ПРИМЕНЕНИЕ В АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ США ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ техники ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ и в управлении технологическими процессами

Автоматизация проектных и производственных процессов в ма­шиностроении, включая и управление самим производством, в на­стоящее время в значительной степени зависит от развития элек­тронно-вычислительной техники.

К началу 70-х годов в капиталистических странах находилось в эксплуатации, включая и мини-машины [14], примерно 120 тыс. вы­числительных машин, из них 109 тыс. (на сумму 35 млрд, долл.) — машин производства фирм США. По количеству ЭВМ на душу населения первое место среди капиталистических стран занимали США, где на 1000 человек населения в 1971 г. приходилось 0,24 ЭВМ. ,По данным периодической печати США большинство специалистов по исследованию рынка считают, что высокий спрос на вычислительную технику в ближайшие годы будет определять­ся следующими факторами:

непрерывным расширением областей применения ЭВМ;

заменой имеющихся машин более современными;

увеличением количества внешнего оборудования, в том числе

и запоминающих устройств у имеющихся ЭВМ;

непрерывным снижением стоимости ЭВМ;

созданием сетей и однородных вычислительных систем на базе средних, больших и мини-ЭВМ;

созданием однородных вычислительных средств на базе мик­ро-ЭВМ;

увеличением количества и типов внешнего оборудования, в том числе и запоминающих устройств при одновременном увеличении их емкости и снижении их стоимости;

созданием новых типов средств связи, ‘обладающих увеличен­ной надежностью, плотностью и скоростью передачи информации.

Одновременно будут действовать и факторы, сдерживающие развитие вычислительной техники, а именно: нехватка инженеров — математиков и программистов, а также высокая стоимость и недо­статочная эффективность средств математического обеспечения для машин третьего поколения.

Будет сохраняться уже наметившаяся тенденция сокращения разрыва в использовании ЭВМ в странах Западной Европы и США. Так, в 1961 г. США превосходили Западную Европу по

Рис. 5. 1. Рост парка ЭВМ в Рис. В. 2. Телевизионная установка для графического США (/) и Западной Евро — воспроизведения информации о конструкции деталей пе (2) или обрабатываемого контура

количеству и стоимости парка ЭВМ в 6 раз, в 1965 г. — в 4,1, в 1969 г. — в 3,2, а в 1975 г. — только в 2 раза (рис. 5. 1).

Крупнейшим потребителем ЭВМ в США является промышлен­ность (табл. 5. 1); уже в 1967 г. на ее долю приходилось свыше 40% всех установленных в США машин.

Таблица 5.1

Распределение ЭВМ по областям промышленности и управления в США Область нспользованоя ЭВМ Объем приме 1968 г. іения ЭВМ, % 1971—1973 гг. Административные работы и финансы 44 29 Производство 19 24 Исследование рынка и прогнозирование 13 15 НИР и ОКР 11- 13 Сбыт 10 12 Планирование н контроль 3 7

Применение ЭВМ в авиационной промышленности США посто­янно расширяется. Ведущие авиационные фирмы США на основе комплексной программы применяют электронно-вычислительные машины на всех стадиях проектирования и производства летатель­ных аппаратов, начиная с разработки эскизного проекта.

В настоящее время ЭВМ используется в различных областях’ проектирования, в частности:

при проектировании и использовании антенн для ‘слежения за полетом летательных аппаратов;

при проектировании больших интегральных схем в системах управления;

при проектировании аэродинамических обвйдов и конструкций авиационной техники.

Так, исследовательской лабораторией фирмы «Локхид» в г. Ма­риетта разработана методика моделирования крыла на ЭВМ, по­зволяющая еще до испытания модели в аэродинамической трубе исследовать ее аэродинамические свойства при различных услови­ях полета. Эти исследования ведутся совместно авиаконструкто­ром и инженером-программистом.

Обработанные на ЭВМ данные выдаются в виде графической информации на экран электронно-лучевой индикаторной трубки. Проектировщик при помощи светового карандаша вносит необхо­димую коррекцию, а затем вся информация вводится в запомина­ющее устройство. По результатам испытания в аэродинамической трубе проектировщиком вносятся необходимые коррективы в рапее смоделированную на ЭВМ конструкцию.

Фирмы «Макдоннелл — Дуглас», «Боинг» и «Локхид» при про­ектировании широкофюзеляжных самолетов использовали ЭВМ третьего поколения, поставляемые фирмой IBM. Для изготовления чертежей и вычерчивания аэродинамических обводов самолето­строительные фирмы используют выпускаемые фирмой «Актрон Индастри» графопостроители (координатографы), включающие телевизионную установку с экраном для проектирования и визу­ального контроля разработанных конструкций узлов и деталей (рис. 5.2). Автоматическая система выполнения чертежей и под­готовки с них информации для станков с ЧПУ, представленная на рис. 5. 3, имеет скорость вычерчивания 600 импульсов в минуту, точность ‘позиционирования ±0,1 мм; рабочая поверхность стола 1,5X3,6 м.

Фирмы используют ЭВМ также для планирования всего про­изводства, включая расчет сменных и месячных заданий каждому рабочему, проектирование инструмента, учет заказов на инстру­мент и комплектующие изделия.

Постоянно совершенствуются применяемые фирмами методы подготовки программ для станков с ЧПУ. Как уже указывалось, каждая самолетостроительная — фирма располагает парком обору­дования с ЧПУ и 200—250 станков. Подготовка программ — построе­на на широком использовании ЭВМ для — расчета траектории дви­жения инструмента при обработке фасонных поверхностей, а также расчета режимов резания. Тем не менее трудоемкость программи­рования сравнительно высока. Так, на фирме «Макдоннелл — Дуг­лас» в 1973 г. составление программы обработки на фрезерном станке сложной детали из титанового оплава площадью 2 м2 потре­бовало 1000 ч работы нескольких программистов.

В среднем на всех фирмах на составление программы обработки 1 м2 поверхности затрачивалось около 200—300 ч работы програм­миста.

Высокая трудоемкость подготовки основных программ застав­ляет фирмы изыскивать методы и средства ее сокращения. К чис­лу этих методов относится, в частности, установившаяся практика использования полученной в процессе проектирования аэродина­мических обводов математической информации для расчета про­грамм. Вторым важным средством сокращения трудоемкости программирования служит метод записи цифровой программы по чертежу или шаблону. Фирма «Макдоннелл — Дуглас» применяет для этого устройство, разработанное фирмой «Актрон», которое позволяет получать программу, записанную на перфоленту, непо-. средственно с чертежа. На подготовку перфоленты, необходимой для изготовления шаблона средней сложности, затрачивается 15 мин. Полученная перфолента вводится в систему управления станком, что позволяет при автоматическом и ручном обходе кон­тура детали учитывать и диаметр фрезы. Точность слежения по контуру при записи — по чертежу 0,05 мм на длине контура 300 мм и 0,12 мм на длине 3000 мм. Система записи различает параллельные линии, отстоящие друг от друга на 0,4 мм и пунк­тирные линии с шагом пунктира 6,3 мм. Скорость записи при об­ходе прямых линий 2500 мм/мин, а дуг окружности радиусо-м 12,7 мм — 250 мм/мин. Размеры стола 3600X1500 мм. Чертеж удерживается на столе вакуумными присосками.

Скорость обхода регулирует оператор. Синусно-косинусный по­тенциометр, механически связанный со следящей головкой и снаб­женный фотоэлементом, обеспечивает требуемую скорость подачи по координатам в соответствии с углом наклона касательной обходимого контура к направлению координат. Перемещение го­ловки следящего устройства преобразуется в электрические сиг­налы и кодируется в цифровой форме датчиками фирмы «Лендикс Шеффилд». Цифровая информация подается в ЭВМ «Хонестуэлл мод. PDP-116», которая обрабатывает полученные данные и выда-

/—5—оборудование для ввода информации различных типов; 6—копиро­вальная машина; 7—устройства вывода информации; 8—устройство ввода и вывода информации на перфоленте; 9—множительный аппарат; 10—ав­тономная автоматизированная система программирования; //—координато­граф; /2-^цеитральная ЭВМ управления; 13—дисплей; 14—пульты ЧПУ

станками

ет результаты на блок перфорации. Разрешающая способность системы 0,025 мм по обеим координатам.

Значительное внимание уделяется самолетостроительными фир­мами повышению коэффициента использования станков с ЧПУ. В связи с этим многие фирмы начинают внедрять так называемые системы непосредственного или прямого числового управления от ЭВМ отдельным станком, группой станков или технологическим участком (рис. 5. 4).

Последние годы характеризуются появлением большого коли­чества разнообразных «оперативных систем» подготовки про­грамм: ИЗОПРОГ, NC-диалог (ФРГ), Мини-АПТ (Франция), МОДАРТ (Италия) и т. д.

Эти системы представляют собой, как правило, подмножество мощных языков (например, APT) и базируются на мини-ЭВМ. Оперативные системы оснащены всем необходимым для быстрого получения и отладки программ, графическим контролем, редакто­ром входного текста и т. д. Как правило, все подобные системы работают в диалоговом режиме, сохраняя возможность пакетной обработки. Легкость и быстрота получения основных программ, надежность в работе, простота в обслуживании — все это опреде­ляет коммерческий успех таких систем. В настоящее время поч­ти каждая фирма-изготовитель мини-ЭВМ оснащает свои машины пакетом прикладных программ для автоматизации программиро­вания.

В США установлена точная терминология, стандартизованная Ассоциацией электронной промышленности (EJA). Согласно стан­дарту групповая система ЭВМ — ЧПУ (DNC) определяется как система, включающая некоторое число станков с ЧПУ, соединен­ных с общим запоминающим устройством для хранения про-

грамм, которые могут быть затребованы оттуда для использова­ния на станке. В системе обычно предусмотрена возможность ви­зуального воспроизведения и редактирования программ, инструк­тирования рабочих, а также сбора информации о технологическом процессе. При автоматизации управления группой станков или це­лым технологическим участком система управления строится по иерархическому принципу.

Универсальная ЭВМ используется для планирования, учета и диспетчирования загрузки станков, подготовки необходимых дан­ных для программирования. В отдельных случаях в ЭВМ хранятся записанные на магнитных барабанах или магнитных дисках про­граммы обработки. По команде ЭВМ включается барабан или диск и программа передается к станку по проводам. В других случаях между центральной ЭВМ и станками устанавливается ряд мина — ЭВМ. Во всех случаях ЭВМ играют роль диспетчера и хранителя программ, записанных на магнитных барабанах, дисках или лентах.

В последние годы в США появились системы управления стан­ками с переменной структурой. На Чикагской выставке станков в 1972 г. из 200 выставленных систем 20 систем были с перемен­ной структурой. Однако в промышленности работает не более 300—500 таких систем, в то время как общее число систем с ЧПУ в США достигает 30 000.

Система с переменной структурой (CNC) определяется по стан­дарту США следующим образом: система ЧПУ, в которой инди­видуальная мини-ЭВМ с хранящимися в ней программами осуще­ствляет все или некоторые функции систем ЧПУ станками в соот­ветствии с программой, хранящейся в памяти ЭВМ. Обычно мини — ЭВМ встраивается непосредственно в систему управления станком, ее применение целесообразно в первую очередь в специализиро­ванных станках, предназначаемых для обработки определенного класса однотипных деталей, когда появляется реальная возмож­ность на основе принципов групповой технологии разработать не­обходимый математический аппарат для автоматического проекти­рования технологического процесса обработки деталей на станке. Применение мини-ЭВМ при этих условиях позволяет резко сокра­тить объем информации по сравнению с обычно вводимой в пульт управления станком со встроенным интерполятором, сократить трудоемкость подготовки программ, встроить систему адаптивного управления, вносить необходимые коррективы в программу без особых осложнений.

Системы ЧПУ с переменной структурой являются представите­лями четвертого поколения систем ЧПУ. По мнению специалистов, управление станками с помощью мини-ЭВМ очень эффективна. Мини-ЭВМ становятся конкурентоспособными по отношению к си­стемам ЧПУ с фиксированной схемой управления и, возможно, даже придут им на смену, поскольку позволяют менять структур­ную схему системы ЧПУ с помощью только математического обес­печения, без какой-либо перепайки схем. Кроме этого, применение

мини-ЭВМ позволяет контролировать работу станков (причем име­ется аварийная сигнализация).

Мини-ЭВМ находят применение не только в системах ЧПУ станками с переменной структурой, но также и в электронных си­стемах циклового управления с внутренней памятью и для контро­ля работы сборочных машин. Фирма «Грумман Эркрафт» исполь­зует ЭВМ для управления процессом клепки крыльев самолета. В этом случае применяются титановые заклепки, требующие оп­ределенного изменения выдержки под давлением в процессе клеп­ки. До внедрения ЭВМ в этом процессе осуществлялось простое регулирование скорости клепки.

В системах группового управления ЧПУ — ЭВМ большое вни­мание уделяется сбору и выдаче на центральный пульт управле­ния информации о состоянии всех отдельных их элементов. В лю­бой момент можно узнать, загружен ли тот или иной станок, в ка­ком состоянии находятся режущие инструменты, нужна ли их заме­на и т. д. В этих системах ведется также статистическая обработка данных.

Дальнейшее развитие систем ЧПУ — ЭВМ идет по пути разра­ботки комплекса централизованного автоматического управления производством от центральной ЭВМ всем предприятиям; в таком комплексе, помимо обычных задач, решаются вопросы планирова­ния и организации производства. В последнее время в США все более широкое распространение получают системы ЧПУ металло­режущим оборудованием, в которых используются микропроцес­соры.

Г лава 6