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敞开结构数控体系网络化运用开发途径的构建

 

1.导言

    数控技能作为未来先进制作技能的中心内容之一,正在朝着敞开化,网络化,柔性化和智能化方向展开,数控配备产品的规划制作和运用开发都日益显示出依据敞开接口规范的模块形状。依据模块和组件的体系构建战略更能表现产品规划制作进程中的人性化思维,每一个模块都是一个有针对性运用范畴的技能产品办法,是该范畴技能原理,运用计划和完结办法的归纳表现,是其在数控加工环境下的详细运用,其规划理念和功用指标都表现数控加工技能的要求和商场运用的需求,这些充沛表现规划者个性化的产品组件经过敞开的规范接口办法有机的结合,组成了功用丰厚功用完善的数控配备产品。
    数控技能是一个归纳性很强的技能学科,触及体系操控,工业规划,机械结构,变频调速,网络通讯,信号剖析等规划很广和适用性很强的技能范畴,这些技能原理在工科学校的机电一体化教育中都有触及,但在运用实践上相对涣散,现在只重视在数控操作技能上的才能培育,一系列的核算机辅佐规划制作软件也都是针关于这一方针,短少一个贯穿于整个数控技能范畴中的开发运用环境,来从体系规划的高度和运用开发的层面来施行数控技能才能本质培育的方针。
    正是针关于这一数控技能培育办法的局限性,本文树立了一个针关于整个数控技能运用开发范畴一体化试验途径,选用组件和模块的思维树立了一个集成的规划开发环境,完结从数控配备产品规划,计划挑选,运动算法和人机交互等各个环节的教育实践活动,下面将从整体战略,结构特征,关键技能等几个方面给予论述。

    2体系组成战略
    2.1数控体系的组成

    在这里咱们将一般数控体系的概念广义化,界说成由操控器,机械结构,伺服单元等三个首要部分组成的产品办法。操控器便是咱们一般所说的核算机数控体系,它由专用或通用核算机硬件加上体系软件和运用软件组成,完结数控配备的运动操控功用,人机交互功用,数据办理功用和相关的辅佐操控功用,是数控配备功用完结和功用确保的中心组成部分,是整个数控体系的中心模块。机械结构是展现操控器运动操控功用的履行组织和机械途径,如数控机床体系中的铣床、车床和加工中心等机械部分;数控机器人体系中机械手和机械臂等。机械结构依据详细运用场合的不同,详细形状千差万别,但都能够依照运动学和动力学办法简化成运动组织的各种组合办法,这种组合越杂乱其对操控器的才能要求就越高,同一种操控器能够完结对不同机械结构的操控,相同一种机械结构可承受不同操控器的操控,这说明机械部分和操控器组合起来可构成办法多样的产品类型。伺服单元是衔接操控器和机械结构的操控传输通道,它将操控器数字量的指令输出转换成各种办法的电机运动,带动机械结构上履行元件完结其所规划出来的运动轨道。伺服体系包含驱动放大器和电机两个首要部分,其使命本质是完结一系列数模或模数之间的信号转化,表现办法便是方位操控和速度操控。在此根底上,跟着敞开式数控技能的呈现,数控体系体系具有了自我扩展和自我保护的功用,这得益于各种二次开发手法供给了自在完善和自界说体系软硬件功用和功用的才能。因而,敞开数控所特有的二次开发途径也作为一个新的组成部分融入了数控体系体系结构中,并在深化改动着传统数控体系的结构特征和运用办法。

    2.2运用开发体系组成和功用规划

    本文所树立的一体化数控体系运用开发途径,完结对上面四个组成环节的一致办理操控,体系规划,规划开发和仿真校验流程,其组成结构如图1所示。体系组成规划模块完结所需数控配备产品的单元组合,功用规划和功用规划;机械结构规划模块完结对机械履行组织的物理建模,动态功用仿真,实体造型,结构绘图和工艺规划;伺服单元操控模块完结伺服体系的选型,方位操控规划,速度调理规划;运动规划操控模块完结运动轨道规划,插补算法规划和仿真,操控战略规划和仿真;人机交互办理模块完结人机交互界面的规划和完结,数据办理和通讯功用。

   整个运用开发体系的每个模块都分为运用和开发两个部分:运用部分针关于现有的体系办法和操控办法,从了解、运用、了解视点动身经过相应的软硬件技能手法完结对现有技能资源和产品资源的消化吸收;开发部分在运用部分的根底上,针对运用中发现的问题和发生的构思,对数控体系体系的某些组成环节进行旨在进步其功用和丰厚其功用个性化的二次开发并供给进行这种二次扩展的软硬件技能支持环境。
    运用开发体系以硬件调试途径和集成开发软件两种办法组合展现,硬件部分首要包含典型特征的机械结构实体和伺服单元实体,以及操控器的硬件实体部分,首要是满意对硬件组成部分的扩展和对软件运用开发的作用表现;集成开发软件是个依据PC机体系的一致的资源办理装备和开发调试环境,满意从体系规划、操控战略、人机交互和扩展运用等各首要环节的开发进程。集成开发软件由多个功用单元组成,既包含内嵌的功用单元也包含可与第三方软件进行通讯和数据交换的接口,这使得体系软件的能够灵敏的集成到其他软件中或将其他优异的组件集成到一致的开发环境中。体系选用网络化分布式的模块组合办法,使得多个模块能够涣散地作业在不同的途径上,并且经过核算机网络长途同享互相的数据资源和相对会集的同一个硬件资源。

    2.3运用开发体系构建战略
    运用开卡体系的构建一直遵从运用与开发紧密结合的准则,依照层次化教育的思路,从软件和硬件两个方面来规划完结不同规划的运用开发体系。

    2.3.1运用与开发相结合的战略
    娴熟运用现有的技能计划是进行立异开发扩展的根底,而个性化开发扩展也是进一步加深对相关技能了解运用的有用途径,二者相得益彰,有必要贯穿于整个数控技能的教育进程中。从运用视点将现有的技能和资源以可交互的办法表现在一致的软硬件途径中,是构建体系时的一个中心使命,为此咱们充沛选用了多媒体技能。首要集成了运用预备阶段所需的文档和图片资源,包括技能布景、技能原理、运用例程和产品资源等多方面内容;其次针关于其间触及的操作实践环节,依托于某些详细的典型产品,树立了一整套操作仿真体系,完结对实在体系功用和操作的全真模仿,从技能层次加强对某种技能资源的深化了解。从开发视点将现有的各种核算机辅佐规划制作手法有机集成是完结各个环节开发的有用途径,开发从仿真阶段开端,如机械结构的造型和动态评测,伺服单元的调速和位控测验,操控算法的轨道规划曲线等;然后再进入到实践的硬件合作调试中,详细验证履行组织的运转特性;触及到硬件结构扩展的部分,则需求从电路规划,逻辑测验方面去实践。

    2.3.2结构和流程的层次化战略
    依据不同的教育试验阶段和不同的教育方针,树立相适应的运用开发环境和完结层次化体系结构是贯穿于运用开发体系功用规划和模块组成进程的重要准则。依赖于模块化的构成特征,用户可对体系进行战略装备改动运用和开发的难易水平、运用规划和流程次序。如对处于原理性了解阶段的教育活动只保存体系组成中数控体系体系规划部分;对处于技能性训练阶段的试验活动可添加某些典型产品的仿真操作体系;关于操控才能实践阶段的开发活动又能够再添加运动规划操控模块等一系列逐层扩大功用的运用开发进程。

    2.3.3软件和硬件紧密结合战略
    以往的教育活动只从上层操控软件的视点展开数控技能的教授,使得学生关于详细完结功用的硬件部分结构缺少满足的知道。这种不清晰造成了许多情况下对一些操控思维和操控算法的了解含糊,由于许多软件算法的构成都是跟底层硬件特征密切相关,特别是触及到多种硬件途径的时分,这种相关性就愈加显着,因而加强对硬件必定程度上的深化了解是机电一体化教育的必定要求。
    运用开发体系选用两种办法来完结这一方针:第一种是硬件仿真办法,即为特定的典型硬件结构树立一个由软件虚拟的硬件层。硬件层以硬件电路图框的办法展现,其输入输出口可进行交互,以此来模仿整个硬件部分作业时的信号流程,并可像实在硬件相同承受软件算法的代码操控。第二种是树立模块化的硬件单元结构,以实在的硬件模块封装后加入到体系结构中,模块之间选用便于装置和检测的接口,以此来实践体系硬件部分的实践树立才能。

    2.3.4与实践产品相结合的战略
    对现有的产品资源是消化吸收是进行独立个性化开发的重要手法,特别是一些技能老练度高、技能资源丰厚的产品更是应该广泛进入教育活动的进程中,让商场产品的展开态势来影响教育和实践活动的指向和要点。为此咱们充沛运用了互联网上的丰厚资源,将很多数控技能厂商的网站集成到运用开发体系的资源模块中,并制作了可进行交互处理的资源导游。别的咱们还专门制作了职业性专业网站——我国机床东西网(www.chinamachinetools.com),该网站已全面运作并积累了丰厚的产品资源 。
   3.关键技能及其完结

    引导型运用和开发办法

    层次化的教育办法要求运用开发活动有一个可依靠的实践模板,它表现一种交互式的资源呼应机制,对学生的实践活动作出引导和点评,并供给获取相关资源的途径。本体系所树立的引导环境是一种浮动式内嵌协助途径,它底层以数据库的办法作为资源实体,依照详细运用开发的层次和场合,首要选用交互对话办法,符号描绘办法,精灵导游办法三种手法来会集或涣散地展现资源。交互对话办法是选用作业进程预界说的办法,将一些比较老练的运用开发流程的次序和内容固定下来,以对话框的办法表现装备环境,最终展现出整个进程的信息成果。符号描绘办法选用自界说编程言语的办法对一些需求验证的软件算法和操控流程进行规划,它有别于一般通用的编程言语,仅仅针关于详细运用场合选用特征描绘的办法收集特定的信息表明,与其所衔接的资源数据库进行交互后,给出算法或流程运转的成果和点评。精灵导游办法是供给一个实时在线的协助信息窗口,该窗口具有智能化的交互办法,可主动依据当时所在的状况供给出相关的引导型协助信息,并具有自学习的回忆办法,依照用户的运用开发进展调整引导的战略。
    图2所示的是针对与操控器部分树立的引导型开发途径的结构,借助于预先界说的各种信息库,将运用特别言语描绘的用户功用要求转换成信息库中特定战略的组合,然后经过与操控器的微操控中心相匹配的代码编译器,将战略描绘翻译并经过核算机的并口经由下载电缆传送至操控器的仿真开发接口。操控器内部存在一个与之相对应的仿真开发专门存储区,用于用户订制功用代码的在线校验,该存储区与正常数控程序存储区彼此屏蔽,确保二次开发的安全性,并经过校验战略和点评机制回来二次开发的功用指标。

网络化分布式运用体系

    网络为分布式资源的会集使用供给了有用的同享途径,经由互联网的交互式通讯机制和监控确诊机制为运用开发体系的长途教育活动供给了安全可靠的前言。模块化组件、敞开式接口和分布式互连三个关键技能完结了这种网络化的运用开发环境。其间模块化组件是根底,分布式互连是办法,敞开式接口是衔接手法。功用组件的模块化是根底,是对特定功用单元的软硬件进行封装的实体,具有清晰界说的交互办法;分布式互连是个单元模块的运转办法,经过网络的衔接使涣散在不同途径上的软硬件树立起通讯和一种层次化的操控战略,并选用网络激活的技能计划动态装备整个网络中各模块资源的运转和呼应特性;敞开式接口是各个模块之间的衔接通道,接口的敞开特征表现在单一模块的多接口和分层次接口两方面:如运动操控单元模块具有伺服电机驱动、步进电机驱动和直线电机驱动三种接口,可按需求装备激活或屏蔽;又如运动轨道算法模块具有表层的速度加速度曲线装备接口,中层的特定曲线轨道插补算法界说接口和底层的运动规划战略界说接口三个层次。
    图三展现了一种依据学校局域网和互联网的运用开发体系作业办法,从事机械规划,伺服规划和运动操控交互的三个试验室内部的每台核算机上运转着不同的模块单元,并经过局域网同享数据资源;另一方面三个试验室又经过学校网进行衔接,完结各教育环节的有机联络,再加上互联网络,体系的功用便可拓宽的长途监控范畴。

   结束语

    选用模块化组件技能树立的敞开结构模块化数控体系运用开发体系经过组成学校局域网的办法在天津大学机械学院的数控技能教育活动中得到了运用,在交互式学习中取得了很好的作用。




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