CC BY
71
УДК 621.914.35
П. П. Шилов, аспират, (4872)35-18-87, Shilov_44@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
С. А. Моцаков, ассистент, (4872)35-18-87 (Росси, Тула, ТулГУ)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ УПРАВЛЯЮЩЕЙПРОГРАММЫ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА С ЧПУ
Рассматривается вопрос обеспечения надежности управляющей программы применительно к станкам с ЧПУ. Выявляются наиболяе значимые факторы, влияющие на ее надежность. Анализируются источники возникновения ошибок в управляющей программе.
Ключевые слова: металлорежущие станки с ЧПУ, конкурентосрособность, обестчение надежности.
Одной из важнейших проблем отечественной промышленности заключается в обеспечении конкурентоспособности и ее привлекательности для инвестиций. В современных условиях конкурентной борьбы этого можно достичь обновлением парка металлообрабатывающих станков и увеличением доли оборудования, управляемого системами ЧПУ.
В таком оборудовании все возрастающая рол отводится программному обеспечению, которое выполняет множество различных расчетных и интерфейсных функций, а также решает задачи управления элементами системы. Программное обессечение согласно ГОСТ 19781-90 - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для их эксплуатации.
Обеспечение высокого качества технологически процессов и управляющих программ (УП) при минимальных затратах труда и времени на их подготовку и изготовление - одно из главных условий рационального использования металлорежущих станков с ЧПУ в промышленности. Управляющая программа согласно ГОСТ 19781-90 - системна программа, реализующая набор функций управления, в который включают управление ресурсами и взаимодействием с внешней средой системы обработки информации.
В современных станках с ЧПУ УП являются неотъемлемыми компонентами, как, например, гидравлическая система или электроприводы подач. Возникает задача управления надежностью УП микропроцессорных систем ЧПУ и снижени уровня риска, связанного с ее отказами.
Надежность УП применительно к станочным системам с ЧПУ - это вероятность того, что программа будет выполняться в течение данного интервала времени, прежде чем обнаружится ошибка заданной степени серьезности.
Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначени объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.
Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в определенных условиях эксплуатации в пределах заданной продолжительности работы отказ не возникает. По статистическим данным, вероятность безотказной работы
p (0=1-^, (1)
где P (t) — вероятность безотказной работы станка; n (t) — число отказов в каждом интервале времени; N—общее число отказов за исследуемый период. Зная функцию надежности, можно определить и вероятность откжа
Q (t) = 1 -P(t). (2)
В теории вероятности функцию Q(t) шзывают распределением случайной величины, в нашем случае наработки до откаа Т.
Плотность распределения случайной величины Т
f (t) = Q(t) = -P\t). (3)
Принято считать, что программы не изнашиваются и их поломка не-
возможна. Такие дефекты, как ошибка при копировании системы на программоноситель во время ее переноса имеет немаоважное значение, но они относительно редки и быстро обнаруживаются. Таким обраом, ненадежность программы принято считать следствием исключительно ошибок, внесенных в процессе раработки. Одним из критериев оценки надежности станков является интенсивность откаов (^-характеристик).
Интенсивность откаов однозначно определяется через функцию надежности
ад=-Ш=т. (4)
p(t) P(t)
По опытным данным интенсивность откаов определяется как отношение числа откаов в единицу времени к числу не отаазавших к данному моменту объектов:
ад* ) =»(t) -rtt + A) . (5)
n(t )At
В условиях, когда ошибки исправляются, как только они обнаруживаются (причем они никогда не появляются повторно), изменение надежности программы обычно соответствует кривой, изображенной на рис. 1.
Эта крива также отражает предположение, что при исправлении обнаруженных ошибок не вносятся новые. Подчеркивается, что поведение надежности программы и аппаратуры по сути своей ралгчно. Надежность аппаратуры определяется во многом случайными сбоями, надежность программного обеспечения — скрытыми в нем ошибками.
Таким образом, из всех неизвестных параметров надежности программного обеспечения самым важным считается число ошибок, оставшихся в программе.
Рис. 1. Типичные модели опасности отказов
Если бы разумная его оценка была известна при тестировании, это помогло бы решить, когда можно закончить процесс. На графике это соответствует линии «минимума невыявленных ошибок». Если знать число оставшихся ошибок в устанавливаемой системе, можно было бы оценить стоимость работ по сопровождению и определить уровень довери к программе.
Чтобы разобраться, из чего складывается надежность УП для металлорежущих станков с ЧПУ, необходимо выявить наиболее значимые факторы, влияющие в той или иной степени на ее надежность.
1. Время выполнени программы. Добиться сокращения времени выполнени программы можно различными способами, например:
- сокращением холостых ходов;
- изменением режимов резани;
- изменением технологи.
Однако применение подобных решений не всегда влияет положительно на надежность УП.
2. Наличие в программе встроенных процедур. При управлении станками с ЧПУ широко применяют встроенные стандартные циклы и процедуры обработки типовых элементов формы детали.
3. Возможность и простота редактировани УП. Возможность и удобство редактирования, добавления нового материла, легкость измене-ни самой структуры ссылок, универсальность системы делают ее более гибкой в изменющихся условиях при эксплуатации программы.
4. Функциональна уровень исполню щей системы ЧПУ. Уровен исполняющей системы ЧПУ имеет большое значение для современна технологий обработки изделий машиностроительного производства.
Так, например, во время отработки технологии высокоскоростной обработки на фирме «Delcam» был отмечен дефект в виде периодических следов остановки фрезы на станке «Matsuura MC_800VF» (выпуска 90-х годов) с системой ЧПУ Yasnac i80M. Анализ программ пока а, что система ЧПУ не успевает отрабатывать кдры программы при заданной подаче. Максимальную подачу, которую способна обеспечить система ЧПУ, можно определить по формуле
У .. Л Г Л ..ОКОЛОЛО Г Л .. Л Л Л ^ о
Aeeia laoaiauaie у а еааоа Fmax =—-—=--------------------------60. (6)
Illd-X Л-*Ол.. л л .. V \ V/
Aoaiy laoaaioee еааоа
Из приведен ого отношения следует, что при перемещения 0,01 мм и времен обработки кдра 2 мс максимаьна подач ограничена значением 0,3 м/мин. Перевод обработки на более современный станок Bridgeport снял эту проблему. Современна система ЧПУ должна «смотреть вперед» со скоростью от 100 до 200 кадров в секунд, чтобы успеть сделать расчеты для торможения на подходе к углу и рагона после поворота.
Также не последнюю роль играет и аппаратна устойчивость СЧПУ к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, таким, как скачки напряжения, влажность, давление подводимого воздуха и другое.
5. Понятность и интуитивна доступность кода программы для оператора. Под поняностью и интуитивной доступностью подразумевается, чго оператор должен максимаьно быстро освоить структуру, содержание и функцгонаьную значимость текста управляющей программы. Этого можно добиться универсальностью структуры программы, введением контекстных пояснений, объединением повторяющихся элементов в процедры и циклы.
6. Универсаьность и гибкость УП. Под универсаьностью и гибкостью УП понимается возможность изменения УП в соответствии с будущими модификциями конструкции изделия, методом редактирования текста программы.
7. Наичие системы контроля состояния режущего инструмента. Если передать функции контроля состояния режущего инструмента системе ЧПУ, это позволит исключить влияние субъективного человеческого фактора в сфере принятия решения о замене инструмента или вводе коррекции. Также это позволит снизить вероятность поломки инструмента и соответственно позволит увеличить вероятность получения годной детаи.
Все вышеперечисленные факторы наглядно иллюстрирует причинно-следственна диаграмма события “Надежность управляющей программы” (рис. 2).
Отмечено, что с усложнением оборудования увеличивается число откаов и соответственно затраты времени на поддержание оборудования в исправном состоянии.
Оборудование с ЧПУ
Функциональные возможности СЧПУ
Наличие системы Структура программы
контроля состояния режущего инструмента
Рис. 2. Причинно-следственная диаграмма события “Надежность управляющей программы "
Анализ причин отказа в станках с ЧПУ указывает, что 55 % отказов связано с электронными и электрическими устройствами (вводом, считыванием, переработкой и интерпретацией информации); 19 % с механическими устройствами (направляющими, шпинделем, системой СОЖ и т. п.); 11 % с гидравлическими и пневматическими устройствами (цилиндрами, клапанами); 12 % с ошибками в обслуживании и программировании. Таким образом, целесообразно выявить источники возникновения ошибок в УП.
1. Ошибки, связанные с обеспечением технологичности на этапе проектирования КД и ТД. Ошибки, связанные с недостижением определенного уровня технологичности проектируемого изделия выражаются в некорректности работы УП.
2. Ошибки написания. В настоящее время для создания управляющих программ используют различные CAD/CAM-системы. В иных случаях под САМ понимают применение ЭВМ в управлении производством и движением материалов. Иначе CAD/CAM-системами на западе называют "Системы Автоматизированного Проектирования".
Однако ни одна из существующих CAM-систем не в состоянии без вмешательства человека создать оптимальную управляющую программу для стажа с ЧПУ. Во многом это обусловлено тем, что практически все существующие на данный момент CAM-системы используют для своих расчетов статические математические модели инструмента и детали и не учитывают динамику движения исполнительного органа станка.
3. Ошибки отладки. На появление ошибок отладки и, кк следствие, на отказ управляющей программы оказывает влияние калификация наладчика. Знание им всех возможностей станка и системы ЧПУ позволяет
ему наиболее эффективно внедрить и запустить в эксплуатацию программный продукт, который будет содержать минимум невыявленных ошибок.
4. Сбои - ошибки, возникающие при эксплуатации программы. Ошибки, появляющиеся в процессе эксплуатации программного продукта, связаны в первую очередь с ошибочными действиями оператора и сбоями самой системы ЧПУ.
Все вышеописанные факторы наглядно иллюстрирует причинноследственна диаграмма, изображенная на рис. 3.
Ош ибки отладки
Рис. 3. Причинно-следственная диаграмма события “Отказ работы
управляющей программы"
Обеспечение надежности управляющих программ при минимальных затратах труда и времени на их подготовку и изготовление является одним из главных направлений работ по обеспечению максимального рационального использования металлорежущих станков с ЧПУ в промышленности.
P. Shilov, S. Mocakov
Support of reliability of the operating program for the metal-cutting machine tool with numerical programmed control
The question of support of reliability of the operating program with reference to machine tools with numerical programmed control is considered. The most significant factors influencing its reliability come to light. Sources of occurrence of errors in the operating program are analyzed.
Пол учено 12.11.2009
