專利名稱:一種機床裝備云制造服務接入終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種機床裝備云制造服務接入終端,該終端與云制造服務平臺結(jié)合,可實現(xiàn)企業(yè)機床裝備資源的云端接入,支持機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、機床裝備資源遠程共享、加工運行過程實時監(jiān)測、生產(chǎn)過程エ藝實時優(yōu)化和機床裝備遠程維修維護等云制造服務在線提供與運行。該發(fā)明屬于分布式制造系統(tǒng)信息集成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
隨著經(jīng)濟全球化的日益發(fā)展以及市場競爭的越發(fā)激烈,量大面廣的制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)能力不足、經(jīng)營管理能力偏弱、生產(chǎn)制造水平較低、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作能力較差等問題日趨凸顯,制造資源共享和優(yōu)化利用、機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、生產(chǎn)過程エ藝參數(shù)的優(yōu)化決策、數(shù)控程序優(yōu)化編制、加工運行過程實時監(jiān)測、智能生產(chǎn)線的構(gòu)建和集成運行管理、機床裝備遠程維修維護服務,以及機床再制造等基于網(wǎng)絡的制造服務已成為廣大制造企業(yè)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)生產(chǎn)制造模式,提高其市場快速響應能力、生產(chǎn)制造能力和綜合競爭力,促進企業(yè)向集成化、協(xié)同化、敏捷化、服務化、緑色化和智能化等方向發(fā)展的迫切需求。信息技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展,催生了基于網(wǎng)絡的制造模式的出現(xiàn)及應用,為以上問題的解決提供了重要的技術(shù)支撐手段。其中比較典型的有網(wǎng)絡化制造、應用服務提供商(Application Service Provider, ASP)等。網(wǎng)絡化制造是通過應用先進的網(wǎng)絡技術(shù)與制造技術(shù),構(gòu)建統(tǒng)一的資源共享服務平臺,從而實現(xiàn)企業(yè)間的制造資源共享與集成和制造過程網(wǎng)絡化,促進企業(yè)快速、優(yōu)質(zhì)、低成本地為市場提供所需產(chǎn)品和服務的ー種制造模式。但這種制造模式主要是面向特定區(qū)域提供產(chǎn)品設(shè)計、仿真等服務,而對于制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)、加工等核心業(yè)務卻尚未涉及,使其商業(yè)運營較為困難。ASP作為IT服務在制造業(yè)領(lǐng)域應用的一種新模式,該模式通過構(gòu)建公共ASP服務平臺,集成各類制造資源,為企業(yè)提供供應鏈管理、客戶關(guān)系管理等信息化服務業(yè)務,提供企業(yè)的生產(chǎn)和管理效率。但由于ASP在標準規(guī)范、服務和運營模式、運行機制等方面仍存在ー些不足,使其在支持制造企業(yè)發(fā)展的作用、深度和廣度方面均還不夠。如何更量大面廣的整合廣域、異構(gòu)制造資源,提升企業(yè)間協(xié)作能力,已成為我國制造業(yè)信息化建設(shè)迫切需要解決的問題。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算等技術(shù)的應用日趨成熟,一種網(wǎng)絡化制造新模式——云制造應運而生,它是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡化制造模式的基礎(chǔ)上,融合應用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算等技術(shù),將不同地域、不同企業(yè)的多元制造資源進行虛擬化、服務化封裝,并通過基于網(wǎng)絡的云服務平臺為用戶提供個性化、敏捷化和智能化的制造全生命周期服務的制造模式,其核心思想是分散資源集中使用,集中資源分散服務。云制造的提出,為企業(yè)跨域協(xié)作、設(shè)備資源共享、エ藝參數(shù)優(yōu)化、遠程維修維護等基于網(wǎng)絡的制造服務的實現(xiàn)提供了一種嶄新的思路,可有效促進云計算在制造行業(yè)中的落地,加快我國制造業(yè)信息化的深入發(fā)展。
在云制造環(huán)境下,制造資源的虛擬化集中管控和高度共享的首要條件是實現(xiàn)廣域、異構(gòu)機床裝備資源云端接入云制造服務平臺中。目前,類似這方面的相關(guān)研究成果及專利也有ー些,例如發(fā)明專利“網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)中的多功能交互式信息終端”(專利號ZL02113585. I)是通過與網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)中的企業(yè)或跨企業(yè)信息平臺相結(jié)合,支持企業(yè)內(nèi)或企業(yè)之間工作任務下發(fā)、工作數(shù)據(jù)上傳、音視頻和文字信息傳遞、實時遠程監(jiān)控和協(xié)同エ作等功能的ー種智能終端。該終端主要是實現(xiàn)了企業(yè)之間的生產(chǎn)信息共享,但并不支持資源集成共享、生產(chǎn)過程エ藝實時優(yōu)化和機床裝備遠程維修維護等制造服務的線運行與優(yōu)化;又如發(fā)明專利“綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的多功能用戶網(wǎng)絡終端”(公告號1288344)是面向綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的各類應用,為用戶提供數(shù)字電話、傳真機等音視頻設(shè)備接ロ的ー種裝置。但該裝置主要是面向綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)應用領(lǐng)域,且只提供音視頻接ロ,在信息交互能力、信息共孚程度等方面還有待提聞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種機床裝備云制造服務接入終端。該終端可有效地解決分散于不同區(qū)域、不同企業(yè)的異構(gòu)機床裝備在云制造服務環(huán)境下的云端接入問題,實現(xiàn)機床裝備實 時加工信息的采集、傳輸和狀態(tài)監(jiān)控,并為機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、制造エ藝實時優(yōu)化決策、遠程維修維護等基于網(wǎng)絡的制造服務的優(yōu)化運行和信息交互提供支持,從而增強制造企業(yè)間的資源共享與協(xié)作能力,降低企業(yè)制造成本,提高企業(yè)的市場快速響應能力、生產(chǎn)制造能力和綜合競爭力。其技術(shù)方案為
本發(fā)明是ー種由中央處理器、存儲器、IXD顯示器、觸摸屏輸入接ロ、視頻輸入接ロ、通用串行總線接ロ、以太網(wǎng)接ロ、機床通信轉(zhuǎn)換接ロ以及嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)構(gòu)成的支持機床裝備云端接入云制造服務平臺的軟硬件一體化裝置。其中,所述的視頻輸入接ロ用于連接視屏輸入設(shè)備,實現(xiàn)對機床裝備的遠程視頻監(jiān)控;通用串行總線接ロ用于連接各種鍵盤、鼠標、傳感器、移動存儲設(shè)備等外圍設(shè)備,實現(xiàn)相關(guān)文字信息的輸入、機床裝備生產(chǎn)實時信息的采集等。所述的機床通信轉(zhuǎn)換接ロ是基于OPCエ業(yè)標準技術(shù)開發(fā)的支持串行通信格式數(shù)據(jù)與TCP/IP協(xié)議格式數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換接ロ,可支持機床裝備與云制造服務平臺之間的信息交互。該接ロ可根據(jù)嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)采集指令對數(shù)控機床(包括具有RS232通信接ロ、RS422通信接ロ或RS485通信接ロ的數(shù)控機床)的生產(chǎn)實時信息進行采集,并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)ー的TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)格式后存儲于企業(yè)的數(shù)據(jù)服務器中,以便上傳至云制造服務平臺,從而使云制造服務提供方根據(jù)機床裝備生產(chǎn)實時信息對所提供的服務進行優(yōu)化;云制造服務提供方亦可通過云制造服務平臺和機床通信轉(zhuǎn)換接ロ將服務控制指令直接發(fā)送至機床裝備的控制系統(tǒng),從而實現(xiàn)對機床裝備的遠程控制。所述的嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)則是利用Java開發(fā)工具進行系統(tǒng)開發(fā)的集生產(chǎn)過程業(yè)務管理、制造過程多源信息實時采集、生產(chǎn)エ藝上傳下達、生產(chǎn)過程監(jiān)控、異地協(xié)作加工支持、車間設(shè)備管理、設(shè)備能耗管理等功能于一體的應用軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)可有效地對企業(yè)機床裝備的實時制造信息進行采集、管理,并傳輸至云制造服務平臺,使機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、機床裝備資源遠程共享、加工制造過程實時監(jiān)測、生產(chǎn)過程エ藝實時優(yōu)化和機床裝備遠程維修維護等基于網(wǎng)絡的制造服務得以優(yōu)化運行。
在以上軟硬件技術(shù)的基礎(chǔ)上,本發(fā)明開發(fā)了相應的Linux實時操作系統(tǒng),主要用于進程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理和外圍接ロ驅(qū)動程序管理等,以及支持嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)的運行,從而使機床裝備云制造服務接入終端能根據(jù)企業(yè)所需的云制造服務的要求,采集、傳輸機床裝備的實時制造信息,實現(xiàn)企業(yè)機床裝備與云制造服務平臺之間的實時
信息交互。本發(fā)明是一種軟硬件一體化裝置,可支持廣域、異構(gòu)機床裝備接入云制造服務平臺,實現(xiàn)機床裝備加工信息的實時采集、傳輸和監(jiān)控,并為機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、エ藝實時優(yōu)化決策、遠程維修維護等云制造服務的優(yōu)化運行提供支撐。其具體方法為服務需求企業(yè)利用機床裝備云制造服務接入終端將其機床裝備接入云制造服務平臺,平臺將為每臺終端分配ー個唯一的IP地址;待服務需求企業(yè)和服務提供企業(yè)進行服務對接后,服務需求企業(yè)則利用嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)對機床裝備制造過程多源信息進行實時采集,并將所采集信息保存于企業(yè)數(shù)據(jù)中心;根據(jù)所提供云制造服務的運行需求,服務需求企業(yè)將所采集的相關(guān)信息通過機床裝備云制造服務接入終端傳至云制造服務平臺數(shù)據(jù)庫中,以供服務提供企業(yè)對機床裝備運行狀態(tài)進行分析和遠程控制,從而動態(tài)優(yōu)化所提供的服務,實現(xiàn)所提供 z 制造服務聞效、優(yōu)質(zhì)運行。
圖I是機床裝備云制造服務接入終端的硬件結(jié)構(gòu)圖 圖2是機床裝備云制造服務接入終端的軟件結(jié)構(gòu)圖 圖3是機床裝備云端接入示意圖
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步詳細的描述。如圖I所示,機床裝備云制造服務接入終端主要包括如下硬件模塊
I.中央處理器(I):本發(fā)明的中央處理器采用了 RMI公司的基于Alchemy構(gòu)架的AU1250處理器,它是整個接入終端的核心部分,主要用于完成指令的解釋和處理、數(shù)據(jù)的傳輸以及對各種部件的控制。2.存儲器(2):與中央處理器相連,包括SDRAM、NAND FLASH和NOR FLASH三種存儲器,主要為機床裝備云制造服務接入終端中的系統(tǒng)軟件、應用軟件,以及所采集的數(shù)據(jù)提供存儲空間。SDRAM (2. I):用于存儲機床裝備云制造服務接入終端的應用程序執(zhí)行時的臨時數(shù)據(jù)。NOR FLASH (2. 2):用于存儲機床裝備云制造服務接入終端中的應用程序。NAND FLASH (2. 3):用于存儲機床裝備云制造服務接入終端所采集的大容量數(shù)據(jù)。3.視頻輸入接ロ(3):與中央處理器相連,它主要是通過接入外圍攝像頭裝置,實現(xiàn)視頻信息號的采集、處理和傳輸。4.通用輸入輸出(GPIO)接ロ(4):與中央處理器相連,主要是提供對外部各種信息的轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)對目標(如機床)的控制和監(jiān)視功能。5.以太網(wǎng)接ロ(5):與中央處理器相連,提供連接到云制造服務平臺網(wǎng)絡、企業(yè)管理層網(wǎng)絡的以太網(wǎng)接ロ,支持各種服務業(yè)務和通信協(xié)議。6. JTAG接ロ(6):與中央處理器相連,用于執(zhí)行外部輸入指令以及對FLASH進行在線編程和調(diào)試。7. IXD控制器(7):與中央處理器相連,用于傳輸顯示數(shù)據(jù)和產(chǎn)生控制信號,并支持屏幕水平顯示和垂直滾動顯示。IXD顯示器(7. I):用于顯示由控制器傳來的各種視頻信號。8.觸摸屏控制器(8):與中央處理器相連,主要用于接收中央處理器發(fā)來的指令并加以執(zhí)行,同時也接收用戶發(fā)來的觸摸信息,并將其轉(zhuǎn)換成 觸點坐標后傳至中央處理器。觸摸屏(8. I):主要用于用戶與機床裝備云制造服務接入終端之間的人機交互。9.通用串行總線(USB)接ロ(9):與中央處理器相連,用于規(guī)范機床裝備云制造服務接入終端與外部設(shè)備的連接和通訊,支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。鍵盤(9. I):用于指令和數(shù)據(jù)的輸入,從而支持用戶與機床裝備云制造服務接入終端之間的人機交互。傳感器裝置(9. 2):用于對機床裝備各種狀態(tài)信息的采集和傳輸。10.機床通信轉(zhuǎn)換接ロ(10):與中央處理器相連,用于機床裝備的串行通信格式數(shù)據(jù)與TCP/IP協(xié)議格式數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換,支持機床裝備與云制造服務平臺之間的信息交互。RS232串行通信接ロ(10. I):用于實現(xiàn)支持RS232串行通信標準的機床裝備與云制造服務接入終端的互聯(lián)通訊。RS422串行通信接ロ(10. 2):用于實現(xiàn)支持RS422串行通信標準的機床裝備與云制造服務接入終端的互聯(lián)通訊。RS485串行通信接ロ(10. 3):用于實現(xiàn)支持RS485串行通信標準的機床裝備與云制造服務接入終端的互聯(lián)通訊。機床裝備云制造服務接入終端的軟件結(jié)構(gòu)主要包括硬件平臺層、引導加載程序?qū)印⒉僮飨到y(tǒng)層、用戶圖形界面層和嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)層,如圖2所示。硬件平臺層(I):即AU1250中央處理器模塊,用于支持Linux操作系統(tǒng)、用戶圖形界面(⑶I)系統(tǒng)和嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)的運行。引導加載程序?qū)?2):包括硬件初始化(BOOT)、內(nèi)核引導(LOAD)和⑶B串ロ調(diào)試功能等部分,主要用于連接底層硬件平臺和上層操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)層(3):主要包括進程管理(3. I)、文件系統(tǒng)(3. 2)、存儲管理(3. 3)、網(wǎng)絡管理(3. 4)、系統(tǒng)API (3. 5)、圖形驅(qū)動函數(shù)庫(3. 6)、設(shè)備驅(qū)動程序管理(3. 7)及視頻CODEC(3. 8)等功能模塊,負責協(xié)調(diào)應用程序的運行,系統(tǒng)軟硬件資源的管理。用戶圖形界面層(4):主要是為用戶提供可視化、易操作、友好的人機交互界面,增強機床裝備云制造服務接入終端的人機交互能力。嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)層(5):用于實現(xiàn)對企業(yè)機床裝備的管控,并為云制造服務業(yè)務的對接提供支撐。該層主要包括生產(chǎn)過程業(yè)務管理、制造過程多源信息實時采集、生產(chǎn)エ藝上傳下達、生產(chǎn)過程監(jiān)控、異地協(xié)作加工支持、車間設(shè)備管理、設(shè)備能耗管理等功能,可有效地對企業(yè)機床裝備的實時制造信息進行采集、管理,并傳輸至云制造服務平臺,支持機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、機床裝備資源遠程共享、加工制造過程實時監(jiān)測、生產(chǎn)過程エ藝實時優(yōu)化和機床裝備遠程維修維護等基于網(wǎng)絡的制造服務的優(yōu)化運行。本發(fā)明的具體實施例是汽摩零部件制造外協(xié)云制造服務的應用。首先,服務提供企業(yè)利用機床裝備云制造服務接入終端將其擁有的閑置機床裝備資源注冊發(fā)布至云制造服務平臺,形成虛擬機床裝備云資源,此時云制造服務平臺自動為機床裝備云制造服務接入終端分配ー個唯一 IP地址;而服務需求企業(yè)則將其制造服務需求發(fā)至云制造服務平臺,形成云需求,并通過調(diào)用云制造服務平臺工具集對其需求進行智能匹配,找到相應的制造服務;待需求企業(yè)與服務提供企業(yè)進行服務對接后,服務提供企業(yè)即可根據(jù)需求企業(yè)的要求及所提供的原材料進行汽摩零部件的生產(chǎn)制造服務。在制造外協(xié)云制造服務的運行過程中,服務提供企業(yè)可利用機床裝備云制造服務 接入終端對其制造過程多源信息(包括加工進度信息、產(chǎn)品質(zhì)量信息、機床裝備加工運行狀態(tài)信息、車間現(xiàn)場視頻信息等)進行實時采集,并傳至云制造服務平臺數(shù)據(jù)庫,以供需求企業(yè)對所購買的服務進行在線實時監(jiān)控和優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.一種機床裝備云制造服務接入終端,該終端的特征在干由中央處理器、存儲器、IXD顯示器、觸摸屏輸入接ロ、視頻輸入接ロ、通用輸入輸出接ロ、以太網(wǎng)接ロ、JTAG接ロ、通用串行總線接ロ、機床通信轉(zhuǎn)換接ロ以及嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機床裝備云制造服務接入終端,其特征在于所述機床通信轉(zhuǎn)換接ロ是基于OPCエ業(yè)標準技術(shù)開發(fā)的支持串行通信格式數(shù)據(jù)與TCP/IP協(xié)議格式數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換接ロ,可支持包括具有RS232通信接ロ、RS422通信接ロ或RS485通信接ロ的數(shù)控機床與云制造服務平臺的信息交互。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機床裝備云制造服務接入終端,其特征在于所述嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)是具有生產(chǎn)過程業(yè)務管理、制造過程多源信息實時采集、生產(chǎn)エ藝上傳下達、車間設(shè)備管理、設(shè)備能耗管理功能的應用軟件系統(tǒng),通過嵌入于機床裝備云制造服務接入終端,實現(xiàn)嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)與云制造服務平臺之間的信息交互,從而支持機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、機床裝備資源遠程共享、加工制造過程實時監(jiān)測、生產(chǎn)過程エ藝實時優(yōu)化和機床裝備遠程維修維護等基于網(wǎng)絡的制造服務的優(yōu)化運行;其各云制造服務實現(xiàn)的具體方法為服務需求企業(yè)利用機床裝備云制造服務接入終端將其機床裝備接入云制造服務平臺,平臺將為每臺終端分配ー個唯一的IP地址;待服務需求企業(yè)和服務提供企業(yè)進行服務對接后,服務需求企業(yè)則利用嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)對機床裝備制造過程多源信息進行實時采集,并將所采集信息保存于企業(yè)數(shù)據(jù)中心;根據(jù)所提供云制造服務的運行需求,服務需求企業(yè)將所采集的相關(guān)信息通過機床裝備云制造服務接入終端傳至云制造服務平臺數(shù)據(jù)庫中,以供服務提供企業(yè)對機床裝備運行狀態(tài)進行分析和遠程控制,從而動態(tài)優(yōu)化所提供的服務,實現(xiàn)所提供z 制造服務聞效、優(yōu)質(zhì)運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機床裝備云制造服務接入終端,所屬技術(shù)領(lǐng)域為分布式制造系統(tǒng)信息集成技術(shù)領(lǐng)域。機床裝備云制造服務接入終端是一種由中央處理器、存儲器、LCD顯示器、觸摸屏輸入接口、視頻輸入接口、通用輸入輸出接口、以太網(wǎng)接口、JTAG接口、通用串行總線接口、機床通信轉(zhuǎn)換接口以及嵌入式制造執(zhí)行系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)構(gòu)成的軟硬件一體化裝置。該終端有效地可支持廣域、異構(gòu)機床裝備接入云制造服務平臺,實現(xiàn)機床裝備加工信息的實時采集、傳輸和監(jiān)控,并為機床裝備網(wǎng)絡化集成運行、工藝實時優(yōu)化決策、遠程維修維護等云制造服務的優(yōu)化運行提供支撐。本發(fā)明具有接入便捷、穩(wěn)定性高、通用性強、擴展性好的特點。
文檔編號G05B19/414GK102650869SQ20121013936
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者夏卿, 尹翰坤, 尹勝, 尹超, 李孝斌 申請人:重慶大學