七十年代以后，隨著數(shù)控機(jī)床(CNC)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的存貯容量和計(jì)算速度都大為提高，DNC的含義由簡(jiǎn)單的直接數(shù)字控制發(fā)展到分布式數(shù)字控制。它不但具有直接數(shù)字控制的所有功能，而且具有系統(tǒng)信息收集、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視以及系統(tǒng)控制等功能。八十年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和CIMS技術(shù)的發(fā)展，DNC的內(nèi)涵和功能不斷擴(kuò)大，與六、七十年代的DNC相比已有很大區(qū)別，它開始著眼于車間的信息集成，針對(duì)車間的生產(chǎn)計(jì)劃，技術(shù)準(zhǔn)備，加工操作等基本作業(yè)進(jìn)行集中監(jiān)控與分散控制，把生產(chǎn)任務(wù)通過局域網(wǎng)分配給各個(gè)加工單元，并使之信息相互交換。而對(duì)物流等系統(tǒng)可以在條件成熟時(shí)再擴(kuò)充，既適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境，提高了生產(chǎn)率，又節(jié)省了成本。

如上圖所示構(gòu)成DNC系統(tǒng)的主要組成部分有:中央計(jì)算機(jī)及外圍存儲(chǔ)設(shè)備、通信接口、機(jī)床及機(jī)床控制器。由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，從大容量的存儲(chǔ)器中取回零件程序并把它傳遞給機(jī)床。然后在這兩個(gè)方向上控制信息的流動(dòng)，在多臺(tái)計(jì)算機(jī)間分配信息，使各機(jī)床控制器能完成各自的操作。最后由計(jì)算機(jī)監(jiān)視并處理機(jī)床反饋。其中解決計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的信息交換和互聯(lián)，是DNC的核心問題。它與FMS(柔性制造系統(tǒng))的主要差別是沒有自動(dòng)化物流輸送系統(tǒng)，因而成本低，容易實(shí)現(xiàn)。由于它可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)NC(數(shù)控)程序的直接裝載和靈活存儲(chǔ)，因此能:

● 消除程序讀入裝置維護(hù)所需的費(fèi)用;

● 減少程序輸入的錯(cuò)誤;

● 簡(jiǎn)化NC程序的管理;

● 便于進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和監(jiān)控。

目前，DNC系統(tǒng)的研究尚存在以下有待解決的技術(shù)問題:①DNC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的開放性不強(qiáng)。國(guó)內(nèi)大部分DNC系統(tǒng)局限于單一供應(yīng)商的制造設(shè)備，平臺(tái)之間可移植性差，不同應(yīng)用程序互操作能力有待提高，不利于系統(tǒng)集成;②DNC系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)多為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式，或采用局域網(wǎng)加點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式，不能很好地解決通信競(jìng)爭(zhēng)問題; ③DND系統(tǒng)與NCP和CAD的接口功能還很弱;④DNC系統(tǒng)控制軟件可重用性不強(qiáng)，需要進(jìn)行面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本文提出了基于CORBA(通用對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu))的車間層控制系統(tǒng)中DNC系統(tǒng)，給上述問題以很好的解答，并實(shí)現(xiàn)了軟件的編制及聯(lián)機(jī)調(diào)式。

DNC系統(tǒng)是基于CORBA車間層控制系統(tǒng)的一個(gè)功能單元，現(xiàn)在的企業(yè)面對(duì)的是一個(gè)多變的需求環(huán)境，因而車間層控制系統(tǒng)面對(duì)的加工任務(wù)也是多變的。這種變化包括生產(chǎn)零件的品種、類型、規(guī)格、產(chǎn)量和交貨期等多個(gè)因素的變化以及加工工藝路線隨生產(chǎn)任務(wù)的不同而變化等。這就需要一個(gè)在時(shí)間和空間上都開放的車間層控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以運(yùn)行于不同硬件環(huán)境的異構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，同時(shí)又能適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，容納新設(shè)備的增加。

在基于CORBA的車間層控制系統(tǒng)中，構(gòu)造車間信息集成和共享的公共平臺(tái)是核心問題之一，我們采用基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的分布式控制平臺(tái)(如 Orbix)，既可以將傳統(tǒng)的遞階控制結(jié)構(gòu)變換成更適合信息集成的分布或控制結(jié)構(gòu)，又可適應(yīng)不同產(chǎn)品制造過程(離散制造或連續(xù)制造)中統(tǒng)一的生產(chǎn)管理和組織要求。

車間層控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為三層:底層為系統(tǒng)支持層，由分布式計(jì)算環(huán)境和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)兩個(gè)子層構(gòu)成，提供底層的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)等系統(tǒng)級(jí)功能;中間層為開放式分布處理層，提供統(tǒng)一的集成通信服務(wù)，由開放式分布處理平臺(tái)和應(yīng)用程序接口組成，最上層為信息集成層，支持多客戶/服務(wù)器的分布式多數(shù)據(jù)庫集成系統(tǒng)，將現(xiàn)有的應(yīng)用和數(shù)據(jù)信息集成到系統(tǒng)中。為實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)的分布、數(shù)據(jù)庫的分布以及系統(tǒng)功能的分布，提出的車間層控制系統(tǒng)軟件采用基于 CORBA規(guī)范的分布式對(duì)象體系結(jié)構(gòu)。

CORBA規(guī)范主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)軟件總線結(jié)構(gòu)。所謂軟件總線的功能，就是起到類似于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件總線的作用，只要將應(yīng)用模塊按總線規(guī)范作成軟插件，插入總線即可實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)軟件總線的核心系統(tǒng)稱為ORB(對(duì)象請(qǐng)求代理器)，它不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的OMG對(duì)象模型，還具有分布進(jìn)程管理和通信管理功能。此外， CORBA定義了IDL(Interface Definition Language)語言，以描述軟件總線上的插銷。IDL提供了對(duì)成員系統(tǒng)的封裝和成員系統(tǒng)之間隔離，任何成員系統(tǒng)作為一個(gè)對(duì)象，通過IDL對(duì)其接口參數(shù)進(jìn)行定義和說明，就可接到ORB上，為其它系統(tǒng)提供服務(wù)或向其它系統(tǒng)提出請(qǐng)求，達(dá)到即插即用效果。

車間層控制系統(tǒng)劃分為許多獨(dú)立的功能單元，每個(gè)功能單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)包含功能接口定義和實(shí)體的抽象對(duì)象，每類對(duì)象的接口由屬性和操作組成，由IDL定義的其它功能單元可以透明訪問的服務(wù)以調(diào)用該對(duì)象的私有數(shù)據(jù)，具體功能的實(shí)現(xiàn)被封裝在實(shí)體里。我們將每類對(duì)象按照功能劃分成若干個(gè)子對(duì)象，將其設(shè)計(jì)成為可以直接插在CORBA軟件總線上的對(duì)象插件。這些對(duì)象插件按照各層客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)組成整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)可以帶來長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益，既能迅速增加對(duì)新的DBMS 的應(yīng)用、增加新的用戶界面，又能升級(jí)支持各種新功能。

由前節(jié)所述，從DNC概念的出現(xiàn)到今天的DNC技術(shù)，不論從功能上還是內(nèi)涵上都發(fā)生了很大的變化。也正因?yàn)椴粩嗟淖兓?，人們?duì)DNC的概念有著各種各樣的理解，從而導(dǎo)致對(duì)DNC的分類標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，不同角度有著不同的分類方法。

按照DNC的功能的強(qiáng)弱，可將其分為初始DNC、基本DNC、狹義DNC和廣義DNC。

具體劃分見表1-1。

表1-1DNC功能分類Category of DNC Function

按DNC系統(tǒng)的內(nèi)涵的不同，可將其分為直接DNC、分布式DNC、柔性DNC，網(wǎng)絡(luò)DNC、集成DNC和智能DNC等。

a) 直接DNC系統(tǒng)，也就是直接數(shù)字控制DNC(Direct Numerical control)，是早期的DNC概念，其主要功能是將計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床的直接連接，只是實(shí)現(xiàn)NC程序的下傳到數(shù)控機(jī)床以完成零件的加工而已。

b)分布式數(shù)控系統(tǒng)(Distributed Numerical Control)是隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而賦予了DNC新的內(nèi)涵。不但能夠?qū)崿F(xiàn)NC程序的雙向傳輸，而且具有系統(tǒng)信息采集、狀態(tài)監(jiān)視和系統(tǒng)控制等功能。

c)柔性DNC系統(tǒng)是隨著DNC的發(fā)展，DNC和FMS的界限越來越模糊，此時(shí)的DNC己成為FMS中必不可少的一部分。

d)網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)，是為了適應(yīng)敏捷制造、全球制造、分布式制造和遠(yuǎn)程制造而發(fā)展起來的一種DNC系統(tǒng)。這種DNC系統(tǒng)的特點(diǎn)是更強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)與分布式數(shù)據(jù)庫方面的功能與虛擬集成。

e)集成DNC系統(tǒng)，是以數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，把與制造過程有關(guān)的設(shè)備與上層控制計(jì)算機(jī)集成起來，從而實(shí)現(xiàn)制造車間制造設(shè)備的集成控制管理以及制造設(shè)備之間、制造設(shè)備與上層計(jì)算機(jī)之間的信息交換。

f)智能DNC系統(tǒng)是隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展及其在制造領(lǐng)域的應(yīng)用而出現(xiàn)的，目的是為了克服基于知識(shí)的人工智能的缺點(diǎn)，人工智能最新研究己經(jīng)向計(jì)算智能方向發(fā)展。計(jì)算智能主要包括:模糊技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等。這些智能技術(shù)的運(yùn)用，必將促進(jìn)智能制造技術(shù)的發(fā)展以及新的智能DNC的出現(xiàn)。

DNC系統(tǒng)設(shè)備層的不同，可以實(shí)現(xiàn)的DNC的功能也是不同的，所以分類工作也可以按設(shè)備層來劃分。根據(jù)具體的設(shè)備層不同，可將其分成四種，如表1-2所示。

表1-2按通信接口分類的DNC系統(tǒng)Category of DNC System Based on Communication Interface

20世紀(jì)80年代后，隨著信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，DNC的功能和內(nèi)涵也在不斷擴(kuò)大，主要體現(xiàn)為以下兩個(gè)方面:

目前DNC系統(tǒng)傳輸?shù)牟粌H包括NC程序，而且包括執(zhí)行特定生產(chǎn)任務(wù)所需的制造數(shù)據(jù)，如刀具數(shù)據(jù)、作業(yè)計(jì)劃、機(jī)床配置信息等。部分DNC系統(tǒng)還具有機(jī)床狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等功能。

利用DNC的通信網(wǎng)絡(luò)可以把車間內(nèi)的數(shù)控機(jī)床通過調(diào)度和運(yùn)轉(zhuǎn)控制聯(lián)系在一起從而掌握整個(gè)車間的加工情況，便于實(shí)現(xiàn)加工物件的傳送和自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備的連接，DNC系統(tǒng)連接數(shù)控設(shè)備和上層計(jì)算機(jī)，是實(shí)現(xiàn)CADC/AM和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)(CAPMS)集成的紐帶，是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化的橋梁。相比與FMS，DNC更注重于信息流的集成，從而避免FMS在物流上的高投資，是機(jī)械加工車間實(shí)現(xiàn)制造自動(dòng)化的較好方式。按照CIMS的遞階控制理論，DNC系統(tǒng)可以方便的組織為數(shù)控單元，接收來自車間的作業(yè)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)的作業(yè)調(diào)度和資源調(diào)度、決定零件的加工路線、監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)數(shù)控設(shè)備的任務(wù)執(zhí)行情況等。因此DNC是實(shí)現(xiàn)信息集成制造的一個(gè)層次，既可以單獨(dú)使用，也可以繼續(xù)發(fā)展為FMS和CIMS。

DNC系統(tǒng)作為車間層控制系統(tǒng)的一個(gè)功能單元。

DNC系統(tǒng)功能包括①NC程序及數(shù)據(jù)的傳遞，以某種通信協(xié)議(如Philip532等)實(shí)現(xiàn)通信功能;②機(jī)床狀態(tài)采集和上報(bào);③根據(jù)工序計(jì)劃，自動(dòng)分配NC程序及數(shù)據(jù)到相應(yīng)機(jī)床;④刀具數(shù)據(jù)的分配與傳遞。

DNC系統(tǒng)軟件的功能模型，其中NC數(shù)據(jù)管理的主要功能是對(duì)數(shù)控數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，主要有數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的顯示、插入、修改、刪除、更新、鎖定(不允許更改)和打印等操作;NC數(shù)據(jù)執(zhí)行的主要功能有:數(shù)控?cái)?shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)和機(jī)床之間的傳送、刪除機(jī)床上的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)、啟動(dòng)機(jī)床上的數(shù)控程序、隨時(shí)從機(jī)床設(shè)備獲得工作狀態(tài)信息并存入數(shù)據(jù)庫，作為運(yùn)行數(shù)據(jù)采集模塊評(píng)價(jià)加工過程的根據(jù);DNC通訊接口通過DNC協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議建立單元控制系統(tǒng)和CNC的連接。

基于CORBA的DNC系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)建立在車間層控制系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上。我們將DNC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)劃分為三層的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，以將表示邏輯、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)處理邏輯明確劃分開來。為此，表示層用來表示信息和收集數(shù)據(jù)，此處為由VB實(shí)現(xiàn)的可移植的DNC人機(jī)接口;業(yè)務(wù)層響應(yīng)用戶(或其它的業(yè)務(wù)服務(wù))發(fā)來的請(qǐng)求，執(zhí)行某種業(yè)務(wù)任務(wù)，此處為由VC++來實(shí)現(xiàn)DNC應(yīng)有程序及NC數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序;數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)的定義、維修、訪問和更新以及管理，并響應(yīng)業(yè)務(wù)服務(wù)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，此處為經(jīng)IDL功能接口定義封裝的NC局部數(shù)據(jù)庫(Access)服務(wù)器。這些層并不一定與網(wǎng)絡(luò)上的具體物理位置相對(duì)應(yīng)，它們只是概念上的層，借助這些概念可以開發(fā)出健壯的、基于組件的應(yīng)用程序。

使用模型，可以把應(yīng)用程序的需求分解成明確定義的服務(wù)。在定義了服務(wù)之后，需要進(jìn)一步創(chuàng)建具體的物理組件來實(shí)現(xiàn)它們。根據(jù)性能和維護(hù)的需求、工作量、網(wǎng)絡(luò)帶寬以及其它因素，可以在網(wǎng)絡(luò)上靈活地部署這些組件。

DNC系統(tǒng)軟件中涉及到數(shù)據(jù)實(shí)體包含四類:①與制造設(shè)備硬件相關(guān)的數(shù)據(jù)實(shí)體(如機(jī)床等);②與人機(jī)通訊相關(guān)的數(shù)據(jù)實(shí)體(如通訊協(xié)議實(shí)體和串口通訊實(shí)體); ③數(shù)控數(shù)據(jù)實(shí)體(如NC程序號(hào)、刀具號(hào)、工序號(hào));④輸入操作指令或派工單實(shí)體。采用面向?qū)ο蠓椒▽⑸鲜鰧?shí)體抽象成為類，可分為能力單元類、NC機(jī)床類、 NC控制器類、通訊協(xié)議類、終端服務(wù)器類、串口通訊類、NC程序類等。

盡管DNC有多種多樣的分類方式，但各種分類方式都有構(gòu)成DNC系統(tǒng)必不可少的基本組成部分。其中主要有:

(1)DNC控制計(jì)算機(jī)，包括大容量存儲(chǔ)器和1/0接口;

(2)通訊介質(zhì)(雙絞線，同軸電纜等);

(3)通訊接口;

(4)NC或CNC數(shù)控設(shè)備;

(5)軟件系統(tǒng)(包括實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、DNC通信軟件、DNC管理和監(jiān)控軟件、NC程序編輯軟件、還可能有數(shù)控系統(tǒng)軟件)。

由于DNC系統(tǒng)的多種構(gòu)成形式，系統(tǒng)的大小和復(fù)雜程度也各不相同。DNC系統(tǒng)可以小到只有一臺(tái)DNC主機(jī)控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床也可以大到包括單元層、車間層和工廠層。所以具體的DNC系統(tǒng)組成要根據(jù)其要求達(dá)到的目標(biāo)和具體條件來決定。影響DNC系統(tǒng)配置的因素很多

DNC計(jì)算機(jī)的任務(wù)勞動(dòng)力成本車間層管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被處理信息的層次CNC的數(shù)量車間CNC的負(fù)載所需要的柔性

但首先應(yīng)考慮工廠具體的需求，如需要的自動(dòng)化程度、信息流以及工廠的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)層次等重要因素。

DNC應(yīng)用程序中的對(duì)象從這些類中繼承下來，每個(gè)對(duì)象的方法即該對(duì)象的成員函數(shù)根據(jù)相應(yīng)的功能需求來定義。下面以NC機(jī)床類的定義為例:

‖ncmach.h -NC Machine Class definations

‖NC Machines are part processors.For this class,a part is loaded,

‖a NC file is downloaded to the device,and the machine is started.

class MACHINE-TOOL{

char*CurrentNCFile; ‖currently loaded NC file

intFixtureStatus; ‖fixture status

public:

MACHINE-TOOL();

char* getCurrentNCFile();

void setCurrentNCFile(char?F);

Int getFixtureStatus();

void setFixtureStatus(int S);

virtual int processPart(char? PartName);

virtual int downloadNCFile(char?File);

virtual int stopMachine();

virtual in graspPart();

virtual int releasePart();

};

基于CORBA的車間層控制系統(tǒng)需要兩種層次的互連。第一層是利用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)和協(xié)議軟件把由異構(gòu)計(jì)算機(jī)組成的車間層控制器、設(shè)備控制器等互連起來，第二層是在這一互連的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)、各被控的異構(gòu)制造設(shè)備(如加工中心、機(jī)器人、PLC等)之間的信息交互，這種交互通過制造信息規(guī)范(MMS)實(shí)現(xiàn)。作為車間層控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，本文DNC系統(tǒng)的物理配置基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，主計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)(具有獨(dú)立IP地址的終端服務(wù)器)分別連接多臺(tái)CNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)NC程序的裝卸、刀具數(shù)據(jù)的傳遞、操作命令的下達(dá)和狀態(tài)信息的反饋。這是一種通過局域網(wǎng)連接起來的通信結(jié)構(gòu)，它具有包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層及應(yīng)用層等的四層結(jié)構(gòu)，其中數(shù)據(jù)鏈路層采用LSV2通訊協(xié)議，傳輸層采用DNC協(xié)議(如SINUMERIK或PHILIPS協(xié)議)。

DNC系統(tǒng)的優(yōu)越性在于其簡(jiǎn)單的程序數(shù)據(jù)管理，快速的NC數(shù)據(jù)傳送，以及數(shù)據(jù)傳送所具有的更高的安全性能，且可實(shí)現(xiàn)NC機(jī)床完全自動(dòng)的、柔性的操作。引入DNC的目的在不同的企業(yè)是不同的，但通常有如下的原因:

(1)消除程序讀入裝置維護(hù)所需的費(fèi)用;(2)減少數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤;(3)簡(jiǎn)化NC程序的管理;(4)便于生產(chǎn)的管理;(5)增加加工系統(tǒng)的柔性。在工廠使用了一定數(shù)量的數(shù)控機(jī)床之后，由于以上原因，通常會(huì)產(chǎn)生引入DNC的需求，但從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上綜合考慮，引入DNC的原則一般有:

(1)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床數(shù)量連接在系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床數(shù)量對(duì)于系統(tǒng)的效率和成本的回收都是十分重要的，一般的，在系統(tǒng)中有4-6臺(tái)NC機(jī)床或更多時(shí)，即應(yīng)考慮DNC;(2)控制系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)量在數(shù)據(jù)量很大且程序的處理速度要求很快時(shí)，應(yīng)考慮DNC;(3)NC程序的管理NC程序管理的問題越大，就越應(yīng)當(dāng)考慮采用DNC;(4) NC程序的長(zhǎng)度在CNC的程序存儲(chǔ)器不能滿足程序的要求時(shí)，應(yīng)考慮DNC;(5)在加工中需要頻繁更換程序加工的批量越小，程序越小，在正確的機(jī)床上，正確的時(shí)間內(nèi)，使用正確的程序加工就越困難，但如果采用DNC就能比較容易的解決這個(gè)問題。