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智能制造车间产生的数据增长速度日益加快,对当前利用中心云集中式存储、分析和处理数据的模式带来了沉重的压力。边缘计算,旨在离设备距离更近的网络边缘就近提供数据采集、存储、计算和数据处理等服务。数控机床作为智能制造车间生产加工中的重要组成部分,其每天产生的数据中蕴藏着很高的工业价值。为此,本文提出一种面向智能制造车间的数控机床边缘端服务平台,具体研究内容如下:(1)在当前技术深入研究的基础上,从平台体系架构、平台功能结构和平台业务流程模型设计了数控机床边缘端服务平台的整体架构,阐述了平台框架实现过程中所使用的数控机床自适应数据采集、数控机床过程数据的边缘计算、OPC UA统一架构、MQTT统一接口等相关关键技术。(2)研究了几种主流数控系统的数据采集方法,针对传统的等时间间隔采集机床数据造成的数据冗余问题,分别研究了基于一元线性回归和基于旋转门算法的自适应数据采集方法,对比分析了两种算法的适用场合,并设计实现了数控机床自适应数据采集模块。(3)研究了数控机床过程数据的边缘计算技术,采用基于Apache Flink架构的数据处理方法处理机床过程数据,针对实时效能、故障诊断、OEE指标、生产进度与剩余工时、刀具状态监控等具体业务,进行了计算方法分析,设计了边缘服务数据库存储结构以及数据的上下行传输方案,提出了基于AES对称加密的数据报文安全性设计方法。(4)研究了统一接口技术,智能制造车间数控系统种类繁多,涉及到的通讯协议多种多样,导致数据统一采集困难,通过对几种主流数控系统设备通讯集成中间件以及基于工业4.0标准的OPC UA统一架构的研究,设计并实现了数控机床数据采集统一接口模块,对于物联网统一接口,基于MQTT应用模式,设计并实现了物联网平台统一接口模块。(5)设计并开发了数控机床边缘端服务平台原型系统的各个模块,并基于学院实验室智能制造车间中的西门子、法兰克、海德汉数控系统的机床,测试了服务平台各项功能的可行性,最后,在MES系统中进行了集成与应用,验证了本文研究方法的有效性。

关键词：智能制造车间数控机床数据采集边缘计算接口统一

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