应用xml与web

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1、 1應用 XML 與 Web Service 於槳加工監控之研究 胡博期1 邵揮洲2 楊義成3 譚瑋4 1.國成功大學系統及船舶機電工程研究所研究生 2.國成功大學系統及船舶機電工程研究所教授 3.台灣亞士電腦機械股份有限公司總經 4.中國造船公司設計處管課工程師 摘要摘要 近槳製造技術因控機械之引進已趨向成熟，但對於加工人員而言，操作介面缺乏彈性。當部件加工的同時，面著處其他事務而開加工機台，且又需掌握機台運作情形，在人資源的掌控上就容發生分配均情形。能建構一動化的機械操作環境，提供使用者隨時掌握加工的各項資訊，並改善傳統緊密耦合 （Tightly Coupled）之監控架構，此一課題值得深

2、入探討與研究。 本文提出基於 Web Service 對於其嵌入式系統進遠程監控之解決方案 ， 將此一架構與嵌入式控制系統（Embedded Control System）進整合。機械單元監控採取主從式架構（Client-Server）接至系統平台，運用 XML（Extensible Markup Language）作為系統開發之媒介語言，以達成系統客制化要求。針對於嵌入式 CE 平台的特性，在資訊傳輸分別運用遠端服務存取技術（Microsoft .NET Socket Class）與 XML Web Service 建跨平台架構與資訊傳輸標準，有效改善傳統緊密耦合架構之缺點。為驗證系統架構之

3、可性，吾人以槳加工作為驗證域，採取 IDEF0 進系統程分析與架構規劃進而達成系統實現。本研究為網化製造（E-Manufacture）具體實施奠定一定的基礎，使整體槳製造效能大為提升。並加速船舶部件製造自動化工作的推動。一、緒一、緒 目前 CNC 槳製造（Propeller Manufacturing）的模式，採取著傳統操作人員在場監工與操作，包含機械的各項設定、加工條件的規劃、磨耗刀具的換與機械運轉的監視等項目。由於槳工件加工相當耗時，在機台加工時段，操作人員仍有其他工作事務需要處，但開加工現場，即無法掌握機台加工態，發生加工警報，操作人員無法即做出適當處置，對於機台工件與製造品質將是一大傷

4、害。 目前國內外已有產業與研究單位引進嶄新嵌入式平台（Windows CE、Embedded Linux） ，用新式視窗平台所提供的資源，作為未機械單元控制的發展方向。控制系統導品牌 SIEMENS Corp 發表 siemens AG Automation and Drives Montion Control 2Systems，內部呈現出嶄新視窗化之人機介面【14】 。遠程機械設備監控隨著網技術發達而為蓬勃發展，Suk-Hwan 等人提出應用 Java 技術平台，開發網式虛擬 CNC銑床系統進研究與設計【15】 ，Luca Tarrini 等四人提出應用 X10 通訊技術與動化裝置（Mobi

5、le Panel） ，進網化監控家庭自動化系統的研究，透過動化裝置監控家庭內部的電器運作態，當發生緊急態，即發送訊息通知使用者進處置【9】 ，可遠端診斷監控存在與探討的重要性。網 IT 技術、開放式物件架構【1】與高速加工為目前 CNC 控制器的發展趨勢。傳統遠程監控，採取著緊密耦合之設計概，此架構特性是以硬性接為主要重點，因此當發生錯誤況時能迅速暸解其軟硬體互動，並加以修，但需達成跨區域、平台時，需花費龐大時間進修改與測試。 針對以上課題，本文研究即時遠端監控方法，應用 XML Web Service、Microsoft .NET Socket Class 與 XML 相關方法技術進遠端監控

6、系統發展，採取主從式架構（Client-Server） ，運用開放式元件（Open Component） ，整合舊有 DOS 與新式 Windows CE.NET 4.2 為平台之嵌入式系統，用 Visual Studio.NET 與 ARIX ActiveX 建構跨平台整合人機介面，最後並以五軸加工中心為應用對象，於實際加工中進系統實現與驗證。本研究之完成建構智能化 CNC 遠程監控系統，使操作人員能掌握實際機械態，並在機械發生常時做出適當的處置，可大幅縮減機械設備停工期，提升整體製造競爭並達成船舶網絡化製造（E-Manufacture）目的。 二、槳製造探討二、槳製造探討 2.1 CNC

7、於槳製造之比重分析 目前槳製造主要可細分為十大步驟，如圖 1 所示【4】 。其中在 Step5（Machining）製程階段是相當費時的，從槳粗胚（Moulding）的粗加工進一步至精加工，需耗費十小時。因此對於機械加工態的掌握就顯得格外的重要，此一階段的品質優也深刻地影響往後精控管（Quality Control） 。 一般在 Machining 製程階段，需進深一的重削循環加工，依據粗精 加工的情況進刀具排序表的規劃，以避免發生刀錯誤的情況發生。另一方面 由於槳材本身多屬於高硬高剛性之屬材，因此對於刀具的加工受負載 相當龐大，經常發生斷刀情況，斷刀情的發生對於加工精準影響相當大，在 斷刀當

8、時無進處，對於人員安全與加工品質將造成威脅，如何提供即時資 訊給予人員進處置，是製造整體相當重要的課題。 32.1 網絡化製造發展趨勢 目前傳統製造業面著全球化與電子化潮之衝擊 ；如表 1 所示，從 80 代所注重之工廠自動化(FA)，發展至將自動化與電子化加以整之企業自動化(EA)，進一步發展至現今之商業自動化(BA) 【12】 。製造必須擁有高可靠之製造設備與技術才能因應多元化之生產環境，特別是少多樣與客製化特性之槳製造。因此新時代的製造思維已經產生，網絡化製造(e-manufacture)之概為各先進製造廠家斷努的目標。B.Iung 提出以多重代人(Multi-Agent)架構新世代網絡

9、化遠程維修模型(e-Diagnostic Model)【5】 。S. K. Ong 以行動化代理人(Mobile Agent)擷取相關製造資訊，建構即時監控系統【17】 。網絡製造另一重大發展趨勢為網路分散式架構的推行，特別是鬆散偶合架構；M Wollschlaeger 等三人應用 Web Services Structure for JAVA 建立 Fieldbus 遠程維修系統，透過 XML 整合系統各各部份相關訊息【15】 。Min-Hsiung Hung 也採取相似概念，發展出 Web 服務監控閘（WSMCG） ，應用於自動化 I/O 控制設備【16】 。 表 1 產品進化與製造演進【

10、12】 圖 1 槳加工程【4】 三、嵌入式控制系統架構 3.1 嵌入式控制系統 隨著 PC-Based 硬體控制的迅速發展，為達成工業控制所需的嵌入性（Embedded Capability）與即時性（Real-Time Capability） ，針對於目前 DOS 嵌入式系統，本身是屬於單工型作業系統，需達成多工性要求，須以許多技巧方可達成目的（EX：態機機制，State Machine，如圖 2 所示） 【2】 。以本文所使用的 Windows CE 為，運用 Platform Builder 4.2 所提供的 CEPC 組態完成 Windows CE 的建，而所產生的 OS Image

11、File 可直接燒入於 ROM 或 Flash Card 即可，符合嵌入式系統效能要求，並透過 IPC System進達成。 4圖 2 態機機制 3.2 開放式控架構(Open Numerical Control Architecture) 控系統的演進由以往針對控制硬體 、 訊號傳輸控制介面的研究開發 ， 隨著 Windows系統與網機能於 CNC 應用之逐漸成熟，因此融入製程資訊(Manufacture Information)與監控機能(Monitor Function)於控架構之中，嵌入式控制器的角色從單元控制(Cell Control)提升至系統控制(System Control)。

12、Janos Nacsa 採取 OSACA Open CNCs 為研究基底，發展出客製化之致能控制系統，透過 OSACA 跨平台 特性，採取分散式元件進機械單元之整合與監控【7】 【8】 ；FANUC 亦提出智能化機械集中化管原型系統CIMPLICITY I Cell，進機械單元集中化監控【6】 。本文所發展之開放式架構(OpenCNC RCS Structure)，主體架構如圖 3 所示，共區分為三大階層，第一階層（Layer1）控制系統核心，包含機械態別(State Class)、機械刀具別(Tool Class)、工作座標別(Workpiece Class)與機械別(Parameter C

13、lass)，依據嵌入式別之同，分別透過RCS Web Service XML Parse 與 RCS Socket Class，將相關製造資訊封包成 XML DB Schema 與 Listenter 建於第二階層(Layer2)，最後透過 TCP/IP 將相關製造資訊傳至於人機介面(HMI)。 圖 3 開放式架構(OpenCNC RCS Structure) 3.3 應用 XML 與 DLL 技術於嵌入式系統程式開發 針對於 Windows CE4.2 嵌入式系統（NX5 Control System）開發方面，使用程式工具（Language Develop Tool）所提供的相關元件進程式

14、開發，反而會低嵌入式系統在裝置（Devices）上的效能。因此本研究運用 XML（Extensible Markup Language）可擴展5標籤式語言，使用者可依據個人需求，自定文件標籤並展現其個人化自訂內容【3】與資儲存，透過 XML 預處器，稱之為解析器 （Parser） ，用進 XML File 的解譯工作，其解譯器所扮演的角色如圖 4 所示。最後透過 Microsoft MSXML SDK 進 XML資定義與搜尋，將控制系統相關製造資訊儲存於 XML Page Schema 之中。 圖 4 XML Parser 功能 OpenCNC RCS 開放式架構之中 ， 充分應用 XML 定

15、義 XML Page Schema 與 XML DB Schema，分別儲存人機介面平板架構與 RCS Web Service 製造資訊。在圖 5 所示為運用XML Page Schema 所開發一五軸加工中心手動功能平板元件（Panel Component） ，包含座標平板(Coordinate Panel)、態平板(Parameter Panel)與計時器平板(Timer Panel)三大部分。平板元件透過 XML 封包技術轉換成考型別(Reference DLL)，採取著客制化考方式於控制系統開發，應用繼承方式增加各元件之稼動並減少系統程式之開發時間，往後系統程式在進維護動作時，只需進考

16、型別的修改與新，即可修正系統相關錯誤並且提升效能。 由自訂之考型別透過其對應之 XML Schema Structure 如圖 6 所示。內容定義 X 工作軸的座標值顯示（Display Component） ，透過 MSXML SDK 所提供之功能搜尋節點集合 （Select Nodes） ，進各個子節點資擷取，如 Display Component 的 Name、Left、Top、Height 等屬性值。 圖 5 XML 五軸座標顯示 Panel Component 圖 6 XML File Structure 6四、遠程監控方法 4.1 Socket 傳輸方法 為達成機械單集中化管並整合舊有 DOS 嵌入式系