上海市科委组织专家对上海计量院承担的市科委技术标准专项“智能制造领域工程数据交换格式基础共性标准研究”(项目编号:16DZ0502300)进行了验收。验收专家听取了项目组的汇报,查阅了项目组提供的验收材料,经过答辩,验收专家组认为该项目已完成预定任务,达到了规定的考核指标,同意该项目通过验收。  智能制造是未来新一轮科技革命的核心,智能制造包含生产方式智能化、服务智能化、产品智能化、装备智能化以及产品智能化5个特点,在智能制造这个巨大的系统之下,所有的机器、产品、零部件、人员、原材料、所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂,所有的产品管理、生产管理、运营管理流程,所有的研发、生产、管理、销售员工,各级供应商以及成千上万的客户,都将是这一个系统的重要组成部分,是基于云端、管道、端到端的信息复杂的体系。  自动化标识语言是一种基于XML架构的数据格式,用于支持各种工程工具之间的数据交换。Automation ML遵循面向对象的方法存储工程信息,并且支持以封装不同方面的数据对象来对实际工厂组件建模。  Automation ML是一个整合现有不同工程工具的标准数据交换格式。现有的数据交换技术大多从专有的界面和转换器出发,从不同角度和技术层面来设计和研发,过于偏向于某一技术,无法与其他技术很好的兼容。然而要想与现有工程数据格式有所兼容,要能转换成任何已有的工程数据格式,要求极高,既要易于转换成已有数据格式,又要具备可推广可复制,可根植于现有工程工具。Automation ML提供了这种可能,既可有较高速的在成套设备、几何量、行为描述、电气信号和运动学等各种信号之间进行数据交换,又是一种可以在不同域之间开展基于数据格式的工程信号交换的对象。  项目组圆满完成国家标准《工业自动化系统工程用工程数据交换格式 自动化标记语言 第1部分:架构和通用要求》(报批稿)及编制说明的编制工作,率先将自动化标记语言这一数据交换格式引入国内,并在智能制造领域开展对工程数据交换格式的研究。项目组设计并完成了两个独立的性能验证试验,拥有权威第三方实验室出具的高度评价的软件测试报告,申请了三项发明专利,有力推动我国先进制造业在不同工程工具之间的互联互通,提升智能制造的技术发展水平。项目组发表的技术论文《应用于智能制造领域工程数据交换格式基础共性技术分析》获上海市局标准化优秀学术成果三等奖表彰。该项目在研期间还获得l了系列标准后续两项新国家标准计划立项,项目负责人全面参与IEC自动化标记语言系列标准的编制工作,该项目的顺利完成为自动化标记语言后续系列标准的编制奠定了坚实的基础。  经查新,国内外公开文献中未见与该项目技术特点完全相同的技术公开,项目成果具有很高的新颖性。 标签: 智能制造

近日,以上海市计量测试技术研究院为秘书处承担单位的全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会工业在线校准方法分技术委员会在浙江杭州中国计量大学召开了《工业自动化系统工程用工程数据交换格式 自动化标记语言 第1部分:架构和通用要求》国家标准编制第二次工作会议。

产品全生命周期管理( ProductL ifecycleManagement,PLM)是继ERP,CRM和SCM之后的又一重要的企业应用系统,它包括了对产品需求、产品设计、产品制造、产品销售与使用等各阶段的集成管理。PLM系统关注产品从需求分析到设计、制造、销售、使用、报废的整个过程,围绕产品这个核心进行信息管理,能有效提高企业的竞争能力,从而成为企业信息化领域新的突破点。在PLM中强调信息的集成,即产品的信息能贯穿产品生命周期的各阶段,并方便各阶段不同类型工作的使用。PLM系统的核心是PDM ( Product Data Management,产品数据管理)系统,PDM系统管理与产品相关的信息和与产品相关的过程,主要涉及到产品的分析、设计与制造。因此在进行PLM系统开发时,最关键的问题就是PDM系统与其他系统的信息集成问题。然而目前的CAD,CAPP,CAM等系统各有不同的数据存储和表现格式。CAD系统具有相似的软件结构和界面,能够提供一个统一的接口,比较容易实现;而CAPP系统则主要是企业定制的,不同的CAPP由于其使用层次及涉及的数据不同,其软件结构也有很大的不同,并且每个企业具体的工艺流程、工艺库不同,其CAPP系统也不同,可以说每个企业的CAPP系统都不同,如果PDM对每一个CAPP系统都做一个专用集成接口,那么对每一种集成接口都要专门进行维护,这样维护成本极其昂贵,并且专用集成接口的可移植性较差,导致每做一个不同的集成接口开发成本较高。为了解决上述问题,提出了一个可扩展的通用CAPP和PDM系统的集成框架,此框架是平台无关的,具有较好的可维护性和可移植性。1 集成的系统框架CAPP系统具有多样性与异构性的特点,并且现有的不同PDM系统也是采用不同的系统架构和外部接口,因此必须采用基于Web的平台无关的技术来实现通用的CAPP和PDM系统的集成。由于Web Service平台是完全与平台无关的,它定义应用程序在Web上的互相通信,而与各应用程序的底层实现无关,因此选择Web Service平台实现CAPP和PDM系统的集成。对于平台无关性的要求使得我们必须屏蔽不同系统的底层实现细节,不同的系统对外提供统一的调用接口,Facade设计模式恰恰具有上述优点,因此CAPP和PDM系统的底层接口分别用Facade模式封装成Web Service,以对外部屏蔽各自的底层接口,只暴露互相调用所需要的API,PDM系统可以通过Web调用封装了CAPP接口的Web Service。反之CAPP也可以调用PDM的Web Service,两者通过Web互相调用,关系是对等的。PDM系统和CAPP系统互为Web Service的客户端和服务器端,客户端和服务器之间用SOAP协议通信。两个系统之间采用XML格式进行信息交换,各自通过数据交换封装接口把各自的内部数据格式转换成XML 数据格式发送请求,收到XML格式的数据之后也是通过数据交换封装接口把收到的XML数据解析为各自的内部格式。此集成框架的Web Service是与底层实现无关的,因而是通用的,做不同CAPP和PDM系统集成的时候只需要做与底层实现有关的数据交换封装接口,把底层接口用Facade模式封装成统一的集成接口,不同的CAPP系统( PDM系统)对外提供的是相同的接口函数,实现了集成框架的通用性(图1)。下面举例说明:假如CAPP系统需要从PDM中取得设计BOM,此时CAPP作为PDM系统Web Service的客户端会通过Web Service平台发送XML格式的SOAP消息给PDM的WebService应用程序,Web Service应用程序通过数据交换封装接口解析XML格式的消息为PDM内部数据格式,查找PDM的产品信息数据库,并且通过数据交换封装接口把查询结果由PDM的数据格式转换成XML 格式,然后把得到的XML 数据通过Web Service封装成SOAP消息传回给CAPP系统的Web应用程序,CAPP系统通过数据交换封装接口把得到的XML格式的结果转换成CAPP 系统内部的数据格式,此时可以在CAPP 系统中查看查询结果。反之如果PDM 系统需要从CAPP系统中得到工艺BOM,则PDM 作为CAPP 系统Web Service的客户端也通过上述过程调用Web Service得到符合要求的数据。2 相关技术的讨论2.1 XML技术由于各个CAPP系统的数据格式不尽相同,显然不可能对每个CAPP和PDM系统之间都做一个集成接口,这样不仅浪费人力物力,系统的可移植性也很差或者说几乎不可移植,因此必须提供一种中间的通用数据格式来实现两个系统之间的信息集成。XML作为一种高效、简单且具有高度开放性、兼容和跨平台性能的数据存储和数据交换标准,越来越显示出其强大的优越性。XML的优点主要有: ①可扩展性。XML 允许用户创建自己的DTD或者Schema,有效地创建可被用于多种应用的可扩展的标志集。②灵活性。XML提供了一种结构化的数据表示方式,使得用户数据与结构分离。CAPP与PDM之间主要交换的数据是结构化的BOM表,XML 表示BOM表具有天然的优越性。③自描述性。XML 文档一般会包含文档类型声明,因此XML语言是自描述性的。XML 独立于具体的操作平台和应用系统,具有很强的可重用性。由于XML具有如此多的优点,选择XML作为中间格式实现CAPP与PDM之间的数据交换。CAPP和PDM系统各自把自己的数据转换成XML这种中间格式,通过集成框架实现数据交换,实现了集成框架的平台无关性和强大的可移植性。CAPP系统和PDM系统之间主要的交换数据是BOM(Bill Of Material,物料清单)表,CAPP从PDM中得到设计BOM和设计属性,PDM从CAPP中得到工艺BOM和装配BOM,产品结构树是BOM表的中心内容。下面给出一个用XML实现的产品结构树例子:< ? xml version = " 1.0" ? >箱体1 < /名字>齿轮1 大齿轮< /类型>< /齿轮>齿轮2 大齿轮< /类型>< /齿轮>轴承1 < /名字>一轴< /类型>< /轴承>< /箱体>< /变速箱>两个系统之间交换的数据全部封装成XML格式,通过各自的数据交换封装接口进行XML格式和内部数据格式的互相转换。2.2 Facade 设计模式不同的PDM系统和CAPP系统集成必须隐藏底层接口的实现细节,对外提供一个统一的高层接口以实现通用性的与平台无关的集成框架。数据交换封装接口把两个系统有关提供BOM信息的底层接口封装成为高层接口,不同的CAPP或者PDM系统封装之后对外提供的接口是一致的,以实现接口的通用性,用Facade设计模式来封装底层接口,可以达到上述要求。把所有不同的CAPP系统的底层相关接口封装成统一的Facade高层接口,对外提供的是相同的调用方法,这样外部程序不需要知道每一个CAPP系统的底层接口,只需要知道Facade接口的调用方法就可以与不同的CAPP系统交互。Facade是一种软件设计模式,此模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面,或者说是为子系统底层的一组接口设计一个高层接口,屏蔽底层接口的实现细节,外部应用程序通过一个统一的Facade接口访问子系统,隐藏了子系统的复杂性。当子系统的某个接口变化或者增添了一个新接口,外部应用程序并不需要知道,实现了客户端与服务端的松耦合性。本集成框架采用Facade设计模式封装CAPP和PDM的部分接口,以实现集成接口与各个系统的松耦合性。对PDM系统的数据封装接口主要封装提取产品设计信息和产品结构信息的接口,把提取出来的信息转换成XML格式的数据,并且把外部传入的XML数据转换成PDM内部使用的数据格式;对CAPP系统的数据封装接口主要封装提取零部件的工艺属性信息、零部件的工艺路线信息以及零部件的工序内容信息的接口,同样把提取出来的信息转换成XML格式的数据,并把外界传入的XML 数据格式转换成CAPP内部使用的数据格式。图2是CAPP数据交换封装接口的示意图( PDM系统的数据交换封装接口与图2类似,不再给出) 。下面给出一个通用接口的部分代码:/ /获取CAPP信息的接口public interface Capp Information{/ /初始化工艺文件。入口参数:工艺文件的名称;输出:工艺文件File InitCappFile ( String CappFileName) ;/3 获取表头参数。入口参数:工艺文件和表头属性名称;输出:表头属性内容3 /Object GetHead Information ( File CappFile,String ParaName) ;/3 更改表头参数。入口参数:工艺文件、表头属性名称和属性内容;输出:更改是否成功3 /bool SetHead Information ( File CappFile,String ParaName,ObjectPara Info) ;}2.3 Web ServiceWeb Service完全基于XML (可扩展标记语言) 、XSD (XML Schema)等独立于平台、独立于软件供应商的标准,是创建可互操作的、分布式应用程序的新平台。它的主要目标是跨平台的应用程序的互操作性。Web Service通过完全平台无关的XML表示数据,通过基于XML和HTTP协议的SOAP协议传递数据,可以用在任何平台上、用任何语言来开发Web Service应用程序。而以前的分布式应用程序开发标准COM和DCOM都是基于Windows平台的,对于Linux平台下的应用程序则无能为力,并且在一个大型网络中配置DCOM是十分困难的事情。因此我们选择Web Service平台作为PDM和CAPP系统集成框架的集成平台。Web Services是通过一系列标准和协议来保证程序之间的动态连接。其中最基本的协议包括:SOAP,WSDL,UDD I。SOAP( Simple Object Access Protocol,简单对象存取协议)是Web Services消息通信的协议,是Web Services的核心内容; WSDL (Web Services Description Language) 是Web服务定义语言,用来说明SOAP的消息和如何交换这些消息; UDD I(Universal Descrip tion,Discovery,and Integration,通用发现、说明和集成)用于集中存放和查找WSDL描述文件,起着目录服务器的作用。对底层接口封装之后,在统一的高层数据交换接口上编写Web Service应用程序,由于不同系统提供了统一的高层数据交换接口,Web Service只与高层数据接口进行交互,因此可以编写通用的Web Service服务程序应用于不同CAPP和PDM系统的集成。通过对PDM和CAPP系统分别编写通用的Web Service应用程序,在Web上进行各自Web Service的调用,可以实现PDM和CAPP系统的无缝集成。3 总结CAPP和PDM系统的集成是实施PLM系统的一个重要的内容,然而由于CAPP系统的多样性与异构性,很难找出一个统一的接口。基于XML 技术的可扩展的PDM和CAPP的通用集成框架,有较好的可维护性和可移植性。此框架采用Web Service平台技术和XML技术,真正实现了平台无关性,适用于所有的PDM和CAPP系统的集成,也可以用来作PLM框架下其他系统之间的集成。在开发新万如PLM系统时应用此框架实现了开发CAPP和新万如PDM系统的集成,证明此集成框架具有可行性。(end)

随着CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)技术快速的发展和在工程领域的广泛应用。越来越多CAD/CAM数据需要在不同的用户之间交流。目前制造业广泛应用的主流CAD,CAM软件有如AutoCAD、Pro/Engineer、Unigraphics NX、SolidWorks、Inventor、CATIA、MasterCAM、CAXA等。由于各用户之间存在应用软件的差异,需要把他们的数据在不同CAD/CAM软件系统之间交换,由于各CAD/CAM软件开发用语言的不同和软件数据记录方式与处理方式的不同,实现CAD/CAM的数据完整转换与共享是企业之间面对的重要问题。1 CAD/CAM数据交换格式针对不同系统之间数据的有效转换,实现数据的共享,国外对数据交换标准做了大量的研制工作并产生了许多标准,如美国的DXF、IGES、ESP、PDES,德国的VDAIS、VDAFS.法国的SET,ISO的STEP等。这些数据转换标准的制定为CAD/CAM技术的推广应用起到了很大的推动作用。常用的数据交换格式有IGES、CGM、STEP、STL、PARASOLID等。IGES是最早的图像数据交换格式,也是目前使用范围最广泛的数据交换格式之一。可以转换曲面、曲线等二维、三维的图像文件,文件的扩展名是igs。CGM是ANSI标准格式的二维图像文件,可以被许多绘图软件识别。CCM很容易在不用的操作系统中迁移。因为是二维图像文件,不能应用于三维图像文件,故其应用范围也受到了一点的限制。STEP是一种比较新的数据交换格式,由国际标准化组织ISO制定。可以很好的支持实体数据转换,是目前数据转换的标准。文件的扩展名位stp。UGNX4.0中提供了两种STEP格式:STEP203和STEP214,其中STEP203不转换图层和颜色等信息。STEP214转换图层和颜色等信息。STL为小平而模型的文件格式,用于快速成型。利用模型的测量点数可以直接转换生成小面模型,然后UC町以直接加工这个小面模型。UGNX6提供了对小面模型的修改和编辑功能。PARASOLID是UG软件建模系统的一种格式标准,是UG NX6实体建模的内核。PARASOLID建模系统支持实体建模、单元建模和自由形状建模。许多软件使用该系统,包括MasterCAM、PRO/E等,该格式文件的扩展名为x_t。2 数据转换格式的选择方法由于CAD/CAM软件之间还没有统一的数据交换格式,数据文件在格式的转换过程中经常遇到转换格式后无法打开的情况。因此在数据格式转化时,尽量选择软件间比较通用的数据交换格式闭,如IGES、STEP等。在进行文件数据格式转换时。应遵循一些摹本的方法.比如应用STEP格式转换实体和曲面。基本上不会出现掉面和图像信息不齐全的现象;对于点和各类曲线的文件数据转换尽量选用ICES格式;MasterCAM、UG、Pro/E等以PARASOLID为内核的软件之间转换实体文件格式时,最好使用PARASOLID格式;对于IGES格式的文件,直接转入UG时经常出现破面的情况。缝合操作后仍不能缝合曲面时,可以尝试大缝合公差。如果大缝合公差还不能缝合曲面,则要考虑文件数据的来源软件,比如源文件来源于Pro/E系统,则在Pro/E系统中导人该文件,一般可自动生成实体,否则就运用该软件自动修复一下,生成实体后再用STEP格式进行文件转换。3 CAD/CAM软件间的数据格式转换工程中常用的CAD/CAM软件较多,不同软件系统之间数据交换有所区别,在此以UG软件系统为例说明与其他CAD/CAM软件系统之间数据转换的具体操作方法。3.1 UG与Pro/E(3D)之间的数据格式转换实现UG与Pro/E之间的数据格式的转换,完成数据共享,必须先将UG文件转换成CAD/CAM数据交换中最常用的IGES或STEP格式日。在数据转换操作之前,必须在UG中安装转换器(translators),否则数据格式无法转换。如将UG格式的文件转换成能够在Pro/E系统中打开的格式文件,在UG菜单里面点击File指令.在弹出的菜单中单击Export,再在弹出的菜单中选择要转换的格式。弹出的菜单里面有parasolid和Iges等数据格式,如果待转换UG文件为实体图形,转换到Pro/E系统也是实体,那么就选择parasolid;如果将实体数据转换后变为片体,就选用Iges数据格式。在转换过程当中。可以根据UG系统中的打开的数据实体模型或者根据数据文件进行转换,操作步骤可以根据弹出的对话框选择相应内容进行转化。最后,将Pro/E软件系统打开,点击转换过的数据文件并选择相应的格式,即可打开转换过的图形文件。3.2 UG与AutoCAD(2D)之间的数据转换AutoCAD是一个功能强大专业设计通用软件,2D功能应用广泛。要实现UG与AutoCAD(2D)之间的数据成功转换,就是将UG工程图文件数据转换成AutoCAD中可以打开的文件数据。而3D数据信息无法转换到2D设计软件。具体操作方法是首先把UG中的三维图像文件在UG中生成工程图文件。然后点击File,在弹出的菜单中单击Export,再在弹出的菜单中选择要转换的格式,数据格式有DXF或CGM。在出现的对话框中输入DXF或CGM文件的名称,点击“确定”后,UG系统就会导出新格式的文件。然后在AutoCAD软件中选择相应的数据格式便可将转换输出的图形数据文件打开。如果图形文件打开后存在部分图像信息丢失的现象,那么UG工程图文件就不能直接另存为AutoCAD的DXF格式文件,而是通过中间格式CGM进行转换,即先把UG工程图文件导出为CGM格式文件,然后将CGM格式文件导人UG中的一个新建文件中,再把CGM格式文件在UG中导出DXF格式文件,这样一般情况下都可以实现UG文件无缝转换成DXF文件。4 结语在计算机辅助设计与制造领域,CAD/CAM等相关软件的到广泛的应用。使得企业之间的合作更为紧密,工业产品的设计数据和加工数据交换更为频繁,实现各企业之间数据共享尤为重要。CAD/CAM数据通过选用合理的数据转换格式,实现源文件格式向目标数据文件的无缝转换,有利于提高工程技术人员的上作效率和企业的生产效益。(end)

IEC 61131-3的XML格式及其应用随着IEC 61131-3标准被广泛接受,经济竞争的环境日益严峻,而在工业控制软件的开发成本和工程成本日益上升的形势下,希望能在不同的软件开发环境之间交换其程序、函数/功能块库和工程项目的需求越发高涨。考虑到编程仅仅是控制软件完整应用开发套件的一个环节,为规范它与其他环节间的数据交换的接口,有必要提供为实现IEC 61131-3编程的数据交换规范。通过为IEC 61131-3规定一种XML的格式,倡导一种开发环境,使得在此基础上构成统一的工程软件平台。利用PLCopen规范的XML格式,来实现不同软件工具的数据交换:为统一的工程平台实现不同控制功能的编程、组态提供基础;为统一的工程平台实现设计、调试、运行操作、维护各阶段功能的前后衔接提供基础;进行不同硬件平台定义的I/O变量和内部变量直接的变换,为控制程序无障碍移植创造前提条件。包括文本化编程语言、图形化编程语言、结构化编程语言、图形信息、数据类型等信息,都可用XML的格式予以表达。举例来说,由德国的汽车制造商Daimler发起,联合了ABB、KUKA、Rockwell Automation、Siemens等工业企业以及一些软件和服务商,成立了AutomationML组织,为的就是通过共同定义数字化工厂的一种中间格式——自动化标记语言AutomationML,并进行标准化。AutomationML标准是一种免费的开放标准,主要用于制造自动化,包括机器人和物流,但不局限于此。其创新主要在于:在一个单一的根格式下将许多重要工程方面所接受的标准综合起来予以应用。IEC 61131-3的OPC UA信息模型建立IEC 61131-3的OPC UA信息模型的目的在于提高控制器和可视化装置、上位信息系统之间通信的复用性。从长期应用的观点看,将明显提高工程流程的效率和显著降低工程成本。设想当某个PLC项目中有许多控制平台由不同的供应商提供,如果用一种可视化工具或MES/ERP,从这些控制平台的外部来看,他们完全是一样的。PLCopen之所以选择OPC UA,是因为使用OPC的统一架构解决了如下问题:在监控层面如何发现与之通信的对象;如何使通信对象的数据、复杂数据和功能性是完全可利用的;如何使通信可靠、可执行,又与操作系统和编程语言无关;如何确保信息安全。在2009年德国纽伦堡SPS/IPC/Drives展会、2010年HMI展会以及2010年灯光和建筑展会上分别展出了由多个供应商采用OPC的IEC 61131-3信息模型的实物演示。嵌入式PLC的发展趋势与潜力根据《Control Design》杂志的调查,2009年美国机械行业的PLC用户占2/3,PAC和PC控制合起来只占13%,而嵌入式PLC仅占5%。这可以说明,嵌入式PLC具有很大的发展空间。目前,嵌入式PLC的发展也呈现多元化,国内外均有良好表现:德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色;国内几年前就有华中科技大学在EASY CORE 1.00核心芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件,作为硬件平台,开发了多模入通道的嵌入式PLC;还有一种发展路径是以开发PLC与人机界面相结合的硬件/软件一体化为目标的平台,充分利用了CASE工具,结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库,专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的专用PLC。嵌入式PLC在我国具有较广阔的发展空间,首先在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点:有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础,并拥有足够的、性价比全球最优的设计开发队伍。我们完全可以以最低的成本、较高的质量,并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC,来代替通用PLC。同时,嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活,易于剪裁,更贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系统的技术基础,拿来就可用。SoC芯片、嵌入式操作系统与符合IEC 61131-3编程语言标准的编程环境等优势,使得其在市场上很容易找到。在目前环境下开发通用PLC的技术不难突破,但抢占市场需要大量财力和人力资源投入。在市场已被为数不多的几家大公司稳固瓜分的今天,走这样的路线似乎事倍功半。我国小型PLC近年来也有可喜进步的实践,也同样证明了这一判断。(end)