1、阳道善等: 我国机床的网络数控改造 第 1 页 共 5 页(430074)湖北省武汉市华中理工大学数控研究所，电话：87542713，传真：87545256，网址：http:/， 电子信箱：我国机床的网络数控改造摘要网络数控是各种先进制造技术的基本单元，它将为各种先进制造环境提供基本的技术基础，如远程制造、诊断与维护，能从根本上保证我国机械工业能及时跟踪并最终跨进世界制造业的先进行列。网络数控改造是发展我国机械工业的可行的必由之路。要使我国现有的机床具有联网功能，可根据具体的机床选择如下三种改造方式：一是对现有的机床直接进行数控改造，并使数控系统与网络功能无隙地集成在一起；一是利用某些机床具有
2、的RS232接口，配上网络功能接口；最后一种方法是改造纸带输入的接口，使其变成具有网络功能的RS232接口或通用的网络接口。关键词 网络数控机床 网络数控改造 网络制造一、前言采用先进制造技术是制造企业提高市场竞争力迎接知识经济时代挑战的重要选择。随着计算机集成制造技术、智能制造、网络制造等新的概念和方法的研究与发展，开放式网络机床数控系统将成为各种先进制造环境的基本单元。发展数控技术已成为振兴我国机械工业的重中之重。世界制造业的发展与竞争迫使我国不得不加快技术改造的进度和力度。实践已证明，数控改造是发展我国机械工业的可行的必由之路。但由于工厂环境的限制，我国生产的数控系统及现有的数控改造系统
3、一般没有网络功能且大多都没有挂上大容量存储设备(如硬盘)，而只使用高可靠性、高价位、低容量的电子盘设备。随着各种机加工辅助设计/制造(CAD/CAM)系统的完善与发展，这些CAD/CAM系统越来越快地进入实际加工系统，并需要方便快捷地与数控系统进行大容量信息的通信与交换。这些辅助系统生成的加工G代码程序量一般以十兆字节为计量单位，而我国大部份数控系统使用的电子盘只有2-4兆，而且如果不具备联网功能，很难与办公室的CAD/CAM 系统相连接。如果恶劣环境厂房中的数控加工系统具有联网功能并能共享环境洁静的办公用大容量硬盘，办公室里的CAD/CAM系统只需将其生成的冗长G代码存入本地硬盘，然后即可由
4、数控加工系统通过高速局域网读取该G代码并进行零件加工。同时，联网后的数控加工系统也加强了工厂的信息管理与传递，在某些情况下还可大大提高生产效率。如我单位在常州柴油机厂进行仿型铣数控改造时，该厂就提出通过网络只用一台数控仿型铣床来控制多台没有仿形功能的普通数控铣床来同时仿型加工零件，提高仿型加工效率。这就需要所涉及到的数控系统都具有网络功能。当仿型铣产生仿型加工数据时，必须保存其三维仿型数据在某个安全可靠的大容量硬盘上，并传递给其它数控铣床以便同时加工。数控机床的网络化，也为远程监控及网络制造提供了最坚实的基础。网络数控系统通过高速通信网络应及时地向远程监控点提供当前加工状态信息并接收远程监控命
5、令，为真正的网络制造提供最起码的支持。更进一步地，我们甚阳道善等: 我国机床的网络数控改造 第 2 页 共 5 页(430074)湖北省武汉市华中理工大学数控研究所，电话：87542713，传真：87545256，网址：http:/， 电子信箱：至可以把某个数控加工机床类似办公网络中的共享打印机一样共享到网络上。其应用之一便是大大减少我国大中专院校数控技术培训与教学的设备购置费，一个教室只要一到两套实际的数控机床，学生通过计算机网络编写 G 代码程序并输出到网络机床上即可检验练习结果。当然，这些功能对数控系统的开放性及自诊断性提出了更高的要求。网络数控系统不仅可以大大加强工厂加工信息的传递与管
6、理、提高机加工自动化程度及远程监控，而且还可以为数控系统生产厂家提供远程诊断与维护。当数控系统产生故障时，数控系统生产厂家可以通过广域网或电话网对数控系统进行诊断与维护。特别是对各种数控改造项目，远程诊断可以大大减少维护的盲目性及相关生产费用。基于我国机械行业的实际状况，为了使数控改造后的机床具有网络功能，网络数控系统的体系结构较一般的数控系统要具有更高的开放性和灵活性。随着网络技术及国产数控系统的不断完善与发展，开放式网络数控改造对改善我国数控机床方面的落后面貌具有重要意义。这不仅可以逐步夺回失去的数控技术市场，为国家节约大量外汇，赢得可观的经济效益，而且能使我国掌握和应用数控关键技术，打破
7、西方国家的技术封锁，提高制造业的现代化水平，振兴民族数控产业。我国数控界在“八五”期间已形成共识：只有充分利用通用微机的软硬件资源，数控系统才具有生命力。因而正确地提出了以数控软件平台开发做动力的发展战略，并开发出了两种平台和四个基本系统。通用微机上丰富的软硬件资源是任何其它系统都不能比拟的，因而微机不仅作为数控平台，而且作为其它工业控制器平台的优越性，已经被国内外所认同，且国外已有人认为这标志着新一代数控的出现。可见，通用微机进人数控的魅力在于其软硬件资源，而要利用其资源，数控平台必须充分开放。另外，为了满足先进制造环境的要求，开放式数控平台还必须带上强大的网络功能。开放式网络数控改造，是快
8、速对我国大部份机床进行网络数控改造、尽可能减少数控系统生产厂家生产与维护费用的关键。当前，由于计算机技术日新月异，通用微机进入数控领域并构成数控平台已成为数控系统的最佳发展方向，使我国在数控硬件上与国外基本处于同等条件，给我国数控技术发展提供了极好的机遇，而今后国内外数控技术的竞争则主要在软件技术上的竞争。具体地说，基于微机环境开发开放式网络数控软件平台具有如下优点：1、由于工业控制微机的 MTBF 可达 3 万小时以上，使得数控系统长期运行的可靠性有技术上的切实保障。2、与通用微机完全兼容，微机的外部设备如显示卡、电子盘、软硬驱动器、RS232通讯接口、网络卡、语音卡、视频卡均可直接在基于微
9、机的数控系统上使用。3、通用微机软件、硬件资源丰富，使得网络数控系统的开发环境非常方便、友好，且用户可方便地进行二次开发。在基于微机的网络数控系统软件、硬件平台上，可方便开发各种新的数控机床应用系统，例如：我们与常州柴油机厂合作，仅用半年时间就改造成功带网络功能的数控仿型铣床，利用该仿型铣可以控制多台普通铣床进行仿型加工。4、高性能价格比的开放式、模块化网络体系结构，使得基于微机的网络数控系统可方便地与 CAD/CAM/CAQ 系统、数字化仿型测量系统、智能化故阳道善等: 我国机床的网络数控改造 第 3 页 共 5 页(430074)湖北省武汉市华中理工大学数控研究所，电话：87542713，
10、传真：87545256，网址：http:/， 电子信箱：障诊断与误差补偿系统一体化，为各种先进制造环境下的进一步信息集成提供了良好的技术条件。5、支持远程诊断与远程机床共享,支持工厂工业加工网络与工厂办公网络进行快速简捷的连接和相互共享各种资源。如何建立起能促进数控功能迅速开发的开放式数控系统软件平台，对我国数控技术的发展具有重要的战略意义。同时，使数控系统具有网络功能，将为我国机械工业实现各种先进制造技术提供最坚实的基础，从根本上保证我国制造业能跟踪并最终领先世界制造业。在国家“六五”到 “八五”计划的支持下，我国先后研制成功华中I 型、中华 I 型、蓝天 I 型、航天 I 型四个基本型数控
11、系统。我国的数控产业基础已基本形成。 “八、五”中开发出了自主版权的数控系统，掌握了关键技术。使国产数控系统与网络功能进行合理集成，必将使数控技术在应用和发展上进入一个高速期。武汉华中数控系统有限公司正是根据这些时代要求，将华中 I 型开放式数控系统与网络功能进行无隙整合，为我国机床数控改造及我国的数控系统用户提供了一份重要选择。要使我国现有的机床具有联网功能，可利用华中数控系统根据具体的机床选择如下三种改造方式：一是对现有的机床直接进行数控改造，并使数控系统与网络功能无隙地集成在一起；一是利用某些机床具有的 RS232 接口，配上网络功能接口；最后一种方法是改造纸带输入的接口，使其变成具有网
12、络功能的 RS232 接口或通用的网络接口。下文将简单地介绍这三种网络数控改造方式，在此之前先介绍一下华中开放式网络数控系统的特点二、华中网络数控系统的结构特点我国数控系统和机床都已失去国家关税保护，国际竞争将更为激烈。作为各种先进制造环境的基本单元，开放式网络数控体系结构应能适应如下发展要求：1、支持远程诊断与远程机床共享,支持工厂工业加工网络与工厂办公网络进行快速简捷的连接和相互共享各种资源。2、能适应国情快速进行各类数控改造，能迅速扩大联网数控系统的品种面和应用面，除机床外还可应用于诸如轻工机械等其它需要数字控制的生产设备，开拓和占领除车、铣、磨等通用数控以外的国外尚未占领也难以涉足的领
13、域。为我国实施与研究各种先进制造环境提供最基本的保证，为跟踪并最终领先世界制造业打下最坚实的基础。3、能使国产机床具有产品特色，从而提高其竞争力。数控机床的技术特色要由数控系统来体现，国外一流厂家的数控系统都由自己开发，因为许多工艺决窍只有主机厂或用户企业才具有。因此，开放式网络数控系统应能方便地容纳这些工艺技术决窍。4、随着硬件性能的不断提高，各种先进制造环境的研究与开发，CAD/CAM/CAQ 等技术将不断引入到数控系统；数控系统向着高精、高效和智能化方向发展，就需要大量应用软件的开发和移植。作为开放式网络数控系统软件平台，应能迅速、方便地应用这些新技术，以保持先进性和竞争力。5、当前计算
14、机技术日新月异，软、硬件技术不断更新，开放式网络数控阳道善等: 我国机床的网络数控改造 第 4 页 共 5 页(430074)湖北省武汉市华中理工大学数控研究所，电话：87542713，传真：87545256，网址：http:/， 电子信箱：系统应能充分紧跟这些技术，与这些技术的发展同步。要满足上述要求，需要大量专用工艺和新技术软件的开发和移植纳入，技术涉及面广，特别是一些技术决窍，仅靠数控企业难以完成。因此开放式网络数控系统应有如下功能：1、网络数控系统各模块都含有自诊断信息，支持远程诊断与维护。支持工厂工业加工网络与其它各种类型网络进行快速简捷连接并相互共享各种资源。2、提供和建立一个充分
15、开放的网络数控系统开发平台，创建一个良好的网络开发环境，能使国内的数控研究、开发单位、机床厂以至用户都能够以其为基础，快捷、方便地进行网络数控系统生成和开发，调动国内的有关力量，进行品种、类型的派生和各种新的功能软件的移植与应用。3、 软 件 平 台 对 硬 件 的 适 应 性 。 能 适 应 微 机 嵌 入 数 控 或 者 微 机 包 含 数 控 的 结构 。此 外 ， 确 定 硬 件 接 口 协 议 ， 通 过 接 口 驱 动 程 序 的 改 变 ， 以 适 应 伺 服 接 口 的 发 展 。4、 使 现 有 的 数 控 系 统 方 便 地 加 上 网 络 模 块 ， 并 在 DOS 平
16、台 基 础 上 ， 进 一 步 向Windows9X/NT 发 展 ， 以 适 应 计 算 机 技 术 的 发 展 。三、利用华中网络数控系统进行机床的网络数控改造通用微机的丰富资源和计算机及网络技术的飞跃发展，使得数控向通用计算机方向发展，已成为不可抗拒的潮流，并将成为最具生命力的技术平台。网络制造环境下的华中数控系统也采用通用工业微机作为基本的硬件平台，并提供和建立一个充分开放的网络数控系统开发平台，创建一个良好的网络开发环境，能使国内的数控研究、开发单位、机床厂以至用户都能够以其为基础，快捷、方便地进行网络数控系统生成和开发，调动国内的有关力量，进行品种、类型的派生和各种新的功能软件的移
17、植与应用。使开放式网络数控系统能适应各种数控设备，并确定硬件接口协议，通过接口驱动程序的改变，以适应伺服接口等设备的发展。华中网络数据系统是在工业微机上开发的开放式网络数控通用软件平台，硬件平台采用通用工业微机，通过并行口与机床相连；在 PC 总线上能够连接网络等硬件设备。对于自行开发的智能加工控制接口，既可以通过并行口与机床相连，也可以直接插到总线上连接，具有很好的开放性。创建了一个良好的开发环境。网络数控平台组成具有开放性(包括硬件结构及软件系统生成的开放性)，系统开发具有层次性，应用数控系统生成具有自动性，软件平台对在多硬件具有适应性。基于通用微机环境开发的华中网络数控软件平台，其环境与
18、结构如图 1所示，分二级组成：(1) 底层：网络数控内核。直接与数控系统硬件支撑环境联系，包括数控系统中所有的共性问题，如多任务调度、插补运算、设备驱动、PLC 控制等。用户可根据网络数控内核使用规范直接进行二次开发。网络数控内核各模块都含有自诊断功能并各网络模块集成在一起，便于向网络环境传送数控系统的各状态信息。(2) 上层：网络数控集成开发环境。集成了数控系统的标准控制过程，并且包含不同类型的数控系统的特殊控制过程；用户可根据系统生成规范所提供的生成(集成)方法，方便地生成各类专用数控系统。阳道善等: 我国机床的网络数控改造 第 5 页 共 5 页(430074)湖北省武汉市华中理工大学数
19、控研究所，电话：87542713，传真：87545256，网址：http:/， 电子信箱：上述技术路线可以说是一条短时间内赶上和超过国外数控系统的一条捷径。同时，使得数控系统的维护和更新换代极为方便，用户可非常便利地购置到系统维护所需要的配件。随着微型计算机的发展和升级，数控系统也同时得到升级换代。 车 床 铣 床 加 工 中 心 系 统 N开 发 环 境网 络 数 控内 核 系 统 生 成 规 范网 络 数 控 内 核生 成 规 范DOS/Win95/NT等 支 撑 软 件基 于 PC的 硬 件 支 撑 环 境加 工 中 心铣 床车 床系 统 生 成 级开 放 式 网 络 数 控集 成 生 成 系 统(OCIPS)系 统 开 发 级图 1 基 于 通 用 微 机 环 境 开 发 的 网 络 数 控 软 件 平 台 的 环 境 与 结 构
