现代集成制造系统的关键技术

第5章现代集成制造系统的关键技术山东大学计算机学院2现代集成制造系统的关键技术现代集成制造系统理论和支持技术（略）现代集成制造系统中的信息技术计算机辅助技术现代集成制造系统的集成平台技术制造过程控制技术现代集成制造系统的新发展山东大学计算机学院3软构件及其接口1.软构件的概念构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辩识的系统；结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。简单地说，构件是具有一定的功能，能够独立工作或能同其它构件装配起来协调工作的程序体，构件的使用同他的开发、生产无关。从抽象程度来看，面向对象技术已达到了类级重用(代码重用)，它以类为封装的单位。这样的重用粒度还太小，不足以解决异构互操作和效率更高的重用。构件将抽象的程度提到一个更高的层次，它是对一组类的组合进行封装，并代表完成一个或多个功能的特定服务，也为用户提供了多个接口。整个构件隐藏了具体的实现，只用接口提供服务。山东大学计算机学院4构建技术流派近年来，构件技术发展迅速，已形成三个主要流派，分别是OMG的CORBA、Sun的Java平台和Microsoft的COM+。OMG的CORBA：公共对象请求代理体系结构(CORBA，CommonOb—jectRequestBrokerArchitecture)是对象管理组织(OMG)基于众多开放系统平台厂商提交的分布对象互操作内容基础上制定的分布式应用程序框架的规范。Sun的J2EE:为了推动基于Java的服务器端应用开发，Sun在1999年底推出了Java2技术及相关的J2EE规范。MicrosoftDNA是Microsoft在推出Windows2000系列操作系统平台基础上，在扩展了分布计算模型以及改造BackOffice系列服务器端分布计算产品后发布的新的分布计算体系结构和规范。山东大学计算机学院5CORBACORBA是由绝大多数分布计算平台厂商所支持和遵循的系统规范，具有模型完整、先进，独立于系统平台和开发语言，被支持程度广泛的特点，已逐渐成为分布计算技术的标准。COBRA标准主要分为3个层次：对象请求代理、公共对象服务和公共设施。最底层是对象请求代理(ORB，ObjectRequestBroker)，规定了分布对象的定义(接口)和语言映射，实现对象间的通讯和互操作，是分布对象系统中的“软总线”；在ORB之上定义了很多公共服务，可以提供诸如并发服务、名字服务、事务(交易)服务、安全服务等各种各样的服务；最上层的公共设施则定义了组件框架，提供可直接为业务对象使用的服务，规定业务对象有效协作所需的协定规则。CORBA的优点是大而全，互操作性和开放性非常好，缺点是庞大而复杂，并且技术和标准的更新相对较慢，在具体的应用中使用不是很多。山东大学计算机学院6J2EEJ2EE的目标是提供与平台无关的、可移植的、支持并发访问和安全的、完全基于Java的开发服务器端中间件的标准。J2EE简化了构件可伸缩的、基于构件服务器端应用的复杂度。在J2EE中，Sun给出了完整的基于Java语言开发面向企业分布应用的规范，其中在分布式互操作协议上，J2EE同时支持远程方法调用(RMI，Re—moteMethodlnvocation)和因特网对象请求代理间协议(IlOP，IntemetInter-ORBProtocal)，在服务器端分布式应用的构造形式包括了JavaServlet、JSP(JavaServerPage)、EJB等多种形式，以支持不同的业务需求。山东大学计算机学院7MicrosoftDNAWindowsDNA是WindowsDistributedInternetApplicationArchitecture的缩写，可以翻译为Windows分布式网络应用程序体系结构，这是一个相当抽象的概念。但它又是非常重要的一个概念。微软提出的DNA概念是借助生命科学中脱氧核糖核酸（DNA,DeoxyribonucleicAcid）的寓意来诠释现代企业信息结构的真谛。WindowsDNA允许不同网络的计算机互相操作以及相互协作以完成某些目标，它可以使开发者很容易的建造能够服务许多用户的基于网络的系统。更为重要的是，WindowsDNA提供了一个具备协同工作能力的框架（Framework），而且由于这个框架支持公用的协议，以及它发布了一些通用的接口，用户可以在它上面添加一些新的功能以扩充这个系统。WindowsDNA是微软为分布式应用程序的开发所提供的平台，它是微软将多年的技术精华集合起来而形成一个完整的多层结构的企业应用总体方案，它使Windows真正成为企业应用平台。WindowsDNA实际上是微软的基于组件的分布式应用程序战略框架结构，具有可伸缩性和高可靠性。山东大学计算机学院8COM+MTS（MicrosoftTransactionServer）就是这样一个COM/DCOM对象的Container执行环境。MTS是Microsoft在Windows平台的中介软件之一，它的主要功能是让Windows程序员能够开发以组件为导向的分布式应用系统，并且具备在同质和异质数据库之间对修改的数据进行两阶段提交的功能。由于MTS提供了事务管理、各种Pooling功能以及对象及时激活等功能，执行在其中的COM/DCOM组件将不用考虑这些事情，而只是专门执行企业逻辑代码。COM＋的推出有机的统一了COM/DCOM/MTS的编程模型，形成一个功能强大的组件体系结构，并且把DCOM/MTS的各种优势以更为便捷的方式提供给用户。山东大学计算机学院9.NetNET可以看做是从WINDOWSDNA演进而来的，它是WINDOWSDNA的继续和发展。WINDOWSDNA是一个解决方案的平台，它关注的是如何使用微软服务器产品来解决业务问题。但是除了一个技术规范以外，WINDOWSDNA并没有任何切实的东西。但是.NET不仅有一套技术规范，它还包括了几个实实在在的产品，例如编译器、类库、甚至最终的用户程序。如Windows.NET是操作系统平台、.NETFramework是运行环境、.NET企业服务器为产品服务器、VisualStudio.NET为编程平台。山东大学计算机学院10CIMS应用集成平台分布环境企业实施CIMS首先要实现信息集成。集成平台与集成框架就是企业应用的一种先进集成支持工具。开发CIMS应用集成平台的目的就是为企业实施CIMS提供开放的、易维护的、可重构的应用开发与系统运行的集成支持工具。山东大学计算机学院11CIMS应用集成平台基本定义CIMS应用集成平台是一个支持复杂信息环境下CIMS应用开发、应用集成和系统运行的软件平台。它基于制造业信息特征，在异构分布环境（操作系统、网络、数据库）下提供透明、一致的信息访问和交互手段，对其上运行的应用进行管理，为应用提供服务，并支持CIMS信息环境下各特定领域应用系统的集成。山东大学计算机学院12CIMS应用集成平台的功能(1)通信服务：提供分布环境下透明的通信服务功能，使用户和应用程序无需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它们所需的通信要求。(2)信息服务：为应用提供透明的信息访问服务，使应用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。(3)应用编程（集成）接口：是一组高层接口,以函数或对象服务的方式为用户提供更为专业化的服务,使用户可以方便地集成现有应用和开发新的应用。应用编程接口按照它们的通用程度又分为独立于应用的编程接口和依赖于应用的编程接口。(4)应用开发工具：一组帮用户开发特定应用程序的支持工具，以简化用户应用程序的开发工作。(5)管理应用程序:它是CIMS应用集成平台的运行管理和控制模块。负责CIMS应用集成平台的系统静态和动态配置、集成平台应用运行管理和维护、事件管理和出错处理等。山东大学计算机学院13CIMS应用集成平台的基本特性(1)为企业的经营、管理、生产和设计领域提供良好的应用编程接口和应用集成接口。(2)提供支持CIMS应用开发、应用集成的应用开发工具、应用编程接口、应用原型系统。(3)支持不同的企业规模和多种多样的企业信息环境。集成平台可为不同的企业规模和应用范围提供最佳的结构和功能配置，具有良好的可伸缩性。(4)支持异构分布环境，提供一致透明的数据访问。支持现有应用、已有信息资源的集成和重用。(5)根据企业对Internet服务的需求，提供相应的Internet服务功能。山东大学计算机学院14CIMS应用集成平台的发展趋势1为企业实施CIMS提供全方位、全生命周期的支持，方便现有应用的集成这些支持包括提供通用的通信服务、信息服务和面向应用领域的应用开发工具、原型系统和应用集成接口。2既支持企业的信息集成，又支持功能集成和过程集成3采用新技术和理论，支持标准化和开放系统概念，高度的软件可重用性4维护应用系统的安全性、可靠性、完整性,实现系统资源和数据的有效管理5对Internet/Intranet/Extranet技术的支持山东大学计算机学院15面向服务的应用集成山东大学计算机学院16现代集成制造系统的关键技术现代集成制造系统理论和支持技术（略）现代集成制造系统中的信息技术计算机辅助技术现代集成制造系统的集成平台技术制造过程控制技术现代集成制造系统的新发展5.制造过程控制技术数字控制技术柔性制造技术智能制造技术山东大学计算机学院18数控技术自从本世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化。现在，数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在现代数控技术之上；数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；国家战略技术和体现国家综合国力水平重要标志。专家们预言:二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。山东大学计算机学院19数字控制（NumericalControlNC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。数控技术（NumericalControlTechnology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。计算机数控系统（ComputerNumericalControlCNC）以计算机为控制核心的数字控制系统。数字控制与数控技术山东大学计算机学院20高精度、高效率；刚性自动化不能满足的要求（手工、小规模、大规模生产）；柔性自动化（多品种、变批量）、复杂零件的加工（多坐标加工）；计算机技术的发展。数控技术产生的原因山东大学计算机学院21数控技术的发展历史1952年，第一代电子管数控系统；1959年，第二代晶体管数控系统。随之出现刀库，机械手、加工中心；1960年，第三代集成电路数控系统，硬逻辑数控系统（称为NC；1970年，第四代小型计算机数控（CNC）；1974年，第五代微型计算机数控（MNC，统称CNC）；1980年后，FMS、FMC、CIMS、开放式数控（openNC）系统、智能制造系统（IMS）大发展。1990年后,高速加工，纳米制造。山东大学计算机学院22定梁龙门移动式五轴联动加工中心山东大学计算机学院23数控动梁龙门镗铣床加工中心山东大学计算机学院24多连杆机械压力机山东大学计算机学院25济南一机床和华东数控十五期间开发的国内领先的数控设备山东大学计算机学院26将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将程序输入数控装置，按照程序的要求，