CN102650869A - 一种机床装备云制造服务接入终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机床装备云制造服务接入终端，所属技术领域为分布式制造***信息集成技术领域。机床装备云制造服务接入终端是一种由中央处理器、存储器、LCD显示器、触摸屏输入接口、视频输入接口、通用输入输出接口、以太网接口、JTAG接口、通用串行总线接口、机床通信转换接口以及嵌入式制造执行***、实时操作***构成的软硬件一体化装置。该终端有效地可支持广域、异构机床装备接入云制造服务平台，实现机床装备加工信息的实时采集、传输和监控，并为机床装备网络化集成运行、工艺实时优化决策、远程维修维护等云制造服务的优化运行提供支撑。本发明具有接入便捷、稳定性高、通用性强、扩展性好的特点。

Description

一种机床装备云制造服务接入终端

 

技术领域

本发明涉及一种机床装备云制造服务接入终端，该终端与云制造服务平台结合，可实现企业机床装备资源的云端接入，支持机床装备网络化集成运行、机床装备资源远程共享、加工运行过程实时监测、生产过程工艺实时优化和机床装备远程维修维护等云制造服务在线提供与运行。该发明属于分布式制造***信息集成技术领域。

技术背景

随着经济全球化的日益发展以及市场竞争的越发激烈，量大面广的制造企业产品研发能力不足、经营管理能力偏弱、生产制造水平较低、产业链协作能力较差等问题日趋凸显，制造资源共享和优化利用、机床装备网络化集成运行、生产过程工艺参数的优化决策、数控程序优化编制、加工运行过程实时监测、智能生产线的构建和集成运行管理、机床装备远程维修维护服务，以及机床再制造等基于网络的制造服务已成为广大制造企业转变传统生产制造模式，提高其市场快速响应能力、生产制造能力和综合竞争力，促进企业向集成化、协同化、敏捷化、服务化、绿色化和智能化等方向发展的迫切需求。

信息技术和网络技术的快速发展，催生了基于网络的制造模式的出现及应用，为以上问题的解决提供了重要的技术支撑手段。其中比较典型的有网络化制造、应用服务提供商（Application Service Provider, ASP）等。网络化制造是通过应用先进的网络技术与制造技术， 构建统一的资源共享服务平台，从而实现企业间的制造资源共享与集成和制造过程网络化, 促进企业快速、优质、低成本地为市场提供所需产品和服务的一种制造模式。但这种制造模式主要是面向特定区域提供产品设计、仿真等服务，而对于制造企业的产品生产、加工等核心业务却尚未涉及，使其商业运营较为困难。ASP作为IT服务在制造业领域应用的一种新模式，该模式通过构建公共ASP服务平台，集成各类制造资源，为企业提供供应链管理、客户关系管理等信息化服务业务，提供企业的生产和管理效率。但由于ASP在标准规范、服务和运营模式、运行机制等方面仍存在一些不足，使其在支持制造企业发展的作用、深度和广度方面均还不够。如何更量大面广的整合广域、异构制造资源，提升企业间协作能力，已成为我国制造业信息化建设迫切需要解决的问题。

随着云计算、物联网、高性能计算等技术的应用日趋成熟，一种网络化制造新模式——云制造应运而生，它是在传统网络化制造模式的基础上，融合应用云计算、物联网、高性能计算等技术，将不同地域、不同企业的多元制造资源进行虚拟化、服务化封装，并通过基于网络的云服务平台为用户提供个性化、敏捷化和智能化的制造全生命周期服务的制造模式，其核心思想是分散资源集中使用，集中资源分散服务。云制造的提出，为企业跨域协作、设备资源共享、工艺参数优化、远程维修维护等基于网络的制造服务的实现提供了一种崭新的思路，可有效促进云计算在制造行业中的落地，加快我国制造业信息化的深入发展。

在云制造环境下，制造资源的虚拟化集中管控和高度共享的首要条件是实现广域、异构机床装备资源云端接入云制造服务平台中。目前，类似这方面的相关研究成果及专利也有一些，例如发明专利“网络化制造***中的多功能交互式信息终端”（专利号：ZL02113585.1）是通过与网络化制造***中的企业或跨企业信息平台相结合，支持企业内或企业之间工作任务下发、工作数据上传、音视频和文字信息传递、实时远程监控和协同工作等功能的一种智能终端。该终端主要是实现了企业之间的生产信息共享，但并不支持资源集成共享、生产过程工艺实时优化和机床装备远程维修维护等制造服务的线运行与优化；又如发明专利“综合业务数字网的多功能用户网络终端” （公告号：1288344）是面向综合业务数字网的各类应用，为用户提供数字电话、传真机等音视频设备接口的一种装置。但该装置主要是面向综合业务数字网应用领域，且只提供音视频接口，在信息交互能力、信息共享程度等方面还有待提高。

发明内容

本发明涉及一种机床装备云制造服务接入终端。该终端可有效地解决分散于不同区域、不同企业的异构机床装备在云制造服务环境下的云端接入问题，实现机床装备实时加工信息的采集、传输和状态监控，并为机床装备网络化集成运行、制造工艺实时优化决策、远程维修维护等基于网络的制造服务的优化运行和信息交互提供支持，从而增强制造企业间的资源共享与协作能力，降低企业制造成本，提高企业的市场快速响应能力、生产制造能力和综合竞争力。其技术方案为：

本发明是一种由中央处理器、存储器、LCD显示器、触摸屏输入接口、视频输入接口、通用串行总线接口、以太网接口、机床通信转换接口以及嵌入式制造执行***、实时操作***构成的支持机床装备云端接入云制造服务平台的软硬件一体化装置。

其中，所述的视频输入接口用于连接视屏输入设备，实现对机床装备的远程视频监控；通用串行总线接口用于连接各种键盘、鼠标、传感器、移动存储设备等***设备，实现相关文字信息的输入、机床装备生产实时信息的采集等。

所述的机床通信转换接口是基于OPC工业标准技术开发的支持串行通信格式数据与TCP/IP协议格式数据相互转换的数据协议转换接口，可支持机床装备与云制造服务平台之间的信息交互。该接口可根据嵌入式制造执行***发出的数据采集指令对数控机床（包括具有RS232通信接口、RS422通信接口或RS485通信接口的数控机床）的生产实时信息进行采集，并转换成统一的TCP/IP协议数据格式后存储于企业的数据服务器中，以便上传至云制造服务平台，从而使云制造服务提供方根据机床装备生产实时信息对所提供的服务进行优化；云制造服务提供方亦可通过云制造服务平台和机床通信转换接口将服务控制指令直接发送至机床装备的控制***，从而实现对机床装备的远程控制。

所述的嵌入式制造执行***则是利用Java开发工具进行***开发的集生产过程业务管理、制造过程多源信息实时采集、生产工艺上传下达、生产过程监控、异地协作加工支持、车间设备管理、设备能耗管理等功能于一体的应用软件***。该***可有效地对企业机床装备的实时制造信息进行采集、管理，并传输至云制造服务平台，使机床装备网络化集成运行、机床装备资源远程共享、加工制造过程实时监测、生产过程工艺实时优化和机床装备远程维修维护等基于网络的制造服务得以优化运行。

在以上软硬件技术的基础上，本发明开发了相应的Linux实时操作***，主要用于进程管理、内存管理、文件***管理和***接口驱动程序管理等，以及支持嵌入式制造执行***的运行，从而使机床装备云制造服务接入终端能根据企业所需的云制造服务的要求，采集、传输机床装备的实时制造信息，实现企业机床装备与云制造服务平台之间的实时信息交互。

本发明是一种软硬件一体化装置，可支持广域、异构机床装备接入云制造服务平台，实现机床装备加工信息的实时采集、传输和监控，并为机床装备网络化集成运行、工艺实时优化决策、远程维修维护等云制造服务的优化运行提供支撑。其具体方法为：服务需求企业利用机床装备云制造服务接入终端将其机床装备接入云制造服务平台，平台将为每台终端分配一个唯一的IP地址；待服务需求企业和服务提供企业进行服务对接后，服务需求企业则利用嵌入式制造执行***对机床装备制造过程多源信息进行实时采集，并将所采集信息保存于企业数据中心；根据所提供云制造服务的运行需求，服务需求企业将所采集的相关信息通过机床装备云制造服务接入终端传至云制造服务平台数据库中，以供服务提供企业对机床装备运行状态进行分析和远程控制，从而动态优化所提供的服务，实现所提供云制造服务高效、优质运行。

 

附图说明    

图1是机床装备云制造服务接入终端的硬件结构图

图2是机床装备云制造服务接入终端的软件结构图

图3是机床装备云端接入示意图

具体实施方式   

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，机床装备云制造服务接入终端主要包括如下硬件模块：

1．中央处理器（1）：本发明的中央处理器采用了 RMI 公司的基于Alchemy构架的AU1250处理器，它是整个接入终端的核心部分，主要用于完成指令的解释和处理、数据的传输以及对各种部件的控制。

2．存储器（2）：与中央处理器相连，包括SDRAM、NAND FLASH和NOR FLASH三种存储器，主要为机床装备云制造服务接入终端中的***软件、应用软件，以及所采集的数据提供存储空间。

SDRAM（2.1）：用于存储机床装备云制造服务接入终端的应用程序执行时的临时数据。

NOR FLASH（2.2）：用于存储机床装备云制造服务接入终端中的应用程序。

NAND FLASH（2.3）：用于存储机床装备云制造服务接入终端所采集的大容量数据。

3．视频输入接口（3）：与中央处理器相连，它主要是通过接入***摄像头装置，实现视频信息号的采集、处理和传输。

4．通用输入输出（GPIO）接口（4）：与中央处理器相连，主要是提供对外部各种信息的转换，实现对目标（如机床）的控制和监视功能。

5．以太网接口（5）：与中央处理器相连，提供连接到云制造服务平台网络、企业管理层网络的以太网接口，支持各种服务业务和通信协议。

6．JTAG接口（6）：与中央处理器相连，用于执行外部输入指令以及对FLASH进行在线编程和调试。

7．LCD控制器（7）：与中央处理器相连，用于传输显示数据和产生控制信号，并支持屏幕水平显示和垂直滚动显示。

LCD显示器（7.1）：用于显示由控制器传来的各种视频信号。

8．触摸屏控制器（8）：与中央处理器相连，主要用于接收中央处理器发来的指令并加以执行，同时也接收用户发来的触摸信息，并将其转换成触点坐标后传至中央处理器。

触摸屏（8.1）：主要用于用户与机床装备云制造服务接入终端之间的人机交互。 

9．通用串行总线（USB）接口（9）：与中央处理器相连，用于规范机床装备云制造服务接入终端与外部设备的连接和通讯，支持设备的即插即用和热插拔功能。

键盘（9.1）：用于指令和数据的输入，从而支持用户与机床装备云制造服务接入终端之间的人机交互。

传感器装置（9.2）：用于对机床装备各种状态信息的采集和传输。

10．机床通信转换接口（10）：与中央处理器相连，用于机床装备的串行通信格式数据与TCP/IP协议格式数据的相互转换，支持机床装备与云制造服务平台之间的信息交互。

RS232串行通信接口（10.1）：用于实现支持RS232串行通信标准的机床装备与云制造服务接入终端的互联通讯。

RS422串行通信接口（10.2）：用于实现支持RS422串行通信标准的机床装备与云制造服务接入终端的互联通讯。

RS485串行通信接口（10.3）：用于实现支持RS485串行通信标准的机床装备与云制造服务接入终端的互联通讯。

机床装备云制造服务接入终端的软件结构主要包括硬件平台层、引导加载程序层、操作***层、用户图形界面层和嵌入式制造执行***层，如图2所示。

硬件平台层（1）：即AU1250中央处理器模块，用于支持Linux操作***、用户图形界面（GUI）***和嵌入式制造执行***的运行。

引导加载程序层（2）：包括硬件初始化（BOOT）、内核引导（LOAD）和GDB串口调试功能等部分，主要用于连接底层硬件平台和上层操作***。

操作***层（3）：主要包括进程管理（3.1）、文件***（3.2）、存储管理（3.3）、网络管理（3.4）、***API（3.5）、图形驱动函数库（3.6）、设备驱动程序管理（3.7）及视频CODEC（3.8）等功能模块，负责协调应用程序的运行，***软硬件资源的管理。

用户图形界面层（4）：主要是为用户提供可视化、易操作、友好的人机交互界面，增强机床装备云制造服务接入终端的人机交互能力。

嵌入式制造执行***层（5）：用于实现对企业机床装备的管控，并为云制造服务业务的对接提供支撑。该层主要包括生产过程业务管理、制造过程多源信息实时采集、生产工艺上传下达、生产过程监控、异地协作加工支持、车间设备管理、设备能耗管理等功能，可有效地对企业机床装备的实时制造信息进行采集、管理，并传输至云制造服务平台，支持机床装备网络化集成运行、机床装备资源远程共享、加工制造过程实时监测、生产过程工艺实时优化和机床装备远程维修维护等基于网络的制造服务的优化运行。

本发明的具体实施例是汽摩零部件制造外协云制造服务的应用。首先，服务提供企业利用机床装备云制造服务接入终端将其拥有的闲置机床装备资源注册发布至云制造服务平台，形成虚拟机床装备云资源，此时云制造服务平台自动为机床装备云制造服务接入终端分配一个唯一IP地址；而服务需求企业则将其制造服务需求发至云制造服务平台，形成云需求，并通过调用云制造服务平台工具集对其需求进行智能匹配，找到相应的制造服务；待需求企业与服务提供企业进行服务对接后，服务提供企业即可根据需求企业的要求及所提供的原材料进行汽摩零部件的生产制造服务。在制造外协云制造服务的运行过程中，服务提供企业可利用机床装备云制造服务接入终端对其制造过程多源信息（包括加工进度信息、产品质量信息、机床装备加工运行状态信息、车间现场视频信息等）进行实时采集，并传至云制造服务平台数据库，以供需求企业对所购买的服务进行在线实时监控和优化。

Claims (3)

1.一种机床装备云制造服务接入终端，该终端的特征在于：由中央处理器、存储器、LCD显示器、触摸屏输入接口、视频输入接口、通用输入输出接口、以太网接口、JTAG接口、通用串行总线接口、机床通信转换接口以及嵌入式制造执行***、实时操作***构成。

2.根据权利要求1所述的机床装备云制造服务接入终端，其特征在于：所述机床通信转换接口是基于OPC工业标准技术开发的支持串行通信格式数据与TCP/IP协议格式数据相互转换的数据协议转换接口，可支持包括具有RS232通信接口、RS422通信接口或RS485通信接口的数控机床与云制造服务平台的信息交互。

3.根据权利要求1所述的机床装备云制造服务接入终端，其特征在于：所述嵌入式制造执行***是具有生产过程业务管理、制造过程多源信息实时采集、生产工艺上传下达、车间设备管理、设备能耗管理功能的应用软件***，通过嵌入于机床装备云制造服务接入终端，实现嵌入式制造执行***与云制造服务平台之间的信息交互，从而支持机床装备网络化集成运行、机床装备资源远程共享、加工制造过程实时监测、生产过程工艺实时优化和机床装备远程维修维护等基于网络的制造服务的优化运行；其各云制造服务实现的具体方法为：服务需求企业利用机床装备云制造服务接入终端将其机床装备接入云制造服务平台，平台将为每台终端分配一个唯一的IP地址；待服务需求企业和服务提供企业进行服务对接后，服务需求企业则利用嵌入式制造执行***对机床装备制造过程多源信息进行实时采集，并将所采集信息保存于企业数据中心；根据所提供云制造服务的运行需求，服务需求企业将所采集的相关信息通过机床装备云制造服务接入终端传至云制造服务平台数据库中，以供服务提供企业对机床装备运行状态进行分析和远程控制，从而动态优化所提供的服务，实现所提供云制造服务高效、优质运行。

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