面向服务的动态可配置数控系统及其关键技术研究

【摘要】：制造技术与信息技术的结合,特别是网络化数字制造技术的出现和发展,给数字控制技术带来了新的需求和机遇。作为制造系统关键技术之一的数控技术在加工速度、精度、系统功能及可靠性方面都有了很大程度的提高,但数控系统的体系结构并没有发生实质性变化和突破,无法很好地满足网络化数字制造技术的新需求,不能充分利用数控资源,在相当程度上影响了数字制造技术能力的充分发挥和技术水平的进一步提高。为此,本文以打破数控系统现有体系结构为突破口,以实现数控系统功能和资源均可配置为目标,研究以网络为数控系统支撑平台,以信息资源和数控资源为构成要素的面向服务的网络化数控系统,对网络化数控系统的体系结构、可配置性及其相关技术进行了深入研究。主要研究内容包括以下几个方面： (1)面向服务的网络化数控系统体系结构研究。分析了国内外具有代表性的开放式数控系统体系结构及结构形式,总结了当前单机型数控系统结构存在的一些问题和不足,在研究网络化数字制造给数控技术带来的新需求的基础上,提出基于面向服务的体系结构构建网络化数控系统的新思路,实现数控服务系统对内提供远程操作和机床控制功能,对外将数控加工能力以服务的形式提供给其它数控服务系统,从而最大化、最充分地利用资源。 (2)面向服务的网络化数控系统可配置性研究。分析了网络化制造模式下制造企业为了适应快速多变的市场需求对网络化数控系统可配置性提出的要求,提出一种面向服务的网络化数控系统两层配置策略,即独立数控服务系统的功能可配置性,多个数控服务系统之间的资源可配置性。围绕配置过程中涉及的制造任务分解、数控资源建模、数控资源匹配、数控资源优选和配置方案实施等几个阶段进行了初步探讨。 (3)网络环境下可配置数控系统的关键技术研究。分析了网络化数控系统中数控资源的特点及建模需求,抽象出数控系统资源的制造能力特征,建立了数控系统资源模型并采用OWL-S进行语义描述；提出了基于语法和属性相结合的混合相似度的计算方法,从功能匹配和质量匹配两个层面研究了数控资源综合匹配算法；在匹配得到的候选资源集合的基础上,研究了基于改进蚁群算法的资源链优选技术,并从时间最短、成本最低和综合性能最优三个方面对资源链进行优选研究。 (4)基于时间分割的通用实时高精插补算法研究。分析了一些常用的数控系统的插补算法,提出了一种基于时间分割法的通用实时高精插补算法,采用Matlab对该插补算法进行仿真,并基于面向服务的可配置数控系统平台实现了该插补算法,验证了算法的正确性、有效性。 (5)面向服务的动态可配置网络化数控系统平台实现。基于上述研究,设计实现了面向服务的数控系统平台的功能可配置和资源可配置平台,初步验证了本文提出的相关理论的有效性和实用性。