CC BY
18
ПРОГРЕСИВН1 1НФОРМАЦ1ЙН1 ТЕХНОЛОГИ
УДК 531.639
Л. О. Борковська
1НФ0РМАЦ1ЙН1 ТЕХНОЛОГИ Р03Р0БКИ ПРОГРАМНО МАТЕМАТИЧНОГО 3АБЕ3ПЕЧЕННЯ КООРДИНАТНО-ВИМ1РЮВАЛЬНИХ МАШИН
Представлена структурна схема шформацшно-керую-чоЧ системи в трьох 1ерарх1чних р1внях, що дозволяв роз-робляти спещальне програмне забезпечення по вдосконален-ню вим1рювальних процес1в геометричних розм1р1в об'ек-т1в, покращенню метрологлчних характеристик, обробки результат1в вим1рювання та представлення ¿х у граф1ч-ному вигляд1 для оператора-метролога.
ВСТУП
Координатно-вим!рювальн! машини (КВМ) разом !з системою и управл!ння забезпечують визначення координат вс!х точок поверхонь деталей в простор! вим!рю-вання та дозволяють визначити метролог!чн! парамет-ри в!дхилення в!д форми та розташування поверхонь деталей особливо складно! конф!гурац!! за допомогою математичних розрахунк!в з використанням векторно!, л!н!йно1 алгебри та !нших обчислювальних метод!в.
На сучасному етап! розвитку автоматизац!! вим!рю-вання геометричних розм!р!в об'ект!в вперше за и !стор!ю сп!впали методи, структури ! техн1чн1 засоби систем управл1ння: мжропроцесорш засоби ! ПЕОМ, об'еднан1 в штегроваш 1нтелектуальн1 системи на основ! мереж р1зного р1вня та призначення. Тому КВМ повинш бути оснащен! системою спещальних програм по виконанню алгоритм!в необх!дних розрахунк!в координатних вим!рювань, управл!ння роботою машини та !нших серв!сних функц!й. Ця система програм складае програмно-математичне забезпечення (ПМЗ), що включае п!дсистеми р!зного функц!онального призначення.
Анал!з публ!кац!й [1, 2] по розробц! та впроваджен-ню програмно-математичного забезпечення показав, що для вим!рювання об'ект!в з! складною просторовою по-верхнею використовуються проблемно-ор!ентован! си-стеми програмування, аналог!чн! програмам для стан-к!в з ЧПК. Виконана на в!дпов!дн!й мов! процесора програма вим!рювання представляеться на пром!жн!й мов!, на як!й вона може в!дпов!дним постпроцесором переведена на мову безпосереднього програмування в!дпов!дно' КВМ. Значне число теоретичних роб!т [3, 4] присвячено проблем! створення ПМЗ для р!зних тип!в КВМ, що робить створення програмних компо-
© Борковська Л. О., 2005
нент !нформац!йно-керуючо' системи вим!рювання об'ект!в ! тематичних баз ! банк!в даних актуальними.
На етап! !нтелектуал!зацп б!льш широке впровад-ження отримали системи безпосереднього керування КВМ, що забезпечують максимальну швидкод!ю, д!алоговий режим обм!ну !нформац!ею [5]. Автономн! системи дозволяють п!дготовляти програми вим!рю-вань без використання КВМ по кресленням деталей.
Важливою характеристикою системи ПМЗ коорди-натно-вим!рювальних машин е !х метролог!чн! можли-вост! по вим!рюванню геометричних розм!р!в деталей, що включае множину самост!йних програм вим!рюван-ня окремих геометричних елемент!в з ф!ксованими ком-б!нац!ями елементарних поверхонь. Це обумовлюе мож-лив!сть виникнення ситуац!й, як! не можуть бути виз-начен! завчасно. В таких ситуац!ях необх!дно, щоб система управл!ння КВМ правильно прийняла р!шення та оперативно керувала складною системою. Тому не-обх!дно передбачити можлив!сть устшно! роботи вс!х п!дсистем комплексу.
Особлив!сть КВМ полягае в тому, що вона волод!е розвинутою сенсорикою та засобами штучного !нтелек-ту. Зд!бна до автоматичного вим!рювання в рамках поставлених вим!рювальних задач. В процес! роботи можливий обм!н !нформац!ею та узгоджена д!я м!ж п!д-системами на р!зних р!внях д!яльност!.
Створен! комп'ютерн! системи нового покол!ння для високоточного контролю геометр!' вироб!в складно' форми з гнучким та швидким переходом на р!зн! типи розм!р!в в!дхилення в!д форми та розташування поверхонь. Висока точн!сть та швидкод!я вим!рювань дозволяють забезпечити стов!дсотковий контроль вироб!в з реестрац!ею результат!в в пам'ят! комп'ю-тера. В залежност! в!д призначення, обладнання КВМ та тип!в ПЕОМ !снуе велика к!льк!сть р!зних систем програмування, а найб!льш поширеними е програмне забезпечення PowerSHAPE, PowerINSPECT ф!рми БЕЬСЛМ, САТ1А Уег81оп 5 Ие1еа8е 9.
Функц!ональна схема процесу виконання вим!рю-вань геометричних розм!р!в на координатно-вим!рю-вальних машинах в автоматичному режим! вимагае не-залежност! керуючо-обчислювальних програм в!д типу
106
ISSN 1607-3274 «Радюелектронжа. 1нформатика. Управл1ння» № 2, 2005
Л. О. Борковсъка: 1НФОРМАЦ1ЙН1 ТЕХНОЛОГИ РОЗРОБКИ ПРОГРАМНО-МАТЕМАТИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ КООРДИНАТНО-ВИМ1РЮВАЛБНИХ МАШИН
операцшно! системи та виконання роб1т по ушфжацп 11 апаратно! частини. Система реестрацп даних вс1х вим1рювальних тдсистем використовуе режим реального часу.
На протяз1 останшх рок1в розроблеш нов1 методики 1 необхщш програми повно! математично! обробки результатов вим1рювань.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ1
Розробити апаратно-програмний керуючий комплекс на основа нов1тшх шформацшних технологий, оснащений системою програм по виконанню алгоритмов не-обх1дних розрахунк1в координатних вим1рювань, уп-равлшня роботою КВМ та шших серв1сних функцш, д1агностування системи, подготовки допом1жних тд-систем.
РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧI
Методи програмування для КВМ аналопчш методам, що використовуються для станк1в з ЧПК. На сьогодш вим1рювальний процес складних просторових об'ект1в е достатньо оргашзованим, проте його проход-ження, ефектившсть, точшсть, швидкод1я дуже зале-жать в1д зовшшшх та внутр1шшх дестабШзуючих вплив1в, в першу чергу в1д температури та в1брацп.
Сучасний стан розробки програмно - математичного забезпечення для КВМ характеризуемся активним впровадженням ф1зичних 1 математичних методов, !х анализу та шженерно! багатопараметрично! оптимизаций розвитком математичних моделей 1 елементами САПР. При цьому процес вим1рювання складних просторових поверхонь проводиться на швидюсних ПЕОМ з використанням сучасних шформацшних технологий. Класиф1кац1йна схема сучасних систем ПМЗ КВМ представлена на рис. 1.
Задача розробки апаратно-програмного комплексу для КВМ пов'язана 1з створенням програмних компонент для проведення процесу вим1рювання в складе гнучких виробничих систем зм1ни основних параметр1в (температури, вологост1, в1брацп).
Об'ективними передумовами для створення 1 функ-цюнування штегровано! системи управл1ння КВМ е розроблена функц1ональна структура програмного комплексу, що дозволяе вир1шувати комплекс задач вим1-рювання геометричних розм1р1в об'ект1в та штелекту-ального програмного управлшня на р1вн1, що забезпе-чують високоточш вим1рювання [5, 6].
У в1дпов1дност1 з прийнятим об'ектно-ор1ентованим п1дходом розроблена структура 1нформац1йно-керую-чо! системи в трьох 1ерарх1чних р1внях, що представлена на рис. 2.
ПМЗ першого р1вня реал1зуе попередню обробку 1н-формацп в1д датчиков 1 сигналов керування КВМ:
- диагностику та реестращю даних;
- перетворюе шформащю в1д датчиков контролю нормальних умов вим1рювання в реальному час1;
- контроль 1 часткове управл1ння роботою КВМ.
Другий р1вень прикладного ПМЗ виконуе комплек-
сну статистичну обробку шформацп з урахуванням !! контрольно! операци, систему траекторного керування вим1рювальною головкою.
На цьому р1вн1 використовуеться багатом1рна ста-тистична ф1льтрац1я - ф1льтр Калмана, що забезпечуе оптим1зац1ю по м1н1муму середньоквадратичного в1дхи-лення вектора оцшок стану КВМ на основа апаратно! шформацп про його модуль стану та статистичш характеристики датчиков. На цьому р1вн1 передбачена по-передня ф1льтрац1я (стиск) вх1дно! 1нформац1! про стан КВМ на основа даних оптимального фильтру.
ПМЗ третього р1вня призначаеться для вир1шення функц1ональних задач, що реал1зують процес вим1-рювання геометричних розм1р1в об'ект1в; управл1ння модельними режимами, системи п1дготовки до вим1-рювання, включаючи засоби юстировки та вводу даних на другому р1вн1. На третьому р1вн1 реал1зуеться оптимизация режимов роботи КВМ, включаючи рухи координат X, У, 2 та щутв самокеровано! вим1рю-вально! головки, а також функц1онування в целому при виконанш умов, а саме:
- дистанц1йне керування;
- пари вим1рне зображення;
- шформацшна сигнализация про авар1йний режим.
Синтез таких систем проводиться методами вико-
ристання математичних моделей, оптимальною оц1н-кою параметр1в, експертних систем, л1н1йного 1 дина-мучного програмування, створенням подсистем штучного штелекту, алгоритмов координаци подсистем.
Методолог1чною основою для створення комп'ю-терно-штегровано! структури при керуванн1 КВМ е сис-темний анализ, що дае можлив1сть виконати ряд взае-мозв'язаних процедур.
В загальному вигляд1 п1д комп'ютерно-1нтегрованим управл1нням розум1ють багатор1вневу 1нтегровану систему, в якш вид1ляють 1ерарх1чш р1вн1 вим1рювально-го процесу [7]. Компонентами тако! структури е:
- центральна база даних 1 знань;
- подсистема п1дпрограм вводу, збору, реестраци в1дл1к1в, оперативного в1дображення та обробки 1нфор-мац1!;
- п1дсистема моделювання процесом вим1рювання та оргашзаци складних обчислень;
- подсистема оперативно! пам'ят1 та розв'язання задач виводу команд керування лшшними двигунами;
- подсистема реестраци параметров вим1рювальних процес1в 1 розв'язання задач контролю та диагностики.
^O^EC^m IHÔOPMAÔIÉHI TEXHOËOnÏ
Системи граф1чно'1 шггаци контроля руху
Рисунок 1 - Këacuôiêaôiéia схема сучасних систем ПМЗ KBM
П^ютов^ зaвдaння нa вимipювaння гeoмeтpичниx poзмipiв пoлягae в тому, cпoчaткy пpoвoдятьcя ви-мipювaння i пo eтaлoнy-зpaзкy кaлiбpyeтьcя дaтчик, визнaчaeтьcя йoгo мicцe знaxoджeння y вимipювaльнo-му пpocтopi тa пpoвoдитьcя дiaгнocтyвaння вcix пiдcиc-тeм.
З фyнкцioнaльнoï тoчки зopy KBM peaлiзye пpoцec вимipювaння y виглядi взaeмoдiï мaтepiaльнoгo, iнфop-мaцiйнoгo тa eнepгeтичниx пpoцeciв. Bизнaчaльним фaк-тopoм тдвиш^ння eфeктивнocтi фyнкцioнyвaння aпa-paтнo-пpoгpaмнoгo кoмплeкcy е нaявнicть мacштaбнoгo
i peaльнoгo чacy, щo aдeквaтнo вiдoбpaжaють пpoцecи вимipювaння гeoмeтpичниx poзмipiв oб'eктiв.
Iнфopмaцiйнo-кepyючa cиcтeмa вiдпoвiднo дo iepap-xiчнoï cтpyктypи KBM з eлeмeнтaми штyчнoгo iнтeлeк-ту викoнye ocнoвнi функци:
- мoдeлювaння cepeдoвищa тa пoбyдoвa бeзпeчнoгo мapшpyтy пo пoвepxнi oб'eктy вимipювaння,
- пpoгpaмyвaння тa oптимiзaцiя pyxiв викoнyючиx opгaнiв,
- cтвopeння eдинoгo iнфopмaцiйнoгo пpocтopy тa ш-тeгpoвaнo'i aдaптивнo'i oбpoбки iнфopмaцi'i,
108
ISSN 1607-3274 «Paдioeлeктpoнiкa. Iнфopмaтикa. Упpaвлiння» № 2, 2005
Л. О. Бopкoвcькa: IHÔOPMAÔIÉHI TEXHOËOnÏ POЗPOБKИ ПPOГPAMHO-MATEMATИЧHOГO ЗAБEЗПEЧEHHЯ KOOPДИHATHO-BИMIPЮBAЛЬHИX MAШИH
Об'ект вим1рювання
Pucyнoк 2 - Cmpyкmypa iнфopмaцiйнo-кepyючoÏ cucmeмu в mpьox iepapxiчнux piвняx
- poзpoбка виcoкoтoчниx мeтoдiв тpаeктopнoгo та oптимальнoгo кepyвання в пpoцeci вимipювання, в тому чиcлi на peжимаx пiдвищeнoï манeвpeнocтi та в eêc-тpeмальниx cитyацiяx,
- poзпiзнавання та iдeнтифiкацiю oб'eктiв за дoпo-мoгoю кoмплeкcнoï o6po6m зoбpажeнь вимipюваль-
ниx cкладниx пpocтopoвиx пoвepxoнь в тpивимipнoмy пpocтopi та пopiвняння ïx з eталoннoю пoвepxнeю;
- eфeктивнoгo poзпoдiлy задач мiж пpoцecopними та iнтepфeйc ними мoдyлями.
Koжна iз пpoгpам пiдcиcтeм пpeдcтавляe coбoю ш-фopмацiйнo-кepyючy пiдcиcтeмy, cкладаeтьcя iз уп-
ПРОГРЕСИВН1 1НФОРМАЦ1ЙН1 ТЕХНОЛОГИ
равляючого об'екту та керуючого засобу, об'еднаною прямим та зворотним шформацшними зв'язками. Р1вень тако! системи в1дображае послщовш перетво-рення вхщно! шформаци (ф1зично'1') КВМ в машину користувача.
Шдсистема реестраци та попередньо! обробки даних забезпечуе повну математичну обробку даних одночас-но з реестращею, що забезпечуе:
- ушфжований граф1чний штерфейс користувача, надшшсть i простоту управлшня, можлившть д1агнос-тично! реестраци даних;
- засоби локального i дистанцiйного управлiння, вiзуального контролю стану КВМ та вимiрювального процесу;
- ушфжований спосiб збереження даних, що посту-пають вiд тдсистеми реестраци, сумiснiсть з форматами, прийнятими вщ iнших метрологiчних служб;
- автоматичне протоколювання шформаци про дес-табiлiзуючi фактори, що впливають на точшсть вимь рювання, автоматичний аналiз якостi даних;
- максимально можливу гнучюсть програмного за-безпечення вщносно змiн типiв, конфiгурацiй КВМ.
При розробщ програмно-математичного забезпечен-ня опис методики вимiрювання розподiляeться на двi частини: перша - iнварiантний до змiн (базовий рiвень програмно-математичного забезпечення) та другий -залежить вщ методики (драйверний), що виконуе нас-тупнi операци:
- iнiцiалiзацiю (настройку) рееструючо!, електрон-но! частини у вщповщноси з розробленою структурою даних адреса апаратного обладнання та споиб групу-вання операцiй управлшня потоком даних, склад та структура даних, що заносяться в пам'ять;
- управлшня засобами, що отримують вимiрюваль-ну шформащю;
- управлшня потоками даних в первиннш пам'ять
Програмне забезпечення третього рiвня структури
ieрархil виконано на мовi Assembler.
При виконанш вимiрювання деталей вид^яються наступнi задачi: попередня обробка (сортування, при-датнiсть, стиснення даних, вiзуалiзацiя, вивiд шформаци на носи, математичш операци з масивами даних по заданш методицi формул).
Центральна база даних представляе собою набiр даних: результатiв вимiрювань, титв датчикiв, стандарт-них та оригшальних деталей, оптимальних процесiв вимiрювань, математичних методiв обробки результа-тiв вимiрювання, енциклопедичний банк даних, бiб-лютеку прикладних пiдпрограм.
Пiдсистема реестраци даних може бути виконана у виглядi ушверсальних базових програм, що е настройкою над драйвер ним програмним забезпеченням.
Для розгляду варiанта тако! настройки введено по-няття параметрично! моделi КВМ, тобто списку пара-метрiв, характерних для машини.
висновки
Таким чином, використовуючи сучасш прикладш програми для iнформацiйно-керуючо! системи в щлях органiзацi! iнтелектуально! системи керування КВМ, можна розробити спещальне програмне забезпечення по вдосконаленню вимiрювальних процеив геомет-ричних розмiрiв об'eктiв, покращенню метролопчних характеристик, обробки результатiв вимiрювання та представлення !х у графiчному виглядi для оператора-метролога.
Багаторiвнева структура шформацшно-керуючо! системи дозволяе реалiзувати функщю розв'язання стратегiчних та тактичних задач керування.
Прийняття ршення органiзовано на базi експертних систем, побудованих на принципах нейроних мереж. В щлях подальшого ефективного отримання шформаци передбачаеться використання вщеошформацшних систем, що дозволяють забезпечити тдвищену точнiсть контролю стану вимiрювання об'eктiв.
ПЕРЕЛ1К ПОСИЛАНЬ
1. Сососкин В. Л., Мартынов Г. М. Концепция числового программного управления мехатронными системами: архитектура систем PCNC // Мехатроника. - 2000. -№ 1. - C. 9-14.
2. Чикуров Н. Г., Махмуров Б. Р. Система ЧПУ класса JCNC для управления обработкой сложнопрофильных деталей на многокоординатных станках // СТИН. -2003. - № 3. - C. 1-16.
3. Гапшис А. А., Каспарайтис А. Ю., Модестов М. Б., Ра-манаускас 3. А., Серков Н. А., Чудов В. А. Координатные измерительные машины и их применение - М.: Машиностроение, 1988. - 328 с.
4. Будгинас С. Ю., Романаускас В. А., Техкунас Р. Ю. Система программирования для автоматизированных координатных измерительных машин // Станки и инструменты. - 1982. - № 3.- C. 15-17.
5. Поспелов Г. С. Искусственный интеллект - основа новой информационной технологии. - М.: Наука. - 1988. -246 с.
6. Веронов А. А. Введение в динамику сложных управляющих систем. М.: Наука. - 1955. - 287 с.
7. Алехин Д. А., Буров Ю. Л., Лебедев Г. Н. и др. Новый тип обратных связей в интеллектуальной системе управления полетом. // Известия РАН. Теория и системы управления. - 1998. - № 4. - C. 34-37.
Надшшла 18.03.05 Шсля доробки 8.08.05
Представлена структурная схема информационно-управляющей системы в трех иерархических уровнях, которая позволяет разрабатывать специальное программное обеспечение по усовершенствованию измерительных процессов геометрических размеров объектов, улучшению метрологических характеристик, обработки результатов измерения и представления их в графическом виде для оператора-метролога.
In clause the block diagram of informational-managing system in three hierarchical levels is submitted which allows to develop special program maintenance on improvement of measuring processes of the geometrical sizes of objects, improvement of metrology characteristics, processing of results of measurement and representation them in a graphic kind for the operator-metrologer.
110
ISSN 1607-3274 «Радюелектронжа. 1нформатика. Управлшня» № 2, 2005
