数字化车间网络数控系统及其关键技术研究

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数控技术已成为先进制造技术的核心技术。

目前我国普及型和高级型数控切削机床的年产量已达十几万台，企业车间的数控化率在不断提高，国内大中型规模企业都有了专门的数字化车间。

这些车间的数控设备以单机独立运行的机群形式进行，这种封闭式和单一性，不能满足现代制造技术的要求。

以信息技术为核心的“第#代浪潮”正牵引着人类进入工业时代的鼎盛时期，网络化、信息化正不断的改变着企业的生产模式和生产理念。

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网络数控系统定义与发展现状
网络数控系统%&’()*+,&-.’+/0123*4(+*2，&&35是以数控技术、计算机网络技术、通讯技术等先进技术为支撑发展起来的，即以通讯和资源共享为手段，以车间乃至企业内的制造设备的有机集成为目标，支持6789876网络互联规范的自主数控系统。

它包含两个方面的内容：在硬件结构上是数控技术或系统与网络技术的结合，在结构模式上是通过网络组织或控制数控系统进行工作。

这样通过网络将车间数控设备和资源集成，最终形成一个开放的、具有一定功能的网络数控制造单元。

网络数控技术将制造单元和控制部件通过64(’+4’(:64;(+14’(网络相连，
实现对制造过程所需资源共享，为管理者提供极大方便。

目前世界各国的一些研究机构和生产厂商都在积极研究基于<1=1语言的网络数控系统。

国际上一些著名数控厂家推出了多种新概念和样机，如日本大阪%8,-.15机床公司展出“6>?21@1”%信息技术广场，简称6>广场5；德国西门子%7/’.’4A 5公司展出的8?’4B14-C10(-+/4D E4;=/+*4.’4(%开放制造环境，
简称8BE 5等。

我国也早在FGGF 年2F 月颁布了国家标准的开放式数控系统总则。

标准的正式颁布，加速突破了对我国制造业制约最为严重的数控技术瓶颈，也为网络数控技术的发展提供了良好的机遇和条件。

目前，我国基本掌握网络化数字化制造系统的主要技术。

南京四开电子企业有限公司FGGH 年H 月，“7IJFGG#&开放式数控系统”通过成果鉴定，其硬件结构采用嵌入式HK 位工业控制计算L MBN3运动控制卡，软件基于O/4P*)AQM 平台，具有标准高速以太网接口。

国内外这些新技术极大推动了数控系统的网络化发展进程。

F 网络数控系统车间运行结构和智能调度FR $
车间网络数控系统运行模式
网络数控系统车间运行模式包括三层内容：车间层、工作站层和设备层组成。

如图$所示。

随着计算机网络和通信技术的发展及制造自动化的需要，传统的S&3（直接或分布式数字控制）已不能完全满足制造业的需要，必须扩展S&3的管理功能和与其系统外的信息集成。

通过网络技术把与制造过程设备%如数控机床等5集成起来，从而实现制造车间设备的集中控制管理以及制造设备之间、制造设备与上层计算机之间、与其它车间，以及通过国际网与其它企业之间的信息交换。

另外，随着敏捷制造等先进制造技术的提出，车间不仅可以通过工厂局域网从本企业的工厂层获取制造信息，也应该建立与64(’+4’(的接口，以便以车间作为制造单元加入虚拟企业，以实现跨车间、跨工厂、跨地域的制造信息的交换。

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网络数控系统的智能调度
企业内部局域网的建立，一方面可以通讯交流，另一方面可以实现信息等资源的共享，而且实现网上各加工设备和过程的智能协调。

车间内的任务包含其它%3NS 、3NMM 等5部门分配来的任务以及本部门任务的分配，如加工不同
收稿日期：FGG"—GF —FH
作者简介：
尚德波（$"TK —），男，山东青州人，潍坊职业学院讲师，主要研究方向：数控技术。

数字化车间网络数控系统及其关键技术研究
尚德波
%潍坊职业学院U 山东潍坊FH$G#$5
摘要：介绍网络数控系统的概念和国内外研究的现状，对网络数控系统的基本组成和智能调度层次进行研究，进而阐
述网络数控系统的通信、信息集成、管理和远程监控等关键技术。

关键词：网络数控；系统结构；调度；通信；信息集成中图分类号：>M#"F
文献标识码：3
文章编号：$HT$—$KKG %FGG"5GF —GG!"—GF
中国・包头
职大学报
FGG"年第F 期
的零件或同一个零件如
何按工艺放至不同的机
床上加工等。

网络数控系
统的调度就是要完成这
些任务的分配。

它通过信
息和资源共享，可实现系
统的自我协调，使系统运
行于最优状态。

从系统结
构上看，调度机制共分三
级。

如图#所示，一是企业
层调度，它主要负责车间
与本企业内其它部门之间的联系或与动态联盟中其它企业之间的联系，传递任务，网上信息发布，数据库查询等；二是车间层调度，完成服务器到数控系统的任务的分配，以及车间内数控系统之间的有关请求，负责车间内资源共享；三是设备层调度，主要负责加工过程的调整，故障诊断处理等。

$网络数控系统关键技术
$%&网络通信技术
数控系统的网络通信功能是网络数控技术的关键问题，为实现不同制造厂商通信网络设备的兼容和计算机网络标准的开发提供一个框架。

国际标准化组织’()*+制定了开放性数控网络互联标准通信模型’*)(+。

它是连接各种计算机的标准框架%目的是为系统互联标准的制定提供一个共用基础，并引导计算机网络和数据通信系统产品的开发,同时对网络技术的发展起着一定的指导作用。

-./0(/协议是在*)(模型的应用层和传输层中得到广泛运用(1234132网络协议。

支持全球制造的网络数控系统并不一定要求车间的每台数控机床都直接连接到(1234132上。

主要是通过车间局域网服务器连到(1234132，然后再经过防火墙连接(15 234132上。

网络数控系统的核心是要求从设备级来支持异地制造和全球制造。

这就要求从全球联网的角度重新审视数控系统的设计，使得任何一个数控系统都对应于开放系统互联协议’()*0*)(+的相应层次都能支持(12461320(1234132标准，从而达到开放性、互联性、互换性和互操作性的要求。

$%#基于(12341320(1246132的智能化信息集成技术
网络数控系统的集成将原来独立运行的多个单元系统集成为一个能协调工作和功能更强的新型系统。

系统的集成主要包括三方面：!车间设备的集成；"计算机通讯和资源共享；#基于777的企业乃至全球范围内的信息集成与共享。

车间内网络数控系统通过网线联接，达到车间设备的集成，然后自主协调或者利用车间服务器有效地调度加工设备。

车间内的网络数控系统之间关系等同，可以共享多种信息和软硬件资源。

网络数控系统的集成的智能化，主要体现在单台系统内部的加工工序和工步的确定，以及多台系统之间的工艺协调等方面。

集成不是简单的连接，是在分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化组合的基础上，经过统一规划设计来实现的。

信息集成的目的在于企业组织结构和运行方式的最优化，以提高企业对市场变化的快速响应能力。

集成不只是现代制造业先进技术的集成，也包括人的集成，计算机是集成的工具，信息交换是桥梁，信息共享是关键。

$%$信息管理技术
信息管理是整个系统运行的保证，对于数控系统来说信息管理尤为重要。

一个管理系统的核心功能，一是对外部数据的采集、处理、存储；二是向外部传送数据。

机床加工的所有信息需要建立数据库，数据采集、处理和维护都是通过相应的信息管理系统完成的。

网络数控系统的实现离不开机床的信息管理，基于网络的数据库管理是网络数控的关键技术之一。

信息管理就是对实现机床物理数据的管理，以有效地利用资源，提高系统的整体性能，实现机床加工数据、任务调度数据和企业经营规划数据等的相互协调。

$%8远程监控与诊断技术
随着数控设备自动化程度的提高，复杂性的迅速增加引起了维修费用增高，停机损失巨大等问题。

因此，网络数控系统支持远程监控变得越来越重要。

当设备产生故障时，数控系统生产厂家可以通过(1234132对用户的数控系统进行快速诊断与维护，可以大大减少维护的盲目性，提高设备完好率，满足用户对数控机床的远程故障监控、故障诊断、故障修复的要求。

目前国内外在这方面主要研究的内容有：!远程数据的传输、存储和压缩格式，即远程数据格式的统一问题。

"远程设备数据的获取方式。

获取通过(12341320(15 246132从设备运行现场传输到远程诊断中心的服务器上。

它们存在着对系统硬件要求较高，一旦网络出现故障，系统无法正常工作。

#建立监控与诊断数据库。

数控系统远程监控和诊断的研究起步较晚，只有国外几家厂商利用网络建立起了数控系统远程监控和诊断系统。

我国也正在着手适合国情制造业的远程监控和诊断技术研究。

8结束语
数控设备的网络化和集成化，成为制造业发展的必然趋势。

一个完善的网络数控系统是集生产管理、工艺设计、设备调度、9:.控制和远程监控为一体，具有开放式体系结构的集成化系统，可以有效利用企业局域网和广域网，进行信息资源共享，真正实现企业网络信息化管理和生产经营协作的结合。

参考文献
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