20世紀80年代以來，眾多國家都把先進制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)進行優(yōu)先發(fā)展，涌現(xiàn)出一批有代表性和影響力的制造模式及相關(guān)技術(shù)體系，有力地推動了制造業(yè)的發(fā)展。作為一個工業(yè)大國，我國的制造業(yè)正面臨來自發(fā)達國家加速重振制造業(yè)與發(fā)展中國家以更低生產(chǎn)成本承接國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的“雙向擠壓”。在這種嚴峻形勢下，我國唯有加快研發(fā)智能制造技術(shù)，提高工業(yè)化水平，以此來應(yīng)對傳統(tǒng)優(yōu)勢減弱的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的制造業(yè)技術(shù)正逐步向自動化、信息化技術(shù)發(fā)展，通過高新技術(shù)改造制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是企業(yè)生存和發(fā)展的必要途徑，所以智能制造被越來越多的國家所提出或?qū)嵤?現(xiàn)代企業(yè)制造車間中絕大部分都是數(shù)控機床，但由于現(xiàn)有的數(shù)控機床種類繁多，并且不具備把內(nèi)部信息自動輸出的功能，極容易形成“信息孤島”。

因此，對數(shù)控機床進行數(shù)據(jù)智能采集是建設(shè)數(shù)字化車間的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過對數(shù)控機床信息采集系統(tǒng)的研發(fā)，將會促使企業(yè)的辦公、管理和生產(chǎn)趨于自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，從而達到加強企業(yè)管理、減少工作失誤、提高工作效率的目的，對數(shù)控機床利用率的提高、企業(yè)的發(fā)展均有重要意義。研究制造設(shè)備數(shù)據(jù)采集在機床監(jiān)管的自動化，信息化和我國制造業(yè)發(fā)展十分重要。

1、數(shù)控機床信息采集系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外主要是針對SIEMENS系統(tǒng)和FANUC系統(tǒng)進行數(shù)控機床數(shù)據(jù)采集研究。因為相對于其它系統(tǒng)而言，這兩種系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。

國外一般大型數(shù)控廠商的數(shù)控系統(tǒng)都開發(fā)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與之相配套。國內(nèi)由于數(shù)控系統(tǒng)還不是很成熟，目前的研究還主要集中在對國外數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集上，常用的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

由于機床的種類非常多，機床的數(shù)據(jù)采集方法不可能做到完全一致，要實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集，就必須根據(jù)機床的不同類型設(shè)計出不同的采集方法。目前，數(shù)控機床的主要數(shù)據(jù)采集方式有如下三種。其中，一種是基于標準通信接口的數(shù)據(jù)采集方式，這種方式中，數(shù)控機床的標準通信接口主要是OPC接口、RS-232串口、DNC接口等接口。當(dāng)前，大部分數(shù)控機床都帶有標準的通信接口，計算機可以直接通過這些接口與數(shù)控機床進行信息交換，從而實現(xiàn)對數(shù)控機床的數(shù)據(jù)采集。第二種是基于PLC(ProgrammableLogicControl)控制的數(shù)據(jù)采集方式，這種方式中，對于車間中一些老式的機床，本身不含有與外部通訊的接口，只能通過機床的電器電路以及機床內(nèi)部的PLC進行機床信號的采集。這些信號可以通過外接PLC、數(shù)據(jù)采集卡等硬件來完成。上述基于數(shù)控機床電器電路及PLC的采集方法，在實際應(yīng)用中并不具有通用性。在現(xiàn)代企業(yè)車間，要實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須將這些方法綜合起來，靈活地運用，這樣才能真正意義上實現(xiàn)企業(yè)制造車間的數(shù)字化。第三種是基于硬件的數(shù)據(jù)采集方式，這種方式中，數(shù)據(jù)是通過采用數(shù)字量及模擬量的進行采集，能夠?qū)C床的I/O信號進行檢測以此實現(xiàn)對機床狀態(tài)的監(jiān)控。

2、數(shù)控機床信息采集主要方式的對比分析

現(xiàn)在國內(nèi)外市場上出現(xiàn)了一些對數(shù)控機床進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的系統(tǒng)。現(xiàn)對這些系統(tǒng)的采集方法進行比較常見的數(shù)據(jù)采集軟件普遍都是數(shù)據(jù)采集軟件或系統(tǒng)二次開發(fā)軟件來進行數(shù)據(jù)的采集。

2.1采用標準通信接口進行數(shù)據(jù)采集方式

(1)基于數(shù)控機床的OPC(OLEforProcessCon-trol)接口數(shù)據(jù)采集文中英文簡稱格式要一致。

西門子系列的高檔系統(tǒng)和FANUC系統(tǒng)都可以通過采用OPC的方式進行數(shù)據(jù)采集。巴西圣保羅大學(xué)基于機床OPC接口，實現(xiàn)對機床的狀態(tài)信息采集遠程訪問。德國約翰內(nèi)斯·海德漢博士公司研制的Heidenhain系統(tǒng)中大部分采用以太網(wǎng)對OPC接口進行數(shù)據(jù)采集。中國科學(xué)院大學(xué)的王帥采用多線程與OPC技術(shù)作為信息采集的手段，在建立OPC客戶程序與數(shù)控設(shè)備的DCOM通訊連接的基礎(chǔ)上對服務(wù)器進行數(shù)據(jù)采集。在采集中只需對OPC接口及采集軟件做相應(yīng)的配置即可，而無需額外添加硬件設(shè)備，并且這種方式能采集到機床幾乎所有的狀態(tài)信息。浙江大學(xué)付林云研發(fā)的基于OPC的數(shù)控機床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過機床以太網(wǎng)口采集機床信息。南京工程學(xué)院李亞鵬通過利用C#編寫OPC客戶端程序，易控組態(tài)軟件作為OPC服務(wù)器，實現(xiàn)了客戶端程序?qū)σ卓豋PC服務(wù)器的訪問并且獲取了服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時采集。這種采集方式的優(yōu)點是采集到數(shù)據(jù)比較多，缺點是對機床配置要求比較高，老式機床會受到限制。

(2)基于數(shù)控機床的DNC接口數(shù)據(jù)采集

這種采集方法主要是通過對機床系統(tǒng)或者電氣電路的特定部位設(shè)置采集點，測試出控制電路的電壓信號，通過對照檢測電壓信號的變化，實現(xiàn)機床狀態(tài)數(shù)據(jù)采集的功能。對于自帶DNC通訊接口的高檔數(shù)控，通過在DNC接口外接數(shù)據(jù)采集卡并運行相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)對數(shù)控機床的數(shù)據(jù)采集功能。通過這種類型的DNC外接口，還可以實現(xiàn)對機床加工信息的實時采集和遠程控制，并可以實時機床主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、刀具使用壽命等信息進行采集。日本mori-seiki公司研制的MORI-NETGlobalEdition信息采集軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)控機床的監(jiān)控及遠程控制等，并把各種加工信息及采集的輔助信息能夠分享或者上傳至網(wǎng)上。南京航空航天大學(xué)武國峰通過外接數(shù)據(jù)采集卡的方式利用DNC實現(xiàn)了對數(shù)控機床的運行狀態(tài)、完工零件等信息的采集。

(3)基于數(shù)控機床的RS-232串口數(shù)據(jù)采集

這種采集方法主要是通過RS-232串口在數(shù)控機床的控制程序里加入特定的宏程序指令，通過對返回的狀態(tài)信息，如機床刀具坐標、加工狀態(tài)、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度等信息的實時采集。日系數(shù)控系統(tǒng)，如MAZAK，三菱M70系列等采用系統(tǒng)廠商的數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)采集，均能采集比較多的數(shù)據(jù)。大多支持串口編寫宏程序，因而可使用宏程序進行數(shù)據(jù)的采集。北京華洋宏軟件公司研制的DNC-NET軟件。該采集方式的優(yōu)點是適用于老式的機床;缺點是機床輸出的數(shù)據(jù)類型有限，想要對操作狀態(tài)，監(jiān)控等信息輸出較為困難，尤其是當(dāng)機床處在非加工狀態(tài)時，就不能采集到機床狀態(tài)信號。其次，機床輸出數(shù)據(jù)有延時，不能夠?qū)崟r顯示機床的運作狀態(tài)。并且，采集需要要在加工程序中加入采集指令，程序編制復(fù)雜、較為麻煩。因此，宏程序數(shù)據(jù)采集一般只運用于老式機床數(shù)據(jù)采集。

2.2采用PLC控制方式對機床的數(shù)據(jù)采集方式

這種采集方式主要是通過機床的電器電路以及機床內(nèi)部的PLC進行機床信號的采集。如美國PredatorSoftware軟件技術(shù)公司研發(fā)的蓋勒普系統(tǒng)MDC(ManufacturingDataCollection&StatusManage-ment)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時采集，并在分析管理之后，將信息存儲在Access，SQL和Oracle等數(shù)據(jù)庫中，能通過數(shù)控設(shè)備PLC進行數(shù)據(jù)采集，Siemens、Fanuc、Heidenhain等多種型號控制系統(tǒng)均可被采集。

由于數(shù)控機床多用PLC控制，在計算機網(wǎng)絡(luò)快捷、高效的時代下，PC-PLC網(wǎng)絡(luò)成為數(shù)控機床數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的一個研究方向。中國計量學(xué)院的王國強利用SiemensPLC設(shè)計監(jiān)管機床運行，實現(xiàn)對機床信息采集。但是由于數(shù)控機床的封閉性，為保證機床的正常工作需要熟悉每一臺機床的PLC.實際應(yīng)用中將很難直接從PLC讀取機床的各種信息，這種采集方式的優(yōu)點是對人機單元沒有要求;缺點是需要對每一臺機床的PLC都比較熟悉，以保證機床的正常工作。而且Siemens和FANUC數(shù)控機床自帶的信息采集及檢測軟件價格相對昂貴。

2.3基于數(shù)控機床的硬件數(shù)據(jù)采集方式

這種數(shù)據(jù)采集方式是通過采用數(shù)字量及模擬量的數(shù)據(jù)進行采集，能夠?qū)C床的I/O信號進行檢測以此實現(xiàn)對機床狀態(tài)的監(jiān)控。南京航空航天大學(xué)的徐永樂數(shù)控機床信息采集系統(tǒng)以ARM9為硬件平臺，通過開發(fā)I/O接口電路，實現(xiàn)機床側(cè)信號到ARM端信號的轉(zhuǎn)換。這種采集方式的優(yōu)點是不受系統(tǒng)的限制，使用范圍廣;缺點是采集的數(shù)據(jù)少，當(dāng)變動程序時，現(xiàn)場線路也將會隨之改動，較為麻煩。

通過對上述三種采集方法的介紹可以得知，每種方法都有各自的優(yōu)點，但也有其局限性。在選擇方案的時候必須充分考慮機床的型號與所配有的通信接口以及所需要采集的信號種類。

如表1所示是對上述幾種信息采集方法的比較.

3、數(shù)控機床信息采集方式的發(fā)展趨勢

在工業(yè)4.0發(fā)展和《中國制造2025》的大前景下，國外很多企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)化車間管理和機床信息采集進行了研究開發(fā)，如德國Siemens公司研制的MCIS(MotionControlInformationSystem)運動控制信息系統(tǒng)采集軟件，丹麥CIMCO公司研制的MDC-Max6信息采集軟件，美國上升科技公司研制的extremeDNC信息采集軟件。相較于國外的機床信息管理系統(tǒng)，國內(nèi)在這方面還處于起步階段，我國市場上較為成熟的機床采集系統(tǒng)還較少，與國外產(chǎn)品相比仍有許多不足之處。比較有代表性的有北京機床研究所研發(fā)的DNC系統(tǒng)，北京蘭光創(chuàng)新科技的CIMCO-DNC系統(tǒng)等，九思易的自動化監(jiān)控與信息管理平臺等。

德國工業(yè)4.0等發(fā)展策略推動著智能制造，機械制造技術(shù)等核心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變革，影響著制造業(yè)的發(fā)展趨勢，同時也影響著機床信息采集的發(fā)展趨勢，主要發(fā)展趨勢為：

(1)提高數(shù)控設(shè)備利用率，減少了數(shù)控設(shè)備可加工時間的相對浪費;

(2)通過智能化加工控制，對加工過程中外部變量進行采樣監(jiān)控，以此來實現(xiàn)加工參數(shù)的自動修正與補償。

4、結(jié)束語

我國是一個工業(yè)大國，機床信息采集的發(fā)展對我國工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。加快推進機床信息采集技術(shù)的研發(fā)是今后發(fā)展的必然趨勢。與國外相比，我國現(xiàn)階段成熟的信息采集系統(tǒng)還較少，研制出適合國情的數(shù)控信息采集系統(tǒng)，能實現(xiàn)資源共享和對數(shù)控設(shè)備的重組，并能提高數(shù)控機床使用效率，這是今后發(fā)展的重要趨勢。

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