智能數(shù)控機床可以在保證加工精度、提高機床加工效率的基礎上,減少人工操作干預、降低對操作人員的專業(yè)能力需求,是實現(xiàn)智能車間、無人工廠的必要條件,為解決人口老齡化加劇、高級技能人才不足等社會問題提供了有效途徑。當前,主流市場上的數(shù)控系統(tǒng)仍然采用封閉式體系結(jié)構(gòu),因多源信息接入能力差而導致不能生成有效的智能決策,在制造系統(tǒng)中只能充當一個被動執(zhí)行的角色,越來越不能滿足柔性化、敏捷化、定制化的生產(chǎn)需求。因此,本文以實現(xiàn)智能數(shù)控加工車間為目標,設計開發(fā)了基于微服務架構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。采用邊緣計算的思想,在車間層部署云計算平臺,滿足萬物互聯(lián)背景下車間工業(yè)大數(shù)據(jù)低時延傳輸和處理需求,為車間智能化提供大規(guī)模并行計算能力。在此基礎上,基于控制系統(tǒng)即服務（Control System as a Service,CSaa S）的理念,將車間內(nèi)的設備控制系統(tǒng)集成在邊緣云計算平臺中,形成一個車間集群控制系統(tǒng)方案。繼而面向車間集群控制系統(tǒng)提出了基于微服務架構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),構(gòu)建了基于微服務架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)設計技術框架。采用領域驅(qū)動設計思想,將數(shù)控系統(tǒng)拆分為一系列松散耦合、獨立部署的微服務,并利用著色Petr... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

沈陽機床i5數(shù)控系統(tǒng)（左）

媧⑵靼濉?MC板、圖形板、通信板、位置控制板等都被制成尺寸相同的小PCB板，這些小板插在主電路板對應的插槽內(nèi)，通過主板上的數(shù)據(jù)總線進行通信。近幾年FANUC的CNC產(chǎn)品傾向于小型化、輕薄化，數(shù)控系統(tǒng)PCB板的集成度進一步提高，例如最新的FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)將凝聚了CNC功能的小型印刷電路板與液晶顯示器集為一體，整個CNC控制單元縱深僅60mm，如圖1-4所示。FANUC數(shù)控裝置通過高速FSSB總線(FANUCSerialServoBus)控制伺服驅(qū)動器，通過FANUCI/OLinki總線連接各類I/O模塊，節(jié)省了大量的配線，使整個系統(tǒng)電氣連接更為簡潔。圖1-4FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)Figure1-4FANUC0iseriesCNCsystems由于通用PC平臺具有豐富、成熟的軟件生態(tài)和開發(fā)環(huán)境，所以在數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展進程中，為了提高數(shù)控系統(tǒng)的開放性和可擴展性，大多數(shù)數(shù)控廠商和開放式數(shù)控系統(tǒng)研究人員都選擇采用PC通用硬件開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，產(chǎn)生了PC嵌入NC、NC嵌入PC以及全軟件形式的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：○1PC嵌入NC是指在CNC裝置的基礎上以模塊的形式加裝PC硬件，提供遠程桌面、大容量存儲、Web瀏覽等功能，并提供一定程度的開放性，但是NCK核心部分仍然以專用CNC硬件為主，代表產(chǎn)品有FANUC18i和16i、NUM1060等，西門子數(shù)控產(chǎn)品中的PCU、TCU的使用都屬于這種設計理念；○2NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)是指以PC為基礎擴展基于高速DSP的運動控制卡形成數(shù)控系統(tǒng)，插補運算、位置控制等實時運算在運動控制卡里面運行，系統(tǒng)監(jiān)控管理、故障診斷、界面顯示等非實時任務在PC里面運行，最典型的代表是美國DeltaTau公司用PMAC多軸運動控制卡構(gòu)造的CNC系統(tǒng)；○3全軟件形式數(shù)控系統(tǒng)是指所有CNC模塊以軟件的形式運行在PC里面，包括HMI、NCK和-9-

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文PLC，例如臺灣賜福科技的FOXNUM728M數(shù)控系統(tǒng)，就采用基于英特爾處理器的工業(yè)平板電腦作為數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺，通過以太網(wǎng)接口控制支持EtherCAT總線的伺服驅(qū)動器和I/O模塊，所有CNC軟件都運行在WinCE實時操作系統(tǒng)中。國內(nèi)數(shù)控廠商也推出了多種基于PC平臺的開放式數(shù)控系統(tǒng)，但是它們之間存在市場競爭關系，各家系統(tǒng)相互之間軟硬件不兼容、不開放，系統(tǒng)升級、更新、維修仍然依賴生產(chǎn)廠家，所以更大程度上屬于初步具有某個開放化特征的封閉系統(tǒng)。除了上述FANUC、西門子等封閉式數(shù)控裝備以及眾多基于PC的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，近年來世界各地的專家學者也探索、提出了一些較為新穎的數(shù)控系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)。Jorge[63]提出了一個基于Arduino、TILaunchpad等開源硬件的數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1-5所示。其中，PLC、插補器等模塊采用基于嵌入式微處理器的開源硬件實現(xiàn)，HMI運行在PC中。這種數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)適用于桌面機床、雕刻機、3D打印機等小型設備的控制。圖1-5基于開源硬件的開放式數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)[63]Figure1-5OpenarchitectureofCNCsystembasedonopensourcehardware[63]Zhao[64]開發(fā)了一個基于Arduino的線切割數(shù)控系統(tǒng)，如圖1-6a)所示，該系統(tǒng)在PC中將加工路徑提前進行插補，并通過USB-串口將插補點發(fā)送給Arduino實現(xiàn)電機運動控制，并提出了一個Server-Client架構(gòu)，可以使用一臺PC和多個Arduino控制多臺機床加工，如圖1-6b)所示。該系統(tǒng)只能用于線切割，不能用于銑床等切削加工機床。-10-

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3596751