Расширение функциональных возможностей системы ЧПУ на основе открытой архитектуры терминальной задачи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Акулин, Дмитрий Александрович

• Акулин, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Акулин, Дмитрий Александрович

СОДЕРЖАНИЕ.

1. ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕРМИНАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ С ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРОЙ.

1.1. Обзор архитектурных решений современных систем ЧПУ.

1.2. Структура терминальной задачи с открытой архитектурой.

1.2.1. Классическое разделение задач управления.

1.2.2. Взаимоотношение между ядром системы ЧПУ и терминальной задачей управления.

1.3. Проблема систематизации АР1-функций систем ЧПУ.

1.4. Цели и задачи исследования.

2. ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА И РОЛИ ТЕРМИНАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ В ОБЩЕЙ АРХИТЕКТУРЕ СИСТЕМЫ ЧПУ.

2.1. Представление о структуре программного обеспечения систем ЧПУ.

2.2. Разработка формальной модели взаимодействия терминальной задачи с ядром системы ЧПУ.

2.3. Распределение АР1-функций по задачам ЧПУ.

2.4 Выводы.

3. ГЛАВА 3. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ТЕРМИНАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ.

3.1. Разработка программного уровня, независимого от типа системы ЧПУ.

3.1.1. Формализация взаимодействия терминальной задачи с ядром ЧПУ путем построения виртуального ядра системы ЧПУ.

3.1.2. Проектирование программной модели виртуального ядра системы ЧПУ на основе компонентного подхода.

3.2. Разработка механизмов, обеспечивающих открытую архитектуру прикладного математического обеспечения терминальной задачи.

3.2.1. Описание механизма инициализационных и конфигурационных файлов

3.2.2. Средства анализа структуры файла, модели интерпретаторов и методы их взаимодействия с интерфейсом.

3.3. Выводы.

4. ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ СПЕКТРА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ТЕРМИНАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ УШРСЫС.

4.1. Система \ZVinPCNC и прикладное программное обеспечение терминальной задачи.

4.2. Разработка структуры инициализационных и конфигурационных файлов

4.2.1. Инициализационные файлы, их структура и применение.

4.2.2. Формализация языка 180-7Ы1.

4.2.3. Структура и применение файлов конфигурации.

4.3. Инструментальные средства создания и редактирования инициализационных и конфигурационных файлов.

4.4. Расширение возможностей ввода управляющих программ.

4.4.1. Интерактивное создания кадров управляющих программ.

4.4.2. Режим обучения системы ЧПУ.

4.5. Дальнейшее повышение функциональных возможностей терминальной задачи за счет анализа контуров деталей.

4.5.1. Анализатор геометрического контура.

4.5.2. Эквидистантный конвертер.

4.6. Выводы.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Акулин, Дмитрий Александрович

6. Выводы

1. Наибольшую роль в расширении функциональных возможностей системы ЧПУ играет характер взаимодействия терминальной задачи с ядром системы ЧПУ.

2. Взаимодействие ядра системы ЧПУ и терминальной задачи осуществляется путем выделения программной платформы, на базе API-функций, структурированной согласно классическим задачам управления. Программная платформа скрывает внутреннюю реализацию специализированных функций системы ЧПУ.

3. Для реализации открытой терминальной задачи необходимы: открытость виртуального ядра системы ЧПУ в составе терминальной задачи; открытость прикладного программного обеспечения терминальной задачи с целью его интеграции, начальной настройки и дальнейшей конфигурации.

4. СОМ-технология фирмы Microsoft предоставляет механизмы, удобные для формализации терминальной задачи и повышения степени её открытости.

5. Применение компонентного подхода позволяет декомпозировать разработку виртуального ядра системы ЧПУ и осуществлять ее параллельно.

6. Механизм конфигурационных файлов реализуем во всех типах прикладного программного обеспечения за счет применения разнообразных программных процессоров, разрабатываемых по схеме стандартных трансляторов.

7. Разработанные в диссертационной работе модели и подходы нашли свое практическое применение в реальных разработках. Модель виртуального ядра системы ЧПУ была использована при реализации режима обучения. Механизмы инициализационных и конфигурационных файлов применялись для настройки графических и функциональных интерфейсов редактора управляющих программ AdvancEd и HMI системы WinPCNC.

8. Механизм подготовки конфигурационных файлов получил мощную поддержку, благодаря разработке и применению специализированного инструмента-конфигуратора (CFGEdit).

9. Механизм интеграции прикладного программного обеспечения (опробованного на базе эквидистантного конвертера и анализатора геометрических контуров) с применением инициализационных файлов доказал свою практическую применимость и неоспоримую полезность.

7. Основные обозначения и сокращения

Аббревиатура

API

САМ

CNC

СОМ

HMI

OEM

OPI

РМАС

PCNC

PLC

SERCOS

Расшифровка

Application Program Interface Computer Aided Manufacturing Computer Numerical Control

Component Object Model Human Machine Interface Original Equipment Manufacturer OEM Program Interface

Programmable Multi-Axes Controller Personal Computer Numerical Control Programmable Logic Control

Serial Real-time Communication System

Эквивалент в русской термналогии

Интерфейс прикладных программ

Систма автоматизированной подготовки производства Компьютерное числовое программное управление — ЧПУ Модель компонентных объектов Интерфейс пользователя Производитель собственного оборудования Программный интерфейс производителя

Программируемый многоосевой контроллер

Персональная система ЧПУ

Прогрммируемый логический контроллер Стек протоколов последовательной сетевой коммуникации в реальном времени

Аббревиатура Расшифровка

ОС Операционная система

ОСРВ Операционная система реального времени ЧПУ Числовое программное управление

5. Заключение

Целью диссертационной работы послужило установление способов и методов, позволяющих за смет открытой архитектуры терминальной задачи повысить функциональные возможности системы ЧПУ. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: формализовать терминальную задачу в целом; произвести анализ функций прикладного программного интерфейса производителей современных системы ЧПУ; на основе этих функций определить механизм взаимодействия компонентов терминальной задачи с ядром системы ЧПУ; определить общие механизмы интеграции покупного прикладного программного обеспечения в структуру системы ЧПУ и на основе установленных моделей и механизмов практически опробовать предложенное решение.

Поставленные задачи были решены следующим образом. Исследование и последующая систематизация API-функций систем ЧПУ согласно классическим задачам управления позволили спроектировать программный компонент, который обеспечивает доступ к ядру системы ЧПУ из компонентов терминальной задачи по стандартным правилам. Правила доступа остаются жесткими, однако функциональность любой системы ЧПУ может быть реализована в полной мере за счет дополнения и расширения компонентов, обеспечивающих доступ к ядру. Покупное прикладное программное обеспечение предлагается интегрировать в состав терминальной задачи на основе механизмов инициализационных и конфигурационных файлов. В том случае, когда программный продукт обладает сложной функциональностью, логично воспользоваться конфигурационными файлами, как наиболее гибкой структурой для хранения информации. Однако данный способ интеграции и последующей настройки требует включать в состав терминальной задачи специализированные блоки, трансляторы, так как для каждой конкретной задачи синтаксис и семантика конфигурационного файла представляет собой совершенно новый язык.

Предложенные решения были реализованы. Для реализации были выбраны наиболее современные и мощные программные технологии фирмы Microsoft. Реализация предложенных решений была успешно использована в российских разработках (система ЧПУ WinPCNC), что доказывает практическую полезность предложенных моделей и демонстрирует реальную возможность расширения функциональных возможностей системы ЧПУ за счет разработки и внедрения новых программных средств, выполненных на основе предложенных в диссертационной работе моделей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Акулин, Дмитрий Александрович, 2004 год

1. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: архитектура систем типа PCNC. // Мехатроника. 2000. №1.

2. Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л. Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация геометрической задачи. // Мехатроника. 2001. №1.

3. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация логической задачи. // Мехатроника. 2001. №2.

4. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: построение межмодульной коммуникационной среды II Мехатроника, 2000, №6.

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

6. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция геометрического ISO-процессора для систем ЧПУ // СТИН, 1994, №7.

7. Акулин Д.А., Математические методы анализа контуров при токарной обработке//Автоматизация и управление в машиностроении, 2001, №18.

8. Аджиев В. Объектная ориентация: философия и футурология II Открытые системы, 1996, №6.

9. Г. Буч Объектно-ориентированное проектирование с примерами приложений на С++ , 2-е изд. /Пер. с англ. / М.: «Издательство Бином», СПб: «Невский диалект», 1998г. с. 560 е., ил.

10. Грис Д. Конструирование компиляторов для цифровых вычислительных машин. Пер. с англ. / М.: Мир. 1975. 544С.

11. ДеннингА. ActiveX для профессионалов СПб: Питер, 1998.-624с.: ил.

12. Дж. Мюллер Visual Studio 6. Полное руководство: Пер. с англ. К.: Издательская группа BHV, 1999. - 672с.

13. Джеффри Рихтер. Windows для профессионалов (программирование в WIN32 API для Windows NT 3.5 и Windows95)/ Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1995.-720с.: ил.

14. Иванов А. Золотарев С. Построение АСУ ТП на базе концепции открытых систем // Мир ПК. 1998. №1.

15. Круглински Дэвид Основы Visual С++ / Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997.-696 е.: ил.

16. Мартинов Г.М. Клиент-серверные отношения в системе ЧПУ типа PCNC // Тезисы Всероссийского электротехнического конгресса с международным участием. «На рубеже веков: итоги и перспективы» том 2 ВЭЛК-99, Москва, 1999г.

17. Мартинов Г.М. Компонентная модель системы ЧПУ типа PCNC // Доклады международной конференции «Информатизационные средства и технологии» том 2 МФИ-98, Москва, М.: МГТУ СТАНКИН. 1998.

18. Мартинов Г.М. Архитектура персональной системы ЧПУ (PCNC) широкого профиля // Доклады международной конференции «Информатизационные средства и технологии» том 2 МФИ-97, Москва, М.: МГТУ СТАНКИН. 1997.

19. Мартинов Г.М. Реализация ISO-процессора системы CNC Andronic фирмы Andron (ФРГ) // Сб. тезисов Международной научно-технической конференции «Электротехнические системы транспортных средств и робототехнических производств». Суздаль, 1995.

20. Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л. Концепция числового программного управления мехатронными системами: технология объектно-ориентированного программирования// Мехатроника, 2001, №7.

21. Мюллер М. Дополнительные службы СОМ+ // PC WEEK/RE. 1998. №19

22. Оберг, Роберт Дж. Технология СОМ+ Основы и программирование // Пер. с англ. Уч. пос. М.- Издательский дом «Вильяме», 2000. 480 е.: ил. - Парал. тит. англ.

23. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Построение персональных систем ЧПУ (PCNC) по типу открытых систем управления // Информационные технологии и вычислительные системы. 1997. №3.

24. Сосонкин В.Л. Взгляд на предстоящую эволюцию устройств ЧПУ // Станки и инструмент, 1992, №9

25. Сосонкин В.Л. Концепция системы ЧПУ на основе персонального компьютера (PCNC) // Станки и инструмент, 1990, №11

26. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М., Любимов А.Б. Интерпретация диалога в Windows-интерфейсе систем управления // Приборы и системы управления,1998, №12

27. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М., Зонненштейн И.И. Новый подход к построению редакторов управляющих программ: универсальная среда AdvancEd // Информационные технологии в проектировании и производстве. М.: ВИМИ.1999, №1.

28. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М., Зонненштейн И.И. Универсальная среда «AdvancEd» для редактирования, отладки и моделирования программ ЧПУ в коде ISO-7bit (любой версии). // Информатика технологии, 1998, №3

29. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция системы ЧПУ типа PCNC с открытой архитектурой //СТИН, 1998, №5

30. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: архитектура систем типа PCNC // Мехатроника,2000, №1

31. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация диагностической задачи управления // Мехатроника, 2001, №3

32. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: реализация терминальной задачи управления // Мехатроника, 2001, №4

33. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция однокомпьютерной системы ЧПУ типа PCNC // Информатика-машиностроение, 1999, №4.

34. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Современное представление об архитектуре систем ЧПУ типа PCNC //Автоматизация проектирования, 1998, №3.

35. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. «AdvancEd» универсальная среда для редактирования, отладки и моделирования программ ЧПУ в коде ISO-7bit (любой версии)//Автотракторное электрооборудование, 2001, №1,2

36. Сосонкин В.Л. Новое поколение устройств ЧПУ на базе персонального компьютера // Приборы и системы управления. 1992. №3

37. Сосонкин В.Л. Принципы построения персональных систем ЧПУ с открытой архитектурой // Труды междун. конф. «Информационные средства и технологии, 21-23 окг. 1997г.», М.: Междун. Академия информатизации. 1997.

38. Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием. Учебник для вузов. // М.: Машиностроение, 1991.

39. Эш Рофейл, Яссер Шохауд. СОМ и СОМ+. Полное руководство: Пер. с англ. -К.: ВЕК+, К.: НТИ, М.: Энтроп, 2000, 560с., ил.

40. S. Girishankar Объектно-ориентированная технология: достоинства и недостатки // Computer Weekly, 1995, №3.

41. Automation Systems for Machine Tools. Catalog NC60. 2002, SIEMENS AG.

42. George Shepherd COM Identify II Visual С++ developers journal, October 1999.

43. Grenzenlose Offenheit. Maschine + Werkzeug, Juli August, 2000.

44. Hoere Produktivitaet beim Schleifen. Maschine + Werkzeug, Juni 1998.

45. Junghans G.: «OSACA Eine europeische Initiative» in Technische Rundschau 37/1993

46. Junghans G.: Offene Steurungsplatform eine Einfuehrung in die SystemArchitektur von OSACA. Elektronik plus-Automatisierungspraxis, 1994, №2.

47. Pritchshow G. Automation technology on the way to an open system architecture // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 1990. Vol.7. №1,2.

48. Tom Armstrong COM + MTS = COM+ Next step in the Microsoft Component strategy//Visual С++ developers journal, February 1999.