Информационные технологии при проектировании высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением

Содержание
Введение
Глава 1. Компьютерные технологии, применяемые в машиностроении на этапах разработки нового изделия
1.1 Разработка структурной схемы процесса разработки с использованием современных компьютерных технологий
1.2 Математический расчет динамических и точностных характеристик
1.3 Разработка конструкторской документации
1.3.1 Программы, используемые для геометрического моделирования машиностроительного объекта
1.3.2 Программы, предназначенные для построения электрических и функциональных схем
1.4 Компьрютерные технологии, применяемые при разработке блока управления
1.5 Разработка управляющей программы
Глава 2. Современные компьютерные технологии при проектировании высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением
2.1 Построение структурной схемы процесса разработки высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением с применением современных компьютерных технологий
2.2 Математический расчет динамических и точностных характеристик высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением
2.3 Разработка комплекта конструкторской документации для высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением
2.3.1 Геометрическое моделирование высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением
2.3.2 Разработка электрической схемы высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением
2.4 Разработка блока управления для высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением
2.5 Разработка управляющей программы для высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением
Заключение
Список использованных источников

Введение
С каждым годом все больше областей нашей жизни не возможно представить без информационных и компьютерных технологий. Компьютеризация и автоматизация процессов производства является залогом создания надежной, конкурентно-способной продукции
В настоящее время компьютерные технологии (КТ) занимают одно из ведущих положений в процессе разработки, производства, и внедрения нового, а также модернизации уже используемого промышленного оборудования.
Автоматизация и компьютеризация этапов существенно облегчает и ускоряет процесс разработки, поскольку в настоящее время значительно сократился период времени от возникновения новой идеи до внедрения готового изделия. В то время как структуры и форма изделий усложняется с каждым годом, повышаются требования к точности изготовления. Решению этих задач способствует существующее в настоящее время большое количество прикладных программ, используемых различными специалистами на этапах проектирования, изготовления, испытания, внедрения и последующей эксплуатации промышленных изделий.
Специализированные пакеты программ облегчают работу специалистов, ускоряют процесс появления нового изделия. Позволяют на этапе разработки внести необходимые корректировки, промоделировать поведение, еще до изготовления изделия.
Программные пакеты, используемые в процессе испытаний и дальнейшей эксплуатации готового изделия, позволяют упростить эти процессы, снизить число привлекаемых специалистов, ускорить процесс устранения неисправностей, повысить надежность и, следовательно, " срок жизни". Все это сохраняет временные и финансовые ресурсы, повышает качество готовой продукции.
На этапах производства новой продукции, в частности координатных систем, необходимо решить следующие основные задачи:
разработать структурную схему процесса разработки;
произвести математический расчет динамических и точностных характеристик;
разработать комплект конструкторской документации;
разработать систему управления;
разработать прикладное программное обеспечение.
Для решения такого рода задач на разных этапах разработки специалисты различного профиля используют в соответствующие компьютерные технологии причем, в большинстве случаев, приходится применять наряду с универсальными САПР типа Visio, AutoCAD, узкоспециализированные программные средства типа Xilinx, Altera, разработанные под конкретные устройства фирмой производителем, что, как показала практика, дает больший эффект.
Глава 1. Компьютерные технологии, применяемые в машиностроении на этапах разработки нового изделия
Применение компьютерных технологий при разработке и внедрении нового изделия в машиностроении позволяет практически полностью автоматизировать процесс разработки, что значительно сокращает время разработки и облегчает задачи разработчиков.
1.1 Разработка структурной схемы процесса разработки с использованием современных компьютерных технологий
Начальным этапом разработки или проектирования изделия машиностроения, как и других областей, является построение структурной схемы или алгоритма выполнения поставленной задачи. Современные программные обеспечения значительно упрощают задачу разработчика, ускоряют процесс разработки, делает его более наглядным. Из большого многообразия ныне существующего программного обеспечения, которое можно использовать для этих целей, разработчик имеет возможность выбрать наиболее ему подходящий, в зависимости от поставленной задачи. Среди таких программ:
Visio;
Splan.
Visio представляет собой инструментарий для построения бизнес-диаграмм, временных шкал, алгоритмов, схем и блок-схем.
Visio имеет следующие достоинства:
Предлагает гибкую платформу с тысячами фигур для использования в разных областях. Благодаря технологии SmartShapes любой пользователь может изменить существующую или создать новую фигуру в соответствии со своими личными потребностями. [10,11]
Работу пользователя облегчают отличные средства помощи, сопровождающие его на всех этапах создания диаграмм. Во-первых, имеется контекстно-чувствительная подсказка. Также пользователю показывается подробное описание объекта, если он на несколько секунд остановит над этим объектом указатель мыши.
Любая из тысяч фигур Visio может быть изменена в соответствии с корпоративными или отраслевыми стандартами. Имеется возможность рисовать и программировать новые фигуры, сохраняя их в трафаретах и шаблонах для последующего использования в диаграммах.
Visio поддерживает возможность создания "интеллектуальных" фигур. Создавая формулы в табличном окне ShapeSheet., можно связывать фигуры с данными или иным образом изменять их поведение. В фигурах, изображающих сетевое оборудование, предусмотрены свойства для указания производителя и другой информации (готовые фигуры уже включают примеры таких данных).
Имеется возможность использования уже готовых фигур. Независимо от области специализации можно всегда найти в Visio подходящую для себя схему. Можно создавать блок-схемы, организационные диаграммы, временные шкалы, планы размещения офисного оборудования и т.д. Схемы могут создаваться даже по данным, хранящимся в файлах Microsoft Excel, Microsoft Access и Microsoft Project. Можно легко создавать и модифицировать схемы Visio непосредственно внутри других программ Office.
Splan - программа, наряду с возможность построения электрических и функциональных схем, удобна при построении алгоритмов и структурных схем. Поскольку имеет все необходимые для этих целей возможности.
Главным ее достоинством является простой, доступный разработчику разного уровня интерфейс, что особо актуально при условии отсутствия времени для освоения более сложного программного обеспечения.
Так же Splan содержит приличную и сравнительно компактную (около 250 КБ) библиотеку готовых условно-графических изображений радиоэлементов и символов, а также набор рамок и штампов чертёжных форматов А4, А3, А2, А1 и бланки перечней элементов, соответствующих русским ГОСТам и употребляемых при черчении электрических и функциональных схем. Библиотеку можно редактировать и пополнять. Программа немного похожа на условно бесплатный QuickPic. Она создаёт более экономичные по размерам файлы с чертежами схем, а также умеет экспортировать их в графические файлы с расширением bmp, автоматически проставлять нумерацию и номиналы (марку) элементов (радиодеталей) и в соответствии с этими данными формировать спецификацию (список элементов) и импортировать её в формат редактора Word (*. rtf). На основе готовых рамок и штампов позволяет подготавливать схемы (чертежи) соответствующие русским ГОСТам, печатать их и масштабировать без искажения. Максимальный размер листа 999мм х 999мм. Имеется режим авто сохранения, примеры чертежей схем, линейки. Программа не требует инсталляции. [1]
По сравнению с Visio, Splan более простая для освоения программа, доступна специалисту любого уровня подготовки, имеет русский интерфейс, не требует инсталляции. Таким образом, если время на освоение программного продукта и ресурсы компьютера ограничены, а структурная схема или алгоритм достаточно просты, предпочтение стоит отдать программе Splan.
1.2 Математический расчет динамических и точностных характеристик
Усложнение систем и объектов машиностроительного комплекса влечет за собой более сложные и трудоемкие расчеты конструктивных параметров изделий, точностных и динамических характеристик объектов. Появление современных компьютерных технологий позволяющих быстро и эффективно выполнить математические расчеты, решить сложные уравнения и даже промоделировать процессы значительно упростило и облегчило задачу разработчиков. Для решения такого рода задач можно применять:
MATLAB;
Mathematica;
MatCAD;
Excel.
Mathematica- система символьной математики для ПК. Центральное место в системах класса Mathematica занимает машинно-независимое ядро математических операций - Kernel. Для ориентации системы на конкретную машинную платформу служит программный интерфейсный процессор Front End.
После загрузки интерфейсного процессора появляется скромная панель главного меню системы и пустое окно редактирования документов. В нем можно начинать вычисления
Характерной особенностью является объединение исходные данных, описания алгоритмов решения задач, программ и результатов решения в самой разнообразной форме (математические формулы, числа, векторы, матрицы, графики). [8].
Основными достоинствами системы являются:
Возможность не только выполнения сложных численных расчетов с выводом их результатов в самом изысканном графическом виде, но и проведение особо трудоемких аналитических вычислений и преобразований.
Средства Mathematica позволяют готовить документы в стиле Notebook на самом высоком полиграфическом уровне воспроизведения текстов, математических формул и графиков.
Так же в новых версиях Mathematica появилась возможность подготовки документов в виде, непосредственно пригодном для их отправки по сети Интернет.
Отличительной особенностью является не типичная по сравнению с аналогичными пакетами оболочка Mathematica.
Основное достоинство системы MATLAB в наличии огромного числа операторов и функций, которые решают множество практических задач, для чего ранее приходилось готовить достаточно сложные программы. Например, это функции обращения или транспонирования матриц, вычисления значений производной или интеграла и т.д. и т.п. Число таких функций с учетом пакетов расширения системы уже достигает многих тысяч и непрерывно увеличивается. [8]
Характерной особенностью системы MATLAB является то, что она имеет входной язык, напоминающий Бейсик (с примесью Фортрана и Паскаля). Запись программ в системе традиционна и потому привычна для большинства пользователей компьютеров. К тому же система дает возможность редактировать программы с помощью любого привычного для пользователя текстового редактора. Имеет она и собственный редактор с отладчиком.
Язык системы MATLAB в части программирования математических вычислений намного богаче любого универсального языка программирования высокого уровня. Он реализует почти все известные средства программирования, в том числе объектно-ориентированное и визуальное программирование.
Преимуществом системы по равнению с аналогичными является, входящая в состав MATLAB программа Simulink, которая дает возможность имитировать реальные системы и устройства, задавая их моделями, составленными из функциональных блоков. Simulink имеет обширную и расширяемую пользователями библиотеку блоков и простые средства задания и изменения их параметров. [6]
1.3 Разработка конструкторской документации
Геометрическое моделирование машиностроительного объекта- первый этап разработки конструкторской документации. На этапе проектирования он, как правило, занимает большую часть времени. Производители программных обеспечений, зная трудоемкость и важность данного процесса, в связи с тем, что с каждым годом технологические и конструкционные параметры разрабатываемых изделий все более усложняются, постоянно усовершенствуют, создают новые, расширяют функциональные возможности уже существующих программных продуктов, всячески облегчая задачу разработчиков. В том случае, если устройство содержит не только механическую часть, в комплект документации будут включены электрические и функциональные схемы электрической или электронной части, чертежи печатных плат.
Конструкторскую документацию в электронном виде, по сравнению с документацией выполненной вручную на бумаге, легче тиражировать, удобнее и эффективнее вносить изменения, поскольку современные графические пакеты дают возможность сквозного проектирования.
1.3.1 Программы, используемые для геометрического моделирования машиностроительного объекта
Среди программных средств, которые наиболее часто применяются для геометрического моделирования машиностроительного объекта можно выделить:
AutoCAD;
Solid Works.
AutoCAD- программный пакет для подготовки конструкторской документации, разработанный фирмой AutoDesk. [7]
Любые задачи автоматизации в соответствии с конкретными нуждами и уникальными требованиями могут решаться пользователем, применяя средства AutoCAD гибко и эффективно.
Разные ветви семейства продуктов AutoCAD обеспечивают продуктивное их использование в решении проектных и графических задач любой сложности, пользователем с различным опытом, при оправданных в каждом конкретном случае финансовых затратах.
AutoCAD имеет следующие достоинства:
Данный пакет позволяет пользователю создавать различные виды конструкторской документации с помощью различных геометрических примитивов: линий, окружностей, дуг, точек разного вида, прямоугольников, многоугольников и т.д. AutoCAD представляет также возможности автоматической штриховки области любой формы и заливки любой области.
Пакет предоставляет широкие возможности по расстановке размерных и осевых линий, меток, характеризующих точность и способы обработки поверхностей. Эти линии привязываются к конкретному объекту и при изменении его параметров автоматически пересчитываются.
Позволяет создавать и трехмерные изображения, часто используемые при проектировании инженерных или архитектурных объектов. При построении трехмерных моделей можно использовать различные виды формообразования поверхностей.
Имеет гибкий механизм обмена создаваемыми изображениями с другими рабочими станциями обработки их как собственными средствами, так и с помощью других программ.
Характерной особенностью является возможность сохранять созданные документы боле, чем в 10 векторных графических форматах, что делает его эффективным и удобным не только в области создания конструкторской документации. [8]
Solid Works- Система твёрдотельного параметрического моделирования разработана американской компанией Solid Works Corporation. Система конструирования среднего класса, базирующаяся на параметрическом геометрическом ядре ParaSolid. SolidWorks максимально использует все преимущества операционных систем Windows 95/98 и NT. [9]
Solid Works имеет следующие достоинства:
Предоставляет пользователю полный набор функций геометрических построений и операций редактирования, содержит высокоэффективные средства твердотельного моделирования, основанные на постепенном добавлении или вычитании базовых конструктивных тел.
Кроме создания твёрдых тел, в SolidWorks существует возможность построения различных поверхностей, которые могут быть использованы как для вспомогательных построений, так и самостоятельно.
Предоставляет возможности создания твердотельных моделей стандартных деталей на основе управляющих таблиц с типоразмерами будущих элементов библиотеки, а также средства организации их в иерархически упорядоченную структуру с общим интерфейсом.
Средства SolidWorks позволяют объединять в одной сборке сотни разнотипных деталей и подсборок, строить необходимые сборочные единицы, не выходя в режим создания деталей. Встроенные средства оформления чертежа, позволяют отслеживать ассоциативную связь между моделью и ее чертежом. Характерной чертой Solid Works является то, что после создания твердотельной модели существует возможность автоматического получения рабочих чертежей детали или сборки с изображениями основных видов, проекций, простановкой основных размеров и обозначений. Для оформления в полном соответствии с ЕСКД рабочие чертежи передаются в чертёжно-графический редактор КОМПАС 5. Процесс построения чертежа упрощается за счет автоматического формирования сложных разрезов и выносок.
1.3.2 Программы, предназначенные для построения электрических и функциональных схем
При построении электрических и функциональных схем можно использовать такие средства как:
P-CAD;
Splan.
Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-GAD входят четыре основных модуля P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ, которые позволяют создавать, удалять, редактировать компоненты схем и плат, принципиальные схемы и макеты печатных плат. [4]
P-CAD Schematic и P-CAD PCB - соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и ПП.
Особенностями системы являются:
Редакторы, которые имеют системы всплывающих меню в стиле Windows, а наиболее часто применяемым командам назначены пиктограммы. В поставляемых вместе с системой библиотеках зарубежных цифровых ИМС имеются три варианта графики: Normal - нормальный (в стандарте США), DeMorgan - обозначение логических функций, IEEE - в стандарте Института инженеров по электротехнике (наиболее близкий к российским стандартам). [8]
Редактор P-CAD PCB может запускаться автономно и позволяет разместить модули на выбранном монтажно-коммутационном поле и проводить ручную, полуавтоматическую и автоматическую трассировку проводников. Если P-CAD PCB вызывается из редактора P-CAD Schematic, то автоматически составляется список соединений схемы и на поле ПП переносятся изображения корпусов компонентов с указанием линий электрических соединений между их выводами. Затем вычерчивается контур ПП, на нем размещаются компоненты и, наконец, производится трассировка проводников.
Система P-CAD имеет следующие достоинства:
Библиотеки (*. lib) в системе P-CAD содержат не только информацию о рисунке символа компонента на электрической схеме и посадочном месте компонента на печатной плате, но и текстовую информацию о внутренней структуре и функциях отдельных составляющих компонента.
Символ компонента и его посадочное место можно записывать не только в библиотеку, но и в отдельные файлы с расширениями *. sym и *. pat соответственно.
Система P-CAD позволяет проверять, удовлетворяет ли разработанная плата конструкторско-технологическим требованиям.
Характерной чертой системы является то, что каждый компонент состоит из одной или нескольких (одинаковых или различных) логических секций (вентилей), которые упаковываются в один корпус. Компоненты с разными именами могут иметь одну и ту же графику корпуса или символа. Корпусы и символы в этом случае должны находиться в одной и той же библиотеке.
Так же P-CAD, как и другие графические пакеты, позволяет получить чертежи в процессе разработки электронного устройства. Для этого предназначены модули PCPRINT и PCPLOTS.
1.4 Компьютерные технологии, применяемые при разработке блока управления
Реализация управляющего модуля может быть различной, в зависимости от области применения, сложности выполняемой функции и ряда других причин. Построить его можно, используя микропроцессор, микроконтроллер, жесткую логику или программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС). И именно ПЛИС в последнее время отдают предпочтение разработчики, благодаря ряду преимуществ. Что касается микроконтроллеров, то при организации функции управления, т.е. при программировании его на выполнение заданного алгоритма управления используют, как правило, стандартные широко известные языки программирования (обычно СИ).
Разработка блока управления зачастую требует применения специализированного программного обеспечения, поскольку в настоящее время, как правило, в комплекте с управляющим модулем производители поставляют и программное обеспечение (ПО) к нему. Производители ПЛИС дают возможность конструкторам настраивать управляющий модуль непосредственно на месте разработки, используя адаптированное ПО. Как правило, выпускается универсальное устройство с довольно большими возможностями, а разработчик с помощью прилагаемого ПО настраивает необходимый алгоритм управления из имеющимися в его распоряжении встроенных функций. Такая процедура дает возможность гибкой настройки и перенастройки управляющего модуля в зависимости от области применения, что заметно ускоряет и облегчает задачу разработчика.
К таким производителям, в частности, относятся наиболее крупные Xilinx и Altera.
Фирма Altera предлагает САПР MAX+PLUS II и Quartus II. Каждый САПР поддерживает все этапы проектирования: Ввод проекта, Компиляция, Верификация и Программирование. Каждый САПР имеет Tutorial (Самоучитель), который устанавливается при инсталляции пакета. Tutorial состоит из занятий, в ходе которых проходится весь цикл проектирования от ввода проекта до программирования микросхем. При инсталляции также устанавливаются файлы, описывающие проект так, что в ходе изучения Tutorial можно пропускать отдельные занятия и использовать готовые файлы. Например, можно пропустить "Ввод проекта" и перейти к "Компиляции" проекта, используя готовые файлы. [2]
САПР MAX+PLUS II является более простым в освоении по сравнению с Quartus II. Он поддерживает семейства MAX, FLEX и ACEX, которые содержат микросхемы с 5В питанием и количеством функциональных преобразователей от 32 до 4992 и имеет меньшее количество настроек. Этот САПР фирма Altera не развивает и рекомендует переходить на Quartus II.
САПР Quartus II является основным. Фирма Altera активно его развивает. Он поддерживает все новые семейства микросхем и обладает особенностями, которых нет в MAX+PLUS II. Запрограммировать модуль можно с помощью языка описания аппаратуры ALTERA HDL.
Для проектирования устройств с применением ПЛИС фирма Xilinx выпустила специализированное программное обеспечение XILINX ISE. Базовая версия (с ограниченным количеством поддерживаемых МС с объемом вентилей до 300 тысяч и некоторыми другими ограничения) бесплатно доступна для широкого использования. Для реализации более сложных задач фирма предлагает лицензионное ПО.
САПР XILINX ISE WebPACK представляет собой комплекс программных средств, позволяющих разработчику эффективно и с минимальными по времени затратами по сравнению с классическим подходом к проектированию с использованием жесткой логики, спроектировать устройство.
Достоинством является то, что:
Проект можно описывать несколькими способами. Один из способов описания проекта, схемотехнический.
При его использовании ввод схемы осуществляется с помощью графического редактора ECS. САПР XILINX ISE имеет встроенный графический редактор описания схем с помощью диаграмм состояний- StateCAD. [3]
САПР XILINX ISE разрабатывался с ориентацией на работу с языками высокого уровня. Ввод HDL описания осуществляется в главном окне оболочки Project Navigator.
Если разработчик не использовал в своей работе языки высокого уровня, то для более быстрого освоения в САПР имеется набор шаблонов Language Template. В нем даны примеры описания конструкций основных функциональных элементов.
Основным преимуществом САПР XILINX по сравнению с Altera является наличие встроенных трассировочных матриц, что значительно увеличивает ресурсы.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию