论文部分内容阅读
本文是在国家自然科学基金项目《人机协同的车间数字化制造模式--甚于移动通信的车间数字助理和掌上数控研究》(50375043)资助下,以制造车间为研究对象,研究了人机协同的车间数字化制造模式及基于Web Services的移动控制数控系统关键技术,课题已经圆满结题,取得了重要的研究成果. 研究了基于无线通信的人机协同车间数字化制造模式(Human-Machine Collaborative Digital Manufacturing of Shop Floor,SF-HMCDM)概念.SF-SFDM以制造科学技术为基础,应用数字技术对车间制造中所涉及的所有对象和活动给予表示、进行处理和控制,具有信息化、网络化、智能化、自动化等特点.研究数字化车问系统(Digital Shop Floor,DSF)概念,将车间制造系统分为车间数字化管理软件系统(shop Floor Management Software System,SFMSS)和车间控制系统(Shop Floor Control System,SFCS)等两部分.
我们认为,作为制造业的基础单元,车间生产是一个复杂的不确定型系统,单纯依靠计算机和自动化技术实现车间数字化制造并不现实,车间数字化制造的实现在于车间生产管理和设备控制信息等的数字化信息的有效产生、处理和传递,人应该也必然将在车间数字化制造系统中承担宏观监控、决策和引导者的角色.将移动智能设备引入车间数字化制造,这样人不但可以通过感官获取信息,根据形象思维、直觉和经验做出判断,并与基于长期存储、精确推理和快速数据处理的移动智能设备无缝地结合起来,实现灵活快捷的最佳生产决策.
我们认为,车间数字化制造可行和最佳实现模式是将移动技术引入,创建一种能充分发挥"人的智能"和"机器智能"的分布式人-机协同工作模式.研究将移动控制技术与XML Web服务移动控制数控系统(Web Services Mobile Control CNC,WS-mCNC)共同组成人-机协同车间数字化制造系统;人-机协同的车间数字化制造(Human-Machine Collaborative Digital Manufactdring of Shop Floor,SF-HMCDM)模式将车间系统划分为两大部分,即车间生产管理系统(Shop Floor Management System,SFMS)和现场控制系统(Shop Floor Control System,SFCS).
为支持人-机协同制造,研究了WS-mCNC概念.WS-mCNC是一种分布式数控系统,由作为Web服务器的设备控制器(Device Controller,DC)和作为移动客户端的手持式移动控制器(Mobile Controller,MC)等两部分组成.采用Microsoft的.NET作为WS-mCNC支撑平台,建立WS-mCNC体系框架,研究基于XMLWeb服务(Web Services)的WS-mCNC软件设计技术.
DC和MC采用基于浏览器/Web服务器工作模式(Browser/Web Server Mode,B/S Mode)和基于Windows应用的协同工作模式(Collaboration Operation Mode Based on Windows Application).B/S Mode具有统一的人机界面,主要采用ASENET编程;基于Windows应用的协同工作模式提供更强大的客户端功能.DC、MC均采用基于Microsoft.NET CompactFramework的Windows编程技术.
WS-mCNC基于XML Web Services分布式软件技术及移动通信技术,能够实现数控设备(数控机床、机器人、坐标测量机、AGV小车)与整个DSF跨平台、跨地域的无缝集成和协同工作.同时,基于Web服务技术的软件可重用性也为WS-mCNC的快速重构奠定了坚实的基础.
在上述理论支持下,研究了WS-mCNC的原型系统,DC采用了工控机为核心的开放式数控系统结构,选用的是IP-6S底板、SBC-657主板、NEC液晶屏,研华6740接口板、IPC 5000型16位脉冲量输入计数/定时器板、通信接口卡、蓝牙通信硬件模块等相关硬件,MC选用了支持蓝牙功能的Dopoda575 Smartphone,作为客户端,MC通过蓝牙实现对DC的操作、信息查询、加工程序下载和手工编程,对DC的诊断与维护,对车间的数据采集与反馈、决策处理等一系列工作;以合肥工业大学CIMS研究所FMS实验室自行研制的一条数控齿轮加工准柔性生产线为基础研究人一机协同的车间数字化制造的实验车间原型系统框架.该准柔性生产线中数控设备由基于Windows CE.NET的WS-mCNC,配置无线适配器,采用Dopoda575Smartphone的移动控制器共同组成.在此基础上针对实验系统的SF-HMC-MS中部分职能加以分析和初步实现.