在工業(yè)4.0及“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)出現(xiàn)了新的變化，在中國(guó)更多的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)聚焦在如何利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，讓數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算能力獲得無(wú)限擴(kuò)展，并且通過(guò)對(duì)分享經(jīng)濟(jì)等新興商業(yè)模式的理解，合理打造與之相適應(yīng)的功能成為未來(lái)的重要趨勢(shì)。

1.數(shù)控系統(tǒng)智能化要求

數(shù)控機(jī)床智能化的需求

從制造技術(shù)本身來(lái)看，數(shù)控系統(tǒng)的智能化在如圖4的四個(gè)方面進(jìn)行：操作智能化、加工智能化、維護(hù)智能化和管理智能化。

機(jī)床在加工過(guò)程中通過(guò)采用各種傳感器，借助實(shí)時(shí)監(jiān)控和補(bǔ)償技術(shù)，進(jìn)一步提高機(jī)床的性能。日本馬扎克、大隈等公司在智能化方面提供了許多先進(jìn)的技術(shù)，如主軸抑振、智能防碰撞等功能。沈陽(yáng)機(jī)床i5數(shù)控提供了基于特征的編程和圖形化診斷等功能。

2.基于云平臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)

在云計(jì)算的基礎(chǔ)上德國(guó)斯圖加特大學(xué)提出“全球本地化(glocalized)”云端數(shù)控系統(tǒng)，其概念如圖5所示，從圖中可見(jiàn)，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面、數(shù)控核心和PLC都移至云端，本地僅保留機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)和安全控制，在云端增加通信模塊、中間件和以太網(wǎng)接口，通過(guò)路由器與本地?cái)?shù)控系統(tǒng)通信。這樣一來(lái)，在云端有每一臺(tái)機(jī)床的“數(shù)字孿生(Digital Twin)”，在云端就可進(jìn)行機(jī)床的配置、優(yōu)化和維護(hù)，極大方便了機(jī)床的使用。實(shí)現(xiàn)所謂的控制器即服務(wù)CaaS(Control as a Service)。

云端數(shù)控系統(tǒng)的概念

數(shù)字孿生是指特定物理對(duì)象的數(shù)字鏡像，包括描述其幾何、材料、組件和行為的設(shè)計(jì)規(guī)范和工程模型以及其所代表實(shí)體特有的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，成為形影不離的“伴侶”，是物理對(duì)象屬性及狀態(tài)的最新和準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)鏡像，包括形狀、位置、狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的數(shù)字孿生可在多個(gè)信息域同時(shí)存在，有多個(gè)“化身”，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段承擔(dān)方案論證、結(jié)構(gòu)和功能驗(yàn)證以及性能參數(shù)優(yōu)化的作用；在構(gòu)建工廠的規(guī)劃階段參與完成布局規(guī)劃、系統(tǒng)優(yōu)化模擬仿真等工作；在運(yùn)行階段進(jìn)行加工狀態(tài)判斷和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的智能控制和預(yù)防性維護(hù)，直到產(chǎn)品報(bào)廢終結(jié)，甚至在其后還存在。

3.互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控系統(tǒng)及其生態(tài)系統(tǒng)

在互聯(lián)網(wǎng)條件下，數(shù)控系統(tǒng)必須要成為一個(gè)能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)的透明的智能終端，讓制造過(guò)程及其全生命周期“數(shù)據(jù)透明”。通過(guò)智能終端的“透明”，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的透明，不僅僅方便加工零件，同時(shí)產(chǎn)生服務(wù)于管理、財(cái)務(wù)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造、供應(yīng)鏈、人力、財(cái)務(wù)、銷(xiāo)售、庫(kù)存等一系列生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)的資源整合與信息互聯(lián)。

沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)圍繞i5智能機(jī)床在世界上領(lǐng)先建立起了機(jī)床生態(tài)系統(tǒng)，圖6是i5智能機(jī)床關(guān)于數(shù)據(jù)產(chǎn)生和應(yīng)用的示意圖，通過(guò)“透明”的i5智能系統(tǒng)，i5智能機(jī)床可以實(shí)時(shí)在線，為上述管理過(guò)程提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)，成為新制造業(yè)態(tài)的基礎(chǔ)。

i5智能機(jī)床的數(shù)據(jù)產(chǎn)生及應(yīng)用

基于iSESOL實(shí)現(xiàn)的智能機(jī)床互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架

iSESOL(i-Smart Engineering & Services Online，是沈陽(yáng)機(jī)床旗下的公司研發(fā)的云制造平臺(tái)，例如云端產(chǎn)能分享平臺(tái)，用戶(hù)可以將閑置產(chǎn)能公示于iSESOL產(chǎn)能平臺(tái)，有產(chǎn)能需求的用戶(hù)無(wú)需購(gòu)買(mǎi)設(shè)備即可快速獲得制造能力，通過(guò)這種方式產(chǎn)能提供方可以利用閑置產(chǎn)能獲得收益，產(chǎn)能需求方可以以較低的成本獲得制造能力，雙方通過(guò)分享獲得利益最大化。無(wú)疑，這種模式將會(huì)成為制造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+的一個(gè)重要形式。

上圖為基于iSESOL平臺(tái)的智能機(jī)床互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架。所有的i5智能設(shè)備通過(guò)iPort協(xié)議接入iSESOL網(wǎng)絡(luò)，非i5的設(shè)備(如OPC UA終端或者M(jìn)TConnect終端)可以通過(guò)iPort網(wǎng)關(guān)接入iSESOL網(wǎng)絡(luò)。類(lèi)似ERP、MES、遠(yuǎn)程看板等云端的APP應(yīng)用通過(guò)iSESOL聚合的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和訪問(wèn)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的統(tǒng)一訪問(wèn)。iSESOL提供針對(duì)不同設(shè)備的數(shù)據(jù)字典映射統(tǒng)一不同設(shè)備的訪問(wèn)方式，云端APP只需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)或者參數(shù)命名即可訂閱各類(lèi)事件和數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的設(shè)備訪問(wèn)。最終用戶(hù)可以通過(guò)不同的終端安裝APP實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的各類(lèi)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在這個(gè)平臺(tái)下建立的產(chǎn)能協(xié)同生態(tài)系統(tǒng)目前已接入機(jī)床幾千臺(tái)，目前日常聯(lián)機(jī)接入二千五百臺(tái)左右。

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化是大勢(shì)所趨，基于CPS的理念引導(dǎo)智能數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)從整個(gè)系統(tǒng)的視角實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的智能化。

智能化的發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，目前對(duì)智能化還有不同的理解，也沒(méi)有普遍適用的解決方案。數(shù)控機(jī)床商業(yè)模式的創(chuàng)新和真正落地運(yùn)營(yíng)就一定依賴(lài)于數(shù)控系統(tǒng)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化。未來(lái)的數(shù)控系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越多地將互聯(lián)網(wǎng)的影響滲透到制造環(huán)節(jié)，通過(guò)數(shù)據(jù)的累積、傳輸和挖掘，將會(huì)誕生越來(lái)越多的智能化制造能力，透明和分享化將會(huì)為制造業(yè)帶來(lái)翻天覆地的變革。