Проект Минобрнауки — 1 этап

1) Разработаны компьютерные форматы для ресурсного обеспечения производства (MES), необходимые для представления данных об инструменте, заготовках, технологической оснастке, комплектующих изделиях и персонале, как в производственных процессах, так и при технологической подготовке производства на основе использования языка XML. Расширенный атрибутивный состав разработанных форматов достигнут за счет анализа информационных моделей трех систем управления производством ERP/PLM/MES и включения всех данных необходимых для решений задач, связанных с конкретным ресурсом в один типовой формат. Унификация данных достигается за счет использования языка XML для разработки формата. Помехозащищенность данных при их хранении и передаче достигается за счет упаковки и распаковки данных с проверкой контрольных сумм.

2) Разработан типовой формат иерархического представления производственных участков, рабочих центров, производственных линий предназначенный для расшифровки и визуализации данных, получаемых системой межцехового управления от системы управления производственными участками. В разработанном типовом формате оборудования применяется механизм характеристик для описания функциональной и кинематической схемы его работы. Модель компонентов оборудования может состоять как из 3D, так и 2D математических моделей, чтобы иметь возможность одновременно использовать разные схемы визуализации работы оборудования. Характеристики также используются для мониторинга работы любого компонента оборудования.

3) Разработан типовой формат производственных заданий, необходимый для организации управления, обратного реинжениринга (по данным мониторинга) и имитационного моделирования технологических процессов. Производственное задание включает в себя плановые временные и количественные характеристики, ресурсное обеспечение, план технологических переходов, вызовов управляющих программ, Форматом описания производственного задания выбран, разработанный в ходе выполнения проекта универсальный язык управления производством.

4) Разработан алгоритм электронного обмена данными и взаимодействия между различными системами и уровнями управления производством, в том числе с цифровым высокотехнологичным оборудованием. В качестве высокоуровневого протокола выбран HTTP-протокол, транспортный механизм реализован на базе XML пакетов данных. Разработаны схемы транзакций для основных способов взаимодействия между различными субъектами управления производством:

• системой оперативного управления производством (MES) и системой межцехового управления (ERP);
• системой межцехового управления и системой управления производственными участками;
• указанными системами и их диспетчерскими пультами;
• диспетчерскими пультом и DNC-терминалом, устанавливаемым на рабочем центре;
• DNC-терминалом и системой ЧПУ.

5) Разработан алгоритм, обеспечивающий визуализацию и имитацию технологических процессов на основе информационной модели производственного оборудования, данных производственных заданий, планов, расписаний и управляющих программ или объективных данных контроля этих процессов (мониторинга). Алгоритм обеспечивает визуализацию движения и состояния оборудования, а также временные диаграммы загрузки. Алгоритм предназначен для работы на основе 2D и 3D представлений модели оборудования.

6) Разработан универсальный язык управления производством, предназначенный для формализации описания производственных заданий и управляющих программ, имеющий независимую логическую структуру от языков, распознаваемых оборудованием. Функциональный состав языка разработан с учетом задач, возникающих при управлении движением, и управлении технологическими процессами.

7) Разработана программная архитектура универсального постпроцессора с этого языка на языки управления высокотехнологичным машиностроительным оборудованием, предназначенного для унификации управления цифровым оборудованием. Предложенная функциональная схема постпроцессора включает подсистемы:

• трансляции программы, созданной на универсальном языке;
• формирования структуры данных параметров постпроцессора;
• генерации управляющих программ для конкретного цифрового оборудования с помощью настраиваемого конфигуратора постпроцессора.

8) Разработана структурная схема параметров постпроцессора, позволяющая учитывать все основные требования к качеству формирования управляющих программ.

9) Разработана программная архитектура трансляторов с наиболее распространенных инвариантных языков на универсальный язык управления производством, предназначенных для унификации взаимодействия с различными системами программирования цифрового оборудования, присутствующих на рынке.

10) На основании полученных теоретических результатов были разработаны программные компоненты, предназначенные для использования в разрабатываемых на втором этапе ПНИ экспериментальных образцах программного обеспечения. Программирование выполнялось на языках программирования С#, С++, C в среде операционной системы Windows , также была проведена адаптация для использования разработанного программного обеспечения в среде Linux. Для разработанного программного обеспечения выпущена программная документация согласно комплексу стандартов ГОСТ ЕСПД. Разработаны следующие программные компоненты:

• Программный компонент электронного обмена данными, который реализует взаимодействие между диспетчерским пультом и сервером системы управления производством MES, а также мониторинг работы определенного типа оборудования с ЧПУ. Взаимодействие оператора с ЧПУ с системой управления производством заключается в следующем:
  • получении от диспетчера производственного задания;
  • пошаговый мониторинг выполнения производственного задания;
• Программный компонент визуализации данных, получаемых от производственных участков системой межцехового управления выполняет следующие задачи:
  • размещение оборудования (роботов-манипуляторов, станков с ЧПУ) в виртуальной рабочей зоне;
  • размещение геометрических моделей заготовок и оснастки на рабочих поверхностях виртуального оборудования;
  • анимацию движения оборудования в соответствии с его кинематической схемой по управляющей программе;
  • визуализацию траектории перемещения инструмента в процессе выполнения управляющей программы;
  • имитацию движения оборудования в процессе исполнения управляющей программы или производственного задания;
  • визуализация данных о состоянии оборудования и выполнении производственных заданий, получаемых системой межцехового управления, в виде временной развертки.
• Программный компонент «прикладная функциональная библиотека» предназначен для работы с разработанными компьютерными форматами представления данных ресурсного обеспечения производства, обеспечивающих унификацию, расширенный атрибутивный состав и повышенную помехозащищенность. Компонент обеспечивает доступ к данным и документам систем ERP/PLM на автоматизированных рабочих местах, связанных с управлением технологическими процессами цифрового производства.
• Программный компонент универсальный постпроцессор предназначен для унифицированного формирования управляющих программ для высокотехнологического цифрового оборудования. Разработаны пять конфигураций постпроцессора для фрезерного, токарного станков с ЧПУ и установки лазерной резки, робота-манипулятора, для различных систем управления Fanuc, Sinumerik-840, KRC-2(KUKA), Балт-Систем NC210
• Программный компонент транслятор с наиболее распространенных инвариантных языков САМ систем на универсальный язык управления движением оборудования. Предназначен для проверки возможности унификации взаимодействия разрабатываемой системы управления с управляющими программами, разработанными в существующих системах подготовки производства. Разработаны трансляторы для системы Siemens NX, Pro Engeneer и Гемма-3D.

Разработка программных компонентов проводилась с учетом частных технических заданий, разработанных Индустриальным партнером проекта ФГУП «НПО «Техномаш».

На 1-м этапе выполняемого проекта созданы программные продукты, на основе которых на последующих этапах будут разработаны экспериментальные образцы программного обеспечения, являющиеся элементами подсистемы программного комплекса управления предприятиями высокотехнологичного машиностроительного производства, отвечающего за обмен данными между системой оперативного управления производством и технологическим оборудованием, обеспечивающего их взаимодействие в режиме реального времени.