擴展型混合磨削云PAAS系統(tǒng)的研究與設(shè)計

謝智明1鄧朝暉1,2劉偉2劉濤2彭克立3

1.湖南大學國家高效磨削工程技術(shù)研究中心，長沙，410082

2.湖南科技大學難加工材料高效精密加工湖南省重點實驗室，湘潭，411105

3.湖南海捷精密工業(yè)有限公司，長沙，410082

摘要：計算機輔助磨削制造軟件是磨削制造加工領(lǐng)域的軟實力資源，擴展型混合磨削云PAAS系統(tǒng)為整合利用磨削制造軟件資源提供了一個通用的、可擴展的平臺，它利用混合云計算技術(shù)為磨削制造加工企業(yè)使用CAM軟件資源提供了方便可靠、費用低廉的途徑。設(shè)計了PAAS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)及軟件體系架構(gòu)，闡述了系統(tǒng)的實現(xiàn)原理、功能及關(guān)鍵技術(shù)，利用人工智能技術(shù)設(shè)計了CAM方案控制算法，開發(fā)了磨削云PAAS軟件系統(tǒng)，并對其在磨削行業(yè)的實踐應用及發(fā)展趨勢做了介紹。

關(guān)鍵詞：混合磨削云；PAAS系統(tǒng)；磨削CAM軟件；CAM方案控制；桌面云數(shù)據(jù)庫復制

中圖分類號：TG580

收稿日期：2015-07-07

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51175163)；國家科技支撐計劃資助項目(2015BAF23B01)；湖南省教育廳科學研究重點項目(12A048)

作者簡介：謝智明，男，1971年生。湖南大學國家高效磨削工程技術(shù)研究中心博士研究生。主要研究方向為云計算、云制造及磨削云。鄧朝暉(通信作者)，男，1968年生。湖南科技大學機電工程學院教授、博士研究生導師，湖南大學國家高效磨削工程技術(shù)研究中心博士研究生導師。劉偉，男，1986年生。湖南科技大學機電工程學院博士。劉濤，男，1990年生。湖南科技大學機電工程學院碩士研究生。彭克立，男，1976年生。湖南海捷精密工業(yè)有限公司高級工程師。

Research and Design of Extensible Hybrid Grinding Cloud PAAS System

Xie Zhiming1Deng Zhaohui1,2Liu Wei2Liu Tao2Peng Keli3

1.National Engineering Research Center for High Efficiency Grinding,

Hunan University,Changsha，410082

2.Hunan Province Key Laboratory of High Efficiency and Precision Machining of Difficult to

Machine Materials,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan，Hunan,411105

3.Hunan Haijie Precision Industry Co.,Ltd.,Changsha，410082

Abstract：The software of computer aided manufacturing(CAM) for grinding was the soft power resources of manufacturing and processing in grinding field. Extensible hybrid grinding cloud PAAS system provided a general and extensible platform for the integration of using grinding software resources, which provided a convenient and reliable way to use CAM software resources for manufacturing enterprises with grinding by using mixed cloud computing technology. This paper designed the network and software architecture of PAAS system expounds and introduced the realization principles, functions and key technologies.The algorithms of CAM solution control were designed by using artificial intelligence， software system of grinding cloud PAAS was developed, the applications and development trends of PAAS system for grinding field were introduced too.

Key words: hybrid grinding cloud; platform of application software for grinding process as a service(PAAS) system; grinding CAM software; CAM solution control; desktop cloud database replication

0引言

磨削云PAAS(platform of application software for grinding process as a service)系統(tǒng)是一種以計算機分布式數(shù)據(jù)庫、人工智能技術(shù)、混合云網(wǎng)絡(luò)[1]為基礎(chǔ)而建立的為磨削加工提供應用軟件的制造信息平臺，它借鑒云計算和云制造[2]的思想，實現(xiàn)磨削加工領(lǐng)域計算機輔助制造等應用軟件的遠程接入與使用，目的是為磨床制造廠家和磨削制造加工企業(yè)等用戶提供各類加工方面的計算機輔助制造技術(shù)服務(wù)[3]。

目前，在磨削云研究與應用方面，國內(nèi)外相關(guān)報道還很少。本文項目組首次聯(lián)合國內(nèi)各大磨床制造廠商和磨削加工企業(yè)共同開發(fā)了能夠讓用戶方便快捷地連接到磨削云平臺以獲得各類磨削CAM應用的軟件服務(wù)，即擴展型混合磨削云PAAS系統(tǒng)。

1系統(tǒng)概述

混合磨削云PAAS系統(tǒng)采用私有云和公有云的接入訪問方式，如圖1所示。私有磨削云指運營方自己使用的云，通過 Intranet接入使用，所有的服務(wù)供自己內(nèi)部人員使用。私有磨削云的部署比較適合于有眾多分支機構(gòu)的大型磨削制造企業(yè)。

公有磨削云是指運營方通過Internet為外部磨削制造企業(yè)或相關(guān)科研院所提供的可使用的云。外部用戶通過公共互聯(lián)網(wǎng)訪問服務(wù)，但不擁有磨削云資源。公有磨削云能夠以低廉的價格，提供有吸引力的服務(wù)給磨削企業(yè)用戶，提升新的價值鏈和磨削制造行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[1]。

圖1　混合磨削云PAAS系統(tǒng)接入示意圖

擴展型磨削云提供一致的、動態(tài)的、可擴展的集群服務(wù)器資源模式，服務(wù)負載可實現(xiàn)自動擴充，可以動態(tài)擴充集群資源池內(nèi)的服務(wù)器。PAAS系統(tǒng)支持服務(wù)器虛擬桌面的生命周期管理，支持配置CAM應用軟件資源以適應用戶在可用性高和節(jié)約經(jīng)費等方面的需求，適應磨削制造加工企業(yè)不同時期、不同環(huán)境以及不同加工階段下對CAM應用軟件資源的需求變化。

凸輪軸數(shù)控磨削工藝智能應用系統(tǒng)CSGIA、凸輪軸數(shù)控磨削工藝智能專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)CSIDB、凸輪軸數(shù)控磨削加工輔助軟件CGAS等CAM應用軟件資源是國家863高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目的主要研究成果[4],同時也是混合磨削云重要的CAM應用軟件資源。

上述磨削CAM系列應用軟件將凸輪軸加工信息，磨床、砂輪和冷卻液的選擇經(jīng)驗，以及生產(chǎn)實踐和實驗中積累的磨削工藝參數(shù)聚集起來，為制造企業(yè)推薦合理成熟的凸輪軸磨削工藝方案(工藝參數(shù))，選擇優(yōu)化磨削工藝參數(shù)，并且通過進行凸輪軸誤差補償與運動曲線優(yōu)化，以及工藝預報和運動仿真檢測，最后生成能夠直接用于凸輪軸數(shù)控磨床加工的數(shù)控代碼，其主要功能涵蓋了工件定義、工藝系統(tǒng)、工藝實例、規(guī)則推理[5]、工藝優(yōu)化、運動仿真、誤差分析、質(zhì)量預報[6]和數(shù)控代碼等。

2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計

擴展型混合磨削云PAAS系統(tǒng)基于云計算的虛擬桌面，采用虛擬資源管理技術(shù)，具有窗口圖形操作功能[7]。該系統(tǒng)運用云計算技術(shù)，將服務(wù)器和存儲資源集群化[8]，利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)桌面磨削CAM應用軟件資源的共享，并對其進行集中部署和管理。集群服務(wù)器系統(tǒng)以桌面服務(wù)方式統(tǒng)一管理，分配給用戶使用。用戶通過包括PC機或手持終端等設(shè)備訪問該系統(tǒng)[9]。磨削云PAAS系統(tǒng)計算機硬件及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計如圖2所示。

圖2　磨削云PAAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

云服務(wù)器采用虛擬化桌面技術(shù)使得用戶可以通過瘦客戶端或者其他任何與網(wǎng)絡(luò)相連的設(shè)備來訪問跨平臺的磨削CAM應用程序，同時能夠?qū)崿F(xiàn)集群資源池數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步復制。桌面云采用批量管理及快速分配相結(jié)合的應用模式，大大簡化了客戶端配置與使用的工作[10]。

桌面云服務(wù)器集群是用于創(chuàng)建私有云、公有云和混合云的最佳基礎(chǔ)架構(gòu)平臺。磨削云PAAS系統(tǒng)通過桌面云來實現(xiàn)從桌面虛擬化平臺向云計算平臺的跨越。桌面云實現(xiàn)了磨削CAM應用軟件服務(wù)器、磨削云數(shù)據(jù)存儲、磨削云網(wǎng)絡(luò)、虛擬桌面、TCP/IP會話的統(tǒng)一管理，簡化了桌面的管理，降低了桌面管理的復雜性，提高了桌面的可控制性。桌面云提高了硬件的兼容性，其中包括后端服務(wù)器、存儲的兼容性，接入終端的多樣性。桌面云在服務(wù)器端、虛擬桌面、云網(wǎng)絡(luò)及TCP/IP連接等環(huán)節(jié)實現(xiàn)了漏洞掃描、病毒檢測與清除、網(wǎng)絡(luò)防護等，保證了桌面云架構(gòu)的安全性和數(shù)據(jù)的安全性[11]。

桌面云集群服務(wù)器管理系統(tǒng)桌面云其實就相當于在服務(wù)器上采用云計算虛擬化軟件，將服務(wù)器虛擬化后分成多臺服務(wù)器[12]，這樣一臺物理服務(wù)器就變成了多臺與物理機一樣能用的虛擬機，客戶端就可以連接到服務(wù)器上，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

由此可知，桌面云用戶端使用的是小體積、低功耗的接入終端，也稱為瘦客戶機，完成基本的輸入、輸出和顯示功能，云服務(wù)器端負責計算任務(wù)處理和數(shù)據(jù)存儲。用戶使用瘦客戶機登入桌面云系統(tǒng)[13]后，即可訪問磨削云服務(wù)器虛擬桌面上的磨削CAM應用軟件，獲得與本地PC 無差異的云服務(wù)體驗[14]。

3系統(tǒng)軟件總體設(shè)計

磨削云PAAS接入提供了兩種接入方式：私有云Intranet接入和公有云Internet接入。磨削云PAAS系統(tǒng)軟件組成如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)軟件體系架構(gòu)示意圖

磨削云PAAS系統(tǒng)接入系統(tǒng)提供混合云接入訪問功能，POPVPN客戶端實現(xiàn)VPN(虛擬局域網(wǎng))通道的建立，以便公有磨削云客戶端接入。磨削計算機輔助制造軟件放在云服務(wù)平臺上運行，企業(yè)最擔心的是病毒或者黑客的破壞，無論是私有云還是公有云，聯(lián)網(wǎng)就意味著機床的安全性有可能出現(xiàn)問題。標準CAM方案數(shù)據(jù)包括工件工藝數(shù)據(jù)、機床數(shù)控加工代碼、工件工藝優(yōu)化數(shù)控代碼、工件誤差分析補正數(shù)控代碼等直接驅(qū)動機床工作的程序，這些程序如果被病毒或者黑客篡改，將引起機床的錯誤動作，損壞機床、刀具或工件。為了保障數(shù)控機床運行的代碼安全，系統(tǒng)接入端設(shè)計了公有磨削云和私有磨削云標準CAM方案數(shù)據(jù)I/O加密解密引擎，私有云和公有云網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不同，所以設(shè)計不同的加密解密算法。

磨削云資源池接入與管理系統(tǒng)實現(xiàn)對集群服務(wù)器虛擬桌面資源的訪問與控制，遠程啟動應用軟件。磨削CAM方案在內(nèi)容和格式上實行標準化設(shè)計，CAM方案控制由三個智能算法模塊組成，CAM方案控制系統(tǒng)利用人工智能技術(shù)對磨削CAM方案進行優(yōu)選、推理及分析補正。標準CAM方案I/O引擎作為CAM應用軟件和PAAS系統(tǒng)CAM方案控制的輸入/輸出接口，CAM應用軟件生成的CAM方案經(jīng)過標準CAM方案I/O引擎處理送交PAAS系統(tǒng)CAM方案控制系統(tǒng)，通過CAM方案控制算法進行優(yōu)選、推理及分析補正，最后生成合理可行的磨削CAM方案返回給用戶。

磨削云PAAS系統(tǒng)由磨削云PAAS接入、磨削CAM方案優(yōu)選、推理及分析補正以及磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步復制三部分組成, 系統(tǒng)軟件功能如圖4所示。磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步復制系統(tǒng)保證分布式服務(wù)器上CAM應用軟件所使用的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致，以達到軟件功能的一致。

圖4　磨削云PAAS系統(tǒng)功能圖

4系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

磨削云PAAS系統(tǒng)關(guān)鍵的三個智能算法模塊是CAM方案人工智能優(yōu)選模塊、CAM方案人工智能推理模塊和CAM方案人工智能分析補正模塊。三個智能模塊實現(xiàn)機制是基于CAM方案事實推理的人工智能優(yōu)選及基于CAM方案遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的人工智能推理?；谑聦嵧评淼膬?yōu)選過程能夠模擬CAM方案領(lǐng)域?qū)＜业乃季S特性，具有推理機制簡單、解釋機制能力強及易于使用等優(yōu)點?；谶z傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型推理過程是由已知的CAM方案事實為起點，通過運用當前CAM方案集中控制的規(guī)則，歸納出新的CAM方案。整個推理過程由推理機進行控制，利用CAM方案集中控制的規(guī)則按照一定的推理策略，解決當前CAM方案問題。

磨削云PAAS系統(tǒng)另一關(guān)鍵技術(shù)是磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫復制系統(tǒng)，它的功能是保證磨削CAM應用軟件智能模塊數(shù)據(jù)的一致性，從而保證所有虛擬桌面上磨削CAM應用軟件功能一致且具有擴展性，同時增加新整理挖掘的數(shù)據(jù)，使智能算法功能不斷適應新的磨削工藝的新要求。

4.1CAM方案人工智能優(yōu)選模塊

圖5　CAM方案人工智能優(yōu)選模塊算法

CAM方案人工智能優(yōu)選模塊算法如圖5所示。采用粗糙集理論依次進行CAM方案中事實(即CAM方案實施后實際測量的各種工藝參數(shù))的連續(xù)屬性離散、特征屬性約簡，從數(shù)控磨削加工CAM方案事實表中獲取最具影響能力的特征屬性集，并計算出與之對應的CAM方案中事實各特征屬性的權(quán)重大?。徊捎梅旨壏治龇ㄓ嬎愕玫礁魈卣鲗傩詫念A測權(quán)重大小，建立集合賦權(quán)方法，實現(xiàn)權(quán)重的加權(quán)組合。

CAM方案中事實的客觀權(quán)重與主觀權(quán)重按照線性加權(quán)的原理進行組合。定義主觀賦權(quán)法的加權(quán)系數(shù)a，則客觀賦權(quán)法的加權(quán)系數(shù)為1-a。則對于某一CAM方案中事實fi，其權(quán)重大小為

wfi=awSfi+(1-a)wOfi

(1)

式中，wfi為第i個CAM方案事實最終分配的權(quán)重；wSfi為主觀賦權(quán)法分級分析法確定的第i個CAM方案事實的權(quán)重；wOfi為客觀賦權(quán)法粗糙集理論確定的第i個CAM方案事實的權(quán)重；a為分級分析法的加權(quán)系數(shù)。

一般取a=0.5，即CAM方案事實的權(quán)重等于利用主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法所確定的權(quán)重值的算術(shù)平均值。

依據(jù)權(quán)重大小，建立分級過濾優(yōu)選機制，共包括首要、次要及第三級這三級CAM方案權(quán)重過濾優(yōu)選級別，各級特征屬性集中沿箭頭方向權(quán)重依次降低。

首要特征屬性集：材料類別(材料牌號)→硬度→升程最大誤差。

次要特征屬性集：表面粗糙度→最大相鄰誤差→波紋度→燒傷程度。

第三級特征屬性集：材料狀態(tài)→凸輪軸類型。

針對數(shù)控磨削加工過程，對CAM方案檢索、優(yōu)選、修改及實施過程建立了相應的算法，并以某型凸輪軸磨削加工為例對CAM方案人工智能優(yōu)選模塊進行了驗證。

4.2CAM方案人工智能推理模塊

CAM方案人工智能推理模塊算法如圖6所示。

圖6　CAM方案人工智能推理模塊算法

對基于人工智能集中控制的規(guī)則表示方法、推理策略、矛盾消解策略、解釋條款等進行設(shè)計，并采用定性分析的方法將粗糙集理論應用于數(shù)控磨削加工中金剛石滾輪修整的CAM方案自動挖掘，實現(xiàn)控制集的自動擴充。采用雙向推理方式設(shè)計CAM方案控制集，由于目標規(guī)則的數(shù)量遠遠小于非目標規(guī)則的數(shù)量，若CAM方案控制集中策略較為豐富，則首先進行逆向推理，即可推理獲得大部分結(jié)果。推理成功的策略加入CAM方案控制集，同時該策略被激活，下一輪推理不再使用。推理結(jié)束的判斷依據(jù)為：若在某一輪推理過程中，沒有任何策略被激活，則推理過程結(jié)束。

CAM方案控制集中推理策略輸入輸出采用正切函數(shù)I/O轉(zhuǎn)換。中間過程輸出根據(jù)下式計算：

(2)

而最后輸出則根據(jù)下式計算：

(3)

式中，Xi、Xj為輸入變量的值；wij和wjk分別為輸入變量與中間變量、中間變量與輸出變量之間的連接權(quán)重大??；θij和θjk分別為第j和第k個變量的誤差范圍；i、j和k分別為輸入變量、中間變量、輸出變量的個數(shù)。

CAM方案控制集中推理規(guī)則表示舉例如下：

#R1#

IF：凸輪軸毛坯長徑比>20

THEN：加工中需采用中心架作為輔助支撐

# R2#

IF：凸輪軸毛坯長徑比>20

THEN：光磨基圓轉(zhuǎn)速<70r/min

規(guī)則R1建議采用中心架作為輔助支撐，可降低工件的彎曲變形。規(guī)則R2建議降低光磨基圓轉(zhuǎn)速，可減小工件加工過程中因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的振動，提高工件加工精度。

采用均勻設(shè)計實驗方法安排數(shù)控磨削CAM方案的實驗，獲得批量的CAM方案樣本，建立了非線性CAM方案映射模型，并對其進行了模型訓練和樣本測試。

4.3CAM方案人工智能分析補正模塊

CAM方案人工智能分析補正算法模塊如圖7所示。根據(jù)獲得的工件試切加工CAM方案及其輪廓數(shù)據(jù)，研究不同的CAM方案實施過程中工件升程誤差與輪廓誤差之間的關(guān)系；通過對不同參數(shù)的CAM方案實際實施及應用的規(guī)律進行分析，獲得各種重要影響參數(shù)因子對CAM方案應用的綜合影響規(guī)律；依據(jù)CAM方案誤差分析的策略和結(jié)果，提出了通過構(gòu)建工件虛擬升程，從而得到工件虛擬輪廓的補正策略，并對虛擬升程的后處理予以設(shè)計。CAM方案人工智能分析算法和擬合補正處理得到的預測誤差值在當前工藝條件下基本是穩(wěn)定的，并將同樣存在于后續(xù)加工過程中，因此后續(xù)實測升程數(shù)據(jù)中也將包含同樣的升程誤差。

圖7　CAM方案人工智能分析補正模塊算法

由于后續(xù)加工受到CAM方案人工智能分析算法預測誤差值和加工中不穩(wěn)定因素的干擾，導致預測出的誤差值不可能做到絕對的穩(wěn)定，故在預測值前加一比例系數(shù)，以免出現(xiàn)“過補償”現(xiàn)象。

根據(jù)試磨加工獲得的預測誤差對工件輪廓誤差進行補正很難達到最好效果，必然存在殘留誤差，因此，誤差的減小過程是漸進的。如果系統(tǒng)穩(wěn)定性較好則可加大補正次數(shù)，相反，如果系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，為保證補正效果，可減小補正次數(shù)來逼近理論值。

以某型凸輪軸磨削加工CAM方案為例對CAM方案人工智能分析補正模塊進行了驗證運行。

4.4磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫復制系統(tǒng)

磨削CAM系列軟件是基于美國Borland公司的InterBase數(shù)據(jù)庫開發(fā)的，能夠提供單機或多用戶環(huán)境中數(shù)據(jù)的快速處理與共享。分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步復制原理如圖8所示。

圖8　磨削云數(shù)據(jù)庫同步復制原理圖

磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步復制系統(tǒng)保證了眾多集群服務(wù)器上裝載的磨削CAM系列軟件InterBase數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性，因此保證了磨削CAM系列軟件功能的一致。

圖8中的IP0、IP1、IP2、IPi、IPn為分布在不同IP地址上的InterBase數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為桌面資源池服務(wù)器上的磨削CAM系列應用軟件提供數(shù)據(jù)存取，CAM系列應用軟件的功能依賴于這些數(shù)據(jù)，只有數(shù)據(jù)一致才能保證功能的一致，設(shè)計磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步復制系統(tǒng)就是要實現(xiàn)桌面云磨削CAM系列應用軟件數(shù)據(jù)與功能的統(tǒng)一。

磨削CAM系列軟件分布式異構(gòu)InterBase數(shù)據(jù)庫集成了機床庫、砂輪庫、材料庫、冷卻液庫、實例庫、規(guī)則庫、模型庫、圖表庫、工藝參數(shù)庫等，涵蓋了涉及磨削工藝領(lǐng)域的各重要環(huán)節(jié)并存儲了大量的有關(guān)工藝數(shù)據(jù)?；旌夏ハ髟芇AAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)與功能關(guān)系如圖9所示。

圖9　混合磨削云PAAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)與功能關(guān)系

5系統(tǒng)實驗驗證

混合磨削云PAAS系統(tǒng)客戶端接入軟件界面如圖10所示?？蛻舳私尤胩峁﹥纱蠊δ埽鹤烂婺ハ髟平尤牒妥烂鎽密浖??？蛻艚尤攵诵柘仍O(shè)置桌面應用軟件資源池管理端IP地址，設(shè)置磨削CAM應用軟件啟動選項，可以在虛擬桌面上一次啟動多個磨削CAM應用軟件。

圖10　磨削云PAAS客戶端接入軟件界面

混合磨削云PAAS系統(tǒng)遠程接入訪問系統(tǒng)負責把本地輸入該窗口的鍵盤與鼠標信息傳遞給桌面云資源池中某個指定服務(wù)器上的已分配給客戶端的空閑虛擬桌面，空閑虛擬桌面將圖像信息傳回客戶端桌面云遠程接入訪問系統(tǒng)窗口，該窗口完全虛擬遠程計算機上的顯示信息，同時完成輸入信息的遠程傳送。在遠程接入訪問系統(tǒng)窗口內(nèi)的任何操作就與在遠程服務(wù)器上操作使用軟件一樣。

混合磨削云PAAS系統(tǒng)桌面資源池管理端資源使用情況監(jiān)控軟件界面如圖11所示。桌面服務(wù)端軟件可監(jiān)控客戶接入狀態(tài)，動態(tài)地向桌面資源池管理端報告本服務(wù)器的虛擬桌面資源使用情況?？蛻暨B接成功后桌面資源池管理端從桌面資源池中分配空閑的桌面服務(wù)器的IP地址給客戶接入端。

圖11　桌面資源使用監(jiān)控軟件界面

CAM方案控制集表存儲的是經(jīng)過對磨削CAM方案整理挖掘的CAM人工智能控制策略，是磨削云PAAS系統(tǒng)三個智能算法模塊的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？刂萍戆刂萍硗獠啃问奖?、控制集表內(nèi)部形式表和控制集表屬性表，三個控制集表名分別為RULEEXTINFO、CASEINTINFO、RULEATTRTBL。要實現(xiàn)虛擬桌面磨削CAM系列軟件控制集表數(shù)據(jù)一致，就要通過桌面磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步復制系統(tǒng)將新整理挖掘的控制集表數(shù)據(jù)同步復制到其他服務(wù)器上的InterBase數(shù)據(jù)庫控制集表中，新整理挖掘的CAM方案人工智能控制策略數(shù)據(jù)存儲在三個控制表RULEEXTINFO_NEW、CASEINTINFO_NEW、RULEATTRTBL_NEW中，將上述三個控制表作為數(shù)據(jù)源表復制到三臺InterBase數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的RULEEXTINFO、CASEINTINFO、RULEATTRTBL三個控制集表中。同步復制任務(wù)指的是同一個源數(shù)據(jù)庫表的復制代號。

同步復制系統(tǒng)有同步復制和同步快照兩種動作。同步復制指的是數(shù)據(jù)的追加，即在原來目標數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上增加新的待復制數(shù)據(jù)；同步快照指的是先完全清空目標數(shù)據(jù)庫表，然后復制源數(shù)據(jù)表的內(nèi)容，做到源數(shù)據(jù)與目標數(shù)據(jù)完全一致。這樣可以通過磨削云分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫同步復制系統(tǒng)實現(xiàn)混合磨削云PAAS系統(tǒng)上的CAM應用軟件的三個智能算法模塊的CAM人工智能控制策略數(shù)據(jù)的擴充，從而實現(xiàn)智能功能的相應擴充。

對磨削云PAAS系統(tǒng)上的CAM應用軟件所生成的CAM方案進行合理性和有效性測評，實驗機床使用湖南海捷精密工業(yè)有限公司生產(chǎn)的CNC8312A全數(shù)控凸輪軸磨床，采用32F型凸輪軸工件作為試驗對象，32F型凸輪軸具有進氣和排氣兩種不同形狀的凸輪片，這兩種凸輪升程分別如表1和表2所示。32F型凸輪軸工件加工工藝要求如表3所示。在試驗中把兩種凸輪片納入同一CAM方案中進行加工處理，由磨削云PAAS系統(tǒng)生成一個CAM方案，對CAM方案的數(shù)控加工代碼進行測試。

表1　32F型凸輪軸進氣凸輪升程表

表2　32F型凸輪軸排氣凸輪升程表

表3　32F型凸輪軸毛坯加工工藝要求

磨削云PAAS系統(tǒng)讀取32F型凸輪軸毛坯工藝要求，生成一個基本CAM方案如表4所示。

表4　32F基本CAM方案

為了對磨削云PAAS系統(tǒng)生成的CAM方案的實際效果進行合理性和有效性測評，分別采用人工經(jīng)驗和磨削云PAAS系統(tǒng)CAM方案進行對比加工。人工經(jīng)驗加工結(jié)果實測數(shù)據(jù)如表5所示，加工之后經(jīng)目測觀察無燒傷現(xiàn)象，但在凸輪輪廓敏感點部位存在明顯的波紋度。

表5　人工經(jīng)驗加工結(jié)果

磨削云PAAS系統(tǒng)生成的CAM方案加工過程中砂輪架速度值不超過6m/min，加速度值不超過4m/s2，完全滿足機床響應要求，而且還有較大的余量，加速度和速度的跳變情況明顯改善。凸輪軸加工完成后經(jīng)離線檢測，結(jié)果如表6所示。經(jīng)目測觀察，加工前后均無波紋度和燒傷情況發(fā)生，表面質(zhì)量較好。人工經(jīng)驗加工結(jié)果(表5)與CAM方案加工結(jié)果(表6)對比發(fā)現(xiàn)，CAM方案加工的升程誤差、相鄰差及基圓跳動等均有明顯改善。

表6　CAM方案加工結(jié)果

由試驗數(shù)據(jù)可以看出，采用CAM方案加工的兩種凸輪升程的最大誤差分別為0.008mm和0.022mm，完全滿足最大誤差0.030mm的精度要求；兩凸輪的最大相鄰差分別為0.002mm和0.006mm，遠小于人工經(jīng)驗加工的最大相鄰差0.010mm。凸輪軸工件精度完全達到要求。實驗結(jié)果表明，通過磨削云PAAS系統(tǒng)生成的CAM方案完全能應用于生產(chǎn)實際，而且加工精度完全滿足要求，某些指標甚至大大優(yōu)于原有的質(zhì)量指標，而且由于磨削云PAAS系統(tǒng)提供了優(yōu)良的聯(lián)機操作，大大縮短了機床的反復調(diào)整時間，極大地提高了加工的效率。

6行業(yè)實踐應用及發(fā)展趨勢

混合磨削云PAAS系統(tǒng)能充分利用已有的磨削制造軟件資源，把軟件資源整合起來，為磨削加工企業(yè)提供各類加工制造方面的技術(shù)服務(wù)，節(jié)省了企業(yè)的制造成本。湖南海捷精密工業(yè)有限公司運行磨削云PAAS系統(tǒng)，在開發(fā)新產(chǎn)品上，通過遠程登錄使用軟件更方便、快捷，更換產(chǎn)品比原來節(jié)約了50%的調(diào)整時間。針對30多種型號的凸輪軸，利用磨削云PAAS系統(tǒng)生成的變轉(zhuǎn)速加工數(shù)控程序加工出的凸輪軸精度完全達到客戶的要求，在同等精度要求下，加工效率相比靠模加工提高了50%，相比恒轉(zhuǎn)速加工提高了30%。通過磨削云PAAS系統(tǒng)遠程使用磨削CAM應用軟件可提高數(shù)控磨床的智能化水平和加工柔性，實現(xiàn)制造知識數(shù)據(jù)的積累重用。

混合磨削云PAAS系統(tǒng)是一個通用的、可擴展的、跨行業(yè)的軟件服務(wù)平臺體系架構(gòu)，可以應用到其他行業(yè)領(lǐng)域，成為其他行業(yè)領(lǐng)域應用軟件資源共享的接入訪問平臺，根據(jù)軟件資源池中匯聚和發(fā)布的軟件資源行業(yè)屬性，可以成為不同類型的工業(yè)云諸如焊接云、切削云、銑削云等。

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(編輯蘇衛(wèi)國)