatureCAM

Плюсы системы: увеличивает производительность/скорость удаления металла, есть контроль нагрузки на инструмент, удобный импорт файлов форматов IGES, DWG и DXF, быстрое создание траекторий обработки благодаря системе диалоговых окон с пошаговыми инструкциями.

Минусы системы: малофункциональная - обработка сложный фасонных поверхностей практически не возможна без дорисовки модели, плохо воспринимает импортированные модели деталей для многоосевой обработки, неудобная отладка постпроцессора.

- SprutCAM

Плюсы системы:понятный интерфейс программы, по сравнению с зарубежными аналогами-недорогой программный продукт, есть возможность составить свою базу инструмента.

Минусы системы:малый функционал системы, для обработки сложных деталей.

- NXCAM

Плюсы системы: понятный интерфейс программы, удобная отладка постпроцессоров (встроенная утилита PostBuilder), хорошее решение для обработки сложных поверхностей, гибкая система.

Минусы системы: дорогой программный продукт, в стандартном пакете 3х осевой фрезерной обработки нет заготовок на круглые детали.

В результате проведенного анализа была выбрана разработка компании SiemensPLMSoftware - NXCAM. Выбор объясняется тем, что на фрезерном станке с системой ЧПУ обрабатываются сложные фасонные детали, а этот программный продукт легко справляется с такой задачей. Так же NXCAM отличается удобной отладкой постпроцессора и интуитивно понятным интерфейсом.

Второй программный пакет, который будет установлен на ПК технолога-программиста это система Компас 3D-V11. Разработка российской компании «Аскон». Программа Компас-3D позволяет моделировать объекты за относительно короткое время и быстро запускать проекты в производство.

Система Компас-3D позволяет быстро оформить технологическую и конструкторскую документацию, полностью передать геометрию объекта в расчетные пакеты и пакеты, которые используют ЧПУ. Компас-3D является системой трехмерного моделирования твердых тел, модулем по проектированию спецификаций и чертежно-графическим редактором [23].

Данная система необходима технологу-программисту для анализа данных о трехмерной модели, разработанной инженером-конструктором и для последующей обработки ее в САМ-системе.

Выбор данного программного продукта основывается на том, что конструкторский отдел предприятия работает в этой программе 3D проектирования и нецелесообразно устанавливать другую CAD-систему при создании АРМ.



2. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Техническое обеспечение АРМ

2.1.1 Модель информационных потоков и ее описание

Автоматизированное рабочее место в виде DFD диаграммы взаимосвязей входных, промежуточных и результатных информационных потоков и процессов обработки данных представлено на рисунке 2.1.

Диаграмма потоков данных (Data Flow Diagrams -- DFD) представляет собой иерархию функциональных процессов, связанных потоками данных. Цель такого представления -- продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

Основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

- внешние сущности;

- процессы;

- накопители данных;

- потоки данных.

Внешняя сущность представляет собой материальный объект или физическое лицо, являющиеся источником или приемником информации. Определение некоторого объекта или системы в качестве внешней сущности указывает на то, что она находится за пределами границ анализируемой системы. В процессе анализа некоторые внешние сущности могут быть перенесены внутрь диаграммы анализируемой системы, если это необходимо, или, наоборот, часть процессов может быть вынесена за пределы диаграммы и представлена как внешняя сущность.

Внешняя сущность обозначается квадратом, расположенным над диаграммой и бросающим на нее тень для того, чтобы можно было выделить этот символ среди других обозначений.

Для данной системы внешними сущностями являются конструкторское бюро и станок с системой ЧПУ.

Рисунок 2.1- Информационная модель в виде DFD диаграммы

Процесс представляет собой преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом. Процессом в данной системе служит создание АРМ технолога-программиста по подготовке управляющих программ.

Накопитель данных -- это устройство для хранения информации, которую можно в любой момент поместить в накопитель и через некоторое время извлечь, причем способы помещения и извлечения могут быть любыми. Накопитель данных может быть реализован физически в виде микрофиши, ящика в картотеке, таблицы в оперативной памяти, файла на магнитном носителе и т.д. Накопитель данных на диаграмме 2.2 представлен в виде Flash-накопителя.

Поток данных определяет информацию, передаваемую через некоторое соединение от источника к приемнику. Поток данных на диаграмме изображается линией, оканчивающейся стрелкой, которая показывает направление потока. Каждый поток данных имеет имя, отражающее его содержание. В АРМ технолога-программиста входящие потоки данных о детали будут передаваться по локальной сети предприятия, исходящие-через Flash-накопитель [28].

После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами декомпозиции. Диаграммы декомпозиции содержат родственные работы, т.е. работы, имеющие общую родительскую работу. После декомпозиции диаграммы проводится декомпозиция каждого большого фрагмента системы на более мелкие до достижения нужного уровня подробности описания системы.

В декомпозиции диаграммы показаны основные работы, которые выполняются для осуществления деятельности технолога-программиста (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2- Декомпозиция диаграммы

2.1.2 Функции и назначения отдельных аппаратных компонентов АРМ

Аппаратное обеспечение -- электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обрабатывает). Аппаратное обеспечение включает: компьютеры и логические устройства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы [22].

В данной работе применялись следующие аппаратные компоненты:

1) Персональный компьютер на базе операционной системы Windows 7 Максимальная, служит для установки необходимых программных продуктов, настройки постпроцессора и создания управляющей программы. Технические характеристики описаны в пункте 1.4.1 данного дипломного проекта.

2) Вертикальный фрезерный обрабатывающий центр FULLANDFMC-1000 с устройством ЧПУ FANUC 0i-MC.

В комплектацию станка входит: система ЧПУ FANUC 0i-MC; литые базовые конструкции станка, чугун FC-30; закаленные шлифованные направляющие скольжения осей X, Y, Z; шпиндель с максимальной скоростью вращения 8000 об/мин; высокомоментный двигатель привода шпинделя FANUC; высокомоментные двигатели приводов подач линейных осей FANUC; встроенный датчик резьбонарезания; нарезание резьбы без компенсационного патрона; устройство автоматической смены инструмента; система обдува конуса шпинделя при каждой смене инструмента; кабинетная защита зоны резания; многорядный шнековый конвейер для отвода стружки из зоны резания; система охлаждения зоны резания; многорядный шнековый контейнер для отвода стружки из зоны резания; электрошкаф с теплообменником; галогенная лампа освещения зоны резания; лампа-указатель работы станка; центральная система смазки. В таблице 2.1 представлена характеристика станка FULLANDFMC-1000.

Таблица 2.1

Техническая характеристика станка FULLANDFMC-1000

Характеристика	Параметры
Размеры рабочей поверхности стола, мм	1200х510
Рабочее пространство, мм	1050х510
Максимальная нагрузка, кг	800
Рабочее перемещение по: оси Х, мм оси Y, мм оси Z, мм	1000 610 610
Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола, мм	130ч740
Максимальная скорость вращения шпинделя, об/мин	8000
Внутренний конус, размер	ВТ40
Максимальный крутящий момент ( при 1500об/мин), Нм	70
Скорость быстрых перемещений по осям X, Y, Z, мм/мин	20000/15000
Диапазон рабочих подач, мм/мин	1ч5000
Передаточное отношение	1:1
Максимальная подача в ручном режиме перемещений узлов станка, мм/мин	1260
Емкость бака СОЖ, л	200
Количество инструментальных мест в магазине	16
Максимальная длина устанавливаемого инструмента, мм	250
Максимальный вес инструмента, кг	6

На станке происходит непосредственная фрезерная обработка детали. Внешний вид станка представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Внешний вид станка FULLANDFMC-1000

Система управления FANUC 0i-MC. Внешний вид представлен на рисунке 2.4. Данная система управления является современной и полностью удовлетворяет всем требованиям фрезерной обработки.

Рисунок 2.4-Внешний вид FANUC 0i-MC

Для приема и передачи данных существует несколько возможностей:

- Порт RS-232. К нему может подключаться любое устройство, имеющее этот порт и соответствующее программное обеспечение. Другое устройство, созданное специально для станков с ЧПУ-DNCterminal. Он служит промежуточным накопителем данных между станком и компьютером. Программы сначала скачиваются из компьютера в терминал, а потом из терминала в ЧПУ. Для связи по этому протоколу используется специальный кабель.

- Слот PCMCIA. Через него работает накопитель на Flash памяти. Это может быть карта соответствующего стандарта, либо переходник PCMCIA - CompactFlash.

Управляющая программа передается на стойку станка через слот PCMCIA. Так как станок с системой ЧПУ один в станочном парке предприятия создавать сеть, используя порт RS-232, является нецелесообразным.

2.2 Программное обеспечение АРМ

2.2.1 Общие положения

Для того чтобы создать эффективную систему подготовки управляющих программ для технолога-программиста необходимо проведение анализа ее функционального набора и сопоставление ее целям предприятия. На основе этого анализа строиться дерево функций системы.

Дерево функций - иерархически упорядоченная совокупность функций, которые призвана автоматизировать разрабатываемая система.

При этом можно выделить и детализировать два подмножества функций:

- служебные функции;

- основные функции.

Дерево функций представлено на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5- Дерево функций АРМ

Следующим этапом является построение дерева целей системы.

Дерево целей - это графическое изображение связи между целями и средствами их достижения, построенное по принципу дедуктивной логики и с применением эвристических процедур.

Дерево целей позволяет представить полную картину взаимосвязей будущих событий вплоть до получения перечня конкретных задач и получить информацию об их относительной важности. Оно обеспечивает работу по доведению целей до непосредственных исполнителей путем построения соответствия между организационной структурой управления и структурой целей.

При построении дерева целей используются такие их свойства, как соподчиненность, развертываемость и соотносительная важность.

- Соподчиненность целей обусловливается иерархическим построением производственных систем, а также наличием иерархии по времени и важности (значимости).

- Развертываемость состоит в том, что каждая цель данного уровня делится на подцели более низкого уровня. Например, цели промышленного предприятия развертываются в цели цехов и других подразделений, цели цеха -- в цели участков.

- Соотносительная важность целей заключается в том, что цели одного и того же уровня имеют различное значение для достижения цели более высокого уровня. Это позволяет ранжировать цели по степени важности, количественно определять их соотносительную важность через коэффициент значимости.

Построение дерева целей начинается с формирования главной цели. Каждую цель более высокого уровня можно представить как самостоятельную систему, включающую в себя цели более низкого уровня (подцели) как ее элементы. При этом необходимо установить полный состав подцелей. Цель второго уровня может быть расчленена на цели третьего и последующих уровней. Признаком завершения построения дерева целей является формулировка таких целей, которые дальше не расчленяются и дают конечные результаты, определенные главной целью [29]. Дерево целей АРМ представлено на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Дерево целей АРМ

2.2.2 Описание программных продуктов

Чтобы автоматизировать процесс получения управляющих программ для станка с системой ЧПУ необходимо установить следующее программное обеспечение.

Компас-3DV14

Система проектирования Компас-3D (рисунок 2.7) разработана российской компанией «Аскон». Программа Компас-3D позволяет моделировать объекты за относительно короткое время и быстро запускать проекты в производство. Это стало возможным благодаря большим возможностям программы.

Система Компас-3D позволяет быстро оформить технологическую и конструкторскую документацию, полностью передать геометрию объекта в расчетные пакеты и пакеты, которые используют ЧПУ. Кроме этого программа позволяет создавать дополнительные изображения деталей, которые могут понадобиться при составлении каталогов и другой документации. Компас-3D является системой трехмерного моделирования твердых тел, модулем по проектированию спецификаций и чертежно-графическим редактором.

Целью работы системы трехмерного твердотельного моделирования является создание трехмерных моделей изделий и объектов, сборочные единицы с оригинальными и конструктивными элементами. Эта система позволяет получать модели изделий из ранее спроектированных. Модуль проектирования спецификаций используется с компонентами системы проектирования Компас-3D и позволяет создавать различные спецификации к ведомости проектов, к графической документации и различными табличными документами. Есть возможность связывать документ-спецификацию со сборочным чертежом, или трехмерной моделью.

Система проектирования Компас-3D имеет адаптированный интерфейс для создания проектов в строительной и машиностроительной области. Программа Компас-3D является отличным аналогом зарубежных программ системы САПР [23].

Для работы потребуется установить пакет машиностроительной конфигурации, и ряд библиотек: «Стандартные изделия» (крепеж, детали, узлы и конструктивные элементы), библиотека «Материалы и сортаменты», библиотека «Пружины».

Рисунок 2.7- Система КОМПАС-3DV14

UGS NX CAM 8.5

Проверенное временем решение, повышающее отдачу от использования станков с ЧПУ от мирового лидера в разработке программного обеспечения Siemens PLM Software.

Генератор ЧПУ программ включает правила обработки, предназначенные для создания программ при минимальном участии инженера. Полученную траекторию инструмента можно отредактировать в графическом или текстовом режиме, после чего просмотреть изменения в обрабатывающей программе на всей траектории или только на выбранном участке, изменяя скорость и направление движения. Встроенная утилита Post Builder (генератор постпроцессора) позволяет создавать постпроцессоры с применением интуитивно понятного графического интерфейса, работающего по принципу «drag and drop» [18]. Внешний вид программы представлен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Программа UGS NX

Unigraphics основан на ядре - PARASOLID, которое поддерживает SMP (многопроцессорное аппаратное обеспечение) и включает множество объектно-ориентированных функций для приложений под управлением Windows NT, UNIX, и LINUX. Функциональные возможности Parasolid включают более 800 объектов на основе функций, включающие создание моделей, утилиты запросов и редактирования, прикладные функции высокого уровня. Parasolid также обеспечивает поддержку визуализации и графических средств, включая линии невидимого контура, структурные схемы страниц, чертежи и запросы данных модели [24].

На ПК технолога-программиста необходимо установить базовый модуль NX для подготовки производства (САМ), модуль трех осевой фрезерной обработки.

2.2.3 Постпроцессор

Постпроцессор - это программный модуль, предназначенный для преобразования управляющей траектории, сформированной CAM-системой, в управляющую программу для конкретного станка с ЧПУ с учетом особенностей его кинематики.

Исходной информацией для получения программы обработки на станке с ЧПУ является геометрия детали определенная на проектно-конструкторском этапе. Затем при создании управляющей программы для станка с ЧПУ технолог-программист пользуется CAM-системой. Система генерирует файл, содержащий информацию о положении, траектории инструмента, режимы резания и другие технологические параметры. Далее вступает в работу постпроцессор, который обрабатывает эти данные и формирует управляющую программу для определенного станка.

Для удобства настройки постпроцессора на конкретный станок, постпроцессор разделен на две части: постпроцессирующий модуль и шаблон постпроцессора.

Постпроцессирующий модуль (Postexecutable) это исполняемый файл (.EXE или .DLL в Windows), который запускается при старте постпроцессора. Он загружает управляющую траекторию, полученную из CAM-системы, и используя шаблон постпроцессора генерирует управляющую программу.

Шаблон постпроцессора (Postcustomizationscript) содержит инструкции, сообщающие постпроцессирующему модулю, как обрабатывать управляющую траекторию и генерировать программу. Именно шаблон постпроцессора и является настройкой на конкретный станок, и именно он и называется постпроцессором [30]. В UGNX шаблон состоит из трех файлов с расширениями .PUI, .TCL, .DEF. Описание файлов:

- .PUI - файл проекта редактора постпроцессоров PostBuilder. Для работы самого постпроцессора UGPost он не нужен. Если этого файла нет, постпроцессор можно редактировать только обычным текстовым редактором, PostBuilder без PUI-файла его не откроет.

- .TCL - текстовый файл, в котором содержатся обработчики событий, которые генерирует UGPost. Обработчики пишутся в виде функций на языке программирования TCL.

- .DEF - текстовый файл описания форматов и шаблонов блоков. Эти описания используются системными функциями постпроцессора UGPost для вывода результирующего кода управляющей программы.

Для того чтобы облегчить разработку шаблона постпроцессора, многие современные постпроцессоры предлагают специальный редактор постпроцессоров, который часто и называют "Генератором постпроцессоров" (Post-ProcessorGenerator).

Генератор постпроцессоров (PostProcessorGenerator) - это редактор, в котором разработчик может выбрать тип станка, задать различные опции и параметры, на основе которых редактор «сгенерирует» постпроцессор. Это может быть как новый постпроцессор, так и модифицированный существующий постпроцессор.

Генераторы постпроцессоров разрабатываются, как правило, к конкретным CAM и строятся на базе унифицированной структуры постпроцессора при использовании достаточно мощной библиотеки универсальных модулей. Дополнительная группа модулей генерируется системой в виде исходных текстов программ. Оставшиеся модули разрабатываются вручную с учетом требований, предъявляемых унифицированной структурой постпроцессора [31]. Принцип работы генератора постпроцессора представлен на рисунке 2.8.