一、概述

    隨著數(shù)控技術(shù)使用的不斷深入，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們越來越多地使用這些高新技術(shù)來提高自己的生產(chǎn)效率，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來管理數(shù)控機(jī)床也就成為必然。數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC技術(shù)在我國經(jīng)過二十多年的發(fā)展，也經(jīng)歷了從紙帶到單機(jī)，再到簡單網(wǎng)絡(luò)，最后發(fā)展成為高級網(wǎng)絡(luò)的艱苦歷程。紙帶方式已經(jīng)基本完全拋棄；在機(jī)床數(shù)量較少時(shí)，有些用戶還在使用單機(jī)通訊模式；當(dāng)機(jī)床數(shù)量發(fā)展到一定數(shù)量時(shí)，機(jī)床用戶一般都采用了網(wǎng)絡(luò)DNC的方式，但是，通過大量的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，我國數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)DNC目前主要存在著兩種結(jié)構(gòu)，一種是采用單臺(tái)計(jì)算機(jī)對應(yīng)單臺(tái)機(jī)床的方式，這些計(jì)算機(jī)再通過局域網(wǎng)聯(lián)結(jié)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示；另一種是采用單臺(tái)計(jì)算機(jī)對應(yīng)多臺(tái)機(jī)床的方式，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。（這里主要討論RS232模式的網(wǎng)絡(luò)通訊，不考慮機(jī)床以太網(wǎng)絡(luò)和總線方式的通訊）。雖然這兩種模式在技術(shù)層面上相差懸殊，但據(jù)我們所知，采用單對單模式的用戶還是相當(dāng)多的，“存在就是合理的”，為此，我們還是在下面就這兩種結(jié)構(gòu)的DNC作一詳細(xì)的比較分析說明，以供廣大機(jī)床用戶參考。

二、單機(jī)對單機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn)說明

    單機(jī)對單機(jī)模式是早期數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC（主要是在九十年代初）的普遍采用的方式，基本相當(dāng)于單機(jī)通訊模式，只是在單機(jī)通訊的基礎(chǔ)上將計(jì)算機(jī)進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是串口通訊技術(shù)不是很發(fā)達(dá)，在軟件和硬件等方面都無法解決單臺(tái)PC滿足多臺(tái)機(jī)床同時(shí)進(jìn)行DNC加工的要求，采用單臺(tái)PC控制單臺(tái)機(jī)床就是很自然的設(shè)想。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

    優(yōu)點(diǎn)：
    （1）單獨(dú)控制，互不干擾：單臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障不會(huì)影響其它機(jī)器的運(yùn)行，而且由于PC資源有冗余，可以暫時(shí)用其它機(jī)床的PC替換出現(xiàn)故障的PC，顯然此模式有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
    （2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單：只是簡單的局域網(wǎng)絡(luò)，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。
    （3）軟件要求簡單：對于功能要求比較簡單的用戶來說只需簡單的單機(jī)版通訊程序即可，無需復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)版通訊程序。采用這種模式的很多用戶使用V24，PC-IN，PCOMM，或其它單機(jī)版軟件。
    （4）系統(tǒng)建設(shè)成本低：由于每臺(tái)機(jī)床只需配一臺(tái)計(jì)算機(jī)，軟件基本可以免費(fèi)，水平相對高一些的廠家還可以自行網(wǎng)絡(luò)布線施工、系統(tǒng)安裝，故費(fèi)用較低。

    缺點(diǎn)：
    （1）計(jì)算機(jī)布置比較分散，不易管理。特別是在當(dāng)今計(jì)算機(jī)病毒比較泛濫的時(shí)代，一時(shí)管理的疏忽都可能造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。還有些管理不善的車間中出現(xiàn)操作工人利用計(jì)算機(jī)玩游戲的現(xiàn)象。有些廠家為了解決這一問題，往往采用將計(jì)算機(jī)軟驅(qū)、光驅(qū)都去掉的做法，雖然能抑制病毒的發(fā)生，但畢竟是一種削足適履的做法。
    （2）普通計(jì)算機(jī)長期處在加工工作環(huán)境中會(huì)造成其使用壽命的降低，特別是在加工環(huán)境中，粉塵較多，電壓波動(dòng)較大，電子干擾較強(qiáng)，計(jì)算機(jī)的外設(shè)，如軟驅(qū)、光驅(qū)、鼠標(biāo)等設(shè)備的使用又非常頻繁，更加速了這些外設(shè)的損壞。如果換成工控機(jī)的話雖可以減少這些方面的影響，但又會(huì)使系統(tǒng)成本大幅度提高。
    （3）系統(tǒng)升級維護(hù)困難：一般來說，PC機(jī)的使用壽命在3-5年左右，一旦到了PC機(jī)更新?lián)Q代的年限，車間內(nèi)的所有PC機(jī)都要更換，這就相當(dāng)于DNC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重建，代價(jià)是相當(dāng)昂貴的。
    （4）生產(chǎn)現(xiàn)場放置計(jì)算機(jī)數(shù)量太多，占用了大量的寶貴車間面積，給車間生產(chǎn)現(xiàn)場的安排布置帶來麻煩。
    （5）有些用戶為了省錢，兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)床共用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，這就等于完全退回到單機(jī)通訊狀態(tài)，串口需要經(jīng)常插拔，增加了串口損壞的可能性，也不利于多臺(tái)機(jī)床的同時(shí)服務(wù)需求。
    （6）單機(jī)版軟件兼容性差：由于是采用的免費(fèi)的單機(jī)版軟件，各種CNC系統(tǒng)間并不完全兼容，各種CNC系統(tǒng)采用不同的通訊軟件，給車間操作者帶來很多麻煩。
    （7）單機(jī)版軟件功能太簡單，不利于系統(tǒng)擴(kuò)充：大多數(shù)用戶所使用的單機(jī)版軟件都是象V24之類的免費(fèi)軟件，功能非常簡單，只能滿足程序通訊的需求，還需要PC端和CNC端兩頭呼應(yīng)，雖然一般在此結(jié)構(gòu)模式下PC和CNC相距很近，但總歸不是很方便，還有很多的功能是無法通過簡單的單機(jī)通訊軟件所能完成的（這些功能將在下面章節(jié)中詳細(xì)說明）。
    （8）程序管理為開放式的，無法進(jìn)行規(guī)范化的管理，也不利于技術(shù)保密。
    （9）系統(tǒng)的集成度太低：各單臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)單臺(tái)CNC的程序管理，PC之間最多只能通過局域網(wǎng)絡(luò)來共享文件，還有大量的軟、硬件資源無法達(dá)到共享，實(shí)際上就是資源的浪費(fèi)。

    三、多機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn)說明

    隨著串口通訊技術(shù)不斷發(fā)展，九十年代中期，市場上開始出現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的多路串口通訊設(shè)備出售，再加上計(jì)算機(jī)的CPU速度大幅度提高，WINDOWS95在多線程方面的完善支持，在軟硬件方面已經(jīng)可以完善地解決單臺(tái)PC滿足多臺(tái)機(jī)床同時(shí)進(jìn)行DNC加工的要求，于是數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就發(fā)展了由單臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制多臺(tái)機(jī)床的通訊模式，并且以此為基點(diǎn)，各DNC開發(fā)商開發(fā)了很多其它更加完善的DNC功能。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

    優(yōu)點(diǎn)：
    （1）系統(tǒng)高度集成化管理：由單臺(tái)PC就完全替代了以前的數(shù)十臺(tái)PC的工作，既免去了管理車間眾多計(jì)算機(jī)之苦，又省去了車間放置眾多計(jì)算機(jī)所帶來的麻煩，還使所使用的軟硬件資源得到最大程度的共享。
    （2）PC運(yùn)行環(huán)境良好：由于采用了客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模式，將作為服務(wù)器的唯一主PC機(jī)可以放在環(huán)境相對良好的辦公室中，避免了PC機(jī)在車間加工環(huán)境中的惡劣考驗(yàn)，保護(hù)了企業(yè)核心信息資源，延長了機(jī)器的使用壽命，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。
    （3）軟件兼容性高：由于是采用了一套網(wǎng)絡(luò)版DNC系統(tǒng)，它能適應(yīng)多種系統(tǒng)的通訊需求，車間操作工人只要能操作機(jī)床的通訊過程即可，不需要熟悉各種系統(tǒng)的特殊約定，操作簡單扼要。
    （4）可以對加工文件，如NC程序、機(jī)床參數(shù)、刀補(bǔ)參數(shù)等進(jìn)行規(guī)范化的流程化管理，提高企業(yè)管理水平。
    （5）網(wǎng)絡(luò)版軟件功能強(qiáng)大：既然是網(wǎng)絡(luò)版，它就具備除單機(jī)版通訊程序的基本功能外，還能滿足車間多臺(tái)機(jī)床的各種方式下的多種通訊需求，同時(shí)還能適應(yīng)車間生產(chǎn)的不斷發(fā)展變化。現(xiàn)簡單地將網(wǎng)絡(luò)版DNC軟件的功能列舉如下：

 NC程序的雙向傳輸：所有數(shù)控設(shè)備實(shí)施聯(lián)網(wǎng)集中管理，利用網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)行多臺(tái)機(jī)床同時(shí)NC程序的雙向傳輸和DNC加工，從而實(shí)現(xiàn)NC程序的海量存儲(chǔ)、集成化管理。

 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：將每臺(tái)數(shù)控機(jī)床定義為客戶端設(shè)備，利用數(shù)控系統(tǒng)自身的RS－232接口和通訊功能（對數(shù)控系統(tǒng)無任何改動(dòng)），操作工可在數(shù)控機(jī)床端進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸以及訪問管理服務(wù)器端數(shù)據(jù)的全部操作，服務(wù)器端對數(shù)控端的操作請求自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)處理而無需人為干預(yù)。

 數(shù)量與距離：每臺(tái)計(jì)算機(jī)最多能管理256臺(tái)數(shù)控機(jī)床，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)到2公里。

 通訊協(xié)議：系統(tǒng)支持多種通訊方式（RS232/422/485、TCP/IP），適應(yīng)各種機(jī)床的通訊要求。

 程序的格式化處理：具有針對不同機(jī)床控制系統(tǒng)對加工程序進(jìn)行處理的能力，即在傳輸中，可對程序頭、特殊控制字符等進(jìn)行替換、增加、刪減。

 交互式事件響應(yīng)機(jī)制：數(shù)控端的每一項(xiàng)操作都會(huì)有反饋消息，即無論操作是否正確，操作工在數(shù)控設(shè)備端都能夠得到提示信息。

 數(shù)據(jù)共享：操作工可在本地?cái)?shù)控設(shè)備訪問其它數(shù)控設(shè)備，方便零件的轉(zhuǎn)移加工。當(dāng)某臺(tái)數(shù)控機(jī)床需要其它類型相同的數(shù)控機(jī)床上的NC程序時(shí)，通過修改上傳文件中對數(shù)控機(jī)床的編號(hào)即可實(shí)現(xiàn)，同樣,當(dāng)工藝人員編好加工程序后，只需將程序文件放到指定機(jī)床目錄或虛擬機(jī)床目錄，工人在加工時(shí)即可到指定目錄下載。

 查詢與下載：在NC程序中按規(guī)定書寫注釋字符，則此NC程序從數(shù)控機(jī)床端上傳到服務(wù)器時(shí)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)將此文件按注釋符的內(nèi)容進(jìn)行處理。

 DNC在線加工：全客戶端模式的DNC在線加工，使DNC加工的啟動(dòng)、進(jìn)入、退出、中斷、斷點(diǎn)續(xù)傳等功能全部在數(shù)控機(jī)床端實(shí)現(xiàn)，而外部子程序調(diào)用、行號(hào)重置、斷點(diǎn)智能連接等全部融入到系統(tǒng)當(dāng)中，無需人工干預(yù)。

 信息采集：通過數(shù)控系統(tǒng)I/O變量輸出功能（對沒有I/O變量輸出功能的數(shù)控系統(tǒng)，通過報(bào)表輸出方式）實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工信息的實(shí)時(shí)采集。

 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：通過DNC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)刀具參數(shù)信息、設(shè)備故障信息、工藝信息、生產(chǎn)任務(wù)信息加工的網(wǎng)絡(luò)化管理。

    上面所列舉的功能是單機(jī)版DNC軟件所沒有的。

    缺點(diǎn)：
    （1）集成度太高：集成化管理也是一柄雙面刃，一方面集成化管理確實(shí)能給我們帶來效益，是我們的追求目標(biāo)，但過度的集成則可能給系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性帶來隱患，一旦PC服務(wù)器主機(jī)癱瘓，則整個(gè)機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC也就癱瘓，從而給車間生產(chǎn)帶來不可估量的損失。這也正如“將雞蛋放在一個(gè)籃子中保險(xiǎn)還是放在多個(gè)籃子中保險(xiǎn)”的原理一樣。為了彌補(bǔ)這種單服務(wù)器可能有的隱患，我們又設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)絡(luò)冗余主/從機(jī)自動(dòng)切換模式，在一般情況下主機(jī)主管多臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)DNC，從機(jī)監(jiān)視主機(jī)狀態(tài)，一旦主機(jī)發(fā)生意外而癱瘓，從機(jī)自動(dòng)接管多臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)DNC，不影響車間加工生產(chǎn)，當(dāng)主機(jī)恢復(fù)正常工作后，從機(jī)又自動(dòng)交回DNC控制權(quán)。
    （2）系統(tǒng)造價(jià)較高：雖然在硬件的投入方面減少了，但這種模式下主要投資在軟件上，一般聯(lián)一臺(tái)機(jī)床在5000-10000元左右，稍高于一臺(tái)普通PC機(jī)的價(jià)格。但從系統(tǒng)的性價(jià)比來看，采用此模式有是很劃算的，并且此模式下系統(tǒng)升級維護(hù)費(fèi)用并不高，最多就是換掉一臺(tái)PC主機(jī)，還有就是軟件升級費(fèi)用，目前大多數(shù)DNC供應(yīng)對于軟件升級的費(fèi)用是比較優(yōu)惠的，細(xì)小的維護(hù)基本免費(fèi)，除非有重大模式的修改可能會(huì)考慮一些費(fèi)用，但其額度也是有限的。

    四、總結(jié)說明

    綜上所述，相對于單機(jī)對單機(jī)模式來說，單機(jī)對多機(jī)DNC模式除了在系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性上稍有疑問外，其它各方面都表現(xiàn)良好。我們認(rèn)為，在目前技術(shù)條件下，采用單臺(tái)PC管理多臺(tái)機(jī)床DNC是數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC的最佳模式。事實(shí)上，目前新建數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC的用戶基本都不會(huì)再考慮采用單對單模式,而很多以前采用單對單模式的用戶都強(qiáng)烈要求采用單對多模式來改造他們的機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC。當(dāng)然，也還有很多已經(jīng)采用單對單模式的用戶還在繼續(xù)使用著固有模式，在下以為這主要由于資金和項(xiàng)目兩方面的原因，當(dāng)這些用戶有了進(jìn)一步的高級需求和合適的項(xiàng)目時(shí)，采用單對多模式來改造他們的機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC將是這些用戶的必然選擇。正是：江山代有人才出，總將新桃換舊符！