20世紀(jì)80年代以來(lái)，眾多國(guó)家都把先進(jìn)制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國(guó)家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，涌現(xiàn)出一批有代表性和影響力的制造模式及相關(guān)技術(shù)體系，有力地推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展。作為一個(gè)工業(yè)大國(guó)，我國(guó)的制造業(yè)正面臨來(lái)自發(fā)達(dá)國(guó)家加速重振制造業(yè)與發(fā)展中國(guó)家以更低生產(chǎn)成本承接國(guó)際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的“雙向擠壓”。在這種嚴(yán)峻形勢(shì)下，我國(guó)唯有加快研發(fā)智能制造技術(shù)，提高工業(yè)化水平，以此來(lái)應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)減弱的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的制造業(yè)技術(shù)正逐步向自動(dòng)化、信息化技術(shù)發(fā)展，通過(guò)高新技術(shù)改造制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是企業(yè)生存和發(fā)展的必要途徑，所以智能制造被越來(lái)越多的國(guó)家所提出或?qū)嵤?現(xiàn)代企業(yè)制造車間中絕大部分都是數(shù)控機(jī)床，但由于現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床種類繁多，并且不具備把內(nèi)部信息自動(dòng)輸出的功能，極容易形成“信息孤島”。

因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)據(jù)智能采集是建設(shè)數(shù)字化車間的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床信息采集系統(tǒng)的研發(fā)，將會(huì)促使企業(yè)的辦公、管理和生產(chǎn)趨于自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，從而達(dá)到加強(qiáng)企業(yè)管理、減少工作失誤、提高工作效率的目的，對(duì)數(shù)控機(jī)床利用率的提高、企業(yè)的發(fā)展均有重要意義。研究制造設(shè)備數(shù)據(jù)采集在機(jī)床監(jiān)管的自動(dòng)化，信息化和我國(guó)制造業(yè)發(fā)展十分重要。

1、數(shù)控機(jī)床信息采集系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外主要是針對(duì)SIEMENS系統(tǒng)和FANUC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集研究。因?yàn)橄鄬?duì)于其它系統(tǒng)而言，這兩種系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。

國(guó)外一般大型數(shù)控廠商的數(shù)控系統(tǒng)都開發(fā)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與之相配套。國(guó)內(nèi)由于數(shù)控系統(tǒng)還不是很成熟，目前的研究還主要集中在對(duì)國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集上，常用的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

由于機(jī)床的種類非常多，機(jī)床的數(shù)據(jù)采集方法不可能做到完全一致，要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集，就必須根據(jù)機(jī)床的不同類型設(shè)計(jì)出不同的采集方法。目前，數(shù)控機(jī)床的主要數(shù)據(jù)采集方式有如下三種。其中，一種是基于標(biāo)準(zhǔn)通信接口的數(shù)據(jù)采集方式，這種方式中，數(shù)控機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)通信接口主要是OPC接口、RS-232串口、DNC接口等接口。當(dāng)前，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床都帶有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，計(jì)算機(jī)可以直接通過(guò)這些接口與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行信息交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)采集。第二種是基于PLC(ProgrammableLogicControl)控制的數(shù)據(jù)采集方式，這種方式中，對(duì)于車間中一些老式的機(jī)床，本身不含有與外部通訊的接口，只能通過(guò)機(jī)床的電器電路以及機(jī)床內(nèi)部的PLC進(jìn)行機(jī)床信號(hào)的采集。這些信號(hào)可以通過(guò)外接PLC、數(shù)據(jù)采集卡等硬件來(lái)完成。上述基于數(shù)控機(jī)床電器電路及PLC的采集方法，在實(shí)際應(yīng)用中并不具有通用性。在現(xiàn)代企業(yè)車間，要實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須將這些方法綜合起來(lái)，靈活地運(yùn)用，這樣才能真正意義上實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造車間的數(shù)字化。第三種是基于硬件的數(shù)據(jù)采集方式，這種方式中，數(shù)據(jù)是通過(guò)采用數(shù)字量及模擬量的進(jìn)行采集，能夠?qū)C(jī)床的I/O信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)以此實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床狀態(tài)的監(jiān)控。

2、數(shù)控機(jī)床信息采集主要方式的對(duì)比分析

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的系統(tǒng)?，F(xiàn)對(duì)這些系統(tǒng)的采集方法進(jìn)行比較常見的數(shù)據(jù)采集軟件普遍都是數(shù)據(jù)采集軟件或系統(tǒng)二次開發(fā)軟件來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

2.1采用標(biāo)準(zhǔn)通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集方式

(1)基于數(shù)控機(jī)床的OPC(OLEforProcessCon-trol)接口數(shù)據(jù)采集文中英文簡(jiǎn)稱格式要一致。

西門子系列的高檔系統(tǒng)和FANUC系統(tǒng)都可以通過(guò)采用OPC的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。巴西圣保羅大學(xué)基于機(jī)床OPC接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的狀態(tài)信息采集遠(yuǎn)程訪問。德國(guó)約翰內(nèi)斯·海德漢博士公司研制的Heidenhain系統(tǒng)中大部分采用以太網(wǎng)對(duì)OPC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的王帥采用多線程與OPC技術(shù)作為信息采集的手段，在建立OPC客戶程序與數(shù)控設(shè)備的DCOM通訊連接的基礎(chǔ)上對(duì)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在采集中只需對(duì)OPC接口及采集軟件做相應(yīng)的配置即可，而無(wú)需額外添加硬件設(shè)備，并且這種方式能采集到機(jī)床幾乎所有的狀態(tài)信息。浙江大學(xué)付林云研發(fā)的基于OPC的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)床以太網(wǎng)口采集機(jī)床信息。南京工程學(xué)院李亞鵬通過(guò)利用C#編寫OPC客戶端程序，易控組態(tài)軟件作為OPC服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了客戶端程序?qū)σ卓豋PC服務(wù)器的訪問并且獲取了服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。這種采集方式的優(yōu)點(diǎn)是采集到數(shù)據(jù)比較多，缺點(diǎn)是對(duì)機(jī)床配置要求比較高，老式機(jī)床會(huì)受到限制。

(2)基于數(shù)控機(jī)床的DNC接口數(shù)據(jù)采集

這種采集方法主要是通過(guò)對(duì)機(jī)床系統(tǒng)或者電氣電路的特定部位設(shè)置采集點(diǎn)，測(cè)試出控制電路的電壓信號(hào)，通過(guò)對(duì)照檢測(cè)電壓信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)床狀態(tài)數(shù)據(jù)采集的功能。對(duì)于自帶DNC通訊接口的高檔數(shù)控，通過(guò)在DNC接口外接數(shù)據(jù)采集卡并運(yùn)行相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)采集功能。通過(guò)這種類型的DNC外接口，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床加工信息的實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程控制，并可以實(shí)時(shí)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、刀具使用壽命等信息進(jìn)行采集。日本mori-seiki公司研制的MORI-NETGlobalEdition信息采集軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制等，并把各種加工信息及采集的輔助信息能夠分享或者上傳至網(wǎng)上。南京航空航天大學(xué)武國(guó)峰通過(guò)外接數(shù)據(jù)采集卡的方式利用DNC實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)、完工零件等信息的采集。

(3)基于數(shù)控機(jī)床的RS-232串口數(shù)據(jù)采集

這種采集方法主要是通過(guò)RS-232串口在數(shù)控機(jī)床的控制程序里加入特定的宏程序指令，通過(guò)對(duì)返回的狀態(tài)信息，如機(jī)床刀具坐標(biāo)、加工狀態(tài)、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等信息的實(shí)時(shí)采集。日系數(shù)控系統(tǒng)，如MAZAK，三菱M70系列等采用系統(tǒng)廠商的數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，均能采集比較多的數(shù)據(jù)。大多支持串口編寫宏程序，因而可使用宏程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。北京華洋宏軟件公司研制的DNC-NET軟件。該采集方式的優(yōu)點(diǎn)是適用于老式的機(jī)床;缺點(diǎn)是機(jī)床輸出的數(shù)據(jù)類型有限，想要對(duì)操作狀態(tài)，監(jiān)控等信息輸出較為困難，尤其是當(dāng)機(jī)床處在非加工狀態(tài)時(shí)，就不能采集到機(jī)床狀態(tài)信號(hào)。其次，機(jī)床輸出數(shù)據(jù)有延時(shí)，不能夠?qū)崟r(shí)顯示機(jī)床的運(yùn)作狀態(tài)。并且，采集需要要在加工程序中加入采集指令，程序編制復(fù)雜、較為麻煩。因此，宏程序數(shù)據(jù)采集一般只運(yùn)用于老式機(jī)床數(shù)據(jù)采集。

2.2采用PLC控制方式對(duì)機(jī)床的數(shù)據(jù)采集方式

這種采集方式主要是通過(guò)機(jī)床的電器電路以及機(jī)床內(nèi)部的PLC進(jìn)行機(jī)床信號(hào)的采集。如美國(guó)PredatorSoftware軟件技術(shù)公司研發(fā)的蓋勒普系統(tǒng)MDC(ManufacturingDataCollection&StatusManage-ment)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并在分析管理之后，將信息存儲(chǔ)在Access，SQL和Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)中，能通過(guò)數(shù)控設(shè)備PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，Siemens、Fanuc、Heidenhain等多種型號(hào)控制系統(tǒng)均可被采集。

由于數(shù)控機(jī)床多用PLC控制，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)快捷、高效的時(shí)代下，PC-PLC網(wǎng)絡(luò)成為數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的一個(gè)研究方向。中國(guó)計(jì)量學(xué)院的王國(guó)強(qiáng)利用SiemensPLC設(shè)計(jì)監(jiān)管機(jī)床運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床信息采集。但是由于數(shù)控機(jī)床的封閉性，為保證機(jī)床的正常工作需要熟悉每一臺(tái)機(jī)床的PLC.實(shí)際應(yīng)用中將很難直接從PLC讀取機(jī)床的各種信息，這種采集方式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)人機(jī)單元沒有要求;缺點(diǎn)是需要對(duì)每一臺(tái)機(jī)床的PLC都比較熟悉，以保證機(jī)床的正常工作。而且Siemens和FANUC數(shù)控機(jī)床自帶的信息采集及檢測(cè)軟件價(jià)格相對(duì)昂貴。

2.3基于數(shù)控機(jī)床的硬件數(shù)據(jù)采集方式

這種數(shù)據(jù)采集方式是通過(guò)采用數(shù)字量及模擬量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，能夠?qū)C(jī)床的I/O信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)以此實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床狀態(tài)的監(jiān)控。南京航空航天大學(xué)的徐永樂數(shù)控機(jī)床信息采集系統(tǒng)以ARM9為硬件平臺(tái)，通過(guò)開發(fā)I/O接口電路，實(shí)現(xiàn)機(jī)床側(cè)信號(hào)到ARM端信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這種采集方式的優(yōu)點(diǎn)是不受系統(tǒng)的限制，使用范圍廣;缺點(diǎn)是采集的數(shù)據(jù)少，當(dāng)變動(dòng)程序時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)線路也將會(huì)隨之改動(dòng)，較為麻煩。

通過(guò)對(duì)上述三種采集方法的介紹可以得知，每種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但也有其局限性。在選擇方案的時(shí)候必須充分考慮機(jī)床的型號(hào)與所配有的通信接口以及所需要采集的信號(hào)種類。

如表1所示是對(duì)上述幾種信息采集方法的比較.

3、數(shù)控機(jī)床信息采集方式的發(fā)展趨勢(shì)

在工業(yè)4.0發(fā)展和《中國(guó)制造2025》的大前景下，國(guó)外很多企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化車間管理和機(jī)床信息采集進(jìn)行了研究開發(fā)，如德國(guó)Siemens公司研制的MCIS(MotionControlInformationSystem)運(yùn)動(dòng)控制信息系統(tǒng)采集軟件，丹麥CIMCO公司研制的MDC-Max6信息采集軟件，美國(guó)上升科技公司研制的extremeDNC信息采集軟件。相較于國(guó)外的機(jī)床信息管理系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)在這方面還處于起步階段，我國(guó)市場(chǎng)上較為成熟的機(jī)床采集系統(tǒng)還較少，與國(guó)外產(chǎn)品相比仍有許多不足之處。比較有代表性的有北京機(jī)床研究所研發(fā)的DNC系統(tǒng)，北京蘭光創(chuàng)新科技的CIMCO-DNC系統(tǒng)等，九思易的自動(dòng)化監(jiān)控與信息管理平臺(tái)等。

德國(guó)工業(yè)4.0等發(fā)展策略推動(dòng)著智能制造，機(jī)械制造技術(shù)等核心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變革，影響著制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也影響著機(jī)床信息采集的發(fā)展趨勢(shì)，主要發(fā)展趨勢(shì)為：

(1)提高數(shù)控設(shè)備利用率，減少了數(shù)控設(shè)備可加工時(shí)間的相對(duì)浪費(fèi);

(2)通過(guò)智能化加工控制，對(duì)加工過(guò)程中外部變量進(jìn)行采樣監(jiān)控，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)的自動(dòng)修正與補(bǔ)償。

4、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)工業(yè)大國(guó)，機(jī)床信息采集的發(fā)展對(duì)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。加快推進(jìn)機(jī)床信息采集技術(shù)的研發(fā)是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。與國(guó)外相比，我國(guó)現(xiàn)階段成熟的信息采集系統(tǒng)還較少，研制出適合國(guó)情的數(shù)控信息采集系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)資源共享和對(duì)數(shù)控設(shè)備的重組，并能提高數(shù)控機(jī)床使用效率，這是今后發(fā)展的重要趨勢(shì)。

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