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网络化制造模式下DNC关键技术研究

闫伟国  
【摘要】: 网络时代制造环境的变化需要建立一种面向市场需求具有快速响应机制的网络化制造模式。DNC(Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control)作为一种实现数控车间信息集成和设备集成的主要形式,需要面向网络化制造,实现数控设备的网络共享,进行数控资源优化配置和重组。本文对网络化制造模式下的DNC系统Web-DNC系统的构建技术进行了研究,以系统实现的关键技术—DNC通信技术和数控资源集成服务平台构建技术的研究为核心内容。 在分析网络化制造特点的基础上,确定了Web-DNC系统的功能要求,即强调车间数控加工信息的集成,支持基于网络的制造数据共享、基于网络的实时监控功能和跨平台的操作功能。建立了Web-DNC系统实施的体系结构模型,该模型包含用户层、服务层、代理层和设备层四层结构。服务层表示数控资源集成服务平台,代理层表示DNC通信平台和机床信息采集平台。以串行通信机床为研究对象,在分析和比较各种通信结构的基础上,面向不同的应用对象,Web-DNC系统的通信结构可以采用局域网结合点对点式结构或局域网式结构。与此相对应,代理层的实现存在点对点式通信和局域网式通信两种方式。 针对采用点对点式结构时DNC通信系统存在着功能单一、操作复杂和可移植性差的缺点,提出了构建通用DNC通信系统的思想,在同一平台下通过对通信参数和通信协议的不同设置实现对异构数控系统的支持。建立了DNC通信系统的功能模型,划分为发送、接收和远程功能。分析了数控系统的通信协议和通信参数,讨论了DNC通信系统中各种功能的实现方法和涉及的相关参数。建立了通用DNC系统的实现模型,提出利用面向对象技术,针对通信协议来建立通用数控系统类的方法。确定了通用数控系统类中的相关属性和方法。用UML语言描述了发送、接收和远程三种业务过程模型图,分析了三种业务实施过程中各对象的状态变化。根据建立的系统模型,用Visual C++语言开发了通用DNC通信系统。 提出了针对串行通信数控机床构建局域网式DNC通信结构的技术方案,即基于以太网的DNC通信技术。以太网技术的发展尤其是网络带宽和交换技术的发展已经使基于以太网的DNC通信技术成为可能。本文从数据传输的稳定、正确和及时三方面要求研究了这种通信技术的可行性。在分析系统的关键部件DNC控制器的性能原理和要求的基础上,选择BL2010单片计算机作为DNC控制器。建立了基于以太网的DNC通信的功能模型。针对DNC通信系统的特殊数据传输要求,建立了数控传输线路规程,采用缓冲控制方法实现了数控程序传输速度的匹配,给出了该技术方案中相关的参数。根据此系统的功能模型和数据传输线路规程,详细分析了DNC通信平台、事件接收平台和DNC控制器内核的实现方法。该通信技术用具有网络接口的单片机集成实现了数据传输、机床状态采集和网络发布。这种结构减少了DNC通信的结构层次,使数控机床通过DNC控制器直接接入车间以太网,实现了全车间信息的完整性、通透性、一致性,降低了DNC系统的实施成本,是一种简洁高效的DNC通信解决方案。 对基于以太网的DNC通信系统进行了实验验证,采用模拟实验和现场实验分步进 网络化制造模式下DNC关键技术研究 行的方式,通过实验测试,证实了了基于以太网的DNC通信技术是完全可行的,也是 可靠的,所采用的缓冲控制技术可以很好的实现数据传输速度的匹配。 研究了晒陌b-DNC系统中服务层即数控资源集成服务平台的构建技术,分析了平台 结构,设计了该平台构成的各功能模块。对平台构建的关键技术,动态交换技术、web 服务器和数控库服务器的连接以及系统web平台的构建,提出了相应的实现方法。


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