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網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)
摘要： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為分布式資源的集中利用提供了有效的共享途徑，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)對(duì)于推動(dòng)新一代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，提高數(shù)控系統(tǒng)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的綜合能力，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)模化生產(chǎn)等方面均具有十分重要的意義。
本文分析了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)，闡述了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)化 數(shù)控技術(shù) 共享
一、引言
自從上世紀(jì)五十年代第一代數(shù)控機(jī)床問世以來，傳統(tǒng)的制作業(yè)發(fā)生了革命性變化，特別是隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控加工在工業(yè)制造業(yè)中的作用越來越重要。
當(dāng)今全球化的貿(mào)易體系和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)日益顯現(xiàn)，制造業(yè)同樣面臨著激烈競(jìng)爭(zhēng)。
建立網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控加工體系，可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組織制造資源，把分布在不同地區(qū)的現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備資源、智力資源和各種核心能力，按資源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的原則有效加以利用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)制造、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷及網(wǎng)絡(luò)管理等功能，從而提高加工速度和質(zhì)量，降低加工成本，提高設(shè)備利用率，使企業(yè)在瞬息萬變的激烈市場(chǎng)中立于不敗之地。
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。
如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱CPC)、日本大隈(Okuma)機(jī)床公司展出的“IT plaza”(信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱IT廣場(chǎng))、德國(guó)西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(開放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱OME)等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。
二、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控的基本概念
數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控就是通過Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)將制造單元和控制部件相連，或?qū)⒅圃爝^程所需的資源(如加工程序、機(jī)床、工具、檢測(cè)監(jiān)控儀器等)共享。
網(wǎng)絡(luò)化包括兩個(gè)方面：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)(現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò))和外部網(wǎng)絡(luò)。
所謂內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)CNC單元與伺服驅(qū)動(dòng)及I/O邏輯控制等單元，以現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)連接。
所謂外部網(wǎng)絡(luò)，指的是數(shù)控系統(tǒng)與系統(tǒng)外的其他控制系統(tǒng)或外部上位電腦以網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和無人化操作、遠(yuǎn)程加工程序(特別是大容量程序)傳輸、遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維修服務(wù)等技術(shù)服務(wù)，并提高機(jī)床生產(chǎn)率。
三、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)
數(shù)控技術(shù)使機(jī)床向高速化方向不斷發(fā)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(zhì)量和精度，而且大大提高了機(jī)床加工的可靠性。
數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化有以下主要特點(diǎn)：
1.開放性
數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象(數(shù)控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。
2.柔性化
“柔性自動(dòng)化技術(shù)”以數(shù)控技術(shù)為核心，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起。
其應(yīng)用范圍可包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造和相應(yīng)的信息與管理系統(tǒng)。
柔性自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)需求，加速產(chǎn)品更新的主要手段。
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)使柔性技術(shù)從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，不僅能夠提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造周期和交貨期、大幅度降低成本。
3.實(shí)用性
數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化，把數(shù)控加工機(jī)床、加工信息、加工數(shù)據(jù)圖紙等硬件、軟件和信息資源共享到網(wǎng)絡(luò)上，大大減少了加工圖紙、加工程序編制的時(shí)間，從而大大提高了生產(chǎn)效率。
機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可以使數(shù)控機(jī)床共享大容量、高可靠性的硬盤，并及時(shí)地向遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)提供當(dāng)前加工狀態(tài)信息，接收遠(yuǎn)程監(jiān)控命令，為遠(yuǎn)程監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)制造提供基礎(chǔ)。
四、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控的關(guān)鍵技術(shù)
1.接口技術(shù)
統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口是數(shù)控系統(tǒng)開放化的基礎(chǔ)，數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊就是通過標(biāo)準(zhǔn)的接口和通信協(xié)議連接起來。
STEP-NC是數(shù)控加工領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)新的NC編程接口標(biāo)準(zhǔn)(ISO14649)，STEP-NC將產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(Standard for the Excharge of Product model data，STEP)擴(kuò)展至數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域，重新規(guī)定了CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)之間的接口，為數(shù)控系統(tǒng)的智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化提供了良好的接口平臺(tái)。
2.集成技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的集成是將原來獨(dú)立運(yùn)行的多個(gè)單元系統(tǒng)集成為一個(gè)能協(xié)調(diào)工作和功能更強(qiáng)的新系統(tǒng)。
集成不是簡(jiǎn)單的連接，而是要解決系統(tǒng)之間的互連和互操作性問題，它是一個(gè)多廠商、多協(xié)議和面向各種應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)。
數(shù)控系統(tǒng)的集成不僅需要解決各類設(shè)備、子系統(tǒng)間的接口、協(xié)議、系統(tǒng)平臺(tái)、應(yīng)用軟件等網(wǎng)絡(luò)和功能集成問題，同時(shí)還需要解決建筑環(huán)境、施工配合、組織管理和人員配備相關(guān)的一切面向集成的問題。
集成的目的在于制造企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的合理化和最優(yōu)化，以提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化的快速響應(yīng)能力，并追求最高的效果和長(zhǎng)期利益。
集成要借助現(xiàn)代管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的集成，同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)人的集成。
計(jì)算機(jī)是集成的工具，計(jì)算機(jī)輔助單元技術(shù)是集成的基礎(chǔ)，信息交換是橋梁，信息共享是關(guān)鍵。
3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展是網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的前提和必要條件，完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是數(shù)控網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化提供了軟硬件技術(shù)條件，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)中數(shù)控機(jī)床的加工程序、控制信號(hào)及測(cè)量反饋信號(hào)都已數(shù)字化，滿足了網(wǎng)絡(luò)化的需求。
數(shù)控機(jī)床可以通過串口方式、現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)等方式聯(lián)網(wǎng)。
4.信息管理技術(shù)
數(shù)控加工信息管理是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行的保證，對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來說信息管理是至關(guān)重要的。
數(shù)控加工信息包括數(shù)控機(jī)床管理、任務(wù)管理、刀具管理、機(jī)床通信管理、文件管理等。
數(shù)控加工的所有信息需要建立數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)采集、處理和維護(hù)都是通過相應(yīng)的信息管理系統(tǒng)完成的。
五、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
1.可以提高數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)效率
通過網(wǎng)絡(luò)不僅能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地采集數(shù)控設(shè)備的加工時(shí)間信息、不良品信息、停機(jī)信息、機(jī)床報(bào)警信息、首件檢驗(yàn)信息和刀具使用壽命等信息，對(duì)信息進(jìn)行分析，從而加大對(duì)設(shè)備的監(jiān)控力度，產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，而且可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)制造資源的全球共享、支持跨地區(qū)跨平臺(tái)的全球制造，極大地提高數(shù)控設(shè)備的利用率。
2.可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)可以滿足用戶對(duì)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程故障監(jiān)控、故障診斷、故障修復(fù)的要求。
當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，生產(chǎn)廠家可以通過網(wǎng)絡(luò)得到數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家、數(shù)控設(shè)備專家對(duì)設(shè)備的快速診斷與維護(hù)，從而大大減少維護(hù)的盲目性，提高設(shè)備完好率。
3.實(shí)現(xiàn)虛假制造
在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境里，可以實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過虛擬設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和分析以減少重復(fù)勞動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、修正錯(cuò)誤和偏差，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和制造周期，提高一次成功率。
虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高產(chǎn)品研制生產(chǎn)能
力，提高制造質(zhì)量，縮短制造周期有著非常重要的意義。
六、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用
近年來，我國(guó)已開發(fā)華中I型、航天I型、中華I型等數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，獲得了國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、國(guó)家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
在國(guó)家863計(jì)劃和科技攻關(guān)計(jì)劃多年連續(xù)的支持下，我國(guó)基本掌握了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
2001年北京國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上，華中數(shù)控與北京第一機(jī)床廠合作，展示了基于Internet的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù);與桂林機(jī)床股份有限公司合作，展出了由四臺(tái)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)組成的遠(yuǎn)程控制技術(shù);又在常柴股份有限公司的模具車間，將5臺(tái)加工中心與仿形數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)、編程，然后通過Internet傳送和共享零件加工程序，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CNC網(wǎng)絡(luò)集成。
七、結(jié)語
日本Mazak公司認(rèn)為：在多品種小批量制造環(huán)境下，單臺(tái)數(shù)控設(shè)備僅有25%的時(shí)間在切削，創(chuàng)造價(jià)值，而余下的75%時(shí)間不創(chuàng)造價(jià)值，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)后，大大提高了機(jī)床的開工時(shí)間和效率。
雖然我國(guó)目前也自主開發(fā)了具有較高水準(zhǔn)的數(shù)控加工系統(tǒng)，但是不可否認(rèn)，我國(guó)加工設(shè)備整體水平與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大，存在著設(shè)備閑置、信息封閉、效率低下等問題，造成數(shù)控設(shè)備資源的極大浪費(fèi)，阻礙了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)，削弱了先進(jìn)制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)。
運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，建立面向數(shù)控加工的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)制造、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)、網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷及網(wǎng)絡(luò)管理等功能，使先進(jìn)制造裝備更好地發(fā)揮其作用，不僅可以提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而且能敏捷地響應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)。
參考文獻(xiàn)
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