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 , 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 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.
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 обвидов 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 ранее 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 сплава 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, непосредственно 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 радиусом 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 выдает 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 (на,пример, 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 программ, 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 мини- 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.
Белянин П. Н. Производство широкофюзеляжных самолетов в США — М.: Машиностроение, 1979.
