面向智能制造的数控技术解决方案分析

面向智能制造的数控技术解决方案分析

实现智能数控的技术路线

图1 CPS本质

在互联网技术的推动下，越来越多的新兴商业模式不断涌现。其中最具代表性的就是“分享经济”，它给我们带来了基于分享模式的新业态，例如在汽车、房产等领域出现的APP打车、APP租房等互联网的分享应用模式。在制造业，互联网和新经济模式如何落地？如何适应“分享经济”将会成为一个重要的研究内容。

数控系统的开放互联

从19世纪50年代第一台数控系统出现到现代开放式数控系统，期间经历了多次重大变化，但是这些变化都局限在单机的功能和单元技术的革新和升级。设备的联网相关技术进展缓慢。

表2. 数控系统互联方式的变化

2、防火墙穿透困难，OPC通信在跨越计算机边界时很难完成，用户需要在防火墙中打开很多端口才能够让DCOM通信穿越，这严重影响了整个网络的安全性和可靠性。

3、对Web等互联网应用的支持缺失，OPC无法支持互联网，

4、数据结构支持弱，OPC无法支持类似结构化数据等复杂数据规范。

6、数据完整性无法确保，在通信中断或者异常时，OPC协议并无法确保传输数据的准确送达，数据通信常常会因此损坏并无法找回。

针对上述缺点，第四阶段的通讯设计出现了OPC UA和MTConnect等面向互联网应用的协议设计。

图2 OPC UA架构

MTConnect协议仅仅针对客户端与设备的通讯进行了约定，但是并未对互联网端的应用及其协调互通接口进行约定，其问题的根本与OPC UA一样，本质上还是基于点对点的通讯问题解决，但是互联网环境下的应用需求不仅仅局限于此。因而MTConnect的协议需要一套云端应用的规范来进行合理的补充，才能够使得数控机床的互联网应用得以真正顺畅实现。

图3 MTConnect架构

智能数控系统的发展

在工业4.0及“互联网+”的背景下，数控系统的未来发展与竞争出现了新的变化，在中国更多的竞争将会聚焦在如何利用互联网的优势，让数控系统的计算能力获得无限扩展，并且通过对分享经济等新兴商业模式的理解，合理打造与之相适应的功能成为未来的重要趋势。

1.数控系统智能化要求

图4 数控机床智能化的需求

从制造技术本身来看，数控系统的智能化在如图4的四个方面进行：操作智能化、加工智能化、维护智能化和管理智能化。

2.基于云平台的数控系统

图5 云端数控系统的概念

3.互联网数控系统及其生态系统

在互联网条件下，数控系统必须要成为一个能够产生数据的透明的智能终端，让制造过程及其全生命周期“数据透明”。通过智能终端的“透明”，实现制造过程的透明，不仅仅方便加工零件，同时产生服务于管理、财务、生产、销售的实时数据，实现设备、生产计划、设计、制造、供应链、人力、财务、销售、库存等一系列生产和管理环节的资源整合与信息互联。

沈阳机床集团围绕i5智能机床在世界上领先建立起了机床生态系统，图6是i5智能机床关于数据产生和应用的示意图，通过“透明”的i5智能系统，i5智能机床可以实时在线，为上述管理过程提供精准的数据依据，成为新制造业态的基础。

图6 i5智能机床的数据产生及应用

图7 基于iSESOL实现的智能机床互联网应用框架

iSESOL(i-Smart Engineering & Services Online，是沈阳机床旗下的公司研发的云制造平台，例如云端产能分享平台，用户可以将闲置产能公示于iSESOL产能平台，有产能需求的用户无需购买设备即可快速获得制造能力，通过这种方式产能提供方可以利用闲置产能获得收益，产能需求方可以以较低的成本获得制造能力，双方通过分享获得利益最大化。无疑，这种模式将会成为制造业互联网+的一个重要形式。

4 结论和展望

机床数控系统的智能化与网络化是大势所趋，基于CPS的理念引导智能数控系统发展，通过网络、平台从整个系统的视角实现数控机床的智能化。

智能化的发展是一个循序渐进的过程，目前对智能化还有不同的理解，也没有普遍适用的解决方案。数控机床商业模式的创新和真正落地运营就一定依赖于数控系统的智能化与网络化。未来的数控系统将会越来越多地将互联网的影响渗透到制造环节，通过数据的累积、传输和挖掘，将会诞生越来越多的智能化制造能力，透明和分享化将会为制造业带来翻天覆地的变革。

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