在自動化設(shè)備工業(yè)4.0及“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下,數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展與競爭出現(xiàn)了全新的改革,在中國更多的競爭將會聚焦在如何利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢,讓數(shù)控系統(tǒng)的計算能力獲得無限擴展,并且通過對分享經(jīng)濟等新興商業(yè)模式的理解,合理打造與之相適應(yīng)的功能成為未來的重要趨勢。
1.數(shù)控系統(tǒng)智能化要求
數(shù)控機床智能化的需求
從制造技術(shù)本身來看,數(shù)控系統(tǒng)的智能化在如圖4的四個方面進行:操作智能化、加工非標自動化、維護智能化和管理智能化。
機床在加工過程中通過采用各種傳感器,借助實時監(jiān)控和補償技術(shù),進一步提高機床的性能。日本馬扎克、大隈等公司在智能化方面提供了許多先進的技術(shù),如主軸抑振、智能防碰撞等功能。沈陽機床i5數(shù)控提供了基于特征的編程和圖形化診斷等功能。
2.基于云平臺的數(shù)控系統(tǒng)
在云計算的基礎(chǔ)上德國斯圖加特大學(xué)提出“全球本地化(glocalized)”云端數(shù)控系統(tǒng),其概念,從圖中可見,傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的人機界面、數(shù)控核心和PLC都移至云端,本地僅保留機床的伺服驅(qū)動和安全控制,在云端增加通信模塊、中間件和以太網(wǎng)接口,通過路由器與本地數(shù)控系統(tǒng)通信。這樣一來,在云端有每一臺機床的“數(shù)字孿生(Digital Twin)”,在云端就可進行機床的配置、優(yōu)化和維護,極大方便了機床的使用。實現(xiàn)所謂的控制器即服務(wù)CaaS(Control as a Service)。
云端數(shù)控系統(tǒng)的概念
數(shù)字孿生是指特定物理對象的數(shù)字鏡像,包括描述其幾何、材料、組件和行為的設(shè)計規(guī)范和工程模型以及其所代表實體特有的生產(chǎn)和運營數(shù)據(jù),成為形影不離的“伴侶”,是物理對象屬性及狀態(tài)的新和準確的實時鏡像,包括形狀、位置、狀態(tài)和運動。機床的數(shù)字孿生可在多個信息域同時存在,有多個“化身”,在產(chǎn)品設(shè)計階段承擔方案論證、結(jié)構(gòu)和功能驗證以及性能參數(shù)優(yōu)化的作用;在構(gòu)建工廠的規(guī)劃階段參與完成布局規(guī)劃、系統(tǒng)優(yōu)化模擬仿真等工作;在運行階段進行加工狀態(tài)判斷和預(yù)測,實現(xiàn)機床的智能控制和預(yù)防性維護,直到產(chǎn)品報廢終結(jié),甚至在其后還存在。
3.互聯(lián)網(wǎng)數(shù)控系統(tǒng)及其生態(tài)系統(tǒng)
在互聯(lián)網(wǎng)條件下,數(shù)控系統(tǒng)必須要成為一個能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)的透明的智能終端,讓制造過程及其全生命周期“數(shù)據(jù)透明”。通過智能終端的“透明”,實現(xiàn)制造過程的透明,不僅僅方便加工零件,同時產(chǎn)生服務(wù)于管理、財務(wù)、生產(chǎn)、銷售的實時數(shù)據(jù),實現(xiàn)設(shè)備、生產(chǎn)計劃、設(shè)計、制造、供應(yīng)鏈、人力、財務(wù)、銷售、庫存等一系列生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)的資源整合與信息互聯(lián)。
提供針對不同設(shè)備的數(shù)據(jù)字典映射統(tǒng)一不同設(shè)備的訪問方式,云端APP只需通過標準的服務(wù)或者參數(shù)命名即可訂閱各類事件和數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)統(tǒng)一的設(shè)備訪問。最終用戶可以通過不同的終端安裝APP實現(xiàn)對設(shè)備的各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在這個平臺下建立的產(chǎn)能協(xié)同生態(tài)系統(tǒng)目前已接入機床幾千臺,目前日常聯(lián)機接入二千五百臺左右。
機床數(shù)控系統(tǒng)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化是大勢所趨,基于CPS的理念引導(dǎo)智能數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展,通過網(wǎng)絡(luò)、平臺從整個系統(tǒng)的視角實現(xiàn)數(shù)控機床的智能化。
智能化的發(fā)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(shù)控機床商業(yè)模式的創(chuàng)新和真正落地運營就一定依賴于數(shù)控系統(tǒng)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化。未來的數(shù)控系統(tǒng)將會越來越多地將互聯(lián)網(wǎng)的影響滲透到制造環(huán)節(jié),通過數(shù)據(jù)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(yè)帶來翻天覆地的變革。