摘要：從20世紀(jì)90年代開始，數(shù)控系統(tǒng)體結(jié)構(gòu)從封閉開始轉(zhuǎn)向開放．?dāng)?shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)趨向標(biāo)準(zhǔn)化，更多的硬件具有了互換性；數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)則趨向模塊化、透明化；數(shù)控系統(tǒng)的功能則趨向智能化；數(shù)拉系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)逐漸以網(wǎng)絡(luò)相連接，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程維修服務(wù)等內(nèi)容。開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控技術(shù)是實現(xiàn)制造自動化、智能化、集成化和全球化的基礎(chǔ)技術(shù)。 關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng) 開放 智能化 網(wǎng)絡(luò) 全球化 數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)。敷控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征．而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用．因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面： 1、高速、高效、高精度、高可靠性。 2、5軸聯(lián)動加工和復(fù)合加：l=機床快速發(fā)展。 3、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。 4、出現(xiàn)新一代的數(shù)控加工工藝與裝備，如FMC、FMS和CIMS、Web—based制造及無圖紙制造技術(shù)等。 20世紀(jì)90年代。國外的數(shù)控系統(tǒng)完成了從16位機向32位機和伺服驅(qū)動從直流式向交流全數(shù)字式的轉(zhuǎn)變，數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉轉(zhuǎn)向開放，從而使數(shù)控系統(tǒng)可充分利用汁算機技術(shù)的豐高資源，能根據(jù)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(shù)使得數(shù)控技術(shù)發(fā)展步伐加快，開發(fā)周期縮短。 本文將對開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控系統(tǒng)展開討論，論述其基本概念、體系結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢。 1．開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)的基本概念 開放式效控系統(tǒng)的本質(zhì)是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)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(yīng)用集成到控制系統(tǒng)中．實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)。IEEE關(guān)于開放式系統(tǒng)的定義是：開放式系統(tǒng)能有效地運行于不同的平臺之上．可以與其他應(yīng)用系統(tǒng)相互操作。并提供與用戶交互的統(tǒng)一一風(fēng)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(shù)的發(fā)展，目前對開放式系統(tǒng)最新的具體的看法包括： 1．1開放式控制系統(tǒng)的硬件和軟件都應(yīng)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。 1．2開放式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的軟硬件必須是真正“即插即用”的，如果產(chǎn)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。 1．3控制器必須是標(biāo)準(zhǔn)化的。以使第三方能在此基礎(chǔ)上參與新硬件和新軟件的開發(fā)。 1．4開放式系統(tǒng)允許第三方軟件作為系統(tǒng)的部件增加進來。也就是說它是一個標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)．在這個標(biāo)準(zhǔn)上系統(tǒng)能在部件級別上與其他部件集成。并能共享數(shù)據(jù)。 1．5一個開放式控制系統(tǒng)能在系統(tǒng)的級別上同其他系統(tǒng)協(xié)同工作。 所謂智能化數(shù)控系統(tǒng)，是指具有擬人智能特征．在數(shù)控系統(tǒng)中具有模擬、延伸、擴展的智能行為的知識處理活動，如自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自尋優(yōu)、自鎮(zhèn)定、自識別、自規(guī)劃、自修復(fù)、自繁殖等。智能數(shù)控系統(tǒng)面通過影響加工精度和效率的物理量進行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對進給速度、切削深度、坐標(biāo)移動、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)所需要的功能將不只是高的性能（高速、高精度、高可靠性）。而且還包括許多智能功能．如加工運動規(guī)劃、推理、決策能力以及加工環(huán)境的感知能力、制造網(wǎng)絡(luò)通信能力（包括與人的交互）、智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控等。 經(jīng)過實踐證明，上述的“智能化”技術(shù)，在21世紀(jì)還要應(yīng)用于新一代數(shù)控機床的調(diào)整、使用與維修等各個環(huán)節(jié)，使人工參與大為簡化，要應(yīng)用“智能化”技術(shù)，對人機界面進行包裝，要充分利用自然語言、視窗界而和簡單化的人工運作．使機床的調(diào)整、使用與維修趨于“傻瓜化”。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)控就是通過網(wǎng)絡(luò)、Intemet／Intranet將制造單元和控制部件栩連，或?qū)⒅圃爝^程所需資源（如加工程序、機床、工具、檢測監(jiān)控儀器等）共享。網(wǎng)絡(luò)化包括兩個方面：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)）和外部網(wǎng)絡(luò)o 1．5．1內(nèi)部網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)CNC單元與伺服驅(qū)動及I／O邏輯控制等單元以現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)連接。對于數(shù)控系統(tǒng)硬件，開放性主要是指其計算機、剛絡(luò)、伺服系統(tǒng)及I／0邏j|｝控制等單元．應(yīng)該具有統(tǒng)一的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)．以實現(xiàn)互換性。為使數(shù)控系統(tǒng)硬件具有互換性。目前歐洲CNC制造商在其產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用SERCOS（Serial Re．a(chǎn)l—time Communication System．_-利。適于高速伺服控制的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，于1995年成為IEC1491國際標(biāo)準(zhǔn)）現(xiàn)場總線作為與數(shù)字驅(qū)動單元的接口，采用Pmfibus現(xiàn)場總線等作為與VO邏輯控制單元的接口。 1．5．2外部網(wǎng)絡(luò) 外部網(wǎng)絡(luò)指的是數(shù)控系統(tǒng)與系統(tǒng)外的其他控制系統(tǒng)或外部上位計算機以網(wǎng)絡(luò)連接。通過岡絡(luò)實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和無人化操作、遠(yuǎn)程加工程序傳輸、遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維修服務(wù)、技術(shù)服務(wù)．并提高機床生產(chǎn)率。網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）隨時監(jiān)視生產(chǎn)現(xiàn)場情況進行最優(yōu)計劃和調(diào)度；操作工人技藝數(shù)據(jù)庫將通過豐富經(jīng)驗和直覺形成的技藝數(shù)字化，不斷積累并與全公司共享。實現(xiàn)高效、高質(zhì)量加工。并依此創(chuàng)造新工藝、新知識和新訣竅；新的CAD／CAM系統(tǒng)可將CAD數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸こ绦?、工具清單、工藝卡和加工工藝圖樣，實現(xiàn)并行工程來縮短生產(chǎn)周期。此外通過因特網(wǎng)與外界聯(lián)接，可為每一個客戶設(shè)立一個窗口．快速反應(yīng)客戶的要求。在多品種小批量的條件下，將機床聯(lián)網(wǎng)。能將切削時間由25％提升至65％。遠(yuǎn)程診斷產(chǎn)品可以在個人電腦前輕松地操縱遠(yuǎn)在車問里的機床設(shè)備。諸如編輯修改零件程序和PLc程序、監(jiān)控各軸當(dāng)前狀態(tài)、進行文件傳輸?shù)?。不僅用于故障發(fā)生后對數(shù)控系統(tǒng)進行診斷。而且還可用作用戶的定期預(yù)防性診斷。 2．開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控平臺的基本結(jié)構(gòu) 開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)平臺由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)軟件包括實時操作系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序以及其他可供選擇的系統(tǒng)程序，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件通過標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口（即象和接口可以是一致的。也可以通過設(shè)備驅(qū)動程序使之與操作系統(tǒng)分隔。系統(tǒng)硬件符部分通過信息管理網(wǎng)絡(luò)和開放設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)互連，傳遞命令和數(shù)據(jù)信息，并行完成數(shù)控任務(wù)。對于數(shù)控系統(tǒng)硬件來講，開放性主要是指其計算機、嘲絡(luò)、伺服系統(tǒng)及I／O邏輯控制等單元應(yīng)該具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)互換性。要使其硬件具有互換性，全球所有數(shù)控系統(tǒng)制造商都認(rèn)為應(yīng)該采用現(xiàn)場總線技術(shù)。 3．開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用 近年來，我國相縫開發(fā)出“j”如華中I型、航天I型、中華I型、藍(lán)天I型等數(shù)控系統(tǒng)。華中l(wèi)型以通J月工業(yè)微機為硬件平臺，模塊化的開放式體系結(jié)構(gòu)。達(dá)到了國際先進水平。獲得了國家科技進步二等獎、[q家教委科技進步一等獎，是目前獲得國家獎級別最高的舊產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件平臺．已在DOS、Linux操作系統(tǒng)平臺開發(fā)發(fā)成功。已經(jīng)開發(fā)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(yī)療機械等30多個數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用品種。這也證明華中數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)良的開放性和二次開發(fā)性。在國家863計劃和科技攻關(guān)計劃多年連續(xù)的支持下。我國基本掌握網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)。如1999年在中國北京舉行的圍際機床博覽會上。武漢華中數(shù)控股份有限公司率先推出了網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)原型機，實現(xiàn)了通過I。．trnnet遠(yuǎn)程操作控制異地數(shù)控機床。博覽會上。北京航空航天大學(xué)與北京市機電研究院合作。展出了基于Pc計算機和光纖數(shù)字通汛伺服技術(shù)（sERCOS）的開放式數(shù)控系統(tǒng)，通過光纖同時控制I一8臺機床上的50個伺服軸和主軸。組成的柔性生產(chǎn)線示范系統(tǒng)．獲得國內(nèi)機床行業(yè)高度評價。在2001年的北京國際機床博覽會上，華中數(shù)控與北京第一機床廠合作。展示了基．下|nterrtet的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)；與桂林機床股份有限公司合作，展出了由四臺機床聯(lián)網(wǎng)組成的遠(yuǎn)程控制技術(shù)。這些都為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)控系統(tǒng)的研究開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。又如華中數(shù)控在江蘇常柴股份有限公司．將其模具車問的5臺加工中心和一臺仿形數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)，可在遠(yuǎn)程異地設(shè)汁、編程，然后通過Intemet網(wǎng)絡(luò)傳送和共享零件加工程序．實現(xiàn)了CAD／CAM／CNC的網(wǎng)絡(luò)集成，大大提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備的利用率。 常柴股份有限公司的北廠模具車間有四臺數(shù)控機床采用了華中網(wǎng)絡(luò)式數(shù)控系統(tǒng)，所有機床通過內(nèi)部局域網(wǎng)（NT網(wǎng)）連接。模具車間的NT網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器．通過Intemet與5km外的常柴總廠計算中心連接?？倧S計算中心出UGII或其他CAD／CAM軟什生成的數(shù)控程序可通過|nternet和服務(wù)器傳送到任何一臺數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中。由于華中網(wǎng)絡(luò)CNC具有較大的內(nèi)存和外存空問，其資源可共享到計算機網(wǎng)絡(luò)上。因此，每臺配華中數(shù)控系統(tǒng)存儲器上的數(shù)控程序．可通過網(wǎng)絡(luò)共享到其他任何一臺華中數(shù)控系統(tǒng)上。這使得數(shù)字化仿形測量所生成的數(shù)控加工程序可共享到其他非仿型功能的數(shù)控機床上加工模具。山于計算機局域網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送速度極快（約為10。IOOMB／s以上，而DNC接口的速度約為9．6kB／s），對于復(fù)雜模具的大容量程序的傳送速度非?？旖荨⒖煽?。 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)向智能化發(fā)展。在新～代的數(shù)控系統(tǒng)和伺服裝簧中，由于采用“進化計算”（Evolutionary Computation），“模糊系統(tǒng)”（Fuzzysystem）和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”（Neural Network）等三個方面新的控制機理，性能人大提高。這種高性能的智能化的數(shù)控系統(tǒng)不但具有自動編程、前饋控制、內(nèi)適應(yīng)切削，工藝參數(shù)自生成、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ?，更具特色的是考慮到操作使的因素而呈現(xiàn)的極為友好的人機界面。 當(dāng)前采用模糊控制原理的l乜加工數(shù)控系統(tǒng)和具有自學(xué)習(xí)、自建立數(shù)學(xué)模型、自調(diào)整參數(shù)的高性能數(shù)控機床伺服驅(qū)動裝置已有產(chǎn)品并在市場巾具有很強的競爭能力。 開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控在我國有以下幾個方面的切實應(yīng)用需求： 3．1網(wǎng)絡(luò)制造、全球制造：在新的制造模式下，通過數(shù)控系統(tǒng)的上網(wǎng)。可滿足未來制造企業(yè)在企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟過程中和制造系統(tǒng)重組過程中．通過網(wǎng)絡(luò)對外發(fā)布或允許外部了解自己的制造能力，甚至組成網(wǎng)上虛擬車間（T／-）和電子商務(wù)，實現(xiàn)異地CAD／CAM／CNC的網(wǎng)絡(luò)制造。 3．2大容量存儲資源共享：我國現(xiàn)有的大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小，沒有網(wǎng)絡(luò)功能（僅有速度較低的DNC接口），沒有大容量存儲設(shè)備（如硬盤）。而大犁復(fù)雜模具加工程序量非常大，一般以1MB為計量單位。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)即可在高速局域網(wǎng)上滿足CAD／CAM系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)進行大容量信息的通信與交換的要求。 3．3遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家可以通過|nternet對用戶的數(shù)控系統(tǒng)進行快速診斷與維護，可以大大減少維護的盲目性，提高設(shè)備完好率。滿足用戶對數(shù)控機床的遠(yuǎn)程故障監(jiān)控、故障診斷、故障修復(fù)的要求。 3．4遠(yuǎn)程操作和遠(yuǎn)程墻訓(xùn)：通過把數(shù)控加工機床像辦公網(wǎng)絡(luò)中的共享打印機一樣共享到網(wǎng)絡(luò)上。滿足某些制造行業(yè)對加工設(shè)備遠(yuǎn)程操作的要求（如火箭發(fā)動機裝藥后的整形加工）以及遠(yuǎn)程培訓(xùn)的要求。 3．5新一代智能化的數(shù)控系統(tǒng)；開發(fā)研制適用于車削、銑削、加工中心、電加工等多種智能化的新一代計算機基本數(shù)控系統(tǒng)及相應(yīng)的智能化編程系統(tǒng)。包括研究和制定智能化數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件規(guī)范并在主要數(shù)控生產(chǎn)基地實施；開發(fā)兩種通用系統(tǒng)（車削加工、加工中心）三種應(yīng)用系統(tǒng)（車削中心、五面加工中心、智能化電加工）；智能化編程系統(tǒng)等。 3．6新一代主軸和伺服驅(qū)動裝置：在開發(fā)研究高性能伺服驅(qū)動裝置及相應(yīng)的電機，括具有自學(xué)習(xí)、自調(diào)整參數(shù)、全數(shù)字化、直線電機及廉價型驅(qū)動裝置上的應(yīng)用。 4．結(jié)論 開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)能高起點提高我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平： 4．1采用統(tǒng)一硬件平臺和軟件平臺的技術(shù)．其技術(shù)發(fā)展具有連續(xù)性和持續(xù)性。 4．2國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)廠家不必為基本硬件組件和軟件組件的開發(fā)生產(chǎn)重復(fù)投入過多的設(shè)備與資金，可以集中力最開發(fā)其專長的項目，以國內(nèi)總體的開發(fā)力量與國外大公司競爭．可以大幅度地提高國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的競爭力。 4．3國內(nèi)主要數(shù)控廠家使用相同的基本硬件，可以提高硬件生產(chǎn)數(shù)量。適度規(guī)模生產(chǎn)可以大幅度降低數(shù)控系統(tǒng)的成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，增強產(chǎn)品的一致性。 4．4開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)便于生產(chǎn)管理，可提高數(shù)控機床的生產(chǎn)率。 4．5基于規(guī)范的開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的售后服務(wù)更易于進行。 充分認(rèn)識到發(fā)展開放式智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)的緊迫性，開發(fā)具有我國自主版本的數(shù)控系統(tǒng)并進行示范應(yīng)用，對于推動我國新一代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，提高國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)參與市場競爭的綜合能力、為實現(xiàn)敷控系統(tǒng)規(guī)?；a(chǎn)奠定基礎(chǔ)等方面均具有十分重要的意義。