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畢業(yè)設計 (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 學 號： 外文出處： 1991, 附 件： 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 附件 1：外文資料翻譯譯文 數(shù)控系統(tǒng)和 他們是同一個機器工具？ 摘要 計算機數(shù)控控制器（數(shù)控） 設計傳統(tǒng)方法為將該體系結構劃分為三個部分，分別為： 可編程邏輯控制器（ ，一個黑匣子，可以稱為 數(shù)控裝置執(zhí)行器 （ 一個包括 控制器和 控制軸的綜合實體。本文闡述了該結構的缺點，然后提出 一種新 的 數(shù)控系統(tǒng)。 我們得出結論，即 過是一個發(fā)展的 置。 體系結構 可編程控制器的 結構傳統(tǒng)上有兩個部分組成： 控制臺和執(zhí)行 機構。 控制臺 為操作員 提供了一個 “ 人機界面 ” 來進行交互式設計編程，并且由于這個原因，它 不受實時限制。 執(zhí)行機構 控制基本任務 的調度，該任務能夠 使得 行 工作并且確保相關的的時限。執(zhí)行機構啟動和管理不同的周期性的循環(huán)動作。控制臺的目的是“人機界面”而執(zhí)行機構 目的 是“調度”。 在大多數(shù)情況下，可以指出 ， 主要目的是獨立工 作，也就是說， 不用控制臺 。 數(shù)控 裝置運用 使用 從所有機床應用 中主要呈現(xiàn)三種使用類型： 本 地 使用，直接數(shù)字控制 使用和遠程使用。 在本地使用中，操作員就站在 機床 附近 。 他直接輸入命令，并 通過控制 旋鈕和按鈕， 來 控制機床和加工過程。 他也 可以創(chuàng)建和編輯工具描述 器 和部分程序， 就是那 些最新的 控代碼或類似的代碼 程序 。 零件的 設計和輔助制造 在本文也可以實現(xiàn)，盡管 這些工作 可能不是很適合 機床周圍比較差的環(huán)境 （如噪音，高溫，多塵） 。 直接數(shù)字控制 使用增加了下載（上傳） 主機 文件功能部分，主機集中了各部分程序，即 可以被看作是一個 文件服務器 ; 那些操作仍讓受控于處于機床旁邊的一個操作員。 在某些情況下， 需提供一個郵件服務器，使得 遠距離的操作員之間可能用郵件聯(lián)系彼此。 這種 了能夠將零件程序和工件描述器傳送給文件服務器外，其使用類型與本地數(shù)控系統(tǒng)基本相似。 第三類 使用 主要集中 于 靈活 生產 和自我維護說明。 它 能夠對數(shù)控裝置 提供一個充分遠程 控制。數(shù)控系統(tǒng)必須管理和 檢測 工具和部件 。一方面 來發(fā)送收集 到的充分內部信息，該信息報告了 置操作的狀態(tài)。另一方面 來 接收控制命令 ，最后與外部設備保持同步。 所有這些新功能包含了一些重要問題 ，那就是 創(chuàng)造 出新 的機會來確定新的概念，如，“ 工作 觀念”，但是這不是這篇文章的主要目的，所以這里就不做介紹了。從第三類使用中， 得到一個非常重要的事實就是在柔性制造中，數(shù)控系統(tǒng)的人機界面不是特別有用，因為人機界面只是 操作員 用來進行設備維護的。事實上， 在柔性制造環(huán)境中，數(shù)控系統(tǒng)需要操作的重要部分是執(zhí)行部分。 現(xiàn)在我 們 可以說，我們的主要目標是 建立這樣的一個結構框架，該框架能夠完成這三類使用所有的需求。 數(shù)控設計 修訂 ：雙實體結構 基于上文開發(fā)系統(tǒng) 考慮 ，本文 把整個 數(shù)控系統(tǒng)體系結構 分成兩個部分：控制臺和執(zhí)行部件?？刂婆_的目的是用作一個復 雜的人機界面或者演變終端。執(zhí)行機構的目的是控制加工過程。嚴格的說， 在柔性制造環(huán)境中，執(zhí)行裝置的 存在 不是必須的。事實上， 置控制和決策的智能都集中在執(zhí)行機構中， 因此 創(chuàng)建了 一種只有一 關和緊急停止按鈕 的 黑匣子。 控制臺的基本要求 包括 下列的功能： ? 顯 示加工參數(shù)。 ? 在數(shù)控的 碼 中 創(chuàng)建，顯示和編輯部分編寫的程序。 ? 創(chuàng)建，顯示和編輯工具描述符 。 ? 為 零件 程序 提供 輔助 圖形工具。 ? 以 永久的方式（硬盤）存放的 部分 程序和工具描述 符 。 ? 調整輔助設備的自動裝置和顯示它們的狀態(tài)（ 在數(shù)控配置階段 ）。 ? 調整 主 軸 控制器 的 參數(shù) 。 ? 設置執(zhí)行部分 的 配置參數(shù)。 ? 在執(zhí)行機構中加載一項任務。 ? 顯示和存儲 將要分析 的統(tǒng)計資料。 ? 執(zhí)行預定義的測試程序 為了產生一個執(zhí)行機構的診斷模式，為了以后可以追蹤已報告過的問題。 ? 打印所有顯示或儲存的信息 。 建立一個 控制器的最可行的 方式是 選擇一個 微處理器 ， 即， 它的操 作系統(tǒng)和圖形工具箱提供的服務 ， 能夠 足夠的用軟件來滿足上述要求。作為一個單獨的 部件 ，為了能夠跟隨新進程（例如新的人機界面概念）和新的科技技術（如，可以增加性能的新的硬件結構）， 控制臺 應該 可以很容易 獨立的升級 。 此外，設計通用控制臺的第一步是 使 控制臺獨立 。 這種狀況下的分析和對錯誤的診斷沒有進行錯誤分析的基礎上， 我們可以說控制臺 所扮演的角色對于數(shù)控裝置來說和對與 說它們的作用是相同的。 執(zhí)行部件包括所有操作的所有功能，這些操作需要在一個 靈活的制造環(huán)節(jié)中工作，在這個環(huán)境中，機器工具以一種獨立的方式工作。 就是說，沒有操作員和工作臺 。 更確切的說，執(zhí)行機構的功能是共同承擔三項基本要求： 執(zhí)行要求： ? 把部分 數(shù)控 碼 的程序翻譯成易于理解的中間代碼，且 可以通過工具校正器來實現(xiàn)。 ? 為了考慮 用于機器加工的 工具 ，需要修改加工軌跡。 ? 管理不同加工 操作的 序列 。 ? 控制輔助設備（如潤滑，換刀） ? 生 成 的軌跡 。 ? 控制軸 。 ? 與 現(xiàn)場總線 進行通信 （如果存在） 。 管理要求 ： ? 以適當?shù)姆绞?存儲當前的 “ 工作 ” 和下一個 工作，以便于 ? 更 更新在機加工過程中的工具 集中的工具描述器 （ 如更新的信息數(shù)據(jù) 生命周期 ）。 ? 以 半永久性的方式存儲 配置參數(shù)。 ? 更 新和管理 日志，該日志包含一些已經(jīng)標記為報告過的時間信息。 ? 適當?shù)臅r刻執(zhí)行自動診斷 。 獨立操作（沒有操作員）的重要附加要求： ? 管理計算機進行通信。 ? 當工具不工作時進行檢測。 ? 檢測工具磨損。 ? 識別工具。 ? 管理和識別托盤。 ? 識別工具 零 件 并盡 可能 檢測 他們。 這些要求顯示出執(zhí)行機構受到 硬件的 實時限制（與控制臺相反。）由于執(zhí)行機構自身的復雜性，數(shù)控設計師的所有實際知識都 集中 在執(zhí)行機構上。 因此，在 完善這個實體和設計這個機構時必須 要特別 仔細。 在這種分析狀況下，一些人可能會 討論 在直接數(shù)字控制使用中存在的網(wǎng)絡或者遠距離控制使用 以 構成第三實體。實際上， 考慮制造自動化協(xié)議（ 類的網(wǎng)絡協(xié)議，該服務由稱之為制造消息規(guī)范的零件應用層提供。即使是這種情況，這種思想不在這篇文章要寫的范圍內。 執(zhí)行設計： “傳統(tǒng) ”方法 設計一個數(shù)控系統(tǒng)的傳統(tǒng)可接受方法是把結構分為三個實體：可 編程控制器， 計算機控制執(zhí)行器 和軸?？删幊炭刂破鞯闹饕δ苁枪芾頇C床各種的輔助設備（主軸，潤滑??）。 計算機控制執(zhí)行的 主要任務是翻譯 控代碼，以 根據(jù)運動幀 控制 執(zhí)行主軸進給。 每個 可編程控制器和數(shù)控引導器都包括整個數(shù)控狀態(tài)的一部分且他們任何一個都不能 獲得或者 維持整個數(shù)控系統(tǒng)控制。他們是同時控制數(shù)控系統(tǒng)的。為了 能夠進行控制 決策，可編程控制器和數(shù)控引導器必須明確整個數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)。由于這個原因，狀態(tài)數(shù)據(jù)被可編程控制器和數(shù)控引導器共同分享。 這些數(shù)據(jù)都設在一個共同的雙端口存儲器 里 ，或者 ， 在最壞的情況下，是 在兩部分之 間 交換 。因此， 通過這種交互獲得的高數(shù)據(jù)率通常構 成一系列的障礙，因為傳輸?shù)奈锢斫橘|通常是專用總線，這總線必須滿足高科技中的高級功能要求。當 瑞士聯(lián)邦技術學院于 1984 年開始的一 項 學校 性 的項目建立 了 一個數(shù)控系統(tǒng)的 樣機時 ，這 一事實并不 太 明顯。 所以，在 1987 年六月，基于“傳統(tǒng)”數(shù)控的第一個樣機已經(jīng)設計實現(xiàn)了。 那時，通信問題 成了數(shù)控系統(tǒng)的關鍵問題，需要給予重視 ，所以決定 重 新設計其全部結構建立第二個樣機 以 驗證新的想法。伴著問題研究的深入， 開始了這項設計的研究工作。 執(zhí)行： 心 ： 基于文獻 [ [博士學位論文的研究表明 執(zhí)行 器核心可以設計 成 一個 稱之為“服務的” 大型的有限狀態(tài) 機調度計劃，如圖 1 所示。 與 “ 傳統(tǒng) ” 的架構比較， 一個 單獨 的實體 控制執(zhí)行機構， 且 執(zhí)行機構的狀態(tài)全部集中在這個單元。 這解決了前面提到關于數(shù)據(jù)共享的問題。 有限狀態(tài)機的目的是保證不同服務之間的協(xié)調一致。它管理執(zhí)行機構，包括 其結構 框架 ：該框架的 設計 是 為了在任何時刻做出正確抉擇和做出合適的服務。通常情況下， 從執(zhí)行的角度看，整個 有限狀態(tài)機 可以看作是一種 核心。服務是一個相當獨立的程序 部分，它包括其自己的數(shù) 據(jù)結構，該數(shù)據(jù)結構也可以與其他服務分享，它抽象的擁有代表服務狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息。所以，每一個服務 都應該由自己的虛擬處理器執(zhí)行。 然而，一些實際的考慮堅持分組的原則，即欲把一些服務進行分組和分配單處理器（共同的）給每個組。實際上，“服務”的概念似乎看起來比數(shù)控執(zhí)行機構中普遍包括的所有任務更廣泛，即，如： ? 把 部分 以 碼 寫成的程序 翻譯 成 中間代碼。 ? 以考慮到工具層面和磨損 進行 軌道 修正 。 ? 進給和控制軸。 ? 機器 下載 數(shù)據(jù)管理（檢索和存儲） 。 這些服務中暗含著一個相當復雜的計算過程，給處理器帶來了 很大 的負荷因子，處理器理應 執(zhí)行這些。這些部分取決于這些服務 是 利用數(shù)值算法（如工具校正）或者分析算法（ 國際標準化組織 的 翻譯 ）的原因。由于性能原因，一項特別的執(zhí)行可以分配高的速度和復雜的硬件計算這些服務 ， 成 為具體板的任務。它甚至可推測這些板 在可編程控制器的擴展板中已經(jīng)存在，并只需要一個適應的軟件。所以，存在的可編程控制器的硬件輕微的調整下就可以重新使用?？梢灾赋?，如果分享差值已經(jīng)被選作軸的設計，考慮每個軸作為一項服務 僅僅只是 可以想象的 而已 。這是最后一個暗含軸的需要的要點。 ” 服務 ” 的精確的定義實際上是 我們研究 中部分 新的重點領域 。每項服務 的說明書已經(jīng)可以推測了，為了精確，必須正式。自從“服務”成為數(shù)控中再次利用的部分，“膠”必須給予一些相當?shù)年P注，所以，有限狀態(tài)機將要合并他們。這個也將可能導致形式化描述技術。 一種實用的執(zhí)行 為了驗證我們的理論，我們已經(jīng)計劃在第二個數(shù)控樣品上實施新的擬議結構。選擇的目標編程語言是 行動數(shù)據(jù)自動化系統(tǒng) ，由于 其驗證程序和可移植性 。這項工程的總體設計是面向對象的方法，就是在整個設計方法中，實際上最適合這功能的是 由 行動數(shù)據(jù)自動化系統(tǒng) 提供的。 分配到硬件中的 該軟件的功能實體 服從以下模式： 控制臺 ： 個人電腦的 , 可能在未來取代了在 作站 ，該工作站 執(zhí)行所有控制臺 的 功能 。 執(zhí)行機構 ： ? 摩 托羅拉 33 文本主板 （ 25 兆赫 ）致力于控制臺通信和花費時間的服務（ 國際標準化組織 的翻譯，工具校正， 機器 下載 數(shù)據(jù)管理 ）。 ? 幾個摩 托羅拉 33 文本主板 （ 25 兆赫 ）用來軸插補，每一個板執(zhí)行一個以上軸插補（精確的數(shù)據(jù)取決于配置）。這些板支持軸服務。 ? 一些 軸控制器 專有 板 。這些板在將來的升級中會消失，且將會被具體 數(shù)字伺服控制器 取代。 ? 一個專用總線板管理 所有的機床傳感器和制動器，除了那些關聯(lián)軸。這一最新的限制（它是暫時的）是因為當與軸控制的時間需要相比 時 ，總線的實際緩慢。 所有的硬件封閉 在 的 架 里，并且所有板在通過總線時是相互關聯(lián)的。所以， 所有執(zhí)行 板 之間的通訊 是通過共享內存的。呼叫服務 使用 一個 特定的遠程過程來 調用 ，為了能實時控制 ， 這個 服務 被特別開發(fā)了。該軟件運行的主要執(zhí)行板是非常小，小到是一塊 核心軟件。所以，非常容易的用 替這塊板。 上述要求關于軸的分布式插值至今沒有 造成 什么問題，在我們第一個樣品，我們已經(jīng)采取了 分散插 采用 [所描述的概念 。只有升級和調整，在[中描述的那樣，是必要的。 此時 撰寫本文 ，第二個樣品已在測試階段，但是已經(jīng)充分發(fā)揮作用了。 這個將要證明數(shù)控只不過是一個可編程控制器，或者精確點是一個發(fā)展的為更先進的服務存在著。實際上， 這個新的架構 可以由 制執(zhí)行，通過被看做協(xié)處理器的 和可編程控制器標準軸板運行的分散插補軟件。 附件 2：外文原文 （復印件）