0 引言

　　近年，隨著機械產品設計水平的提高，飛機結構上大量采用薄壁機械加工整體零件取代傳統的鈑金鉚接裝配組合件，飛機的結構件為飛機上的主要承力構件，是飛機骨架的主要組成部分，類別包括框、梁、肋、壁板、接頭等，其結構復雜，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，進而影響零部件的部裝和飛機的總裝。

　　飛機結構件普遍采用數控機床加工，而在航空制造企業中數控機床利用率較低的一個重要原因是數控程序編制的質量較低和效率較差，機床的加工參數沒有處于最優的切削狀態，機床經常處于停機狀態等待程序修改。數控加工程序的編制經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。現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控程序。

　　現今制約數控編程質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，具有豐富的數控加工工藝知識和數控編程技能；②程序編制過程需要軟件通過人機交互操作實現，不斷地利用鼠標和鍵盤選擇參數、元素和設置數據，交互過程繁雜，重復工作量巨大；③數控程序的編寫與機床、刀具、零件、夾具、工藝規程、檢測方法、生產計劃等密切關聯，與企業現有的CAD模塊、CAPP系統、PDM系統、ERP系統、MRP系統、MES等系統的信息共享差，不能充分利用已有的資源信息，無法動態更新編程的信息。隨著產品的復雜和生產進度的要求，傳統的編程方式已經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控編程技術正成為現今研究的熱點。

　　本文針對結構件數控加工車間的生產流程，提出結構件快速數控編程系統的集成技術，提出基于CORBA和WEB服務的系統集成的方法，構建了系統的集成框架，有效地解決了系統的信息共享技術。

1 快速數控編程系統集成關鍵技術

　　1.1 結構件快速數控編程系統體系框架

　　結構件快速數控編程系統應用于數控加工車間，在結構件快速編程和制造生產中，信息是在各個單一環節中共享的，圖1所示為系統的信息流程，圖2所示為系統的功能結構。

圖1 結構件快速數控編程的信息流程

　　系統集成的關鍵是內容和信息的集成，通過接口實現各功能系統、模塊的數據交換和功能互相調用，形成一個綜合的應用系統以共同完成結構件快速制造過程，以面向WEB服務(WEB SERVICES)為平臺的系統的體系架構如圖3所示，平臺由用戶應用層、功能服務層、應用保證層、數據資源層、基礎支撐層等組成。

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

　　功能服務層：為系統提供應用服務，實現各種不同系統間的互相操作的流程，該層主要包括工藝編程管理、系統管理、信息管理等模塊。

　　應用保證層：為系統提供各種制造服務，通過各種二次開發工具開發的組件、接口來調用、控制、協調等來實現制造組織功能，包括應用系統和網絡化服務系統兩大子模塊。其中應用系統子層為各不同的軟件廠家提供的商業化軟件，具體包括CAD、CAM、ERP、PDM、MES、CAPP、SCM、CRM等。網絡化制造服務系統子層是系統的核心層，基于通用對象請求代理結構CORBA(Common Object Request Broker Architecture)和多Agent及基于語義的SOA服務，主要包括Agent、WEB、CORBA服務接口及其實現等。

　　數據資源層：管理相關的數據庫資源，負責業務數據的存儲和共享。數據庫類型主要包括文件數據庫、WEB服務數據庫、XML類型數據庫、FTP數據庫、文檔數據庫等，用來存儲用戶數據、零組件產品數據、資源數據、工藝數據、程序數據、知識數據、本體數據等各類制造和管理數據資源。

　　基礎支撐層：主要負責系統平臺的硬件和核心通信及標準，包括數控機床、數控測量機、個人數字助理PDA(Personal Digital Assistant)、無線射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)等硬件設備；包括Internet／Intranet網絡硬件和通信協議及接口相關的標準和規范，信息安全和控制等。具體的有TCP／IP網絡協議、HTTP協議、FTP協議、SMTP協議、面向服務計算的WEB服務描述語言協議WSDL(Web Server Description)、簡單對象訪問協議SOAP(Simple Object Access Protoc01)、統一描述發現和集成協議UDDI(Universal Description，Discovery and Integration)、RS232標準、MAP接口、XON／XOFF協議、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。

　　系統集成了CORBA組件和WEB服務，通過CORBA規定分布對象的定義、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管理，通過多對象、多層次的代理體Agent形成應用框架。不同車間層采用基于SOAP的WEB SERVICES協議，車間內部應用采用CORBA協議。在企業內部設置服務注冊中心UDDI，負責管理各車間WEB服務，應用系統可以是已有的數字制造系統。也可以是新開發的系統。對已經有的PDM、ERP、CAPP、CAM系統，通過WSDL文件描述系統功能及注冊方法封裝成WEB SERVICES組件，最后將服務描述文件通過UDDI API接口發布到UDDI供SOAP客戶調用。

　　1.2 基于本體的數控編程制造信息集成

　　本體概念源自于古西方哲學，現在被引入到信息領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。實現網絡化數控制造自動化信息集成需要采用萬維網聯盟W3C(World Wide Web Consortium)推薦的基于DL的WEB本體描述語言OWL(Web Ontology Language)DL實現信息描述。基于OWL DL的本體定義為五元組：

　　快速數控編程制造信息具有異構、多平臺、動態的特點，需要將相關信息資源的概念和關系形成領域知識，建立具有統一語義的信息集成體系。利用本體進行信息集成，系統的頂級本體由多個子本主要包括企業和車間本體、WEB服務本體、產品本體、知識本體和數控編程資源本體等。企業和車間本體描述數控車間的組織信息、人員信息、資源信息、目標策略和流程信息等；WEB服務本體企業或車間的基本信息、工藝流程信息、服務資源信息服務請求和服務策略信息等；產品本體描述數控工藝和編程的產品信息、部件和零件的結構信息、尺寸和公差信息、工藝和工裝信息等；知識本體包括結構件特征識別的知識、數控工藝規劃知識、切削刀具和參數選擇知識等；數控編程資源本體定義編程需要的各種資源，包括設備信息、刀量具信息、毛坯信息、夾具信息、在制品信息、工藝分工信息、生產計劃信息和數據資源信息等。

2 應用實例

　　根據上述體系結構和實現方法，利用J2EE企業版(Java 2 platform Enterprise Edition)和WEB Services技術構建了結構件快速數控編程原型系統。典型壁板結構件編程的部分集成運行信息模型如圖4所示。

圖4璧板的數控編程集成模型

3 結論

　　本文為解決結構件的快速編程問題，提出了一種面向結構件快速編程的框架體系結構，研究了基于本體的信息集成技術。該系統的體系結構和實現方法為實現信息技術、語義網與信息技術深入到制造過程的信息化提供了一種解決方案。