隨著計算機技術的高速發展,傳統的制造業已經實現了根本性變革,各工業發達困家投入巨資,對現代制造技術進行研究開發,提出了全新的制造模式。在現代制造系統中,數控技術是關鍵技術,它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體,具有高精度、高效率、柔性自動化等特點,對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。
目前,在世界范圍內,數控技術正在發生巨大的變革,數控系統正朝著開放式網絡化的方向發展,但目前我國的數控系統仍大都為傳統的單機式封閉體系結構,對數控技術實行變革勢在必行。
1 數控技術發展新趨勢
數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化,使制造業成為工業化的象征,而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大,對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用,這些行業裝備數字化已是現代發展的大趨勢。
1.1 高速化發展新趨勢
目前高速加工中心進給速度最高可達80 rrdmin,空運行速度可達100 m/min左右。當今世界上許多汽車廠,包括我國的上海通用汽車公司,已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60 m/min,快速為100 ndmin,加速度達29.8m/f,主軸轉速已達60 000 dmin。加工一薄壁飛機零件,只用30min,而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h,在普通銑床加工則需8h。
1.2 精密化加工發展新趨勢
由于各組件加工的精密化.微米的誤差已不是問題。以計算機輔助生產(CAM)系統的發展帶動數控控制器的功能越來越多。在加工精度方面。近10年來,普通級數控機床的加T精度已由10岬提高到5m,精密級加工中心則從3;5m,提高到1~1.5腳,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01m)。
1.3 高效能發展新趨勢
對機床高速及精密化要求的提高導致了對加工工件制造速度的要求提高。同時,由于產品競爭激烈,產品生命周期快速縮短,模具的快速加工已成為縮短產品開發時間必須具備的條件。對制造速度的要求致使加工模具的機床朝著高效能專業化機種發展。
1.4 開放化發展新趨勢
數控機床已逐漸發展成為系統化產品。現在可以用一臺電腦控制一條生產線的作業,不但可縮短產品的開發時間,還可以提高產品的加工精度和產品質量。如前所述,開放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性。美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰略發展計劃,并進行開放式體系結構數控系統規范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和技術規范的制定,預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中幽的ONC數控系統的規范框架的研究和制定。數控系統標準化的實施,對于我國的數控技術產業將產生巨大影響。加大在高檔數控系統、數字交流伺服驅動自主技術研發的支持力度,組織困內數控系統企業制訂下一代高檔數控系統標準體系結構的規范和協議,形成中國數控系統的國家標準,從戰略高度解決我國數控系統產業的發展瓶頸問題。
1.5 網絡化發展新趨勢
數控系統通過所謂IntemeffIntranet技術,首先面向生產現場和企業內部的局域網.然后再經由閃特網通向企業外部。隨著網絡技術的成熟和發展,業界又提出了數字制造的概念。數字制造,又稱e-制造,是機械制造企業現代化的標志之一,也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用,越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。
數控系統的網絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發展,現代柔性制造系統從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FMI)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展。柔性自動化技術以易于聯網和集成為目標,同時注重加強單元技術的開拓、完善,數控機床及其構成的柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結,向信息集成方向發展,網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。
2 網絡化數控系統的基本概念
網絡數控就是通過網絡、Intemet/Intranet將制造單元和控制部件相連,或將制造過程所需資源(如加工程序、機床、工具、檢測監控儀器等)共享。網絡化包括兩個方面:內部網絡(現場總線網絡)和外部網絡。
內部網絡是指數控系統內CNC單元與伺服驅動及I/O邏輯控制等單元以現場總線網絡連接。外部網絡指的是數控系統與系統外的其他控制系統或外部上位計算機以網絡連接。通過網絡實現對設備的遠程控制和無人化操作、遠程加工程序傳輸、遠程診斷和遠程維修服務、技術服務,并提高機床生產率。網絡生產管理系統通過企業內部網(Internet)隨時監視生產現場情況進行最優計劃和調度;操作工人技藝數據庫將通過豐富經驗和直覺形成的技藝數字化,不斷積累并與全公司共享,實現高效、高質量加工,并依此創造新工藝、新知識和新訣竅;新的CAD/CAM系統可將CAD數據立即轉變為加工程序、工具清單、工藝卡和加工工藝圖樣,實現并行工程來縮短生產周期。此外通過因特網與外界聯接,可為每一個客戶設立一個窗口,快速反應客戶的要求。在多品種小批量的條件下,將機床聯網,能將切削時間由25%提升至65%。遠程診斷產品可以在個人電腦前輕松地操縱遠在車問里的機床設備,諸如編輯修改零件程序和PLC程序、監控各軸當前狀態、進行文件傳輸等。不僅用于故障發生后對數控系統進行診斷,而且還可用作用戶的定期預防性診斷。
3 網絡化數控平臺的基本結構
網絡化數控系統平臺由系統硬件和系統軟件組成。系統軟件包括實時操作系統、通訊系統、設備驅動程序以及其他可供選擇的系統程序,如數據庫系統和圖形系統。系統軟件通過標準的應用程序接口(即API)向應用軟件提供服務。系統硬件包括組成系統的各種物理實體。系統硬件對外部的表象和接口可以是一致的,也可以通過設備驅動程序使之與操作系統分隔。系統硬件各部分通過信息管理網絡和開放設備級網絡互連,傳遞命令和數據信息,并行完成數控任務。
4 網絡化數控系統的應用
4.1 網絡制造、全球制造
在新的制造模式下,通過數控系統的上網,可以滿足未來制造企業在企業動態聯盟過程中和制造系統重組過程中,通過網絡對外發布或允許外部了解自己的制造能力,甚至組成網上虛擬車間(工廠)和電子商務,實現異地CAD/CAM/CNC的網絡制造。
4.2 大容量存儲資源共享
我悶現有的大部分數控系統內存較小,沒有網絡功能(僅有速度較低的DNC接口),沒有大容量存儲設備(如硬盤)。而大型復雜零件的加丁程序最非常大,一般以MB為計量單位。應用網絡數控系統可在高速局域網上滿足CAD/CAM系統與數控系統進行大容量信息的通信與交換的要求。
4.3 遠程監控與診斷
當數控系統產牛故障時,數控系統生產廠家可以通過Inteernet對用戶的數控系統進行快速診斷與維護,從而大大減少維護的盲目性,提高設備完好率,滿足用戶對數控機床的遠程故障監控、故障診斷、故障修復的要求。
4.4 遠程操作和遠程培訓
通過把數控加工機床像辦公網絡中的共享打印機一樣共享到網絡上,滿足某些制造行業對加工設備遠程操作的要求以及遠程培訓的要求。
5 結束語
網絡化數控技術的應用可以方便地增加智能化、高效化控制功能,提高我國數控系統的檔次,并且便于生產管理,以提高數控機床的生產率,此外網絡化數控系統的售后服務也更方便易行。
充分認識到發展網絡化數控技術的緊迫性,開發具有我國自主版本的數控系統并進行示范應用,對于推動我國新一代數控系統發展,提高國產數控系統參與市場競爭的綜合能力,為實現數控系統規模化生產奠定基礎等方面均具有十分重要的意義。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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