淺議網絡化數控技術

摘要： 網絡技術為分布式資源的集中利用提供了有效的共享途徑，開發網絡化數控技術對于推動新一代數控系統發展，提高數控系統參與市場競爭的綜合能力，為實現數控系統規模化生產等方面均具有十分重要的意義。本文分析了網絡化數控加工的特點、關鍵技術，闡述了網絡化數控技術的優點。

關鍵詞： 網絡化 數控技術 共享

一、引言

自從上世紀五十年代第一代數控機床問世以來，傳統的制作業發生了革命性變化，特別是隨著計算機輔助技術和網絡技術不斷發展，數控加工在工業制造業中的作用越來越重要。

當今全球化的貿易體系和市場競爭已經日益顯現，制造業同樣面臨著激烈競爭。建立網絡化的數控加工體系，可以通過計算機網絡組織制造資源，把分布在不同地區的現有生產設備資源、智力資源和各種核心能力，按資源優勢互補的原則有效加以利用，實現網絡設計、網絡制造、網絡監控、網絡營銷及網絡管理等功能，從而提高加工速度和質量，降低加工成本，提高設備利用率，使企業在瞬息萬變的激烈市場中立于不敗之地。

網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak）公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產控制中心，簡稱CPC）、日本大隈（Okuma）機床公司展出的“IT plaza”（信息技術廣場，簡稱IT廣場）、德國西門子（Siemens）公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環境，簡稱OME）等，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。

二、網絡化數控的基本概念

數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。網絡化數控就是通過Internet/Intranet網絡將制造單元和控制部件相連，或將制造過程所需的資源（如加工程序、機床、工具、檢測監控儀器等）共享。網絡化包括兩個方面：內部網絡（現場總線網絡）和外部網絡。

所謂內部網絡是指數控系統內CNC單元與伺服驅動及I/O邏輯控制等單元，以現場總線網絡連接。

所謂外部網絡，指的是數控系統與系統外的其他控制系統或外部上位電腦以網絡連接，通過網絡實現對設備的遠程控制和無人化操作、遠程加工程序（特別是大容量程序）傳輸、遠程診斷和遠程維修服務等技術服務，并提高機床生產率。

三、網絡化數控技術的特點

數控技術使機床向高速化方向不斷發展，不但大幅度提高了加工效率、降低加工成本，還提高了零件的表面加工質量和精度，而且大大提高了機床加工的可靠性。數控技術的網絡化有以下主要特點：

1.開放性

數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產品。

2.柔性化

“柔性自動化技術”以數控技術為核心，將計算機技術、信息技術與生產技術有機結合在一起。其應用范圍可包括產品設計、加工制造和相應的信息與管理系統。柔性自動化技術是當今機械制造業適應市場動態需求，加速產品更新的主要手段。網絡化數控技術使柔性技術從點（數控單機、加工中心和數控復合加工機床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網絡集成制造系統）的方向發展，不僅能夠提高生產效率、減輕勞動強度，還能提高產品質量、縮短制造周期和交貨期、大幅度降低成本。

3.實用性

數控機床的網絡化，把數控加工機床、加工信息、加工數據圖紙等硬件、軟件和信息資源共享到網絡上，大大減少了加工圖紙、加工程序編制的時間，從而大大提高了生產效率。機床聯網可以使數控機床共享大容量、高可靠性的硬盤，并及時地向遠程監控點提供當前加工狀態信息，接收遠程監控命令，為遠程監控及網絡制造提供基礎。

四、網絡化數控的關鍵技術

1.接口技術

統一標準的接口是數控系統開放化的基礎，數控系統中的各個功能模塊就是通過標準的接口和通信協議連接起來。

STEP-NC是數控加工領域內一個新的NC編程接口標準（ISO14649），STEP-NC將產品模型數據交換標準（Standard for the Excharge of Product model data，STEP）擴展至數控系統領域，重新規定了CAD/CAM與數控系統之間的接口，為數控系統的智能化、集成化、網絡化提供了良好的接口平臺。

2.集成技術

網絡數控系統的集成是將原來獨立運行的多個單元系統集成為一個能協調工作和功能更強的新系統。集成不是簡單的連接，而是要解決系統之間的互連和互操作性問題，它是一個多廠商、多協議和面向各種應用的體系結構。數控系統的集成不僅需要解決各類設備、子系統間的接口、協議、系統平臺、應用軟件等網絡和功能集成問題，同時還需要解決建筑環境、施工配合、組織管理和人員配備相關的一切面向集成的問題。集成的目的在于制造企業組織結構和運行方式的合理化和最優化，以提高企業對市場變化的快速響應能力，并追求最高的效果和長期利益。集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術的集成，同時還要強調人的集成。計算機是集成的工具，計算機輔助單元技術是集成的基礎，信息交換是橋梁，信息共享是關鍵。

3.網絡技術

網絡技術的發展是網絡數控的前提和必要條件，完善的網絡系統和先進的網絡技術是數控網絡化的基礎。計算機網絡的發展為數控系統網絡化提供了軟硬件技術條件，同時數控系統中數控機床的加工程序、控制信號及測量反饋信號都已數字化，滿足了網絡化的需求。數控機床可以通過串口方式、現場總線和局域網等方式聯網。

4.信息管理技術

數控加工信息管理是整個數控系統運行的保證，對于數控系統來說信息管理是至關重要的。數控加工信息包括數控機床管理、任務管理、刀具管理、機床通信管理、文件管理等。數控加工的所有信息需要建立數據庫，數據采集、處理和維護都是通過相應的信息管理系統完成的。

五、網絡化數控技術的優點

1.可以提高數控設備的生產效率

通過網絡不僅能夠及時、準確地采集數控設備的加工時間信息、不良品信息、停機信息、機床報警信息、首件檢驗信息和刀具使用壽命等信息，對信息進行分析，從而加大對設備的監控力度，產品質量得到保障，而且可以通過網絡平臺，實現制造資源的全球共享、支持跨地區跨平臺的全球制造，極大地提高數控設備的利用率。

2.可以遠程監控和診斷

網絡化數控系統可以滿足用戶對數控機床的遠程故障監控、故障診斷、故障修復的要求。當數控系統產生故障時，生產廠家可以通過網絡得到數控系統生產廠家、數控設備專家對設備的快速診斷與維護，從而大大減少維護的盲目性，提高設備完好率。

3.實現虛假制造

在網絡化環境里，可以實現虛擬生產環節，通過虛擬設計、制造、檢測和分析以減少重復勞動，及時發現問題、修正錯誤和偏差，縮短產品設計開發和制造周期，提高一次成功率。虛擬制造技術的應用對提高產品研制生產能

力，提高制造質量，縮短制造周期有著非常重要的意義。

六、網絡化數控系統在我國的應用

近年來，我國已開發華中I型、航天I型、中華I型等數控系統，達到了國際先進水平，獲得了國家科技進步二等獎、國家教委科技進步一等獎。在國家863計劃和科技攻關計劃多年連續的支持下，我國基本掌握了網絡化數字化制造系統的基礎。2001年北京國際機床博覽會上，華中數控與北京第一機床廠合作，展示了基于Internet的遠程故障診斷技術；與桂林機床股份有限公司合作，展出了由四臺機床聯網組成的遠程控制技術；又在常柴股份有限公司的模具車間，將5臺加工中心與仿形數控機床聯網，進行遠程設計、編程，然后通過Internet傳送和共享零件加工程序，實現了CAD/CAM/CNC網絡集成。

七、結語

日本Mazak公司認為：在多品種小批量制造環境下，單臺數控設備僅有25%的時間在切削，創造價值，而余下的75%時間不創造價值，機床聯網后，大大提高了機床的開工時間和效率。雖然我國目前也自主開發了具有較高水準的數控加工系統，但是不可否認，我國加工設備整體水平與國際先進水平差距較大，存在著設備閑置、信息封閉、效率低下等問題，造成數控設備資源的極大浪費，阻礙了企業競爭力的增強，削弱了先進制造業的優勢。運用網絡通信技術，建立面向數控加工的網絡化系統，實現網絡設計、網絡制造、網絡監控、網絡培訓、網絡營銷及網絡管理等功能，使先進制造裝備更好地發揮其作用，不僅可以提高產品的加工質量和生產效率，而且能敏捷地響應瞬息萬變的市場。

參考文獻

［1］于平，尤波.網絡化數控技術淺議［J］.鍋爐制造，2006，5（2）.

［2］鄭魁敬，趙永生.數控機床的網絡控制技術研究［J］.機床與液壓，20041No17.

［3］盧艷軍，任立義.網絡數控系統結構及關鍵技術的研究［J］.制造業自動化，1009-0134（2005）01-0058-03.