数控机床网络化集成运行模式及关键集成技术研究

摘要

作为产品生产周期中重要阶段的制造过程还处于制造业信息化的薄弱环节。在企业的外部需求环境和内部制造模式正发生根本性变革的情况下,数控机床制造过程的网络化集成运行作为制造过程信息化的重点内容,已成为促进企业信息化向车间制造过程深度融合的重要方向。当前,制造企业的数控机床存在多种数控系统,特别是量大面广的经济型数控系统,其系统接口和集成方式各不相同,造成加工进度跟踪不力、加工过程不可视等问题。目前对各种数控机床生产过程中的资源、过程和功能的研究还缺乏统一规范的集成运行模式和集成技术体系等方面的内容,本论文结合国家863重点项目“面向装备制造的可配置MES产品及行业解决方案(项目编号:2007AA040701-2)”和国家自然科学基金项目“现代机械加工车间制造系统运行状态信息的系统特性和采集新方法研究(项目编号:50775228)”等课题,对支持制造过程信息有效集成的数控机床网络化集成运行模式及其所涉及的关键集成技术等内容进行了研究。
　　 首先,在分析数控车间制造过程信息化和运行中所面临问题的基础上,提出了一种支持制造资源共享、制造过程监控和系统功能协同的数控机床网络化集成运行模式:在此基础上利用面向服务的技术和动态适配技术提出了其集成框架,并对该框架进行了形式化描述;为了有效地支撑该运行模式的运作过程,总结出了该模式的集成技术体系。该模式以数控加工过程中的人员、装备和异构系统的信息为主要集成对象,在对多源异构数控信息进行语法结构和语义同构化,以服务的形式对制造过程中与资源、过程和功能等进行封装的基础上,支持加工过程的动态运行和监控;通过实现与数控加工过程中的异构系统的功能协同和关键信息的跟踪,达到提高系统运行效率的目的,并有效支持制造过程中关键信息的可视化。
　　 然后,从支持数控加工过程中资源的集成、加工过程的动态运行和监控等方面对集成技术体系中的关键支撑技术进行了研究。首先,研究了多源异构动态数控信息同构化技术,从建立统一的信息逻辑组织形式的角度对数控信息的集成方法进行了研究,并建立数控信息资源领域本体:其次,从信息交互集成的方法上对数控信息的集成模式进行了研究,通过构建相互独立的适配通道和动态配置规则约束从语法和语义两个层次对多源异构数控信息进行了集成;最后,从面向服务的集成方式入手,在对数控加工过程中的资源、过程和功能的相关信息进行封装的基础上,研究了制造过程中业务流程的集成运行的方式。
　　 接下来,对集成技术体系中总结的关键运行技术进行了研究。
　　 针对数控加工进度等关键信息监测的需求,提出了一种通过多源信息融合的方式进行数控加工进度跟踪的方法,这些信息包括加工轨迹、机床实时主轴功率信息、利用人机交互接口采集的人工输入信息和实时加工坐标值,在加工过程中通过加工轨迹实时动态跟踪的方式对加工进度进行估计和预测。
　　 在分析当前数控加工过程中异构系统功能集成和协同方面存在不足的基础上,提出了一种功能互操作方法,通过集成各系统中的功能接口实现用户操作的集成,利用互操作流程自动作完成操作者实际的操作过程,达到了提高工作效率的目的。
　　 最后,针对以上理论和实现方法,结合攀钢机制公司的实际需求,在课题组前期成果的基础上,对相关关键技术进行了实现与运行验证,并通过对其数控工段实施的制造过程信息化系统,将本文的研究成果进行了应用,该系统取得了较好的应用效果。