基于DENEB—QUEST质量仿真系统设计与实现

第１４卷第５期　系统仿真学报　、ｂｌ＿ｌ４Ｎ０．５　２００２年５月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＹＳＴＥＭ　ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ　Ｍａｙ　２００２　文章稿号：】００４—７３１Ｘ（２００２）０５—０６０７—０２　基于ＤＥＮＥＢ．ＱＵＥＳＴ质量仿真系统设计与实现　樊树海，肖田元，齐桂秀，常小萌，董建华　清华大学自动化系国家ＣＩＭＳ工程技术研究中心．北京１０００８４）　描要：介绍了建立基于ＤＥＮＥＢ—ＱＵＥＳＴ的制造系统的基本原则和方法　研究分析了在ＤＥＮＥＢ　软件平台基础上建立质量仿真系统的可行ｒｌ生　最后文中给出了一个基于ＤＥＮＥＢ－－ＱＵＥＳＴ的质量　仿真系统的总体设计方案、并对其具体实现进行了详细的介绍。生产前此仿真系统可以对生产中　可能遇到的质量问题进行模拟　以战少实际生产中的质量问题．在实际生产中，它又可与生产过　程中采集到的数据相结合，从而转换成一个实际的质量保证系统。　关健诃：质量保证：质量系统；仿真　中田分类号：Ｆ２７３．２　文献标识码；Ａ　Ａ　ＤＥＮＥＢ－ＱＵＥＳＴ　Ｂａｓｅｄ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　肘Ⅳ鼢“．ｈａ￣ｘＭ０　ｎ－ｙｕａｎ．ＱＩＡＯ　Ｇｕｉ－ｘｉｕ，　ＮＧ　Ｘｉａｏ－ｍｅｎｇ，ＤＤⅣＧ　Ｊｉａｎ—ｈｕａ　（Ｄｅｐａｔｌｍ￣ｎｔ　ｏｆＡｕｔｏｍａｌＪｏｎ．ＴｓｂｌｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂ　ｉｌｔｇ１０Ｇ０８４．０ｌ　ａ】　Ａｂｓｔｒａｃｔ：１１１ｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｌｆｙ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｆｒａｍｅｗｏ￣ｏｆ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ＤＥＮＥＢ—ＱＵＥＳＴ　ｂａｓｅｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｕ￣ｈｅｒｍｏｒｅ、ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｈｔｅ　ｐ￣ｊｃｅｔ　ｏｆ　ｈｔｅ　ＤＥＮＥＢ－ＱＵＥＳＴ　ｂａｓｅｄ　ｑＢａｌｉｔｙ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ；ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｒｔ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｌｎｌｃＵｌｒｅ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｇｉｖｅｎ．　Ｆｉｎａｌｌｙ，ｇｉｖｅｓｏｕｔａｎａｃｔｕａｌＤＥＮＥＢ－ＱＵＥＳＴｂａｓｅｄａｕａ　ｔｖ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｌ时ａｓｓｕｒａｎｃｅ；ｑｕａｌｉｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　引言　计划决策层ＣＡＱ系统的计划决饿层为企业质量目标　和质量方针的决镱提供支持、并将已确定的质量方针进行分　ＤＥＮＥＢ—ＯＵＥＳＴ是ＤＥＬＭＩＡ公司推出的～个较完善　解和落实、建立ＣＡＱ系统与ＣＩＭＳ其它子系统之问的鞋系。　的三维数字化工厂仿真环境　管理控制层ＣＡＱ系统的管理控制层使质量部门实施　它是柔性的、面向对象的离散事件仿真工具。无论是　和完成检测计划、建立质量数据采集模型、对由执行层获得　＝维示意模型还是三维物理模型，都能通过其可视化界面快　的质量数据进行分析．生成质量报告和质量证书。　速地被建立起来　ＤＥＮＥ￣—＿ＱＵＥＳＴ的实时交互能力使得用　执行层ＣＡＱ系统的执行层的任务是在制造过程的不　户能够在运行时随时地更改模型变量和获取模型参数　困　同阶段，采用不同的检测仪器或设备进行检测和数据采集，　此，它被广泛地应用于各种过程的建模、试验、分析设备的　并对制造过程进行控制，使返修品和废品达到最少。　布局和过程流。　ＤＥＮＥＢ系统的开放式、面向对象的设计使得实现此层　但是，ＤＥＮＥＢ—。１『ＥＳＴ没有提供直接的质量系统的仿　次结构成为可能。它允许用户以三种方式扩展其功能　真方法。同时．各种文献上也没有任何对基于ＤＥＮＥＢ。　ＢＣＬ方式批控制语言（ＢＣＬ）是一种用来挎制ＱＵＥＳＴ　ＱＵＥＳＴ的质量仿真系统和质量保证系统的介绍。　的语言。ＢＣＬ命令可以被用来读取模型，修改参数，运行　为了建立有效的质量仿真系统，我们通过ＱＵＥＳＴ自带　仿真，查询仿真结果．甚至可以提供可视化控制　ＢＣＬ相　的语言对其进行了二次开发，添加相应的用户属性，并利用　当于菜单选择的集合来为ＱＵＥＳＴ提供数据。　它的接口对其功能进行了相应的扩展　ＳＣＬ方式仿真控制语言（ＳＣＬ）是一种在ＱＵＥＳＴ仿　１系统分析　真运行时详细控制模型中各实体行为逻辑的程序化语言　ｓｃＬ的重点在于提供详细的建模规则，班便在仿真模型运行　通常一个计算机辅助质量系统可以描述为三个层次：　过程中控制它的行为　计划决策层、管理控制层和执行层　ｃ动态链接库方式ＤＥＮＥＢ－－ＱＵＥＳＴ中允许￥ＣＬ语言　调用Ｃ语言写的动态链接库。此方式不但提高了程序的执行　收薯Ｅｌ期：２００１．０５—１４　謦旬Ｅｌ期：２００１—０７—１２　效率，还能够大大扩展ＱＵＥＳＴ的功能，比如可以通过Ｃ程　基金项日：清华大学“９８５”重点攻关项目　序访问硬件设备，以解决质量系统的数据采集和质量监控问　怍者倚升：羹村毒（】９７５一　男，江苏省南京市＾，博士．中国系统仿真学　会会员．研究方向为先进制造技术。　题。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・６０８・　系统仿真学报　２００２年５月　２方案设计　根据质量系统所应有的和ＤＥＮＥＢ—Ｑ１珏　Ｔ所能提供的　功能。现设计基于ＤＥＮＥＢ的质量仿真系统的结构模型如图１　计划秩策层　管理控制层　执行层　圉ｌ质量仿真系统结构模型图　计划决策层到管理控制层再到执行层是质量计划逐层　向下细化的过程，而由执行层经管理控制层到计划决策层是　数据归纳、汇总的过程。　（１）最底层执行层，它的任务是质量数据采集，预处　理及符台性检查：生产过程质量监测与控制。　我们设计的质量仿真系统的执行层是安装了ＤＥＮＥＢ—　ＱＵＥＳＴ的ＳＧＩ的Ｕｎｉｘ工作站。它与设备的数据交互可采用　ＳＣＬ调用的Ｃ动态链接库形式。它本身的预处理等过程可　直接通过ＳＣＬ来进行。　一个质量仿真系统的执行层在生产前用来模拟生产中　的各种干扰及故障，预测将来可能产生的质量问题并设法进　行解决。　生产中，此系统采集生产设备的数据，并对生产设备　进行监控　此时，质量仿真系统就成了一个质量保证系统。　执行层与管理控制层的通讯问题可以采取两种方式：　共享文件方式和Ｓｏｃｋｅｔ方式。执行层用ＳＣＬ调用其自带的　Ｓｏｃｋｅｔ命令就可以与管理控制层进行通讯　ＤＥＮＥＢ发送包的数据格式如下：　●　第ｌ　位，发送信息的长度段，以数字表示，不　足时在其前端用空格填充。　●　第６．Ｎ位，发送信息的实际内容　如‘　５９９．９９’代表９９．９９，５是９９．９９的长度。开头　４位用空格填满。　只要通讯格式符合这个协议，就可以与ＤＥＮＥＢ—　ＱＵＥＳＴ进行Ｓｏｃｋｅｔ通讯。　（２）中间层管理控制层，它的任务包括：检测设备、　人员和程序的调度与控制；检测程序的生成、修改与存贮；　检测结果按零件类或产品类统计分析　产品质量诊断；质量　报告的生成　管理控制层采用了Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００平台的微机。管理控　制层与执行层通讯除共享文件方式外，更宜采用的是用链接　了ＤＥＮＥＢ自带的Ｓｏｃｋｅｔ目标代码的ＶＣ动态链接库负责与　执行层的通讯。　（３）最高层划决策层，它的任务包括：质量方针、质　量计划的制定：质量指标的分解、综合与分析：检测计划的　生成与管理　质量成奉分析、核算与管理　质量数据分布字　典管理　出于操作的方便性，计划决策层也宣采用Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００平台的微机。此层与管理控制层的通讯采用共享Ｏｒａｃｌｅ　数据库，并以此方式来共享和管理这两层的数据。　３实现　基于ＤＥＮＥＢ－ＱＵＥＳＴ的质量仿真系统采用客户机朋最　务器的层次结构。　（１）执行层　执行层所做的大部分工作是用ＤＥＮＥＢ中的ＳＣＬ来实　现的，具体地说，先要对工件增加自定义质量属性。当工件　经过某道工序时，在机器中预先加入的ＳＣＬ程序就会对该　自定义质量属性值进行改变。而当工件到达某些工位‘如检　测工位）时，以ＳＣＬ命令将工件的质量参数输出，通过ＳＣＬ　的网络Ｓｏｃｋｅｔ系列命令，将其输出到管理控制层。　例如，在工件中添加自定义的质量属性——ｑｕａｌｉｔｙＬＸ，　设为类型是Ｎｕｍｅｒｉｃ型（可通过交互式是方式定义，见图２）　此外，还需要在ＳＣＬ的声明部分将其声明为实型。格式如下：　ｕｓｅｒ　ａｔｔｒＪｂ　ＱｕａｌｉｔｙＬＸ：ｒｅａｌ　图２为工件添加自定卫质量属性　执行层的预处理及符台性检查可用ＳＣＬ实现。生产过　程质量监测与控制、质量数据采集过程需要与硬件打交道，　可用Ｃ动态链接库来实现　此时，需要在ＳＣＬ中使用　Ｃ＿ＥＸＥＣ０语句来调用编译好的Ｃ动态链接库中的函数。　执行层与管理控制层的交互通过Ｓｏｃｋｅｔ来实现。这里　以客户端的方式打开一个端口后就可用ＲＥＡＤ（）、ＷＲＩＴＥ（）　等语句进行访问了。其格式如下：　ＯＰＥＮＣＬＩＥＮＴｐｏｒｔＦＯＲＵＰＤＡＴＥＡＳ　ａｎｉｔｎｏ　—ＲＥＡＤ（＃ｔｌｎｉｔ　ｎｏ，ｔｖａｌｕｅ【．ｔｖａｌｕｅ，．Ｊｊ　ＷＲＩＴＥ（＃ｕｎｉｔ　ｎｏ，ｐｒ　ｅｘｐｒ【．ｐｒ　ｅｘｐｒ．．１Ｊ　（２）管理控制层　管理控制层在微机上开发。因为ＤＥＮＥＢ提供了屏蔽了　通讯细节的目标代码．我们可以在程序最ｌ卜层链接使用　（下转第６１６页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

・６１６・　＾１．２　系统仿真学报　２００２年５月　４．４构建系统网络管理线程　４－￥系统联机调试运行　三台仿真计算机安装网卡，用双鲛线连接，运行仿真　程序，输入各种飞行控制参数（如升降舵、副翼偏角），分　析飞机的飞行状态。　建立ＢｕｆｌｄＵＡＶ函数，由该函数建立三维立体的飞机　模型．三维模型的绘制采用ＯｐｅｎＧＬ的实例库构造和读取三　维实体模型库（３ＤＳ）构建两种方法，绘制无人机模型的固　定部分和活动部分，模型的固定部分建立有关ＯｐｅｎＧＬ显示　列表…优化显示性能。　５结语　讲黼的　冉乓现　本仿真系统建立了研究无人机所需的六臼由度飞行仿　真模型。编写了飞机三维仿真模块、飞行运动学仿真模块，　传感器仿真模块、舵机、副翼及方向舵动力学模块。应用奉　４．７．１传摩誊仿真计算机　利用Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＋＋编程，模拟出无人机的气压高度计、　ＧＰＳ接收机等飞行传感器信息。　系统，可在实验室环境中进行无＾机飞行规律研究、飞行性能　评估、飞控人员培训仿真，进而与无人机飞控系统相连，使仿　４．２．２蚰面站仿真计算机　利用Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＋＋编程，模拟出无人机的地面站监控程　序，检测地面信息、接收无人机的遥测信息、向无人机发送　遥控信息等。　真系统同步显示实际系统状态，因而对即将进行的新型无人机　总体方案规划和无人机品质评估研究具有一定的参考价值。　参考　：献：　ｌ１ｌ　王行仁飞行宴时仿真系统厦技术ｌＭ］北京北京航空航无大学　出版社　１９９８．　４．３系统参数初始化　包括两部分：　ＯｐｅｎＧＬ初始化，包括设置像素格式、建立绘图描述表、　清除颜色和深度缓存、设置材质纹理、光照初始化、矩阵初　始化、视口初始化。　［２１　【美］Ｓｏｏｔ　Ｗｏｎｇｏ　Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＋＋６　０技术内幕【Ｍ】北京希望电子出　版社　Ｉ９９９　【３】　小型无＾机方案报告【ｚ】．清华大学内部资料．１９９９年３月．　【４】　白建军ｏｐｅｎＧＬ三维图形设计与制作ＩＭ］北京：＾民邮电出版　社　Ｉ９９９　飞行参数初始化，包括传感器、坐标、角度、ＧＰＳ、　升降舵、左右副翼、风门舵机。　‘上接第６Ｏ８页）　ｎｅｔｔｏｏｌｓ　０ｂｊ与执行层进行通讯。　管理控制层通过采得的执行层质量数据，进行建模．　并在此基础上进行质量数据管理。此层是中间层，一些质量　算法都可以放在这一层中　此层用ＶＣ６　０做的ＤＬＬ来实现，它包含管理控制层工　ＶＢ６、０来开发。　计划决策层的开发基本上与常规的质量保证系统无区　别，在这里不作详细的介绍　４结语　本文给出了基于ＤＥＮＥＢ—ＱＵＥＳＴ的质量仿真系统的原　理设计与规划，对其实现途径做了明确的分析说明。　采用了层次化的设计，各层次之间的逻辑关系清晰、　独立性强，可根据功能需要任意扩充　生产前此仿真系统可以对生产中遇到的质量问题进行　模拟，以减少将来实际生产中的质量问题。当在实际生产中　作的核心算法和一些使用频繁的函数，以及对ｎｅｔｔｏｏｌｓ．０ｈｊ　中Ｓｏｃｋｅｔ通讯函数的调用。　管理控制层相对于执行层是服务器，应以服务器方式　打开Ｓｏｃｋｅｔ端ＬＩ。此处主要用到的ｎｅｔｔｏｏｌｓ　０ｈｊ中的函数有：　ｍ．ｔ　ｉｎｉＬｓｏｄｒ￣ｅｔｓｅｘｖ（１ｉｓｔｅｎ￣０ｏｉｔ，ｓ∞　—ｄｅｓ　ｐ【ｏ『）　＿ｎｅＬ　Ⅲ　＂ｃ虹“ｓ∞虹Ｌ　＿ｐ【０ｒ　ｍｅｓｓａｇｅ＿ｂｕｆｆｅｔ）　＿它又可与生产中采集的质量数据相结合，从而转换成一个实　际的质量保证系统。　本质量仿真系统仍有许多地方还需要作相应的完善和　补充，这是以后的工作。　ｐｍｒ，ｍｅｓｓａｇｅｂｅｎｅＬ　ａｄＢ０ｃｋｅｔ（ｓｏｃｋｅ（ｄｅｓｃｒｉｆｅ￣）　ｍ：　ｓｏｃＹ．ｅａ￣ｃｓｃｒｉｇｏｒ）　＿ｎｅ￣ｓｌｏｓｅ＿ｓｏｃｋｅｔ（蛐ｄ∞Ｌｄｅｓｃｄｐ　ｒ）　为了开发方便和执行效率相结合，采用ＶＢ６．０作管理　控制层的高层部分框架界面。这样太大降低了开发难度。而　核心算法是ＶＣ６　０做的ＤＬＬ，如此执行速度也能够得到充　分的保证　参考　：献：　Ｄｅｌｍｉａ公司『ＤＢＲ）Ｌ］　２０ｏ２　（３）计划决策层　＿２】　林志航计算机辅助质量系统【Ｍ］北京：机械】业出版社　１９９７　＿３】Ｄｅｌｍｉａ公司Ｄｅｎｅｂ－Ｑ￣ｅｓｔ用户手册闺．１９８９　＿４】　于忠海计算机辅助加工质量控制系统Ｕ】．制造技术与机床，　２０００　［２）．　计划决策层的重点在于数据库、专家系统　知识库　以帮助高层人员完成质量计划的制定　此层与管理控制层的　菸享数据通过Ｏｒａｃｌｅ数据库来进行。计划决策层可以通过　【５】　Ｅｖａｎｓ　Ｄ　Ｊ，Ｓａｈｉｒａｉ　Ｍ　Ｓ　Ｇｒｏｔｔｐ　ｅｘ口ＩＩｃｉ‘曲甜１０ｄｓｆｏｒ　ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ　。ｑｕａｔｉｏｎｓ＿Ｊ＿ＣｏｍｐｕｔｅｒＭａｔｈＡ［￣ｌｉｃｓｅｄｏｎｓ．１９８８，１５　【６】　张公绪．新编质量管理学ｌＭ】．北京高等教育出版社，１９９８