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工業4.0時代對智能數控系統的未來趨勢研究
在工業4.0及“互聯網+”的大環境下，數控系統的未來發展與競爭出現了新的變化，在中國更多的競爭將會聚焦在如何利用互聯網的優勢，讓數控系統的計算能力獲得無限擴展，并且通過對分享經濟等新興商業模式的理解，合理打造與之相適應的功能成為未來的重要趨勢。
1.數控系統智能化要求
數控機床智能化的需求
從制造技術本身來看，數控系統的智能化在如圖4的四個方面進行：操作智能化、加工智能化、維護智能化和管理智能化。
機床在加工過程中通過采用各種傳感器，借助實時監控和補償技術，進一步提高機床的性能。日本馬扎克、大隈等公司在智能化方面提供了許多*的技術，如主軸抑振、智能防碰撞等功能。沈陽機床i5數控提供了基于特征的編程和圖形化診斷等功能。
2.基于云平臺的數控系統
在云計算的基礎上德國斯圖加特大學提出“本地化(glocalized)”云端數控系統，其概念如圖5所示，從圖中可見，傳統數控系統的人機界面、數控核心和PLC都移至云端，本地僅保留機床的伺服驅動和安全控制，在云端增加通信模塊、中間件和以太網接口，通過路由器與本地數控系統通信。這樣一來，在云端有每一臺機床的“數字孿生(Digital Twin)”，在云端就可進行機床的配置、優化和維護，極大方便了機床的使用。實現所謂的控制器即服務CaaS(Control as a Service)。
云端數控系統的概念
數字孿生是指特定物理對象的數字鏡像，包括描述其幾何、材料、組件和行為的設計規范和工程模型以及其所代表實體*的生產和運營數據，成為形影不離的“伴侶”，是物理對象屬性及狀態的和準確的實時鏡像，包括形狀、位置、狀態和運動。機床的數字孿生可在多個信息域同時存在，有多個“化身”，在產品設計階段承擔方案論證、結構和功能驗證以及性能參數優化的作用；在構建工廠的規劃階段參與完成布局規劃、系統優化模擬仿真等工作；在運行階段進行加工狀態判斷和預測，實現機床的智能控制和預防性維護，直到產品報廢終結，甚至在其后還存在。
3.互聯網數控系統及其生態系統
在互聯網條件下，數控系統必須要成為一個能夠產生數據的透明的智能終端，讓制造過程及其全生命周期“數據透明”。通過智能終端的“透明”，實現制造過程的透明，不僅僅方便加工零件，同時產生服務于管理、財務、生產、銷售的實時數據，實現設備、生產計劃、設計、制造、供應鏈、人力、財務、銷售、庫存等一系列生產和管理環節的資源整合與信息互聯。
沈陽機床集團圍繞i5智能機床在世界上建立起了機床生態系統，圖6是i5智能機床關于數據產生和應用的示意圖，通過“透明”的i5智能系統，i5智能機床可以實時在線，為上述管理過程提供的數據依據，成為新制造業態的基礎。
i5智能機床的數據產生及應用
基于iSESOL實現的智能機床互聯網應用框架
iSESOL(i-Smart Engineering & Services Online，是沈陽機床旗下的公司研發的云制造平臺，例如云端產能分享平臺，用戶可以將閑置產能公示于iSESOL產能平臺，有產能需求的用戶無需購買設備即可快速獲得制造能力，通過這種方式產能提供方可以利用閑置產能獲得收益，產能需求方可以以較低的成本獲得制造能力，雙方通過分享獲得利益zui大化。無疑，這種模式將會成為制造業互聯網+的一個重要形式。
上圖為基于iSESOL平臺的智能機床互聯網應用框架。所有的i5智能設備通過iPort協議接入iSESOL網絡，非i5的設備(如OPC UA終端或者MTConnect終端)可以通過iPort網關接入iSESOL網絡。類似ERP、MES、遠程看板等云端的APP應用通過iSESOL聚合的實時數據和訪問接口實現對遠程設備的統一訪問。iSESOL提供針對不同設備的數據字典映射統一不同設備的訪問方式，云端APP只需通過標準的服務或者參數命名即可訂閱各類事件和數據信息，實現統一的設備訪問。zui終用戶可以通過不同的終端安裝APP實現對設備的各類互聯網應用。在這個平臺下建立的產能協同生態系統目前已接入機床幾千臺，目前日常聯機接入二千五百臺左右。
機床數控系統的智能化與網絡化是大勢所趨，基于CPS的理念引導智能數控系統發展，通過網絡、平臺從整個系統的視角實現數控機床的智能化。
智能化的發展是一個循序漸進的過程，目前對智能化還有不同的理解，也沒有普遍適用的解決方案。數控機床商業模式的創新和真正落地運營就一定依賴于數控系統的智能化與網絡化。未來的數控系統將會越來越多地將互聯網的影響滲透到制造環節，通過數據的累積、傳輸和挖掘，將會誕生越來越多的智能化制造能力，透明和分享化將會為制造業帶來翻天覆地的變革。
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