引自：《智能制造裝備基礎(chǔ)》（作者：吳玉厚、陳關(guān)龍、張珂、趙德宏、鞏亞東、劉春時(shí)）

「 1. 基本概念 」

數(shù)字控制系統(tǒng)（numerical control system）是指根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。自20世紀(jì)50年代起，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了多次變革，目前已進(jìn)入第七代，如圖1所示。

圖1 數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)更新歷程

智能制造裝備數(shù)控系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的數(shù)字控制系統(tǒng)，它與智能元器件、智能化軟件平臺等共同使裝備實(shí)現(xiàn)智能化，除能控制機(jī)械設(shè)備的動作外，還具有預(yù)測、感知、分析、推理、決策等功能，可實(shí)現(xiàn)加工優(yōu)化、實(shí)時(shí)補(bǔ)償、智能測量、遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷。在裝備數(shù)控化的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步提高裝備的生產(chǎn)效率、制造精度，降低能源資源消耗。

智能制造系統(tǒng)為分布式自主制造系統(tǒng)，其由若干智能系統(tǒng)組成。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)不同細(xì)化層次，智能系統(tǒng)劃分為不同級別，各系統(tǒng)間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同。數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖2所示，目前主要分為4種結(jié)構(gòu)形式：專用CNC+PC機(jī)、工業(yè)PC機(jī)+運(yùn)動控制卡、全軟件型及基于總線形式的數(shù)控系統(tǒng)。其中，工業(yè)PC機(jī)+運(yùn)動控制卡的開放性及性能較好。

圖2 數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成

未來智能制造裝備數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具備以下能力：

（1）能夠感知自身狀態(tài)和加工能力并能自我標(biāo)定；

（2）能夠監(jiān)視和優(yōu)化加工過程，并對加工質(zhì)量進(jìn)行評估；

（3）具有自主學(xué)習(xí)能力；

（4）能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)床，機(jī)床與機(jī)床間的互聯(lián)互通。

智能數(shù)控系統(tǒng)具有“四化”特征：

（1）多功能化（multi-functional）——多軸聯(lián)動，曲面直接插補(bǔ)（SDI），3D刀補(bǔ)，多種工藝方法控制，復(fù)合加工工藝控制（包括增材制造過程控制）等；

（2）集成化（integrated）——CAD/CAM/CMM，STEP-NC，伺服總線，運(yùn)動軸和加工過程先進(jìn)控制，有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)，工藝仿真/工藝數(shù)據(jù)庫等；

（3）智能化（smart）——工件/刀具識別，狀態(tài)檢測，自適應(yīng)控制，幾何/溫度自動補(bǔ)償，實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測，在位快速測量，遠(yuǎn)程控制等；

（4）綠色化（green）——輕量化結(jié)構(gòu)，運(yùn)行過程優(yōu)化/能效管理，綠色切削，模塊化可重構(gòu)。

「 3. 數(shù)控裝備智能編程與工藝優(yōu)化 」

智能制造裝備數(shù)控系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)平臺支撐下，可在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)真正的智能工藝規(guī)劃，可分析加工要求，參照機(jī)床自身參數(shù)，智能匹配大數(shù)據(jù)平臺中的最優(yōu)工藝流程和加工參數(shù)，取代CAM設(shè)計(jì)人員，并在加工過程中不斷記錄加工參數(shù)和結(jié)果，更新工藝數(shù)據(jù)庫。

「 4. 智能制造裝備數(shù)控系統(tǒng)云服務(wù) 」

云服務(wù)（cloud service）：面向客戶端，通過云計(jì)算，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把大量可擴(kuò)展的、彈性的IT相關(guān)能力作為一種服務(wù)提供給多個(gè)客戶。

數(shù)控系統(tǒng)云服務(wù)實(shí)際就是將數(shù)控系統(tǒng)、并行信息處理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制等技術(shù)融合，涉及數(shù)控加工、協(xié)同制造管理、并行控制、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制、信號處理等領(lǐng)域。采用云服務(wù)，數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線誤差綜合補(bǔ)償控制、CAD/CAPP/CAM/CNC集成、交互式協(xié)同等功能。

云服務(wù)用于數(shù)控加工設(shè)備的控制，其特征在于：該云數(shù)控系統(tǒng)包括云控制核心節(jié)點(diǎn)、云測控子節(jié)點(diǎn)、微調(diào)驅(qū)動單元、實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)和在線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。其中，云控制核心節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作和主控功能，還實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的信號處理、組合控制和復(fù)合控制算法的運(yùn)算與控制指令輸出，遠(yuǎn)程通信、協(xié)調(diào)管理操作功能。云測控子節(jié)點(diǎn)主要完成各種部件的運(yùn)行狀態(tài)信號檢測和微調(diào)控制信號的產(chǎn)生，同時(shí)接受云控制核心節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)、管理、控制指令，其中一部分子節(jié)點(diǎn)根據(jù)具體需要配合云控制核心節(jié)點(diǎn)完成核心的實(shí)時(shí)控制功能實(shí)現(xiàn)，各獨(dú)立的云測控子節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)其內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系實(shí)現(xiàn)合理連接，實(shí)現(xiàn)交互式協(xié)作測控功能。微調(diào)驅(qū)動單元接受云測控子節(jié)點(diǎn)的指令，完成對各自針對數(shù)控加工設(shè)備內(nèi)部部件的微調(diào)控制執(zhí)行操作。實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成云控制核心節(jié)點(diǎn)內(nèi)部、云控制核心節(jié)點(diǎn)與云測控子節(jié)點(diǎn)之間、云測控子節(jié)點(diǎn)之間的在線數(shù)據(jù)傳遞功能。在線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完成云控制核心節(jié)點(diǎn)與外部相關(guān)組件之間的通信功能。

1）云服務(wù)整體架構(gòu)

云服務(wù)提供：面向云服務(wù)消費(fèi)者，提供登錄界面和訪問；根據(jù)云服務(wù)資源狀況和消費(fèi)者需求，包裝云服務(wù)資源；對云服務(wù)的消費(fèi)設(shè)立服務(wù)等級，按需消費(fèi)；管理云消費(fèi)者狀態(tài)和請求。

云服務(wù)管理：運(yùn)行云計(jì)算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，保障云架構(gòu)的穩(wěn)定和可靠性。

云服務(wù)資源：軟件服務(wù)（software as a service）、平臺服務(wù)（platform as a service）、基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)（infrastructure as a service）、云儲存。