-
一种智能数控和数据模型框架
国家为
STEP -
NC
的技术（夺标
-
SNT
的）
，机械学院研究实验室
和工业工程，韩国浦项工科大学，圣
31
，孝子洞
在本文中，我们提出了一个概念框架设计贯彻智能数控系统。该架构和功能
< br>模块均来自需求分析，
他们的目的是有思维进行加工之前，
期间和之后的制造任
务的执行，
因此所分配的任务可以得到有
效执行，
同时处理意外发生在车间的变
化。此外，为支持体系结
构数据模型是解决基于
STEP
-
NC
的数据模型或
ISO14649
。
产品规格数据库和运作情况以及实施问题提供。该框架介绍可作为
一个为
STEP
标准的数控范例。
关键词
：自主加工控制
;
Holonic
制造系统，智能数控
;
国际标准组织
14649;
步兼容数控
; STEP - NC
1.
简介
随着对
工业机械，电脑数值大脑控制（
CNC
）是在现代制造业的核心
要素
系统。数控技术是非常复杂，
需要技术来自不同领域。尽管是一项伟大的技术
成就，当代数控仍然需要进一步改进克服它的缺点：
1
）这是一个没有智力的执行机制。
2
）它采用了低层次的语言，即所谓的并购
G
代码（异
6983
）作为输入。
3
）它的架构是特定于供应商和黑盒
风格未经允许用户访问专用。
因此，下一代数控要求：
1
）若要使用无缝一个高层次的编程语言集成的
CAD - CAM
的数控链。
2
）要多功能，智能化和自主。
3
）有一个软件为基础的开放式架构实现技术。
这些要求应包括在下一代数控。
一个新的和全面的数据模型编程形式化语言的
ISO
14649
由国际标准化组织
正在制定
训练班
184
SC1
的
WG7 [1]
。
国际标准组织
14649
描述一个接口与
CAM
和
CNC
支持<
/p>
computergenerated
直接使用基于
STEP
（异
10303
）
，可生成基于产
品数据交换和工件的数控化数据模型控制器。<
/p>
它目前在存款保险计划，
投票版本，
与它
的最终版本将在不久的将来完成。
经建成后将是一个新的数控语言取代国际
标准组织
6983
。
STEP - NC
的是一对
ISO
14649
的缩写，是延长形成新的数控，
可以开展各种智能化
基于
ISO 14649
的功能
[2]
。智能控制，然而，新的数据模型
必须更新
[3]
。
几种计划已经被提出了数控架构。
该
holonic
数值控制器
（
HNC
的）
[4,5]
的基础上范式一
Holonic
制造系统（
HMS
）的（
HMSFPD
1995
[6-8]
，其中
数控
holons
特点是自主性与合作。真数控
[9]
是一个全面的数控系统与
CAD
，
CAPP
系统，计算机辅助制造，数
控，监督和检查功能。
Brouer
和
Weck [10]<
/p>
中
描述的基本一个自治生产单元的概念，
特别着重它的编程接口。
建筑工业的数控
方面是有关实施方法。
大多数碳奈米尖锥发展到目前是
“
封闭
”
的架构，不容许
用户访问的任何修改的内部功能。
发展一
个
“
开放
”
网
通架构一直是一主要关注的问题为厂商和用户数控中期
以来，
2
0
世纪
80
年代，但直到
90
年代初，少数商业产品被调查的一些领导人在
C
NC
产业。刘
[11]
强调了开放式
结构的要求实现敏捷生产和自主
CNC
控制。
< br>
1
然而，
几乎高效开放式数控仍在
发展与不同的建筑计划，
例如
OSACA<
/p>
在欧洲，
美国
OMAC
< br>，并在日本的
OSEC
[12]
。本文的目的是产生一个概念框架
智能数控在以下方面：
1
）从需求的角度分析
2
）功能架构，以满足要求，
3
）支持数据模型的架构，
4
）的业务情况，
5
）执行问题。
2
需求分析
在设计的智能数控细节，
各个方面应考虑。
在车间的角度是定义的控制功
能（
functionlevel
）的方针。同样重要的是数据
接口和信息为了支持内容控制
功能（数据接口级）
，以及最后，
implementational
方面（执行层）
。每个级别
的要求概括为以下。
2.1
功能级要求
函数级要求有关的活动的数控成功地开展赋予它的使命。
主要功能是控制机
床，
使所需的准确的形状
是由生产加工操作。
要智能化，
以及如何实现这一目标
的一个车间环境是这里的主要问题。要考虑的因素情报包括自治，人际交往，
改变
/
故障恢复，质量控制，资
源管理，高速加工和学习。
自治。
该组织的智能软件组件
CNC
控制器应能自主操作无其活动被指定的经营
者。最小化人的决定和互动。在一个案件时，人的干预是必要的，它应该保持在
最低
限度，并要处理的任务由一人以及受数控控制器应明确区分。更改
/
故障恢
复。控制系统应能处理意想不到的变化，在
/
故障发生加工过程。质量控制。为
了尽量减少之间的几何误差部分设计
和加工的一部分，
在机测量
（船上监测手册）
< br>的一部分，适当的诊断是必需的。自适应控制。为了获得最佳的机械加工，切削
条
件应自适应控制
（而不是让恒值）
。
资
源管理。
机械加工中的所有涉及的资源
过
程应该是管理和控制。
高速加工。
该智能控制器应支持高速加工无贸易的表面质
量关恶化。
学习。
控制系统应能取得加工专有技术和知识纳入其基地的控制系统
的
提高。
2.2
数据接口级要求
这一数据接口水平与数据接口
CAM
和
CNC
之间，计划内和数据处理数控。
这个
级别，对于克服的缺点的关键作为输入使用传统的
G
代码，并处
理有限的
数据传统数控操作能力。一个
CAD
< br>数据接口与标准架构，互联网接口，工艺设
计，刀具路径生成，虚拟加工要提供。
与
CAD
数据的直接接口。要使用的几何
意义，这通常是在
CAD
-
CA
M
的数控链丢失，数控应有一个直接的
CAD
< br>数据
接口的能力。
使用标准的数据。
有迹象表明，
国际标准可应用于制造领域的这一
如
ISO
，
10303
产
品模型数据的代表性和
ISO 13399
代表小刀具。这些
应该反
映在数据
CAM
和
CNC
之间的接口。互联网接口。控制软件应提供一个互联网
接口方式运行和监测在通过互联网远程站点机床。
无缝数据接口。
通常，
一个零
件程序的改变车间，是由在
CAD / CAM
系统的不同。为了避免这种情况，为双
向传输机制
CAM
和
CNC<
/p>
之间的数据是必需的。纳入规划的过程和刀具路径生
成。
智能控制，
数控应该能够产生基于刀具路径规划信息的过程。
基于特征的输
入。
要生成刀具路径自主，
到数控控制器的输入应该是一个基于特征工件的描述。
虚拟加工。
在执行任务的实际加工，
数控操作应该能够提前使任何可能出现的错
2
误被发现吗，实现
2.3
级要求实现级要求关注
拓扑结构和软件模块的关系与实施方法。
所采用的方法由
OSACA
，
OM
AC
，
并应考虑的
OSEC
。
OSACA
，
OMAC
，并代表财团的
OSEC
是有一直从事
开发
开放式结构数控控制器在欧洲，美国和日本分别。
Softwarebased
数控系统，
开放
和模块化的架构，用户可配置结构是这里的主要问题。
基于软件的数控。
最根本的要求是所有的数控模块应实施的纯粹软件
在最广
泛使用的操作系统内在
PC
平台
。
接口板应该是唯一的硬件媒体之间的数控和硬
件（驱动，电机
，机床）
。开放式和模块化结构。数控应该是开放架构，使用户
能够访问内部功能数控任何修改。
为了工作在
plugand
-
，
它应该发展具有模块
化结构。<
/p>
3
功能架构
在数控基本架构组成：
1
）人机界面（
HMI
）
。
2
）控制功能。
3
）数据处理在数控。
这个拥有智能数控如此。在体系结构
主办，用户需求基本得到落实
架构在一个扩展的时尚。如图所示。
1.
它的组成：
1
）的
SFP /
太平集团（车间编程
/
刀具路径生成）模块，可扩展的
HMI
全面覆
盖
部分编程和刀具路径生成基于
STEP - NC
的数据模型，反映了数据接口层要
求，
2
）控制
模块包括各种智能控制功能，反映功能级别的要求，
3
）通用
数据库模块提供了全面的数据的
SFP /
TPG
和控制模块。
3.1
控制模块
控制模块的功能数控反映级别的要求由麦决定基于特征的
holon
ic
范式，荷
兰国际集团，执行和监测该控制模块，决策设备，
执行器，
NCK
的
/
< br>可编程控制
器，监控，应急处理程序，涉及内部管理的数控任务，和
Communicator
在任务
间管理（见图<
/p>
1
。
）
。此外，
模块支持非加工功能，如安装管理器，督察和学习者
都包括在控制模块。
安装管理器。
这支持了部分设置操作。
一旦部分是装在
机器
上，它找到基准位置探针移动触摸工件和夹具的使用几何信息。
决策者。这个
时间表的任务，选择下一个任务，从各种备
选方案的规划出一个非线性的过程。
非线性工艺计划包括可供选择的工艺方案，它可以由
一个与或类型图是稍后解
释。的关键决定之一，就是分配计划任务之间的优先次序和新调
用
任务紧急处理程序和督察。执行
人。这种转换成命令的任务和传递他们
NCK
的
/ PLC
的。如果任务的一种加工操作，从工具检索路径数据库路径相应的工
具
并把它传递到
< br>NCK
的
/
PLC
的。如果任务是工具的变化，刀库中找到的工具，
并把它传递给
NCK
的
/ PLC
的。
由
NCK
的执行人保持
/
PLC
的执行的命令轨道
自适应控制
。
NCK
的
/
PLC
的。
NCK
< br>的解释和刀具路径命令通过激活执行机制
加以伺服和
PL
C
执行如换刀和工件机械命令，装载
/
卸载。自由曲面加工，
NCK
的
NUR
BS
插补是能够在其中准确和高速加工可以进行与减少的数据。
3
图
1
一种智能数控的功能结构
4
监视器
整个加工状态，
< br>持续监控从传感器来捕捉信号的信息。
刀具监控检测是至
关重要的和紧急的任务。结果被发送的紧急处理程序和
/
或相应
的决策者。
应急处理程序。
在紧急情况下，这是
监测情况并提出报告，监视器，紧急处理程序作出诊断，
并决定该怎么办才好。结果发送
到决策者的最终决策和调度。
例如，
在刀具破损的情况下，紧急处理缩回工具，并检查替代工具
可在通过机刀库资源（
DB
）的。如果
有可用的操作恢复了与替代工具，否则
它向决策者和等待最后的决定。
< br>应急处理程序可以想到作为决策者亚型，
专门
从事处理紧
急事件。
督察
在加
工和后处理进行检查自动退出的督察。
在这两种情况下，
检验是
通过船上
监测手册
（上
machine
measurement
）
在机床。
检
查员生成的刀具路径接触式
探针，并存储到数据库数据的检验。任何部分之间的设计和加
工的几何误差
通过比较发现部分的
检查数据库中的数据与
DB
的加工特征。
学习者
在加工过程中捕获的信息进行
分析由专家算法，并储存在加工知识
数据库。
传播者
传播者，负责的相互作用与外部单位，如
CAD / CAM<
/p>
系统，车间控制系统，
以及人为操作：
1
）当由
CAD /
CAM
系统的要求，数控发送
在目前的数控程序数据库的一
4
部分。
2
）当由
车间控制系统的要求，它的报告目前的状态，包括加工的进展，问
题发生在加工。
3
）当某个操作的执行是不可能的由于意想不到的问题它会发出警报操作员
注意。
3.2
SFP/TPG
模块
SFP
/ TPG
的模块反映数据接口级要求数控。的
SFP / T
PG
的模块集成
的
CAM
功能到车间编程系统的基础上在
STEP - NC
的数据模型。
它包括输入
管理器，进程规划师，刀具路径生成器
和模拟器。
输入管理
输入的经理的角色是
CAD
数据接口和
加工特征识别。
它转译标准的
CAD
数
据
（
STEP
，
AP203
）到内置的几何建模内核的数据，加工特征识别，并特征属
性的提取加工需要。
输出
存储在数据库的加工特征。
工艺师
它
决定处理顺序，运作，固定装置，调校，并要求机器切割工具的功能。处理
顺序是由一个
非线性过程的计划，让决策者可以选择一时间在适当的执行计
划。最佳切削参数，加工策
略和操作的工具确定使用的加工知识数据库。对于
这一点，以知识为基础的工艺设计系统
是必需的。输出存储在加工过程中的
DB
。
刀具路径生成器
< br>它同时生成加工刀具路径和测量。它可以生成一个完整的路径，包括方法，离
开，
而加工之间的连接路径或测量路径。
生成的刀具路径存储在刀具
路径分贝，
这是由
NCK
的
/ PLC
的访问。随着
NCK
< br>的
/ PLC
是可以理解的
NU
RBS
曲线
直接，刀具路径发生器不段的一个自由曲面刀具路径
曲线成线
/
弧。
模拟器。实际加工之前，需要进行一切削模拟来验证给定的刀
具路径，并检测
任何可能的错误。
该
模拟器发现削弱或欺骗性仿真及切削刀具干涉。
除了刀具
路径中
的错误检测，
计算出最佳的进给速度使用过程中所需的固体材料去除率
< br>
切削模拟。输出存储在刀具路径
DB
< br>和加工过程的
DB
。
3.3
通用数据库模块
常见的数据库模块是数据仓库是生成，更新，并通过控制模块和检索的
SFP
/
TPG
的模块。加工特
征数据库，加工工艺
DB
中，刀具路径
DB
和
DB
的检验短期数据库和机加工
知识资源数据库和
DB
的长期数据库。
论零件加工
完成后，
短期数据库中清除。
加工特征数据库
它存储的信息加工特
征所产生的输入管理。
存储的数据是基于特征输入的流程
规划。
机资源数据库
机上配置此存储数据，
可用的工具，刀库，
/
装置和传感器的夹具。它是由经
营者或更新的决策者。
加工工艺数据库
5
这个商店的非线性工艺计划
所产生的
流程规划。加工过程是一个描述加工特
征和加工操作，包括加工策略，切削条件和工具。
加工知识数据库
此店长期加工知识是
由策划者和执行过程中使用在与专家系统的协作。
这是更
新的学
习者。
刀具路径的数据库
它存储工具，刀具路径生成路径发电机。它是由
NCK
的访问
/ PLC
和模拟器。
检查数据库。它存储的检查和刀具路径检查结果产生的督察。
4
数据模型的智能数控
要实现
智能数控，各种技术应待开发。其中，数据模型是关键。一传统的
数据模型的主要指定由
M
＆
G
代码机
床（异
6983
）轴运动不能提供所需信息
的智能数控。
对于这样一为此，
一个新的数据模型作为
ISO 14649
正式应被使
用。国际标
准组织
14649
通常被称为
STEP
- NC
的正在开发按
ISO 184 SC1
的比赛，
是目前作为
DISballot
可用版本。
虽然它的细节可能是改变不大，
其
结
构将保持不变。国际标准组织
14649
是一个用于表示结构化数据模型工艺规划
和数控加工策略的执行
在步骤（异
10303
）范例。如图所示。
2
，它包含综合信息，包括进程（<
/p>
workingstep
）序列，制造特征，加工
操作，
加工策略，
刀具几何形状。
这些都可以有效地应用在对
STEP
标准的数
控基本类型，智能控制，下面的数据模型，应提供
[3]
。
4.1
数据模型的非线性工艺规划
通常情况下，工艺方案是给一个线性顺序传统的数控。一个进
程计划以这
种方式给予不数控提供所需的灵活空间。
假设数万人
的洞，
被加工。
这将是更好
地宣布，<
/p>
他们应该在一个无序序列加工时尚，
而不是指定一个固定的序列线
性方
式。为配合在车间意想不到的变化和
/
或优化工艺序列的非线性工艺规划（
NLP
）
的包括替代方案应考虑到
CNC
，使最合适的人可以
选择由
CNC
。对于这样的一
个目的，
一类非线性过程的数据模型是必需的计划
智能控制。
在建筑学院院长（图
1
）
，一个非线
性过程计划中所形成的
SFP /
省府模块流程规
划并使用的决策者选择下一个任务的基础在选择算法。
一个非线性过程计划可
以
代表了一个图，其中一个节点代表的加工进程和边缘之间的关系代表
< br>
节点。可以有七种类型执行的关系在自然语言处理：
1
）顺序：由一序列的执行。
2
）有条
件的选择：二进制根据给定的选择条件。
3
）迭代：重复执行。
4
）
并
发
：
所
有
加
工
工
序
都
在
同
< br>一
时
间
开
始
。
6