數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用研究

翟雁　郭曉波

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)也面臨著變革，智能化、網(wǎng)絡(luò)化成為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。本文詳細(xì)介紹了數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的概念以及實(shí)現(xiàn)方式，并從應(yīng)用的角度闡述了其系統(tǒng)組成，最后對(duì)目前數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了分析，對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)化；智能控制

機(jī)械加工制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)也是衡量國(guó)家綜合科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志，近年來呈現(xiàn)了迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)。數(shù)控設(shè)備在機(jī)加工中的應(yīng)用也越來越廣泛，采用計(jì)算機(jī)編程來控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和操作，大大提高了機(jī)加工的效率和精度，也使得復(fù)雜零件的加工成為可能，從而提升了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展水平。但與此同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)企業(yè)中數(shù)控設(shè)備各自獨(dú)立運(yùn)行，導(dǎo)致很多設(shè)備的利用率偏低，車間生產(chǎn)管理模式落后，因此大大限制了設(shè)備的效能發(fā)揮也因此制約了企業(yè)發(fā)展。

1.數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的概念及發(fā)展

所謂數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，就是以網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)為支撐，以信息集成為手段[1]，將帶有網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)控設(shè)備集成到一個(gè)網(wǎng)域內(nèi)，從而對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行集中管理和智能調(diào)度。1989年，美國(guó)啟動(dòng)“下一代工作站/機(jī)床控制器NGC”計(jì)劃，提出了“開放式結(jié)構(gòu)控制器”的概念，隨后歐美及日本多個(gè)國(guó)家加入了開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究，并制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)提供了硬件保障。后來，許多著名的數(shù)控設(shè)備公司推出了智能控制系統(tǒng)，如日本大隈（Okuma）機(jī)床公司的“IT plaza”、日本山崎（Mazak）公司的“Cyber Production Center”、GEFannuc公司的“Open Factory CNC”以及德國(guó)西門子（Siemens）公司的“Open Manufacturing Environment”等[2]。2002年我國(guó)頒布了開放式數(shù)控系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，隨即國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備商業(yè)相繼推出了自己的智能網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)，極大的推動(dòng)了數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展進(jìn)程。

1.1數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)方式

數(shù)控設(shè)備經(jīng)過多年發(fā)展，其內(nèi)部通信的軟硬件設(shè)置也發(fā)生了很大的變化。從通信接口上看，早期傳統(tǒng)的數(shù)控設(shè)備多數(shù)采用RS232串口進(jìn)行通訊，現(xiàn)在越來越多的高檔設(shè)備自身具備基于以太網(wǎng)的RJ45接口。

1.2基于串口通訊的組網(wǎng)方式

一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)控設(shè)備通過自身的RS232接口連接到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，再用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將計(jì)算機(jī)連接到局域網(wǎng)，和網(wǎng)內(nèi)的工作站進(jìn)行通訊。對(duì)于設(shè)備較少的情況，可為每臺(tái)設(shè)備配置計(jì)算機(jī)，對(duì)于設(shè)備較多的情況，可將多臺(tái)設(shè)備通過多串口卡連接至計(jì)算機(jī)再組網(wǎng)[3]，以通過減少PC機(jī)數(shù)量來降低成本。

1.3基于現(xiàn)場(chǎng)總線的組網(wǎng)方式

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為多個(gè)設(shè)備接入網(wǎng)內(nèi)提供了更可行的方式，諸多數(shù)控設(shè)備通過一根總線聯(lián)系在一起，再通過計(jì)算機(jī)與局域網(wǎng)聯(lián)接，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，減少了成本，其應(yīng)用范圍也越來越廣，系統(tǒng)分為管理層和控制層，在控制層中，總線通過數(shù)字式尋址和通信，將計(jì)算機(jī)的控制和調(diào)度信息傳遞給分布在上的數(shù)控設(shè)備，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交換。

1.4基于以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式

以太網(wǎng)通信方式下，數(shù)控設(shè)備不再需要通過計(jì)算機(jī)聯(lián)入局域網(wǎng)，而是通過設(shè)備的RJ45網(wǎng)絡(luò)口直接聯(lián)接到局域網(wǎng)中，與網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等同級(jí)。目前比較先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備以及數(shù)控加工中心多采用此種方式，這種方式需要設(shè)備具備以太網(wǎng)口，并支持以太網(wǎng)的通訊協(xié)議，同時(shí)設(shè)備內(nèi)部采用開放式體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的交互性強(qiáng)，信息量大，抗干擾性強(qiáng)，通過局域網(wǎng)不僅可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的程序分配，還能有效采集設(shè)備信息及運(yùn)行信息，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修，還可以建立智能控制中心，進(jìn)行設(shè)備的自主管理和決策。因此是許多現(xiàn)代化工廠最為親睞的方式。

2.數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)構(gòu)建

要實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)的組建，需要根據(jù)實(shí)際設(shè)備情況選擇合適的組網(wǎng)方式，并配置相應(yīng)的軟件及硬件。對(duì)于新建的數(shù)控加工中心，多數(shù)由設(shè)備廠家提供完整的組網(wǎng)方案，提供全套產(chǎn)品及技術(shù)支持，設(shè)備的兼容性好。對(duì)于舊有設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化改造，則應(yīng)分析設(shè)備情況，選擇最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方式。

3.數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化在應(yīng)用中存在的問題及展望

目前數(shù)控設(shè)備多數(shù)采用開放體系結(jié)構(gòu)，具備通信接口，使設(shè)備組網(wǎng)成為可能。但與此同時(shí)，我們也看到，當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)中網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用還存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率低。我國(guó)絕大部分企業(yè)的數(shù)控設(shè)備還處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，有的甚至還不具備通信功能。因此設(shè)備的落后以及管理體制的落后，嚴(yán)重制約了數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，也因此制約了企業(yè)的發(fā)展。

3.2聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用性差。絕大多數(shù)企業(yè)在數(shù)控設(shè)備的組網(wǎng)應(yīng)用上，局限于程序的上傳下載，也就是實(shí)現(xiàn)了部分信息的傳遞，但不能實(shí)現(xiàn)資源共享。任務(wù)調(diào)度仍采用人工方式，不能真正實(shí)現(xiàn)智能管控，因此對(duì)于設(shè)備利用率的提高收效不大。

3.3數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立。很多企業(yè)即使實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，但與PDM等數(shù)據(jù)系統(tǒng)仍然各自獨(dú)立，不能很好的結(jié)合，因此也不能發(fā)揮其最大效能。

隨著生產(chǎn)管理理念的提升，數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化也將成為必然趨勢(shì)。未來數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)體系將集成智能調(diào)度、設(shè)備診斷、遠(yuǎn)程操作等功能，更好的與PDM、MES等系統(tǒng)相結(jié)合，在硬件配置上實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)連接，在軟件上可實(shí)現(xiàn)設(shè)備終端三維模型展示、控制終端實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

4.結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)化、智能化、開放化是數(shù)控設(shè)備以及機(jī)械加工的必然發(fā)展趨勢(shì)，未來也必定得到大力發(fā)展和普及。數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過程監(jiān)控、作業(yè)智能調(diào)度、遠(yuǎn)程協(xié)同管理等功能，對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化加工和管理有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]尚德波.基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控車間DNC信息管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].青島理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[2]史晉芳.數(shù)控網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[3]王鑫，韓江.淺談網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工技術(shù)[J].滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（3）：70-72.

[4]李微博.數(shù)控加工設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

作者簡(jiǎn)介：

翟雁（1978-）漢，河南安陽，碩士研究生。

郭曉波（1976-），河南安陽，博士研究生。