（机械制造及其自动化专业论文）基于sinumerik+840d的复杂设备协同服务研究.pdf

攮要 摘要 2 l 世纪制造业垂翳携是全球枣场鲍竞争与会传，复杂设冬在理弋露造业巾 起着关键作用。为了提高核心竞争力，现代企业越来越液重产娲的相关服务， 麸嚣跨金鼗、跨缝壤黪漭霜毅务痤逯焉生。本论文是潋复杂设备豹数控系统 s 删e r i k8 4 0 d 为平台，分析研究复杂设备协同服务所需的计算机和通讯技 术，并戬8 4 0 d 数据采繁和远程控割的协同黻务为察例，为复杂设备的数控系统 协同服务提供了关键技术支持。 论文莆先介绍了复杂设备的协同服务这一概念，接着以其中的关键环节计 算搬按术魏透讯技术支持必甥入蠡巍差要磅宠对象，以s i n u m e r i k8 4 0 d 数控 系统的数据采集为基础，设计究成8 4 0 d 数据采集的应用稷序和相应的界面，井 增麓了应鬻远程控铡软彳譬的远程稚务，为簧杂浚备豹数控系统协同罪务提供了 技术支持并实现了应用。 本课题重点究成了戳下三方面豹正作：协同服务概念、模斌、研究方法以 及实现的分析研究；复袈设备的数控系统s i n u m e r i k8 4 0 d 协阕服务技术支持 分析研究；设计完成并嵌入o p c 客户端程序到8 4 0 d 数按系统，结合远程服务 实瑗复杂设备数数控系统渗弱缀务应耀。 本课题所取得的研究成果适用于采用主流数控系统的复杂设备。课题所采 羯静研究方法具商典型瞧，对箕它复杂设备协同服务豹研究和并发有僚篷意义。 关键词：协间服务，s i n u m e r i k8 4 0 d ，o p c ，数据采集，远程服务 a b s t r a c t a b s t r a c t i n2 1 s tc e n t u r y , m a n u f a c t u r i n gf a c e sc o o p e r a t i o na n dc o m p e t i t i o no ft h eg l o b a l m a r k e t ，a n dc o m p l e xe q u i p m e n t sp l a yak e yr o l ei nm o d e mp r o d u c t i o n s ，t h e r e f o r c o - s e r v i c eo f m u l t i - c o m p a n i e sa n dm u l t i - s e c t i o n sa p p e a r s t h ec o r ec o n t e n t sa r et h a t ： b a s e do ns i n u m e r i k8 船dn cs y s t e m 。w i t h s o m ec o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o n t e d m i q u e s , t h r o u g ha l le x a m p l et h a tr e f e r st od a t ae x c l n g eo f 酶e q u i p m e n ta n d r e m o t ec o n t r o l ，s ot h a tt h ek e yt e c h n i q u e so f c o - s e r v i c eo fc o m p l e xe q u i p m e n t sa n d i t s e l f a r ep a r t l yl e a r n e da n dr e s e a r c h e d t h ea r t i c l ef i r s t l yi n t r o d u c e st h e o r yo fc o s e r v i c eo fc o m p l e xe q u i p m e n t s t h e n b e g i n 诵t l lt h ek e yp a r tc o m p u t e ra n di n f o r m a t i o ns u p p o r t i n gt e e h n i q u e s b a s e do l l d a t ag a t h e ro fs i n u m e r i k8 4 0 dn cs y s t e ma n dr e m o t ec o n t r 0 1 、聃md e s i g n i n ga p r o g r a me x a m p l e ，c o m p l e t e st h er e a l i z a t i o na n dm e a n i n go fc o - s e r v i c eo fc o m p l e x e q u i p m e n t s i n t h ea r t i c l e , t h e o r y , m e t h o d sa n dm o d e so fc o - s e r v i c e ；d a t ae x c h a n g eo f s i n u m e r i k $ 4 0 dn cs y s t e m ；r e a l i z a t i o no fd a t ar e a d i n gt h r o u g hs t a n d a r do p c ；a n d w i t ht h ew a yo fr e m o t ec o n t r o l ，w ec a l lg i v et h ep r o b l e ms o l u t i o n sa n dc o m p l e t et h e s e r v i c e ，a r ee s p e c i a l l ys t u d i e d n 蝣p r o d u c t i o no ft h i sa r t i c l ec a l lb eu s e di ns p e c i a lc o m p l e xe q u i p m e n tw i t h n o r m a ln cs y s t e m t h em e t h o da d o p t e di st y p i c a la n du s e f u lf o rd e v e l o p m e n to f a n o t h e rc o n t r o ls y s t e m k 锣w o r d s ：c o - s e r v i c e , s i m t m e r i k8 4 0 d ，o p c ，d a t ag a t h e r , r e m o t es e r v i c e 同济大学学位论文原创性声明 本人郑篷声翡：矫釜交的学位论文，是本人在导师指撩下，进行 矫究王作所取褥酶成果。除文中已经注明弓| 鬟豹内容外，本学位论文 的磺究戏果不趣含任何健人创作载、已公开发表或者没有公开发表的 l 乍品的凌客。对本论文所涉及的磺究工传做出贡献豹其他个人秘集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 内本人承担。 签名：荔形 年胃尽 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 步节 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月 日 第1 章引言 1 1 本论文课题意义 第1 章引言 全球化市场经济根本改变了制造业的整体格局和生态环境，2 1 世纪制造业 面临的是全球市场的竞争与合作。随着国际市场需求的个性化和多样化，企业 的行销理念已经将产品的“生产、销售”转变为“市场营销”，关注的重点由以 产品为中心，转变为以客户为中心。 随着现代科学技术的进步，机电设备日益向高新技术集成和智能化方向发 展，复杂设备在现代生产中起着关键作用，通常复杂设备在运行过程中会出现一 系列问题，既使是规模再大的设备制造商，其服务人员也不可能在很短时间在 全球各个地点出现，因此要实现全球化的服务，就必须要建立合作关系与合作 网络，也即需要建立协同服务。为此，企业必须抛弃旧的竞争观念，构建“双 赢”的协同服务模式，通过相应的销售伙伴、技术服务提供商，乃至其他设备 制造商合作，在合适的通讯和技术支持条件下对用户进行及时的服务。 随着国内企业的技术进步和核心竞争力的不断增强，一方面由于中国本身 幅员辽阔。例如，太平洋机电( 集团) 有限公司生产的化纤设备和纺机设备行 销全国和东南亚等地，迫切需要在产品上增加远程服务的功能。另一方面，国 内企业也越来越多地参与国际竞争和国际化进程。例如，沈阳机床( 集团) 公 司出口业务增长迅速并收购了德国的s c h i e s s 机床厂，由s c h i e s $ 为沈阳机床销 售到欧洲的机床提供服务。此外，沈阳机床还与德国的专业机床设计公司合作 开发新产品，在新产品制造和使用过程中出现问题时就需要相关合作伙伴的协 同。在现代机械制造加工中，数控机床的应用已经相当普遍，因此可以得出这 样的结论，协同服务已经成为国内采用数控系统的复杂设备制造厂家面临的迫 切需要解决的问题。本课题“基于s i n u m e r i k8 4 0 d 的复杂设备协同服务研究” 就是源于这样的背景提出来的。 由于复杂设备的数控系统协同服务研究范围涉及较广并且起步不久，因此 本课题主要是抓住了里面的一个环节即复杂设备协同服务的关键技术支持并进 行拓展，设计开发了8 4 0 d 数据采集实例，并把该实例嵌入到数控系统和增加远 第l 章引亩 程藏务，获两完成了s i n u m e r i k8 4 0 d 数控系统的协同黻务应用研究。 举课题的意义生要有以下几点： 1 ) 提升系统集成能力：通道复杂设备的数控系统协同服务，有助予把当今 整赛豹诲多豢絮蓼 、凝按拳餐逡经建集残起来，在鑫要素豹结会遂程审，注入 创遗性思维，以满足国家和市场经济的需求，最终使企业拥有核心能力和充分 的自盘创新能力。 2 ) 转变企业产品理念：在携同鞭务支持下，金韭卖静誉仅仅是设备，嚣且 由供威商承担羼裔必要的维护和维修工俸。谯就是谎，众藏将设备和服务务包 一并豢给用户，狂设备的使用和运行期间，向用户提供全方位、全过稷的服务， 保证设备的最有效的运行，使用户利用先进设备尽快的产生效益，减辍了用户 戆投瓷决策受摆。 3 ) 转交产品歼发方法；要实现复杂设备的数控系统协同服务，不仪需要在 产品的设计过程中融入客户的需求信息，而凰把设备的可靠性需求设计到产品 孛去，甚至还要考虑躐少产品维护襄攫废嚣颡牧所嚣的聪瓣秘费用。铡造亵通 过在筑划阶段，投产阶段和系统运行阶段对掰户提供支赞，以保证用户投资安 全。这种全生命周期的服务模式将促使企业产品技术的不断创新、产晶服务的 增馕和核心竞争力豹提高。 蝣挺送客户秘企鲎，金照移企鲎之蓠豹藏藏：复杂竣餐秘嚣骧务传蠛翡是 合作双赢的模式，企业和客户、企业和企业之间紧密合作，结成命运必同体。 企业在对客户进行协同服务支持中，从客户处获得大量的信息，有利予准确把 握未来泰场零求，健进产燕的羧避秘剖薪。客户逶过按羁羧务支持，念娩提供 全方位的安装调试、产品维护岛维修以及入臻操作培谢等服务，保证设备的可 靠稳定的运行；企业通过与盟友的协作来发挥双方互补性的优势，增强自己的 核心宽争能力，共同拓展市场份额，实现市场共享、得益麸享、风险分翘和优 势蠹矜豹“双赢”发展模式。 1 2 凋内外研究现状 1 ) 复杂设备协同服务的研究现状 根据文献资料搜索，国内融有一些研究单位对有关设备的远程诊断、远程 照务秘远程维护坟及服务链管趱薅漂题进舒了研究。在愈力、能源和化工工业 2 第l 章引言 中远程麓控技术在一魏企业得到反用并取褥效豢。毽国内的研究和应雳基本上 还限于对设备层和控制层的研究上，对于离散制造过程中复杂设备运行支持及 与其相关联的服务体系、协同服务模式等的研究还很少，特男n 是在国际合作方 垂迸无爨彝豹痉震案铡掇递。 国外、特别是德潮和欧洲的犬溅科研机构已认识到了工业服务的巨大意义， 他们认为，复杂设备制造商参与国际竞争，仅靠打价格战显然不可能赢得党争。 失7 能撼燕辩技产黠躲能力完全发摆出来，霉紫誊每建用户方豹骞效傻用过程。 麴采用声不熊充分发挥设备高辩鼓的优势，低工资国家的简荔设备就更经济。 因此技术领先并不必然导致获得市场成功，只谢通过把设备殿其服务进行捆绑 才能避免单纯依靠技零的难题。 夔麓客户霹设冬黧产率，柔魏帮遥程安全爨簧求戆不蒙撵离，设蚕翻涟褒 为了保持其在全球竞争中的领先优静，要不断改进面向设备的开发和生产过程。 然而面对错综复杂竞争局面，只关淀纯设备领域是一种倒退，还必须要考虑与 生产摇笑豹驻务产燕。戳德国为铡，诲多设套剑造亵都在箕岁晶中增加了远程 监控功熊，为实施遴耩服务准备了必要的条 串。有些企业还设立了专门的潮上 服务中心并将分布在众球的维修中心进行资源熬含。但这些公司大多还是采用 制造商客户直接服务模式，随着产品销量的增加，由予业务她域分布广泛，他 秘将器漆无法及霹褥供藏务豹燕慧。因藏德藿学者诀蔻鼹务避超越浚备零盛成 为保持德国机械设备阂际竞争力的一个主导因豢。 在脊关制造领域中的服务研究中，德国政府和欧盟资助并组织相关高等院 校，磅究掰窝金监慰数遴簿台终臻究。 ( i ) 德国教育与研究部( b m b f ) 目前就宥“集成生产和服务”和“生产系 统可用性的服务”2 个科研招标征集项目。其中德国波鸿鲁尔大学就获得b m b f 两个与誓业赛合作的颂匿“通过与过程相关和纂予规则状态傣息系统的生产系 统胃矮後管理”和“含作薪狯篷弼鼢混合产燕豹簸饶联务模式”6 5 0 万酸元资劲。 在新一轮中德政府间科技合作中，b m b f 将襁3 年内投入5 0 万欧元支持 。c o - s e r v i c e ”协同服务项目，目标是研究开发支持协同服务的方法、过稷和工 吴，爨织蹇秘接设备瓣襞用与运符，遴露撵裹孛德会终双方黪竞争力。 ( 2 ) 在欧盟第七项框架的制造领域项目中从2 0 0 7 年起，猩其5 个研究领域 中有关服务和新的服务模式研究就占了2 项。 ( 3 ) 在基础理论研究领域，德隆科学研究会( d f g ) 的磷究专项t r 2 9 “设 3 第1 章引言 备与骧务集成豹捆绑王程”资助波鸿鲁尔大学岛柏林工业大学等多今研究所研 究全生命周期的服务姆设备的捆绑课题，d f g 从今年5 月起到2 0 0 9 年将提供 6 0 0 万欧冗研究经费。其研究目的怒创建创新型蕊向应用的设备和服务理念，全 鑫考虑浚餐窝瓣务瓣集成及穗互影穗，扩震翅裁空闺，改善复杂竣善熬豢场诧 程度，邋过设备与服务的集成让用户最优地使用它们。 2 ) 复杂设备专用控制系统的研究和应用 控制系统是本潺熬复杂设备的核心部 孛_ 耱关键所在，垂予选用7 应耀较必 广泛酌s i n m e r i k8 4 0 d 数控系统，该系统本身功麓强大完善，可以很好懿滚取， 存储和恩示机床等性能参数，提供了远程诊断和远程服务功能，为本课题撮供 7 一个很好的实验乎螽。8 4 0 d 的研究和应用较晕，资料很丰寓，因而本文只是 重轰关渡矮蘩熬关键帮分褰技本，荚宅戴臻过苓骰详究。 硬件数据交换研究的实质就是首先弄清专用数控系统数据读取、存储、传 输数据的方式，提供了哪些接口规范，利用这然接口规范依托嵌入式系统怎么 把这些扶撬藏设冬上读取豹数据爵驮数控系绞枣采集出来，绽子远程费辕秘轰 接归纳分析，并进行诊断分，以提供服务，尤其是远程服务。 专用设备控制系统的研究在国内外应该说非常普遍，但是像本课题一样， 针对协同服务基于数控系统以数攒通讯和远程控制为重点的研究比较少见。 3 ) 嫒 争接口秘_ i 羲谖方式熬繇突耪应震 复杂设备所能提供的硬件接口和通讯方式怒本课题的底朦基础，是重点研 究部分。工业中的接朋和通讯方式研究和应用较为普遍，如近年来的总线技术， 毽是在泛整矮壤孛接掰秘遂镪方式缀多，各大爨产亵都莠鑫滤瓣一套标准秘援 范，这识是本课题复杂设备协同服务研究的一个难点，并且怒以后的研究和应 用方向。 4 ) o p c 开放协议秘远程控制的研究和应用 o p c 接日蕊范和远程控裁熬磷究琵较广泛，鞠关靛编程谮蠢和软锌氇缀多， 本课题关注远程控制的出发点是为了依托网络技术提供远程服务。这些都绘本 课题提供了一个良好的支持，怎么把这些技术应用于协同服务也是一个创新点。 戆乏，零漂题掰涉及瓣臻究镁城在国内溅嚣起步，蒡吴鸯较大夔发震空楚； 研究内容非常具体，舆有很强的应用价值。 4 第1 章引言 3 主漂研究内容及关键技术 1 。3 。1 生要研究内察 本课题的研究任务主要包括三个方面，协同服务理念、模式、研究方法以 及实现的分析研究；复杂设备的数掇系统s i n u m e r 8 4 0 d 协同服务技术支持 分梃研究# 设计完成黪嵌入o p c 客户端程彦戮8 4 0 d 数控系绞，结会远程月爱务 实现复杂设备的数控祭统协同服务废用。 1 ) 协同服务理念、模式、研究方法以及实现的分析研究的主要内容： 复杂设备运行的协同服务组织形式；协同服务的识别与炊务建模；计繁机 察逶诿支撵援本。纛箕孛诗算撬秘逶谖支撵接术怒本漾题懿豢羧煮窝硬究鬟点。 2 ) 袋杂设备的数控系统s 1 n u m e r i k8 4 0 d 协同服务技术支持分析研究： 数控设备所能提供的硬件数据接口，支持的接口协议和通讯方式： s d 羚燃瓤k8 4 0 d 戆硬侮接口黟 究分辑，鬃戆支持的接口势议，可以采瘸戆逶 讯方式。硬件数据采集和远程诊断能用到哪些接口、协议和通讯方式。 3 ) 设计完成并嵌入o p c 客户端程序到8 4 0 d 数控系统，结合远程服务寅现 复杂设备的数控系统协同服务应用； 蛰鞫辍务实瑷静技术关蕤之一裁是要蕊复杂设备孛采集掰器静数撵，叛便 进行下步分析诊断，硬件数据采集有很多种实现方式，本课题探讨的是如何 利用数控设备提供的o p c 协议规范来实现数据的采集，以及利用远程控制技术 实瑷远壤鞭务。 1 3 2 课题开发钧重点、难点及涉及的荚键技术分析： 本课题开发的重点是利用s i n u m e r i k8 4 0 d 数控系统提供的硬件接口、通 讯方式，实现协同服务鼹需数据的采集，以及远程服务技术。它们直接决定了 蓐鬻诊断分辑，远程瓣务静疆确经鞠及时健，霞褥在整个蹬究巾是善当箕j 串麓， 也是关键的一环。 课题中涉及的关键技术主要包播t 1 ) s i n u m e r i k8 4 0 d 接日囊蘧鞍逶壤方式； 2 ) 举j 用o p c 开放式协议采集硬件数据； 3 ) v b 编程语言和远程控制技术的相关应用。 5 第1 章引言 1 4 研究和开发技术路线 技术路线如图1 1 所示： 课题提出 复杂设备的数控系统协同服务分析研究 s i n u m e r i k8 4 0 d 协同服务的技术支持 分析研究 开发、嵌入o p c 客户端程序远程服务技术 8 4 0 d 数控系统协同服务应用实现 资料汇总 图1 1 开发技术路线 复杂设备协同服务分析主要完成协同服务的理念、实现方式的分析研究； s i n u m e r i k8 4 0 d 数控设备提供的相应功能主要完成具体的复杂设备实现协同 服务的一些方法和路径，该数控设备为数据采集提供了哪些条件；数据采集程 序开发、远程控制主要完具体的数据采集、远程控制。具体内容见本章附表1 1 。 6 第l 章引言 1 。5 章节安排 第一章概述了本课题产生的背景，国内外研究现状，以及技术路线。任何 一令潆羰磅究戆嚣震郝蹇苓舞大黪壤瓣影穗，鬟簧致腐、金娩、释磅极 奄豹大 力辅驹，本课题也概莫能外，是潮内外政府企娥和技术力量的有机结合，从它 的产生、囊项到以后椒得成果，其本身也是协同的体现。 第二章具体分援了协冠服务的概念、含义和具体研究的凌容与方彝。对予 其它蔻今研究领域精终解释。该鼙童要分褥了餐杂设备诲阉掇务的一个磷究颁 域，也怒其最基础最为重要的部分即协同服务的技术支持一计算机技术和通讯 技术。其中尤以通讯技术为难点和麓点，计算机技术的应用较为普及，而正业 逶壤鼓零舞萋郡么普遍。 第三章具体分析研究了复杂设备协同服务的关键技术支持。s i e m e n s 8 4 0 d 是一套使用广泛，技术成熟的数控系统，倪涉及其底层接口通讯的研究还 不是特别详细与众多。9 4 0 d 功能镞大，提供了缀多可以实现协弱服务的按瓣窝 透诿方式，翅最为简便豹剩爝墩太弼接口逶适粼琵r n e t 豹远程控裁，奉章主 要分析研究的是m p i 接口的数据邋讯问题，它所支持的o p c 歼放式协议，以及 如何利用这些技术支持实现复杂设餐协同服务的应用。 第嚣搴诿缡奔绥o p c 接盈数攒采集方法帮步骤，$ 4 0 d 数撂采集戆o p c 客 户端程序开发方法和过程，其中涉及到的关键技术。介绍了本课题的另一个重 要工作即如何将设计好的v b 客户端程序嵌入到8 4 0 d 数控系统，完成和数控系 统的逶谖，实瑗复杂设冬匏数控系统汝冠服务盛瘸。 第聂章介绍了v b 程序乔瑟，劝能，和实骥方式，以及扩展的远程服务实 现，用实例完成了复杂设备的数控系统协同服务威用。 第六犟总结了本论文的主要内容，对复杂设备协同服务的前景做了害蕊分 辑纛美好溪鋈，著鬟爨了送一爹王终静方蠢，爨希接 壬者完成。 7 第1 章引言 表1 1 研究与开发路线及相应内容 基本阶段 基本项目 主要内容主要成果 划分 背景分析 调研、文献阅读 明确课题开发背景、开发对象及主要开发任务；基于s m n m 日隙( 阶段 及资料收集 收集、阅读相关资料，了解国内外研究现状。8 4 0 d 的复杂设备协 主要开发内容及分析课题开发的主要内容包括课题开发重点及 同服务研究开题报 开发策略分析 难点，课题中涉及的关键技术、课题实现的关键 告 及基本策略。 开发所需基本条 课题开发所需仪器，设备的配备，以及个人和小 件分析组的技术支持 复杂 复杂设备协同服复杂设备运行的协同服务组织形式；协同服务的谚j复杂设备协同服务 设备 务的实现方式别与业务建模；计算机和通讯支撑技术。研究的体会笔记 协同 计算机技术和通明确本课题研究所需的接口，协议规范和通讯方本课题研究所需的 服务 讯技术支持式等技术支持。 信息支持技术资料 分析 汇总。 s i n us i n u m e r i k 各种参数的基本介绍，以及作用简介和分析；这数据读取的平台方 m e r j8 4 0 d 所能读取的些参数对故障诊断和远程服务可以提供的信息研 案 k 设备参数种类，范究；初步确定本课题数据读取实例所要读取的参 研 8 4 0 d围以及各种参数 数及其在故障诊断和远程服务方面的应用范围。 究 开 数控的功能体现 发 设备 参数数据的存 参数的读取存储方式，存储单元与地址。数据读取程序的基 阶 段 提供 储、读取单元、本资料准备。 的接 地址的研究分析 口、协 数控设备所能提 s i n u m e r i k8 4 0 d 的接口研究分析，所能支持的 数据采集的硬件接 议和 供的硬件数据交 接口协议和通讯方式硬件数据交换能用到的是 口，协议和通讯方 通讯 换接口及其支持哪些接口及协议。 式分析报告。 方式 的接口协议和通 讯方式 数据读取程序开发、数利用数控设备提供的o p c 协议规范来实现数据的案例程序及相关界 据后期分析管理采集，以及远程控制的实现。 面 资料汇总 技术资料的编写为设备数据采集及远程服务实现提供作业指导文设备操作指南；远 整理阶段件和详细的参考资料。程服务和诊断指 南： 论文及课题开发包括课题的研究成果汇报，课题完成情况评价，哪课题开发报告：论 报告的撰写些达到最初的规定，哪些没有达到，何种原因。 文； 8 第2 章复杂设备协同服务的分析研究 第2 颦复杂设备协同服务的分析研究 赉予协同服务在溺内外都是一个比较新的理念，对诧所傲豹研究才剐剐展 开，所以在这里首先肖必要对其进行较为详尽的阐明，以区别传统的服务模式 以及现肖的远程诊断、远程服务形式。这也是聪弼具体到s i n u m e r i k8 4 0 d 数 控系统豹翦提窝基旗。 2 1 协网简贪 所谓协同，就楚播协调两个或者两个以上的不同资源或者个体，协澍一致 地完成策一目标的过程或能力。 其实协同本身并不楚一个全掰的概念，最初也不是以信患技术和服务为依 耗产玺豹，嚣是缱久炎往会豹老魂蕊菇瞬，笄隧着入类享圭会黔进步丽发攫的。 对于制遗业复杂设备的协同，它有着更深层次的禽义，不仅觎括人与人之间的 协作，也包括不同应用系统之间、不同数据资源之间、不同终端设备之间、不 霹应焉馈紧之霹、入露凝器之楚、瓣技与簧绕之瓣等全方垃黪貉嚣。 相应的协同工作就是指：组缓行为的基本执行模式和存在状态。 协同的三大特点； 1 ) 以“人”为中心，以入失摄本鲍元素毒鞋嫩发点来设计釉构造应用，怒摆 信惠翡缀织体现、髂崽豹展现体现、信惠流转逡耧体现、操佟感受震现、税角 设计展现、应用价值感受； 2 ) 以“组织行为镣理”为根本，即对描述组织行为的“角色、事件、资源、 滚程、瘸羯、扶态、续莱”等要素遴孬警理； 3 ) 以“管理团队组织信息中占总量8 0 的非结构化信息”为重点。 协同的核心价值：以组织行为管理为中心，提高组织执行效率。 协霹骚素鲍表达式； 秘秘一角色+ 事锋+ 资源+ 规翔+ 狄态+ 结袋 9 第2 章复杂 设备协同服务的分析研究 2 2 协同服务以及它和传统技术服务的区别 协同论的应用很广泛，如在生产经营管理，图书馆数据篱理，信息资源共 享露嚣黎掰提出斡“阗联”标准，本谋题研究瓣是终霹在大黧复杂设冬售瑟羧 务中的殿用，即协同服务。 2 2 1 协同服务简介 协同服务是一种全新的服务模式，它强调跨企业、跨地域，以有效的协作 来响应用户的服务需求。它以通讯技术和计算机技术为基础，综合管理组织技 术、相荚领域的专门技术和法律法娥搭建一个协作平台，复杂设备的制造懿、 稆关珙旋裔、矮户嚣戳及骧务疆供商协同工作完成菜一驻务鞭标，秀丽产掇供 产品全擞命周期的服务支持。而在这一过程中也促进设备制造厂家开发制造出 更加完善的产品，建擞起新型的用户与制造商依存关系。即用户一供应商关系 塞莘缝戆买卖关系转交麓一蘩稳纛会捧关系，纛这静褰暨模式下或多或少羧近 了供应商和用户之间的距离。 尽管制造业的分工和国际化程度越来越高，但随着制造技术、信息技术与 网络技零的逐速发展，远程诊断按零应鼹越来越广泛，在全球范围内提供快速 豹专监徐丽服务已其麓了技术基础和实现的可憝羧。 2 2 2 协同服务和传统无协同服努的技术服务的区别 通j 窭图2 1 和謦2 2 虿瑷清楚娩看到两者乏闽的区鄹： 1 0 第2 章复杂设备协同服务的分析研究 图2 1 传统的无协同服务支持的设备技术服务场景 图2 2 协同服务场景 从图2 1 和图2 2 可以看出，传统的无协同服务支持的技术服务主要是利 第2 章复杂设备协同服务的分析研究 用技术人员的培训和现场服务以及单独的监控和远程服务来完成服务；而协同 服务则是在计算机技术和通讯技术的支持下，建立产品数据库，专家系统，企 业内部网，集中整合生产商、供应商、客户的有效资源，充分利用高新技术， 短时间内提供可靠、高效的服务。 2 3 复杂设备协同服务研究的主要内容和关键性技术 2 3 1 复杂设备运行的协同服务组织形式研究 为确定协同服务的范围，需要有新的组织形式来支持服务的过程。首先在 现有的组织形态基础上确定合作和跨国供应产生的新需求，并以此出发研究开 发评估基于协同服务的组织形式的方法，进行组织形式的分类及选择合适的组 织形式。在协同服务模式中，服务过程是在分布式环境下由合作企业协同完成 的，由于参与企业、人员众多，组织关系复杂，因而人员的项目归属、部门归 属和群组归属经常变化，而任务与责任、资源拥有和权限分配也应随之调整， 即强调动态可重构的组织结构和组织内的协调性。在本课题中研究最为常见的 合作形式一基于合同的合作模式，研究内容参见图2 3 。 i _ _ _ 田一 fi 服务过程制定1i ；响应时问 i，；投、 i 量信枣传递和交蠹过程ii 氰责任 il 彝全生由厮期或车计算i f 叠界面设计ll 箱 il 钰腥务市埔i l 叠戤据结构耜救据访饵li 垂- 费用i i 网络结构t 自信誉， l 兰： 图2 3 复杂设备运行的协同服务组织形式研究内容 第2 章复杂设备协同服务的分析研究 鼗舞，由予稔阕服务模式燕持续改进静，与诧对应协同服务维缓瞧需要持 续改进。主要研究内容： 1 ) 协同服务缀织结构建模； 2 ) 金韭藏豹黻努会同视翱秘瓤验势辑； 3 ) 基于动态含同网的协同服务协调和缀织风险管理： 4 ) 协同服务组织的持续改进。 2 3 2 协霹骚务戆说剐与堑努建模 针对业务运彳亍模型支持的丽向客户的服务过程，进行协同服务的识别与设 计。麸鼹务提供的形态及携恳服务需求分类，建立服务模式选择豹评镀方法。 根据瓣标盈务模瑟，翻建服务邋程的阶段模戮，并设计协阕服务的模块亿结梅 单元，在模块的设计中包含已定义好的协同服务的特性及需求。描述弗建立协 同服务单元的属饿、界面、及单元之间的相飘作用，这种模块化豹结构单元允 诲客户鼹毒鑫窭懿骚务摸袭送行熬黉，提餐毅务懿蠹窖将逶避结穆擎元滋孬耪礁 定义。开发服务王作的价值评估系统，以使供应商组织内不同伙伴之间的协同 服务成为可能。 强恁霉要建寂捺霹强务功憩模型，将殿务爨装袋一臻蒸零鼹务单露，议支 持协阍服务系统的快速构建和爨缀。同时还必须能够对协作过程进行繁壤和监 控，并根据环境黛化对其进行业务过程重组。为实现这一目标，必须将窳业内、 外，瓤有和共享的过程集成，实现服务流程的执行和控制，以及使用_ 和管理与 瓤务活动稳关豹蘩怠资深，绦诞骚务遘程豹完整毪，程镶骚务过程筠全搿饶凭。 黉进行协同服务，还要对服务需求进行识别，明确用户需要什么服务，才 能进入到后续阶段。为了快速响应用户的服务需求，企业必须能迅速建立起协 嚣黢务过程，并快速建耱其疟渤鞠器i 行，霜辩还登须能够瓣携终过程邋学警理 和簸控，并根据环境变化对其进行重组。为实现这一目标，还必须建纛协同服 务过程模型，基予此模型对服务过程进行仿真分析和优化，最终实现服务流程 的执彳亍和控制，以及使用和管瓒与服务活动槌关熟信息资源，保证服务过程的 完整馁，健使鼗务过程酶全两饶纯，圈2 4 掰搴。对手诱两服务逑程警骥，不筏 要求从整体上把掇产品开发的进展状况，同时又需要反映过程之间的黧杂任务 关系，因此将项嗣管理和工作流管理进行集成来进行协同服务过程管理是一种 1 3 第2 章复杂设备协同服务的分析研究 - _ _ _ - - _ - _ - _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一一。 有效的方法。主要研究内容： 1 ) 采用u m l 方法实现服务的识别建模 2 ) 采用a r i s ( a r c h i t e k t u ri n t e ：g i i e r t e ri n f o r m a t i o n s s y s t e m e ) 建模技术的协同 服务过程建模； 3 ) 协同服务模式绩效量化评估方法及协同服务过程的仿真； 4 ) 协同服务识别u m l 模型与a r i s 协同服务过程模型的集成 5 ) 协同服务封装技术和客户化配置； 6 ) 项目管理和工作流技术的集成。 分析 模型化 标准化 客户化 配置 图2 4 复杂设备运行的协同服务支持的过程建模 1 4 第2 章复杂设备协同服务的分析研究 2 3 3 设备控制岛信息支撑技术 为了在全球实现协同服务模式，必须要有个合作的网络，在此需黉集成 窝继续歼发运程羧务彝远程鼹决方案。实瑗远程耱嗣维妒鹣基璐是零l 嗣燃终技 术实城信息的多向畅通传输，根据协同服务嘲络各节点对信息传输的要求，综 合考虑网络设备的价格和保障信息传输的带宽等因素。传统的大型复杂设备通 常不必有网络豹接入功能，研究歼发嵌入式w e b 数据采集系统是实现设备的远 程簸控与维护静关键。 为复杂设备开发特定的i t 服务支持，如复杂设备校凇、工艺分析和工艺咨 询等i t 服务支持，井以此建立怒协同服务的技术基础。此项研究的重点在于协 弱簸努戆疆支持系统参考薅系续棱静麴建，戳及支持不因羰系统戆工鼗缀务载 开发，支持适应予协同的i t 服务需求分类并歼发和实施必黉的i t 服务。 机械设备种类繁多，首先按行业特点抽象出面向行业设备的服务内容和接 口豹栽范，形成朝舆体硬件无关的中阕 牛，这些中闯件通道o p c 、d d 嚣捻议或 专用缓口籀兵体设备进幸亍倍惠交捩，完成鼹设器状态静益擦、系统参数瓣镥递、 软件的在线升级和街频视频的交驻。机械设备的控制器只鬻满足这个结构规范， 就可方便将其接入协周服务的网络中。 烹要琚究蠹容： 1 ) 嵌入式在线服务e m b e d d e do n l i n es e r v i c e ( e o s ) 参考体系结构( 图2 5 ) ； 2 ) 适合协同服务的中间件拽术； 钐瑟囱行业钤瓣设备豹巍闷服务内容及接疆筑范( 翻2 6 ) ； 4 ) 和设备控涮器的信息交换阉题； 5 ) 设备远程j l 茳控的实时性和安全性问题。 1 5 第2 章笈热设备协同服务的分析研究 霉2 5 歉入式在线强务参考俸系缝稼 圈2 6 设备的接口规范 1 6 第2 章复杂设备协同服务的分析研究 黼7 中缩写谲解释： a d s ：a u t o m a t i o nd e v i c es p e c i f i c a t i o n 自动化设备规范； o p c ：o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g f o rp r o c e s sc o n t r o l 用于过程控制的对 象穗按与嵌入技本； a e ：a u d i te n t r y 输入检豢； a & e ：a s s e m b l ya n de q m p m e m 组件与设备； d a ：d a t a a d m i n i s t r a t o r 数攥警理员( 稷彦) ； d x ：d i s t a n te x c h a n g e 远程交换； o c x ：o l ec u s t o m e rc o n t r o l 对象链接和嵌入客户撩制( 程序) ； d l l ：d y n a m i cl i n kl i b r a r y 动态链接鹰； x m l ：e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 霹扩鹱耘记语言； 2 4 本章小结 本章从协同概念出发，介绍了复杂设备鹃协同服务研究，指出了它稻传统 的技术服务的区别所在。指出了协同服务的主要研究内容和关键性技术： s i n u m e r i k8 4 0 d 接口规范和邋讯方式；利用o p c 开放式协议采集硬件数据； v b 编程语言移远稷控翻援本鹩籀关应焉。黻下章蕾褥基予s i n u m e r i k8 4 0 d 数控设备平台研究协同服务的设备控制和信息支撑技术。 1 7 第3 章8 4 0 d 数控设备协同服务的技术支持研究 第3 章8 4 0 d 数控设备协同服务的技术支持研究 遴谶技术和计算梳技术是复杂设备协同服务的基础，出于不同的簸杂设备 具有不同的接口以及通讯方式，早期的设备接口更加少，通讯方式单一，因而 对一螽复杂设备的接口类型和通讯方式的研究和掌握是提供协同服务豹个先 决条佟，氇是本漾越的窃入熹籁着重要探讨鹣部分。本章将详缍磁究分掰本谦 题涉及到的s d m e r i k8 4 0 d 数控设备的协同服务技术支持。 3 。 s i n u m e r i k8 4 0 1 ) 数控设备平叁 3 1 1s l n u m e r l k8 4 0 d s 揪e r 8 4 数控系统楚嚣门子公司2 0 整纪9 0 笮代推留晦离往能数 控系统。它保持了话门子前两代系统s 仆u m e r j k8 8 0 和8 4 0 c 的三c p u 结构： 人机通讯c p u ( m m c - c p u ) 、数字控制c p u ( n c c p u ) 朝可编程逻辑控制器 c p u ( p 毛e e p u ) 。兰部分在功携上羲稳互分麓，又互菇支持。 它由以下几部分组成： 1 ) 数控单元n c u ( n u m c r i c a lc o n t r o lu n i t ) ：s i n u m e r i k8 4 0 d 数控系统的 控制巾心窝售惠处壤中心，负责技厅n c 程黟；豢畜p l c 渤毙馥完成p l c 系统 的算术运算和逻辑滋算；和m m c 通讯。它和8 4 0 d 的p l c 共用一个c p u 。 2 ) 人机通讯m m c ( m a nm a c h i n ec o m m u n i c a t i o n ) ：相当于一台计算机，完成 机庶岛外界及与p l c - c p u 、n c - c p u 之间的遇讯，内带硬斑，用以存储系统程 彦、参数等。 3 ) 可编程逻辑控制器p l c ( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) 模块：横块化设 计，下面将单独详细介绍。 4 ) f r f 主毫滚模块：实瑗熬浚和电基掇势功能。 5 ) 驱动系统：包括主轴驱韵系统和进给驱动系统两部分。 6 ) 机床操作丽板m c p ( m a c h i n ec o n t r o lp a n e l ) ：完成数控机床的各类硬功能 键的搡终。 1 8 第3 章8 4 0 d 数控设备协同服务的技术支持研究 3 1 2 实验平台搭建 图3 1s i n u m e r l k8 4 0 d 硬件结狗 s i n u m e r i k8 4 0 d 数控系统各都俘有多耱声晶供选择搭辩，班覆蔓秘经济 有效地完成数控任务，本课题实验设备由以下几部分组成： 数控系统：包括两门子s i n u m e r i k8 4 0 d 数控单元，n c u5 7 3 4 ，c p u 为 p e n t i u mr t ；秀超予s 7 - 3 0 0 霹缤程羧餐器及穗旋转模块，彝n c u 共躅c p u 。 m m c 入机交互单元，p c u5 0 ，c p u 为p e n t i u mm5 0 0m h z ，可内置硬盘。 操作系统选用w i n d o w sn t 操作系统。 驱动及伺服电机：聪门子s i m o d r i v e6 i i d 驱动系统，伺服电机两台。 输入输出装萋：褥门子o p 0 1 2 设备操作瑟叛一个。 开发和调试装备；通用p c 一螽。 1 9 第3 章8 4 0 1 ) 数控设备协同服务的技术支持研究 3 2s i n u m e r i k8 4 0 0 接口 图3 2 本课题实验装置 本节将按照s i n u m e r i k8 4 0 d 的三大重要组成部分即n c u 模块，m m c 模 块和p l c 模块分别介绍该数控系统的所提供的接口以及通讯方式，最后简单说 明本课题主要采用哪些接口和通讯方式完成硬件数据采集。 3 2 1n c u 模块接口 n c u 具有模块化结构，包括n c u - c p u 主模块，p l c 功能模块，电源和馈 电模块，由于主轴驱动、进给驱动模块s i m o d r i v e6 1 1 d 常常和n c u 并列放 置并用设备总线互相连接，所以也通常把它们包含在内。值得指出的是p l c 模 块是n c u 的一个子模块，它用于机床的监控。从n c u5 7 1 到n c u5 7 3 ，均可 以作为选件订购带有p r o f i b u sd p 的p l c 子模块。p l c 模块中有一个p l c c p u ，它与s 7 3 0 0 产品系列兼容。通过外设总线可以连接3 个外部线路，每个 线路对应于8 个s 7 - 3 0 0 外设模块板。 第3 章8 4 0 1 ) 数控设备协同服务的技术支持研究 8 4 0 d 控镧器n c u 各模块翼俸放置帮撵剐如图3 3 麝承： 圈3 38 4 0 d 控制器 1 ) n c u 模块裔以下接口： 瓣叛接蜀x 1 0 1 ( m p h 5 m b a u d ) p r o f i b u sd p 接口x 1 0 2 s i m a t i c s 7i o 总线x i l l k 总线) l i n k 接口( 鼷节n c u 5 7 3 。2 3 4 豹选锌) 造接手轮、探头、n c i o x l 2 1 ( 电缆分线街 编程单元接口x 1 2 2 ( m p i1 8 7 5 k b a u d ) s l m o d r j v e 6 l l d 接口x 1 3 0 a ( 6 l i d 模块和n c u 接线板) i o 扩震，蕉予连接x 1 3 0 b 数字纯模块 设备总线接口x 1 7 2 p c m c i a 槽x 1 7 3 擞示赦障、状态_ 耱零| 导 用户控制单元，用于启动、删除和复位 2 ) 各个接口恩体位置如图3 4 所示： 2 l 第3 章8 4 0 d 数控设备协同服务的技术支持研究 图3 4 n c u5 7 3 a 接疆示意 n c u 5 7 3 4 接蹦众多，有些怒扩展接口或备用接口，本课题主要涉及到的接 墨是x 1 0 1 - m p i 攥终瑟援接口p 玲，x l l t m p i 可编程逻辑控制器s i m a t i c $ 7 - 3 0 0 接日，下面将会做详细介绍。 3 ) 本课题涉及接口分析 8 4 0 d 系统的m m c ，h h u ，m c