计算机集成制造系统多级分布式控制的研究_周朝晖

计算机集成制造系统多级分布式控制的研究*周朝晖1)　刘延林2)(海军工程大学训练部1)　武汉　430033)(华中科技大学机械学院2)　武汉　430074)摘　要　在研究计算机集成制造系统的基础上,提出多级分布式控制系统的物理结构,并实现对应的网络系统,为计算机集成制造系统的分布式控制提供了一种新的模式。

关键词　计算机集成制造系统　多级分布式控制　计算机网络　M AP网　TOP网中图分类号　TP3911　引言计算机集成制造系统(C I M S)是机械制造的发展方向,是以数字控制、计算机网络、精密机械、管理工程等为基础的先进制造技术和管理集成技术,具有管理高度集成、信息资源共享、控制范围宽广、自动化程度较高、制造加工灵活、产品质量较好等特点[1]。

多级分布式控制系统是对计算机集成制造系统实施管理和控制的最完备形式。

目前,由于种种条件限制,自动化过程的控制基本上是采用小范围、单级方式进行的,仅仅适用于单个柔性加工单元(MC)或者单条柔性加工线(F M S),不能控制大系统内的多条柔性线和管理系统以构成真正意义上的计算机集成制造系统[2]。

所以,探讨多级分布式控制系统的实现方式是计算机集成制造系统中迫切需要解决的问题。

2　分布式控制系统的物理结构一般而言,计算机集成制造系统中的生产和检测等关键性制造环节是由柔性加工线、数控机床(NC)以及装卸机器人、搬运设备等具体的加工和控制系统完成的[1],它们构成了由集团级、营销级、工厂级等上级控制系统和车间级、设备级等加工控制系统所组成的多级分布式控制系统。

研制出的具有代表性的物理结构如图1所示,为按照“一次规划、分期实施”的原则来建设或扩充大规模的计算机集成制造系统提供了理论依据和模型,具有良好的推广价值。

图1所示的层次结构将计算机集成制造系统的中央计算机、主计算机、单元计算机、单元控制器、设备控制器和加工设备六个典型层次规划为集团级、营销级、工厂级、车间级、设备级五个控制级,以实现系统的模块化以及每个模块的自律性。

图1　多级分布式控制系统的物理结构另外,这样的物理结构还有如下特点,一是符合潮流。

其内涵和架构与现代计算机技术相一致,利用流行的网络技术实现该种物理结构表述的分布式控制系统在技术上是非常容易的,也是符合现代潮流的。

二是结构清晰。

将系统分为五个控制级,各级界限明确、任务清楚,无论是从管理的角度,还是从技术的角度,都具有逻辑性强、结构性好、易于构建的优点。

三是功能明确。

目前,能够实现计算机集成制造系统的单位一般都是集团级的大企业,在其内部建立图1所示的物理结构,有48 计算机与数字工程 第35卷*收到本文时间:2006年10月27日作者简介:周朝晖,男,副教授,研究方向:计算机集成制造系统、CAD/CAM、虚拟制造等。

刘延林,男,教授,研究方向:计算机集成制造系统、机械制造自动化等。

利于结合计算机集成制造系统的营销网络、技术装备和加工特点,明确各级的职责和功能。

具体而言,每个控制级的具体功能叙述如下。

集团级控制系统:在集团大型综合数据库及其管理系统的支持下,中央计算机管理着整个集团的营运及生产、销售状态,制定集团中长期生产目标和计划,收集并积累产品制造数据,确定各子系统的加工时序和加工量。

营销级控制系统:营销级的控制系统主要借助计算机网络,完成搜集市场信息、分析市场需求、产品售后服务等任务。

该计算机网络由多种子网络组成,这些子网络既可以是本系统内的网络,也可以是本系统外的网络,但都要求组成一个网络整体,归属集团级的中央计算机管理。

工厂级控制系统:工厂级的主计算机承担着工厂的计划、设计和管理工作,它主要完成两个任务:一是接受集团下达的或通过营销级计算机网络从市场接到的生产任务,指示设计部门进行CAD设计,通过CAD/C AM通信模块将设计结果编程为加工指令(加工代码),传输到车间级控制计算机,供车间作为安排任务(加工时序和加工量)的依据;二是搜集、汇总各车间完成任务的情况,并传输到集团级和营销级控制系统,作为决策的依据。

车间级控制系统:根据车间柔性制造设备、人员情况和工厂级控制系统下达的加工任务,完成以下工作:接纳并管理制造命令,编制作业调度计划,统计设备的运行业绩,与单元控制器一道监视并控制设备的运行状态,向主计算机传输有关数据。

车间单元控制器的功能是直接控制机械设备群的运行,它从单元计算机接收到作业调度指令、NC指令、刀具数据、工具数据,并把这些指令和数据传送到各台设备的控制器(如NC装置、顺序控制器、机器人控制器等),此外,单元控制器还监控设备的运行状态,跟踪工件的当前工位。

设备级控制系统:整个系统的“最底层”,也是直接指挥加工设备进行生产的控制系统,功能就是将产品制造计划变成产品。

3　分布式控制系统的网络结构计算机集成制造系统是由从需求到销售的多个模块构成的,主要包含着产品需求、设计、制造、试验、检测、销售、服务等环节[1](图2)。

它们虽然分属于集团的各个部门,但存在着千丝万缕的联系,共同形成一个庞大的集成系统,由多级分布式系统实施整体控制。

图2　计算机集成制造系统的组成 作为一个涉及到产品需求、规划设计、生产制造和销售流通等环节的大系统,分布式控制系统只有联成一个有机整体,按照一定的网络协议协调一致地运行,并通过公用交换网络和通信线路与外界实时或分时进行交互,才能发挥最大效益。

但由于涉及到技术安全和权限等级等问题,该系统在集团级只能是一个能够畅通地与外界发生联系或留有接口、权限等级较高的局域网络,设备之间的通信不必经过公用网络和通信线路。

多级分布式控制系统中的设备多种多样,网络介质、通信协议、拓扑结构、存取控制策略、计算机接口各不相同,从而构成所谓的异构异质局部子网络互联。

这种异构异质局域网与通常意义上的局域网完全不同,构建时,必须充分考虑到计算机集成制造系统的独有性质、加工设备的控制特点等因素,不是增加几台服务器、交换机和H ub能够解决问题的[3]。

图3　多级分布式控制网络系统为了实现由异构异质局部子网络互联的多级分布式控制系统,必须通过集团主干网与产品制造的其它环节联结起来,由主干网通过公用交换网络或通信线路与其他成员进行交互和信息交换,构建出图3所示的多级分布式控制网络系统,从而为涉及产品设计、制造、销售全过程的计算机集成制造(下转第153页)49第35卷(2007)第8期 计算机与数字工程 m(A)=∑A=A i∉B j{m1(A i)m2(B j)}1-C　A≠Υ0 A=Υ(8)C=∑Υ=A i∉B jm1(A i)m2(B j)(9)式(9)中C是包含完全冲突假设A i和B j的所有信度函数乘积之和,所谓冲突假设A i和B j,是指假设的目标模式A i和B j在@不可同时存在,即相互排斥的。

此处表示空集,式(8)中A指假设的目标模式A i和B j布尔组合的一个综合命题,A的信度函数值m(A)是包含不冲突假设A i和B j的所有信度函数乘积之和。

3.3　故障判定规则故障决策一般遵守以下规则:①判定的故障类型应具有最大的信度函数值,并要大于某一阀值。

②判定的故障类型和其他类型的信度函数值之差要大于某个门限。

③不确定故障函数值必须小于某个门限。

④判定故障类型的信度函数值要大于不确定信。

4　结论利用一种信息有时可判断电子设备的故障,但在许多情况下,由此得出的诊断结果不一定可靠。

采用D-S证据理论信息融合技术将来自传感器的各种故障信息进行融合,作为电子设备故障诊断的判据,克服了单一信息诊断的片面性和孤立性。

实践证明,基于D-S证据理论信息融合的电子设备故障诊断技术的进一步发展和完善,可以有效地克服目前电子设备故障诊断过程中存在的片面性和不确定性,保证得到更全面、更准确的故障诊断信息,实现对电子设备故障的正确诊断,促进电子设备故障诊断技术的长远发展。

参考文献[1]史铁林,王雪,何涛等.层次分类诊断模型[J].华中理工大学学报,1993,21(1):6～12[2]黄瑛,陶云刚等.D-S证据理论在多传感器数据融合中的应用[J].南京航空航天大学学报,1993,31(2): 172～177[2]罗志增等.应用模糊信息融合实现目标物的分类[J].仪器仪表学报,1999,20:401～404[3]何友等.多传感器信息融合及应用[M].北京:电子工业出版社,2000[4]A l ouani A.T.,R ice T.R.Op ti m a lM u lti-senso r T racFu-sion[J].SP I E,1994(02):327～334[5]Luo R C.SCherp R S.D ynam ic m ulti-sensor da t a f usi onsyste m for inte lligent robo ts[J].IEEE I Robotics and A u-toma tion,1998(4):386～396[6]牛志一.现代化战争中的多传感器信息融合技术研究[J].计算机与信息技术,2006,(03):71～73(上接第49页)系统提供了一种具有实用价值的控制系统。

如图3所示,网络系统由制造自动化、C AD/ C AM、M I S等子网络、大型集团级数据库以及市场与营销网络组成,其中,制造自动化子网络按照制造自动化协议(M anufacturing Au t o m atic Protoco l)构建成MAP网,CAD/C A M和M I S子网络则按照技术和办公自动化协议(TechnicalO ffice Protoco l)联成一体,组成TOP网。

相关子网络和数据库通过集团网络连成一个有机整体,并借助于Inter net网络与市场营销网络相联,以掌握市场信息和产品销售情况,及时反馈给TOP网,随时调整生产计划。

图3展示了一种实用价值较高的典型拓扑结构,它是通过集团内部网络和I nte r ne t网络将流行的MAP网、TOP网等巧妙地结合在一起,具有结构清晰、功能明确、涵盖全面、技术先进、易于实现等特点。

4　结论将计算机集成制造多级分布式控制系统按照管理权限和实际功能分为集团、营销、工厂、车间、设备等五级,并明确划分各部分的职责和功能,为构建具有实用价值的计算机网络系统奠定了基础。

采用目前流行的Interne t、MAP、TOP等技术实现的计算机网络结构已用于大型集团和企业,取得了良好的经济效益。

参考文献[1]刘延林.柔性制造自动化概论[M].武汉:华中科技大学出版社,2001,10:87～88[2]吉田嘉太郎.FAの現狀と將來[J].應用機械工學,2003,8:5～8[3]牧野洋.自動組立ツステムの動向[J].精密工學會誌,2003,63(11)153第35卷(2007)第8期 计算机与数字工程 Com pute r and D i g ital Eng i n ee r i n g I ndex(Vo.l35No.8)i n Ad hoc ne t w o rks.K ey word s　Ad hoc net w o rks,s i n g le-path rou t i n g, com par i s on(Page:23)App licat i on of Three-d i m en sional Emu lati ng M ode l to the D a maged O b jects by　Tang Qi Ab strac t　Dumm y battle fie l d i s the v is u al p l a t f o r m o f ap-p ly i n g o fm ilitary e m u l a t i o n.T h is art i c le ana lyses the key techn i q ue o f app ly i n g co mm on du mm y techn i q ue to spe-c if i c dumm y battle fi e ld.It d iscu sses the w ay o fm ode li n g o f th ree-dm i ens i o nal ob jects.It a lso theo ret ically analy-se s the a lte rnat i v e ope rat i o n be t ween ob j e ct m ode li n g and em u lat i n g node i n e m u l a t i o n.And fi n ally,it resear-ches the m i p l e m en tat i o n p rocedu re o f D I S com b in i n g dy-na m i c g raph i c d isp lay i n g.K ey word s　D I S,ob j e ct m ode li n g,v i s ua lm ode ling,sm i u-lat i o n m ode l,eva l u at i n g(Page:26)P i geonh ole Pr i nc i p le and App licati on by　He Chun Ab strac t　The p i g eonho le pr i n c i p le is a m i po rtant p r i n c i-p le in com b i n a tor i c s.Th is art i c l e i n troduces its app li c a-t i o ns and sum s up som e o f them and ana lyses how to i n struct d ra w e r acco r d i n g to the question.K ey w ord s　p i g eonho le p r i n c i p le,d ra w e r,dra w e r con fo r-m at i o n,e le m en t(Page:28)Face R ecogn ition B ased on I mp roved LDA A l gor ithmby　Qi X ing m i n Ab strac t　Th is art i c l e g i v es a new a l g o rith m o f face rec-ogn it i o n based on LDA fo r face recogn iti o n.It ove r-com es the weakness o f the trad iti o na l LDA a l g o r ith m by rede fi n i n g the m atr i x be t w een sa m p l e s and the F ishe r ru les.Thus the m ost m i po rtan t i n fo r m at i o n is rese rved and the recogn it i o n rate i s m i p r oved.The test resu lt also show s th i s a l g o r ith m i s feasib l e and it has a h i g he r recog-n iti o n rate co m pared to t rad it i o na lw ay o f PCA+LDA.K ey word s　LDA,PCA,recogn it i o n rate,m atrix be-t w een sa m p l e s,m atr i x w ith i n sa m p l e s(Page:31)A l gor ithm s of R etrieval Syste m by　R en Zhen Ab strac t　The search f o r m u la i s a k i n d o f add ress wh i c h i s spec i a lly des i g ned fo r v i s it i n g search eng i n e database. Fu ll te xt search i n g eng i n e p l a ys an m i po rtan t ro l e i n sc i-en tifi c and techn ical docum en t re tri e val because it pro-v i d es the m ost extens i v e w ide o f i n fo r m ation and enab l e fu lly to response key w o rds en te red by u s e rs.T h is tech-no l o g y i s am i ed at ana lyz ing and search i n g o f eve ry w ord i n the f u ll text and ob ta i n i n g fu ll con ten ts o f an article. The re f o re,it prov i d es the g reat conven ience to R＆D.K ey word s　fuzzy search,search f o r m u late,que ry func-t i o n(Page:33)R esearch on Serv i ce-O r i en ted A rch itecture ofW eb H et-erogeneous D ata Integration by　W u Dandan Ab strac t　Research on he te rogeneous data i n teg rati o n us i n g trad it i o nal m i d d le w are te chno l o gy has got g reat a-ch i e ve m en t,howeve r,there a r e st ill som e p r ob l e m s: (1)requ irem ent fo r sm i ilar system s,(2)unab l e to go th rough firew all w e ll,(3)inte raction be t w een d iffe rent co m ponent m ode ls.W e i n troduce w eb se rv i c e techno l o-gy i n th i s pape r,prom o te a m ethod f o r hete rogeneous date i n teg rat i o n u sing web se rv i c e,then g ive a se rv i c e-o r i e n ted a rch itecture fo r w eb he te rogeneous data inte-g rat i o n.It can so lve the above th ree p rob l e m s be tte r than trad it i o na lm i d d l e w are techno l o gy doe s.K ey w ord s　hete rogeneous data sou rce,data i n teg ra-t i o n,w eb se rv i c e,w eb data,X M L(Page:35)Stru ts Fra m ework and the R esearch of its App li cationby　Shen Z hi wei Abstract　De sign i n g m ode l is m o r e and m ore w ide l y u sed i n pro j e ct and M VC i s an m i po rtant des i g n i n g m ode l i n so ft w are deve l o pm ent.Stru ts i s an m i p le m en t o f M VC des i g n ing m ode.l Now it is a popu l a r fra m ew ork to deve l o p w eb app licat i o n.Th i s paper b ri e fly presen ts M VC de sign i n g m ode l and i n troduces t w o JSP m ode l s ever appeared,then d iscusses the co m pos i n g and bas i c pr i n c i p le o f Stru ts fra m e w o rk and p resen ts an app li c at i o n exa m p l e.K ey word s　M VC design i n g m ode l,S truts,fra m e w o rk, W eb app l i c at i o n(Page:38)Para llel R eal-ti m e V ideo Processi ng B ased on M u lti-DSP s Syste m by　Z hu M ei neng Abstract　The featu re o f v i d eo p rocess i n g dom a i n i s the l a r ge num be r o f data and real-tm i e requ ire m en t.I n o r-de r to m eet the dem ands o f d i g ita l v i d eo si g na l p r ocess-i n g,th is pape r proposed a paralle l process i n g syste m based on m u lt i-DSP and FPGA.The system can be r ea l -tm i e,h i g h-speed and f l e x i b le hand ling var i o us f o r-m ats o f v i d eo and m i age data.K ey w ord s　para ll e l process i n g,v i d eo p rocessi n g,m u lti -DSP syste m,L inkPo rt(Page:41)Design a H i gh-avail ab le C l u ster Syste m w ith O penSSI and DRBD by　Gong N i an Abstract　W ith the sca l e o f h i g h pe rfo r m ance paralle l co m pu t i n g syste m s beco m i n g larger,the fau lt p robab ility o f ha r dw are i n the se system s i s i n creased.As a resu lt, issues o f fau lt to le rance and re li a b ility are becom ing lm i it-i n g facto rs on system scalab ility.Th i s pape r app roaches a new m e thod fo r des i g n i n g a h i g h-ava ilab le cluste r sys-tem w ith O penSSI and DRBD.The c l u ste r syste m e ffec-t i v e l y h i d es the arch itectu re o f c l u ste r,conven iences to u se and m anage m en t,and m i prove s its pe rfo r m ance, re l i a b ility and ava il a b il ity.K ey w ord s　DRBD,O penSS I,LVS,SS I,root fail o ve r(Page:45)Research on M u ltil evel D istri bu ting Con trolli ng Syste m i n CI M S by　Z hou Z haohui2I ndex(Vo.l35No.8) Com pute r and D ig ita l Eng inee r i n g Ab strac t　Th is thes is rea li z es spec i a l leve l structu re and ne t w o rk system o f m u ltil e ve l d istribu t i n g contro lling sys-te m based on research i n g on C M I S.The structu re and system have m ade a new k i n d o f m ode l fo r m u ltil e ve l d i s tr i b ut i n g con tro lli n g system i n CM I S.K ey word s　C M I S,m u lt ileve l d istribu t i n g con tro lli n g, com pu te r ne t w ork,M AP,TO P(Page:48)An O n tol ogy-based K no w ledge Base to Supp ort T e l eco m En terpr ise Syste m Integrati on by　Yang You li ang Ab strac t　W ith the i n tense com pet it i o n o f the te l e co m en te rpr i s e s,it m i po rtant to m ake the qu i c k ly respond to the m arket and construct a h igh e ff ect i v e m anage m en t o f the bus i n ess proce ss.Th i s pape r use three onto l o gy spaces to bu il d a fra m ewo rk o f an onto l o gy-based know l e dge base to suppo rt te l e com en te rp rise syste m i n tegra ti o n,use th is know l e dge base to reuse the sys-te m co m ponent e ffect i v e and reso lve the i n te rope rati o n p rob l e m o f d iffe r en t system.K ey w ords　on to logy,BPR,descr i p t o f co m ponen t, system i n teg rate(Page:50)R esearch of the Basic C o m ponen ts i n Da ta D istr i bu tion S ervice Sp ecif i cation by　Cheng X i ong Ab strac t　To m eet be tter the requ ir em en ts to acqu ire r i g ht data at r i g h t p lace in right tm i e i n d ist ri b u ted real-tm i e syste m,the ob ject m anage m en t g r oup(OM G) p ro m u l g ates data d ist ri b u tion se rv ice fo r real-tm i e sys-te m spec if i c at i o n(DDS)i n decem be r,2004.DDS is the f irst co m p rehen sive spec if i c ati o n ava il a b l e fo r“pub lish-sub scribe”data-cen tric de si g ns.Th i s pape r deep ly stud i e s the DDS spec if i c at i o n,presen ts its bas i c co m po-s it i o ns,and ana lyzes the pub lish-subscr i b e m ode l o f DDS basic co mm un icat i o n m ode l,bes i d es,the pape r al-so d iscusses the t w o i n te ract i o n styles based on the pub lish-subsc ri b e m ode.l I n the end,the pape r expat i-ates the ro le and the f unct i o na lity and re lation sh ips o f ev-e ry en t ity de fined i n DDS.K ey word s　d istribu ted real-tm i e syste m,DDS,pub li s h -sub scribe arch itectu re,top ic(Page:53)S tudy of C lass T est O rder by　X ie J i n Ab strac t　Th is pape r d i s cusses t w o comm on m e thods o f i n teg rat i o n testing:T a.i Dan i e l m e thod and B r i a nd m e thod.Then,it am i s at the ir d i s advan tage:neg l e cti n g assoc i a t i o n and l o w ly e ff i c i e ncy.It presen ts the m e thod o f i n cre m en ta l c lass te st i n g fro m a c lass test o rde st, acco rd ing to the c l a ss testing o f ADS,it va li d ate its ad-vantage.K ey word s　integ rat i o n test,c l a ss te st i n g,stat i c depend-ency,dyna m i c dependency(Page:57)S MO Para m e ter Select i on Based on Subsec ti on L ayer Ap-proach by　Xu Su m ei Ab strac t　Suppo rt vecto r m ach i n cs(SV M s)has a l o wrunn ing rate.Sequen tial m i n m i a l op tm i izat i o n(S M O)i s one i n e ffic i e nt SV M s m i proved m e thod.Co m b i n i n g the advan tages o f g ri d search m ethod and t w o-li n e search m e thod,th i s pape r use s sub secti o n laye r app roach w ay to se l e ct penalty para m e te r C and ke rne l pa ra m ete rσ2. Expe rm i en ts pe rfo r m on t w o random datas,sho w ed that S MO has the sa m e gene ra li z ed recogn ition rate but are m uch bette r on runn i n g rate aga i n st trad it i o nal SV M s, bo th w ith the best para m e te rs.K ey words　suppo rt vecto r m ach i n cs,pena lty para m e-te r,RBF ke rne l,sequen tial m i n m i al op tm i izat i o n,para m e-te r se l e ct i o n(Page:60)Research ab ou t Datab ase A ccess E ngi n e Technology Based on the SQL State m ent Au to m ati c A sse mb lyby　Chen Z hen Abstract　Th is pape r i n tends to study the eng i n e tech-no logy o f database access,proposes des i g n though t o f database access eng i n e techno l o gy based upon the SQ L autom at i c assem b ly,and deve lops database access en-g i n e p rog ra m based upon the SQL autom at i c ass em b ly. The research and the app licat i o n i n d icate that the use o f DAE too l pack carry i n g on the deve l o pm ent,sped up the pro ject deve l o p m en t speed,enhanc i n g the robustness and the m a i n ta i n ab ility.K ey w ord s　database,eng i n e,DAE,bu il d i n g SQ L state-m en ts,RDO(Page:62)A N ovel AODV w ith Act i ve L ink Repair Protoco lby　J iang Guox i ng Abstract　Th i s pape r pre sen ts a new AO DV-ALR rou-t i n g p rotoco l w h ich m ake s used o f node redundance in M ANET to r epa ir l i n k-b r eak.Node s ge t loca l topo l o gy by ove rhear i n g the data packe ts tran s m iss i o n o f the ir ne i g hbou rs,and i n fo r m the sou rce node if it cou l d be-co m e the backu p next-hop node.W hen link b r e aks node need no t b r oadcast RREQ.It s w itches to the back-up next-hop node to comm un i c ation.The resu lts o f NS2sm i u l a t i o n show that the a l g o r ith m pe rfo r m s w e ll in d iffe ren t d yna m ic scenarios.K ey w ord s　AODV,li n k repair,M ANET(Page:65)Set up JSP W EB Server B ased on W i ndo w sby　Hao Haifeng Abstract　The pape r descr i b es the deve lop m en t o f JSP、Apache、To m cat、M ySQL,and com pares the f unct i o n o f Tom cat and Apache as W EB se rve r.A t the sa m e tm i e, the pape r g i v es a part i c u lar de scr i p ti o n o f ho w to set up JSP W EB se rve r w ith JDK+A pache+Tom cat+M ySQ L based on W indow s,i n c l u d i n g the so ft w are i n sta ll a t i o n、con fi g u re and con fo r m ity.K ey w ord s　JSP,Apache,To m cat,M yS Q L,Se rve r(Page:68)Research of U ser Pr i v ilege M anage m en t for D i g ital Ca m-3。