Создание интерактивных систем для
подготовки операторов-программистов для систем ЧПУ
Л.И.
Мартинова,
доц., с.н.с., к.т.н., liliya-martinova@yandex.ru,
П.Н. Кожевникова,
магистр., м.н.с.,
ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин»
Работа
выполнена по Госконтракту № П1368 от 27 мая 2010 г. на проведение НИР в рамках
ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013
годы.
В настоящее время перспективным является интерактивное взаимодействие
с учащимся посредством информационных коммуникационных сетей, из которых
массово выделяется среда интернет-пользователей. Дистанционное обучение
занимает всё большую роль в модернизации образования. Современные
информационно-коммуникационные технологии и новые возможности технических
средств обучения позволяют создавать образовательные формы, отвечающие
динамично меняющимся условиям современных наукоемких производств.
In present the interactive interaction with
student is very perspective. One of concepts is using communication networks
such as internet. Remote learning has very large part in the modern education.
Modern communication technologies and new multimedia technical education
resources allows to create educational forms for highly dynamically changing
science intensive technologies.
Актуальность интерактивного
обучения в области автоматизации машиностроительной отрасли обусловлена высокими
темпами обновления промышленных технологий проектирования и производства, а
также аппаратных и программных средств. Применение интерактивного обучения
поможет современному специалисту в области автоматизации производств хорошо
ориентироваться во всем многообразии технических и программных средств, уметь
ставить и решать задачи создания, внедрения и сопровождения систем числового
программного управления.[1]
В
МГТУ «Станкин» на кафедре «Компьютерные системы управления» ведется работа по
созданию многокоординатной системы ЧПУ
широкого назначения «АксиОМА Контрол» с открытой модульной архитектурой и
возможностью удаленного управления. Параллельно с созданием системы ЧПУ ведется
разработка курса обучения операторов-программистов. Для выполнения заданий из
данного курса слушатели должны иметь базовые знания в объеме высшего или
среднего технического образования, а именно уметь работать с персональным
компьютером, обладать знаниями в области архитектуры и математического обеспечения
систем ЧПУ, а также владеть основами языка управляющих программ ISO-7bit. В качестве
учебного места может быть либо специальный стенд – эмулятор системы ЧПУ «АксиОМА
Контрол» (рис. 1), либо набор
оборудования, состоящий из следующих частей:
·
учебная клавиатура, имитирующая панель оператора и станочный пульт
системы ЧПУ;
·
программное обеспечение «АксиОМА Контрол»;
·
персональный компьютер класса не ниже Pentium III с
операционной системой Windows XP и
более поздних разработок корпорации Microsoft.
рис. 1 Эмулятор
системы ЧПУ «АксиОМА Контрол»
Основная задача курса – научить студентов работе с
современными системами числового программного управления на примере системы «АксиОМА Контрол», а именно:
·
дать общее представление о системе ЧПУ;
·
ознакомить с интерфейсом и основными режимами работы системы ЧПУ
«АксиОМА Контрол»;
·
обучить разработке управляющих программ в системе ЧПУ «АксиОМА Контрол», методам редактирования и
верификации программ.
В ходе выполнения работ обучающиеся должны:
· получить представление о
вариантах архитектурных решений систем ЧПУ (одно- и двухкомпьютерных), и общее
представление о системе ЧПУ «АксиОМА Контрол»;
· освоить понятия «терминальная
часть» и ядро системы ЧПУ;
· изучить функциональные
возможности и режимы работы системы ЧПУ «АксиОМА Контрол», а также инструментарий,
предоставляемый данной системой оператору-программисту;
· освоить основы программирования
на языке ISO-7bit;
· получить навыки использования
инструментария системы ЧПУ для создания, редактирования и верификации
управляющих программ.
Обучающиеся осваивают, что на компьютере реального
времени устанавливается ядро системы, которое занято непосредственно работой со
станком (выдачей команд на приводы, обработкой сигналов от датчиков и т. д.). Данный
компьютер не отвлекается на отображение информации для оператора, красоту
пользовательского интерфейса. Всем этим занимается терминальный компьютер. Для
того чтобы была возможность изучения и тестирования системы ЧПУ «АксиОМА
Контрол» на платформе Windows был сделан специальный вариант
ядра для данной платформы и разработана виртуальная станочная панель.
Обучающиеся осваивают терминальную часть системы ЧПУ: терминальный
компьютер (окно оператора) и станочную панель, с которой оператор управляет
станком (запускает / останавливает программы, вращает штурвалы в ручном режиме,
выполняет аварийный останов и т. д.). Станочная панель в большинстве случаев посылает
команды на компьютер реального времени, либо сразу через контроллер ПЛК на
станок.
В стандартное решение, используемое в системе ЧПУ
«АксиОМА Контрол», входят: панель оператора, содержащая жидкокристаллический
монитор с широким углом обзора, ряд функциональных и столбец машинных клавиш,
управляющая функционалом системы ЧПУ станочная панель, компьютер промышленного
исполнения, реализующий терминальную задачу управления системы ЧПУ,
ПК-клавиатура промышленного исполнения для ввода текстовой информации и
компьютер промышленного исполнения, реализующий ядро системы управления (рис.
1).[2]
Далее после получения основных сведений об архитектуре
системы ЧПУ «АксиОМА Контрол» необходимо перейти к изучению стандартного
интерфейса оператора, а именно рассмотреть ключевые режимы системы ЧПУ «АксиОМА
Контрол» и правила работы с ними.
Система ЧПУ «АксиОМА Контрол» имеет следующие режимы (рис.
2):
1.
Режим инициализации - это начальный режим работы системы ЧПУ.
Устанавливается сразу после запуска системы. Кроме того, при переключении
режимов системы сначала происходит переключение в режим инициализации, после
чего возможно установить новый режим.
2.
Автоматический режим - режим выбора и автоматического выполнения
управляющих программ, контроль за их выполнением.
3.
Режим ручного ввода (MDI) - предназначен для ввода оператором и выполнения строки ручного ввода. В
данном режиме оператор имеет возможность ввода управляющей строки с терминала.
4.
Ручной режим (Jog) -
предназначен для управления приводами в ручном режиме, например, для перевода
инструмента в желаемую позицию.
рис. 2 Основные
режимы системы ЧПУ «АксиОМА Контрол»
5.
Режим диагностики - предназначен для контроля и определения
текущего состояния режущего инструмента, а также прогнозирования его остаточной
стойкости. Режим имеет функциональность для визуализации, а также оптимизации
операций обработки и позволяет с определенной точностью фиксировать и определять:
холостой проход инструмента, контакт инструмента с деталью, поломку инструмента,
износ инструмента.
6.
Режим выполнения файловых операций.
7.
Вспомогательные (сервисные) режимы:
·
режим выбора канала СЧПУ;
·
режим просмотра и редактирования машинных параметров;
·
режим просмотра сообщений системы (режим лог - файла).
Лабораторные работы содержат задания на составление
управляющих программ в коде ISO-7bit. Сложность заданий
возрастает по мере освоения системы ЧПУ (примеры на рис. 3).
Каждое задание направлено на практическое освоение
конкретных функциональных возможностей, как то:
·
выбор системы координат управляющей программы, выбор рабочих плоскостей;
·
выбор и смена инструмента;
·
применение коррекции на размеры инструмента;
·
использование абсолютных и относительных систем координат;
·
выбор видов интерполяции;
·
возможности верификации, поиска ошибок и редактирования программ;
·
использование стандартных циклов;
·
применение сложных видов интерполяции и др.
а) б)
рис. 3 Примеры
заданий: а) – простое; б) – сложное
Одна из практических работ предусматривает
реализацию функции удаленного управления клиентом системы ЧПУ для обучения
работе на удаленном оборудовании. Интерактивный курс обучения программированию
системы ЧПУ «АксиОМА Контрол»
строится с использованием наглядного видеоматериала, создаваемого с помощью
современных программ видео- и аудиозахвата, иллюстрирующего выполнение конкретных
операций.[3]
Используемый
для обучения специальный стенд – эмулятор системы числового программного управления
«АксиОМА Контрол» позволяет
привить студентам практические навыки работы с реальными системами числового программного
управления.
Разработанный курс может быть успешно применен на
курсах повышения квалификации и переподготовки специалистов в области
автоматизации производственных процессов.[4]
Разрабатываемый курс обучения операторов-программистов
для систем ЧПУ будет полезен студентам, обучаемых по специальности 220301.65
(210200) «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)»
и инженерно-техническим работникам, занимающимся вопросами разработки
управляющих программ для систем ЧПУ.
1. Мартинов Г.М. и др. Круглый
стол «О подготовке специалистов по автоматизации производства: проблемы и пути
их решения» // Автоматизация в промышленности. 2009. №12. С. 36-44.
2. Григорьев С.Н., Андреев
А.Г., Мартинов Г.М. Перспективы развития кроссплатформенных компьютерных систем
числового программного управления высокотехнологичного оборудования // Автоматизация
в промышленности, 2011. №5. С. 3-8.
3. Мартинова Л.И. Специфика
внедрения дистанционного обучения для подготовки специалистов для распределенных
машиностроительных производств / Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Автоматизация:
проблемы, идеи, решения», в 2-х т. Т.1, Севастополь, 6-10 сентября 2010 г. С.
84-85.
4. Мартинов Г.М., Мартинова
Л.И., Пушков Р.Л. Автоматизация технологических процессов в машиностроении.
Часть – I. Числовое программное управление. Учебное пособие по подготовке
специалистов с высшим профессиональным образованием для кадрового
перевооружения машиностроительного комплекса России. М.: МГТУ СТАНКИН. 2010.
203 с.