用于模拟机床上加工过程的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及利用虚拟机模拟机床上工作过程的方法和系统。具体地，本发明专利技术描述了使用虚拟机模拟机床上工作过程的方法和系统，该虚拟机被设置用来根据NC控制数据和PLC控制数据，使用机床数据、工件数据以及刀具数据模拟机床上的加工过程。根据本发明专利技术，工作过程在一平台上被模拟，该平台包括多个处理器核心，所述工作过程被不同处理器核心上并行运行的局部模拟所模拟。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于模拟机床上加工过程的方法及系统
本专利技术涉及一种使用虚拟机模拟机床上加工过程的方法及系统。
技术介绍
领先的机床制造商和研究机构已经对“虚拟机床”进行了多年的工作，该虚拟机床的关键方面是与制造过程进行结合，其中，机床和工件之间的交互作用被模拟，且可通过3D生动地显示出来。现代系统重现了所有移动机床的运动学特征，所述特征包括由于使用机床进行加工，在工件上进行制造过程中的材料移除。例如，在文献EP1901149B1中，申请人描述了一种装置和方法，以用于模拟机床上加工工件的操作序列，该专利技术被设计用来尽可能全面地重现在工件上进行的所有加工操作，而且还用来以尽可能全面、真实的描述模拟和重现机床的外围设备，包括换刀库、工件库、工作区等。在机床应用中，虚拟机床通常由控制侧的组件以及系统侧的组件构成，其中，控制侧组件包括以控制台和监视器形式提供的人机界面（HMI）、数字控制核心（即，由NC程序预定义的控制指令）以及可编程逻辑控制器（PLC），即特定机床控制器以及对应的驱动控制器，所述特定机床控制器通常用于控制机械调整电路，包括附加组件，例如，刀库、冷却水源等。而系统侧组件具体包括驱动系统以及关联的控制装置、气压/液压系统、工件主轴运动学，所述驱动系统包括其运动学特征以及运动学行为（恢复力、热特性），所述工件主轴运动学包括其几何表示、工件夹具以及刀具以及同时执行的工件和材料移除过程。在许多虚拟机床中，这些组件中只有部分组件被实现，在少数的情形下会显示附加的组件，例如，外部自动化装置的几何表示。迄今为止模拟过程的主要目的是在模拟平台上与真实应用的步骤一样，运行真实过程的整个加工/移动顺序。这样，例如，当委托制造一新机床或安装该新机床时，可以获得关于加工顺序的有价值信息，所述加工顺序可能是实际上所期望的。在该操作中，根据模拟平台的性能，模拟处理速度可以被调慢，以允许更精确地观察，甚至也可以被加速。目前，由于硬件能力，加速只能通过增加时钟频率来获得，与此同时，新的硬件功能集成仍然只能在一有限范围内获得，从而使得所述模拟处理速度以及预先获取特定工作过程的（例如对于不使用弹性碰撞的）快速印痕受到限制。而另一方面，随着先进机床的提出，加工和移动操作正变得越来越复杂，从而对用于虚拟机床的整体方法增加了限制。
技术实现思路
根本问题的实现是本专利技术的出发点，本专利技术的目的在于提供一种使用虚拟机模拟机床工件过程的方法和系统，该虚拟机可以得到更高的模拟速度。该目的中的方法可通过权利要求1中的技术特征来实现，系统则具有权利要求12的技术特征。优选实施例则在从属权利要求中被描述。本专利技术描述一种使用虚拟机模拟机床上工作过程的方法，根据NC控制数据和PLC控制数据，所述虚拟机被设置用来使用加工数据、工件数据以及刀具数据模拟机床上加工工件的过程，根据本专利技术，工作过程在一平台上被模拟，所述平台包括多个处理处核心，所述工作过程被局部模拟，这些局部模拟并行地运行在不同的处理器核心上。通过这种方式本专利技术保证了一模拟环境，该模拟环境以一平台的形式，可以较好地执行整个过程，通过该平台虚拟机可以被并行地启动多次。这包括可以将完全的虚拟机安装到多个不同处理器核心上，然后，所述多个处理器核心可执行所述局部模拟。尽管如此，还可以在不同处理器核心上只安装和启动功能相对减少的特定虚拟机。并行处理可得到的时间优势可通过下述方式得出：Tpar＝Tseq/N+Tseq/N,其中N=NC程序段的数量，C=CPU核心或VM的数量，Tseq=顺序处理的时间，Tpar=并行处理的时间，并假设N=C。作为示例地，在8个虚拟机并行处理的情况下，Tpar的处理时间=2/8·Tseq=0.25·Tseq加上间接花费的时间。尽管如此，本专利技术的方法不但可以为给定的、具有特定复杂程度的工作过程增加模拟速度，而且为所有工作过程整体模拟的进一步研究确定了至关重要的前提。在这种情况下，由于本专利技术中工作过程或工作过程的模拟被划分为在不同处理器核心上运行的局部模拟，使得本专利技术方案原则上提供了不同的方法来增加计算能力，因此，模拟不再受到涉及复杂性的任何进一步的限制，这是非常重要的。在这种情形下，本专利技术优选实施例可以使用现有的多核心技术，在该多核心技术中利用了多核处理器，其中，多个完全处理器核心被放置在一单个芯片中。尽管如此，本专利技术并不限于上述情形，通过网络相互连接的多个处理器核心也可以被使用，网络也可以是本地网络或因特网。这使得可以在不同点执行局部计算，在这些不同点，每种情形下计算的段需要的数据是可用的，这样，对应的技术，例如，网格计算或云计算，可以被使用。本专利技术的进一步的优点在于，本专利技术不直接与模拟速度的增加有关，还考虑了对根本上依赖于用户选择的硬件的模拟速度的问题。由于这种情形下虚拟机的复杂性，因此，难以提前估计可获得的性能，而且一般情况下需要付出很高的代价以安装虚拟机以及适应特定配置（例如，使用的图形卡、操作系统）。当计算机负载可以由本地或远程网络提供，和/或可以安装在多台计算机上时，本专利技术方法在减少安装代价和适应代价过程中可以起到重要的作用。在这种情况下，在用户计算机上可以只提供人机界面（HMI）。通过这些措施，安装的主要部分以及整个模拟的执行不再在用户计算机系统上执行，从而减少了对本地计算机上系统组件的依赖，即使在处理更新时也显著地简化了安装过程。在本专利技术方法的优选实施例中，在工作过程中机床上的刀具/工件加工操作可以划分为不同的加工段，这样，从未加工部件到不同的半成品阶段直至成品部件，可以为一工件提供顺序的加工段。附加地或可选地，工件可以被划分为不同的部分体积块，然后，对各个加工段执行局部模拟，这些局部模拟进而与部分体积块关联，和/或与单个顺序加工段关联。通过在CAM系统中为每个段的开始确定工件的（例如，以几何形状形式表示的）状态，之后该状态可以被存储到3D模型文件中（例如，VRL、IGES、step格式等），划分为加工段的划分可以在例如CAD/CAM系统中容易地实现。然后，在提前选择的加工段或在每个加工段中，CAM的后处理程序可以（例如）被设置来将入口标记存储到NC控制指令中，即直接存储到NC程序中。优选地，这些入口标记可以为循环或文本标记。本专利技术实施例还包括步骤：（例如）使用相应的入口标识将加所述工段传送到不同的处理器核心；将与NC控制指令的各个加工段对应的当前工件几何形状传送到所述不同的处理器核心；以及通过所述不同的处理器核心执行局部模拟。换句话说，在各种情形下，可用的虚拟机会被分配模拟加工段的任务，为了实现该目的，所述处理器核心可以使用NC程序的各个段和半成品部分的相关当前几何形状。该实施例具有以下优点：即使在加工链的、预先存储在虚拟机或CAD/CAM系统中的这些部分中，用户仍然可以指定加工段，这些加工段允许虚拟机通过本专利技术提供的方法在不同的处理器核心上并行地运行。在本专利技术中，执行相应前述定义的加工段的局部模拟的思想是一种增加执行碰撞检测程序的简单方式。根据本专利技术，例如，为了实现该目的，工件可以被分成不同的部分体积块，然后单个虚拟局部模拟被执行以用于所述部分体积块。之后体积块交叉部在这些部分体积块之间形成，接下来碰撞检测操作在下一模拟中被执行，以用于例如两个连接的部分体积块。在下一步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.09 DE 102011105141.81.用于使用虚拟机模拟机床上加工过程的方法，所述虚拟机被设置用来根据NC控制数据和PLC控制数据，使用机床数据、工件数据以及刀具数据模拟所述机床上加工工件的所述加工过程，其特征在于包括以下步骤：使用机床数据、工件数据以及包括NC控制数据和PLC控制数据的刀具数据将所述机床上的加工工件的加工过程划分为加工过程的不同部分；为所述不同部分的每一个生成一局部模拟程序，以及在一平台上的多个局部模拟程序中执行所述机床上的加工工件的不同部分的模拟，其中包括加工工件的不同部分的一个或多个该模拟程序在不同处理器核心上并行运行。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平台包括一多核心处理器，在该处理器上，多个完全处理器核心被集成在一单一芯片中，和/或所述平台包括多个处理器核心，该多个处理器核心通过一网络相互连接。3.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，包括步骤：从未加工部件到不同的半成品部件阶段直到成品部件，将机床上的加工工件的加工过程的一加工操作划分为用于工件的不同加工段；以及执行所述加工段的局部模拟。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括步骤：将机床上的加工工件的加工过程的一加工操作划分为用于工件部分体积块的不同加工段；以及在执行所述加工段的局部模拟程序中模拟所述部分体积块。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，包括步骤：-为每个加工段的开始建立工件的几何形状，并将相应的工件几何形状存储到3D模型中；-将入口标记存储到NC控制指令中预先选择的加工段的开始处作为加工操作的一部分，其中，所述NC控制指令为预先选择的用于加工工件的NC控制指令；-利用对应的入口标记将多个加工段传送给不同处理器核心；-将与NC控制指令各个加工段对应的当前工件几何形状发送给不同处理器核心；以及-通过所述不同处理器核心并行执行局部模拟程序或所传送的加工段。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括步骤：连接执行后的局部模拟，对连接的局部模拟执行碰撞检测。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括步骤：根据用于不同系统组件的功能序列，对机床上的工作过程进行划分，以及为不同系统组件的功能序列执行局部模拟程序。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括步骤：-除用于模拟刀具路径的系统组件和用于模拟材料移除模型的系统组件之外，停止所有的功能序列；以及-通过启动用于模拟刀具路径的系统组件，在第一处理器核心上执行局部模拟程序；以及-根据预设的NC控制指令以及预设的用于工件的未加工部件几何形状，启动用于模拟材料移除模型的系统组件。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮特·普拉斯切克，鲁道夫·哈恩，布鲁诺·威利，麦克尔·塔诺夫斯凯，
申请(专利权)人：DMG电子有限公司，
类型：
国别省市：