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基于局域网数控加工平台的构建及应用研究 摘要 随着制造业装备水平的不断提高，信息与网络技术，特别是因特网技术 的迅猛发展和普遍使用，具备快速响应市场变化的网络化制造技术正在受到 世界范围的重视，基于局域网的数控加工平台的构建是网络化制造技术应用 的基础。 本文对网络化制造的基本概念和特点，网络化制造的运营模式，以及当 今国内外网络化制造的发展状况进行了综述，探讨了数控加工平台的结构、 功能，以及数控加工软、硬件平台建立的方法，对数控加工平台的关键技术， 包括综合技术、使能技术、基础技术和支撑技术进行了研究。结合原型系统 的开发实例，在数控加工平台使用管理流程的基础上对基于校园网的d n c 通 讯系统进行了研究。 基于网络的数控加工平台的应用，对于提高相关学校、培训机构办学能 力，融合本地乃至区域外的各类资源，促进网络化制造技术的发展具有实际 意义。 关键词：网络化制造，数控加工平台，机床联网，关键技术 i i i n cp l a t f o r mb a s e do nl a n c o n s t r u c t i o na n da p p l i c a t i o nr e s e a r c h w i t ht h e i m p r o v e m e n to fm a n u f a c t u r i n ge q u i p m e n t ，t e c h n o l o g y o f i n f o r m a t i o na n dn e t w o r k ，e s p e c i e l yt h ei n t e m e tt e c h n o l o g yh a sb e e nr a p i d l y d e v e l o p e da n dw i d e l yu s e d ，t h en e t w o r km a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y i sb e i n g w o r l d w i d ec o n c e r n e dw h i c hh a sr a p i dr e s p o n s et ot h em a r k e tc h a n g e s n c p l a t f o r mb a s e do nl a n sc o n t r u c f i o ni s t h eb a s i so fn e t w o r km a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y t h i sp a p e rw i l lr e v i e wt h eb a s i cc o n c e p t sa n df e a t u r e so fn e t w o r k m a n u f a c t u r i n g ，n e t w o r k - b a s e dm a n u f a c t u r i n gb u s i n e s sm o d e l ，a sw e l l a st h e s i t u a t i o no fc u r r e n td o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ln e t w o r kd e v e l o p m e n to f m a n u f a c t u r i n g t h ep a p e rd i s c u s s e st h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fn cp l a t f o r m ， a l s os t u d i e st h ew a yt ob u i l di t ss o f t w a r ea n dh a r d w a r ep l a t f o r m ，t h ek e y t e c h n o l o g yw h i c hi n c l u d ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g y , e n a b l i n gt e c h n o l o g y , b a s i c t e c h n o l o g ya n ds u p p o r t e dt e c h n o l o g y w i t he x a m p l eo f t h ed e v e l o p m e n to ft h e p r o t o t y p es y s t e m ，i tr e s e a r c ht h el a n d n cc o m m u n i c a t i o ns y s t e mb a s e do nt h e s t u d yo fu s i n gm a n a g e m e n tp r o c e s s e so f n cp l a t f o r m t h ea p p l i c a t i o no fn cp l a t f o r mb a s e do nn e t w o r kh a v eg r e a tp r a c t i c a l s i g n n i f i c a n c ei ni m p r o v i n gt h es p o n s o r i n gc a p a c i t yo fs c h o o l sa n dt r a i n i n g i n s t r u c t i o n s ，i ni n t e g r a t i n gv a r i e sr e s o u r c e so fl o c a la n dr e g i o n a l ，i nd e v e l o p i n g t h en e t w o r kt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，n cm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m ，m a c h i n e n e t w o r k ，k e yt e c h n o l o g i e s i v 附件1 ：学位论文原创性声明与版权使用授权书 浙江工业大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表 或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用 过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人承担本声明的法律责任。 作者签名触砰脚 日期细年勿月7 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工 业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签 日期：年月日 日期：年月日 冬鼍1 扣以 砉 1 1 第一章绪论 1 1 引言 中国业已加入w t o 以及全球经济一体化进程的加快，中国正在成为世 界的制造中心。中国的制造企业面临机遇的同时也面临着挑战。特别是加工 业，由产品主导市场需求已成为过去，而由市场需求决定产品的品种、规格、 种类演变为现实。这种变化是企业必须去应对和解决的。 市场的需求是多品种、小批量、客户化、快速交货和需求的不可预测性， 制造企业为增强自身的竞争力和扩大在市场中的生成空间，必须对市场作出 快速响应，增强产品的创新能力，缩短产品设计周期，提高客户化程度，同 时能对市场、客户的意见作出尽快的反应与反馈2 1 1 6 1 。以网络和数控加工相结 合的现代网络化制造技术适应了这一市场的变化，研究网络条件下的数控加 工平台，为解决广大中小制造企业在制造信息化进程中面临的信息、技术和 资源瓶颈，提高市场竞争力有重大意义。 1 2 网络化制造技术 世界和中国经济的发展，在网络经济成为发展主流的背景下，网络化制 造技术被广泛应用。这一先进技术的产生是需求与技术双轮驱动的结果。对 网络化制造技术的需求有两方面的原因：一是来自市场竞争的压力；二是来 自企业提高自身经营管理水平的需要。而制造业装备水平的不断提高，信息 与网络技术，特别是因特网技术的迅猛发展和普遍使用，使具备能快速响应 市场变化的网络化制造技术的研究、开发和应用受到世界范围的重视，并且 发展迅猛1 1 】【2 1 。 1 2 1 网络化制造技术的概念 网络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑战，实施的以快速 响应市场需求和提高企业竞争力为主要目标的一种先进制造模式【1 1 1 4 】i r j 。通 过采用先进的网络技术、制造技术和其他相关技术，构建面向需求的基于网 络的制造系统，并在系统的支持下，突破地域空间对企业生产经营活动范围 和方式的约束，开展覆盖产品全生命周期或部分环节的企业业务活动，实现 企业间的共享与集成，高速度、高质量、低成本地为市场提供所需产品和服 务。 1 2 2网络化制造技术具有以下的特征 1 、它是一种先进的制造模式，是在因特网和企业内外环境下，企业组织 和管理其生产经营活动过程的理论和方法。 2 、覆盖了企业生产经营的所有活动，网络化制造可以用来支持开展企业 生产经营的所有活动，也可以覆盖产品全生命周期的各个环节。 3 、以快速响应市场为实施的主要目标，通过网络化制造提高企业的市场 响应速度，进而提高企业的竞争能力。 4 、突破地域限制，通过网络突破地理空间上的差距给企业的生产 经营和企业间协同造成的障碍。 5 、强调企业间的协作和社会范围内的资源共享，通过企业间的协作和 资源共享，提高企业( 企业群体) 的产品创新能力和制造能力，实现产品设 计制造的低成本和快速度。 6 、技术内容丰富，网络化制造的研究与应用实施中涉及大量的组织、 使能、平台、工具、系统实施和运行管理技术，这些技术的研究和应用既可 以深化网络化制造系统的应用，同时又可以促进先进制造和信息技术的理论、 方法和工具系统的研究和发展1 4 1 1 6 1 1 7 1 1 1 1 1 。 1 3 网络化制造的实施模式 目前，国内外网络化制造系统常用的实施模式主要有：企业自行建设， 信息技术外包和应用服务提供商( a p p l i c a t i o n s e r v i c e p r o v i d e r as p ) 。 2 a s p 模式的主要特征是： 1 、以应用为中心( a p p l i c 撕o n _ c t r i c i t y ) 。a s p 的存在是为了并且只是为 了一个目的：为客户提供可访问的商业应用。a s p 对应用系统和基础结构设 施进行集中管理，并托管这些应用程序，使它们适合客户的需要，并管理这 些程序的运行、升级、维护和支持。 2 、集 ( c o n v e r g e n c e ) 。包括技术集中和技能集中作为一种商业模型， a s p 集成了以下事物：不同的使能技术，不同的实施和管理制度，不同的开 发配置和管理的专业化技能，不同的为a s p 客户服务的托管应用程序。 3 、复杂性( c o m p l e x i t y ) 。a s p 与上述多种技术和技能相关的集中特性 导致了它的复杂性。它处于多应用系统、多客户的动态环境中，面临着新的 商业挑战。与r r 部门相比，a s p 要处理的业务要多得多，而且要制定更复杂 的各种各样的商业运作方式，包括正式的应用程序和服务的定义、运行策略、 性能标准、成本模型、定价方案、审计和报表等等。 4 、控锘t j ( c o n t r 0 1 ) 。a s p 控制的特点来自它的复杂性。它承担着销售商 和供应商关系，需要处理新的财务控制事实。a s p 承担了客户部分的或全部 的i t 功能，a s p 也就有效地承担了客户相应的部分或全部的1 1 r 职责1 6 1 1 7 1 1 1 2 1 。 a s p 可集成区域高等院校、科研院所、1 1 r 企业等各种技术资源，负责 平台系统的技术支持与服务，包括技术咨询、人才培训及网络化制造相关的 技术与服务。据不完全统计，国内现有3 0 0 0 万家企业，而中小企业占企业总 量的9 9 ，6 0 国内工业产值和4 0 实现利税来自中小企业。中小企业正逐渐 成为中国经济展不可或缺的推动力。中小型企业是a s p 平台的主要用户，它 们占有很大的比例，在经济建设中发挥着重要的作用。由于它们大多经济规 模较小、资金有限，在信息管理、物流规划、生产控制等经营信息化管理方 面，与大型企业相比存着很大困难，a s p 服务模式由供应商通过计算机网络 为客户提供各种专门“应用技术服务”。供应商拥有应用技术的实体，用户并 不需要安装它们就可通过供应商开设的窗口享用技术服务。因而用户省却了 购买应用技术和软件的大笔资金，也不要考虑高待遇的信息人才，只需按照 3 使用“服务 的具体情况向供应商付给使用费。这样就解决了中小企业实施 信息化技术改造时资金和人才方面的问题，系统的实施、运行和维护将变得 简单可行。企业可以依靠外部技术支持力量，方便、快捷、低成本、有效地 使用最新的应用软件和信息技术，让现有设备发挥更高的能效1 1 2 i p t i 。 1 4 网络化制造国内外研究现状 网络化制造概念的形成和初步应用在上世纪9 0 年代中期，在随后的几 年得到迅速发展，应用取得了显著成果。作为未来的重要制造模式，各个国 家政府、科研机构和企业均高度重视。特别是2 0 世纪8 0 年代开始，各国政 府、科研机构和企业都设立了一系列与网络化制造相关的项目，有力地推动 了网络化制造技术的发展。 国内外网络化制造技术的发展和研究现状如下： 1 、c a l s 19 8 5 年美国军方提出c a l s ( c o m p u t e ra i d e dl o g i s t i c ss y s t e m s 计算机 辅助后勤系统) ，在美国军方的武器设计、生产和后勤保障等方面发挥了巨大 作用，并被世界许多大公司采用实施。随着技术的进步，c a l s 也在不断发 展和演变，从计算机辅助后勤系统、计算机辅助后勤与获取系统、连续获取 与全过程支持发展到光速商务。 2 、美国企业网 1 9 9 1 年美国里海大学提出了“美国企业网”计划，目的是利用信息高 速公路，将美国的制造企业集成在一起，加强美国制造业的竞争力。 3 、下一代制造 1 9 9 5 年美国麻省理工学院负责实施“下一代制造“项目，目标是研究 美国在2 1 世纪赢得世界制造业领先地位的行动指南、方法和实现框架。该项 目主要内容涉及基于动态快速响应的产品开发与相关过程的实现、支持产品 全生命周期的自适应信息系统、敏捷的企业动态联盟和合作机制、支持产品 4 全生命周期的知识供应链、支持产品全生命周期的创新管理、支持产品全生 命周期得到变化管理、柔性可重组信息化和知识化制造单元和设备、企业集 成等共十项关键共性技术。 4 、n e t m a n 此计划由加拿大国家科学和工程委员会制定，目标是开发一个支持敏捷 制造网络的操作系统，它提供了一个网络化制造系统框架和一个协同的业务 框架，支持在动态环境中敏捷制造网络的运作。 5 、d r a g o n 研究项目 中国欧盟科技合作项目基于开发网络的交互式工程门户系统的研 究与开发。项目的目的是开发一个基于i n t e r n e t 的交互式工程入口，使企业 可以通过此工程入口进行必要的信息交互和共享工程数据，从而支持位于不 同地理位置、具有不同文化背景的企业实现网络化制造的全过程，包括寻找 合作伙伴、评估与选择合作伙伴、建立合作关系、进行产品合作开发和产品 制造等各个阶段。 6 、国家8 6 3 计划c i m s 主题网络化制造研究项目 国家8 6 3 计划c i m s 主题专家组较早就认识到网络化制造这种新的生产 模式给制造业所带来的变革和机遇，有计划地部署了一系列研究课题，使我 国c i m s 研究从信息集成、过程集成走向企业集成。与网络化制造有关的课 题主要有：四川省制造业信息化生产力促中心负责的以成德绵为核心的区 域现代化集成制造系统开发与应用；由北京市科委负责的北京地区网络化 制造系统总体方案设计与关键技术公关；由东南大学负责的江苏地区现代 化集成制造系统总体方案设计与关键技术公关；由广东工业大学负责的粤 港渝陕网络化制造系统；由浙江省制造业信息化生产力促进中心负责的浙 江块状经济区域网络化制造系统开发与应用；由重庆制造业信息化生产力促 进中心负责的网状中心城市型区域网络化制造专业平台开发与典型应用 等课题【1 1 1 3 1 1 4 1 6 i 1 7 1 。 虚拟异地合作设计组织，主要强调在产品设计和开发中，获取设计知识 5 的异地合作。我国企业存在一批可以支持产品开发中设计知识获取的资源或 潜在资源，要使这些资源以及企业外资源能以企业开发某项产品的行为为中 心并和企业组织在一起，共同为这个项目的完成进行设计知识、特别是新知 识的获取工作。已有一些异地合作组织的新概念和关键技术研究，如上海交 通大学与上飞厂之间进行了异地设计的联网试验；西安交通大学、清华大学 与上海交通大学等高校也在策划异地合作设计网，但这些工作仍属开始阶段。 分散网络化生产系统强调生产系统的网络化。分散网络化是指将动态的、 没有固定隶属关系的和地理上分散的集团，利用信息和通讯技术把它们组织 起来进行生产，快速地以合理的成本将产品从设计转入生产。通过国际互联 网，对产品设计、工艺、生产和工况信息从一个生产单元传送到异地的生产 单元进行测试。 上海先进制造技术中心于1 9 8 9 年提供的上海交通大学的快速原形制造中 心的上网服务，同济大学也与香港某些中小型企业进行了联网合作制造模具 的试验，但这样的系统还需要有进一步的研究和配套措施1 1 1 1 9 j i 2 2 1 。 1 1 5 课题研究的目的和意义 实施网络化制造是为了适应当前经济全球化、区域经济发展、行业经济 发展和重大技术装备研发的需求而采用的一种先进制造模式，也是实施敏捷 制造和动态联盟的需要，以及企业为了自身发展而采取的加强国际合作、参 与国际竞争开拓市场、降低成本和实现定制化生产的需要。 随着生产力的发展，社会分工越来越细，几乎每种服务都在向社会化和 专业化转变，中国的经济发展带有不平衡性，区域经济发展尤其突出，即使 在浙江、广东、江苏等经济大省也存在明显的区域经济特色。中小企业非常 多，且以地域地理位置作优势，相当集中。因此集中利用中小企业相对封闭， 分散的资源，让他们享有区域内的信息、制造、技术、人才优势，构建一个 基于局域网的数控加工平台，为广大中小制造企业和有制造专业的学校、培 训机构服务，解决他们在发展中面临的资金、技术、资源、人才欠缺问题， 6 是本课题研究的目的。在建立平台的同时，为地方经济和人才培养服务，增 强当地中小企业竞争力，提高相关学校、培训机构办学能力的同时，可以进 一步融合本地乃至区域外的各类资源，为提升平台水平，促进对网络化制造 的研究和发展具有巨大的推进作用。 1 6 课题的背景 本课题来源于国家8 6 3 计划项目成果信息浙江块状经济区域网络化制 造系统开发与应用( 浙江火炬生产力促进中心浙江大学) 。该项目在研究分 析浙江省块状经济区域特别是民营企业的成功案例、开展典型区域网络制造 系统的需求分析基础上，进行区域网络化制造系统的总体设计，并重点对区 域网络化制造系统理论、方法和共性关键技术进行研究，在网络化制造系统 体系、网络化制造平台技术、协同工作技术、信息集成技术等方面有所创新。 在此基础上，开发面向浙江省块状区域的网络化制造专业平台和应用软件构 件，并集成一批本主题支持开发的单项软件产品。通过绍兴轻纺区域实施网 络化制造典型应用工程，提高区域企业群和产业链的国际竞争力，并取得显 著的经济和社会效益。通过实施区域网络化制造推广应用，提高区域制造业 的信息化水平，实现信息化带动工业化的目标。 浙江省区域网络化制造系统的实施策略可概括为三点一面：即将提高新 产品开发能力、以龙头企业为核心的区域动态联盟、提高大型专业市场的拓 展能力作为网络化制造系统开发与应用的重点，并开发区域网络化制造平台， 为区域内广大中小制造企业特别是民营企业提供网络化制造服务。 在构筑区域网络化制造平台的过程中，具有明显的地域特征，因此，根 据当地地方经济特色，建立公共服务平台是一项重要工作。 1 7 课题研究主要内容 近年来，网络数控的研究已经成为学术界及企业界的研究热点之一。网 络化数控加工的各个领域研究大大地促进了我国先进制造业的发展。如何构 7 筑符合当地经济特点需要的基于局域网的数控加工平台，是本文研究的主要 内容。并着重对如下内容进行了研究： 1 、对网络化制造的基本概念和特点，网络化制造的运营模式，以及当 今国内外网络化制造的发展状况进行了综述； 2 、对数控加工平台的结构、功能，以及数控加工软、硬件平台建立的 方法进行了研究： 3 、对数控加工平台的关键技术，包括综合技术、使能技术、基础技术 和支撑技术进行了研究； 4 、结合原型系统开发实例，在数控加工平台使用管理流程的基础上对 基于校园网的d n c 通讯系统进行了研究。 第二章网络化数控加工平台 在不同地理位置的同行业企业，或者即使在同一企业的技术人员，在使 用有关加工、管理应用软件和硬件设备上，肯定会有所不同，为有效整合区 域内的有效资源，实现区域优势资源的共享，达到共赢的局面，建立一个基 于局域网的加工制造平台，对区域内的各个相关企业和培训机构来说，是意 义重大的。 2 1 数控加工平台的概念 随着计算机技术、网络技术和其他相关技术的深入发展，如今的基于网 络的平台建设，已经非常普遍。但是高度集成化的平台，具有集硬件、软件、 软件工具和系统的应用平台在现实的使用中还较为少见。基于局域网的数控 加工平台，是一个将区域内同行业的企业作为一个整体对待，在它们复杂的 信息环境下，实现信息、应用、技术和人员等资源集成的支持环境，在异构 分布环境下( 操作系统、数据库、网络) 为企业和培训机构、学校提供透明、 一致的信息访问与应用互操作手段，并支持支持在数控加工领域应用软件系 统的集成、运行等管理服务。 该平台应具有以下特性： 1 、分布性：提供对分布环境下应用的集成支持功能。 2 、支持异构系统集成：对任何一个企业而言，其硬件和应用都不可能 是同一个厂家的产品，因此他们的信息系统和应用必定是异构的，平台必须 对异构环境和应用提供良好的集成服务，并且通过平台来屏蔽所有异构性给 企业集成带来的困难。 3 、支持透明、同一的通讯和信息访问：平台应该为所有同行业企业提 供透明一致的通信和信息访问服务。通过此种服务，用户无须关心具体的操 作系统和应用程序所处的网络位置，而以透明的函数调用或对象服务方式完 成他们所需的通信要求。以一种一致的语义和接口实现对数据( 数据库、数 9 据文件、应用交互信息) 的访问与控制。 4 、支持应用间互操作：互操作是实现应用间协同的基础，平台支持不 同应用间的互操作，便于实现企业协同。 5 、开放性：通过在建立平台中实施相关的信息技术标准，使平台具有 良好的开放性，保证企业以较低的成本和较短的时间实现新的应用的引入和 老的系统升级。 6 、安全可靠性：平台提供规范的系统管理工具，以实现对用户权限、 信息资源、软硬件设备的有效管理，从而提高系统的安全性和可靠性。 7 、优良的性能：平台提供的通信、信息和管理服务应该具有高性能，不 能成为企业信息系统运行性能的瓶颈。 8 、柔性化和重用性：高度的系统柔性和软件的可重用性是平台本身可不 断升级的基础，将是企业以后发展的重要技术支持1 1 1 1 7 1 1 1 洲i i3 1 1 1 6 1 1 墙i 。 2 2 通用平台的基本结构与功能 在企业集成经过多年的发展，国内外的研究机构和开发商提出了多种集 成平台的结构。其中比较有影响的有c i m o s a 的集成基础结构，欧共体c c e 项目提出的c c e c n m a ，英国l o u g h b o r o g h 大学提出的c i m b i o s y s 、 o p e n f 砒蝴e w o r k ，清华大学国家c i m s 工程技术研究中心提出的制造业 c i m s 应用集成平台等。 他们在结构与功能上各有特点，但在整体上还是有非常大的相似性。图 2 1 给出了集成平台基本功能结构的一种表示形式。 1 0 通信服务 操作系统、网络、分布式数据库 图2 1 集成平台的基本功能结构 集成平台的主要功能是： l 、操作系统、网络、分布式数据库：是企业实施集成平台和集成系统 的基本软件和硬件环境。 2 、通信服务：提供透明的通信服务，企业不必关心具体的操作系统和 应用程序，而以透明的函数调用或对象服务方式完成他们所需的通信要求。 3 、信息服务：为应用提供透明的信息访问服务，以一种一致的语义和接 口实现对数据( 数据库、数据文件、应用交互信息) 的访问与控制。 4 、分布式应用互操作：实现对象所需的服务，包括时间管理服务、设备 管理服务、变量管理服务、域管理服务、信号管理服务、队列管理服务、输 入输出管理服务、日志管理服务、文件管理服务、事务管理服务等。 5 、应用编程接口：也是应用集成接口，以函数或对象服务方式为用户提 供专业化服务。 6 、应用开发工具：一组帮助用户开发特定应用程序的支持工具，使用户 应用程序的开发工作得以简化。 7 、管理应用服务：是平台的运行管理和控制模块。负责集成平台系统静 态和动态配置、应用运行管理和维护、事件管理和出错处理等。 8 、平台入口：以统一的方式为用户提供用户操作界面，并通过平台的入 口服务对各种类型的资源进行封装，以统一的方式向用户提供一致的表示形 式和操作方式i 1 4 1 1 1 6 1 1 1 7 1 。 2 3 数控加工平台的体系结构 基于局域网的数控加工平台是一个由区域数控加工企业、大专院校、培 训机构联网和先进技术的相互间协同支持环境，为他们在分布环境下的协同 提供基础协议、公共服务、模型库管理、使能工具和系统管理功能，并为信 息集成、过程集成和资源共享提供基于服务方式的透明一致的信息访问与应 用互操作手段，从而方便地实现不同企业间的人员、应用软件和制造资源的 集成，形成具有区域( 或行业) 特点的网络化制造系统。 结合平台的特点，本文给出了基于局域网的数控加工平台的体系结构。 如图2 2 。 从图2 2 中可以看出，网络化的数控加工平台由基础层、协议层、公共 服务、模型库、使能工具、应用工具、平台管理工具和平台入口等八个部分 组成，每个组成部分的功能如下： 1 、基础层：网络、数据库、操作系统、数控系统，是平台系统得以实施 信息和制造系统基础结构。其中网络是指因特网和局域网；数控系统指数控 设备的计算机系统，通过它实现设备与其他信息系统的连接。 2 、协议层：用来支持网络化制造系统的通用协议和标准规范，包括数据 交换接口标准和规范，如e d i 、s t e p 、p d m l 等，网络化集成的相关标准和 规范。如公共对象请求代理体系结构( c o i 迅a ) 、x m l 规范等。支持不同企 业间应用采用多代理技术进行协同的多代理系统协议，支持企业间实现电子 商务的电子商务标准，以及其他相关的信息技术标准规范。 1 2 使能工具 企业建模与知识管理 企业能力注册与管理 智能信息搜索 合作伙伴发现与评估 工作流与项目管理 协同设计支持工具 远程制造与诊断服务 模型库查询与操作工具 产品可视化工具 图2 - 2 数控加工网络化平台的体系机构 1 3 平台管理 工具 系统配置 版本管理 用户管理 权限管理 模型库管 理 接口管理 安全管理 运行管理 运行监控 资源调度 错误发现 与恢复 3 、公共服务：包括域名服务、源共享服务、目录服务、s c w 服务、应 用互操作服务、网络安全服务、信息访问服务、造设备接口服务等，提供基 础服务，这些服务独立于具体的应用和操作环境，以标准化的方式为数控加 工使能工具和应用工具提供所需底层数据与应用操作功能。 4 、使能工具：为平台构建和运行提供方法和工具上的支持，具体见图 2 2 。 5 、应用工具：是支持企业产品设计制造、经营运作管理等的应用软件 系统，见图2 - 2 。 6 、数控平台管理工具：为平台的构建和运行提供支持，具体的管理方 式与应用见图2 2 。 7 、模型库：数控加工平台可以定义并维护一组模型库，共享的模型库 为网络化数控加工的执行提供信息、模型、知识、标准上的支持，在平台运 行过程中需要不断充实、更新和完善。 8 、数控加工平台入口：作为最上层的入口，主要反映了统一的、安全 的用户界面，使不同地点、不同身份的用户能够以一致的界面访问信息系统 提供的各种服务。它主要利用基于角色的信息代理实现，记录每个用户的信 息内容，其内部包含个性化通知、指令发送、信息过滤、站内导航、搜索等 功能。是支持企业协作，实现网络化加工的通道【1 】【3 】【1 6 1 1 7 】【1 9 1 。 2 4 网络化数控加工平台的建立 数控加工网络平台的体系结构，对平台内各个功能部分作了细化分析， 在此基础上，本文提出了建立数控加工网络化平台建设的硬件与软件平台的 建立，使平台的建立更具现实的可行性。平台的组建结构如图2 3 。 1 4 硬件平台 软件平台 数据库服务器 实时操作系统 应用服务器 控制模块 通信系统 可视化集成接口 设备驱动程序 网络接口 扩展接口 其他可供选择的系统程序 2 4 1 硬件平台 图2 3网络化数控加工平台的软硬件系统 网络化数控加工平台的硬件是系统运行的基本体，主要有数据库服务 器、应用服务器、控制模块和各类接口。 数据服务器：由历史数据服务器和当前数据服务器。历史数据服务器的 任务是记录、保存、调用平台在以前所使用的合法有效数据。当前数据服务 器是处理用户正在使用的数据信息，并作出及时反馈，对错误或不合法的数 据进行调整、修改。 应用服务器：分中间层服务器和信息服务器，中间层服务器用以处理用 户层之外的平台内部各个逻辑层之间的关系，而信息服务器用于用于处理用 户向平台访问、用户间利用平台协同工作、用户利用自己的角色权限在平台 发布信息等。 平台的开发可利用m i c r o s o f tw i n d o w s 2 0 0 0s e r v i c e 作为操作系统，在 w i n d o w s 环境下快速开发管理控制软件中，采用基于n e t 框架( f r a m e w o r k ) 1 5 的开发平台，它的优势是： 1 ) 技术门槛低，大部分用户企业都可以组织实施w e b 应用系统的开发 工作，有利于大部分企业参与进来。 2 ) w i n d o w s 平台集成度高，可以充分利用其技术资源，具有较高的运 行效率。 3 ) 公共语言运行时，提供的多种语言互用功能，充分照顾软件人员编 程经验，减少了为统一编程语言而进行的培训费用。 4 ) 成本较低，便于普及1 2 1 1 6 1 。 数据库服务器，系统的数据库可选用o r a c l e8 1 7 数据库平台来进行 开发。o r a c l e8 1 7 是以高级结构化查询语言( s q l ) 为基础的大型关系数据 库，它能够用方便逻辑管理的语言操纵大量有规律数据的集合，在低档软硬 件平台上用较少的资源就可以支持较多的用户，而在高档平台上可以支持更 多的用户。其在数据库管理功能、完整性检查、安全性、一致性方面都有良 好的表现。o r a c l e8 1 7 支持大量多媒体数据，可以快速开发生成基于客 户端p c 平台的应用程序，并具有良好的移植性。它提供的自动锁功能使得并 发用户可以安全而高效的访问数据，并且提供方便而灵活的备份和恢复方法， 能够确保应用中的数据在任何意外发生的情况下都可以最大限度地被恢复。 控制模块：主要的任务是进行工艺设计、车间作业管理、质量保证、作 业排序、供应商管理、订单更改管理、订单查询等的作业。 各类接口：主要有网络接口、可视化接口和扩展接口。网络接口是平台 联系外部的通道，可视化是制造信息化进程中必然要实现的一个步骤，其接 口就是是客户在远程加工中实时地了解加工的进展。扩展接口为平台的升级 提高和其他接入提供了可能。 数控设备接口普遍采用r s - 2 3 2 ，其稳定的性能为广大厂商和用户所接受。 在开发平台中，数控系统内c n c 单元与伺服驱动及i o 逻辑控制等单元以现场 总线网络连接。对数控系统硬件，开放性主要是指计算机、网络、伺服系统 及i o 逻辑控制等单元，应该具有统一的互联标准，以实现互换性。为使数控 1 6 系统硬件具有互换性，目前欧洲c n c 制造商在其产品中广泛采用s e r c o s ( s e r i a lr e a l - t i m eco m m u n i c a t i o ns y s t e m 一种适用于高速伺服控制的网 络接口协议，1 9 9 5 年成为i e c l 4 9 1 国际标准) 现场总线作为数字驱动单元的接 口，采用p r o f i b u s 现场总线作为与i 0 逻辑控制单元的接口。采用标准化的接 口协议将为平台开发带来极大的方便，也将为用户的接入与共享带来便利。 标准化接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平 台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以以一 种统一和通用的方式进行交互。这种具有中立的接口定义( 没有强制绑定到特 定的实现上) 的特征称为服务之间的松耦合。松耦合系统的好处有两点，一点 是它的灵活性；另一点是，当组成整个应用程序的每个服务的内部结构和实 现逐渐地发生改变时，它能够继续存在1 3 5 i d 6 1 1 3 9 1 。 2 4 2 软件平台 系统的软件平台对系统功能进行封装，主要有实时操作系统、通信系统、 设备驱动程序和其他可供选择的系统程序。 实时操作系统是网络化加工的一大特征，用户在权限足够的情况下，可 以对平台联网的数控加工设备进行远程的实时操作加工，可以大大节省购买 数控设备的资金与人员费用。实时操作系统在及大部分情况下应有平台管理 者来操控。比较好的方式是与可视化加工紧密联系，配备完善的车间物流设 施。 通信系统是实现网络化数控加工的一个前提，通信中用户对平台的数据 交换、信息传递、身份验证以及角色注册起关键作用，通信系统同时还对系 统通信安全提供必须的保障。利用防火墙、v p n 技术对非法介入者以拒绝， 通过用户的注册角色不同给于不同的权限管理，u d d i 注册是有效的管理手 e f 【2 2 】 2 6 】【3 2 】 3 6 】 1 久。 设备驱动程序是根据用户不同的数控硬件设施，平台作出不同的响应， 驱动程序要视系统中封装的c a x 软件不同，而有不同，但因为c a x 软件过 于繁多，平台可能无法全部封装，只对当今应用普遍，在现实的生产或教育、 1 7 培训中被大家认同的c a x 软件进行封装。如p r o e 、m a s t e r c a m 、u g 、 c a x a 、s o l i d w o r k 等，并相应安装驱动程序。 其他可供系统选择的程序如仿真软件、系统需要的远程诊断软件或平台 需要的计算软件和为以后升级准备的其他软件及接口。 软件平台与硬件平台互相支持，互有渗透，共同构筑起网络化数控加工 平台。 1 8 第三章网络化数控加工平台的关键技术 网络化数控加工平台的建立和运行需要大量技术的支持。基本目 标是将现有的各种在地理位置上或逻辑上分布的异构制造系统或企业用户连 接到计算机网络中去，以提高各个制造系统企业间的信息交流与合作能力， 进而实现制造资源的共享，为寻求市场机遇，及时、快速地响应和适应市场 需求变化，赢得竞争优势，求得生存与发展奠定了坚实的基础，从而也为真 正实现制造企业研究与开发、生产、营销、组织管理及服务的全球化开辟了 道路。简单来说就是要建立资源的整合、共享、寻求与发布机制。其技术体 系可参考图3 1 f 1 1 1 6 1 1 7 1 1 a 6 1 。 综合技 p l mc p cm cc e 一 术 使能技 c a d c a e c a m c a p p c r m s r m e r p m 匝s s c m p d m 一 术 基础技标准化技术产品建模技术知识管理技术 术 支撑技计算机技术和网络技术 术 图3 1 数控加工平台的技术体系。 相关的综合技术主要包括产品全生命周期管理( p r o d u c tl i f ec y c l e m a n a g e m e n t ，p l m ) 、协同产品商务( c p c ) 、大批量定制( m c ) 、并行工程 ( c e ) 等。在使能技术、基础技术和支撑技术的支持下结合网络化制造的特 点，可以有效地解决制造中的不同问题。 1 9 使能技术是网络化制造的关键共性技术，常用的使能技术有：计算机辅 助设计( c a d ) 、计算机辅助工程( c a e ) 、计算机辅助制造( c a m ) 、计算 机辅助工艺过程设计( c a p p ) 、客户关系管理( c l 蝴) 、供应商管理( s l 蝴) 、 企业资源计划( e r p ) 、制造执行系统( m e s ) 、供应链管理( s c m ) 、产品数 据管理( p d m ) 等。 基础技术包括标准化技术、产品建模技术、和知识管理技术等。这些技 术虽然一般不直接解决具体的问题，但是作为利用使能技术解决具体问题的 基础，起着十分重要的作用。 支撑技术( 如计算机技术和网络技术) ，直接影响制造平台运行的效率 和可靠性，是实施网络化制造的基础设施。 上述四个方面技术组成一个有机整体，相辅相成，有效地支持了数控加 工平台。其中对数控加工平台而言，关键的技术是计算机网络技术、数据库 技术和用户权限管理和机床联网技术。 3 1 计算机网络技术 计算机网络技术是网络化制造系统迅速把握市场机遇，快速组织生产的 基础。它是系统中各部门之间信息集成和实时协调控制的基本条件。利用 i n t e r n e t 、企业局域网( l a n ) 、机械行业网、s t e p 标准和c o r b a 等技术构建制 造网络集成平台，实现基于网络的信息资源共享、设计制造过程的集成、应 用系统的互操作等。其中最重要的企业局域网( l a n ) 可采用f d d i 网、高速以太 网、a t m 网或内联网( i n t r a n e t ) 等形式。平台用户利用i n t e r n e t 或行业网上的 制造资源信息，掌握伙伴企业富余的生产能力、特种制造能力信息，并获得 专业人员信息、技术信息和产品信息等，必要时可与相关企业进行异地设计 和制造或进行远程服务，把生产商、供应商、销售商等在一条链路上的所有 环节都联系起来，并进行优化，使制造资源以最快的速度、最低的成本、最 好的质量。通过各生产环节转变成增值的产品，为消费者提供最优质的服务， 实现物流、信息流、资金流的合理流动。 平台中主要使用标准协议是u d d i 和x m l 3 1 1u d d i u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t i g r a t i o n ，统一描述、发现 和集成协议) 是一种开放的、与平台无关的、基于i n t e r n e t 的新一代电子商 务技术标准。其主要目的是建立一个全球化的、与平台无关的、开放的架构， 使得企业能够：1 ) 发现彼此；2 ) 定义如何通过i n t e m e t 进行交互；3 ) 使用 一个全局性的商务注册中心共享信息。 u d d i 提供了一种基于分布式商业注册中心的方法，该商业注册中心负 责维护一个企业和由企业提供的w e b 服务的全球目录，其中的信息描述是基 于通用的x m l 格式的。从商业层次来说，u d d i 商业注册中心可以被用于核 查某个合作伙伴是否拥有特定的w e b 服务调用界面，或是找出能够提供某种 服务的公司，并确定合作伙伴的w e b 服务的技术描述，以了解与该w 曲服 务进行交互所必需的技术细节。u d d i 是未来电子商务的基础，他使得商业 实体能够使用其首选的应用软件，快速、方便地发现现存的或潜在的商业伙 伴，并与之进行交易。 u d d i 的搜索引擎功能，制造资源搜索引擎提供直接面向制造资源的发现 功能。在标准的u d d i 应用架构下，w e b 服务仅充当信息传输的媒介。用户要获 取制造资源信息，首先需要在u d d i 注册库中搜索候选的w e b j 及务，然后调用该 w e b 服务才能获得最终需要的制造资源信息1 1 1 1 6 l i l s l l 2 。 3 1 2x 几 w 3 c 于1 9 8 2 年发布了新一代基于w e b 的网络语言标准一一l 2 l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 。作为一种源置语言，既可 以对数据进行有意义的编码，又具有可扩展性。也就是说，x m l 允许不同的 领域根据标准制定不同的置标语言，并可为置标语言制定特有的标记。 有了x m l ，w e b 第一次具有了智能搜索、推理、数据交换、适应性表 达和个性化标准。x m l 提供了一种格式独立、与平台和应用程序无关的语言 以及基于w e b 的的机构化信息交换机制，从而将w e b 从发布媒体转变为一 个应用程序处理环境。 x m l 主要包括三个部分：文档类型定义( d t d ) ，可扩展的格式语言 ( x s l ) ，和可扩展的链接语言( x l l ) 。其中d t d 是其核心部分，它不仅描 述了x m l 的置标语法，还规定了x m l 文档的内容和结构。具体来说，d t d 规定了x m l