Software & Systems

Автоматизация решения производственных задач в приборостроении приобретает все большее значение во всех развитых странах мира. Это относится в первую очередь к мелкосерийному многономенклатурному производству изделий радиоэлектронной аппаратуры (РЭА): большой объем информации, а также требования к эффективному сочетанию задач обработки информации с управлением сложным быстродействующим оборудованием в режиме реального времени. С этими проблемами сталкиваются разработчики программного обеспечения для комплексно автоматизированных производств, в том числе гибких производственных систем (ГПС) [3]. В настоящее время особое внимание уделяется разработке эффективных методов обработки информации и управления [4] и их реализации в виде соответствующих программных средств, ориентированных на решение задач автоматизации приборостроительного производства.

Мы предлагаем ряд программных средств, ориентированных на решение задач автоматизации мелкосерийного многономенклатурного производства изделий РЭА; отличительной особенностью этих средств является использование характеризационнго подхода для решения оптимизационных задач, возникающих в процессе обработки информации и управления. Характеризационный подход, впервые предложенный советским ученым В.А. Горбатовым [1], позволяет при решении комбинаторных задач с учетом объективных причин проводимых преобразований (за счет отбрасывания неприемлемых вариантов) сократить их перебор при поиске оптимального решения. Благодаря этому значительно повышается размерность решаемых задач и скорость получения решения при реализации соответствующих преобразований на ЭВМ. Применение характеризационного подхода впервые позволило решать сложные комбинаторные задачи, возникающие в процессе создания и функционирования приборостроительной ГПС, средствами мини- и микроЭВМ.

Система автоматизации создания программного обеспечения локальных устройств управления "Управление-ГПС предназначена для автоматизированной обработки формализованных описаний алгоритмов функционирования локальных управляющих устройств с целью получения управляющих программ для микропроцессорных контроллеров, реализованных либо на базе универсального однокристального микропроцессора, либо на базе микроЭВМ. Система также выдает информацию, необходимую для аппаратной стыковки вычислительного средства с объектом управления.

Для формирования и формализованного описания алгоритма функционирования разрабатываемого устройства управления используется язык высокого уровня УПРАВЛЕНИЕ [2]. Его особенностью является простота (он имеет всего пять инструкций и работает только с двумя типами переменных) и ориентация на работу с входными и выходными логическими сигналами (а не со сложными типами данных). Язык УПРАВЛЕНИЕ предназначен для написания последовательно-параллельных алгоритмов. Использование этого языка позволяет технологу или конструктору, знакомому с основами программирования (непрофессиональному программисту), непосредственно участвовать в процессе создания устройств управления на базе микропроцессорной техники. Привлечение этого класса людей к процессу создания управляющих устройств, во-первых, упрощает взаимосвязь ЗАКАЗЧИК-ТЕХНОЛОГ процесса проектирования; во-вторых, сокращает сроки проектирования; в-третьих, высвобождает системных программистов из сферы программного обеспечения, предназначенного для оборудования. Именно этот класс программного обеспечения является наиболее трудоемким, так как требует знания не только программирования на языке ассемблера, но и электроникичпвдже механики.

На вход системы автоматизации, кроме формализованного описания алгоритма на языке УПРАВЛЕНИЕ, могут быть поданы задания на проектирование в виде системы логических функций, графа переходов автомата, графа схемы алгоритма.

Система "Управление-ГПС" состоит из набора пакетов прикладных программ, осуществляющих обработку входного текста описания во внутреннее представление; формирование макроассемблеровской программы; трансляцию полученной программы совместно с библиотекой макроопределений для конкретного вычислительного устройства; распределение логических переменных по портам (регистрам) ввода/вывода, а также внутри портов (регистров). Кроме этого, в состав системы входит утилита, позволяющая выдавать перфоленты для прошивки постоянных запоминающих устройств программируемых контроллеров.

Использование характеризационного подхода позволило разработать в системе "Управление-ГПС" эффективные средства, оптимизирующие длину разрабатываемых управляющих программ, а также осуществляющие оптимальное распределение переменных по портам (регистрам) ввода и вывода.

В настоящее время система ориентирована на создание программного обеспечения для универсального однокристального микропроцессора К580ИК80 и микроЭВМ, программно совместимых с ЭВМ ДВК-4.

Главное преимущество системы "Управление-ГПС" (по сравнению с другими кросс-системами создания программного обеспечения) состоит в возможности перехода к другому типу вычислительного устройства благодаря модульному принципу построе ния системы и организации создания ассемблеровской программы на основе использования библиотеки макроопределений.

Для получения программного обеспечения вычислительных устройств, отличающихся от микропроцессора К580ИК80 или ЭВМ типа ДВК-4, необходимо создать библиотеку макроопределений по реализации таких элементарных действий, как проверка входного сигнала на логическую константу, выдача логического потенциала, сложение двух чисел, проверка на число результата арифметических действий и т.д. На этапе получения ассемблеровской программы, после указания библиотеки определений, система будет создавать программу для данного вычислительного устройства. Система "Управление-ГПС ориентирована на создание законченных систем логического управления на базе микропроцессорной техники, а не программного обеспечения ЭВМ, работающего в среде операционной системы.

Техническими и системными средствами, необходимыми для работы, являются мини-ЭВМ СМ 1420 с объемом памяти 128 К и ОС РВ версии 3.2 и выше. Система реализована на языках Паскаль и Макро-П.

Система "Управление-ГПС может использоваться при создании программного обеспечения: отдельных единиц технологического или вспомогательного оборудования, имеющих возможность логического управления; робототехнических комплексов и гибких производственных модулей; устройств группового управления гибких автоматизированных участков в приборостроении.

Повышение качества управляющих программ, высвобождение высококвалифицированных программистов, значительное сокращение необходимого для разработки управляющих программ машинного времени, повышение производительности труда в 3-5 раз - все это позволяет система-Система "Лотос" представляет собой программное обеспечение системы управления гибким автоматизированным участком (ПО СУ ГАУУ которое управляет следующим набором модулей:

гибкий производственный модуль (ГПМ); транспортно-распределительный модуль (ТРМ); накопительное устройство (НУ). Основная задача ПО СУ ГАУ - организация работы оборудования участка в

соответствии с алгоритмом управления и текущим сменно-суточным заданием (ССЗ). Оптимальность сформированного ССЗ влияет на эффективность функционирования ГАУ: увеличивается коэффициент загрузки, уменьшается количество вспомогательных и транспортных операций, сокращается задел комплектующих изделий на НУ. ПО СУ ГАУ оптимально формирует и выдает ССЗ перед началом каждой смены. Неотъемлемой частью СУ ГАУ является процесс, осуществляющий оперативно-диспетчерское управление (ОДУ) участком и содержащий процедуры, обеспечивающие контроль за правильностью протекания технологического процесса. В случае выхода из строя ГПМ за время выполнения ССЗ ОДУ фиксирует изменение режима работы и формирует новое оптимальное задание для оставшегося незавершенного производства с учетом новых особенностей. Для решения оптимизационных задач в системе использовался характеризационный подход.

Управление участком в системе происходит в двух режимах: автоматическом и ручном.

В автоматическом режиме,осуществляющемся без участия оператора, реализуются следующие функции:

управление модулями без участия оператора; передача команд модулям и прием ответных сообщений;

передача управляющих программ в ГПМ (программы пайки);

управление ТРМ;

управление НУ;

корректировка ССЗ в процессе работы участка;

оперативно-диспетчерское управление;

обработка нештатных ситуаций и аварий.

Минимальный набор модулей, необходимый для работы в автоматическом режиме: ГПМ, НУ и ТРМ.

Ручной режим (режим команд оператора) предназначен для подготовки работы в автоматическом режиме и для автономного управления отдельными модулями. Этот режим позволяет:

·         переключать модули в системный режим и обратно;

·         создавать и корректировать логические связи ТРМ и НУ;

·         передавать команды модулям участка;

·         инициировать работу модулей;

·         передавать в ТРМ управляющие программы;

·         осуществлять пошаговое выполнение ССЗ с его корректировкой.

В ручном режиме оператор общается с системой с помощью командного языка, состоящего из небольшого, легко запоминающегося набора конструкций. В целях обеспечения безопасности система проводит жесткий контроль правильности и допустимости введенных команд.

Текущая информация о состоянии модулей и системы постоянно выводится на дисплей участковой ЭВМ. Система позволяет одновременно использовать два режима.

Для функционирования системы требуется ПЭВМ отечественного производства, дисплей, поддерживающий вторую систему команд дисплея типа ИЭ-15-013, наличие таймера, а для связи устройств - УПО или КТлК. Система реализована на языках Паскаль и Макро-II и работает под управлением ОС РАФОС, для чего требуется 20 Каюв оперативной памяти. Обмен информацией с модулями участка производится по последовательному интерфейсу. Любое устройство внешней памяти с прямым доступом может хранить файлы системы и управляющие программы.

"Лотос" содержит файлы:

·         системы управления;

·         текстовых сообщений;

·         сменно-суточного задания;

·         доступа к ССЗ;

·         исходного состояния модулей;

·         ОДУ;

·         управляющих программ.

Минимальный объем дисковой памяти, занимаемый системой (без учета файлов ССЗ, ОДУ и управляющих программ), - около 33 Кслов (65 блоков).

Базовая версия системы настроена на следующий состав участка (в единицах):

ГПМ - 6,

ТРМ - I,

НУ - 8.

При расширении участка количество ГПМ и НУ может легко увеличиваться.

Использование системы "Лотос" при автоматизированном управлении ГАУ пайки микросхем на печатные платы позволило значительно повысить производительность труда, а загрузку оборудования - в среднем на 20%.

Информационная система для обеспечения производственного запуска приборостроительного цеха "ПРОЗА" (ПРОизводственный ЗАпуск) может использоваться как автономно, так и в виде подсистемы в составе АСУ промышленным предприятием с мелкосерийным и многономенклатурным характером производства.

Система "ПРОЗА' предназначена для учета склада приборостроительного цеха и обеспечения цехового персонала необходимой информацией для принятия решений по оперативному планированию запуска изделий в производство; в отличие от существующих систем, позволяет осуществлять автоматизированную подготовку запуска мелкосерийных изделий в производство средствами мини-ЭВМ,

Система осуществляет:

·         формирование сменно-суточных задании и рапортов мастеров участков;

·         ведение каталога комплектующих, применяемых в производстве;

·         ведение каталога изделии в соответствии со спецификацией;

·         получение информации о состоянии склада комплектующих и готовых изделии;

·         расчет ведомостей дефицита комплектующих по заказу и по готовым к запуску изделиям;

·         расчет возможности запуска по состоянию склада на текущий момент;

·         расчет комплектовочных листов и ведомостей доукомплектования изделии;

·         загрузку и ведение базы данных.

База данных системы "ПРОЗА" состоит из набора файлов, которые хранят следующую информацию:

·         состояние изготовления заказа на текущий момент;

·         каталог применяемых в производстве комплектующих;

·         плановый состав заказов по производству электронных модулей;

·         состав электронных модулей по сборочным единицам, деталям, стандартным изделиям и материалам в соответствии со спецификацией;

·         приход и расход комплектующих и материалов но заказам;

·         сменно-суточные задания мастерам участков;

·         рапорта мастеров участков о выполнении сменно-суточных заданий;

·         учет состояний "задолженности" между заказами, которые появляются при передаче комплектовки с заказа на заказ (это связано с корректировкой планов, изменением приоритетов изготовления заказов и т.д.);

·         комплектовочные листы к сменно-суточным заданиям и дополнениям к ним.

    В системе предусмотрены средства, оптимизирующие время ответа на запросы при обращении к базе данных и реализованные на основе характеризационного подхода.

    Система "ПРОЗА" работает под управлением ОС РВ на мини-ЭВМ СМ 1420 с объемом оперативной памяти не менее 124 Кбайтов, НМД, дисплея типа ВТА-2000-15 или ВТА-2000-32, НМЛ (для хранения копий базы данных и прикладных программ). Для организации базы данных используется СУБД. Система реализована на языках программирования Паскаль и Макро-II.

Использование системы "ПРОЗА" позволяет повысить загрузку оборудования и рабочих мест, на 15% сократить объемы незавершенного производства, снизить риск отклонения хода производства от запланированного, повысить точность получае мой информации и скорость выполнения требуемых расчетов. Использование средств оптимизации времени ответа на запросы к системе позволило в среднем в 1,5 раза повысить ее производительность.

Рассмотренные программные средства внедрены на многих промышленных предприятиях, доказали свою эффективность при решении задач автоматизации приборостроительного производства и обеспечили годовой экономический эффект 0,5 млн. руб.

В настоящее время проводятся работы по переносу данных программных средств на ЭВМ типа IBM PC/AT.

Список литературы

Горбатов В.А. Основы дискретной математики - М.: Высшая школа, 1986 - 311с.

Горбатов В.А., Огиренко О.Н., Смирнов М.И., Хлытчиев И.С Автоматизация разработки управляющих программ для гибких производственных систем. - М.: Финансы и статистика, 1986, С 134-138. (Вычислительная техника социалистических стран;

Вып. 19).

Иванов А.А. Гибкие производственные системы в приборостроении. - М.: Машиностроение, 1988 - 304 с.

Управление гибкими производственными системами. Модели и алгоритмы/ Под ред. акад. С.В.Емельянова. - М.: Машиностроение, 1987 - 368 с.