計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展帶來(lái)了制造業(yè)的不斷變革,數(shù)控技術(shù)作為未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)的核心內(nèi)容之一,正在朝著開(kāi)放化,網(wǎng)絡(luò)化,柔性化和智能化方向發(fā)展,數(shù)控裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用開(kāi)發(fā)都日益顯示出基于開(kāi)放接口標(biāo)準(zhǔn)的模塊形態(tài)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的基本思想是從系統(tǒng)角度出發(fā),以集成為手段,以數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為支撐,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將車間設(shè)備、資源加以集成,最終形成一個(gè)開(kāi)放的、具有一定功能的網(wǎng)絡(luò)數(shù)控制造單元。

　　人們對(duì)數(shù)控技術(shù)的持續(xù)研究,深化信息技術(shù)的應(yīng)用,促使其發(fā)揮更大的潛能和進(jìn)一步提升其性能。因此,發(fā)展在信息技術(shù)支持下的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)來(lái)推進(jìn)制造裝備及其控制運(yùn)行過(guò)程自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的數(shù)字化技術(shù),將是構(gòu)成企業(yè)制造系統(tǒng)現(xiàn)代化的關(guān)鍵。它將提高企業(yè)在經(jīng)濟(jì)全球化條件下,對(duì)不確定性市場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力。所以,數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)械制造企業(yè)重構(gòu)和改造應(yīng)起到重大作用。

1 發(fā)展網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的意義

　　隨著計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)、敏捷制造、智能制造等新的概念和方法的研究與發(fā)展,作為各種先進(jìn)制造環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)制造的基本單元,網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用顯得尤為重要。網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)將為網(wǎng)絡(luò)制造、遠(yuǎn)程制造、遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)及機(jī)床與各種網(wǎng)絡(luò)資源的相互共享等提供了最基本的支持。

　　1.1 可充分利用現(xiàn)有資源

　　隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造系統(tǒng)越來(lái)越快地進(jìn)入實(shí)際加工過(guò)程,越來(lái)越多的信息需要方便快捷地與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通信和交換,這樣數(shù)控系統(tǒng)本身所使用的高可靠性、高價(jià)位、低容量的電子盤就很難滿足實(shí)際的需要。如果具備聯(lián)網(wǎng)功能,處于惡劣環(huán)境的數(shù)控機(jī)床就可以共享環(huán)境清潔的辦公用高容量硬盤,然后數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)讀取CAD/ACM 系統(tǒng)生成的加工代碼,并進(jìn)行零件加工。

　　1.2 為遠(yuǎn)程監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)制造提供基礎(chǔ)

　　數(shù)控系統(tǒng)可以通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)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,并接收遠(yuǎn)程監(jiān)控命令,為真正的全球制造提供最起碼的支持。甚至,我們可以把某個(gè)數(shù)控機(jī)床像辦公網(wǎng)絡(luò)中的共享打印機(jī)一樣共享到網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)然,這些功能對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性及自診斷性都提出了更高的要求。

　　1.3 可減少維護(hù)的盲目性及相關(guān)費(fèi)用

　　網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)不但大大加強(qiáng)工廠加工信息的傳遞與管理,提高機(jī)械加工自動(dòng)化程度及遠(yuǎn)程監(jiān)控水平,而且當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí),還可以為數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家提供遠(yuǎn)程診斷與維護(hù),減少維護(hù)的盲目性及相關(guān)費(fèi)用。

2 開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的基本要求

　　網(wǎng)絡(luò)化制造是快速響應(yīng)市場(chǎng)需求、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一種先進(jìn)制造模式,它以數(shù)字化、柔性化和敏捷化為基本特征,充分利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),實(shí)現(xiàn)全球制造資源的共享,支持跨地區(qū)跨平臺(tái)的全球制造。因而,在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下,作為底層CNC自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)滿足如下的基本要求:

　　2.1 支持基于網(wǎng)絡(luò)的信息共享

　　若使CNC系統(tǒng)成為一種全球制造資源,其最基本要求就是支持跨平臺(tái)的系統(tǒng)操作,支持不同地域的多用戶信息共享:一方面要求CNC系統(tǒng)能夠充分利用企業(yè)信息網(wǎng)上層所擁有的各類管理和技術(shù)資源;另一方面要求上層企業(yè)層計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)Intranet及時(shí)地獲取底層CNC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

　　2.2 支持基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

　　網(wǎng)絡(luò)化CNC系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)地向遠(yuǎn)程客戶端發(fā)布實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,并能在遠(yuǎn)程客戶端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的操作和控制。

　　2.3 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供遠(yuǎn)程數(shù)字化服務(wù)

　　通過(guò)Internet/Intranet提供遠(yuǎn)程數(shù)字化服務(wù),包括遠(yuǎn)程在線編程、遠(yuǎn)程技術(shù)咨詢/技術(shù)培訓(xùn)、特定控制功能的追加、交互式遠(yuǎn)程故障診斷等服務(wù)內(nèi)容。

3 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

　　為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)有的功能,筆者構(gòu)建了如圖1所示的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。從圖示可以看出,這是一個(gè)由B/S與C/S相組合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),它充分利用B/S和C/S各自優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)兩者之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),以滿足網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控遠(yuǎn)程服務(wù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能要求。

　　從B/S角度分析,這是一個(gè)3層結(jié)構(gòu):第一層為遠(yuǎn)程客戶層,遠(yuǎn)程客戶可通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和信息共享;第二層為系統(tǒng)服務(wù)層,用于存放遠(yuǎn)程服務(wù)功能模塊和相關(guān)的應(yīng)用程序;第三層是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層,用于存儲(chǔ)加工工藝參數(shù)、機(jī)床設(shè)備參數(shù)、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)等。這種B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式易于實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)操作,降低了對(duì)客戶機(jī)的要求,提高了系統(tǒng)通用性。

　　從C/S角度看,該系統(tǒng)為兩層結(jié)構(gòu),即遠(yuǎn)程客戶端和底層的Web-CNC,通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶端與Web-CNC之間的雙向通信,通過(guò)遠(yuǎn)程客戶端的虛擬控制面板實(shí)現(xiàn)基于Internet/In-tranet的系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。這種C/S結(jié)構(gòu)形式可由客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)布各種請(qǐng)求命令,由服務(wù)器將實(shí)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)信息返回給客戶機(jī),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制。

4 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

　　本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)功能要求和體系結(jié)構(gòu),基于IPC和高速運(yùn)動(dòng)控制器硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控原型系統(tǒng),下面具體介紹該系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)架和相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

　　4.1 硬件構(gòu)成

　　Web-CNC原型系統(tǒng)是以IPC+多軸運(yùn)動(dòng)控制器(PMAC)為硬件平臺(tái)。PMAC是美國(guó)DeltaTau公司提供的一個(gè)控制單元,以高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為中央處理單元,具有插補(bǔ)、刀補(bǔ)、位置控制、速度處理、PLC控制、內(nèi)務(wù)管理等基本的數(shù)控系統(tǒng)功能,支持用戶的開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展,與IPC配合具有上下兩級(jí)的開(kāi)放性。這種硬件結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、構(gòu)建方便、開(kāi)放性好的特點(diǎn),可共享IPC微機(jī)豐富的軟硬件資源,便于系統(tǒng)開(kāi)發(fā),可方便地與網(wǎng)絡(luò)連接,利于遠(yuǎn)程服務(wù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和制造系統(tǒng)的集成。

　　4.2 軟件環(huán)境

　　a.在WindowsXP環(huán)境下,用VisualC++6.0開(kāi)發(fā)Web-CNC原型系統(tǒng)的控制、管理和網(wǎng)絡(luò)通信等軟件功能模塊。

　　b.選用WindowsNT和Microsoft公司IIS5.0作為Web服務(wù)器,用以管理和發(fā)布信息。采用IIS所支持的ASP(ActiveServerPage)以及ADO(Ac-tiveDataObjects)技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的設(shè)計(jì)和對(duì)SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。

　　c.采用MicrosoftSQLServer2000作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,存儲(chǔ)和管理數(shù)控程序、加工工藝參數(shù)、機(jī)床設(shè)備基本參數(shù)、機(jī)床實(shí)時(shí)狀態(tài)信息和用戶信息等。

5 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　5.1 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

　　數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集是Web-CNC原型系統(tǒng)的基本要求,也是實(shí)現(xiàn)信息共享的關(guān)鍵技術(shù)之一。由DeltaTau公司提供的PComm32通信驅(qū)動(dòng)軟件可方便地實(shí)現(xiàn)PMAC與上層Windows應(yīng)用程序的通信,其通信驅(qū)動(dòng)關(guān)系如圖1所示。由圖示可知,PComm32通信驅(qū)動(dòng)軟件由PMAC.DLL、PMAC.SYS、PMAC.VXD3個(gè)文件組成,共包含250多個(gè)函數(shù)。可通過(guò)其中的DeviceGetRe-sponse()函數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)采集,該函數(shù)原型為:

　　DeviceGetResponse(DWORDdwDevice,PCHARresponse,UNITmaxchar,PCHARcommand)其中:dwDevice-設(shè)備號(hào);response-字符串緩沖區(qū)的指針;maxchar-可傳送的最大字符串;command-傳送字符串命令。

　　利用上述函數(shù)開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件模塊,可按如下步驟對(duì)數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集和處理:(1)采集前準(zhǔn)備:用SQLServer2000創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù),用以存儲(chǔ)所采集的數(shù)據(jù),并將所開(kāi)發(fā)的軟件模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)連接,設(shè)置定時(shí)器,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)數(shù)據(jù)采集。(2)通過(guò)DeviceGetResponse函數(shù)向PMAC發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令。(3)PMAC定時(shí)對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸的位置、速度,以及系統(tǒng)變量、I/O端口等各狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集。(4)將所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后存放至所建數(shù)據(jù)庫(kù),供其他應(yīng)用程序調(diào)用。

　　5.2 網(wǎng)絡(luò)通信與接口技術(shù)

　　本原型系統(tǒng)采用面向連接的流式套接字技術(shù)用VC++6.0分別為Web-CNC和遠(yuǎn)程客戶端開(kāi)發(fā)了基于以太網(wǎng)卡10M/100M的網(wǎng)絡(luò)通信接口程序模塊,建立兩者之間穩(wěn)定的雙向通道。圖2所示為遠(yuǎn)程客戶端與Web-CNC進(jìn)行信息傳遞的流程。由圖可知,流式套接字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸過(guò)程是典型的客戶/服務(wù)器(C/S)模式。啟動(dòng)Web-CNC服務(wù)器,并調(diào)用Listen()函數(shù)等待遠(yuǎn)程客戶的訪問(wèn),當(dāng)查獲遠(yuǎn)程客戶開(kāi)始向Web-CNC發(fā)出請(qǐng)求時(shí),調(diào)用Receive()函數(shù)接受請(qǐng)求,建立穩(wěn)定可靠的連接。這種數(shù)據(jù)傳輸方法按發(fā)送的順序接受數(shù)據(jù),適用于大量的數(shù)據(jù)傳輸,具有可靠性好和實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)。

　　5.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控是Web-CNC的重要內(nèi)容,其關(guān)鍵在于遠(yuǎn)程客戶端虛擬控制面板的實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中,采用ASP技術(shù)制作了動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè),并在網(wǎng)頁(yè)中嵌入用ActiveX控件開(kāi)發(fā)的虛擬控制面板,可供遠(yuǎn)程客戶的訪問(wèn)。

　　虛擬控制面板內(nèi)主要包含兩類信息:一類是Web-CNC系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù),包括各運(yùn)動(dòng)軸狀態(tài)、當(dāng)前操作方式、報(bào)警信息、操作按鈕狀態(tài)等,這類信息源自于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù),即通過(guò)ADO技術(shù)把采集存放在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)在虛擬控制面板上顯示,并定時(shí)地刷新;另一類是操作控制按鈕,包括控制方式、倍率調(diào)節(jié)、程序選擇以及啟動(dòng)和急停等按鈕,系統(tǒng)控制命令可通過(guò)虛擬控制面板上的按鈕經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信通道下傳到Web-CNC,再通過(guò)DeviceGetResponse()函數(shù)的調(diào)用將命令下載給PMAC執(zhí)行,以控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。

6 結(jié)語(yǔ)

　　網(wǎng)絡(luò)數(shù)控以Internet技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為技術(shù),遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和數(shù)控加工集成在一起,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和集成化,已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。它具有十分廣泛的技術(shù)內(nèi)涵。文中涉及了國(guó)內(nèi)外對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的探討僅僅是網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)在利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用的一個(gè)方面,有關(guān)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化課題有待于進(jìn)一步探索。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的研究也將向以下方面發(fā)展。(1)今后對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)控操作平臺(tái)的研究重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向?qū)ιa(chǎn)管理軟件的進(jìn)一步集成技術(shù),其開(kāi)放性和可擴(kuò)展性成為主要考慮的因素。(2)軟插件技術(shù)為基礎(chǔ)研究異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的集成將成為今后網(wǎng)絡(luò)數(shù)控發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。(3)基于現(xiàn)場(chǎng)總線和高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展將在網(wǎng)絡(luò)數(shù)控中得到大量的應(yīng)用。(4)基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體技術(shù)將在網(wǎng)絡(luò)數(shù)控中進(jìn)一步得到應(yīng)用,將虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成入網(wǎng)絡(luò)數(shù)控操作平臺(tái),將使遠(yuǎn)程身處異地的操作人員在本機(jī)上,身臨其境的操作遠(yuǎn)程數(shù)控機(jī)床。