1 引言

　　20世紀90年代，國外的數控系統完成了從16位機向32位機和伺服驅動從直流式向交流全數字式的轉變，數控系統體系結構從封閉轉向開放，從而使數控系統可充分利用計算機技術的豐富資源，能根據控制對象的要求迅速、靈活地更換軟硬件，并能及時吸收新技術，使得數控技術發展步伐加快，開發周期縮短。

　　從 2000年美國芝加哥國際機床展和2001年北京國際機床展等展覽會中，可以看出數控技術及數控機床發展的一些最新趨勢為：

　　開放式智能化的數控系統成為數控技術的發展方向；

　　5軸聯動加工興起，所謂高速即意味著5軸；

　　數控加工網絡化，提高了機床的生產使用效率；

　　以高速主軸和直線電機的應用為特征，高速加工進一步向縱深發展；

　　車銑復合加工中心更具前途；

　　軟數控技術發展，基于工業PC機、PCI/ISA總線、通用操作系統+實時內核的數控系統大量涌現。

2 開放式網絡化數控的基本概念

　　開放式數控系統的本質是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，形成系列化，并可將用戶的特殊應用集成到控制系統中，實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統。 IEEE關于開放式系統的定義是：開放式系統能有效地運行于不同的平臺之上，可以與其他應用系統相互操作，并提供與用戶交互的統一風格，即所謂互操作性、可移植性、可伸縮性和可互換性。隨著計算機軟硬件技術的發展，目前對開放式系統最新的具體的看法包括：

　　(1) 開放式控制系統的硬件和軟件都應是柔性的，它允許改變硬件的基本配置，而軟件更在所有控制級別上可以改變。

　　(2) 開放式結構系統的軟硬件必須是真正即插即用的，如果產品必須被召回以安裝新的硬件和軟件，那就不是真正的開放。

　　(3) 控制器必須是標準化的，以使第三方能在此基礎上參與新硬件和新軟件的開發。

　　(4) 開放式系統允許第三方軟件作為系統的部件增加進來，也就是說它是一個標準系統，在這個標準上系統能在部件級別上與其他部件集成，并能共享數據。

　　(5) 一個開放式控制系統能在系統的級別上同其他系統協同工作。

　　網絡數控就是通過網絡、 Internet/Intranet將制造單元和控制部件相連，或將制造過程所需資源(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。

　　(1) 內部網絡

　　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。對于數控系統硬件，開放性主要是指其計算機、網絡、伺服系統及I/O邏輯控制等單元，應該具有統一的互聯標準，以實現互換性。為使數控系統硬件具有互換性，目前歐洲CNC制造商在其產品中廣泛應用SERCOS(Serial Real－time Communication System，一種適于高速伺服控制的網絡接口協議，于1995年成為IEC 1491國際標準)現場總線作為與數字驅動單元的接口，采用Profibus現場總線等作為與I/O邏輯控制單元的接口。

　　(2) 外部網絡

　　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計算機以網絡連接。通過網絡實現對設備的遠程控制和無人化操作、遠程加工程序傳輸、遠程診斷和遠程維修服務、技術服務，并提高機床生產率。網絡生產管理系統通過企業內部網(Intranet)隨時監視生產現場情況進行最優計劃和調度；操作工人技藝數據庫將通過豐富經驗和直覺形成的技藝數字化，不斷積累并與全公司共享，實現高效、高質量加工，并依此創造新工藝、新知識和新訣竅；新的CAD/CAM系統可將CAD數據立即轉變為加工程序、工具清單、工藝卡和加工工藝圖樣，實現并行工程來縮短生產周期。此外通過因特網與外界聯接，可為每一個客戶設立一個窗口，快速反應客戶的要求。在多品種小批量的條件下，將機床聯網，能將切削時間由25%提升至65%。遠程診斷產品可以在個人電腦前輕松地操縱遠在車間里的機床設備，諸如編輯修改零件程序和PLC程序、監控各軸當前狀態、進行文件傳輸等。不僅用于故障發生后對數控系統進行診斷，而且還可用作用戶的定期預防性診斷。

3 開放式網絡化數控平臺的基本結構

　　開放式網絡化數控系統平臺由系統硬件和系統軟件組成。系統軟件包括實時操作系統、通訊系統、設備驅動程序以及其他可供選擇的系統程序，如數據庫系統和圖形系統。系統軟件通過標準的應用程序接口 (即API)向應用軟件提供服務。系統硬件包括組成系統的各種物理實體。系統硬件對外部的表象和接口可以是一致的，也可以通過設備驅動程序使之與操作系統分隔。

　　系統硬件各部分通過信息管理網絡和開放設備級網絡互連，傳遞命令和數據信息，并行完成數控任務。

　　對于數控系統硬件來講，開放性主要是指其計算機、網絡、伺服系統及 I/O邏輯控制等單元應該具有統一的標準，以實現互換性。要使其硬件具有互換性，全球所有數控系統制造商都認為應該采用現場總線技術。

4 開放式網絡化數控系統的應用

　　近年來，我國相繼開發出了如華中Ⅰ型、航天Ⅰ型、中華Ⅰ型、藍天Ⅰ型等數控系統。華中Ⅰ型以通用工業微機為硬件平臺，模塊化的開放式體系結構，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，是目前獲得國家獎級別最高的國產數控系統。開放式數控系統軟、硬件平臺，已在DOS、Linux操作系統平臺開發成功。已經開發出了車床、銑床、加工中心、仿形、軋輥磨、滾刀磨、拉刀磨、工具磨、凸輪軸磨床、非圓齒扇插齒機、齒條插齒機、弧齒錐齒輪銑齒機、鏜床、激光加工、玻璃機械、紡織機械、醫療機械等30多個數控系統應用品種。這也證明華中數控系統具有優良的開放性和二次開發性。

　　在國家 863計劃和科技攻關計劃多年連續的支持下，我國基本掌握網絡化數字化制造系統的基礎技術。如1999年在中國北京舉行的國際機床博覽會上，武漢華中數控股份有限公司率先推出了網絡數控系統原型機，實現了通過Intranet遠程操作控制異地數控機床。博覽會上，北京航空航天大學與北京市機電研究院合作，展出了基于PC計算機和光纖數字通訊伺服技術(SERCOS)的開放式數控系統，通過光纖同時控制1～8臺機床上的50個伺服軸和主軸，組成的柔性生產線示范系統，獲得國內機床行業高度評價。在 2001年的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。這些都為網絡環境下數控系統的研究開發奠定了良好的基礎。又如華中數控在江蘇常柴股份有限公司，將其模具車間的5臺加工中心和一臺仿形數控機床聯網，可在遠程異地設計、編程，然后通過Internet網絡傳送和共享零件加工程序，實現了CAD/CAM/CNC的網絡集成，大大提高了生產效率和設備的利用率。

　　常柴股份有限公司的北廠模具車間有四臺數控機床采用了華中網絡式數控系統，所有機床通過內部局域網(NT網)連接。模具車間的NT 網絡上的服務器，通過Internet與5km外的常柴總廠計算中心連接。總廠計算中心由UGⅡ或其他 CAD/CAM軟件生成的數控程序可通過Internet和服務器傳送到任何一臺數控機床的控制系統中。由于華中網絡CNC具有較大的內存和外存空間，其資源可共享到計算機網絡上。因此，每臺配華中數控系統存儲器上的數控程序，可通過網絡共享到其他任何一臺華中數控系統上。這使得數字化仿形測量所生成的數控加工程序可共享到其他非仿型功能的數控機床上加工模具。由于計算機局域網絡的數據傳送速度極快(約為10～100MB/s以上，而DNC接口的速度約為9.6kB/s)，對于復雜模具的大容量程序的傳送速度非常快捷、可靠。

　　開放式網絡化數控在我國有以下幾個方面的切實應用需求：

　　(1) 網絡制造、全球制造：在新的制造模式下，通過數控系統的上網，可滿足未來制造企業在企業動態聯盟過程中和制造系統重組過程中，通過網絡對外發布或允許外部了解自己的制造能力，甚至組成網上虛擬車間(工廠)和電子商務，實現異地CAD/CAM/CNC 的網絡制造。

　　(2) 大容量存儲資源共享：我國現有的大部分數控系統內存較小，沒有網絡功能(僅有速度較低的DNC接口)，沒有大容量存儲設備(如硬盤)。而大型復雜模具加工程序量非常大，一般以1MB為計量單位。應用網絡數控系統即可在高速局域網上滿足CAD/ CAM系統與數控系統進行大容量信息的通信與交換的要求。

　　(3) 遠程監控與診斷：當數控系統產生故障時，數控系統生產廠家可以通過Internet對用戶的數控系統進行快速診斷與維護，可以大大減少維護的盲目性，提高設備完好率。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。

(4)遠程操作和遠程培訓：通過把數控加工機床像辦公網絡中的共享打印機一樣共享到網絡上，滿足某些制造行業對加工設備遠程操作的要求(如火箭發動機裝藥后的整形加工)以及遠程培訓的要求。

5 結論

　　開放式網絡化數控系統能高起點提高我國數控技術和產業化水平：

　　(1) 采用統一硬件平臺和軟件平臺的技術，其技術發展具有連續性和持續性。

　　(2) 國內數控系統開發生產廠家不必為基本硬件組件和軟件組件的開發生產重復投入過多的設備與資金，可以集中力量開發其專長的項目，以國內總體的開發力量與國外大公司競爭，可以大幅度地提高國產數控系統的競爭力。

　　(3) 國內主要數控廠家使用相同的基本硬件，可以提高硬件生產數量。適度規模生產可以大幅度降低數控系統的成本，提高產品的質量，增強產品的一致性。

　　(4) 在開放式網絡化數控系統上，可以方便地增加智能化控制功能，提高我國數控系統的檔次。

　　(5) 開放式網絡化數控系統便于生產管理，可提高數控機床的生產率。

　　(6) 基于規范的開放式網絡化數控系統的售后服務更易于進行。

　　充分認識到發展開放式網絡化數控技術的緊迫性，開發具有我國自主版本的數控系統并進行示范應用，對于推動我國新一代數控系統發展，提高國產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奠定基礎等方面均具有十分重要的意義。