開放的CNC技術(shù)

逯野

傳統(tǒng)的CNC的封閉已經(jīng)越來越不能滿足今天的客戶需求，開放架構(gòu)是未來的發(fā)展趨勢(shì)。

一、傳統(tǒng)的CNC和機(jī)器人系統(tǒng)都是專用系統(tǒng)

對(duì)于傳統(tǒng)的CNC和機(jī)器人系統(tǒng)而言，有幾點(diǎn)特殊的需求使得其本身相較于通用的機(jī)器控制系統(tǒng)構(gòu)成特殊性，首先：由于本身涉及軟件算法的復(fù)雜性，使得其控制器本身的開發(fā)必須較之其它機(jī)器需要更高的復(fù)雜算法設(shè)計(jì)與處理能力，其次，本身對(duì)于運(yùn)動(dòng)軸控制的響應(yīng)速度的要求，使得其對(duì)通信總線較之其它行業(yè)更高。再者，為了畫面功能的設(shè)計(jì)和控制的執(zhí)行，通常會(huì)使用控制器和基于Windows的顯示終端，而這些需求，對(duì)傳統(tǒng)意義的PLC、基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的HMI、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)均無法滿足，這使得CNC和機(jī)器人的控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上就與通用的控制系統(tǒng)如PLC和IPC有較大的不同，因此，其屬于專用的處理系統(tǒng)。

二、在現(xiàn)有系統(tǒng)解決新需求所遇到的困難

生產(chǎn)本身在精度和速度方面提出了更高的需求，這僅僅是變化的一部分，更為重要的在于IT技術(shù)所帶來的革命性影響，這表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）設(shè)備與管理系統(tǒng)的集成

隨著CIMS、ERP技術(shù)等在汽車、電子與半導(dǎo)體、電梯、重工機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，數(shù)控加工單元、機(jī)器人系統(tǒng)必須融入到生產(chǎn)中，而不能孤立的一個(gè)單元，訂單所生成的加工信息可以通過垂直的以太網(wǎng)下發(fā)到每個(gè)加工單元，并將生產(chǎn)及工藝、品管數(shù)據(jù)回饋以利于生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度，這使得需要設(shè)備更為開放的集成如以太網(wǎng)技術(shù)、OPC-UA、ActiveX以及新的圖形接口技術(shù)，這些，提出了更為全新的需求：

（二）更為專業(yè)化的機(jī)器應(yīng)用

工件的加工變得更為復(fù)雜和專業(yè)化，不同的領(lǐng)域所需的工件加工千變?nèi)f化，而且，為了提高效率必須將不同的加工集于一體，這樣才能實(shí)現(xiàn)更為高效的生產(chǎn)。

（三）更為個(gè)性化的客戶需求

設(shè)備的功能變得更為復(fù)雜，當(dāng)客戶想在原有系統(tǒng)之外增加兩個(gè)液壓運(yùn)動(dòng)控制的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的系統(tǒng)無法處理，如果需要有一個(gè)機(jī)器人與這個(gè)折彎機(jī)配合的時(shí)候怎么辦？在現(xiàn)有的系統(tǒng)里，這只能靠幾個(gè)不同的系統(tǒng)通過物理的連接，而無法統(tǒng)一的總線來實(shí)現(xiàn)功能性對(duì)接，即便可以，也會(huì)是系統(tǒng)最為不可靠的地方。

三、開放的IT技術(shù)給控制帶來的便利

現(xiàn)代的PLC技術(shù)充分享用了IT技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)與理念，這包括了處理器技術(shù)、芯片技術(shù)、軟件組件技術(shù)（COM）、數(shù)字圖形處理技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)、Internet技術(shù)，它帶給了現(xiàn)代控制哪些改變？

（一）加工能力的提高

由于新的處理器技術(shù)使得傳統(tǒng)的PLC也能勝任CNC和機(jī)器人算法的設(shè)計(jì)能力，如基于RTOS的貝加萊PCC技術(shù)，可以運(yùn)行SoftCNC技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在100uS的任務(wù)等級(jí)，基于PC+RTOS的架構(gòu)的使得同時(shí)可以處理多個(gè)CNC通道的高速同步，實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)如POWERLINK、SERCOSIII等使得高速的數(shù)據(jù)交換成為可能，這使得CNC軸之間的同步達(dá)到更高水平，這也使得加工的精度和速度得以大幅提升。

（二）生產(chǎn)效率的提升

生產(chǎn)效率的提升不僅表現(xiàn)在加工速度和精度，也表現(xiàn)在生產(chǎn)聯(lián)線的輔助加工，如刀具的自動(dòng)更換與研磨、輸送通道的集成、液壓支撐或變位機(jī)的配合、機(jī)器人的搬運(yùn)與輸送、加工位置變換等這些集成到生產(chǎn)主機(jī)系統(tǒng)中，并與生產(chǎn)訂單、物流系統(tǒng)的集成，使得整個(gè)生產(chǎn)效率大幅提升。

（三）運(yùn)營與維護(hù)的成本

1.新的遠(yuǎn)程診斷技術(shù)基于IT的VNC Server、Web Server以及數(shù)據(jù)與程序下載的FTP技術(shù)，都被集成到了現(xiàn)有的貝加萊系統(tǒng)中，這使得設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)與診斷變得比以往更為容易。

2.早期維護(hù)技術(shù)，通過B&R的ConMon系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備的關(guān)鍵部件安裝了振動(dòng)檢測(cè)、溫度、電流等與設(shè)備故障相關(guān)的傳感器后，不同以往，設(shè)備的故障診斷可以在早期被發(fā)現(xiàn)，從而避免事后已造成損壞的更換，或者基于預(yù)防性維護(hù)對(duì)于設(shè)備使用價(jià)值的浪費(fèi)。

（四）開發(fā)成本

如何提供更開放的功能封裝以滿足行業(yè)個(gè)性化開發(fā)需求？如何滿足集成的開發(fā)需求，以便在機(jī)器與機(jī)器之間形成架構(gòu)內(nèi)的集成而非簡(jiǎn)單的物理連接與軟件的連接，使得功能在相互之間受到限制。

開放架構(gòu)的解決在于：

1.基于模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件，以及全新的軟件技術(shù)設(shè)計(jì)，更為開放的CNC功能塊、庫、PLCopen庫、C++庫可以被集成到系統(tǒng)中來。

2.仿真與建模，工藝的仿真如MATLAB/Simulink可以對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，但基于仿真又可以降低系統(tǒng)的測(cè)試成本，使得優(yōu)化的控制器快速的實(shí)現(xiàn)原型設(shè)計(jì)，基于MATLAB/Simulink代碼自動(dòng)生成的軟件功能可以直接運(yùn)行于B&R X20 PCC及其它對(duì)象APC和Power Panel系列上。

3.三維、管理軟件集成，基于Open GL圖形接口、ActiveX、DCOM、.Net技術(shù)的接口也應(yīng)該能夠被集成于系統(tǒng)而連接更為開放的應(yīng)用，未來，甚至像Andriod、iPhone一樣的HMI設(shè)計(jì)軟件，使得機(jī)器的操作更為直觀和高效。

四、開放是未來的必然

開放是基于技術(shù)基礎(chǔ)，而非市場(chǎng)的宣傳，這是貝加萊的最大優(yōu)勢(shì)，在Euroblech 2012上，來自TRUMPF和AMADA等廠商開始展示基于貝加萊開放架構(gòu)的金屬加工站，例如Trumpf的TrueBend Cell 7000系列，將SCARA機(jī)器人、輸送、六自由度機(jī)器人、折彎機(jī)集成于一個(gè)體系下，僅需一個(gè)控制器即可控制多個(gè)機(jī)器的同步動(dòng)作，尤其是在機(jī)器人與折彎的配合方面，完全內(nèi)部的軟件功能關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，多臺(tái)加工單元被視為一個(gè)整體，而非幾個(gè)不同的連接—這是關(guān)鍵與核心，只有這樣的系統(tǒng)才是最高效和最具柔性的，AMADA LaserBend也采用了來自貝加萊的系統(tǒng)，它將激光切割、折彎與自動(dòng)刀庫融為一體，由一個(gè)控制器可以實(shí)現(xiàn)控制。

開放才是未來CNC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。