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华南理工大学广州汽车学院本科生毕业设计（论文）翻译英文原文名Analysis of Open CNC Architecture for Machine Tools中文译名 开放式数控机床结构的分析 系 别 机电工程系 专业班级 机械（4）班 学生姓名 邓 金 华 指导教师 刘 战 术 填表日期 二一 年 月英文原文版出处：J. of the Braz. Soc. Mechanical Sciences Copyright (C)(C)(C)(C) 2002 by ABCM July 2002, Vol. XXIV译文成绩： 指导教师（导师组）签名： 译文：开放式数控机床结构的分析数字电路技术的发展，导致较高的速度和更好的可靠性使控制器的发展适应了新的生产系统机（如柔性制造系统 -柔性制造系统）。大部分的控制器开发协议以数控机床技术的机床制造商代理。任何修改或改编的部件并非容易实现。这机械设计师们所面对硬件和软件的限制例如系统之间缺乏互动的元素和不可能添加新的功能。这是由于硬件不兼容和软件不允许在源程序中改变。开放式架构理念的引进和解演化新一代的数字控制器。这使标准的IBM- 电脑微机应用到传统的数控技术。因此，对数控（定位）的特点和微机（简单的编程，系统配置，网络通信等）相结合。一些研究人员已经灵活的处理软件和硬件容许在硬件基本配置和所有的控制软件层面的变化结构。在这项工作中，开放式结构控制器在OSACA，OMAC，湖岩数控的发展和OSEC架构的描述。关键词：开放式结构，数控，机床简介在当前制造业的工业自动化发展系统之间建立设备的规则要求制造商（如数控机床）和客户使用生产技术的基础上运作和整合自动化设备（如计算机集成制造 -计算机集成制造）。这些规则是必要的，因为期间的问题是复杂的工厂控制器网络植入及维修。当工程师和技术人员需要对“生产岛”扩展，维护和整合时他们只能根据有限的相关硬件和软件。硬件和软件的问题通常不允许在相同的控制硬件上出现，因为这样会提高在生产费用的增加。被提出的解决方案是寻求这“开放的方式”。“开放的方式”的含义在世界反兴奋剂机构（1996）所指的是从制造商的技术独立，从而使用户能够从多个不同的制造商购买硬件和软件，可自由组装件设备的收购。因此，开放式结构控制器有能力整合来自不同厂商的设备数件，并取得几个可编程的应用程序接口控制解决方案，在降低成本时维持相同的性能。开放式结构控制器的第一部作品开始于NIST（国家标准与技术研究所）所提议 RCS的（实时控制系统）的使用，这是一个15年以前（ Proctor与阿不思，1997年）结构模型。这RCS型号是星系NGC（下一代控制器）方案的基础，协办单位是NCMS（国家制造科学中心）和美国空军，因为工业核查需要下一代控制器。研究人员开始于开发的标准SOSAS（一个开放系统架构标准规范）（山崎，1996年）。 尽经过不断的努力，这数控开放式结构仍然没有确定一个普遍模式。然而有一些结构得以发展的研究中心允许在软件和硬件的改变，并尽可能的提供了大量的设计配置。开放式体系结构系统规范开放式结构控制器应该能在硬件中灵活运用因为它是所有控制级别的软件（怀特等人，1996）。开放式结构控制器的标准必须是其硬件和软件的开发允许任何工程师和技术人员参与，以及它是由其他控制器，单元控制系统和高层次规划系统整合而成（斯科菲尔德，1996年）。机床开放式控制器应允许集成传感器和计算机硬件由不同的制造商开发（Pritschow等，1993）。当开放系统与其它应用系统互动时，它可以在多个平台进行编程。 一个开放体系结构系统的一些规格是（英里，1998）（Oshiro，1998）：互动：由于语义的标准数据通讯；互操作性：不同的厂家同一的组件功能；可移植性：应用软件可以容易的从一个环境转移到另一个。可扩展性：系统的能力可根据实际需求来增加或减少。体系结构类型花费一些功夫来定义的一个开放式结构系统将在下文得到解决：OSACA架构（开放系统结构的内部控制自动化系统）该OSACA（1998）体系结构是一个自动系统控制的开放系统结构。它出现在欧洲的ESPRIT三项目与6379方案，作为最大的项目之一包括OAC（开放式结构控制）的标准，这标准包括网络连接和应用程序（科伦等人，1996年）。该OSACA项目开始于1992年在法国，德国，意大利，西班牙和瑞士的研究机构。该OSACA项目的主要目标是一个独立的硬件和模块化的定义，也就是说，在模块工作时允许添加或去除数值控制，机器人控制，可编程逻辑控制器（PLC），细胞的控制等。为了管理这些模块，它创建了OSACA二期羡项目9115建立模块化系统软件，通信界面，操作和开放的数据库系统的新功能和在新的数字设备中的使用（Pritschow等，1993）。按照同样的研究路线，它创建于德国HMNOS（应用在面向对象的开放式控制系统的调控开发）项目。这个项目的开发是基于OSACA成果。它有最终用户（宝马，奔驰），机床制造商（Alfing，弗里茨维尔纳，格鲁内瓦尔德，海尔，豪迈，脱壳机Hille，指标，Mikromat，Pfauter，通快和Unipo）和控制器制造商（博世，达沙，根德电子，ISG型，西门子），的参与，伴随着这个项目的几个研究机构。我们的目标是用户和制造商之间交换信息，既带来好处。该OSACA架构允许机床控制组件使用用户界面，而不需要回顾整个软件（Altintas，等，1996）。为了达到这一目标就必须知道该平台的概念。一个平台是由硬件和程序组（操作系统，通信系统）组成，该提供一个功能单元（FU）的控制统一的服务。应用程序编程接口（API）与FU是基于一个定义良好的任务。这三个主要平台领域是：通信系统：硬件和软件是指独立于控制器应用程序之间的不同模块的信息交换接口。参考架构：确定控制FU和指定的外部接口。这样做是为了使外部设备通过内部数据在一个明确的途径在使用和整合。FU的例子是人机接口，联锁逻辑控制，和轴线的运动控制。对于每一个确定的FU，一个外部模块使用一个面向对象的数据接口和应用模块的通信是明确的。编写和读取数据的访问接口是位于面向对象的结构和此访问提供与一个通信面向对象的使用。系统配置：允许控制器动态配置通过应用模块不同的组合而成。这并不只允许确定一个给定特定功能的拓扑结构，而且还在分布式过程中同步。图1系统平台（OSACA，1998）图1描述了OSACA系统平台，如一个配置请求由微机生成发送到系统。重新配置使用了FU（联合功能），其中工程中，使用面向对象程序中的一个类库、使用变量和内部数据。OSACA应用协议使用一个客户机/服务器基于面向对象的原则上展开。所有FU功能将有外部访问和它是由沟通平台配置。从客户的角度来看，该服务器被访问可通过通信信息系统来发送和接收。OMAC架构（开放调制结构控制器）该OMAC架构已经开始了其1994年12月由克莱斯勒、福特和通用汽车公司出版的“要求开放，调制结构控制器在汽车行业的应用”。这份文件作为汽车行业中控制器应用程式介面的一个指南。这些OMAC群体是由开放式架构系统用户组成的，其目的是共同合作，从而带来许多好处（日元，1998年），如：根据软件用户和机器制造商的经验建立开放式结构控制器的地位；随着API的使用，从而加快行业内的开放式控制使用；促进控制器制造商之间开放式控制的发展；商业化和开放式结构控制器技术的使用，这个制定是为了发展集体的解决方案。图2 OMAC系统的简化设备（日元，1998年）湖岩式数控结构（层次的开放式数控多重处理器）这湖岩式数控结构-开放系统结构层次多处理器喂数控机床的作为主要集中在机器硬件，并提供了两个总线的好处，既数控控制总线和另一个总线允许引进新元件。一些研究中心参与了这项研究路线包括：密歇根大学/美国安娜堡-它专门研究开放式结构控制器在实时的高性能机用工具。他们执行的硬件控制和网络通讯几种不同类型的执行情况由所研究机器性能上的差异所采用的结构而定。（科伦等人，1996年）不列颠哥伦比亚大学/加拿大温哥华-他们使用这种结构寻求调节的自适应控制。这模块当检测工具损坏和振动被插入使用声学传感器时控制执行。一个主要的总线用于机器控制程序执行和监察任务及更高性能二级总线用于通信与数控（Altintas等，1996年）（山崎，1996）。图3 湖岩式数控硬件的全局结构图3展示了微机在湖岩式数控结构上的使用。该标准的ISA总线主要处理监测活动，数据处理，自适应控制和人机界面（MMI）。这数控总线处理位置和各轴的速度控制（Altintas等，1996），具有专用处理器来实时地操作控制。该系统允许几个处理模块在主总线的增加及在二级总线上控制轴的相互作用。日本的OSEC架构（开放式系统的控制环境）六大日本公司，东芝机械株式会社，丰田工机钢铁有限公司，山崎马扎克公司，日本IBM钢铁有限公司，三菱电机有限公司， SML信息公司，组成（开放式系统环境的控制器）这OSEC集体，其目标是建立一个开放平台架构数字控制设备。图4 OSEC体系结构该集体的目的是以一个标准的个人微机为基础创建一个开放的体系结构来控制生产设备，以改善设备的性能和以便对其维护。此外这个人微机的控制设备还可以作为这工厂运作的一个信息库系统。换句话说，以计算机-CALS为基础台设备根据这结构可以成为收购的元素和后勤支援系统。（计算机辅助收购及后勤支援）（山崎，1996）。有许多研究中心致力于这开放式体系结构观念的工作，例如美国海军的增强型机床控制系统项目-EMC（增强型机床控制系统），在贸易署的支持下提出了五个层次的体系结构：1 -工作站的规划；2 -工作站的管理；3- 计划的诠释；4 -轨迹生成/离散输入和输出（I/ O）的；5 -伺服控制。该项目包括热变形的误差补偿和NURBS（非均匀有理B样条曲线）插补（山崎，1996）。同时，美国能源部将TEAM-ICLP（敏捷制造的扶持技术- 智能闭环加工）项目集中其研究在应用程式介面面向开放式体系结构的发展上。国家制造科技中心（NCMS）启动的NGIS（新一代检测系统二）项目正在寻求一个传感器工序检验界面的发展。趋势企业和研究中心提出了若干项目寻求控制器的发展来给以机器上的新技术提高；通过建立世界主要的硬件和软件模式，让技术依赖在制造商和客户端之间。在编程和配置灵活性上的提高是因为开放式结构于数控生成一个模块化服务构成的软件于重复使用面向对象的部分及这电气机械系统受控于一个或多个控制处理器。未来的趋势是数控独立地使用，管理和处理所有内部（固有的机器）和外部（与生产计划相关）元素。对于这一点，就必须发展几个部分：规划组：其中产品开发项目（计算机辅助设计-计算机辅助设计模型）和原始材料都是被接受的。该规划是利用现有资源来执行。内部资料分析组：验证工件加工，在知识库中储存取得的最好成果。在此之后，按照操作程序，使用工具，切削条件和需要控制部分来执行工件加工进行分类的分析。控制部分: 使用补偿和实时模拟预测来执行真正的CNC控制系统。诊断和控制质量组：来自资料分析组，这最后部分是被核实及一个自主测量过程中产生的完整的测量数据。质量的控制验证了加工操作统计了诊断失败的原因。上述章节必须提及的：在自动方式上实用知识库来维持活跃的机器运行。使用该数据库的信息来验证和现代化的资源（新技术），以改善经营绩效。使用诊断和质量控制来自动检查这完成部分无需人工干预。该运行结束之后，将自动分析运行性能。根据仿真实时分析控制模式和对性能在控制维护机床精度和安全性上的更正。开放式数控系统将具有如下特点（山崎，1996年）：透明度：这系统结构应该完全的被机床制造商以及最终用户知道；运输：任何控制软件部分可以被输送到偏远地区或任何个人微机中；可移植性：控制软件可以被执行或现代化；生机：无论是软件和硬件何时更换新的系统元件机床都应该立刻操作，无需额外的成本；可重新配置：控制器的功能应该可以由用户配置；进化：必须制定完整的体系（这意味着，智能化功能应该能接受不断的信息）。结论开放式数控系统的使用被认为是非常重要的，因为它是一种很有前途的技术，它在工业自动化领域的行为，使设备一体化，是配置、机床通信和现代化建设的更加友好的界面。这低成本的电子元件一直激励新控制器的发展。还有几种类型的开放式结构在在美国、欧洲和亚洲被开发，它们是使用标准的IBM- PC计算机来控制。这OSACA结构被用于mostyin软件领域，这结构的OMAC行为主要集中在工业应用和OSEC结构在于所有工业区域、后勤及支援都是自动化。湖岩式数控结构行动在硬件领域上新的传感器方面和特殊模块的实施。所有的这些结构已经被几个不同的制造商统一了设备和获得了以更低的成本保持相同性能的控制解决方案。开放式结构控制器的一些好处是：在控制软件的设计中使用C+程序。软件程序可以设定和执行新的功能来提高机床的性能。这适应性控制的演算法技术开发可以申请适用的新应用程序，其采用力传