Аннотация к магистерской диссертации на тему "Адаптация системы WinPCNC для станков лазерной графики" по специальности 055200 "Компьютерные системы управления" Актуальность работы. Работа направлена на решение актуальной научной проблемы – адаптация системы ЧПУ для станков лазерной графики и повышение производительности изготовления деталей методом лазерной гравировки Вопрос повышения производительности при создании изделий для корпоративного и массового рынка в области лазерной графики стоит весьма остро ввиду постоянно усиливающейся конкуренции на данном рынке. Быстрое изготовление изделий становится важнейшей оценкой конкурентоспособности производителя. В последнее время использование систем числового программного управления (ЧПУ) становится неотъемлемой частью любого современного производства, однако особенности управления лазерным станком не предусматриваются в системах ЧПУ общего назначения, что ведет к значительному снижению производительности. Таким образом, перед нами ставится актуальная задача адаптации математического обеспечения системы ЧПУ общего назначения для станка лазерной графики.
Цель данной работы. Сокращение времени обработки деталей на лазерном станке при сохранении качества получаемых изделий за счет оптимизации алгоритмов разгона и торможения, а также реализации сплайновой интерполяции в системе ЧПУ.
Для достижения цели поставлены следующие научные задачи:
· Исследование методов оптимизации обработки изделий сложной формы.
· Разработка модели оптимизации системы ЧПУ для станков лазерной графики на основе внедрения специальных методов интерполяции и разгона – торможения.
· Реализация алгоритмов управления лазерным станком в системе ЧПУ.
· Анализ практических результатов оптимизации системы.
Для решения поставленных задач был использован широкий круг источников по данному вопросу, в том числе по системам ЧПУ, языковым и инструментальным средствам разработки, объектно-ориентированному проектированию, математике, технологиям межзадачного взаимодействия и визуальному программированию.
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на методах объектно-ориентированного проектирования (декомпозиции, абстракции, иерархии), концепции объектно-ориентированного программирования, языке визуального проектирования UML.
Научная новизна. Разработана модель оптимизации лазерной обработки с применением систем ЧПУ, построенных по модульному принципу и обладающих открытой архитектурой. Даны теоретические основы усовершенствованного алгоритма управления лазерным станком.
Апробация работы. Теоретические и практические результаты работы были применены при создании версии системы ЧПУ WinPCNC для станков лазерной графики ARTI фирмы Laser Grafik Art. Представлялись доклады на регулярных семинарах научно-исследовательской лаборатории кафедры “Компьютерные системы управления”. Кроме того, научные и практические результаты работы применялись при организации учебного процесса на кафедре. Результаты работы в виде готовой системы демонстрировались на выставке “Металлообработка-2008”.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 печатные работы:
1. А. И. Обухов. Диспетчеризация потоков реального времени в однокомпьютерной системе ЧПУ // “Информатизация в машиностроении”, ГОУ ВПО МГТУ Станкин, Москва, 2006 г.
2. А. И. Обухов. NURBS – интерполяция в системе ЧПУ WinPCNC // Материалы 13 международной конференции студентов и аспирантов. Секция Информатизация в машиностроении, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», март 2007 г.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа включает пояснительную записку на 70 страницах, иллюстративные материалы в виде 32 рисунков и список литературы из 22 наименований.
Во введении была описана проблематика создания программного обеспечения для лазерных станков и текущее состояние отрасли лазерной гравировки изображений.
В первой главе был рассмотрен физический принцип лазерной графики и описаны особенности управления лазерным станком. Проанализирована структура системы ЧПУ с открытой архитектурой и схема расширяемого интерполятора. Рассмотрены инструментальные средства для создания программного обеспечения систем управления, работающих в режиме реального времени.
Во второй главе были проанализированы методы оптимизации управления движением и их применимость для целей настоящей работы.
В третьей главе предложен усовершенствованный алгоритм управления лазерным станком. Проработана и описана модель интеграции алгоритмов разгона-торможения и сплайновой интерполяции в системе ЧПУ.
В четвертой главе рассмотрены аспекты практической реализации методов сплайновой интерполяции и алгоритма Look ahead.
В пятой главе описаны методы проверки математической корректности алгоритмов и тестирования управляющих сигналов. Дано сравнение производительности станка при использовании старого программного обеспечения и системы WinPCNC.
В заключении сделаны выводы об эффективности предложенных алгортмов на базе выполненной реализации.
Основные выводы
- В ходе работы решена научно-практическая задача – адаптация однокомпьютерной системы ЧПУ WinPCNC для станков лазерной графики.
- Открытая архитектура, заложенная в системе ЧПУ WinPCNC, в сочетании с инструментальными средствами поддержки процесса разработки позволила оперативно и безболезненно интегрировать новые алгоритмы управления твердотельным лазером в решение технологической задачи управления.
- Использование разработанных алгоритмов оптимизации обработки позволило на 30-50% сократить время изготовления при сохранении качества получаемых изделий.
- Принципы реализации сплайновой интерполяции и алгоритмов разгона-торможения имеют универсальный характер и могут быть использованы при модернизации системы ЧПУ для других методов обработки.
- Параметризация качественных показателей обработки позволяет пользователю системы точно определять приоритет и величину точностных и скоростных характеристик, экспериментально находить между ними оптимальное соотношение.
|