面向智能制造的數控技術解決方案分析

面向智能制造的數控技術解決方案分析

實現智能數控的技術路線

圖1 CPS本質

在互聯網技術的推動下，越來越多的新興商業模式不斷涌現。其中最具代表性的就是“分享經濟”，它給我們帶來了基于分享模式的新業態，例如在汽車、房產等領域出現的APP打車、APP租房等互聯網的分享應用模式。在制造業，互聯網和新經濟模式如何落地？如何適應“分享經濟”將會成為一個重要的研究內容。

數控系統的開放互聯

從19世紀50年代第一臺數控系統出現到現代開放式數控系統，期間經歷了多次重大變化，但是這些變化都局限在單機的功能和單元技術的革新和升級。設備的聯網相關技術進展緩慢。

表2. 數控系統互聯方式的變化

2、防火墻穿透困難，OPC通信在跨越計算機邊界時很難完成，用戶需要在防火墻中打開很多端口才能夠讓DCOM通信穿越，這嚴重影響了整個網絡的安全性和可靠性。

3、對Web等互聯網應用的支持缺失，OPC無法支持互聯網，

4、數據結構支持弱，OPC無法支持類似結構化數據等復雜數據規范。

6、數據完整性無法確保，在通信中斷或者異常時，OPC協議并無法確保傳輸數據的準確送達，數據通信常常會因此損壞并無法找回。

針對上述缺點，第四階段的通訊設計出現了OPC UA和MTConnect等面向互聯網應用的協議設計。

圖2 OPC UA架構

MTConnect協議僅僅針對客戶端與設備的通訊進行了約定，但是并未對互聯網端的應用及其協調互通接口進行約定，其問題的根本與OPC UA一樣，本質上還是基于點對點的通訊問題解決，但是互聯網環境下的應用需求不僅僅局限于此。因而MTConnect的協議需要一套云端應用的規范來進行合理的補充，才能夠使得數控機床的互聯網應用得以真正順暢實現。

圖3 MTConnect架構

智能數控系統的發展

在工業4.0及“互聯網+”的背景下，數控系統的未來發展與競爭出現了新的變化，在中國更多的競爭將會聚焦在如何利用互聯網的優勢，讓數控系統的計算能力獲得無限擴展，并且通過對分享經濟等新興商業模式的理解，合理打造與之相適應的功能成為未來的重要趨勢。

1.數控系統智能化要求

圖4 數控機床智能化的需求

從制造技術本身來看，數控系統的智能化在如圖4的四個方面進行：操作智能化、加工智能化、維護智能化和管理智能化。

2.基于云平臺的數控系統

圖5 云端數控系統的概念

3.互聯網數控系統及其生態系統

在互聯網條件下，數控系統必須要成為一個能夠產生數據的透明的智能終端，讓制造過程及其全生命周期“數據透明”。通過智能終端的“透明”，實現制造過程的透明，不僅僅方便加工零件，同時產生服務于管理、財務、生產、銷售的實時數據，實現設備、生產計劃、設計、制造、供應鏈、人力、財務、銷售、庫存等一系列生產和管理環節的資源整合與信息互聯。

沈陽機床集團圍繞i5智能機床在世界上領先建立起了機床生態系統，圖6是i5智能機床關于數據產生和應用的示意圖，通過“透明”的i5智能系統，i5智能機床可以實時在線，為上述管理過程提供精準的數據依據，成為新制造業態的基礎。

圖6 i5智能機床的數據產生及應用

圖7 基于iSESOL實現的智能機床互聯網應用框架

iSESOL(i-Smart Engineering & Services Online，是沈陽機床旗下的公司研發的云制造平臺，例如云端產能分享平臺，用戶可以將閑置產能公示于iSESOL產能平臺，有產能需求的用戶無需購買設備即可快速獲得制造能力，通過這種方式產能提供方可以利用閑置產能獲得收益，產能需求方可以以較低的成本獲得制造能力，雙方通過分享獲得利益最大化。無疑，這種模式將會成為制造業互聯網+的一個重要形式。

4 結論和展望

機床數控系統的智能化與網絡化是大勢所趨，基于CPS的理念引導智能數控系統發展，通過網絡、平臺從整個系統的視角實現數控機床的智能化。

智能化的發展是一個循序漸進的過程，目前對智能化還有不同的理解，也沒有普遍適用的解決方案。數控機床商業模式的創新和真正落地運營就一定依賴于數控系統的智能化與網絡化。未來的數控系統將會越來越多地將互聯網的影響滲透到制造環節，通過數據的累積、傳輸和挖掘，將會誕生越來越多的智能化制造能力，透明和分享化將會為制造業帶來翻天覆地的變革。

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