0 引言

　　基于web制造的前提無疑應(yīng)該是最終完成制造任務(wù)的現(xiàn)場設(shè)備(包括作為柔性制造系統(tǒng)基本單位的各種“制造單元”)，即網(wǎng)絡(luò)化制造裝備是基于Web制造硬件基礎(chǔ)。單元系統(tǒng)是以一臺或多臺數(shù)控加工設(shè)備和物料儲運系統(tǒng)為主體，在計算機統(tǒng)一控制管理下，可進行多品種、中小批量零件自動化加工生產(chǎn)的機械加工系統(tǒng)的總稱。它是計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的重要組成部分，是自動化工廠車間作業(yè)計劃的分解決策層和具體執(zhí)行機構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化制造中的數(shù)控單元及關(guān)鍵數(shù)控技術(shù)，國內(nèi)外制造行業(yè)在單元系統(tǒng)的理論和技術(shù)研究方面投入了大量的人力物力，因此單元技術(shù)無論是軟件還是硬件均有迅速的發(fā)展。

1 制造單元技術(shù)及其發(fā)展

　　1.1 柔性制造技術(shù)與CIMS

　　柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣義發(fā)展。一提到柔性制造技術(shù)，人們首先想到柔性制造系統(tǒng)(n假)。

　　最早的FMS是1967年由英國Molins公司研制的“System 24”，至今已有30余年歷史。FMS已在發(fā)達國家廣泛應(yīng)用，由于其復(fù)雜性和不斷地發(fā)展，至今仍有大量學(xué)者對此進行研究。目前的研究主要圍繞FMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制、管理和優(yōu)化運行在進行。

　　隨著各種計算機輔助工具如CAD、CAE、CAPP、CAM等的發(fā)展，各種柔性高效的生產(chǎn)設(shè)備如DNC、CNC、FMS、FAS等也越來越多地被采用。為了全面提高企業(yè)的經(jīng)營生產(chǎn)效益，要求全面實現(xiàn)從生產(chǎn)計劃決策、產(chǎn)品設(shè)計、加工直到市場銷售服務(wù)的整個生產(chǎn)過程的自動化。

　　1973年美國Harrington博士提出的計算機集成制造的思想在80年代受到美、歐、日等國的重視，積極開展CIMS研究，美國1986年投資1400萬美元建立了以國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所為主持單位，有麻省理工學(xué)院和普杜大學(xué)等10個單位參加的美國自動化制造研究基地，并提出了有影響的CIMS五級控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 CIMS五級遞階結(jié)構(gòu) 

　　柔性制造系統(tǒng)、數(shù)控加工都是屬于CIMS中的制造自動化技術(shù)。國際上已經(jīng)提出了很多種CIM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，它們各有長短，但是實用性都不夠理想。清華大學(xué)陳禹六教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組根據(jù)我國實施CIMS的經(jīng)驗并吸取了國外各種CIM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，于1994年提出了六視圖階梯形CIM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(Stair—Like CIM System Architecture，簡稱sLA)。在CIM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中要加入經(jīng)濟視圖的觀點，是作者在國際上首次提出的。近年來，SLA已逐漸為國內(nèi)外的CIM專家所接受。

　　柔性制造單元(FMC，F(xiàn)lexible Manufacturing CeU)是在制造單元的基礎(chǔ)上發(fā)展起來、具有柔性制造系統(tǒng)部分特點的一種單元。通常由1至3臺具有零件緩沖區(qū)、刀具換刀及托板自動更換裝置的數(shù)控機床或加工中心與工件儲存、運輸裝置組成，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性和柔性，可以作為FMS中的基本單元，也可將其視為一個規(guī)模最小的FMS，是FMS向廉價化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物。FMC的自動化程度雖略低于FMS，但其投資比FMS少得多而經(jīng)濟效益接近，更適用于財力有限的中小型企業(yè)。目前國內(nèi)外眾多廠家都將FMC列為發(fā)展的重點。

　　1.2 數(shù)控單元的作用及發(fā)展

　　數(shù)控設(shè)備是組成柔性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的最基本單位。數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)不僅為單件、中小批量常規(guī)零件或復(fù)雜零件提供了高效的自動化加工手段，而且為整個制造系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、優(yōu)化和控制提供基本的手段。一方面，數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)大大節(jié)省程序反復(fù)編制及鍵入而浪費的加工準(zhǔn)備時間，可以把服務(wù)器中存儲的加工程序在各機床間實現(xiàn)程序共享，方便了各機床問零件的轉(zhuǎn)移加工；另一方面，創(chuàng)造了一個與上層網(wǎng)絡(luò)進行CIMS管理的銜接環(huán)境。使得技術(shù)管理部門可以用CAD／CAM軟件及切削數(shù)據(jù)庫來優(yōu)化數(shù)控加工工藝和精確加工程序。

　　美國Ingersoll銑床公司曾分析了在傳統(tǒng)的制造工廠中從原材料進廠到產(chǎn)品出廠的制造過程。結(jié)果表明，對一個機械零件來說，只有5％的時間是在機床上；95％的時間中，零件在不同的地方和不同的機床之間運輸或等待。減少這95％的時間，是提高制造生產(chǎn)率的重要方向。優(yōu)化制造過程的計劃和調(diào)度是減少95％的時間的主要手段。有鑒于此，國內(nèi)外對制造過程的計劃和調(diào)度的研究非常活躍，已發(fā)表了大量研究論文和研究成果。

　　傳統(tǒng)的封閉系統(tǒng)，如Fanuc、Siemens等都只帶有普通的通信接口，如RS232C、RS422和RS485等僅具有ISO物理層的功能。目前研制開發(fā)出的基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，雖然可以在硬件上配置網(wǎng)卡，但并未開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用程序，全面可靠地支持CIMS底層的聯(lián)網(wǎng)運行，更不用說支持與IntemetZIntranet的聯(lián)網(wǎng)。

　　DNC技術(shù)近年來得到了很大發(fā)展。相對FMS來說，DNC具有投資小、見效快、柔性好和可靠性高等特點，因而近年來的研究非�；钴S。例如：美國(Manufacturing Engineering)高級編輯Robert B．Aron80n最近專門發(fā)表綜合評論文章“數(shù)控單元(系統(tǒng))的最新進展”，對數(shù)控單元系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r進行了綜述，其中指出：“單元(系統(tǒng))目前已經(jīng)開始影響和支配著美國制造業(yè)”。近年來又提出了一種基于多自主體(Multi—Agent)的單元化制造系統(tǒng)，其研究正在興起。如目前世界上CIMS計劃中，提出了智能完備制造系統(tǒng)邛臨(Holonic manufacturingsystem)。HMS是由智能完備單元復(fù)合而成，其底層設(shè)備具有開放、自律、合作、適應(yīng)柔性、可靠、易集成和魯棒性。

　　1.3 開放式CNC與網(wǎng)絡(luò)制造

　　在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境中，數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元等已不再是孤立的加工設(shè)備，而是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下與工程設(shè)計系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)直接連接的一個有加工能力的結(jié)點。要通過網(wǎng)絡(luò)與管理信息系統(tǒng)、工程設(shè)計系統(tǒng)等相關(guān)外部環(huán)境連接通訊，必須實現(xiàn)加工設(shè)備相互之間的雙向通訊。

　　基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，由于采用了標(biāo)準(zhǔn)PC的硬件及標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，其本身就具有直接組網(wǎng)能力，它給網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)提供了一個最好的平臺，是真正意義的網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)。在基于PC的開放式CNC中，由于用硬盤作為加工代碼的存儲載體，使CAD／CAM的加工程序可以通過標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)一次傳輸?shù)紺NC硬盤上，加工前一次傳輸保證了系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃�。又由于硬盤的容量大，讀寫速度快，即使上百兆0.01mm長度空間直線段的代碼，CNC在脈沖當(dāng)量為1μm時的加工速度也能達到每分鐘上百米(這是采用RS232等串行接口的傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)遠不能達到的速度)，這樣就解決了大程序量的高速、高精度的1JD-r問題。同時，不一定非要用曲面和樣條插補，減輕了CAD／CAM系統(tǒng)的負擔(dān)和對編程人員的要求。如果將分辨率提高到0．1弘時，CNC的加工速度也能達到每分鐘十余米，大大平滑了機床的移動量，降低了加工表面粗糙度值，減小了加工表面的誤差，使實現(xiàn)高速、高精度的加工成為可能。

　　由10臺CNC車床、1臺立式加工中心、l臺臥式加工中心以及CAD／CAM／CAPP工程設(shè)計中心和MRP管理信息中心構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化集成制造系統(tǒng)如圖2。

圖2基于Internet／Intranet的網(wǎng)絡(luò)計算機集成制造系統(tǒng) 

　　在開放式CNC軟件中使用的實時數(shù)據(jù)技術(shù)可以直接從機床設(shè)備中采集有關(guān)生產(chǎn)、維護和質(zhì)量等方面的數(shù)據(jù)，無需操作人員干預(yù)。這些重要數(shù)據(jù)可以輸人到公司配置的M隆伽iP厄I強(制造執(zhí)行系統(tǒng)／材料需求規(guī)劃臉業(yè)資源管理)軟件中，還可以通過公司的Intranet系統(tǒng)傳送到Intemet中。一個功能完善基于Windows操作系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3開放式CNC軟件體系結(jié)構(gòu)圖 

2 網(wǎng)絡(luò)化制造的關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息集成技術(shù)

　　網(wǎng)絡(luò)化制造中關(guān)鍵數(shù)控技術(shù),Intemet／Intranet技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得企業(yè)內(nèi)部的信息資源，可以通過Intranet實現(xiàn)重用重構(gòu)和集成應(yīng)用的互操作，而且為企業(yè)間信息資源的異地共享、互操作、跨平臺訪問提供了實現(xiàn)的可能性。企業(yè)與企業(yè)聯(lián)盟的設(shè)計、制造與管理的信息資源，具有分布性、異構(gòu)性、自治性和動態(tài)性等特點，企業(yè)內(nèi)部或企業(yè)間的信息資源和應(yīng)用軟件，可能應(yīng)用不同的語言編制和不同的格式存儲，而且運行于不同的系統(tǒng)平臺上。在分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)與企業(yè)間的信息資源共享與應(yīng)用互操作，是企業(yè)級信息系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。

　　面向?qū)ο蠹夹g(shù)與分布式計算技術(shù)相結(jié)合形成的分布式對象技術(shù)，已成為解決分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，信息系統(tǒng)集成與應(yīng)用互操作的首選技術(shù)。目前，分布式對象技術(shù)的主要代表是：國際對象管理組織(OMG)的CORBA規(guī)范、Microsoft公司的COM／[XX)M以及SUN公司的Java／RMI。其中o()RBA OMG以其語言的無關(guān)性、操作的透明性及平臺的無關(guān)性得到了廣泛的應(yīng)用。企業(yè)信息系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的集成，主要選擇對象Web技術(shù)與CORBA ORB技術(shù)，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)與企業(yè)間的柔性集成制造系統(tǒng)，支持產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計與制造。

　　2.2 不同設(shè)計軟件設(shè)計信息的共享技術(shù)

　　網(wǎng)絡(luò)化制造中關(guān)鍵數(shù)控技術(shù),遠程設(shè)計和制造技術(shù)已成為制造領(lǐng)域中的一個重要發(fā)展方向。實現(xiàn)遠程設(shè)計和制造技術(shù)的關(guān)鍵之一是異地設(shè)計／制造企業(yè)或場所間的協(xié)同，以實現(xiàn)信息交流和共享。由于設(shè)計信息和制造信息的復(fù)雜性、多樣性以及CAD軟件的多樣性，如何將不同CAD軟件(如Solidworks、Auto CAD、pro／E、UG等)產(chǎn)生的設(shè)計信息在異地間實現(xiàn)上載、下載和共享，應(yīng)是首先要解決的問題。

　　當(dāng)前，針對該問題的傳統(tǒng)解決方法是通過Email或FTP傳輸信息，然后由設(shè)計信息需求者下載到相應(yīng)的遠程客戶端，再啟動本地的相應(yīng)CAD軟件進行瀏覽、修改或評價。顯然，靠這種工作模式，用戶必須不斷地進行不同應(yīng)用程序的啟動和工作桌面的反復(fù)切換，遠遠不能滿足要求。開發(fā)了一個基于WEB的多CAD系統(tǒng)的集成環(huán)境，在統(tǒng)一的WEB瀏覽器界面下，利用MIME配置、JAVA2Servlet及SQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)常用CAD軟件的啟動、集成應(yīng)用和相關(guān)的設(shè)計和制造信息的上載與存儲、下載及瀏覽、修改和評價等功能。此外，對在萬維網(wǎng)上廣泛分布的設(shè)計與制造資源的運用，也可以提供無縫的、直接的解決途徑。

　　2.3 異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的集成技術(shù)

　　現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)由于生產(chǎn)年代和生產(chǎn)廠家不一，存在多種檔次和型號，其通信接口和協(xié)議也存在差異，給數(shù)控系統(tǒng)的集成造成了一定困難。特別在我國，同一機加工車間往往同時擁有經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)、早期進口的FANUC6M等中、低擋數(shù)控系統(tǒng)以及90年代進口的高擋數(shù)控系統(tǒng)。DNC系統(tǒng)只有具有對各種典型數(shù)控系統(tǒng)進行DNC接口的功能，才具有推廣應(yīng)用價值。

　　分析一般DNC集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，DNC集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括硬件聯(lián)接體系結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)功能。硬件聯(lián)接體系結(jié)構(gòu)對于不同的DNC接口有所變化，綜合國內(nèi)外資料，其基本結(jié)構(gòu)大都如圖4所示。主計算機通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，以各種不同，的網(wǎng)絡(luò)拓撲與NC機床相聯(lián)。

　　NC機床與網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)相聯(lián)有三類典型聯(lián)接方式。第一類聯(lián)接方式主要用于九十年代的新型NC機床，該類NC機床都提供符合MAP標(biāo)準(zhǔn)的DNC網(wǎng)絡(luò)接VI選件；第二類聯(lián)接方式主要是以“DNC裝置”或“數(shù)控機床集成器”等與單臺數(shù)控機床相聯(lián)，在加工工作站計算機與NC機床之間，進行NC程序的傳送，完成機床狀態(tài)采集與上報及部分生產(chǎn)管理；第三類聯(lián)接方式是現(xiàn)階段最為普遍的方式，其主要特點是一臺工控型PC機與單臺NC機床相連接，完成NC程序及數(shù)據(jù)的傳送。DNC集成系統(tǒng)軟件功能一般包括以下內(nèi)容。

　　1)NC程序及數(shù)據(jù)的傳遞，以某種通信協(xié)議(如3964R等)實現(xiàn)通信功能；

　　2)機床狀態(tài)采集與上報；

　　3)根據(jù)生產(chǎn)計劃，自動分配NC程序及數(shù)據(jù)到相應(yīng)機床；

　　4)刀具數(shù)據(jù)的分配與傳遞；

　　5)刀具、夾具準(zhǔn)備計劃，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)刀具、夾具等的實時控制；

　　6)按照工藝計劃及生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)由多種數(shù)控機床組成的DNC系統(tǒng)的物流實時控制，實現(xiàn)工件的輸送、貯存，同步加工和裝配等活動的集成化生產(chǎn)管理。

　　多數(shù)DNC集成系統(tǒng)僅包括前三項功能，同時包括后三項功能者，現(xiàn)在還不多見。

　　2.4 基于Web的制造執(zhí)行系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的MRPII／ERP與制造單元控制器是從不同的計算技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的，形成了企業(yè)生產(chǎn)管理和制造單元

　　控制之間的裂縫，使上層的MRPII／ERP系統(tǒng)缺乏精確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來支持，而制造單元又常常不能及時得到指令來調(diào)整工作狀態(tài)，嚴重阻礙了制造企業(yè)的信息化進程。

　　制造執(zhí)行系統(tǒng)作為一種集成經(jīng)營計劃系統(tǒng)和車間控制系統(tǒng)的新思想，日益受到人們的關(guān)注并在推廣應(yīng)用中得到逐步完善。采用制造執(zhí)行系統(tǒng)對制造單元的生產(chǎn)管理進行協(xié)調(diào)，拋棄傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)金字塔式的管理結(jié)構(gòu)和過細、固定的分工方式，實現(xiàn)權(quán)利下放、分散管理、優(yōu)勢聯(lián)合，提高資源的利用率，解決分布式局部優(yōu)化和全局優(yōu)化之問的關(guān)系，提高制造單元的自主管理能力和企業(yè)的應(yīng)變能力，為網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟企業(yè)及時準(zhǔn)確地提供生產(chǎn)過程狀態(tài)信息，解決異地生產(chǎn)信息集成問題。

3 結(jié)論

　　未來企業(yè)要在協(xié)作、學(xué)習(xí)、敏捷、虛擬、精良等一定的運行模式下，對產(chǎn)品的全生命周期進行管理，實現(xiàn)企業(yè)信息化，即設(shè)計、制造裝備、生產(chǎn)過程以及管理的數(shù)字化。通過對web制造系統(tǒng)中制造單元及關(guān)鍵技術(shù)進行系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了存在的一些問題：網(wǎng)絡(luò)化制造的研究國內(nèi)外都處于研究階段，有些問題的解決存在爭議；現(xiàn)有的一些示范系統(tǒng)與理想中的網(wǎng)絡(luò)化制造功能、內(nèi)容方面都有欠缺；國內(nèi)對于網(wǎng)絡(luò)制造的底層技術(shù)研究進展不足。隨著網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化制造的步伐會加大，解決當(dāng)前存在難題的方法和途徑會越來愈相對簡單和容易。  

轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：網(wǎng)絡(luò)化制造中的數(shù)控單元及關(guān)鍵數(shù)控技術(shù)

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/14019310297.html