КафедрА информационно-коммуникационные технологии

Тема № 1. Управление процессами и системами в реальном времени.

Цель и задачи дисциплины. Место дисциплины в структуре образовательной программы. Планируемые результаты освоения дисциплины. Общее представление об управлении процессами и системами в реальном времени. Представление о сосредоточенном и распределенном управлении. Представление о многоуровневом управлении. Задачи управления, иерархия задач управления.

Время – 2 академических часа.

Благодаря постоянным потокам информации (от системы к окружающей среде и наоборот) система осуществляет целесообразное взаимодействие с окружающей средой, т.е. управляет или бывает управляема. Информация стала средством не только производства, но и управления. Своевременная и оперативная информация может позволить стабилизировать систему, приспосабливаться и (или) адаптироваться, восстанавливаться при нарушениях структуры и(или) подсистем. От степени информированности системы, от богатства опыта взаимодействия системы и окружающей среды зависит развитие и устойчивость системы. Информация обладает также определенной избыточностью: чем больше сообщений о системе, тем полнее и точнее она управляется.

Литература:

Основная литература:

1. 
   Черепашков А.А. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении : учеб. / А. А. Черепашков, Н. В. Носов. - Волгоград: ИН-ФОЛИО, 2009. - 591 с.
   
2. 
   Никифоров А.Д.Процессы управления объектами машиностроения: учеб.пособие / А. Д. Никифоров, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - Москва: Высшая школа, 2001. -с.
   
3. 
   Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием : учеб.для вузов по спец. "Автоматизация технол. процессов и пр-в" / В. Л. Сосонкин; . - Москва : Машиностроение, 1991. - 508 с.
   
4. 
   Правдин, Ю.Ф. Документы текстовые, учебные. Общие требования к содержанию, построению и оформлению : учеб.-метод. пособие для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подгот. 150700 - Машиностроение и специальности 151001.65 Технология машиностроения / Ю. Ф. Правдин, В. Ф. Усынин, Т. П. Колина; Калинингр.гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2013. - 70 с.
   
5. 
   Документы технологические учебные. Общие требования к содержанию и оформлению иллюстративных листов с операционными эскизами : метод. указания по оформ. ил. листов с операц. эскизами при выполнении курсовых и выполнении квалификац. работ (проектов) студентов, обучающихся по направлению подгот. "Машиностроение" и "Технолог. машины и оборудование" / Ю. Ф. Правдин ; Калинингр. гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2014. - 31 с..
   

1. 
   Классификация и структура автоматических систем.
   
2. 
   Понятие объекта, регулятора, обратной связи, возмущения и управления.
   

Тема № 2. Классы объектов управления процессами и системами.

Непрерывные объекты управления. Управление движением по заданной траектории. Геометрическая задача управления. Технологическая задача управления. Дискретные объекты управления. Операция и циклы, их формальное представление. Межцикловые блокировки. Управление дискретными объектами при помощи программируемых контроллеров.

Время – 2 академических часа.

Система управления – это совокупность одного или нескольких управляемых объектов и управляющей ими системы. Принцип действия всякой системы автоматического регулирования (САР) заключается в том, чтобы обнаруживать отклонения регулируемых величин, характеризующих работу объекта или протекание процесса от требуемого режима и при этом воздействовать на объект или процесс так, чтобы устранять эти отклонения.

В теории автоматического регулирования основными являются проблемы: устойчивости, качества переходных процессов, статической и динамической точности, автоколебаний, оптимизации, синтеза и отождествления (идентификации).

Основная литература:

1. 
   Черепашков А.А. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: учеб. / А. А. Черепашков, Н. В. Носов. - Волгоград: ИН-ФОЛИО, 2009. - 591 с.
   
2. 
   Никифоров А.Д.Процессы управления объектами машиностроения: учеб.пособие / А. Д. Никифоров, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - Москва: Высшая школа, 2001. -с.
   
3. 
   Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием : учеб.для вузов по спец. "Автоматизация технол. процессов и пр-в" / В. Л. Сосонкин; . - Москва: Машиностроение, 1991. - 508 с.
   
4. 
   Правдин, Ю.Ф. Документы текстовые, учебные. Общие требования к содержанию, построению и оформлению : учеб.-метод. пособие для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подгот. 150700 - Машиностроение и специальности 151001.65 Технология машиностроения / Ю. Ф. Правдин, В. Ф. Усынин, Т. П. Колина; Калинингр.гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2013. - 70 с.
   
5. 
   Документы технологические учебные. Общие требования к содержанию и оформлению иллюстративных листов с операционными эскизами : метод. указания по оформ. ил. листов с операц. эскизами при выполнении курсовых и выполнении квалификац. работ (проектов) студентов, обучающихся по направлению подгот. "Машиностроение" и "Технолог. машины и оборудование" / Ю. Ф. Правдин ; Калинингр. гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2014. - 31 с.
   

1. 
   Управление и регулирование в технике, объекты и системы автоматического управления (САУ).
   
2. 
   Принципы построения САУ.
   
3. 
   Функциональное описание САУ и их элементов.
   

Время – 2 академических часа.

Функции и задачи управления системой:

1. 
   Организация системы — полное, качественное выделение подсистем, описание их взаимодействий и структуры системы (как линейной, так и иерархической, сетевой или матричной).
   
2. 
   Прогнозирование поведения системы т.е. исследование будущего системы.
   
3. 
   Планирование (координация во времени, в пространстве, по информации) ресурсов и элементов, подсистем и структуры системы, необходимых (достаточных, — в случае оптимального планирования) для достижения цели системы.
   
4. 
   Учет и контроль ресурсов, приводящих к тем или иным желаемым состояниям системы.
   
5. 
   Регулирование — адаптация и приспособление системы к изменениям внешней среды.
   
6. 
   Реализация тех или иных спланированных состояний, решений.
   

Основная литература:

1. 
   Черепашков А.А. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: учеб. / А. А. Черепашков, Н. В. Носов. - Волгоград: ИН-ФОЛИО, 2009. - 591 с.
   
2. 
   Никифоров А.Д.Процессы управления объектами машиностроения: учеб.пособие / А. Д. Никифоров, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - Москва: Высшая школа, 2001. -с.
   
3. 
   Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием : учеб.для вузов по спец. "Автоматизация технол. процессов и пр-в" / В. Л. Сосонкин; . - Москва: Машиностроение, 1991. - 508 с.
   
4. 
   Правдин Ю.Ф. Документы текстовые, учебные. Общие требования к содержанию, построению и оформлению: учеб.-метод. пособие для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подгот. 150700 - Машиностроение и специальности 151001.65 Технология машиностроения / Ю. Ф. Правдин, В. Ф. Усынин, Т. П. Колина; Калинингр.гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2013. - 70 с.
   

Тема № 4. Числовое программное управление.

Представление о персональных системах числового программного управления. Объекты и архитектура числового программного управления. Архитектура систем ЧПУ на базе персонального компьютера: внутрисистемный интерфейс систем ЧПУ. Внешние интерфейсы систем ЧПУ. Модели систем ЧПУ: автономная, виртуальная. Задача–диспетчер.

Время – 3 академических часа.

В среде разработчиков и производителей систем ЧПУ окончательно сложилось понимание того, что современные системы управления должны в максимальной степени использовать достижения компьютерной технологии. В системах ЧПУ нового поколения принято выделять системную платформу PC (Personal Computer) и прикладную компоненту NC (Numerical Control, т.е. ЧПУ); отсюда происходит и общее обозначение класса PCNC. Системная платформа оказывает свои услуги модулям прикладной компоненты через прикладной интерфейс API (Application Program Interface) каждого модуля, причем API скрывает механизм реализации любых услуг. В системе PCNC поддерживается мобильность прикладных модулей (т.е. их переносимость на другие системные платформы); коммуникабельность модулей (т.е. их способность к взаимодействию через единую коммуникационную среду системной платформы); масштабируемость системы в целом (т.е возможность изменять, при необходимости, как функциональность прикладной компоненты, так и вычислительные возможности системной компоненты).

Основная литература:

1. 
   Черепашков А.А. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: учеб. / А. А. Черепашков, Н. В. Носов. - Волгоград: ИН-ФОЛИО, 2009. - 591 с.
   
2. 
   Никифоров А.Д.Процессы управления объектами машиностроения: учеб.пособие / А. Д. Никифоров, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - Москва: Высшая школа, 2001. -с.
   
3. 
   Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием : учеб.для вузов по спец. "Автоматизация технол. процессов и пр-в" / В. Л. Сосонкин; . - Москва : Машиностроение, 1991. - 508 с.
   
4. 
   Правдин, Ю.Ф. Документы текстовые, учебные. Общие требования к содержанию, построению и оформлению : учеб.-метод. пособие для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подгот. 150700 - Машиностроение и специальности 151001.65 Технология машиностроения / Ю. Ф. Правдин, В. Ф. Усынин, Т. П. Колина; Калинингр.гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2013. - 70 с.
   

1. 
   Понятия функциональной и структурной схем.
   
2. 
   Уравнения и передаточные функции систем.
   

Тема № 5. Программирование систем ЧПУ.

Программирование систем ЧПУ. Язык низкого уровня – ISO 6893, DIN 66025. Структура инструкции для программиста. Структура инструкции для оператора. Языки высокого уровня: представление об автоматизированном программировании систем ЧПУ.

Время – 3 академических часа.

Управляющие программы для станков с ЧПУ. Код ISO-7bit: семантика, синтаксис. Подготовительные и вспомогательные функции, кодирование подачи и частоты вращения шпинделя, поиск и смена инструмента. Формат кадра. Главный кадр управляющей программы.

Повышение языкового уровня управляющих программ: стандартные циклы, готовые формы, обычные подпрограммы и подпрограммы макроязыка пользователя, параметрическое программирование, короткое описание детали, безэквидистантное программирование. Архитектура вычислителя устройства ЧПУ. Передача данных в устройстве ЧПУ. Системная и локальная магистрали. Магистральный интерфейс. Обзор архитектурных вариантов устройств ЧПУ: однопроцессорные, мультипроцессорные, PCNC системы. Примеры различных архитектурных решений.

Особенности задач ЧПУ: резидентность, параллельность, взаимодействие и синхронизация, реальное время. Программное обеспечение устройств ЧПУ. Взаимодействие быстрых и медленных процессов. Задача – диспетчер типа PC-NC.

Фазы решения геометрической задачи: распаковка кадра, интерполяция, замыкание контура положения, формирование задания на привод подачи. Алгоритм интерполяции методом оценочной функции. Алгоритм покодовой интерполяции на постоянной несущей частоте. Алгоритм разгона и торможения привода подачи. Алгоритм компенсации систематических погрешностей измерительных преобразователей перемещения по координатным осям. Алгоритм ликвидации скачкообразного изменения рассогласования в приводе подачи. Скоростная, контурная ошибка, методы уменьшения их влияния на точность обработки детали.

Литература:

1. 
   Черепашков А.А. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: учеб. / А. А. Черепашков, Н. В. Носов. - Волгоград: ИН-ФОЛИО, 2009. - 591 с.
   
2. 
   Никифоров А.Д.Процессы управления объектами машиностроения: учеб.пособие / А. Д. Никифоров, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - Москва: Высшая школа, 2001. -с.
   
3. 
   Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием : учеб.для вузов по спец. "Автоматизация технол. процессов и пр-в" / В. Л. Сосонкин; . - Москва: Машиностроение, 1991. - 508 с.
   
4. 
   Правдин Ю.Ф. Документы текстовые, учебные. Общие требования к содержанию, построению и оформлению : учеб.-метод. пособие для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подгот. 150700 - Машиностроение и специальности 151001.65 Технология машиностроения / Ю. Ф. Правдин, В. Ф. Усынин, Т. П. Колина; Калинингр.гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2013. - 70 с. для вузов по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств. - М: Машиностроение, 1991. – 512 с.
   
5. 
   Ратмиров В.А. Управление станками и станочными комплексами. – М.: Машиностроение, 1987. – 272 с.
   
6. 
   Кутин А.А, Создание конкурентоспособных станков. – М.: Изд-во «Станкин», 1996. – 202 с.
   
7. 
   Обзор архитектуры построения современных РСNC систем управления / электронная версия копий статей журнала «Мехатроника» за 2001-2005 г.
   
8. 
   Токарный роботизированный технологический комплекс. – Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1989. – 31 с.
   
9. 
   Гибкий производственный модуль для обработки корпусных деталей. Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1989. – 40 с.
   
10. 
    Настройка гибкого производственного модуля модели 2204ВМ1Ф4. Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1989. – 31 с.
    
11. 
    Исследование следящего привода подачи станка с ЧПУ. - Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1990. – 16 с.
    

Тема № 6. Представление о задачах ЧПУ.

Задачи ЧПУ гибкими производственными системами. Алгоритмы интерполяции. Управление в интегрированных системах. Особенности числового управления в гибкой производственной ячейке (ГПЯ). Адаптивное предельное управление. Адаптивное оптимальное управление. Аппаратная структура системы управления гибкой производственной системой (ГПС). Задачи планирования. Задачи оперативного управления.

Время – 3 академических часа.

Логическая задача УЧПУ.

Автоматизация вспомогательных переходов. Понятие о цикловой автоматике станка Пример структуры сложного цикла автоматической смены инструмента. Аппаратная и программная реализация управления электроавтоматикой. Варианты структур программируемых контроллеров. Широкое использование контроллеров в управлении технологическими машинами. Модульный принцип построения контроллеров. Блоки связи с объектами управления (дискретные, аналоговые, позиционеры, коммуникационные, терминальные). Языки программирования контроллеров (ассемблеры, релейно-контакторной символики, логический мнемокод, языки высокого уровня).

Терминальная задача УЧПУ.

Анализ дисплейных функций. Понятия: формат, глава, страница. Техника меню, диалоговое программирование, интерактивный ввод информации. Цикловая система автоматизированного проектирования управляющей программы. Инструментальная система автоматизированного проектирования управляющей программы. Динамико-графическое моделирование процесса обработки.

Технологическая задача УЧПУ.

Факторы, влияющие на качество обработанной детали. Диагностика оборудования, автоматический контроль точности обработки, состояния режущего инструмента, как необходимые условия реализации «безлюдной» технологии. Автоматический контроль размеров детали и инструмента с помощью индикатора контакта. Алгоритм контроль с одно и двухкратным выходом в измеряемую позицию. Измерительные подпрограммы. Автоматический контроль состояния режущего инструмента по времени фактической работы, силовым параметрам, акустическим показателям и по уровню вибраций.

Фазовое пространство технологического процесса и структура САПР УП. Препроцессор, геометрический и технологический процессоры, постпроцессор. Уровень автоматизации САПР УП. Язык описания объекта, элементы построительной и конечной геометрии. Интерактивный ввод информации. Методы разработки постпроцессоров.

Литература:

1. 
   Черепашков А.А. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: учеб. / А. А. Черепашков, Н. В. Носов. - Волгоград: ИН-ФОЛИО, 2009. - 591 с.
   
2. 
   Никифоров А.Д.Процессы управления объектами машиностроения: учеб.пособие / А. Д. Никифоров, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - Москва: Высшая школа, 2001. -с.
   
3. 
   Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием : учеб.для вузов по спец. "Автоматизация технол. процессов и пр-в" / В. Л. Сосонкин; . - Москва :Машиностроение, 1991. - 508 с.
   
4. 
   Правдин, Ю.Ф. Документы текстовые, учебные. Общие требования к содержанию, построению и оформлению : учеб.-метод. пособие для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подгот. 150700 - Машиностроение и специальности 151001.65 Технология машиностроения / Ю. Ф. Правдин, В. Ф. Усынин, Т. П. Колина; Калинингр.гос. техн. ун-т. - Калининград: КГТУ, 2013. - 70 с. для вузов по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств. - М: Машиностроение, 1991. – 512 с.
   
5. 
   Ратмиров В.А. Управление станками и станочными комплексами. – М.: Машиностроение, 1987. – 272 с.
   
6. 
   Кутин А.А, Создание конкурентоспособных станков. – М.: Изд-во «Станкин», 1996. – 202 с.
   
7. 
   Обзор архитектуры построения современных РСNC систем управления / электронная версия копий статей журнала «Мехатроника» за 2001-2005 г.
   
8. 
   Токарный роботизированный технологический комплекс. – Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1989. – 31 с.
   
9. 
   Гибкий производственный модуль для обработки корпусных деталей. Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1989. – 40 с.
   
10. 
    Настройка гибкого производственного модуля модели 2204ВМ1Ф4. Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1989. – 31 с.
    
11. 
    Исследование следящего привода подачи станка с ЧПУ. - Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1990. – 16 с.
    
12. 
    Система автоматического контроля размеров деталей и инструментов на станках с ЧПУ. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1995. – 24 с.
    
13. 
    Троицкий Я.Н. Система автоматизированного проектирования приводов подачи станков с ЧПУ: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1992. – 54 с.
    
14. 
    Программируемый контроллер. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – 30 с.
    
15. 
    Троицкий, Я.Н. Система автоматизированного проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ. Техтран. Версия 4.4: Фрезерная обработка: учеб. пособие / Я.Н. Троицкий, Е.В. Шинкоренко, В.И. Каплин, А.В. Гущин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. – 32 с.