智能移動設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)研究

　　圖3是Palm CNC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。是一種可重構(gòu)的、支持制造系統(tǒng)無縫集成的新型數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)基于移動客戶/Web服務(wù)器模式的結(jié)構(gòu)，它的核心是把移動設(shè)備(掌上電腦和智能手機(jī))引進(jìn)來，將數(shù)控系統(tǒng)分為數(shù)控移動控制器(客戶端)和數(shù)控設(shè)備控制器(固定在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、AGV小車等數(shù)字化設(shè)備上的Web服務(wù)器)兩部分，從而不僅徹底改變?nèi)艘栏接跈C(jī)器的傳統(tǒng)人機(jī)界面(HMI)操作模式，而且用瀏覽器的統(tǒng)一人機(jī)界面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的相互獨(dú)立的人機(jī)界面(即傳統(tǒng)的c/s模式下的客戶端人機(jī)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(shù)字化設(shè)備。

圖3 Palm CNC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

　　(1)服務(wù)提供層

　　設(shè)備控制器作為Web服務(wù)器，支持ISO-OSI網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范，具有很強(qiáng)的開放性。它通過藍(lán)牙或者802.11等無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，向移動控制器或者其他網(wǎng)絡(luò)用戶提供Web服務(wù)。它支持標(biāo)準(zhǔn)的總線型、星型、環(huán)型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從客戶/服務(wù)器的角度看，過去的CNC僅通過接口與外界進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)交換，是封閉的;數(shù)控系統(tǒng)從內(nèi)部支持開放式系統(tǒng)互聯(lián)規(guī)范，因而它是真正開放的。它的開放性體現(xiàn)在:建立在本身就具有開放性的PC資源基礎(chǔ)上，軟硬件資源豐富;支持ISO-OSI互聯(lián)規(guī)范;數(shù)控系統(tǒng)支持Internet/ Intranet的wwW服務(wù)和WebBrowser瀏覽器瀏覽。

　　(2)本地服務(wù)請求層

　　移動控制器是數(shù)控系統(tǒng)重要組成部分，稱其為本地服務(wù)請求者。本地服務(wù)請求者可通過兩種方式訪問機(jī)床控制器(Web服務(wù)器):若客戶端具有Web瀏覽器，可通過瀏覽器訪問統(tǒng)一的Web服務(wù)界面(它在客戶端表現(xiàn)為網(wǎng)頁形式);對于不支持Web瀏覽器的設(shè)備，可通過客戶端程序(如WindowsForms)訪問Web服務(wù)，這是一種非網(wǎng)頁形式。

　　(3)車間服務(wù)請求層

　　數(shù)控系統(tǒng)的車間服務(wù)請求者主要是車間PDA和車間內(nèi)部服務(wù)器。車間PDA不同于一般的掌上電腦和PDA，可以被抽象為調(diào)度Agent，和無線通信技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，形成一個包括人在內(nèi)的MAS車間控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靈活而快速的判斷、決策與控制。由于車間調(diào)度與控制具有復(fù)雜性和不確定性，所以掌握數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)、現(xiàn)場參數(shù)等很重要。

　　(4)遠(yuǎn)程服務(wù)請求層

　　任何遠(yuǎn)程設(shè)備都可以通過Web瀏覽器查找相關(guān)數(shù)控系統(tǒng)的Web服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對車間底層數(shù)控設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程技術(shù)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(yán)格的界限。服務(wù)請求層的某些設(shè)備同樣也能對外提供服務(wù)。從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看出有如下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了車間設(shè)備的集成；計(jì)算機(jī)通信和資源共享；基于Internet／Intranet的企監(jiān)乃至全球范圍內(nèi)的信息集成與共享。

2 數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺的選擇

　　目前，能對Pocket PC進(jìn)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(shè)計(jì)語言“以效率換安全”發(fā)展潮流的一個產(chǎn)物。與C和C++相比，C#程序運(yùn)行起來更安全。C#的安全性還表瑗在網(wǎng)絡(luò)傳播上。圊時C#還是甭向?qū)ο蟮默F(xiàn)代程序設(shè)計(jì)語言。這里采用開發(fā)工具．NetCompact Framework。

4 Palm CNC原型系統(tǒng)及其特點(diǎn)

　　4.1 Palm CNC原型系統(tǒng)

　　在自行研制的數(shù)控齒輪加工單元上進(jìn)行PalmCNC的實(shí)驗(yàn)，該單元由2臺數(shù)控車床和1臺六軸數(shù)控滾齒機(jī)組成。原來的數(shù)控系統(tǒng)是在工控機(jī)DOS操作系統(tǒng)上開發(fā)的，現(xiàn)在改用Windows CE5．0，另外配置了無線適配器。移動控制器則采用PocketPC。移動控裁器和3務(wù)數(shù)控枧床通過1食802.11光線路由器和局域網(wǎng)連接。圖6是Palm CNC的一個原型系統(tǒng)。

圖6 PalmCNC原烈系統(tǒng)

　　4.2 Palm CNC的特點(diǎn)

　　(1)具有良好的開放性

　　從客戶/服務(wù)器的角度，過去的CNC僅通過接口與外界進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)交換，是封閉的;Palm CNC從內(nèi)部支持開放式系統(tǒng)互聯(lián)規(guī)范，因而它是真正開放的。

　　(2)支持系統(tǒng)跨平臺無縫集成

　　Palm CNC引入Web Services技術(shù)，在，NETFramework架構(gòu)下進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì):實(shí)現(xiàn)了車間設(shè)備的跨平臺無縫集成，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)資源共享，可以對車間底層數(shù)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程技術(shù)咨詢等操作，真正支持遠(yuǎn)程信息共享和系統(tǒng)跨平臺集成。

　　(3)支持人機(jī)協(xié)同制造

　　數(shù)控設(shè)備控制器作為Web服務(wù)器，通過藍(lán)牙或者802.11等無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，向移動控制器或者其它網(wǎng)絡(luò)用戶提供web服務(wù)。這種具有移動控制功能的數(shù)控移動控制器就成了一種理想的智能化的人機(jī)協(xié)同工具。它可以隨時隨地獲取信息，使人的形象思維、直覺判斷和經(jīng)驗(yàn)與基于長期存儲、精確推理與快速數(shù)據(jù)處理的機(jī)器智能結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)靈活快捷的最佳決策。這種人機(jī)協(xié)同的制造模式，能夠更好地實(shí)現(xiàn)車間底層信息集成。Palm CNC能夠適應(yīng)車間人機(jī)協(xié)同數(shù)字化制造，構(gòu)成人機(jī)協(xié)同數(shù)字化制造單元(human-machine cooperative cell，簡稱HMCC)。

　　(4)支待互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造和全球制造

　　將面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(service-orientedarchitecture，簡稱SOA)的軟件思想和基于Web服務(wù)的編程技術(shù)引入基于Web服務(wù)的移動客戶/W eb服務(wù)器模式的Palm CNC中，將數(shù)控系統(tǒng)的功能劃分成一個個的Web服務(wù)。這些服務(wù)可以分布在不同的平臺上，從而把傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)擴(kuò)展成更強(qiáng)大、更通用的Web服務(wù)器，而無論是移動設(shè)備還是遠(yuǎn)端的PC機(jī)，都是以瀏覽器為統(tǒng)一人機(jī)界面的客戶端。這種基于Web服務(wù)的數(shù)控系統(tǒng)，能夠更好地滿足開放式數(shù)控系統(tǒng)對可互換性、可伸縮性、可移植性、可擴(kuò)展性和可互操作的要求，從而支持基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造和全球制造。

5 結(jié)束語

　　對掌上數(shù)控系統(tǒng)(Palm CNC)進(jìn)行了建模，研究了運(yùn)行模式，定義了功能體系，在．NET Framework架構(gòu)下，進(jìn)行了一些關(guān)鍵性技術(shù)的研究，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的功能，建立了原型系統(tǒng)，其具有良好的開放性，支持系統(tǒng)跨平臺無縫集成，支持人機(jī)協(xié)同制造，支持互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造和全球制造。