智能移動設備的數控系統研究

引言

　　智能制造、協同制造等先進制造模式對車間數字化制造設備的要求越來越高。車間是一個不確定的系統，而人具有形象思維的能力，把人的智能和生產設備的自動化結合起來將為制造企業(yè)的信息集成和協同制造創(chuàng)造很好的條件，而開展基于智能移動設備的數控系統的研究，即掌上數控系統(PalmCNC)，將為底層生產設備的控制和上層管理層的信息交流提供很好的平臺。

1 數控系統的模型

　　1.1 掌上數控系統硬件平臺的選擇

　　掌上數控系統硬件平臺選擇Pocket PC。它的優(yōu)點是可以在任何時間、任何地點通過無線通信技術(802．11或藍牙)得到想要的信息，同時也能在任何時間任何地點對信息進行編輯和發(fā)布。這種獲取和編輯發(fā)布信息的實時性特點有利于對數控系統的進一步研究與開發(fā)；有利于開發(fā)方便管理者或操作者在車間對數控設備進行實時管理、實時控制和實時在線幫助的數控系統。

　　1.2 Palm CNC的無線通信技術

　　802．11 g標準與以前的802．11協議標準相比有以下特點：在2．4 G頻段使用OFDM調制技術，使數據傳輸速率提高到54 MB／s；802．11 g標準能夠與802．11 b的WiFi系統互相連通，存在于同一AP網絡里，保障了后向兼容性。802．11 g無線通信標準具有高移動性、可擴充性強、建設成本低、抗干擾能力強、通信速度高等特點，能夠保證在車間復雜而又惡劣環(huán)境下安全工作。所以對于Palm CNC而言，選用802．119無線通信的標準是完全可行的。

　　1.3 數控系統的系統模型

Palm CNC能夠與車間管理層和車間設備層相互通信，實現信息交換，即向上能動態(tài)地向車間管理層反饋車間設備層的實時工作情況，同時也能從車間管理層獲取實時的調度信息和其他在線幫助；向下能動態(tài)控制車間設備層，動態(tài)采集車間設備的實時信息，特別是對普通設備的信息收集。能夠發(fā)揮Pocket PC的移動能力，從車間管理層下載NC程序，然后傳到相應的數控設備上，減少輸入的錯誤。從而實現車間底層信息收集一反饋一控制三位一體化，使車間構成一個真正意義上的閉環(huán)系統，如圖1所示。

圖1車間數字一體化閉環(huán)系統原理圖

　　可以看出，車間管理層(車間服務器)、數控系統(PDA)和車間設備層可以通過無線通信進行信息交換，而要提高信息在車間底層的互流動能力，就必須豐富數控系統的功能，可以采用c／s或B／S結構。經過分析和討論后，提出了如圖2所示的Palm CNC模型。它采用事件驅動，因而具有良好的可擴展性。

圖2 PalmCNC模

　　1.4 數控系統的網絡拓撲結構

　　圖3是Palm CNC網絡拓撲結構。是一種可重構的、支持制造系統無縫集成的新型數控系統。數控系統基于移動客戶/Web服務器模式的結構，它的核心是把移動設備(掌上電腦和智能手機)引進來，將數控系統分為數控移動控制器(客戶端)和數控設備控制器(固定在數控機床、機器人、AGV小車等數字化設備上的Web服務器)兩部分，從而不僅徹底改變人依附于機器的傳統人機界面(HMI)操作模式，而且用瀏覽器的統一人機界面代替?zhèn)鹘y的相互獨立的人機界面(即傳統的c/s模式下的客戶端人機界面)。這樣.只要有一個安裝了Web瀏覽器的移動控制器。就可以操作任何數字化設備。

圖3 Palm CNC網絡拓撲結構圖

　　(1)服務提供層

　　設備控制器作為Web服務器，支持ISO-OSI網絡互聯規(guī)范，具有很強的開放性。它通過藍牙或者802.11等無線通信技術實現聯網功能，向移動控制器或者其他網絡用戶提供Web服務。它支持標準的總線型、星型、環(huán)型等拓撲結構。從客戶/服務器的角度看，過去的CNC僅通過接口與外界進行部分數據交換，是封閉的;數控系統從內部支持開放式系統互聯規(guī)范，因而它是真正開放的。它的開放性體現在:建立在本身就具有開放性的PC資源基礎上，軟硬件資源豐富;支持ISO-OSI互聯規(guī)范;數控系統支持Internet/ Intranet的wwW服務和WebBrowser瀏覽器瀏覽。

　　(2)本地服務請求層

　　移動控制器是數控系統重要組成部分，稱其為本地服務請求者。本地服務請求者可通過兩種方式訪問機床控制器(Web服務器):若客戶端具有Web瀏覽器，可通過瀏覽器訪問統一的Web服務界面(它在客戶端表現為網頁形式);對于不支持Web瀏覽器的設備，可通過客戶端程序(如WindowsForms)訪問Web服務，這是一種非網頁形式。

　　(3)車間服務請求層

　　數控系統的車間服務請求者主要是車間PDA和車間內部服務器。車間PDA不同于一般的掌上電腦和PDA，可以被抽象為調度Agent，和無線通信技術有機地結合起來，形成一個包括人在內的MAS車間控制系統，實現靈活而快速的判斷、決策與控制。由于車間調度與控制具有復雜性和不確定性，所以掌握數控系統的工作狀態(tài)、現場參數等很重要。

　　(4)遠程服務請求層

　　任何遠程設備都可以通過Web瀏覽器查找相關數控系統的Web服務，實現對車間底層數控設備的遠程監(jiān)控、遠程維護和遠程技術咨詢等功能，真正支持全球制造和信息共享。

　　這4個層次并沒有嚴格的界限。服務請求層的某些設備同樣也能對外提供服務。從網絡拓撲結構可以看出有如下特點：實現了車間設備的集成；計算機通信和資源共享；基于Internet／Intranet的企監(jiān)乃至全球范圍內的信息集成與共享。

2 數控系統軟件平臺的選擇

　　目前，能對Pocket PC進行開發(fā)的語言主要有Embedded Visual C++(EVC)、Embedded VisualBasic襄Visual C葬，這里采焉C#。C#是基前程痔設計語言“以效率換安全”發(fā)展潮流的一個產物。與C和C++相比，C#程序運行起來更安全。C#的安全性還表瑗在網絡傳播上。圊時C#還是甭向對象的現代程序設計語言。這里采用開發(fā)工具．NetCompact Framework。