Повышение эффективности функционирования гибких производственных ячеек и модулей на основе высокого уровня их информационного обеспечения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Дильман, Аркадий Михайлович

• Дильман, Аркадий Михайлович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дильман, Аркадий Михайлович

СОДЕРЖАНИЕ.

1. ВВЕДЕНИЕ.

2.ГЛАВА 1: АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ ГИБКОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МОДУЛЯ (ЯЧЕЙКИ) С ПОЗИЦИЙ ИХ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ.

2.1 Организация управления в ГПЯ.

2. 1. 1 Структура ГПЯ.

2.1.2 Организация управления ГПЯ.

2.1.3 Система ЧПУ как управляющая часть ГПЯ.

2.2 Математическое обеспечение ГПЯ.

2.2.1 Задачи управления, решаемые в рамках архитектуры ЧПУ.

2.2.2 Требования, предъявляемые к системе, работающей в реальном времени.

2.3 Организация управления на основе архитектуры ВОС.

2.3.1 Концепция взаимодействия открытых систем.

2.3.2 Протокол автоматизации производства MAP.

2.3.3 Коммуникации для управления технологическим процессом.

2. 4 Выводы, постановка цели и задач исследования.

3. ГЛАВА 2: РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИЕЙ И АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ КООРДИНАТОРА РАБОТЫ ГПЯ.

3.1 Принципы организации человеко-машинного интерфейса.

3.1.1 Роль человеко-машинного интерфейса в системе управления ГПЯ.

3.1.2 Методика проектирования человеко-машинного интерфейса ГПЯ.

3.1.3 Критерии оценки качества человеко-машинных систем.

3.2 Разработка структуры системы управления информацией ГПЯ.

3.3 Концепция программной структуры системы управления информацией при управлении технологическими процессами.

3.3.1 Представление системы управления информацией в виде иерархического дерева.

3.3.2 Управление элементами доступа к технологическому процессу.

3.3.3 Организация удаленного доступа к ГПЯ.

3.3.4 Построение графической среды информационных систем.

3.4 Выбор программно-аппаратной структуры системы при управлении технологическими процессами.

3.4.1 Реализация коммуникационных взаимосвязей.

3.4.2 Осуществление связи с системами управления информацией ГПЯ.

3.5 Использование системы управления информацией для повышения эффективности функционирования.

3.6 Выводы.

4. ГЛАВА 3: ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГПЯ.

4.1 Использование современных промышленных технологий в ГПЯ.

4.2 Использование средств модульного обеспечения (СОМ/БСОМ) для задачи повышения уровня внутренней интеграции ГПЯ.

4.2.1 Компонентная объектная модель применительно к ГПЯ.

4.2.2 Распределенная компонентная модель применительно к ГПЯ.

4.2.3 Технологии компонентной модели и удаленный доступ к ГПЯ.

4.3 Использование технологии ОРС в ГПЯ.

4.3.1 Серверы ОРС.

4.3.2 Спецификации ОРС.

4.3.3 ОРС-группа.

4.3.4 ОРС-тэги.

4.3.5 Работа ОРС-сервера и ОРС-клиента в программной конфигурации ГПЯ.

4.4 Выводы.

5. ГЛАВА 4: ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ПРОГРАММНЫХ И АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГПЯ В УСЛОВИЯХ

СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА.

5.1 Постановка задачи.

5.2 Внедрение системы управления информацией на уровне производства.

5.2.1 Передача иуправление данными УЧПУ.

5.2.2 Учет времени работы станка и простоях оборудования.

5.2.3 Организация проведения работ по технологическому обслуживанию станка.

5.2.4 Удаленная диагностика с помощью почтового сервера.

5.3 Выводы.

6. ВЫВОДЫ.

7. ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности функционирования гибких производственных ячеек и модулей на основе высокого уровня их информационного обеспечения»

Постоянные требования к увеличению качества производимой продукции в машиностроении приводят к усложнению задач управления станками и другим промышленным оборудованием. В результате усложняются существующие программные конфигурации, и к ним предъявляются новые требования. К этому же подталкивает существенный прогресс в развитии аппаратных средств, который создает предпосылки для решения качественно новых задач на программном уровне.

Анализ архитектуры гибкой производственной ячейки (ГПЯ) и организации взаимодействия аппаратно-программных средств, составляющих ее основу, показывает, что сегодня существуют следующие проблемы:

• в состав ячейки входят разнородные системы управления (СУ), поддержание диалога между которыми вызывает определенные трудности;

• отсутствует системный подход к получению данных о функционировании оборудования и их последующей обработки. Следовательно, затруднительно определить, насколько эффективно функционирует оборудование;

• присутствие в ГПЯ вычислительной и технологической составляющих, информационного и материального потоков усложняют управление этой системой. Практика построения интегрированных систем показала, что реализация протокола автоматизации производства MAP (manufacturing automation protocol) дорога и громоздка; кроме того, он не охватывает всех уровней интеграции, например, нижних уровней устройств типа программируемых контроллеров, следящих приводов и др.

• отсутствует единый механизм, позволяющий усовершенствовать организацию производства.

В результате анализа было выявлено, что при общей разрозненности и геторогенности распределенных систем ГПЯ отсутствует единая системная организация информационных процессов. Поэтому, тема диссертации направленная на повышение эффективности работы гибких производственных ячеек на основе высокого уровня их информационного обеспечения, является актуальной.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• разработана архитектура и принципы построения системы управления информацией работы ГПЯ с использованием современных промышленных технологий;

• разработаны способы интеграции в заводскую сеть получаемых на прикладном уровне данных; предложена методика внедрения современных информационных технологий на уровень ГПЯ (ГПМ);

• предложена методика последующего анализа результатов для оптимизации производственного процесса.

Практическая ценность полученных результатов состоит в разработке методики интеграции гетерогенного оборудования ГПЯ, организации его информационного взаимодействия с обработкой данных, которая позволяет: сократить время простоев оборудования, выявить узкие места в его работе, снизить затраты на передачу и хранение информационных данных, корректно организовать проведение сервисных работ и работ по техобслуживанию оборудования.

Работа выполнена в МГТУ «СТАНКИН» на кафедре компьютерных систем управления, при научной консультации профессора д.т.н. Сосонкина В.Л. и доцента д.т.н. Мартинова Г.М.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Дильман, Аркадий Михайлович

6. Выводы.

1. Отсутствие единого механизма интеграции гетерогенных систем на уровне ГПЯ приводит к неэффективности их работы и необоснованной дороговизне внедрения существующих систем автоматизации для производства.

2. Предложенное в работе решение по управлению данными ЧПУ позволяет снизить затраты на передачу, организацию структурного хранения и архивирование данных; упрощает программистам-технологам доступ к информации заводского оборудования. За счет интеграции сети время передачи объемных по размеру файлов значительно сокращено. Программная реализация функций прямого доступа к оборудованию делает ненужным применение специализированных аппаратных терминалов ввода-вывода данных и программаторов для станков с последовательным интерфейсом, применяемых ранее.

3. Своевременный сбор и анализ данных производства повышает прозрачность работы технологического оборудования и служит инструментом повышения эффективности его работы. Получение данных позволяет определить точные фактические показатели работы оборудования, осуществить последующий их анализ и вычислить потенциал работы. Мониторинг работы оборудования предоставляет оперативную картину функционирования производства в реальном времени. Хранение и анализ архивов позволяет учитывать рабочие тенденции производства на весь период его функционирования и предпринимать превентивные меры, находить и устранять причины неисправностей, определять слабые места в работе комплекса технологических объектов.

4. Применение средств автоматизации при обслуживании станка служит предпосылкой для повышения времени надежной работы оборудования, снижения его износа. Оператор станка получает четкие инструкции по проведению сервисных работ, касающихся технического обслуживания и прописанных регламентом, предоставляемым производителями станков. Автоматизация проведения технического обслуживания позволяет избежать ведения «на бумаге» статистики по подсчету времени для выполнения очередного профилактического мероприятия, - статистика введется корректно при помощи коммуникации между программным обеспечением и логической задачей системы ЧПУ. Обеспечивается возможность координации выполнения сервисных работ специалистами разного профиля. Из этого вытекает общее повышение долговечности работы оборудования.

5. Удаленная диагностика оборудования снижает время проведения ремонтно-сервисных работ, и позволяет производителю станка или службе сервиса более оперативно и качественно реагировать на возникающие аварийные ситуации.

6. По все группам решенных задач существует возможность расширения решений за счет открытых интерфейсов управления и применения современных информационных технологий.

7. Основные сокращения и обозначения.

Аббревиатура Расшифровка

Автоматизированная система АСУТП управления технологическим процессом

БД База данных

ВОС Взаимосвязь открытых систем

ГПМ Гибкий производственный модуль

ГПЯ Гибкая производственная ячейка

ЛВС Локальная вычислительная сеть

МО Математическое обеспечение

ООП Объектно-ориентированное программирование

ОСРВ Операционная система реального времени

ПЛК Программируемый логический контроллер

ПМО Программно-математическое обеспечение

РВ Реальное время

СОЖ Смазочно-охлаждающая жидкость

СВР Система реального времени

СУ Система управления

УЧПУ Устройство числового программного управления

ЭВМ Электронно-вычислительная машина

Аббревиатура Расшифровка Эквивалент в русской терминологии

API Application Programming Интерфейс прикладных

Interface программ

CNC

Computer Numerical Control

Компьютерное числовое

COM Component Object Model

DCOM Distributed Component Object

Model

DLL Dynamic Link Libraries

HMI Human Machine Interface

MMS Manufacturing Message

Specification

NC Numerical Control

PC Personal Computer

PCNC Personal Computer Numerical

Control

RPC Remote Procedure Calls

VMD Virtual Machine Device программное управление - ЧПУ Модель компонентных объектов

Распределенная модель компонентных объектов

Динамически подключаемая библиотека

Человеко-машинный интерфейс

Служба производственных сообщений

Программное управление

Персональный компьютер

Персональная система ЧПУ

Процедура удаленных вызовов

Виртуальное производственное устройство

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дильман, Аркадий Михайлович, 2007 год

1. Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления// М., Мир, 2001.

2. Соломенцев Ю.М., Сосонкин B.JI. Управление гибкими производственными системами // М., Машиностроение, 1988.

3. Городецкий М.С., Сулейманов И.У. Системы управления гибкими производственными модулями // М., НИИМАШ, 1983, 72с.

4. Иванов А., Золотарев С. Построение АСУ ТП на базе концепции открытых ситем // Мир ПК. 1998. №1.

5. Сосонкин B.JI. Программное управление технологическим оборудованием. М., Машиностроение, 1991. 512с.

6. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ // М., Издательство Бином, 1998. 560с.

7. Соломенцев Ю.М., Сосонкин B.JI., Мартинов Г.М. Построение персональных систем ЧПУ (PCNC) по типу открытых систем управления //Информационные технологии и вычислительные системы. 1997. №3. С. 68-76.

8. Сосонкин B.JI. Концепция системы ЧПУ на основе персонального компьютера (PCNC) // Станки и инструмент. 1990, №11, с.9-14.

9. Сосонкин B.JI., Мартинов Г.М. Современное представление об архитектуре систем ЧПУ типа PCNC // Автоматизация проектирования .1998. №3(9), с.35-39

10. Сосонкин В. JL, Мартинов Г. М. Тенденции развития архитектуры и математического обеспечения систем ЧПУ // Стружка. 2006. №4. С. 2630.

11. Фролов Е.Б. Адаптивное управление режимами работы ГПС // Интегрированное проектирование в условиях ГПС электронного машиностроения. М., МИЭМ, 1988. С. 108-116.

12. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация диагностической задачи управления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2001. №3. С. 2-6.

13. З.Мартинов Г.М., Сосонкин B.JL Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация терминальной задачи // Мехатроника, автоматизация, управление. 2001. №4. С. 2-8.

14. Н.Сосонкин B.JL, Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация логической задачи управления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2001. №2. С. 3-7.

15. Мартинов Г.М., Сосонкин B.JL Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация геометрической задачи // Мехатроника, автоматизация, управление. 2001. №1. С. 9-15.

16. Толковый словарь по вычислительным системам/Под ред. В. Илленгуорта и др. //М., Машиностроение, 1989.

17. Сорокин С. А. Системы реального времени // СТА. 1997, №2, с. 22-29

18. Шалунов С. ОС Hurd разработка FSF на основе микроядра. Открытые системы // 1997. №3, С. 22-27.

19. Володин С.В., Макаров А.Н., Утрихин Ю.Д., Фараджаев В.А. Общесистемное проектирование АСУ реального времени // М. 1984

20. Мартинов Г.М., Сосонкин B.JL Концепция числового программного управления мехатронными системами: проблема реального времени // Мехатроника, автоматизация, управление. 2000. №3. С. 37-40.

21. Сосонкин B.J1. От открытой архитектуры к открытому управлению // Автоматизация и управление в промышленности. 2002. №20.

22. Фролов Е.Б. Система оперативного планирования диспетчерского контроля и управления для цеха механообработки на базе ПЭВМ IBM PC // Конференция «Новые технологические процессы в механической обработке». Одесса, 1992 .

23. ISO 9126:1991. ИТ. Оценка программного продукта. Характеристики качества и руководство по их применению.

24. Место систем отображения информации в АСУ реального времени // М., 1984.

25. Пароджанов В. Д. Как улучшить работу ума// М., Радио и Связь. 1998.

26. Сосонкин B.JI., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: интеграция на основе открытого управления и стандарта ОРС //Мехатроника, автоматизация, управление.2003. №8. С. 12-18.

27. Мартинов Г. М., Сосонкин В. JI. Принципы построения удаленных терминалов ЧПУ для мехатронных систем // Автотракторное электрооборудование. 2004. №1-2. С. 29-32.

28. Мартинова Л.И., Мартинов Г.М. Практические аспекты реализации модулей открытой системы ЧПУ // Автотракторное электрооборудование,2002. №3. С. 31-37.

29. Куцевич И.В., Григорьев А.Б. Стандарт ОРС путь к интеграции разнородных систем // Мир Компьютерной автоматизации, №1,2000.

30. Чеппел Д. Технологии ActiveX и OLE // М., Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd», 1997.

31. Рофейл Э., Шохауд Я. СОМ и СОМ+. Полное руководство // Киев, Век+, 2000.

32. Рождерсон Д. Основы СОМ // М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd», 1997.

33. Дильман A.M. Повышение уровня информационного обеспечения гибких производственных модулей // Сборник докладов Международной конференции «Информационные средства и технологии». Москва, 2002. - Том 3. - С. 142-145.

34. Дильман A.M. Применение современных промышленных технологий для повышения уровня информационного обеспечения гибких производственных ячеек // Объединенный научный журнал. Москва,2003.-№5.-С. 90-92.

35. Дильман A.M. Анализ возможности применения SCADA-системы для управления гибкими производственными ячейками // Объединенный научный журнал. Москва, 2003. - №5. - С. 93-96.

36. Дильман A.M. «Повышение эффективности функционирования промышленного оборудования за счет применения информационной системы для ЧПУ» // Автоматизация в промышленности. Москва, 2006. -№11.-С. 9-10.

37. October 14, 1998, www.opcfoundation.org 46.0PC Data Access Automation Interface Standard Version 1.0, OPC

38. Foundation, February 4,1999, www.opcfoundation.org 47.Sinumerik 840D/840DI/810D. NC program management DNC. Description of

39. Functions. Siemens AG, 2003. 48.Sinumerik 840D/840DI/810D. Machine data management MDA. Descriptionof Functions. Siemens AG, 2003. 49.Sinumerik 840D/840DI/810D. Machine data management MDA. Comissioning

40. Guide. Siemens AG, 2004. 50.Sinumerik 840D/840DI/810D. MDA Machine/Cell/Plant. Alarm and Message

41. Evaluation. User's Guide. Siemens AG, 2004. 51.Sinumerik 840D/840DI/810D. MDA Machine/Cell Machine Evaluations.

42. User's Guide. Siemens AG, 2004. 52.Sinumerik 840D/840DI/81 OD. MDA Machine/Cell Machine Configuration.

43. User's Guide. Siemens AG, 2003. 53.Sinumerik 840D/840DI/81 OD. Preventive Maintenance TPM. Version 1.0.

44. Description of Functions. Siemens AG, 2004. 54.@Event. Manual. Siemens AG, 2002.