于恩　李舟

本文對基于網(wǎng)絡的智能制造教學系統(tǒng)的分析，對系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能及主要支撐技術(shù)進行了說明，并對在實現(xiàn)網(wǎng)絡教學系統(tǒng)中的主要技術(shù)――數(shù)控系統(tǒng)的異構(gòu)組網(wǎng)方法進行了分析、說明。

隨著互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)和超級計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，機器人與人工智能技術(shù)在工程上的普遍使用，網(wǎng)絡化制造技術(shù)越來越受到世界范圍的重視。建立基于網(wǎng)絡的智能制造教學系統(tǒng)平臺與在教學中應用，對于提高學校的辦學能力，優(yōu)化與融合校內(nèi)的各類資源，提高辦學水平具有實際意義。

一、網(wǎng)絡的智能制造教學系統(tǒng)的目的、意義

建立基于網(wǎng)絡的智能制造教學系統(tǒng)，一方面可讓學生所學的機械設(shè)計、機械加工、技術(shù)檢驗知識相互聯(lián)系，了解工廠實際設(shè)計、加工中的生產(chǎn)環(huán)境，另一方面又可讓學生達到綜合應用所學各個課程知識，提高學生創(chuàng)新能力的目的。

網(wǎng)絡的智能制造教學系統(tǒng)的總體設(shè)計：

將分散于CAD/CAM、數(shù)控加工程序設(shè)計與實踐、公差配合與技術(shù)測量等課程的實驗設(shè)備，用網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)起來，實現(xiàn)可通過加工、檢驗發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題與改進方法，進而優(yōu)化設(shè)計、優(yōu)化加工工藝，使知識能得到綜合應用的目的，同時使在線檢驗的設(shè)備儀器要求高、成本高，學生不易掌握等問題通過配有電腦打印接口的測量平臺進行解決。形成加工、設(shè)計、檢驗參數(shù)的網(wǎng)絡化聯(lián)系與傳送，同時為今后的加工狀態(tài)實時監(jiān)測、機床狀態(tài)實時監(jiān)測等作技術(shù)準備。如下：

產(chǎn)品設(shè)計=數(shù)控加工=產(chǎn)品檢驗

網(wǎng)絡的智能制造教學系統(tǒng)建立后，學生實習的最直接效果是：

（1）提高了機床的利用率，改變了所有程序均在機床操作面板手工輸入與校驗，單人占用建立較長時間。聯(lián)網(wǎng)后，實現(xiàn)了NC程序的遠距離輸送，實習學生可在機房編程校驗，編程校驗完成后再到車間上機床操作，既提高了機床的利用率。

（2）可實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)復雜、數(shù)據(jù)量龐大時的程序傳輸與加工。避免了復雜程序輸入用U盤考入程序或用USB接口插拔方式讀入程序，保護了機床設(shè)備。

二、網(wǎng)絡智能制造教學系統(tǒng)的數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)方案

基于局域網(wǎng)的數(shù)控加工平臺的構(gòu)建是智能制造技術(shù)應用的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡化數(shù)控加工平臺的建立和運行需要大量技術(shù)的支持。相關(guān)的綜合技術(shù)主要包括：產(chǎn)品管理、基礎(chǔ)技術(shù)包括標準化技術(shù)、產(chǎn)品建模技術(shù)和知識管理技術(shù)等、支撐技術(shù)（如計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)）等。

計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工藝過程設(shè)計（CAPP）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等，是智能制造教學系統(tǒng)中的常用技術(shù)，對網(wǎng)絡數(shù)控加工平臺而言，關(guān)鍵的技術(shù)是計算機網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和機床聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

數(shù)控機床作為數(shù)控加工平臺中的最基礎(chǔ)硬件，對平臺建設(shè)起著非常關(guān)鍵的作用。學校建有機械制造綜合實驗室與加工車間，其中有華中數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控銑床3臺（HNC2IT）、華中數(shù)控世紀星數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床3臺、華中數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)的立式加工中心1臺、西門子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控銑床、數(shù)控車床各3臺。電火花、線切割、3D打印機等機床。校園網(wǎng)下的數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括：網(wǎng)絡服務器、CAD/CAM機房和數(shù)控機床組。數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)要達到的主要目的是：

通過與校園網(wǎng)聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)數(shù)控機床與CAD/CAM學生機之間的通訊，完成加工程序的傳輸：

（1）支持從機床端自動調(diào)用計算機內(nèi)的NC程序文件；可以遠程將多個數(shù)控程序打包并調(diào)用。

（2）支持數(shù)控機床的在線加工，并可實現(xiàn)多機床的同時在線加工，支持在線加工時的斷點續(xù)傳功能，支持DNC在線加工時子程序的在線調(diào)用。

（3）支持NC程序文件從機床端到計算機端的下載。

目前常見數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)方式有：

1.單串口設(shè)備服務器型：這種聯(lián)網(wǎng)方式的特點是：每臺串口數(shù)控設(shè)備上都分別裝有一臺單串口設(shè)備服務器，實現(xiàn)任意設(shè)備與以太網(wǎng)直接相聯(lián)，達到在以太網(wǎng)上的任意一臺計算機，都可以直接控制任意一臺數(shù)控設(shè)備。這種連接方式是典型的星型連接，即便單串口設(shè)備服務器發(fā)生故障，只會影響一臺設(shè)備。

2.多串口設(shè)備服務器型：這種聯(lián)網(wǎng)方式的特點是：采用一臺多串口設(shè)備服務器，實現(xiàn)多臺數(shù)控設(shè)備與以太網(wǎng)（Ethemet，IEEE的8023標準）的連接，這樣，在以太網(wǎng)上的任意一臺計算機，都可以直接控制該網(wǎng)絡的任意一臺機床。這種連接方式平均成本較低，靈活性好，因為任何一臺計算機都可以控制任意臺數(shù)控設(shè)備，具有較高的靈活性。但受RS232傳輸距離的限制。同時當多串口設(shè)備服務器發(fā)生故障時，會影響多臺設(shè)備。

3.使用機床自帶的網(wǎng)絡接口：本校中由于數(shù)控設(shè)備不一致，老式機床和新機床接口不一樣，有帶網(wǎng)絡接口，有帶RS232C、RS485接口的，存在著通信接口和通信協(xié)議不一致。而在不同實驗室的電火花、線切割和測量平臺使用RS232進行通訊，因此只能根據(jù)各個機床具體情況，采用不同接入方式的混合網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

三、網(wǎng)絡化數(shù)控加工平臺異構(gòu)系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)

針對目前數(shù)控設(shè)備的傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)品牌較雜、型號較多，檔次差別大，機床聯(lián)網(wǎng)困難等實際情況。國內(nèi)研究開發(fā)了多種機床通訊實現(xiàn)技術(shù)。如傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)上應用PLC與RS232通訊接口相結(jié)合的技術(shù)，采用MOXA C320Turbo卡（或其它多路串行通訊卡）插卡的方式與計算機連接，采用CAN總線與DNC卡實現(xiàn)機床與計算機連接，重慶大學開發(fā)了基于軟插件技術(shù)的EC104DNC集成控制系統(tǒng)等。帶串口服務器的DNC通訊接口模式是這些實現(xiàn)技術(shù)之一。

串口服務器的功能是將來TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包與串口數(shù)據(jù)流進行雙向解析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸。串口服務器完成的是一個面向連接的RS232鏈路和面向無連接以太網(wǎng)之間的通訊數(shù)據(jù)的存儲控制，系統(tǒng)對來自串口設(shè)備的串口數(shù)據(jù)流進行處理，并進行格式轉(zhuǎn)換，使之成為可以在以太網(wǎng)中傳播的數(shù)據(jù)幀，對來自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進行判斷，并轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送達響應的串口設(shè)備。它可將多個串口設(shè)備連接并能對串口數(shù)據(jù)流進行選擇和處理，把RS232接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化IP端口的數(shù)據(jù)，這樣就能夠?qū)鹘y(tǒng)的串行數(shù)據(jù)送上流行的IP通道，從而保留原有的不帶以太網(wǎng)模塊的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備，提高現(xiàn)有設(shè)備的利用率，簡化了布線。

實際應用中，串口服務器將具有TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口映射為一個標準串口，應用程序可以像對普通串口一樣對其進行收發(fā)和控制，因此，串口服務器在數(shù)控系統(tǒng)組網(wǎng)中的功能是把來自數(shù)控系統(tǒng)的信息與局域網(wǎng)上的任何一個計算機信息進行雙向傳輸，相當于局域網(wǎng)和串口設(shè)備的網(wǎng)關(guān)通過為串口服務器配置IP地址，使數(shù)控機床成為局域網(wǎng)中的一個節(jié)點，從而擁有局域網(wǎng)的部分功能，實現(xiàn)資源共享。通過該組網(wǎng)方式能夠?qū)⒉煌臄?shù)控系統(tǒng)，不同形式的串口（如RS232、RS485和RS422），連接到以太網(wǎng)上，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的異構(gòu)組網(wǎng)。

對于某些具備以太網(wǎng)接口的先進加工中心等數(shù)控設(shè)備和微機設(shè)備，可直接連接到網(wǎng)絡交換機；使用串行接口的數(shù)控設(shè)備，通過串口服務器（如MOXA Nport5210）轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口，然后連接到交換機。DNC服務器通過以太網(wǎng)交換機與底層的數(shù)控設(shè)備實現(xiàn)信息互通，從而實現(xiàn)服務器對數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制管理。而且還可以實現(xiàn)遠程信息的傳輸，適應了現(xiàn)代網(wǎng)絡制造教學的需要。

通過使用串中服務器，成功實現(xiàn)了數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡化制造模式作為一種先進制造模式，提供了制造企業(yè)在網(wǎng)絡環(huán)境下從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)制造的具體實現(xiàn)技術(shù)。

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基金項目：湖北民族學院科技學院院教學研究與改革項目，項目名稱：網(wǎng)絡制造的機加工實驗室設(shè)備配置與優(yōu)化，項目編號KJY201405.