智能數控機床與編程 課件 第2章 智能數控系統

第2章智能數控系統

2.1智能數控系統的實施需求

2.2智能數控系統體系結構

2.3智能數控系統實現方案

2.4智能數控系統的數據訪問

2.5智能數控系統案例

2.6本章小結

思維導圖

（1）掌握智能數控系統的實施需求；（2）了解智能數控系統的體系結構；（3）掌握智能數控系統的實現方案；（4）聯系實際了解智能數控系統的數據訪問方式。

學習目標§2.1智能數控系統體系結構

一、系統需滿足開放性要求二、系統需滿足實時性要求三、系統需滿足數據接口及信息傳遞要求四、系統需滿足人工智能與加工知識模型融合要求一、系統需滿足開放性要求傳統的數控系統大多采用封閉式體系結構，系統的軟硬件結構、交互方式各不相同，系統之間的不兼容嚴重制約了系統的功能擴展。智能數控系統的軟、硬件模塊是需要機床制造商和用戶針對機床不同應用而自行添加的，這就要求數控系統的架構具有開放性，能夠在原有系統內靈活增加智能模塊。開放式體系結構是實現數控系統智能化的基礎。二、系統需滿足實時性要求數控系統是一種典型的實時多任務系統，數控系統必須在規(guī)定的時間內完成控制任務的處理以及對外部事件的響應。數控系統的很多任務，如加減速運算、插補運算及位置控制等，都是實時性很強的任務，如不能在規(guī)定周期內完成插補計算或位置控制任務，加工過程就會出現斷續(xù)和停頓，從而影響工件加工質量并減少刀具使用壽命。用戶通過操作面板發(fā)出的急停指令，必須在給定的最短時間內作出響應，否則就會危及設備及人身安全。要實現在線智能控制，系統必須滿足實時性要求。三、系統需滿足數據接口及信息傳遞要求由于G/M代碼只能實現單向信息傳遞，使用G/M代碼作為上層CAX與執(zhí)行層CNC的數據接口，不僅流失了大量的有用信息，而且無法實現雙向數據交換，使得CNC變成加工現場的信息孤島，更是成為數控系統智能化的瓶頸。一種兼容于STEP標準的編程接口被推出，命名為STEP-NC。STEP-NC以面向對象的數據模型為基礎，包含了零件的幾何信息和制造信息，信息不但更加完整而且可以雙向傳遞。由于STEP-NC只定義了制造特征和工步等通用信息，而沒有嚴格的刀具路徑信。STEP-NC為數控系統提供了產品信息和加工信息傳輸的載體，使得CAD/CAM系統能夠與CNC系統集成，為數控系統的智能化提供了實現基礎。四、系統需滿足人工智能與加工知識模型融合要求人工智能技術如專家系統、模糊控制、人工神經網絡、遺傳算法等研究的不斷深人，將推動數控系統智能化水平的不斷提高。傳統的數控系統利用數據流驅動系統正常工作，但缺乏足夠的“智力”。其原因是數控系統掌握的相關知識太少，很難在現場加工過程中做出聰明決策。制造過程中充斥著各種各樣的大量知識，而這些知識的表達、存儲方式又千差萬別。數控系統智能水平的高低，取決于人工智能技術的發(fā)展程度以及加工知識庫的完備程度?！?.1智能數控系統體系結構

智能數控系統應該能夠自我識別并與制造體系中的其他系統進行通信，能夠自主對加工過程進行監(jiān)控和優(yōu)化，能夠對加工操作的結果進行檢查和評價，能夠根據所積累的加工經驗對未來的加工進行優(yōu)化。為此，智能數控系統應滿足以下基本要求：1）系統需滿足開放性要求2）系統需滿足實時性要求3）系統需滿足數據接口及信息傳遞要求4）系統需滿足人工智能與加工知識模型融合要求§2.2智能數控系統體系結構

從端的角度劃分，智能數控系統的體系結構包含本地端NC、移動端NC、云端NC三部分。其中本地端NC包括傳統數控系統硬件平臺、軟件平臺，為智能數控機床提供基礎；云端NC包括基于NC-Link協議的數控設備互聯互通，為車間產線數據傳輸提供支持；移動端NC包括基于手機、平板設備的通訊，為實現設備的線上監(jiān)控與調度提供保障。智能數控系統體系結構§2.3智能數控系統實現方案智能數控系統將數控機床從被動的“動作執(zhí)行者”向自主的“任務承擔者”轉變，數控系統的智能化涵蓋四個方面的功能特征：自主感知與連接、自主學習與建模、自主優(yōu)化與決策、自主控制與執(zhí)行，其實現方案如圖所示智能數控系統控制原理

(1)基于NCUC實現內部設備互聯和內外數據同步。NCUC總線是進行高速實時通信的工業(yè)現場總線，用于將數控裝置、I/O從站和伺服從站通過以太網的拓撲串聯起來，因此NCUC總線是數控系統級的內部互聯協議。(2)基于NC-Link的同構、異構系統混聯。實現智能制造的重要前提之一就是設備的互聯互通。§2.4智能數控系統的數據訪問§2.5智能數控系統案例

沈陽機床集團的i5數控系統是在PC平臺上開發(fā)的新一代開放式數控系統，也是我國第一個由機床制造商自主開發(fā)的數控系統。i5功能模塊的圖形界面§2.5智能數控系統案例

i5運用網絡化和智能化制造的理念，按照機床制造商和最終用戶的需求，將面向特征的編程功能和工藝支持集成到數控系統上，具有豐富的人機界面功能、三維圖形輔助編程、加工仿真模擬等功能。i5數控系統的特征編程本章小結：

本章介紹了智能數控系統的實施需求，包括開放性要求、實時性要求、數據接口及信息傳遞要求、工智能與加工知識模型融合要求等；介紹了智能數控系統體系結構，從數字化、網絡化、平臺化三方面描述體系結構的特征；從自主感知與連接、自主學習與建模、自主優(yōu)化與決策、