數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展畢業(yè)論文--開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展前景

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　論文題目:開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展前景</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的應用日益廣泛，進一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計算機數(shù)控系統(tǒng)、計算機群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。本文主要

2、對數(shù)控技術(shù)的構(gòu)成,開放式網(wǎng)絡化數(shù)控的結(jié)構(gòu),特點,發(fā)展趨勢進行簡單的介紹</p><p>　　關(guān)鍵詞：開放化 開放網(wǎng)絡化 智能化 開放式網(wǎng)絡化數(shù)控技術(shù)及其發(fā)展趨勢 機器視覺</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要與關(guān)鍵詞………………………………………………2</p><p>　　目錄……

3、……………………………………………………3</p><p>　　1.前言………………………………………………………4</p><p>　　2.數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程……………………………………4</p><p>　　3.開放式網(wǎng)絡化數(shù)控的基本概念…………………………4</p><p>　　4.開放式網(wǎng)絡化數(shù)控平臺的基本結(jié)構(gòu)……………………5<

4、;/p><p>　　5.開放式、網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的特點………………………5</p><p>　　6.開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的應用…………………………6</p><p>　　7.數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢……………………………………7</p><p>　　8.結(jié)論………………………………………………………7</p><p>　　參考文獻

5、……………………………………………………10</p><p><b>　　正文</b></p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　20世紀90年代，國外的數(shù)控系統(tǒng)完成了從16位機向32位機和伺服驅(qū)動從直流式向交流全數(shù)字式的轉(zhuǎn)變，數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉轉(zhuǎn)向開放，從而使數(shù)控系統(tǒng)可充分利用計算機技術(shù)的豐富

6、資源，能根據(jù)控制對象的要求迅速、靈活地更換軟硬件，并能及時吸收新技術(shù)，使得數(shù)控技術(shù)發(fā)展步伐加快，開發(fā)周期縮短。 </p><p>　　從 2000年美國芝加哥國際機床展和2001年北京國際機床展等展覽會中，可以看出數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床發(fā)展的一些最新趨勢為： </p><p>　　開放式智能化的數(shù)控系統(tǒng)成為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。 5軸聯(lián)動加工興起，所謂“高速即意味著5軸”。 數(shù)控加工網(wǎng)絡化，提高

7、了機床的生產(chǎn)使用效率。 以高速主軸和直線電機的應用為特征，高速加工進一步向縱深發(fā)展。 車銑復合加工中心更具前途。 </p><p>　　“軟”數(shù)控技術(shù)發(fā)展，基于工業(yè)PC機、PCI/ISA總線、通用操作系統(tǒng)+實時內(nèi)核的數(shù)控系統(tǒng)大量涌現(xiàn)。</p><p>　　2．數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程</p><p>　　回顧數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個階段，六代的發(fā)展歷程。第一個階段叫做

8、NC階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。自1970年開始小型計算機開始用于數(shù)控系統(tǒng)就進入了第二個階段，叫做CNC階段，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)：從1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)即發(fā)展到第五代。經(jīng)過十多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從性能到可靠性都得到了根本性的提高。實際上從20世紀末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專用封閉的系統(tǒng)，而第六代——開放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的

9、未來發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。</p><p>　　3．開放式網(wǎng)絡化數(shù)控的基本概念 </p><p>　　開放式數(shù)控系統(tǒng)的本質(zhì)是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，形成系列化，并可將用戶的特殊應用集成到控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)。 IEEE關(guān)于開放式系統(tǒng)的定義是：開放式系統(tǒng)能有效地運行于不同的平臺之上，可以與其他應用系

10、統(tǒng)相互操作，并提供與用戶交互的統(tǒng)一風格，即所謂互操作性、可移植性、可伸縮性和可互換性。隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，目前對開放式系統(tǒng)最新的具體的看法包括： </p><p>　　(1) 開放式控制系統(tǒng)的硬件和軟件都應是柔性的，它允許改變硬件的基本配置，而軟件更在所有控制級別上可以改變。 </p><p>　　(2) 開放式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的軟硬件必須是真正“即插即用”的，如果產(chǎn)品必須被“召回”以安裝

11、新的硬件和軟件，那就不是真正的開放。 </p><p>　　(3) 控制器必須是標準化的，以使第三方能在此基礎上參與新硬件和新軟件的開發(fā)。 </p><p>　　(4) 開放式系統(tǒng)允許第三方軟件作為系統(tǒng)的部件增加進來，也就是說它是一個標準系統(tǒng)，在這個標準上系統(tǒng)能在部件級別上與其他部件集成，并能共享數(shù)據(jù)。 </p><p>　　(5) 一個開放式控制系統(tǒng)能在系統(tǒng)的級別

12、上同其他系統(tǒng)協(xié)同工作。 </p><p>　　網(wǎng)絡數(shù)控就是通過網(wǎng)絡、 Internet/Intranet將制造單元和控制部件相連，或?qū)⒅圃爝^程所需資源(如加工程序、機床、工具、檢測監(jiān)控儀器等)共享。網(wǎng)絡化包括兩個方面：內(nèi)部網(wǎng)絡(現(xiàn)場總線網(wǎng)絡)和外部網(wǎng)絡。 </p><p><b>　　(1) 內(nèi)部網(wǎng)絡 </b></p><p>　　內(nèi)部網(wǎng)絡是指

13、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)CNC單元與伺服驅(qū)動及I/O邏輯控制等單元以現(xiàn)場總線網(wǎng)絡連接。對于數(shù)控系統(tǒng)硬件，開放性主要是指其計算機、網(wǎng)絡、伺服系統(tǒng)及I/O邏輯控制等單元，應該具有統(tǒng)一的互聯(lián)標準，以實現(xiàn)互換性。為使數(shù)控系統(tǒng)硬件具有互換性，目前歐洲CNC制造商在其產(chǎn)品中廣泛應用SERCOS(Serial Real－time Communication System，一種適于高速伺服控制的網(wǎng)絡接口協(xié)議，于1995年成為IEC 1491國際標準)現(xiàn)場總線作為與數(shù)

14、字驅(qū)動單元的接口，采用Profibus現(xiàn)場總線等作為與I/O邏輯控制單元的接口。 </p><p><b>　　(2) 外部網(wǎng)絡 </b></p><p>　　外部網(wǎng)絡指的是數(shù)控系統(tǒng)與系統(tǒng)外的其他控制系統(tǒng)或外部上位計算機以網(wǎng)絡連接。通過網(wǎng)絡實現(xiàn)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(shù)服務，并提高機床生產(chǎn)率。網(wǎng)絡生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過企業(yè)內(nèi)

15、部網(wǎng)(Intranet)隨時監(jiān)視生產(chǎn)現(xiàn)場情況進行最優(yōu)計劃和調(diào)度；操作工人技藝數(shù)據(jù)庫將通過豐富經(jīng)驗和直覺形成的技藝數(shù)字化，不斷積累并與全公司共享，實現(xiàn)高效、高質(zhì)量加工，并依此創(chuàng)造新工藝、新知識和新訣竅；新的CAD/CAM系統(tǒng)可將CAD數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸こ绦?、工具清單、工藝卡和加工工藝圖樣，實現(xiàn)并行工程來縮短生產(chǎn)周期。此外通過因特網(wǎng)與外界聯(lián)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(lián)網(wǎng)，能將切削時間由

16、25%提升至65%。遠程診斷產(chǎn)品可以在個人電腦前輕松地操縱遠在車間里的機床設備，諸如編輯修改零件程序和PLC程序、監(jiān)控各軸當前狀態(tài)、進行文件傳輸?shù)?。不僅用于故障發(fā)生后對數(shù)控系統(tǒng)進行診斷，而且還可用作用戶的定期預防性診斷。 </p><p>　　4. 開放式網(wǎng)絡化數(shù)控平臺的基本結(jié)構(gòu) </p><p>　　開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)平臺由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)軟件包括實時操作系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、設

17、備驅(qū)動程序以及其他可供選擇的系統(tǒng)程序，如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)硬件包括組成系統(tǒng)的各種物理實體。系統(tǒng)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(qū)動程序使之與操作系統(tǒng)分隔。 </p><p>　　系統(tǒng)硬件各部分通過信息管理網(wǎng)絡和開放設備級網(wǎng)絡互連，傳遞命令和數(shù)據(jù)信息，并行完成數(shù)控任務。 </p><p>　　對于數(shù)控系

18、統(tǒng)硬件來講，開放性主要是指其計算機、網(wǎng)絡、伺服系統(tǒng)及 I/O邏輯控制等單元應該具有統(tǒng)一的標準，以實現(xiàn)互換性。要使其硬件具有互換性，全球所有數(shù)控系統(tǒng)制造商都認為應該采用現(xiàn)場總線技術(shù)。</p><p>　　5．開放式、網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的特點</p><p>　　開放式、網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的主要特徵，分別表現(xiàn)在功能模塊可用于不同控制系統(tǒng)的可移置性；功能相似模塊之間可互相替換，并可隨技術(shù)進步更新軟硬件的

19、可擴展性；有即插即用功能，根據(jù)需求變化，能方便有效地重新配置的可縮放性；使用標準I/O和網(wǎng)絡功能，容易實現(xiàn)與其他自動化設備互連的互操作性。圖1表  傳統(tǒng)專用數(shù)控系統(tǒng)與開放式數(shù)控系統(tǒng)之比較</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　6．開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)的應用 </p><p>　　近年來，我國相繼開發(fā)出了如華中Ⅰ

20、型、航天Ⅰ型、中華Ⅰ型、藍天Ⅰ型等數(shù)控系統(tǒng)。華中Ⅰ型以通用工業(yè)微機為硬件平臺，模塊化的開放式體系結(jié)構(gòu)，達到了國際先進水平，獲得了國家科技進步二等獎、國家教委科技進步一等獎，是目前獲得國家獎級別最高的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件平臺，已在DOS、Linux操作系統(tǒng)平臺開發(fā)成功。已經(jīng)開發(fā)出了車床、銑床、加工中心、仿形、軋輥磨、滾刀磨、拉刀磨、工具磨、凸輪軸磨床、非圓齒扇插齒機、齒條插齒機、弧齒錐齒輪銑齒機、鏜床、激光加工、玻璃機械、

21、紡織機械、醫(yī)療機械等30多個數(shù)控系統(tǒng)應用品種。這也證明華中數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)良的開放性和二次開發(fā)性。 </p><p>　　在國家 863計劃和科技攻關(guān)計劃多年連續(xù)的支持下，我國基本掌握網(wǎng)絡化數(shù)字化制造系統(tǒng)的基礎技術(shù)。如1999年在中國北京舉行的國際機床博覽會上，武漢華中數(shù)控股份有限公司率先推出了網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)原型機，實現(xiàn)了通過Intranet遠程操作控制異地數(shù)控機床。博覽會上，北京航空航天大學與北京市機電研究院合作，

22、展出了基于PC計算機和光纖數(shù)字通訊伺服技術(shù)(SERCOS)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，通過光纖同時控制1～8臺機床上的50個伺服軸和主軸，組成的柔性生產(chǎn)線示范系統(tǒng)，獲得國內(nèi)機床行業(yè)高度評價。在 2001年的北京國際機床博覽會上，華中數(shù)控與北京第一機床廠合作，展示了基于Internet的遠程故障診斷技術(shù)；與桂林機床股份有限公司合作，展出了由四臺機床聯(lián)網(wǎng)組成的遠程控制技術(shù)。這些都為網(wǎng)絡環(huán)境下數(shù)控系統(tǒng)的研究開發(fā)奠定了良好的基礎。又如華中數(shù)控在江蘇常柴股

23、份有限公司，將其模具車間的5臺加工中心和一臺仿形數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)，可在遠程異地設計、編程，然后通過Internet網(wǎng)絡傳送和共享零件加工程序，實現(xiàn)了CAD/CAM/CNC的網(wǎng)絡集成，大大提高了生產(chǎn)效率和設備的利用率。 </p><p>　　常柴股份有限公司的北廠模具車間有四臺數(shù)控機床采用了華中網(wǎng)絡式數(shù)控系統(tǒng)，所有機床通過內(nèi)部局域網(wǎng)(NT網(wǎng))連接。模具車間的NT 網(wǎng)絡上的服務器，通過Internet與5km外的常柴總廠

24、計算中心連接?？倧S計算中心由UGⅡ或其他 CAD/CAM軟件生成的數(shù)控程序可通過Internet和服務器傳送到任何一臺數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中。由于華中網(wǎng)絡CNC具有較大的內(nèi)存和外存空間，其資源可共享到計算機網(wǎng)絡上。因此，每臺配華中數(shù)控系統(tǒng)存儲器上的數(shù)控程序，可通過網(wǎng)絡共享到其他任何一臺華中數(shù)控系統(tǒng)上。這使得數(shù)字化仿形測量所生成的數(shù)控加工程序可共享到其他非仿型功能的數(shù)控機床上加工模具。由于計算機局域網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳送速度極快(約為10～100M

25、B/s以上，而DNC接口的速度約為9.6kB/s)，對于復雜模具的大容量程序的傳送速度非?？旖?、可靠。 </p><p>　　開放式網(wǎng)絡化數(shù)控在我國有以下幾個方面的切實應用需求： </p><p>　　(1) 網(wǎng)絡制造、全球制造：在新的制造模式下，通過數(shù)控系統(tǒng)的上網(wǎng)，可滿足未來制造企業(yè)在企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟過程中和制造系統(tǒng)重組過程中，通過網(wǎng)絡對外發(fā)布或允許外部了解自己的制造能力，甚至組成網(wǎng)上虛擬車

26、間(工廠)和電子商務，實現(xiàn)異地CAD/CAM/CNC 的網(wǎng)絡制造。 </p><p>　　(2) 大容量存儲資源共享：我國現(xiàn)有的大部分數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小，沒有網(wǎng)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)。而大型復雜模具加工程序量非常大，一般以1MB為計量單位。應用網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)即可在高速局域網(wǎng)上滿足CAD/ CAM系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)進行大容量信息的通信與交換的要求。 </p><

27、p>　　(3) 遠程監(jiān)控與診斷：當數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家可以通過Internet對用戶的數(shù)控系統(tǒng)進行快速診斷與維護，可以大大減少維護的盲目性，提高設備完好率。滿足用戶對數(shù)控機床的遠程故障監(jiān)控、故障診斷、故障修復的要求。 </p><p>　　(4)遠程操作和遠程培訓：通過把數(shù)控加工機床像辦公網(wǎng)絡中的共享打印機一樣共享到網(wǎng)絡上，滿足某些制造行業(yè)對加工設備遠程操作的要求(如火箭發(fā)動機裝藥后的整形加

28、工)以及遠程培訓的要求。 </p><p>　　7．數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 </p><p>　　國際上，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢正朝著高速度高精度化、高可靠性、多功能化、智能化、集成化、具有開放性、網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)、并聯(lián)機床及數(shù)控系統(tǒng)的方向發(fā)展。</p><p><b>　　8．結(jié)論 </b></p><p>　　開放式網(wǎng)絡化數(shù)控

29、系統(tǒng)能高起點提高我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平： </p><p>　　(1) 采用統(tǒng)一硬件平臺和軟件平臺的技術(shù)，其技術(shù)發(fā)展具有連續(xù)性和持續(xù)性。 </p><p>　　(2) 國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)生產(chǎn)廠家不必為基本硬件組件和軟件組件的開發(fā)生產(chǎn)重復投入過多的設備與資金，可以集中力量開發(fā)其專長的項目，以國內(nèi)總體的開發(fā)力量與國外大公司競爭，可以大幅度地提高國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的競爭力。 </p>&

30、lt;p>　　(3) 國內(nèi)主要數(shù)控廠家使用相同的基本硬件，可以提高硬件生產(chǎn)數(shù)量。適度規(guī)模生產(chǎn)可以大幅度降低數(shù)控系統(tǒng)的成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，增強產(chǎn)品的一致性。 </p><p>　　(4) 在開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)上，可以方便地增加智能化控制功能，提高我國數(shù)控系統(tǒng)的檔次。 </p><p>　　(5) 開放式網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)便于生產(chǎn)管理，可提高數(shù)控機床的生產(chǎn)。</p><

31、;p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 林勝 網(wǎng)絡化數(shù)控技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展——航空制造技術(shù)。2003 </p><p>　　[2] 王愛玲 現(xiàn)代數(shù)控機床.——北京：國防工業(yè)出版社。2003 </p><p>　　[3] 周德儉 使用PC的開放式計算機數(shù)控系統(tǒng)——CNC的發(fā)展方向.機電一體化。1997(7)</p&