数控冲床人机交互界面的建模设计

-.z?制造管理系统建模?课程设计报告题目：基于IDEF方法的数控冲床人机交互界面的建模姓名：专业：机械制造及其自动化学号：指导教师：机械工程学院二○一三年二月摘要针对冲床的加工工艺，提出了一种基于工业级触摸屏作为人机交互装置的数控系统建模方案。文章利用IDEF0方法对人机界面作了整体分析，并在此根底上对各个模块的开发设计作了介绍。整个界面友好交互方便、控制灵活，符合冲床的功能需求。关键词：人机交互；IDEF；数控冲床AbstractAccordingtothepropertiesofthenumericalpunching,thehuman-machinedevicefortheCsystembasedonindustrial-gradetouchscreenisproposedinthispaper.Basedonanalyzingthehuman-machineinterface,usingIDEFmethod,onthewhole,eachmoduleisdescribedindetail.Thewholehuman-machineinterfaceisfriendly,convenientandfle*ible,whichmeetthefunctionrequirementsofnumericalpunching.Keywords:human-machineinterface；numericalpunching；IDEF-.zTOC\o"1-3"\t"\h\z\u4894摘要33134引言49028第一章数控冲床人机交互控制面板的介绍230861.1数控冲床简介4307041.2数控冲床控制面板6296601.2.1控制面板例如6272501.2.2按键功能介绍718896第二章IDEF0建模方法概述871102.1简介8269782.2IDEF0方法的设计规则9151112.3IDEF0根本图形说明10183922.4IDEF0箭头表示的含义10185822.5IDEF0的节点号编制原则112943第三章数控冲床人机交互控制面板的建模过程118423.1人机交互界面的设计原则11272693.2人机控制面板的总体设计12226373.3人机界面功能模块的设计13137233.4数控冲床的A0图14133923.5展开A0图得A1图155285总结和致谢1616564参考文献16引言数控机床是机电一体化的典型代表，是由数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置构成的可编程的通用加工设备，它被广泛应用在加工制造业的各个领域。最适宜加工多品种、单件小批零件。数控机床具有较高的加工精度，多轴联动可实现复杂轮廓的插补运动。对于中小型数控机床，定位精度普遍可到达0．02ram，重复定位精度可到达0.01—0.005mm。当代的数控机床正朝着高速化、功能复合化、控制智能化、体系开放化、驱动并联化、、绿色化、极端化等的趋势开展。人机界面是人与机器进展交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入与输出。数控机床人机界面设计的好坏直接影响人的工作效率和操作舒适性。随着信息化、智能化和网络化的开展，嵌入式系统技术将获得广阔的开展空间，人机界面HMI〔HumanMachineInterface〕也凭借其使用简单、交互方便、控制灵活等优点逐渐由工控机平台向嵌入式平台转移。并且人机界面作为人和机床之间交互的纽带，直接影响到数控机床的的加工效率、操作的平安性和可靠性等，因此人机界面设计是数控机床设计中的一个重要环节。本文在对数控系统进展全面分析的根底上，以IDEF建模方法为依托，对数控冲床的人机交互界面进展了建模设计数控冲床人机交互控制面板的介绍1.1数控冲床简介数控冲床是数字控制冲床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使冲床动作并加工零件。数控冲床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控冲床的大脑。与普通冲床相比，数控冲床有如下特点：1加工精度高，具有稳定的加工质量；2加工幅面大：一次可以完成1.5m*5m加工幅面；3可进展多坐标的联动，能加工形状复杂的零件可做剪切成形等；4加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；5冲床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高；6冲床自动化程度高，可以减轻劳动强度；7操作简单，具备一定根底电脑知识培训2-3天均可上手操作；数控冲床可用于各类金属薄板零件加工，可以一次性自动完成多种复杂孔型和浅拉深成型加工，〔按要求自动加工不同尺寸和孔距的不同形状的孔，也可用小冲模以步冲方式冲大的圆孔、方形孔、腰形孔及各种形状的曲线轮廓，也可进展特殊工艺加工，如百叶窗、浅拉伸、沉孔、翻边孔、加强筋、压印等〕。通过简单的模具组合,相对于传统冲压而言,节省了大量的模具费用,可以使用低本钱和短周期加工小批量、多样化的产品,具有较大的加工*围与加工能力,从而及时适应市场与产品的变化。1.2数控冲床控制面板1.2.1控制面板例如图1-1数控冲床控制面板1.2.2按键功能介绍图1-2按键功能IDEF0建模方法概述2.1简介IDEF0方法是ICAM中的一个内容，用来建立加工制造业的体系构造模型。它是由Softech公司开展起来的。IDEF0方法是在构造化分析和设计技术〔SADT〕图形化语言的根底上开展起来的，适用于对系统进展分析和设计，特别是功能分析。建立IDEF0模型通常是系统开发的第一项任务。2.2IDEF0方法的设计规则同时表达系统的活动〔用盒子来表示〕和数据流〔用箭头表示〕以及它们之间的联系。用模型可以表示将来的系统功能或需求，也能够表示目前的系统功能和需求。用图形语言表示IDEF0模型，模型由图形、文字说明、词汇表及相互的穿插引用表组成。它把方盒作为活动，用箭头表示数据及接口。IDEF0要求在画出整个系统的功能模型时，具有明确的目的与观点。在建模时遵循自顶向下，逐层分解的原则。建立功能模型的一般流程如下列图所示：图2-1建模流程2.3IDEF0根本图形说明图2-2根本图形说明2.4IDEF0箭头表示的含义图2-3箭头含义2.5IDEF0的节点号编制原则每一个IDEF0模式都有一个最高阶之A0图，内容仅由单一方块图所构成，表达模式的主题、观点与目的。在A0以上只用一个盒子来代表系统内外关系的图，A-0，而A0图为0图之子图，包含3至6个方块，依序命名为A1,A2,...A6，用以描述A-0图，如此往下分解。每个结点号是把父图的编号与父模块在父图中的编号组合起来。图2-4节点编制规则数控冲床人机交互控制面板的建模过程3.1人机交互界面的设计原则软件在数控机床中有着无可替代的作用，其用户界面直接影响着数控机床的工作效率和效果。数控机床软件界面的设计原则可归纳如下：(1)一致性它主要是指在不同的系统之间及应用系统内部具有相似的界面外观、布局、人机交互方式及信息显示格式等。这样有利于用户对机床的操作和降低出错率。(2)提供信息反响主要是指机床对用户操作的信息反响的情况，它可以反响出用户的操作是否为机床所承受、是否正确，以及操作的情况如何。可以用文本、图形和声音等来表示。界面布局的合理性设计中要根据对现实操作物的理解设计出能给用户带来方便的界面。(4)颜色和图形的合理性颜色设计合理不仅可以进展提示操作，而且还能减缓人的视觉疲劳，图形设计的合理既能加强操作的理解性又能增强易学易用性。3.2人机控制面板的总体设计根据冲床的加工工艺，本系统中主要有调整状态、刀具修整、程序输入与编辑、冲压加工等4种工作方式，所以在人机界面的设计中提供了进入这4种工作方式及进入特殊参数设置的操作入口，从页面转换按钮区可以进入这几种工作方式中的任一种。系统的整体运行流程框架如图2所示，根据触摸屏主界面选择不同的功能菜单进入各种工作方式。图3-1系统整体运行流程3.3人机界面功能模块的设计在本系统中用户界面按作用可以分为三局部：第一显示当前冲床运行情况的各种数据〔运动轴的速度、温度、加工坐标等〕；第二用户在线编辑控制程序和修改参数；第三根据程序模拟冲床的运行情况，所以输入键盘的设计、程序的输入编辑、冲压仿真的设计显得十分重要。本设计方案中键盘由ADP元件中的ON/OFF按钮组成，利用人机丰富的宏指令对它们附加一定的功能，在界面上实现了自制小键盘，执行相应的删除、清空、保存等操作，从而完成了程序输入及初步修改功能。首先在内存区域开辟一程序缓冲区及显示区域，并定义一指针指向显示区域的首地址。在每个设计的功能按钮的ON宏中都有编写的程序，当该按钮被按下时，表示ON宏被触发，程序会把要输入字符的ASCII码送入定义的内存区域，从而人机读取该区域相对应的缓存器的ASCII数值，然后将其ASCII内码转换为字符显示在显示区域。键盘显示类按钮的设计流程如图3-2所示。键盘中控制类按钮如保存、删除、清空、编辑、修改等操作，同样要通过对元件的ON/OFF宏进展编程，但这些操作的编程过程要根据相应的控制功能决定。图3-2键盘显示类按钮的设计流程3.4数控冲床的A0图3.5展开A0图得A1图总结和致谢在学习制造管理系统建模以及完成该论文的过程中，笔者对诸如Petri网，数据流图，IDEF等系列建模方法有了一定的了解，并且接触了数控机床方面的一些知识，这对笔者以后的学习和工作是十分重要的，在此笔者要对指导教师许超教授表示由衷的感谢，同实验室的师兄也给予了笔者一定的帮助，同样在表示感谢。本文还有许多缺乏之处，望批评指正。参考文献1[美]JohnMiano等编著，郝杰等译．BorlandC++Builder编程指南【MI．：电子工业，1998．2*涛．面向对象的电力系统图形编辑器的研究与实现【D】．：华北电力大学，2002．3董因涛．法国NUM数控系统NC人机界面设计Uj．制造技术与机