支持人機(jī)協(xié)同制造的WS-mCNC關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文是在國家自然科學(xué)基金項目《人機(jī)協(xié)同的車間數(shù)字化制造模式--甚于移動通信的車間數(shù)字助理和掌上數(shù)控研究》(50375043)資助下,以制造車間為研究對象,研究了人機(jī)協(xié)同的車間數(shù)字化制造模式及基于Web Services的移動控制數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),課題已經(jīng)圓滿結(jié)題,取得了重要的研究成果. 研究了基于無線通信的人機(jī)協(xié)同車間數(shù)字化制造模式(Human-Machine Collaborative Digital Manufacturing of

2、 Shop Floor,SF-HMCDM)概念.SF-SFDM以制造科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ),應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對車間制造中所涉及的所有對象和活動給予表示、進(jìn)行處理和控制,具有信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動化等特點.研究數(shù)字化車問系統(tǒng)(Digital Shop Floor,DSF)概念,將車間制造系統(tǒng)分為車間數(shù)字化管理軟件系統(tǒng)(shop Floor Management Software System,SFMSS)和車間控制系統(tǒng)(Shop Floor C

3、ontrol System,SFCS)等兩部分. 我們認(rèn)為,作為制造業(yè)的基礎(chǔ)單元,車間生產(chǎn)是一個復(fù)雜的不確定型系統(tǒng),單純依靠計算機(jī)和自動化技術(shù)實現(xiàn)車間數(shù)字化制造并不現(xiàn)實,車間數(shù)字化制造的實現(xiàn)在于車間生產(chǎn)管理和設(shè)備控制信息等的數(shù)字化信息的有效產(chǎn)生、處理和傳遞,人應(yīng)該也必然將在車間數(shù)字化制造系統(tǒng)中承擔(dān)宏觀監(jiān)控、決策和引導(dǎo)者的角色.將移動智能設(shè)備引入車間數(shù)字化制造,這樣人不但可以通過感官獲取信息,根據(jù)形象思維、直覺和經(jīng)驗做出判斷,并與

4、基于長期存儲、精確推理和快速數(shù)據(jù)處理的移動智能設(shè)備無縫地結(jié)合起來,實現(xiàn)靈活快捷的最佳生產(chǎn)決策. 我們認(rèn)為,車間數(shù)字化制造可行和最佳實現(xiàn)模式是將移動技術(shù)引入,創(chuàng)建一種能充分發(fā)揮"人的智能"和"機(jī)器智能"的分布式人-機(jī)協(xié)同工作模式.研究將移動控制技術(shù)與XML Web服務(wù)移動控制數(shù)控系統(tǒng)(Web Services Mobile Control CNC,WS-mCNC)共同組成人-機(jī)協(xié)同車間數(shù)字化制造系統(tǒng);人-機(jī)協(xié)同的車間數(shù)字化制造(H

5、uman-Machine Collaborative Digital Manufactdring of Shop Floor,SF-HMCDM)模式將車間系統(tǒng)劃分為兩大部分,即車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)(Shop Floor Management System,SFMS)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)(Shop Floor Control System,SFCS). 為支持人-機(jī)協(xié)同制造,研究了WS-mCNC概念.WS-mCNC是一種分布式數(shù)控系統(tǒng),由作

6、為Web服務(wù)器的設(shè)備控制器(Device Controller,DC)和作為移動客戶端的手持式移動控制器(Mobile Controller,MC)等兩部分組成.采用Microsoft的.NET作為WS-mCNC支撐平臺,建立WS-mCNC體系框架,研究基于XMLWeb服務(wù)(Web Services)的WS-mCNC軟件設(shè)計技術(shù). DC和MC采用基于瀏覽器/Web服務(wù)器工作模式(Browser/Web Server Mode,B

7、/S Mode)和基于Windows應(yīng)用的協(xié)同工作模式(Collaboration Operation Mode Based on Windows Application).B/S Mode具有統(tǒng)一的人機(jī)界面,主要采用ASENET編程;基于Windows應(yīng)用的協(xié)同工作模式提供更強(qiáng)大的客戶端功能.DC、MC均采用基于Microsoft.NET CompactFramework的Windows編程技術(shù). WS-mCNC基于XML W

8、eb Services分布式軟件技術(shù)及移動通信技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控設(shè)備(數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、坐標(biāo)測量機(jī)、AGV小車)與整個DSF跨平臺、跨地域的無縫集成和協(xié)同工作.同時,基于Web服務(wù)技術(shù)的軟件可重用性也為WS-mCNC的快速重構(gòu)奠定了堅實的基礎(chǔ). 在上述理論支持下,研究了WS-mCNC的原型系統(tǒng),DC采用了工控機(jī)為核心的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),選用的是IP-6S底板、SBC-657主板、NEC液晶屏,研華6740接口板、IPC 500

9、0型16位脈沖量輸入計數(shù)/定時器板、通信接口卡、藍(lán)牙通信硬件模塊等相關(guān)硬件,MC選用了支持藍(lán)牙功能的Dopoda575 Smartphone,作為客戶端,MC通過藍(lán)牙實現(xiàn)對DC的操作、信息查詢、加工程序下載和手工編程,對DC的診斷與維護(hù),對車間的數(shù)據(jù)采集與反饋、決策處理等一系列工作;以合肥工業(yè)大學(xué)CIMS研究所FMS實驗室自行研制的一條數(shù)控齒輪加工準(zhǔn)柔性生產(chǎn)線為基礎(chǔ)研究人一機(jī)協(xié)同的車間數(shù)字化制造的實驗車間原型系統(tǒng)框架.該準(zhǔn)柔性生產(chǎn)線中數(shù)