1 引 言随着各种计算机辅助设计 /制造 (ＣＡＤ/ＣＡＭ)系统的完善与发展 ,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复杂零件加工Ｇ代码程序量一般以兆字节 (ＭＢ)为计量单位 ,如一个普通的柴油机缸体模具的程序量就达几十兆 ,而我国大部分正在使用的数控系统的内存只有 10 0多千字节 (ＫＢ)。对于复杂零件的大容量程序 ,用户一般不得不另配 1台微机进行ＤＮＣ控制 ,或只能将其分割成若干小容量的程序块 ,然后依次输入到数控系统中 ,这种方法不仅非常繁琐 ,且在背景干扰强烈的工厂环境中易对数据传输产生干扰。因此 ,如果恶劣环境厂房中的数控加工系统具有网络功能 ,并能共享远程环境洁静的办公中的大容量数据资源 ,如硬盘、磁盘存储列阵等多种海量数据存储器 ,远程计算中心的ＣＡＤ/ＣＡＭ系统只需将其生成的庞大的Ｇ代码加工程序通过网络传输给加工设备 ,并存储在本地硬盘中 ,然后即可由数控加工系统读取硬盘中的该Ｇ代码 ,进行零件加工 ;数控系统也可以直接通过网络读取远程数据存储媒介中的大型程序 ,这将大大提高数控系统对大容量数控程序的控制能力 ,具有重大的实用价值。更进一步 ,通过远程监控 ,可分别运行数控机床的各个单元部件或让机床控制运行 ,再调用数控专家诊断系统 ,以判断哪个单元部件发生故障 ,这样就可实现远程诊断功能。这种控制方式特别适合于应用开放式数控系统的数控加工设备。2 网络技术的突出优势网络技术目前已逐步成为现代信息技术的主流 ,在制造业中的表现尤为引人注目。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和Ｉｎｔｒａｎｅｔ是目前网络技术应用的 2个重点。Ｉｎｔｒａｎｅｔ的主要特点 :首先 ,它是局域网 ,它既可以通过接入的方式成为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的一部分 ,也可以独立自成体系 ,这和Ｉｎ ｔｅｒｎｅｔ就有了本质的差别。其次 ,Ｉｎｔｒａｎｅｔ的技术基础是ＷＷＷ技术。ＷＷＷ技术自问世以来 ,很快发展成为兼有很多ｌｎｔｅｒｎｅｔ服务功能的集合体 ,其最大的优点在于它的协议和技术标准的公开性 ,可同时支持多种机型和操作系统平台。3 华中网络数控系统的研究现在国内外制造业的研究大都集中于企业重组、并行工程、虚拟制造、敏捷制造等各种先进制造概念和方法 ,偏重于企业管理、技术管理等方面 ,注意力还没有集中到研究这些先进制造环境中的基本单元———网络化开放式数控系统本身。对此 ,华中数控提出利用基于进程的面向对象Ｐｅｔｒｉ网理论对网络环境下的开放式数控系统体系结构 ,如各软硬件模块之间的拓扑结构、各模块的过程视图、数据视图、联结视图等 ,进行自顶向下的建模研究与分析。并开发出相应的网络化数控系统以应用于铣、车等机床 ,为各种先进制造环境中数控系统的研究与开发奠定理论基础并提供基本的技术基础。如各软硬件模块之间的拓扑结构、各模块的过程视图、数据视图、联结视图等 ,进行自顶向下的建模研究与分析。基于进程的面向对象高层Ｐｅｔｒｉ网 (简称ＰＮ)理论 ,学者们普遍认为它是描述离散事件动态系统的有力工具。ＰＮ网具有 2个重要的特点 :(1)它能对具有并行 (ｐａｒａｌｌｅｌｉｓｍ)、并发 (ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｙ)、同步 (ｓｙｎ ｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ)、资源分享 (ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｈａｒｉｎｇ)等特性建立模型并使之形象化 ;(2 )其理论结果十分丰富 ,这些网的性质曾得到广泛的研究 ,且仍然被广泛地研究着。用ＰＮ建立的制造系统模型有以下特点 :首先它是以图形方式描述的系统 ,易于理解 ,但相应于图形描述又有较严密的数学解析理论支撑 ,故可以方便地分析制造系统的有关解析特性 ;它既能刻划制造系统中的物料流 ,又能描述其信息流 ;既可用其研究制造系统的静态特性 ,可研究其动态特性。通过面向对象技术与ＰＮ网技术相结合 ,使它们对真实世界离散对象的自然模拟 ,容易被人理解与接受。面向对象技术一般将真实对象模拟为数据结构及其行为封装在一起的离散对象 ,而在ＰＮ网看来 ,这些对象就是网中的令牌。因此 ,该理论特别适用于对数控系统体系结构进行自顶向下的建模研究与分析 ,其建立的模型很自然地满足网络数控系统的开放性、层次性和系统生成的自动性。通过其建立的模型 ,利用ＰＮ理论 ,还可以对数控系统进行可靠性分析 ,指导网络数控系统体系结构的研究与开发。4 华中网络数控系统的实现方案(1)计算中心———加工设备方式是由企业计算中心的ＣＡＤ/ＣＡＭ系统生成设备加工所需的程序代码 ,通过网络将程序传输到加工设备所在的当地局域网上或该设备上 ,该加工设备的数控系统直接读取加工程序 ,进行加工。该方式主要是针对当数控加工现场不具备大型的ＣＡＤ/ＣＡＭ软硬件时 ,对大型、复杂零件或模具等的计算机编程和设计能力短缺的解决方案之一 ,这也是企业级计算中心的计算能力通过网络的延伸 ,并在数控系统上得到体现。目前武汉华中数控有限公司已实现了采用计算机中心———加工设备方式进行远程Ｇ代码的传输以及远程加工。(2 )现场数据生成———计算中心———加工设备方式是由加工现场的数据采集设备 ,如仿形铣床、三坐标测量机等 ,对被测量零件进行数据采集 ,并在仿形铣床的数控系统中进行初步处理 ,然后通过网络传输到企业计算中心的大型ＣＡＤ/ＣＡＭ系统中 ,对被仿零件的数据进行加工、更改。在生成合适的加工代码后 ,再传输回加工现场的加工设备上 ,加工出与被仿形零件相同或改进的工件。这种方式使得加工现场拥有了从数据采集、计算到加工的能力 ,从而使企业对市场的反应速度大大增加。常柴集团在利用华中数控系统对包括仿形铣床在内的设备进行改造后不久 ,承接了一套广东的大型模具加工 ,该厂正是利用上述方式和数字化仿形技术 ,完成了该模具的加工 ,当月就收回了仿形设备的改造费用。(3)基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的网络加工和故障诊断该方式可以将处在不同地域的生产现场实时、不间断的联系在一起。设计、制造、装配可以在不同的地点,维修、服务也可以足不出户。例如华中数控公司为常柴集团进行数控改造 ,可以通过网络对常柴集团的数控系统进行软件升级、维护 ,解决一些比较复杂的问题。而其他客户也可以通过网络将生产数据、规格等参数传给模具生产商 ,实现远程制造。机床数控系统的网络化 ,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令 ,为数控系统生产厂家提供远程诊断与维护。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。更进一步地 ,甚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 ,一个教室只要有 1～ 2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。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良好的技术条件。5 华中网络数控系统的软硬件平 台华中网络数控系统是在工业微机上开发的具有网络功能的开放式数控系统。硬件平台采用通用工业微机,通过并行口与机床相连 ;在ＰＣ总线上能够连接网卡等微机外设。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 ,具有很好的开放性。该系统的软件平台的环境与结构 ,如图 1所示。分为以下 2层。图 1 华中网络数控系统的软件平台环境与结构(1)底层———网络数控内核。它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。网络数控内核的各模块都具有自诊断功能 ,并与网络模块集成在一起 ,便于向网络环境传送数控系统的各种状态信息。(2 )上层———网络数控集成开发环境。它集成了数控系统的标准控制过程和特殊控制过程 ;用户可根据系统生成规范所提供的生成方法 ,方便地生成各类专用数控系统。该系统具有以下优点 :①由于采用通用工业微机 ,数控系统可靠性有了切实保障 ;②微机的各种外部设备可直接用于该系统 ,如显示卡、网卡、ＲＳ 2 32接口、软硬驱动器等 ;③通用微机软件与硬件资源丰富 ,开发环境非常方便、友好 ,用户可自行开发各种数控机床应用系统。例如 ,华中数控系统有限公司与常州柴油机厂合作 ,仅用半年时间 ,就将电液仿形铣床改造成为带网络功能的数控仿形铣床 ,利用这台数控仿形铣床 ,可以控制多台没有仿形功能的普通数控铣床 ,进行仿形加工 ;④该系统可以方便地与ＣＡＤ/ＣＡＭ/ＣＡＱ系统、数字化测量系统、智能化故障诊断与误差补偿系统集成 ;⑤支持远程诊断与远程机床共享。要使我国现有机床具有网络功能 ,可根据机床具体情况 ,利用华中数控系统进行机床数控改造。目前有 3种改造方法 :①对现有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 ;②利用机床已有的ＲＳ 2 32接口 ,配上网络功能接口 ;③将纸带输入接口 ,改造成为具有网络功能的ＲＳ 2 32接口或通用网络接口。6 华中网络数控的实现及应用实例一个完善的网络数控系统是集生产管理、工艺设计、设备调度、ＤＮＣ网络控制为一体的具有开放式体系结构的集成化生产管理系统,在数控网络系统中 ,可以有效利用企业局域网乃至广域网进行信息共享 ,实现企业的经营管理