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Conception d'une architecture logicielle permettant le contrôle de machines-outils dans un contexte d'ouverture du contrôleur

Fortin, Étienne (2003). Conception d'une architecture logicielle permettant le contrôle de machines-outils dans un contexte d'ouverture du contrôleur. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'usinage par commande numérique est un domaine où bon nombre d'innovations ont pu être constatées depuis plusieurs années. Ces innovations ont eu lieu surtout du point de vue mécanique, avec de nouvelles techniques permettant de diminuer le temps d'usinage, améliorer la durée de vie des outils et augmenter la précision et la répétivité des machines.

Cependant, tous ces changements n'ont pas nécessairement donné lieu à des innovations équivalentes dans la portion logicielle des machines. Celles-ci sont toujours contrôlées à l'aide d'une technologie logicielle vieille de plus de quarante ans. La langage de programmation accessible à l'usager, les Codes-G, n'a que très peu évolué. Quelques problèmes peuvent être identifiés. Tout d'abord, les Codes-G ne forment en rien un véritable langage de programmation. Certaines extensions ont bien été ajoutées au fil des années, mais elles restent très limitées. De plus, l'ajout de fonctions de plus en plus variées sur les machines-outils favorise la création d'architectures ouvertes où l'usager peut étendre les fonctionnalités du contrôleur et de la machine au besoin. Les Codes-G n'offrent cependant qu'un contrôle très sommaire de la machine.

Il apparaît donc que l'utilisation des machines-outils à leur plein potentiel se heurte aux limites de la couche logicielle actuellement utilisée pour accéder à leurs fonctionnalités. Une nouvelle architecture logicielle permettant la mise en oeuvre de contrôleurs à architecture ouverte, l'architecture BNCL (Basic Numerical Control Language), a donc été conçue. La base de cette architecture est une machine virtuelle réalisant l'abstraction de l'environnement d'exécution du contrôleur, et un ensemble de matériel virtuel réalisant l'abstraction des particularités physiques de la machine-outil. Grâce à ces deux axes d'abstraction, les développements logiciels effectués sur un contrôleur sont portables. De plus, la prise en charge des extensions personnalisées de la machine-outil par l'utilisateur devient possible. Ce système permet également l'utilisation de tout langage informatique jugé pertinent par l'usager pour peu qu'un compilateur existe pour cette architecture. La liberté de choix est donc totale tant du point de vue de la machine physique que des outils logiciels utilisés. Les avantages escomptés de l'utilisation d'une telle architecture ont fait l'objet d'essais qui ont permis de confirmer la pertinence de cette approche. Cette nouvelle architecture logicielle constitue une contribution importante au domaine de recherche sur le contrôle des machines-outils à commande numérique.

Titre traduit

Design of a software architecture allowing machine-tool control in an open environment.

Résumé anglais

Numerical control machining is a domain where a lot of innovations have occurred in the past years. These innovations took place mainly in the mechanics of machines, with new techniques to reduce machining time, improve tool life and enhance the precision and repeatability of machines.

But, these changes did not trigger similar innovations in the software portion of the machines. These are still controlled by a software technology that is more than forty years old. The programming interface accessible to the user, G-Codes, did not evolve much. Some problems can be identified. First of all, G-Codes do not constitute a true programming language. Some extensions have been added during the last years but they remain limited in capabilities. Furthermore, the development of various new functions on the machine-tool favours the creation of open architecture controllers where users can extend the functionalities of the controller and the machine. G-Codes, however, offer limited control over the machine's new functions.

It seems that using the machine-tools at their full potential faces the limits of the software used on controllers today. To solve these problems, a new software architecture allowing the implementation of open architecture controllers, the BNCL architecture (Basic Numerical Control Language), has been developed. The basis of this architecture is a virtual machine which abstracts the execution environment of the controller, and a group of virtual hardware components that abstract the physical particularities of the machine-tool. Combining these two axes of abstraction, software developments on a controller are portable to others. Custom extensions to the machine-tool are also made possible. This system also allows the use of any programming language that the user feels adequate for his work. The advantages resulting from the use of such an architecture have been validated. This new software architecture is an important contribution to the machine-tool control research field.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [229]-[233].
Mots-clés libres: Architecture, BNCL, Commande, Conception, Controle, Controleur, Langage, Logiciel, Machine-Outil, Numerique, Ouvert
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Chatelain, Jean-François
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Rivest, Louis
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 06 mai 2011 17:41
Dernière modification: 14 oct. 2016 21:36
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/743

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