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的信息集成和協同制造創造很好的條件，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布。這種獲取和編輯發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；有利于開發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；向下能動態控制車間設備層，動態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系統，如圖1所示。

圖1車間數字一體化閉環系統原理圖

　　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傳統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、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。這里采用開發工具．NetCompact Framework。