智能数控机床与编程 课件 第2章 智能数控系统

第2章智能数控系统

2.1智能数控系统的实施需求

2.2智能数控系统体系结构

2.3智能数控系统实现方案

2.4智能数控系统的数据访问

2.5智能数控系统案例

2.6本章小结

思维导图

（1）掌握智能数控系统的实施需求；（2）了解智能数控系统的体系结构；（3）掌握智能数控系统的实现方案；（4）联系实际了解智能数控系统的数据访问方式。

学习目标§2.1智能数控系统体系结构

一、系统需满足开放性要求二、系统需满足实时性要求三、系统需满足数据接口及信息传递要求四、系统需满足人工智能与加工知识模型融合要求一、系统需满足开放性要求传统的数控系统大多采用封闭式体系结构，系统的软硬件结构、交互方式各不相同，系统之间的不兼容严重制约了系统的功能扩展。智能数控系统的软、硬件模块是需要机床制造商和用户针对机床不同应用而自行添加的，这就要求数控系统的架构具有开放性，能够在原有系统内灵活增加智能模块。开放式体系结构是实现数控系统智能化的基础。二、系统需满足实时性要求数控系统是一种典型的实时多任务系统，数控系统必须在规定的时间内完成控制任务的处理以及对外部事件的响应。数控系统的很多任务，如加减速运算、插补运算及位置控制等，都是实时性很强的任务，如不能在规定周期内完成插补计算或位置控制任务，加工过程就会出现断续和停顿，从而影响工件加工质量并减少刀具使用寿命。用户通过操作面板发出的急停指令，必须在给定的最短时间内作出响应，否则就会危及设备及人身安全。要实现在线智能控制，系统必须满足实时性要求。三、系统需满足数据接口及信息传递要求由于G/M代码只能实现单向信息传递，使用G/M代码作为上层CAX与执行层CNC的数据接口，不仅流失了大量的有用信息，而且无法实现双向数据交换，使得CNC变成加工现场的信息孤岛，更是成为数控系统智能化的瓶颈。一种兼容于STEP标准的编程接口被推出，命名为STEP-NC。STEP-NC以面向对象的数据模型为基础，包含了零件的几何信息和制造信息，信息不但更加完整而且可以双向传递。由于STEP-NC只定义了制造特征和工步等通用信息，而没有严格的刀具路径信。STEP-NC为数控系统提供了产品信息和加工信息传输的载体，使得CAD/CAM系统能够与CNC系统集成，为数控系统的智能化提供了实现基础。四、系统需满足人工智能与加工知识模型融合要求人工智能技术如专家系统、模糊控制、人工神经网络、遗传算法等研究的不断深人，将推动数控系统智能化水平的不断提高。传统的数控系统利用数据流驱动系统正常工作，但缺乏足够的“智力”。其原因是数控系统掌握的相关知识太少，很难在现场加工过程中做出聪明决策。制造过程中充斥着各种各样的大量知识，而这些知识的表达、存储方式又千差万别。数控系统智能水平的高低，取决于人工智能技术的发展程度以及加工知识库的完备程度。§2.1智能数控系统体系结构

智能数控系统应该能够自我识别并与制造体系中的其他系统进行通信，能够自主对加工过程进行监控和优化，能够对加工操作的结果进行检查和评价，能够根据所积累的加工经验对未来的加工进行优化。为此，智能数控系统应满足以下基本要求：1）系统需满足开放性要求2）系统需满足实时性要求3）系统需满足数据接口及信息传递要求4）系统需满足人工智能与加工知识模型融合要求§2.2智能数控系统体系结构

从端的角度划分，智能数控系统的体系结构包含本地端NC、移动端NC、云端NC三部分。其中本地端NC包括传统数控系统硬件平台、软件平台，为智能数控机床提供基础；云端NC包括基于NC-Link协议的数控设备互联互通，为车间产线数据传输提供支持；移动端NC包括基于手机、平板设备的通讯，为实现设备的线上监控与调度提供保障。智能数控系统体系结构§2.3智能数控系统实现方案智能数控系统将数控机床从被动的“动作执行者”向自主的“任务承担者”转变，数控系统的智能化涵盖四个方面的功能特征：自主感知与连接、自主学习与建模、自主优化与决策、自主控制与执行，其实现方案如图所示智能数控系统控制原理

(1)基于NCUC实现内部设备互联和内外数据同步。NCUC总线是进行高速实时通信的工业现场总线，用于将数控装置、I/O从站和伺服从站通过以太网的拓扑串联起来，因此NCUC总线是数控系统级的内部互联协议。(2)基于NC-Link的同构、异构系统混联。实现智能制造的重要前提之一就是设备的互联互通。§2.4智能数控系统的数据访问§2.5智能数控系统案例

沈阳机床集团的i5数控系统是在PC平台上开发的新一代开放式数控系统，也是我国第一个由机床制造商自主开发的数控系统。i5功能模块的图形界面§2.5智能数控系统案例

i5运用网络化和智能化制造的理念，按照机床制造商和最终用户的需求，将面向特征的编程功能和工艺支持集成到数控系统上，具有丰富的人机界面功能、三维图形辅助编程、加工仿真模拟等功能。i5数控系统的特征编程本章小结：

本章介绍了智能数控系统的实施需求，包括开放性要求、实时性要求、数据接口及信息传递要求、工智能与加工知识模型融合要求等；介绍了智能数控系统体系结构，从数字化、网络化、平台化三方面描述体系结构的特征；从自主感知与连接、自主学习与建模、自主优化与决策、