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一、引言

随 着全球自由贸易体制的逐步建立和完善以及世界大市场的形成，国际间的经济贸易往来与合作变得越来越密切和频繁，这使得制造业也走向国际化合作道路，促使网 络化制造日益兴起。在网络化制造模式中，当顾客提出产品订单时，地理分布不同的盟员企业结成动态联盟，利用自己的优势技术和设备，分工协作来进行生产设 计。基于Internet/Intranet的网络化全球制造已经成为未来制造系统的发展趋势。

二、网络化数控技术国内外现状

2.1开放结构的发展

2.2 CNC系统的网络化

三、数控系统的发展历程

第一个阶段：NC(逻辑数字控制)阶段，这个阶段数控系统的发展经历了三个时代，即电子管时代、晶体管时代和中小规模集成电路时代。

第二个阶段：CNC（计算机数字逻辑控制）阶段，这是第四代数控系统；从1974年微处理器开始用于数控系统，数控系统发展到第五代，经过几年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高，自70年代末到整个80年代，数控技术在全世界范围内得到了大规模的发展和应用，实际上到20世纪末至迄今为止，在生产中使用的数控系统大多数都是第五代数控系统。从90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展速度突飞猛进，个人计算机即PC机的发展尤为突出，在软硬件以及外围器件等各个方面的进展日新月异，计算机所用芯片的集成化程度越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大、中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现，在美国首先出现了所谓在PC机平台上开发的数控系统，即PC数控系统，也就是我们现在说的第六代数控系统。四、数控技术发展趋势

4.1功能发展方向

(l)用户界面图形化

用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前工NTERNET、 虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。柔性用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于 蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

(2)科学计算可视化

科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文

字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

(3)插补和补偿方式多样化

多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

(4)内装高性能PLC

数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

(5)多媒体技术应用

多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文

字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

4.2结构体系发展方向

(l)模块化、专门化与个性化 为了适应数控机床多品种、小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，做成标准化系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。个性化是近几年来特别明显的发展趋势。

(2)开放化采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。基于PC的第六代方向发展所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程和联网通信等问题。由原有的系统承担数控的任务，PC机所具有的友好的人机界面将普及到所有的数控系统，远程通讯等，远程诊断和维修将更加普遍。日本、欧盟和美国等针对开放式的CNC，正在进行前后台标准的研究。

第二节 网络数控加工技术组成

一、网络化数控加工的基础工作

网络化数控加工基础工作如图1所示。它考虑网络化产品加工所需要的最底层作业，不考虑数控加工中包含的物理因素，如物料流、产品数据管理、切削力及振动、磨损及精度等.只有在网络化环境中实现数控加工的基础工作，才有可能进行其它作业的网络化研究.基础工作主要实现以下目标：

(1)将产品几何造型动态地发布于网上，使用户方便、快捷、准确地浏览到自己所需的设计，并可以进行交互修改。

(2)实现工艺参数网上优化功能，分别以精度和加工速度为优化目标建立优化模型，确定切削用量。

(3)根据a、b结果自动生成NC代码和走刀轨迹，实现NC代码自动生成及异地传输，用于产品的加工。

(4)应用虚拟制造技术与网络结合，实现数控加工过程仿真，可以异地验证NC代码的正确性。。

(5)通过以上工作进行现场实例加工。

(6)上述环节如出现疑义，可通过网上交流模块进行相互协商。

二、实例

1.产品几何造型的网络制作.采用Pro/E软件实现铣削加工产品的3D几何造型，嵌入VRML浏览器形式，浏览Pro/E导出的WRL图形文件.为顺利实现WRL文件的Web浏览，必须安装VRML浏览器VRM LZC或Cosmo Player。使用VRML2C浏览工具实现的产品图形Web浏览页，它可以在网页中通过使用四周的按钮进行产品图形的平移、旋转、模拟摄像机的变焦和平转等操作。

2. 走刀轨迹的网络制作.使用Pro/E庄软件实现产品加工的走刀轨迹，然后将其转换成位图格式，使用网页中插入图像方法实现走刀轨迹的Web发布与浏览。

3. NC加工的网络制作.使用Pro/E软件实现产品加工3D几何仿真图形，并将其转换成Web支持的位图动画.采用媒体的屏幕捕捉技术，抓取Pro/E环境下CAM系统中的产品加工过程，形成avi视频文件，嵌入所设置的网页中，完成NC加工仿真的网络浏览，可用于加工轨迹的网上校验。

4. 网上交流.使用上传和下载技术完成网上交流.作为客户端的用户在访问上述Web页时，一定会出现与自己设计方案不相符的地方，需要及时沟通.用户可以瞬时捕捉CAD/CAM图形Web页，在上面完成自己的标注或建议，根据自己需要将标识过的文件保存，然后进行网上传递，完成快速交流。

第三节 网络数控加工信息的集成

一、引言

在制造加工业，新技术的方向是建立在Internet/Intranet基 础上透明的开放式商业运作，用以取代传统的卖方驱动体系。这需要建立一种按照市场驱动需求，具有快速响应机制的网络化制造模式，以充分利用企业制造资源和 社会制造资源。数控设备作为一种重要的制造资源，为了适应网络化制造，需要把与数控设备相关的加工信息集成在一个统一的Web平台下，实现数控加工信息的网络化集成。

二、 CAD/CAM系统集成

1、CAD/CAM集成系统的结构类型

传统型系统：这类系统开发较早，如：I-DEAS、UG-Ⅱ、CADAM、CATIA、CADDS等较著名的软件。这类软件专业功能强，由于开发之初硬件环境、设计思想和设计方法的局限性，使这些系统不太容易适应高度集成化的要求。　

改进型系统：这类系统是80年代发展起来，如：CIMPLEX、Pro/ENGINEER等。这类系统某些自动化程度高，如：参数化特征设计、系统数据与文件管理、数控加工程序的自动生成等，但仍缺乏对数据交换和共享信息集成要求的支持。　

数据驱动型系统：这是正在发展中的新一代CAD/CAM集成系统。其基本出发点是着眼产品整个生命周期，寻求产品数据完全实现交换和共享的途径，以期在更高的程度和更宽的范围实现集成。主要途径是采用STEP产品数据交换标准，逐步实现统一的系统信息结构设计和系统功能设计。

2、CAD/CAM集成方法

CAD/CAM的几种集成方法：

(1)基于专用接口的CAD/CAM集成

在所有CAD/CAM集成方法中，基于专用接口的集成是最原始的一种。对于专用接口，可以从两方面来理解，一是被集成的系统之间没有任何联系，必须专门开发接口使两个不同的系统间接地进行沟通；二是系统开发商自行开发的专用接口，专为解决自家系列产品之间的信息交换。

(2) 基于STEP的CAD/CAM集成

STEP（Standard for the Exchange of Product data）标准,该标准提供一种不依赖于具体系统的中性机制，它规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品全部生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法、组装分解顺序、检验测试等必要的信息定义和数据交换的外部描述。因而STEP是基于集成的产品信息模型。

(3) 基于数据库的CAD/CAM集成

　CAD/CAM集成系统通常采用工程数据库。事实上由于工程数据库在存储管理大量复杂数据方面具有独到之处，使得以工程数据库核心构建的CAD/CAM集成系统得到了广泛应用。其系统构造示意如图所示，从产品设计到制造的所有环节都与工程数据库有数据交换，实现了数据的全系统的共享。

San \ PDM与CAD/CAM的集成

PDM以其对产品生命周期中信息的全面管理能力，不仅自身成为CAD/CAM集成系统的重要构成部分，同时也为以PDM系统作为平台的CAD/CAM集成提供了可能。用发展的观点看，这种系统具有很好的应用前景。

(1)CAM与PDM的集成

由于CAM与PDM系统之间只有刀位文件、NC代码、产品模型等文档信息的交流，所以CAM与PDM之间采用应用封装来满足二者之间的信息集成要求。

(2)CAPP与PDM的集成

CAPP与PDM之间除了文档交流外，CAPP系统的运行还需要从PDM系统中获取设备资源信息、原材料信息等。而CAPP产生的工艺信息，为了支持与MRP-II或车间控制单元的信息集成，也需要分解成基本信息单元（如工序、工步等）存放于工艺信息库中，供PDM与MRP-II集成之用。所以CAPP与PDM之间的集成需要接口交换，既在实现应用封装的基础上，进一步开发信息交换接口，使CAPP系统可通过接口从PDM中直接获取设备资源、原材料信息的支持，并将其产生的工艺信息通过接口直接存放于PDM的工艺信息库中。由于PDM系统不直接提供设备资源库、原材料库和工艺信息库，因此需要用户利用PDM的开发工具自行开发上述库的管理模块。

(3)CAD与PDM的集成

CAD与PDM的集成是PDM实施中要求最高、难度最大的一环。其关键在于需保证CAD的数据变化与PDM中的数据变化的一致性。从用户需求考虑,CAD与PDM的集成应达到真正意义的紧密集成。CAD与PDM的应用封装只解决了CAD生产的文档管理问题。零部件描述属性、产品明细表则需要通过接口导入PDM。同时，通过接口交换，实现PDM与CAD系统间数据的双向异步交换。但是，这种交换仍然不能完全保证产品结构数据在CAD与PDM中的一致性。所以要真正解决这一问题，必须实现CAD与PDM之间的紧密集成，即在CAD与PDM之间建立共享产品数据模型，实现互操作，保证CAD中的修改与PDM中的修改的互动性和一致性，真正做到双向同步一致性。目前，这种紧密集成仍有一定的难度，一个PDM系统往往只能与一两家CAD产品达到紧密集成的程度。

四、基于Ethernet的DNC系统

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