0 引言

　　近年，隨著機械產(chǎn)品設(shè)計水平的提高，飛機結(jié)構(gòu)上大量采用薄壁機械加工整體零件取代傳統(tǒng)的鈑金鉚接裝配組合件，飛機的結(jié)構(gòu)件為飛機上的主要承力構(gòu)件，是飛機骨架的主要組成部分，類別包括框、梁、肋、壁板、接頭等，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，加工難度大，制造周期長，嚴重制約飛機零件的生產(chǎn)，進而影響零部件的部裝和飛機的總裝。

　　飛機結(jié)構(gòu)件普遍采用數(shù)控機床加工，而在航空制造企業(yè)中數(shù)控機床利用率較低的一個重要原因是數(shù)控程序編制的質(zhì)量較低和效率較差，機床的加工參數(shù)沒有處于最優(yōu)的切削狀態(tài)，機床經(jīng)常處于停機狀態(tài)等待程序修改。數(shù)控加工程序的編制經(jīng)歷了手工代碼直接編程、字符式計算機輔助編程APT(Automatic Programming T001)和計算機圖形交互式編程三個階段?，F(xiàn)在廣泛采用的是計算機圖形交互式編程方式，其工作流程是通過零件幾何定義、刀具定義和加工路徑定義操作而生成數(shù)控程序。

　　現(xiàn)今制約數(shù)控編程質(zhì)量和效率的原因有以下幾個方面：①對編程人員工程能力要求高，需要編程人員對加工零件制造流程通曉，具有豐富的數(shù)控加工工藝知識和數(shù)控編程技能；②程序編制過程需要軟件通過人機交互操作實現(xiàn)，不斷地利用鼠標和鍵盤選擇參數(shù)、元素和設(shè)置數(shù)據(jù)，交互過程繁雜，重復(fù)工作量巨大；③數(shù)控程序的編寫與機床、刀具、零件、夾具、工藝規(guī)程、檢測方法、生產(chǎn)計劃等密切關(guān)聯(lián)，與企業(yè)現(xiàn)有的CAD模塊、CAPP系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、MRP系統(tǒng)、MES等系統(tǒng)的信息共享差，不能充分利用已有的資源信息，無法動態(tài)更新編程的信息。隨著產(chǎn)品的復(fù)雜和生產(chǎn)進度的要求，傳統(tǒng)的編程方式已經(jīng)遠遠不能夠滿足制造需求，因此旨在提高制造自動化程度的智能數(shù)控編程技術(shù)正成為現(xiàn)今研究的熱點。

　　本文針對結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工車間的生產(chǎn)流程，提出結(jié)構(gòu)件快速數(shù)控編程系統(tǒng)的集成技術(shù)，提出基于CORBA和WEB服務(wù)的系統(tǒng)集成的方法，構(gòu)建了系統(tǒng)的集成框架，有效地解決了系統(tǒng)的信息共享技術(shù)。

1 快速數(shù)控編程系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)

　　1.1 結(jié)構(gòu)件快速數(shù)控編程系統(tǒng)體系框架

　　結(jié)構(gòu)件快速數(shù)控編程系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控加工車間，在結(jié)構(gòu)件快速編程和制造生產(chǎn)中，信息是在各個單一環(huán)節(jié)中共享的，圖1所示為系統(tǒng)的信息流程，圖2所示為系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。

圖1 結(jié)構(gòu)件快速數(shù)控編程的信息流程

　　系統(tǒng)集成的關(guān)鍵是內(nèi)容和信息的集成，通過接口實現(xiàn)各功能系統(tǒng)、模塊的數(shù)據(jù)交換和功能互相調(diào)用，形成一個綜合的應(yīng)用系統(tǒng)以共同完成結(jié)構(gòu)件快速制造過程，以面向WEB服務(wù)(WEB SERVICES)為平臺的系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖3所示，平臺由用戶應(yīng)用層、功能服務(wù)層、應(yīng)用保證層、數(shù)據(jù)資源層、基礎(chǔ)支撐層等組成。

　　用戶應(yīng)用層：為編程人員提供服務(wù)，通過C／S(Client／Server)和B／S(Brower／Server)實現(xiàn)人機交互操作，完成數(shù)控編程的應(yīng)用功能。

　　功能服務(wù)層：為系統(tǒng)提供應(yīng)用服務(wù)，實現(xiàn)各種不同系統(tǒng)間的互相操作的流程，該層主要包括工藝編程管理、系統(tǒng)管理、信息管理等模塊。

　　應(yīng)用保證層：為系統(tǒng)提供各種制造服務(wù)，通過各種二次開發(fā)工具開發(fā)的組件、接口來調(diào)用、控制、協(xié)調(diào)等來實現(xiàn)制造組織功能，包括應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)系統(tǒng)兩大子模塊。其中應(yīng)用系統(tǒng)子層為各不同的軟件廠家提供的商業(yè)化軟件，具體包括CAD、CAM、ERP、PDM、MES、CAPP、SCM、CRM等。網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)系統(tǒng)子層是系統(tǒng)的核心層，基于通用對象請求代理結(jié)構(gòu)CORBA(Common Object Request Broker Architecture)和多Agent及基于語義的SOA服務(wù)，主要包括Agent、WEB、CORBA服務(wù)接口及其實現(xiàn)等。

　　數(shù)據(jù)資源層：管理相關(guān)的數(shù)據(jù)庫資源，負責業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲和共享。數(shù)據(jù)庫類型主要包括文件數(shù)據(jù)庫、WEB服務(wù)數(shù)據(jù)庫、XML類型數(shù)據(jù)庫、FTP數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)庫等，用來存儲用戶數(shù)據(jù)、零組件產(chǎn)品數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、程序數(shù)據(jù)、知識數(shù)據(jù)、本體數(shù)據(jù)等各類制造和管理數(shù)據(jù)資源。

　　基礎(chǔ)支撐層：主要負責系統(tǒng)平臺的硬件和核心通信及標準，包括數(shù)控機床、數(shù)控測量機、個人數(shù)字助理PDA(Personal Digital Assistant)、無線射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)等硬件設(shè)備；包括Internet／Intranet網(wǎng)絡(luò)硬件和通信協(xié)議及接口相關(guān)的標準和規(guī)范，信息安全和控制等。具體的有TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、HTTP協(xié)議、FTP協(xié)議、SMTP協(xié)議、面向服務(wù)計算的WEB服務(wù)描述語言協(xié)議WSDL(Web Server Description)、簡單對象訪問協(xié)議SOAP(Simple Object Access Protoc01)、統(tǒng)一描述發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議UDDI(Universal Description，Discovery and Integration)、RS232標準、MAP接口、XON／XOFF協(xié)議、CORRB標準、Agent的描述語言ADL(Agent Describe Language)、Agent的控制語言ACL(Agent Control Language)、Agent的通信語言KQML(Knowledge Query and Manipulation Language)等。

　　系統(tǒng)集成了CORBA組件和WEB服務(wù)，通過CORBA規(guī)定分布對象的定義、語言映射和封裝接口，將WEB SERVICES作為其上層中間組件實行服務(wù)管理，通過多對象、多層次的代理體Agent形成應(yīng)用框架。不同車間層采用基于SOAP的WEB SERVICES協(xié)議，車間內(nèi)部應(yīng)用采用CORBA協(xié)議。在企業(yè)內(nèi)部設(shè)置服務(wù)注冊中心UDDI，負責管理各車間WEB服務(wù)，應(yīng)用系統(tǒng)可以是已有的數(shù)字制造系統(tǒng)。也可以是新開發(fā)的系統(tǒng)。對已經(jīng)有的PDM、ERP、CAPP、CAM系統(tǒng)，通過WSDL文件描述系統(tǒng)功能及注冊方法封裝成WEB SERVICES組件，最后將服務(wù)描述文件通過UDDI API接口發(fā)布到UDDI供SOAP客戶調(diào)用。

　　1.2 基于本體的數(shù)控編程制造信息集成

　　本體概念源自于古西方哲學，現(xiàn)在被引入到信息領(lǐng)域用于人工智能的研究，本體是共享概念模型的顯示的形式化描述。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控制造自動化信息集成需要采用萬維網(wǎng)聯(lián)盟W3C(World Wide Web Consortium)推薦的基于DL的WEB本體描述語言O(shè)WL(Web Ontology Language)DL實現(xiàn)信息描述?；贠WL DL的本體定義為五元組：

　　快速數(shù)控編程制造信息具有異構(gòu)、多平臺、動態(tài)的特點，需要將相關(guān)信息資源的概念和關(guān)系形成領(lǐng)域知識，建立具有統(tǒng)一語義的信息集成體系。利用本體進行信息集成，系統(tǒng)的頂級本體由多個子本主要包括企業(yè)和車間本體、WEB服務(wù)本體、產(chǎn)品本體、知識本體和數(shù)控編程資源本體等。企業(yè)和車間本體描述數(shù)控車間的組織信息、人員信息、資源信息、目標策略和流程信息等；WEB服務(wù)本體企業(yè)或車間的基本信息、工藝流程信息、服務(wù)資源信息服務(wù)請求和服務(wù)策略信息等；產(chǎn)品本體描述數(shù)控工藝和編程的產(chǎn)品信息、部件和零件的結(jié)構(gòu)信息、尺寸和公差信息、工藝和工裝信息等；知識本體包括結(jié)構(gòu)件特征識別的知識、數(shù)控工藝規(guī)劃知識、切削刀具和參數(shù)選擇知識等；數(shù)控編程資源本體定義編程需要的各種資源，包括設(shè)備信息、刀量具信息、毛坯信息、夾具信息、在制品信息、工藝分工信息、生產(chǎn)計劃信息和數(shù)據(jù)資源信息等。

2 應(yīng)用實例

　　根據(jù)上述體系結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法，利用J2EE企業(yè)版(Java 2 platform Enterprise Edition)和WEB Services技術(shù)構(gòu)建了結(jié)構(gòu)件快速數(shù)控編程原型系統(tǒng)。典型壁板結(jié)構(gòu)件編程的部分集成運行信息模型如圖4所示。

圖4璧板的數(shù)控編程集成模型

3 結(jié)論

　　本文為解決結(jié)構(gòu)件的快速編程問題，提出了一種面向結(jié)構(gòu)件快速編程的框架體系結(jié)構(gòu)，研究了基于本體的信息集成技術(shù)。該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法為實現(xiàn)信息技術(shù)、語義網(wǎng)與信息技術(shù)深入到制造過程的信息化提供了一種解決方案。