七十年代以后，隨著數(shù)控機床(CNC)技術的不斷發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的存貯容量和計算速度都大為提高，DNC的含義由簡單的直接數(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，隨著計算機技術、通訊技術和CIMS技術的發(fā)展，DNC的內涵和功能不斷擴大，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，針對車間的生產(chǎn)計劃，技術準備，加工操作等基本作業(yè)進行集中監(jiān)控與分散控制，把生產(chǎn)任務通過局域網(wǎng)分配給各個加工單元，并使之信息相互交換。而對物流等系統(tǒng)可以在條件成熟時再擴充，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。

如上圖所示構成DNC系統(tǒng)的主要組成部分有:中央計算機及外圍存儲設備、通信接口、機床及機床控制器。由計算機進行數(shù)據(jù)管理，從大容量的存儲器中取回零件程序并把它傳遞給機床。然后在這兩個方向上控制信息的流動，在多臺計算機間分配信息，使各機床控制器能完成各自的操作。最后由計算機監(jiān)視并處理機床反饋。其中解決計算機與數(shù)控機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化物流輸送系統(tǒng)，因而成本低，容易實現(xiàn)。由于它可以通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)NC(數(shù)控)程序的直接裝載和靈活存儲，因此能:

● 消除程序讀入裝置維護所需的費用;

● 減少程序輸入的錯誤;

● 簡化NC程序的管理;

● 便于進行生產(chǎn)調度和監(jiān)控。

目前，DNC系統(tǒng)的研究尚存在以下有待解決的技術問題:①DNC系統(tǒng)體系結構的開放性不強。國內大部分DNC系統(tǒng)局限于單一供應商的制造設備，平臺之間可移植性差，不同應用程序互操作能力有待提高，不利于系統(tǒng)集成;②DNC系統(tǒng)通信結構多為點對點式，或采用局域網(wǎng)加點對點式，不能很好地解決通信競爭問題; 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，需要進行面向對象設計和實現(xiàn)。本文提出了基于CORBA(通用對象請求代理結構)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，并實現(xiàn)了軟件的編制及聯(lián)機調式。

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

在基于CORBA的車間層控制系統(tǒng)中，構造車間信息集成和共享的公共平臺是核心問題之一，我們采用基于客戶/服務器結構的分布式控制平臺(如 Orbix)，既可以將傳統(tǒng)的遞階控制結構變換成更適合信息集成的分布或控制結構，又可適應不同產(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)總體結構分為三層:底層為系統(tǒng)支持層，由分布式計算環(huán)境和異構網(wǎng)絡集成系統(tǒng)兩個子層構成，提供底層的計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)等系統(tǒng)級功能;中間層為開放式分布處理層，提供統(tǒng)一的集成通信服務，由開放式分布處理平臺和應用程序接口組成，最上層為信息集成層，支持多客戶/服務器的分布式多數(shù)據(jù)庫集成系統(tǒng)，將現(xiàn)有的應用和數(shù)據(jù)信息集成到系統(tǒng)中。為實現(xiàn)控制結構的分布、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)范的分布式對象體系結構。

CORBA規(guī)范主要特點是實現(xiàn)軟件總線結構。所謂軟件總線的功能，就是起到類似于計算機系統(tǒng)硬件總線的作用，只要將應用模塊按總線規(guī)范作成軟插件，插入總線即可實現(xiàn)集成運行。實現(xiàn)軟件總線的核心系統(tǒng)稱為ORB(對象請求代理器)，它不僅支持標準的OMG對象模型，還具有分布進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)作為一個對象，通過IDL對其接口參數(shù)進行定義和說明，就可接到ORB上，為其它系統(tǒng)提供服務或向其它系統(tǒng)提出請求，達到即插即用效果。

車間層控制系統(tǒng)劃分為許多獨立的功能單元，每個功能單元對應于一個包含功能接口定義和實體的抽象對象，每類對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以調用該對象的私有數(shù)據(jù)，具體功能的實現(xiàn)被封裝在實體里。我們將每類對象按照功能劃分成若干個子對象，將其設計成為可以直接插在CORBA軟件總線上的對象插件。這些對象插件按照各層客戶/服務器結構組成整個平臺系統(tǒng)。這種結構可以帶來長遠的利益，既能迅速增加對新的DBMS 的應用、增加新的用戶界面，又能升級支持各種新功能。

由前節(jié)所述，從DNC概念的出現(xiàn)到今天的DNC技術，不論從功能上還是內涵上都發(fā)生了很大的變化。也正因為不斷的變化，人們對DNC的概念有著各種各樣的理解，從而導致對DNC的分類標準也各不相同，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)的內涵的不同，可將其分為直接DNC、分布式DNC、柔性DNC，網(wǎng)絡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，其主要功能是將計算機與數(shù)控機床的直接連接，只是實現(xiàn)NC程序的下傳到數(shù)控機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)絡和計算機技術的發(fā)展而賦予了DNC新的內涵。不但能夠實現(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，此時的DNC己成為FMS中必不可少的一部分。

d)網(wǎng)絡DNC系統(tǒng)，是為了適應敏捷制造、全球制造、分布式制造和遠程制造而發(fā)展起來的一種DNC系統(tǒng)。這種DNC系統(tǒng)的特點是更強調網(wǎng)絡與分布式數(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、計算機技術、控制技術、通信技術和網(wǎng)絡技術等先進技術為基礎，把與制造過程有關的設備與上層控制計算機集成起來，從而實現(xiàn)制造車間制造設備的集成控制管理以及制造設備之間、制造設備與上層計算機之間的信息交換。

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

DNC系統(tǒng)設備層的不同，可以實現(xiàn)的DNC的功能也是不同的，所以分類工作也可以按設備層來劃分。根據(jù)具體的設備層不同，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80年代后，隨著信息技術和先進制造技術的發(fā)展，DNC的功能和內涵也在不斷擴大，主要體現(xiàn)為以下兩個方面:

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)任務所需的制造數(shù)據(jù)，如刀具數(shù)據(jù)、作業(yè)計劃、機床配置信息等。部分DNC系統(tǒng)還具有機床狀態(tài)采集和遠程控制等功能。

利用DNC的通信網(wǎng)絡可以把車間內的數(shù)控機床通過調度和運轉控制聯(lián)系在一起從而掌握整個車間的加工情況，便于實現(xiàn)加工物件的傳送和自動化檢測設備的連接，DNC系統(tǒng)連接數(shù)控設備和上層計算機，是實現(xiàn)CADC/AM和計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)(CAPMS)集成的紐帶，是實現(xiàn)設計制造一體化的橋梁。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，是機械加工車間實現(xiàn)制造自動化的較好方式。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)計劃，實現(xiàn)單元內的作業(yè)調度和資源調度、決定零件的加工路線、監(jiān)控和統(tǒng)計數(shù)控設備的任務執(zhí)行情況等。因此DNC是實現(xiàn)信息集成制造的一個層次，既可以單獨使用，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)實現(xiàn)通信功能;②機床狀態(tài)采集和上報;③根據(jù)工序計劃，自動分配NC程序及數(shù)據(jù)到相應機床;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數(shù)控數(shù)據(jù)進行管理，主要有數(shù)控數(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)控數(shù)據(jù)在計算機和機床之間的傳送、刪除機床上的數(shù)控數(shù)據(jù)、啟動機床上的數(shù)控程序、隨時從機床設備獲得工作狀態(tài)信息并存入數(shù)據(jù)庫，作為運行數(shù)據(jù)采集模塊評價加工過程的根據(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)軟件的實現(xiàn)平臺建立在車間層控制系統(tǒng)平臺的基礎上。我們將DNC系統(tǒng)體系結構劃分為三層的客戶/服務器結構，以將表示邏輯、業(yè)務邏輯和數(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實現(xiàn)的可移植的DNC人機接口;業(yè)務層響應用戶(或其它的業(yè)務服務)發(fā)來的請求，執(zhí)行某種業(yè)務任務，此處為由VC++來實現(xiàn)DNC應有程序及NC數(shù)據(jù)管理應用程序;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，并響應業(yè)務服務的數(shù)據(jù)請求，此處為經(jīng)IDL功能接口定義封裝的NC局部數(shù)據(jù)庫(Access)服務器。這些層并不一定與網(wǎng)絡上的具體物理位置相對應，它們只是概念上的層，借助這些概念可以開發(fā)出健壯的、基于組件的應用程序。

使用模型，可以把應用程序的需求分解成明確定義的服務。在定義了服務之后，需要進一步創(chuàng)建具體的物理組件來實現(xiàn)它們。根據(jù)性能和維護的需求、工作量、網(wǎng)絡帶寬以及其它因素，可以在網(wǎng)絡上靈活地部署這些組件。

DNC系統(tǒng)軟件中涉及到數(shù)據(jù)實體包含四類:①與制造設備硬件相關的數(shù)據(jù)實體(如機床等);②與人機通訊相關的數(shù)據(jù)實體(如通訊協(xié)議實體和串口通訊實體); ③數(shù)控數(shù)據(jù)實體(如NC程序號、刀具號、工序號);④輸入操作指令或派工單實體。采用面向對象方法將上述實體抽象成為類，可分為能力單元類、NC機床類、 NC控制器類、通訊協(xié)議類、終端服務器類、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控制計算機，包括大容量存儲器和1/0接口;

(2)通訊介質(雙絞線，同軸電纜等);

(3)通訊接口;

(4)NC或CNC數(shù)控設備;

(5)軟件系統(tǒng)(包括實時多任務操作系統(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)的多種構成形式，系統(tǒng)的大小和復雜程度也各不相同。DNC系統(tǒng)可以小到只有一臺DNC主機控制多臺數(shù)控機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)其要求達到的目標和具體條件來決定。影響DNC系統(tǒng)配置的因素很多

DNC計算機的任務勞動力成本車間層管理計算機系統(tǒng)被處理信息的層次CNC的數(shù)量車間CNC的負載所需要的柔性

但首先應考慮工廠具體的需求，如需要的自動化程度、信息流以及工廠的計算機結構層次等重要因素。

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

‖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。第一層是利用計算機局域網(wǎng)技術和協(xié)議軟件把由異構計算機組成的車間層控制器、設備控制器等互連起來，第二層是在這一互連的基礎上，實現(xiàn)各節(jié)點、各被控的異構制造設備(如加工中心、機器人、PLC等)之間的信息交互，這種交互通過制造信息規(guī)范(MMS)實現(xiàn)。作為車間層控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，本文DNC系統(tǒng)的物理配置基本結構如下圖所示，主計算機通過網(wǎng)絡介質(具有獨立IP地址的終端服務器)分別連接多臺CNC系統(tǒng)實現(xiàn)NC程序的裝卸、刀具數(shù)據(jù)的傳遞、操作命令的下達和狀態(tài)信息的反饋。這是一種通過局域網(wǎng)連接起來的通信結構，它具有包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層及應用層等的四層結構，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，且可實現(xiàn)NC機床完全自動的、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所需的費用;(2)減少數(shù)據(jù)輸入的錯誤;(3)簡化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)控機床之后，由于以上原因，通常會產(chǎn)生引入DNC的需求，但從經(jīng)濟和技術上綜合考慮，引入DNC的原則一般有:

(1)系統(tǒng)內的數(shù)控機床數(shù)量連接在系統(tǒng)內的數(shù)控機床數(shù)量對于系統(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NC機床或更多時，即應考慮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，應考慮DNC;(3)NC程序的管理NC程序管理的問題越大，就越應當考慮采用DNC;(4) NC程序的長度在CNC的程序存儲器不能滿足程序的要求時，應考慮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，在正確的機床上，正確的時間內，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問題。