基于云制造的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（鐘山縣職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣西賀州市，542699）廖豐政

由于傳統(tǒng)機(jī)床生產(chǎn)沒有融入自動(dòng)化技術(shù)，過分依賴人力資源，通常情況下主軸裝置控制和作動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)都由人力完成。然而，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，避免人力資源的浪費(fèi)和人為生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的不必要問題，并將機(jī)床生產(chǎn)主要存在的主要問題加以改善，極大程度增強(qiáng)了機(jī)床生產(chǎn)的自動(dòng)化。然而，對(duì)于云制造技術(shù)的生產(chǎn)與開發(fā)，通過云端上位機(jī)的開發(fā)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行更改，進(jìn)一步促進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)。

1 數(shù)控機(jī)床控制結(jié)構(gòu)建模

由于可拓展和便于分解是粒度結(jié)構(gòu)最主要特點(diǎn)，可以更準(zhǔn)確對(duì)機(jī)床信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)其相關(guān)信息進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，并且對(duì)元數(shù)據(jù)粒度模型進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)。

1.1 粒度結(jié)構(gòu)建模

車床元數(shù)據(jù)設(shè)定為（X、F、T），其中元數(shù)據(jù)集合為X、數(shù)據(jù)見映射集合為F、歐氏空間中元數(shù)據(jù)集合為Y、粒度結(jié)構(gòu)為T，以上設(shè)定為描述數(shù)據(jù)粒度之間的關(guān)系。

元數(shù)據(jù)對(duì)象及其特征信息應(yīng)在數(shù)控機(jī)床制造信息中進(jìn)行獲取。其中，字母R表示元數(shù)據(jù)集合對(duì)象；Ri表示資源類型（產(chǎn)品和人力資源管理）；Rij表示不同類型內(nèi)包含的資源對(duì)象。

信息制造元數(shù)的特折映射體系在數(shù)控機(jī)床中的定義為F（R）。該數(shù)據(jù)在信息數(shù)據(jù)資源和生產(chǎn)周期中產(chǎn)生，并通過加工處理對(duì)主要信息進(jìn)行表示，同時(shí)主要特征也需在資源數(shù)據(jù)中進(jìn)行主要獲取[1]。

資源元數(shù)據(jù)集合在數(shù)控機(jī)床中表示為{C1，C2，C3，...，CK，...，CKN}，其中Ck代表元數(shù)據(jù)集合（R）相對(duì)應(yīng)的（Rij）CKN表示元數(shù)據(jù)對(duì)象的具體特征。這些數(shù)據(jù)在生產(chǎn)加工過程被采集，并通過各種映射對(duì)其進(jìn)行采集，這些數(shù)據(jù)是元數(shù)據(jù)檢測(cè)多種數(shù)據(jù)的合集，元數(shù)據(jù)對(duì)象的特征組織結(jié)構(gòu)在該數(shù)據(jù)上進(jìn)行建立，其主要步驟為：制造元數(shù)據(jù)的特征組織結(jié)構(gòu)為G(C)；編碼形式（元數(shù)據(jù)編碼組織形式）表示為G1；車床控制的系統(tǒng)蘇荷模式表示G2（2），概述以上元數(shù)據(jù)組合合計(jì)為{Gi(Gij)}，并且組織結(jié)構(gòu)以Ckn為根據(jù)進(jìn)行組合操作。

1.2 數(shù)控機(jī)床資源自動(dòng)檢測(cè)

通過建模對(duì)數(shù)控機(jī)床信息進(jìn)行準(zhǔn)確分析，并將數(shù)據(jù)機(jī)床內(nèi)的所有信息采集。然而數(shù)據(jù)采集的過程中會(huì)出現(xiàn)變差，所以，導(dǎo)致信息無法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行表達(dá)，并對(duì)數(shù)控機(jī)床內(nèi)信息進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致信息資源內(nèi)欸信息不準(zhǔn)確，通過OEM數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)定義，OEM:Xg→＜Rg（第g粒度曾元數(shù)據(jù)表述為Rg，Xg是對(duì)數(shù)控機(jī)床內(nèi)采集到的相關(guān)信息表示方法。）當(dāng)g=1時(shí)，R1={R1，R2，R3，...，Rm}。并聽過建立的粒度模式，對(duì)數(shù)控機(jī)床內(nèi)鑄造信息模型進(jìn)行篩選，并進(jìn)行有效建立，公式如下：

上述公式X時(shí)數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)平均值。當(dāng)數(shù)據(jù)機(jī)床的數(shù)據(jù)量的采集大于X值時(shí)，本機(jī)采樣值通過模型進(jìn)行記錄，否則，元數(shù)據(jù)的輸出記錄上一層粒度層析次??-1[2]。

2 基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)是通過軟PLC系統(tǒng)和硬件為基礎(chǔ)進(jìn)行的獨(dú)立策略，提高了該軟件設(shè)計(jì)在不同軟件間的特性，并且可以提高不同程序間的復(fù)用率，從而起到降低成本的作用。在設(shè)計(jì)過程中，模塊結(jié)構(gòu)和非線性控制系統(tǒng)應(yīng)該通過成熟的通信協(xié)議進(jìn)行建立。并在系統(tǒng)內(nèi)通過共享的相互內(nèi)存機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)控制與運(yùn)行，在發(fā)送指令時(shí)應(yīng)該運(yùn)用CNC進(jìn)行執(zhí)行，并且保證在一定周期內(nèi)完成，并將信息交換與中央處理單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行硬件同步處理，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)內(nèi)的全局?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到控制的目的。

對(duì)電路中的邏輯與序列兩者進(jìn)行比較，然后對(duì)數(shù)據(jù)矩陣中輸入或輸入端口的各項(xiàng)頂配設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行注意計(jì)算，其具體運(yùn)作流程如下：

（1）對(duì)所有PLC和周圍設(shè)備與CNC系統(tǒng)相連接，并進(jìn)行初始優(yōu)化，制造信息與產(chǎn)品型號(hào)的初始數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)控制中心的控制進(jìn)行發(fā)送，并對(duì)程序模塊進(jìn)行啟動(dòng)。

（2）根據(jù)以上所描述信息進(jìn)行矩陣形式轉(zhuǎn)換，輸入輸出模塊和PLC設(shè)備進(jìn)行鏈接，并進(jìn)行模塊組成。并且進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換，將五路信號(hào)轉(zhuǎn)化完成口進(jìn)行充分運(yùn)行，后續(xù)運(yùn)行和軟件控制進(jìn)行充分儲(chǔ)存共享，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行積極處理[2]。

（3）硬件配置的運(yùn)算，對(duì)任意模塊i內(nèi)第j個(gè)插槽存儲(chǔ)進(jìn)行假意設(shè)定，并在一個(gè)數(shù)據(jù)包內(nèi)進(jìn)行存放，其中任意的i個(gè)所有插槽內(nèi)儲(chǔ)存的單元數(shù)據(jù)量（SD)i進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為：

其中任意模塊為i，存儲(chǔ)區(qū)域中偏移量為（OD)i，數(shù)據(jù)包偏移量總和為i-1，其表達(dá)公式為：

假設(shè)j為任意插槽，i為數(shù)據(jù)模塊，其初始字?jǐn)?shù)偏移量為（OS)ij的計(jì)算公式表示為：

歌劇院以上公式總結(jié)公式(OD)i和公式(OS)ij初始字?jǐn)?shù)綜合為公式：

(4)每個(gè)字節(jié)結(jié)合所建立的插槽和插槽數(shù)據(jù)包之間的關(guān)聯(lián)性包括邏輯地址。其中輸入變量池表示為L(zhǎng)xy，字節(jié)為X字節(jié)；輸出變量池表示為Qxy，字節(jié)為Y字節(jié)；輸入變量區(qū)表示為L(zhǎng)BX；輸出變量區(qū)為QBX；輸出輸入變量區(qū)字節(jié)數(shù)表示為（BX）。在城區(qū)控制方案中，模塊類型的輸入輸出假設(shè)數(shù)據(jù)合理即可進(jìn)行運(yùn)算和執(zhí)行。然而在PLC系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其可執(zhí)行代碼舒徐與平臺(tái)不進(jìn)行綁定，而是在執(zhí)行是根據(jù)XML拓展語言進(jìn)行硬件間的協(xié)議簽署[3]。

（5）為對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行合理可靠研究，可以分別考慮對(duì)準(zhǔn)確性、檢測(cè)時(shí)間和能量消耗方面進(jìn)行研究測(cè)，并運(yùn)用常用兩種方式進(jìn)行測(cè)試。

根據(jù)上述表格所總結(jié)能量消耗公式為：

以上公式，制造資源個(gè)數(shù)為s；所需消耗能量為j，并且根據(jù)表跟得出較之MtConnect方案較之PLC檔案低于12%；HMM方案比PLC當(dāng)?shù)?8.1%，所有PLC方案更適合數(shù)控機(jī)床。

3 結(jié)語

綜上所述，其數(shù)控機(jī)床信息資源自動(dòng)化應(yīng)改基于粒度結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立和檢測(cè)。并通過分析建立數(shù)控機(jī)床對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建模型，去除掉多余信息，并將i動(dòng)畫檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行建立。同時(shí)，根據(jù)以上研究對(duì)硬件建立與控制根據(jù)PLC進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)控制。并通過XML內(nèi)的硬件配置進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，使控制程序與硬件嵌入分割開，提高使用復(fù)用率。