外文翻译-虚拟工程一套综合的方法来敏捷制造机械设计和控制

精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 中文译文 虚拟工程 :一套综合的方法 来敏捷制造机械设计和控制 X. J. P. 摘 一个虚拟制造方法 ,为设计、编程、测试、审核 ,并进行控制系统对敏捷制造机械模块化的基础上 ,提出了纸。它介绍了数字图书馆的概念、运作机制和实现方法 ,结合仿真环境和分布式控制系统 ,使控制逻辑环境已经编好的程序 ,并验证了在虚 拟环境中无缝可调到分布式控制系统环境控制的真正的装置。该方法利用仿真看起来更广范围的应用以绝对优势在设计和开发的制造机器系统中。特别是 ,它促进验证的运行时支持应用利用仿真模型之前 ,他们应用于实际系统中。机制 ,允许运行时的数据被收集在运行过程中真正的机械校准仿真模型 ,并提出了建议。该系统实现提供了一个大的电视机的软件工具实现敏捷制造系统的模块化。 1。介绍 敏捷性是被公认为是最重要的一个品性对制造系统 ,以满足市场的需要 ,这是竞争的全球导致需要生产出高质量的产品能以低成本和缩短产品的生活和不断的要求 ,通过设定的 分化 1。由敏捷 ,它可以意味着要对制造系统生产更改都在容量、品种迅速、有效、可靠 ,使用低成本。虚拟制造 (虚拟工程已经被确认为一体的使能技术的敏捷制造及其相关活动 2、 3。虚拟制造的定义之一”才能进行生产活动与仿真模型的实际安装 ,或者会 ,或者可能是不存在的。它包含了所有有关信息的过程、过程控制和管理和产品的具体数据。同样也可以将有一部分是真实的生产工厂和其他部分虚拟” 4。从这一定义 ,可以推论出 :一体化的仿真模型与过程控制和管理数据 ,可能与实际系统本身的基本因素 在此一方法。在制造业 ,仿真软件 包和立体造型和动画的能力 (以下简称三维仿真以后 )是逐渐获得青睐。所提供的观想能力的三维仿真软件包不仅提供信息 ,裕得多了 ,但也使得为用户解决新的应用领域 ,如快速成形机系统。 三维仿真的一个例子是计算机辅助机器人 (车 )系统 5,这通常都是使用率为设计和编程的工业机器人 类系统提供设施布局评价不同细胞结构通过允许用户选择的 器人模型 ,从模型库。此外 ,同样的环境下可用于离线编程机器人通过代码生成 ,从而缩短系统开发时间 ,根据实践经验 ,欧洲汽 车工业 (博 ,等等。 ),在那里持续的三维模拟工具广泛地被用于机器人 备程序。应当认可的巨大成本的软件包和相当的经验中所要求的建筑模型 ,需要一位被认为是有用的承诺 ,用这样的工具。然而 ,最吸引人的景点为精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 制造商使用汽车系统 ,编写程序和测试是非常早期阶段可以开始一旦收到订单交货期没有破坏 ,使降低生产系统在车间。该命令可能源自引进新设备 ,新产品类型、和 /或变化的产量等。换句话说 ,在仿真中扮演着一个重要的角色在把系统投入运行更快、更可靠 ,因为更多的测试和验证可以做较早前的一个 命周期。 自动生成代码是非常可取的是通过将仿真程序机控制代码。然而 ,这样的一个功能才普遍使用常规的和标准机械如 床和工业机器人。一般解为设计和离线编程特殊目的制造机械当前不可用。建造这样的机器系统通常从自动化设备 ,可定制的模块化配置 ,从模块化部件 ,如传感器、执行器和运动控制器等多家供应商所提供的工作在通常情况下 ,异构平台。在大多数情况下 ,当图形仿真已经被广泛应用在设计过程中 ,这意味着控制工程师都必须重运行控制逻辑仿真模型描述软件开发的实际控制系统。次优实施的行为就会产生这样一种不连续的过程 6。这样的短缺也可以延长交货周期和降低预期受益于应用仿真。 本文提出了一种新的方法来机械系统的高度一体化的发展 ,由此设计、仿真和分布式控制是便利。特别是 ,它侧重于概念和实现技术集成仿真环境和分布式控制系统环境下 ,以便控制逻辑程序设计 ,在仿真和验证环境可以“无缝”转移到分布式控制系统环境的实际操作的设备。该方法利用仿真看起来更广范围的应用和意义的好处在设计和开发的制造机器系统中。为了达到这一目的一定数量的集成机制在支持过程推动在一个典型的机械设计和开发生命 周期。这些包括 :(1)交换过程控制要求 /设计之间的不完全信息动态仿真和控制系统设计环境 ;(2)控制逻辑程序转移到分布式控制的模拟真实设备 ;(3)运行时支持应用验证 ,并用仿真模拟 ;及 (4)收集的运行数据标定仿真模型。这样的一套综合的方法已成功地应用于设计和开发的实际工业示威者组装的细胞内安装缸盖阀门 ,在 尔沃集团公司 ),瑞典。 本文所描述的研究是基于活动的结果 要欧洲委员会资助项目。简要介绍该项目研究的主要内容是给在接下来的部分。摘要组织如下 ,第三和第四节介绍该方法的关键要 素及其实施 ;集成机制来解决在第五部分简要总结 ;第六节成功的应用实例 ,论证了该方法的。 2。 个概念和相应的工具解决机械系统设计提出了本文设计并实现了第一次在欧盟委员会 究项目框架 体化设计、仿真和分布式控制的敏捷制造机器系统模块化” (总结成功于 2001 年 6 月。这个项目的目标是发展高度集成的设计、仿真和分布式控制环境 ,为建立敏捷模块化制造机器系统所提供的固有能力允许快速的反应 ,产品模型和特征变量的变化 7。图 1 说明了组织项目和相关的工作包及其相互关系。在这 些 块化的机械设计环境 (环境 (是两个主要的环境 ,支持不同题材的机械系统的生命周期。虽然经鑑定出两种独特的环境 ,最终用户不一定会看到两个独立的环境 ,将聘请既是一个无缝的整体。 为 造机系统模型 精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 在 个 对两 确保完整的分析、设计和实施在制造机械和与之相关的控制系统。在该模型中 ,四层是说明图 2。 提供 合支持活动在设计和开发的控制系统。这些包括工具为用户 ,特别是电气和控制工程师。 (1)设计并说明控制架构使用标准的 号 11;(2)产生机器 /机械系统的控制元件的控制逻辑的基础上 ,进行了定义和验证 ,制 ;(3)的接口控制元件映射到相应的现场设备 ;及 (4)重新配置或修改现有的控制系统。 可以被进一步分成两大 即 ,(我 )控制建筑设计环境 (凯德 );(二 )控制系统的编程环境 ( 票 ,提供了一个框架和相关运行时支持构件库为创造 请机器系统运行时的支持。 行时支持形成了以分布式的人机界面(嵌入的功能包括配置及监测、报警处理、诊断和维护支持的操作系统和相关制造机器的生产设施。 所有 境是设计并实现了支持和鼓励可重用性的机器零件 (硬件 /软件 )。特别是 ,其隐含的信息基础设施 (供了一个构件库 ,它作为一种结构化库组件设计在 境。还提供了一个组件服务器 (理为用户管理组件在图书馆里了。此外 ,定义了潜在的参考模型为配套的活动 ,在 礼服。 自从 推出了一些重要的概念以大范围的机械系统的发展 ,详细介绍整个项目和个人环境已经超出了本文的范围。本文继续关注 ,者相结合 ,行环境。它是重要 ,指出 ,尽管这个概念和提出了设计的实现方法 ,并应用于第一次 者认为 ,他们可以更一般适用于集成仿真环境和分布式控制环境下的必然符合整体的具体建筑这里描述的。然而 ,为了简洁、简洁 ,首字母缩写采用将被用于在整个论文。概念性的来讲 ,读者们可能 遍联 系的设计与仿真环境下的仿真模型所产生的机械系统设计 ;衣服的设计环境 ,生产运行时支持应用机器系统。 3。元素为一体 ,在机械系统的设计 图 3 所示的关键要素在每一个相关的环境和过程仿真和分布式控制一体化。每个元素的方法是将在本节 ,然后再考虑一体化进程在第四节。 真模型 为重点 ,仿真模型的输出的三维图形化是指仿真模型封装等信息 ,(我 )的名单 :机器元件的 (2)设备布局 ;(3)运动学特性 (;(4)运动学关系 ;(五 )应用逻辑 (如任务序列、时间和同步 )等。 制体系结构规范 精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 规格是主要的控制架构 ,输出的 含重要信息 ,必须借鉴环境对余下的所有三个阶段的机械设计和开发过程。这样的规格 ,代表了使用 表和数据表 ,请指定以下信息 : 名单控制元件 ,以及他们的人际关系 这是分解的结果 ,这一系统使用方法基于任务分解与一个组件、职责和合作 (方法。 规格的控制组件的接口。这些提供详细的信息和数据语义类型的项目为每个接口控制等部分组成。 规格的控制组件服务 ,定义所需的功能。 规格的异常处 理。 形式的控制标准的基础上开展的控制逻辑程序的 驱动仿真模型。定义了的规格也可作为合同的约定覆盖 要求 ,允许运行时发展起来的支持 / 之 ,通过控制体系规范”是公司的核心机制 ,一体的 礼服。 制逻辑程序 是指控制逻辑程序的程序 ,指定的行为及其交互作用 ,个人机床部件。作为一种独特的特征 ,提出了一种解决方案 ,控制逻辑描述的虚拟机使用 真程序 ,而不是任何一个土著语言。因此 ,控制逻辑程序存在的形式组织单位 (序中定义其中可能包括编程构造和功能 ,如功能块结构支持的发展计划和重用代码。为了方便使用相同的控制逻辑程序来驱动的虚拟机都和实际介绍了机器 ,三个概念 ,即 : （ 1）虚拟 I / O 界面 - 控制逻辑之间的通讯方案和模拟是通过数据同步交换通过共享数据块。 为了方便程序的无缝传输，数据交换（如控制信号和虚拟设备的状态）应类似于真实系统的 I / O。数据块，其相应的机制因此被称为？虚拟 I / O？。其他模拟特定的，如模拟时钟时间的数据也更新到虚拟 I / O 当模拟执行。 （ 2）虚拟组成控制器 这些都是一套通用软件控制对象的单位 ,所研制的模拟仿真使用本地语言。有着密切的关联 ,虚拟的 I / O,他们负责读数据共享数据块从然后生成相应的状态变化和图形更新。他们也更新了虚拟 I / O 模块的现状 ,并对模拟机器。 （ 3）的运动功能块的边后卫 ) (用户自定义的列表 以被定义为代表的边后卫运动所需的机器设计人员参考。这些模块都拥有相同的意义和 过。这样的块效应产生的虚拟模型应该重现了 正的控制系统设计中。然而 ,其他 反 ,实际实现的同一个街区内的两个环境不同 ,只是界面的运动的边后卫已同意了整个环境。弗拉维奥 代码来驱动包含虚拟执行机构 ,同一块 装了代码 ,用于产生运动的真正的装置。这一概念也可以应用一精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 般隐藏复杂性背后的接口控制的任何复杂的机械。比如 ,两个的边后卫是专门为控制示威者 (见第 6)。 在理想的情况下 ,相同的控制逻辑程序开发来带动虚拟模型可以被用来驱动实际机器上无缝地 /设备 ,只进行最低程度的修改 / O 到真实的 I / O。然而 ,值得感激的是在实践中并不是所有的物理性质都可以被认为 是在虚拟环境中。某些额外的信息 ,也许需要创造的时候 ,控制逻辑部件为实机系统。这些可能包括 : 大多数控制装置 , 要 求 有 一 定 的序被执行之前运行。这样的 辑没有通常被认为是在模拟环境 ,因此需要 指定的。 一些例外的例外处理 :可以像传感器故障注入的仿真模型 ,用以检验控制逻辑处理这类错误。然而 ,存在着某些类型的失效模式 (如相关 ),时间在很大程度上是不切实际的测试在虚拟环境中。额外的异常处 理逻辑需要被添加到处理这些问题。 它应该强调 ,此类修改仅仅包括补充代码和不足以降低原逻辑中产生的虚拟环境。它也应该被欣赏的许多异常处理逻辑可以生成和验证了在虚拟环境中。 行时的支持和运行数据 如前面提到的 ,行时支持的特点是与嵌入分布式 能比如配置及监测、报警处理、诊断和维护 ,为配套生产相关的活动。运行时的数据是指所采集到的数据 ,是监测和测井的功能从真实的机器运行支持系统的情况下运行。根据运行时支撑设计 ,该数据可能会包括“未加工”的数据 ,从机械 (如模拟传感器读数 )和 /或“高级别”的生产数据或信息。 4。内部过程集成的方法 参照图 3,一体化的过程中 ,通常开始转移到仿真模型 ,它描述了机械设计 /布局、运动学特性 ,应用运动学关系和逻辑的 为任务的蓝图时 ,控制系统的设计过程。作为回报 ,控制体系结构规格是返回到 开发工作 ,在随后的阶段。参照控制元件列表生产的控制体系结构规范中 ,该仿真模型在 必须进行修改 ,包括虚拟 I / O 的信息。这样的模型中扮演一个重要的角色之间的无缝集成和 序设计 ,测试和验证的控制逻 辑程序对仿真模型进行了修正 用工具的提供。验证了控制逻辑程序 ,然后移交给地方 换控制逻辑部件 ,控制真实硬件设备将举行。这一步包括一定数量的 动包括界面约束、组件生成和组件部署。工具这些活动实施 ,支持第 5 节中所描述的。 一个独特的特点提供能力是这种综合方法 ,验证了仿真模型的运行时支持使用。用这种方法设计可以运行时支持之前 ,它实际上是精制而成的应用于实机系统 ,通常是一个任务 ,这通常是延迟到真正的机械系统的限制。经过验证的运行时支持应用便于调试有较高程度的信心当连接到真正 的机器通过控制元件 产生的。此外 ,它也能显著降低了时间部署机器或机器系统通过推动并行开发的运行时支持与援助精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 的仿真模型。经过验证的运行时支持应用 ,连同仿真模型也可以被用来提供一个安全的环境 ,可用于培训的机器操作员和车间人员需要求教他人使他们能获得知识与真实的机器工作在一个安全、有效的方式。 尽管事实是经验丰富的设计师能紧密地估计运行时性能的机器系统中他们设计要害 ,这几乎是不可能让他们获得正确的操作数据在设计和仿真阶段 ,原因如下 : 某些数据和 /或机的特殊性能是不可能获得通过计算或从三维模拟除非复杂的机 械部件及其相互作用的动态模型已建成并投入了仿真模型集成。即使是最复杂的模型将始终包含有不准确和铿乶 近似。 大多数现代计算机系统的设计，让经营者调整或改变机器上的变量。在这样的变量的变化意味着调整的机器，这是主观的，对经营者的经验为基础的运行时性能。换句话说，机器的精确运行数据才能获得真正的机器运行。 建设的趋势走向成熟，从已知的模块机系统是聚集在定制的浓度。不过，即使个别模块的性能将是已知的，与其他模块的相互作用的影响，很难被准确确定。 因此，要校准的仿真模型的运行时支持使用收集到的数据是一个重 要的机制，以生产具有更高仿真模型。经过校准的仿真模型可以用来研究进一步改善现行制度，而且它可以在未来的设计从而促进再利用和侦察同一项目使用的机械零件掩膜。 不像古典的瀑布的过程 ,在这个过程中每一步的产量在设计过程中必须完成之前 ,下一步 ,这台机器系统设计和开发生命周期描绘图 3 中提倡一种增量与迭代过程与并行阶段。设计的所有精华的典范 ,把分布式控制系统的开发环境与设计和仿真是使模型可以建造 ,改变或精制迅速利用并行处理。 5。为整合机制及其具体实现过程 本部分介绍集成机制使用在 系 统的设计。 图四阐明了各式的工具被应用于该系统以及与之相关的整合机制。通过整合各环境实施一系列的最有效的商业软件工具连同内部开发的延伸和 /或接口模块 被描绘成 号在本图。研制了集 真软件包续和离散事件系统仿真软件包任务从 2,13和 程环境国际 14。 过扩展的 施职业的工具包 ,连同许多定制工具。 编程环境 ,由双方 享。他们还与公共图书馆的运动的边后卫已经部分阐述了 行扩大微软库一起与图书馆的 部件工业自动化系统。这种数据连接模块的设计 ,研制出 服从 5。选定的软件包和工具包被选出的 ,因为他们的功能性和可扩展性。提高“开放”的解决方法为如图所示的图 4 中 ,当前实现的特点是广泛使用的变相工业标准 程控制 (义的 金会 16。 在 制逻辑程序开发使用 编译 下载到的目标。这样的目标作为控制逻辑驱动器的执行程序 ,模拟。 间的沟通目标和仿真软件 ,建立了适用于一个虚拟的 I / O 模块 ,使同步数据共享与其它应用程序。精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 仿真实体的控制信号来回应从 标和生产状态的相应变化和图形更新。他们的行为是由虚拟控制器部件开发使用本地编程语言的仿真软件。配置虚拟 I / O 模块和虚拟控制器部件的支持 块 ,其中是一家集扩展功能发展到坐在上面仿真软件包。这种数据连接之间的 行时支持和仿真模型的建立 ,通过使用 制 的 务器 ,包裹在控制逻辑程序。通过这样一种机制 ,运行时支持下测试是合乎逻辑的连接到同一组数据项暴露在真机系统在随后的阶段。 除了 程环境 ,三专有软件工具 : （ 1）凯德 提供了图形和表格的编辑电气 /控制工程师来指定 ,生成控制架构的规格。 （ 2） 置 ( 支持浏览和配置的 务器对目标平台在本地和远程计算机连接的网络。这也便于之间数据项约束控制等部分组成。 （ 3） 件建设者 ) 利的转换成 由于客户机 /德铿乶通过 准版服务器模式，单一的控制组件被实现为一个可执行的应用程序作为 户端和服务器上同时行动。作为一个 户端，它操纵目标平台的 务器的数据项来控制物理设备。作为一个 务器，它暴露了其他控制元件和 /或应用程序（例如运行时支持）的 口。从程序员的角度来看，持的 方案，构成成 C+代码的单个控制元件的转换。在 C+代码，然后编译成控制组件中的一个 式。 为了进一步提高铿俥 建议的方法公开，持续的发展，适应了 拟I/ O 模块，以符合 信能力，使一个完全的 5可以实现。 6。应用实例 描述了综合 功应用的方案设计和实施 威者细胞。孕育了示威者为例对一个敏捷制造机器系统模块化阀门的组装几个发动机缸盖变体。配置了示威者被从模块化组装站、大型 过一个网络的连接传送器、一个统模块化。在细胞操作了示威者 尔沃集团公 司 ,在瑞典。 图 6 显示一个屏幕镜头的完整细胞的仿真模型了示威者。已建仿真模型的每个要素包括复杂的组装操作细胞。图 7 描绘的是一个屏幕捕获 ,展示了装配模型的基础上 ,与此同时 ,站 程环境。 个别机器控制的操作和它们的相互作用与复杂的 I / O 事件和高精密运动控制。控制系统的发育过程中 ,每个阶段的 定义方法作出的 ,从概念设计的 ,到最后 署的控制系统和图形化的运行时的支持。值得一提的是 ,该方法的写程序和测试程序的控制站、输送系统的组装和使用 行 提供。然后将其移入的节目是 换成控制部件的物理 制。精品优秀毕业设计，助答辩无忧！ 节目是控制逻辑无缝转移没有改过。 定的增加 ,主要功能是必需的 ,在建设 ,为某些车站控制元件。其中一个最重要的好处的方法是 ,所有控制逻辑程序和充分验证是可能在机器前可用。这大大减少风险 ,机器和重要的是允许并行开发的两本控制系统及机械系统。 此外 ,完整的运行支持系统整体设计和测试 很早以前 ,在开发周期之前 ,它是利用仿真模型与实际连接 和测试设备。作为一个数值例子 ,屏幕快照 ,如图 8显示验证一项尚未完工的人机界面设计了示威者的输送系统中使用的细胞。基于价值观读取虚拟的 I / O,显示的图标在人机界面中的状态的传感器与执行器使用率在输送系统。输送机系统的控制逻辑被设计用来支持两种模式的运作 ,即自动和手动模式。在自动模式 ,所有输送机可编程逻辑控制部分 ,已被确认的更早。在这种模式下 ,切换到手动曝光模式操作者能使用这些图标的人机界面 ,直接控制执行器在输送机的路段。每个图标的验证 ,在这两种模式下进行人机界面不需要真正的 机器。类似的过程进行人机界面为其他车站 ,包括装配站。 另一个独特的方面的 集的数据的一种方法是 ,从操作的真正机可在仿真模型封装在标定过程来提高其计算精度进行了评价。应用经验在实施了示威者细胞已表明综合 明显减少时间发展和部署的控制软件系统的制造机器的帮助下 ,三维图形仿真和对发展范式。 7。结论 一个新典范的方式制造机器系统的设计 ,并实现进行了分析 ,验证了在这个研究报告。通过 作出的贡献将有助于欧洲机械制造商 /系统集成商保持竞争力 ,在全球市场。延长使用寿命 ,减少机器 系统项目生命周期越来越短的上市时间对最终用户是预期的效益。降低成本在调试 ,培训人员 ,文件系统的维护和提高也有益于预想的要严重得多。 测试虚拟工程的概念 ,这种技术