黃 睿，涂海寧，陸 遠(yuǎn)

(南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，南昌 330031)

基于Silverlight的NC工藝集成管理方案研究

黃 睿，涂海寧，陸 遠(yuǎn)

(南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，南昌 330031)

針對工藝數(shù)字化，基于WCF的服務(wù)構(gòu)架，結(jié)合Silverlight富客戶端技術(shù)，研究與實(shí)現(xiàn)了NC工藝集成管理方案。解決以往NC管理系統(tǒng)中無程序版本管理，文件存儲(chǔ)混亂，權(quán)責(zé)不明確等問題，集成各種工藝資源，提供可視化智能工藝編制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中工藝信息的有效管理，增強(qiáng)工藝資源的有效利用率，促進(jìn)工藝編制過程向柔性化、規(guī)范化、集成化、智能化方向發(fā)展，以提高車間生產(chǎn)組織的靈活性、自動(dòng)化程度以及企業(yè)生產(chǎn)效率。

NC管理;Silverlight;WCF

0 引言

隨著工藝設(shè)計(jì)與管理水平的不斷提升，以及計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)及數(shù)控技術(shù)自身的發(fā)展，采用單機(jī)運(yùn)行的CNC設(shè)備逐步被將設(shè)備有機(jī)集成的DNC系統(tǒng)替代，同時(shí)以相對“孤立”的文件存儲(chǔ)形式為主的NC工藝管理模式已不適應(yīng)當(dāng)前這種集成環(huán)境下的管理機(jī)制?；谏鲜鲈颍簧賹W(xué)者做出了相關(guān)研究，例如基于Jbuilder9.0集成開發(fā)環(huán)境的數(shù)控機(jī)床組網(wǎng)平臺(tái)的構(gòu)建［1］，網(wǎng)絡(luò)制造實(shí)驗(yàn)室DNC系統(tǒng)通信技術(shù)研究［2］，VC++6.0開發(fā)環(huán)境下基于以太網(wǎng)的DNC系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［3］等。但研究過程中多將關(guān)注焦點(diǎn)放在放在接口技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等方面，或者實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段上與用戶的交互不夠靈活智能。本文針對數(shù)控加工工藝特點(diǎn)，結(jié)合Sliverlight技術(shù)，重點(diǎn)針對工藝數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，將底層生產(chǎn)設(shè)備和上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)的信息結(jié)合起來構(gòu)建NC工藝集成管理方案。不僅提供程序雙向傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，同時(shí)擴(kuò)展工藝管理、智能化工藝資源環(huán)境搭建、工作平臺(tái)可視化及數(shù)據(jù)追溯和分析等功能，以滿足現(xiàn)代化車間對生產(chǎn)集成化、智能化、規(guī)范化及高效化的需求。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 Silverlight富客戶端技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得應(yīng)用程序的Web化趨勢不斷增強(qiáng)。用戶已經(jīng)不能滿足于僅僅提供簡單信息發(fā)布形式的客戶端，而支持多種媒體豐富表達(dá)的RIA(rich internet application，富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序)技術(shù)的出現(xiàn)很大程度上滿足了用戶對客戶端要提供更豐富的展示、更靈活的操作與更智能化的用戶交互體驗(yàn)等功能的需求。而Silverlight以其編程語言的統(tǒng)一性、UI模型的豐富性、以及與.NET平臺(tái)的良好集成性等諸多優(yōu)勢成為多種富客戶端技術(shù)中較好的選擇之一。同時(shí)，其支持跨平臺(tái)運(yùn)行、能夠?qū)崿F(xiàn)與數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)綁定、面向?qū)ο蟮木幊趟枷氲忍匦砸矠樘岣遅eb應(yīng)用開發(fā)效率提供了很大幫助。

1.2 基于WCF的服務(wù)架構(gòu)

WCF(Windows Communication Foundation)是Microsoft為構(gòu)建面向服務(wù)的應(yīng)用提供的分布式通信編程框架，是微軟對一系列產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義的實(shí)現(xiàn)，其中包括服務(wù)交互、類型轉(zhuǎn)換、封送(Marshaling)以及對各種協(xié)議的管理等。它的應(yīng)用有助于開發(fā)人員構(gòu)建跨平臺(tái)、更安全可靠和支持事務(wù)處理的企業(yè)級互聯(lián)應(yīng)用解決方案。基于上述優(yōu)點(diǎn)，方案采用SOA(Service-Oriented Architecture面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu))的思想，基于WCF服務(wù)框架，將各類具體的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換為一組相互鏈接的服務(wù)或可重復(fù)業(yè)務(wù)任務(wù)，從而構(gòu)建一個(gè)完全開放透明的工藝準(zhǔn)備平臺(tái)(如圖1所示)，把各種業(yè)務(wù)封裝在服務(wù)中，通過服務(wù)代理發(fā)布出去，無論用戶是何種客戶端都能方便的進(jìn)行調(diào)用(在安全認(rèn)證的基礎(chǔ)上)，實(shí)現(xiàn)了真正的跨平臺(tái)，為系統(tǒng)間集成提供了良好的基礎(chǔ)。

圖1 基于WCF的服務(wù)架構(gòu)

1.3 基于Windows服務(wù)的文件監(jiān)管機(jī)制

傳統(tǒng)的NC工藝管理方式是基于一種跨域的訪問機(jī)制，即在服務(wù)器上部署一個(gè)ASP.NET應(yīng)用程序，在系統(tǒng)應(yīng)用中嵌入這個(gè)應(yīng)用程序的一個(gè)頁面，通過運(yùn)行該頁面的程序，讀取和寫入NC代碼文件。這種方式存在以下幾個(gè)問題:①當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境發(fā)生變更時(shí)，例如服務(wù)器更換了IP地址或者更換了帳號密碼，系統(tǒng)應(yīng)用程序需要重新進(jìn)行訪問連接配置;②由于是跨域訪問，權(quán)限驗(yàn)證問題難度較大，難以處理。NC工藝集成管理方案以數(shù)據(jù)庫作為集成基礎(chǔ)，所有權(quán)限的驗(yàn)證可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的“人員——角色——權(quán)限”表來完成，當(dāng)系統(tǒng)用戶上傳文件后，系統(tǒng)將文件以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式寫入數(shù)據(jù)庫中，而安裝在服務(wù)器端的Windows應(yīng)用服務(wù)以輪詢的方式獲取當(dāng)前最新數(shù)據(jù)更新情況，將最新的文件寫入到指定的物理路徑上，再清除數(shù)據(jù)庫中的臨時(shí)二進(jìn)制文件數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)庫集成的形式，可以有效的提升文件傳輸及管理過程的問題。

2 方案總體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

基礎(chǔ)設(shè)置模塊:通過對“用戶——角色——權(quán)限”信息的設(shè)置來完成系統(tǒng)權(quán)限驗(yàn)證的功能;對加工中心及其他系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置為之后系統(tǒng)各項(xiàng)功能的運(yùn)行提供準(zhǔn)備條件。

NC文件管理模塊:對NC文件進(jìn)行不同操作后產(chǎn)生的程序進(jìn)行校驗(yàn)并由系統(tǒng)自動(dòng)記錄版本變更信息，并更具設(shè)定規(guī)則動(dòng)態(tài)生成新的版本號，同時(shí)也為后續(xù)NC文件日志化管理提供一定的查詢依據(jù);同時(shí)為用戶提供加工中心可視化選取、工作流可視化配置等功能。

數(shù)控工藝管理模塊:包括數(shù)控工藝任務(wù)分配、過程管理及資源集成，實(shí)現(xiàn)工藝編制的智能化;并支持多人在線工藝審核。

工藝資源查詢:集成現(xiàn)有的刀具資源清單、工裝資源清單、加工中心資源清單及工藝資源綜合清單，并提供數(shù)據(jù)穿透式查詢功能。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

方案擬在每個(gè)數(shù)控設(shè)備配置電腦終端，操作員可在終端上掃描刀具、工裝資源信息，獲取零件工藝路線信息，播放仿真視頻，獲取及編輯NC代碼等操作。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 方案的具體實(shí)現(xiàn)

3.1 NC代碼日志化管理

每次上傳/下載NC代碼文件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄當(dāng)前操作人、操作時(shí)間、被操作文件名等信息;當(dāng)NC代碼文件發(fā)生借出/歸還時(shí)，系統(tǒng)記錄相應(yīng)借出歸還信息，用戶可根據(jù)實(shí)際加工情況，將符合加工要求的NC文件借用到其他加工中心上，系統(tǒng)則自動(dòng)記錄由此產(chǎn)生的版本變動(dòng)信息，并根據(jù)版本號產(chǎn)生設(shè)定規(guī)則自動(dòng)生成新的版本號，并將以上記錄以及相關(guān)工藝按照工藝路線號、工序號、版本號分別存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫的各明細(xì)表中，可作為數(shù)據(jù)回溯查詢的重要依據(jù)，為不同版本程序比較校驗(yàn)提供了條件。

另一方面，系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)查詢數(shù)據(jù)庫讀取最新版本信息，將相關(guān)工藝文件從數(shù)據(jù)庫中通過BLOB文件處理技術(shù)將以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)的工藝文件轉(zhuǎn)換成實(shí)體文件寫入指定物理路徑，并將舊版本文件信息完全覆蓋，避免數(shù)控程序保管混亂以及相關(guān)工藝文件(如刀具、夾具清單、三維模型圖等)容易混淆的問題。同時(shí)提供嚴(yán)格的數(shù)控文件訪問權(quán)限機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對NC代碼文件的讀寫權(quán)限管理;只有當(dāng)?shù)卿浻脩艟哂性L問某一個(gè)文件的權(quán)限時(shí)，才能訪問該文件;根據(jù)訪問級別不同，可分為:只讀、可修改、可刪除、可創(chuàng)建這四種權(quán)限。通過“傳輸”—— “存儲(chǔ)”—— “應(yīng)用”三個(gè)層面上的嚴(yán)格管理，實(shí)現(xiàn)NC代碼文件的規(guī)范化管理。

3.2 提供集成化、智能化、工藝編制界面

方案以工藝任務(wù)為主線，充分利用各類工藝資源，將數(shù)控工藝編制過程產(chǎn)生的信息有效的管理起來，并反饋給CAPP用戶。用戶可通過平臺(tái)查看由CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)控編程工藝任務(wù)，接收任務(wù)后，在系統(tǒng)的中完成數(shù)控編程任務(wù)，并提交任務(wù)信息。系統(tǒng)提供豐富的工藝任務(wù)查詢功能，管理者可以掌握當(dāng)前數(shù)控工藝編制的情況、任務(wù)工作量以及任務(wù)完成進(jìn)度等信息。在集成刀具管理系統(tǒng)、CAPP系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提供數(shù)控工序的編制界面，提供智能化刀具、工裝選取功能(如圖4)。用戶可在一個(gè)統(tǒng)一的界面上將數(shù)控文件、所需刀具、工裝信息錄入系統(tǒng)中。

圖4 刀具選取彈出界面

用戶可將仿真結(jié)果(加工過程仿真視頻)通過上傳到服務(wù)器上(或者將已有信息從服務(wù)器下載到本地)，通過與CAPP系統(tǒng)的集成，工藝部設(shè)計(jì)人員可以方便地查詢到任何一道數(shù)控工序的NC代碼和加工仿真結(jié)果，為制定更為合理的工藝路線提供了依據(jù)。

圖5 NC代碼/仿真視頻上傳、下載及修改彈出界面

另外，在數(shù)控工藝編制過程中，系統(tǒng)還提供刀具、夾具、設(shè)備等工藝資源信息的可視化查詢選取。當(dāng)用戶發(fā)出查詢請求時(shí)，系統(tǒng)將提供車間平面布局圖，用戶可直接點(diǎn)選機(jī)床設(shè)備，系統(tǒng)將顯示該設(shè)備的明細(xì)信息以及該設(shè)備內(nèi)目前存儲(chǔ)的刀具信息;用戶也可通過圖號、名稱、規(guī)格等信息快速查詢到目前車間內(nèi)是否存有符合查詢條件的刀具，系統(tǒng)將自動(dòng)定位該刀具的位置(例如存放在某個(gè)加工中心內(nèi)或者存放在某個(gè)立體庫的單元格內(nèi))。

在數(shù)控工藝編制結(jié)束后，系統(tǒng)可根據(jù)用戶設(shè)定的驗(yàn)證規(guī)則，自動(dòng)校驗(yàn)當(dāng)前工藝是否符合標(biāo)準(zhǔn)，有無缺項(xiàng)或遺漏的信息，例如有無加工仿真視頻、NC代碼文件、刀具清單等相關(guān)工藝信息。根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果反饋給用戶。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及工藝信息可溯化

系統(tǒng)提供多層級、多角度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，針對工藝任務(wù)完成進(jìn)度、質(zhì)量、數(shù)量等情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。并且，針對項(xiàng)目信息、BOM信息、工藝路線信息、工序信息等重要工藝信息，系統(tǒng)提供修改痕跡可追溯功能。即系統(tǒng)管理者可以方便地查詢到某條數(shù)據(jù)時(shí)由何人何時(shí)更改，這便于明確責(zé)任，保證工藝編制質(zhì)量。對于重要工藝信息的刪除操作，系統(tǒng)提供相應(yīng)的日志記錄功能，從而形成工藝信息的可溯化。

4 結(jié)束語

NC工藝信息作為工藝系統(tǒng)中十分活躍的生產(chǎn)要素，與生產(chǎn)中的各部分緊密相關(guān)，貫穿整個(gè)生產(chǎn)過程，并直接影響到生產(chǎn)進(jìn)程。實(shí)現(xiàn)NC工藝信息的有效管理，可提高工藝資源的利用率，增強(qiáng)生產(chǎn)中各項(xiàng)指標(biāo)之間的協(xié)同能力，有效縮短生產(chǎn)中的非加工時(shí)間。本文提出的基于WCF服務(wù)架構(gòu)，結(jié)合Silverlight富客戶端技術(shù)的NC工藝集成管理方案對實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)字化，提高生產(chǎn)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義并在企業(yè)中得到運(yùn)用。

［1］于桂君，馬曉娜.數(shù)控機(jī)床組網(wǎng)平臺(tái)及工作站控制器軟件設(shè)計(jì)［J］.邵陽學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，7(1):44-47.

［2］楊延清，任祖平.無線Intranet的網(wǎng)絡(luò)制造實(shí)驗(yàn)室DNC系統(tǒng)通信技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2008(8):34-37.

［3］吳飛，吳春華，江征風(fēng).基于以太網(wǎng)的DNC系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2005(2):4-6.

［4］祝朋，田錫天，黃利江，等.基于單一數(shù)據(jù)源的廣義DNC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2008(6):45-48.

［5］任銳，白潔.DNC系統(tǒng)的實(shí)施與集成應(yīng)用［J］.制造業(yè)信息化，2009(5):127-129.

［6］洪永強(qiáng)，陳永波，蔣紅霞.異構(gòu)數(shù)控設(shè)備DNC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2003，24(z2):326-328.

［7］王時(shí)龍，孫命，陶桂寶.DNC系統(tǒng)設(shè)備組動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)的研究［J］. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2000，36(12):81-84.

NC Process Integrated Management Based on Silverlight

HUANG Rui，TU Hai-ning，LU Yuan
(School of Mechatronic Engineering，Nanchang University，Nanchang 330031，China)

Oriented to process digitized and based on Windows Communication Foundation，NC process intergrated management have been studied and implemented with Silverlight rich client technique.Solve several problems of previous systems including:no management of NC program version，disordered file storage，uncertainty of authority and responsibility.Intergrate a variety of process resource and offer a visual platform for intelligent process planning aiming at realizing the effective management of process information in the modernization process of production，enhancing the effective utilization of process resource.Promoting the process planning to the direction of flexible，standardized，integrated and intellectualized is one of its effects too.And it can also increase the flexibility，the degree of automation of plant and enterprise production efficiency.

NC management;silverlight;WCF

TP273

A

1001-2265(2012)02-0105-04

2011-06-09

黃睿(1988—)，女，江西撫州人，南昌大學(xué)碩士，研究方向?yàn)镃AD/CAM制造業(yè)信息化，(E-mail)realbaby@live.cn。

(編輯 李秀敏)