网络化数控系统开发和研究

　　计算机网络技术和信息技术的飞速发展带来了制造业的不断变革,数控技术作为未来先进制造技术的核心内容之一,正在朝着开放化,网络化,柔性化和智能化方向发展,数控装备产品的设计制造和应用开发都日益显示出基于开放接口标准的模块形态。网络数控的基本思想是从系统角度出发,以集成为手段,以数控技术、计算机和网络技术、通讯技术等先进技术为支撑,通过网络将车间设备、资源加以集成,最终形成一个开放的、具有一定功能的网络数控制造单元。

　　人们对数控技术的持续研究,深化信息技术的应用,促使其发挥更大的潜能和进一步提升其性能。因此,发展在信息技术支持下的先进数控技术来推进制造装备及其控制运行过程自动化、网络化和智能化的数字化技术,将是构成企业制造系统现代化的关键。它将提高企业在经济全球化条件下,对不确定性市场环境的适应能力。所以,数控技术对机械制造企业重构和改造应起到重大作用。

1 发展网络数控的意义

　　随着计算机集成制造技术、敏捷制造、智能制造等新的概念和方法的研究与发展,作为各种先进制造环境中网络制造的基本单元,网络数控系统的研究与应用显得尤为重要。网络数控系统将为网络制造、远程制造、远程诊断与维护及机床与各种网络资源的相互共享等提供了最基本的支持。

　　1.1 可充分利用现有资源

　　随着计算机辅助设计/制造系统越来越快地进入实际加工过程,越来越多的信息需要方便快捷地与数控系统进行通信和交换,这样数控系统本身所使用的高可靠性、高价位、低容量的电子盘就很难满足实际的需要。如果具备联网功能,处于恶劣环境的数控机床就可以共享环境清洁的办公用高容量硬盘,然后数控系统通过局域网读取CAD/ACM 系统生成的加工代码,并进行零件加工。

　　1.2 为远程监控及网络制造提供基础

　　数控系统可以通过通讯网络及时地向远程监控点提供当前加工状态信息,并接收远程监控命令,为真正的全球制造提供最起码的支持。甚至,我们可以把某个数控机床像办公网络中的共享打印机一样共享到网络上。当然,这些功能对数控系统的开放性及自诊断性都提出了更高的要求。

　　1.3 可减少维护的盲目性及相关费用

　　网络数控系统不但大大加强工厂加工信息的传递与管理,提高机械加工自动化程度及远程监控水平,而且当数控系统产生故障时,还可以为数控系统生产厂家提供远程诊断与维护,减少维护的盲目性及相关费用。

2 开发网络化数控系统的基本要求

　　网络化制造是快速响应市场需求、提高市场竞争力的一种先进制造模式,它以数字化、柔性化和敏捷化为基本特征,充分利用网络信息技术,实现全球制造资源的共享,支持跨地区跨平台的全球制造。因而,在网络化制造模式下,作为底层CNC自动控制系统应满足如下的基本要求:

　　2.1 支持基于网络的信息共享

　　若使CNC系统成为一种全球制造资源,其最基本要求就是支持跨平台的系统操作,支持不同地域的多用户信息共享:一方面要求CNC系统能够充分利用企业信息网上层所拥有的各类管理和技术资源;另一方面要求上层企业层计算机能够通过Intranet及时地获取底层CNC系统的实时现场数据。

　　2.2 支持基于网络的实时监控

　　网络化CNC系统应能及时地向远程客户端发布实时状态信息,并能在远程客户端对系统进行实时的操作和控制。

　　2.3 通过网络提供远程数字化服务

　　通过Internet/Intranet提供远程数字化服务,包括远程在线编程、远程技术咨询/技术培训、特定控制功能的追加、交互式远程故障诊断等服务内容。

3 网络化数控系统的体系结构

　　为实现网络化数控系统应有的功能,笔者构建了如图1所示的系统体系结构。从图示可以看出,这是一个由B/S与C/S相组合的系统结构,它充分利用B/S和C/S各自优势,实现两者之间的优势互补,以满足网络化数控远程服务和远程监控的功能要求。

　　从B/S角度分析,这是一个3层结构:第一层为远程客户层,远程客户可通过浏览器实现数控系统的远程监控和信息共享;第二层为系统服务层,用于存放远程服务功能模块和相关的应用程序;第三层是数据库服务层,用于存储加工工艺参数、机床设备参数、实时的系统状态参数等。这种B/S系统结构形式易于实现跨平台操作,降低了对客户机的要求,提高了系统通用性。

　　从C/S角度看,该系统为两层结构,即远程客户端和底层的Web-CNC,通过TCP/IP协议实现远程客户端与Web-CNC之间的双向通信,通过远程客户端的虚拟控制面板实现基于Internet/In-tranet的系统远程实时监控。这种C/S结构形式可由客户机向服务器发布各种请求命令,由服务器将实时的系统状态信息返回给客户机,实现实时的点对点控制。