計算機網(wǎng)絡技術和信息技術的飛速發(fā)展帶來了制造業(yè)的不斷變革,數(shù)控技術作為未來先進制造技術的核心內(nèi)容之一,正在朝著開放化,網(wǎng)絡化,柔性化和智能化方向發(fā)展,數(shù)控裝備產(chǎn)品的設計制造和應用開發(fā)都日益顯示出基于開放接口標準的模塊形態(tài)。網(wǎng)絡數(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、計算機和網(wǎng)絡技術、通訊技術等先進技術為支撐,通過網(wǎng)絡將車間設備、資源加以集成,最終形成一個開放的、具有一定功能的網(wǎng)絡數(shù)控制造單元。

　　人們對數(shù)控技術的持續(xù)研究,深化信息技術的應用,促使其發(fā)揮更大的潛能和進一步提升其性能。因此,發(fā)展在信息技術支持下的先進數(shù)控技術來推進制造裝備及其控制運行過程自動化、網(wǎng)絡化和智能化的數(shù)字化技術,將是構成企業(yè)制造系統(tǒng)現(xiàn)代化的關鍵。它將提高企業(yè)在經(jīng)濟全球化條件下,對不確定性市場環(huán)境的適應能力。所以,數(shù)控技術對機械制造企業(yè)重構和改造應起到重大作用。

1 發(fā)展網(wǎng)絡數(shù)控的意義

　　隨著計算機集成制造技術、敏捷制造、智能制造等新的概念和方法的研究與發(fā)展,作為各種先進制造環(huán)境中網(wǎng)絡制造的基本單元,網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)的研究與應用顯得尤為重要。網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)將為網(wǎng)絡制造、遠程制造、遠程診斷與維護及機床與各種網(wǎng)絡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

　　隨著計算機輔助設計/制造系統(tǒng)越來越快地進入實際加工過程,越來越多的信息需要方便快捷地與數(shù)控系統(tǒng)進行通信和交換,這樣數(shù)控系統(tǒng)本身所使用的高可靠性、高價位、低容量的電子盤就很難滿足實際的需要。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)通過局域網(wǎng)讀取CAD/ACM 系統(tǒng)生成的加工代碼,并進行零件加工。

　　1.2 為遠程監(jiān)控及網(wǎng)絡制造提供基礎

　　數(shù)控系統(tǒng)可以通過通訊網(wǎng)絡及時地向遠程監(jiān)控點提供當前加工狀態(tài)信息,并接收遠程監(jiān)控命令,為真正的全球制造提供最起碼的支持。甚至,我們可以把某個數(shù)控機床像辦公網(wǎng)絡中的共享打印機一樣共享到網(wǎng)絡上。當然,這些功能對數(shù)控系統(tǒng)的開放性及自診斷性都提出了更高的要求。

　　1.3 可減少維護的盲目性及相關費用

　　網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)不但大大加強工廠加工信息的傳遞與管理,提高機械加工自動化程度及遠程監(jiān)控水平,而且當數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障時,還可以為數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家提供遠程診斷與維護,減少維護的盲目性及相關費用。

2 開發(fā)網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的基本要求

　　網(wǎng)絡化制造是快速響應市場需求、提高市場競爭力的一種先進制造模式,它以數(shù)字化、柔性化和敏捷化為基本特征,充分利用網(wǎng)絡信息技術,實現(xiàn)全球制造資源的共享,支持跨地區(qū)跨平臺的全球制造。因而,在網(wǎng)絡化制造模式下,作為底層CNC自動控制系統(tǒng)應滿足如下的基本要求:

　　2.1 支持基于網(wǎng)絡的信息共享

　　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資源;另一方面要求上層企業(yè)層計算機能夠通過Intranet及時地獲取底層CNC系統(tǒng)的實時現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

　　2.2 支持基于網(wǎng)絡的實時監(jiān)控

　　網(wǎng)絡化CNC系統(tǒng)應能及時地向遠程客戶端發(fā)布實時狀態(tài)信息,并能在遠程客戶端對系統(tǒng)進行實時的操作和控制。

　　2.3 通過網(wǎng)絡提供遠程數(shù)字化服務

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

3 網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的體系結構

　　為實現(xiàn)網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)應有的功能,筆者構建了如圖1所示的系統(tǒng)體系結構。從圖示可以看出,這是一個由B/S與C/S相組合的系統(tǒng)結構,它充分利用B/S和C/S各自優(yōu)勢,實現(xiàn)兩者之間的優(yōu)勢互補,以滿足網(wǎng)絡化數(shù)控遠程服務和遠程監(jiān)控的功能要求。

　　從B/S角度分析,這是一個3層結構:第一層為遠程客戶層,遠程客戶可通過瀏覽器實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和信息共享;第二層為系統(tǒng)服務層,用于存放遠程服務功能模塊和相關的應用程序;第三層是數(shù)據(jù)庫服務層,用于存儲加工工藝參數(shù)、機床設備參數(shù)、實時的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)等。這種B/S系統(tǒng)結構形式易于實現(xiàn)跨平臺操作,降低了對客戶機的要求,提高了系統(tǒng)通用性。

　　從C/S角度看,該系統(tǒng)為兩層結構,即遠程客戶端和底層的Web-CNC,通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)遠程客戶端與Web-CNC之間的雙向通信,通過遠程客戶端的虛擬控制面板實現(xiàn)基于Internet/In-tranet的系統(tǒng)遠程實時監(jiān)控。這種C/S結構形式可由客戶機向服務器發(fā)布各種請求命令,由服務器將實時的系統(tǒng)狀態(tài)信息返回給客戶機,實現(xiàn)實時的點對點控制。

4 網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)

　　本文根據(jù)網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)功能要求和體系結構,基于IPC和高速運動控制器硬件平臺開發(fā)了網(wǎng)絡化數(shù)控原型系統(tǒng),下面具體介紹該系統(tǒng)的軟硬件構架和相關功能的實現(xiàn)技術。

　　4.1 硬件構成

　　Web-CNC原型系統(tǒng)是以IPC+多軸運動控制器(PMAC)為硬件平臺。PMAC是美國DeltaTau公司提供的一個控制單元,以高速數(shù)字信號處理器(DSP)為中央處理單元,具有插補、刀補、位置控制、速度處理、PLC控制、內(nèi)務管理等基本的數(shù)控系統(tǒng)功能,支持用戶的開發(fā)和擴展,與IPC配合具有上下兩級的開放性。這種硬件結構具有結構簡單、構建方便、開放性好的特點,可共享IPC微機豐富的軟硬件資源,便于系統(tǒng)開發(fā),可方便地與網(wǎng)絡連接,利于遠程服務、遠程監(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開發(fā)Web-CNC原型系統(tǒng)的控制、管理和網(wǎng)絡通信等軟件功能模塊。

　　b.選用WindowsNT和Microsoft公司IIS5.0作為Web服務器,用以管理和發(fā)布信息。采用IIS所支持的ASP(ActiveServerPage)以及ADO(Ac-tiveDataObjects)技術實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁的設計和對SQLServer2000數(shù)據(jù)庫的訪問。

　　c.采用MicrosoftSQLServer2000作為數(shù)據(jù)庫服務器,存儲和管理數(shù)控程序、加工工藝參數(shù)、機床設備基本參數(shù)、機床實時狀態(tài)信息和用戶信息等。

5 網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的技術實現(xiàn)

　　5.1 數(shù)據(jù)采集與處理技術

　　數(shù)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時采集是Web-CNC原型系統(tǒng)的基本要求,也是實現(xiàn)信息共享的關鍵技術之一。由DeltaTau公司提供的PComm32通信驅動軟件可方便地實現(xiàn)PMAC與上層Windows應用程序的通信,其通信驅動關系如圖1所示。由圖示可知,PComm32通信驅動軟件由PMAC.DLL、PMAC.SYS、PMAC.VXD3個文件組成,共包含250多個函數(shù)。可通過其中的DeviceGetRe-sponse()函數(shù)實現(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-設備號;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)開發(fā)相關軟件模塊,可按如下步驟對數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)進行采集和處理:(1)采集前準備:用SQLServer2000創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫,用以存儲所采集的數(shù)據(jù),并將所開發(fā)的軟件模塊與數(shù)據(jù)庫連接,設置定時器,對系統(tǒng)進行定時數(shù)據(jù)采集。(2)通過DeviceGetResponse函數(shù)向PMAC發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令。(3)PMAC定時對各運動軸的位置、速度,以及系統(tǒng)變量、I/O端口等各狀態(tài)參數(shù)進行采集。(4)將所采集數(shù)據(jù)進行轉換處理后存放至所建數(shù)據(jù)庫,供其他應用程序調用。

　　5.2 網(wǎng)絡通信與接口技術

　　本原型系統(tǒng)采用面向連接的流式套接字技術用VC++6.0分別為Web-CNC和遠程客戶端開發(fā)了基于以太網(wǎng)卡10M/100M的網(wǎng)絡通信接口程序模塊,建立兩者之間穩(wěn)定的雙向通道。圖2所示為遠程客戶端與Web-CNC進行信息傳遞的流程。由圖可知,流式套接字數(shù)據(jù)傳輸過程是典型的客戶/服務器(C/S)模式。啟動Web-CNC服務器,并調用Listen()函數(shù)等待遠程客戶的訪問,當查獲遠程客戶開始向Web-CNC發(fā)出請求時,調用Receive()函數(shù)接受請求,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,具有可靠性好和實時性高的特點。

　　5.3 遠程監(jiān)控技術

　　遠程監(jiān)控是Web-CNC的重要內(nèi)容,其關鍵在于遠程客戶端虛擬控制面板的實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中,采用ASP技術制作了動態(tài)網(wǎng)頁,并在網(wǎng)頁中嵌入用ActiveX控件開發(fā)的虛擬控制面板,可供遠程客戶的訪問。

　　虛擬控制面板內(nèi)主要包含兩類信息:一類是Web-CNC系統(tǒng)實時狀態(tài)數(shù)據(jù),包括各運動軸狀態(tài)、當前操作方式、報警信息、操作按鈕狀態(tài)等,這類信息源自于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫,即通過ADO技術把采集存放在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)在虛擬控制面板上顯示,并定時地刷新;另一類是操作控制按鈕,包括控制方式、倍率調節(jié)、程序選擇以及啟動和急停等按鈕,系統(tǒng)控制命令可通過虛擬控制面板上的按鈕經(jīng)過網(wǎng)絡通信通道下傳到Web-CNC,再通過DeviceGetResponse()函數(shù)的調用將命令下載給PMAC執(zhí)行,以控制機床運動。

6 結語

　　網(wǎng)絡數(shù)控以Internet技術、通訊技術、數(shù)控技術和計算機技術為技術,遠程設計、數(shù)控編程和數(shù)控加工集成在一起,實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控設備的網(wǎng)絡化和集成化,已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。它具有十分廣泛的技術內(nèi)涵。文中涉及了國內(nèi)外對網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,對關鍵技術的探討僅僅是網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)在利用網(wǎng)絡資源進行生產(chǎn)應用的一個方面,有關利用網(wǎng)絡技術對數(shù)控系統(tǒng)大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化課題有待于進一步探索。針對網(wǎng)絡數(shù)控的研究也將向以下方面發(fā)展。(1)今后對網(wǎng)絡數(shù)控操作平臺的研究重點將轉向對生產(chǎn)管理軟件的進一步集成技術,其開放性和可擴展性成為主要考慮的因素。(2)軟插件技術為基礎研究異構數(shù)控系統(tǒng)的集成將成為今后網(wǎng)絡數(shù)控發(fā)展的一個趨勢。(3)基于現(xiàn)場總線和高速數(shù)據(jù)通信技術的發(fā)展將在網(wǎng)絡數(shù)控中得到大量的應用。(4)基于網(wǎng)絡的多媒體技術將在網(wǎng)絡數(shù)控中進一步得到應用,將虛擬實現(xiàn)技術集成入網(wǎng)絡數(shù)控操作平臺,將使遠程身處異地的操作人員在本機上,身臨其境的操作遠程數(shù)控機床。