本发明专利技术公开了一种智能ＳＴＥＰ－ＮＣ控制器的体系结构和实现方法，它解决可目前缺少ＳＴＥＰ－ＮＣ、智能数控系统和分布式人工智能等技术综合而成的智能化数控系统的问题，具有结构合理，控制过程智能化程度高，重构性、移植性好，集成度高，易于维护等优点，它包括应用服务层、数据层、操作系统层和硬件设备层。应用服务层各功能Ａｇｅｎｔ模块之间采用实时软总线ＲＴＣＯＲＢＡ进行通信，并通过实时操作系统内核扩展和高速实时串行总线，进行数控系统中高实时模块的控制，数据层为应用服务层的实现提供全面的信息和数据源，应用服务层、数据层和操作系统层运行在基于ＰＣ的硬件平台，各种外围设备通过高速现场总线接口卡与ＰＣ的硬件平台连接和通信。
Intelligent STEP-NC controller system and implementation method thereof
The present invention discloses a kind of system structure of intelligent STEP-NC controller and realization method, it can solve the lack of intelligent numerical control system, intelligent STEP-NC CNC system and distributed artificial intelligence technology and the problem of control process has the advantages of reasonable structure, high degree of intelligence, reconstruction, good portability, high integration it is easy to maintain, etc., including application layer, data layer, operating system layer and hardware layer. The application service layer between Agent module using real-time software bus RTCORBA communication, and the real-time operating system kernel extension and real time serial bus control module, real-time control system, the data layer to provide comprehensive information and data application service layer, application service layer, data layer and operation the system layer running on the hardware platform based on PC, various peripheral devices connected by high-speed bus interface card and PC hardware platform and communication.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于先进制造
，涉及STEP-NC、智能数控系统和分布式人工智能等技术，特别涉及一种基于多Agent的智能STEP-NC控制器的体系结构和实现方法。
技术介绍
数控系统的智能化一直是学术界和工业界的研究热点，例如全能数控(Holonic Numerical Controller)的研究。但是，由于传统数据接口的限制，阻碍了智能化数控系统的实现。因此，目前的研究主要集中在两方面(1)运用人工智能技术对数控系统的人机界面、系统诊断等非实时控制性能的改进；(2)运用自适应控制等现代控制论方法对加工过程及有关指标的优化和自适应控制。STEP-NC提供了一种新的数据接口规范，其基本思想是将产品数据交换STEP标准(ISO 10303)延伸到数控加工领域，建立起一条贯穿产品设计与制造过程的信息高速公路。STEP-NC取代传统的数据接口ISO 6983以后，数控加工阶段实际上成为制造信息最集中的阶段，数控系统是最有条件全面了解加工对象、加工资源、条件以及本身运行状况的系统。如果数控系统能够通过对产品和自身的全面了解来规划和控制数控加工过程，那么整个加工过程的智能性和可靠性将大大提高。因此，STEP-NC大大拓宽了数控系统的智能化。自1997年欧共体通过OPTIMAL研究计划为数控铣削定义了第一版STEP-NC数据模型以来，欧、美、日、韩等先后启动了STEP-NC研究计划，如欧共体的EP 29708(STEP-compliant data interface for numerical control)，美国的SuperModel(Model Driven Intelligent Control of Manufacturing)，IMS(Intelligent Manufacturing System)组织的IMS-STEP-NC项目(97006)，韩国的车削STEP-NC等。综观国际上关于STEP-NC智能控制器的研究，总体还处于起步阶段，目前的研究主要集中在数据接口的实现。相对于传统数控而言，智能型STEP-NC控制器应具备以下功能要求(1)实时性要求。作为一种机床控制系统，STEP-NC控制器最重要的任务仍然是控制机床进行加工，所以必须保证运动控制的实时性要求；(2)STEP-NC接口能力。以STEP-NC(ISO 14649/ISO 10303-238)作为数据接口是STEP-NC控制器区别于传统数控系统的最基本的特征，系统本身必须具备STEP-NC数据的转换、处理和提取信息的能力。另外，还应提供一个三维图形化界面或者现场编程系统；(3)现场规划能力。控制器本身应具备基本的数控加工工艺规划能力，包括基于特征/工步的刀轨生成能力，切削用量的优化，机床辅助功能的确定等；(4)现场仿真能力。为了确保加工过程准确无误，系统应具备仿真能力，应能针对工步、特征、或者整个加工任务进行仿真；(5)资源管理能力。资源管理指刀具库、机械手等的管理和控制能力，系统只有在准确了解资源状况的情况下才能就加工过程做出合理的规划；(6)自治能力。自治能力指系统对整个加工过程的自主决策和控制能力，除上述要求之外，还应具备可加工性判断能力，意外情况的处理能力，在线测量以及自诊断能力；(7)协作能力。协作主要指系统与外部系统进行通讯、信息共享、协商、合作等能力，是构建分布式网络化制造系统的要求；(8)基于知识的加工。知识获取能力，自适应、自组织、自学习能力等。根据智能型STEP-NC控制器的功能，通常分为以下三种类型自治型、自治协作型和全能型。三种类型实际上对应着不同的功能层次。自治型主要以加工任务的自动规划和控制为目标，可以自主选择加工方法，但对加工任务没有选择权，只能接受(不具备加工能力时除外)。自治协作型是既具备自治能力又具有协作能力的一种类型。它同样对加工任务没有选择权，但可以通过协作机制与外界进行协商，主要包括物理层的协作、信息共享以及对加工任务或方案的协商等。全能型是面向网络制造环境而提出的一种类型。它本身作为网络制造环境中的一个自主的智能体，既可以选择加工方法，同时也可以对加工任务进行评估、谈判并决定是否接受该任务。另外，目前的STEP-NC数据模型对于CAM和数控之间的功能没有明确的划分，两者之间有一定的功能重叠。事实上，STEP-NC实现智能化以后，外部系统的规划在很多情况下是多余的。因此，从长远来看，全能型STEP-NC控制器应具备直接基于设计模型(STEP AP214等)进行加工的能力。STEP-NC数控系统各功能模块之间既相互独立，又相互关联，需要频繁的进行信息交互，彼此之间还需要密切的相互协作。多智能体技术提供了一个很好的实现策略。多智能体系统(Multi-Agent system，MAS)由多个可计算的智能体组成的集合，其中每个智能体是一个物理的或抽象的实体，能作用于自身和环境，并与其它智能体通讯。MAS重点强调各Agent成员之间合作解决问题的能力，包括任务的分配和管理、协同的方式与方法、冲突的检测与消解、资源的分配与管理等。在多Agent系统理论中，各Agent之间的协调和协作是解决问题的关键，各Agent之间必须通过通信来交换信息，这些信息包括目标、意图、结果和状态等。MAS具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力。采用MAS解决实际应用问题，具有很强的鲁棒性和可靠性，并具有较高的问题求解效率。MAS通过采用各智能体间的通讯、合作、协调、调度、管理及控制来表达实际系统的结构、功能及行为特性，为各种实际问题提供了一种统一的框架。STEP-NC数控系统的每个功能模块都可单独构成一个独立的Agent，当他们共同协作完成同一个目标时，则具有多Agent的特征。单个Agent在完成自身任务的同时，又能和多个Agent协同作业，共同实现总目标。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决目前缺少STEP-NC、智能数控系统和分布式人工智能等技术综合而成的智能化数控系统的问题，提供一种具有结构合理，控制过程智能化程度高，重构性、移植性好，集成度高，易于维护等优点智能STEP-NC控制器的体系结构和实现方法。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案本专利技术智能STEP-NC控制器体系结构包括应用服务层、数据层、操作系统层和硬件设备层。其中，系统的核心功能层——应用服务层由14个不同功能的Agent组成，具体是解释Agent、XML处理器Agent、工艺规划Agent、刀具路径规划Agent、仿真Agent、人机接口Agent、执行Agent、NCK&PLC Agent、监控Agent、故障诊断Agent、参数设置管理Agent、决策Agent、检测Agent和通信Agent。各功能Agent模块之间采用实时软总线RTCORBA进行通信，并通过实时操作系统内核扩展和高速实时串行总线，进行数控系统中高实时模块的控制。数据层包括知识库(典型工艺路线、各种调度决策的规则等)、各种数据库(加工特征数据库、加工资源、刀具路径、加工工艺、工艺参数等)和案例库(各种典型工件的加工实例)，数据层为智能STEP-NC控制器工艺规划和智能决策提供全面的信息和数据源，辅助智能STEP-NC本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种智能ＳＴＥＰ－ＮＣ控制器系统，其特征在于，它包括至少一个应用服务层、至少一个数据层、至少一个操作系统层和至少一个硬件设备层；其中，应用服务层是由多个不同功能的Ａｇｅｎｔ组成的多智能体系统；数据层包括知识库、各种数据库和案例库；操作系统层由非实时操作系统和实时操作系统内核扩展两部分组成；硬件设备层包括硬件设备抽象层、基于ＰＣ的硬件平台和和至少一个硬件资源模块；应用服务层各功能Ａｇｅｎｔ模块之间采用实时软总线进行通信，数据层为应用服务层的实现提供全面的信息和数据源，应用服务层、数据层和操作系统层运行在基于ＰＣ的硬件平台，各种外围设备通过高速现场总线接口卡与ＰＣ的硬件平台连接和通信。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：兰红波，刘日良，张承瑞，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。