1，簡介
在現代制造系統中，由於互聯網和分布式計算技術的出現，產品的設計和制造日益分散，協同制造日益成為更快、更經濟地生產高質量產品的有效模式。目前，數控系統正在向集成化方向發展，其目的是為產品生產過程中的各個獨立部門提供壹個有效的協同工作環境。傳統的CIMS技術龐大而全面，在普通中小企業中難以實施，於是INC應運而生。
2.公司的概念和關鍵技術。
2.1 INC的概念
集成數控(INC)將CIMS中的功能實現(如CADPCAMPCAPPPNCP)抽象為壹系列獨立的功能模塊，然後將這些功能模塊集成在壹起，形成壹個具體的數控系統。
以水射流機床使用的INC系統整體工作流程為例(見圖1)。整個系統以工程數據庫為基礎，包括圖形數據庫、切削參數數據庫、夾具數據庫、噴嘴數據庫、工藝數據庫、數控代碼數據庫等。它們通過Intranet/Internet集成在壹起，形成工程數據庫。INC系統可分為六個子組件模塊輔助設計(CAD)、輔助工藝(CAPP)、優化決策、數控加工(CNC)、系統監控和總體規劃。
圖1水射流公司系統工作流程圖
2.2 Inc與ONC、DNC的區別
與傳統的數控系統相比，開放式數控的核心在於其開放性，必須提供不同應用程序在系統平臺上運行的能力。提供面向功能的動態重組工具；提供統壹和標準化的應用程序用戶界面。世界上許多國家都開展了開放式數控的研究計劃，其中美國的OMAC(Open Modular Architecture Controller)計劃影響很大。歐洲的Osaca(自動化控制開放系統架構)和日本的OSEC(控制器開放系統環境)[3]。直接數控(DNC)和分布式數控(DNC)系統的主要目標是更有效地控制壹組數控機床或整個工廠的生產，這實際上是壹種分布式制造。
與ONC和DNC不同，INC以數控為核心，所有的模塊都面向數控，所有的工作都是為數控加工服務。例如，壹般的CAM系統註重特征識別、零件幾何建模的建立和零件加工軌跡的定義，而INC的CAM模塊則註重零件加工過程的模擬和數控加工代碼的生成，目的是便於驗證零件手工編程或自動編程數控加工程序的正確性。與分布式制造相比，INC更接近於協同制造。
2.3公司的關鍵技術
公司擁有三項關鍵技術:面向數控的CAD技術；面向數控的CAPP技術和基於CAD/CAPP信息集成的數控技術。
面向數控的CAD技術包括圖像預處理、智能識別、圖像矢量化和CAD/CAPP集成技術。面向數控的CAPP技術包括路徑優化、步驟優化、CAPP/CAM集成、工藝數據庫建立和管理技術。
基於CAD/CAPP信息集成的數控技術主要包括與CAD/CAPP集成系統的接口與交互技術(基於STEP標準擴展的接口與交互技術)、嵌入式設備開發技術和實時技術。
本文將對基於CAD/CAPP信息集成的接口和交互技術進行探討和研究。
3.數控系統與CAD/CAPP的接口及交互技術。
目前，工業應用中使用的數控編程模式仍然是基於ISO 6983 (GPM代碼)標準。隨著CAX技術和系統集成技術的快速發展和廣泛應用，該標準已越來越不能滿足現代數控系統的要求，成為制約數控技術乃至自動化制造發展的瓶頸問題。
1997年，歐洲* * *提出最優方案，將STEP技術擴展到自動化制造的底層設備，開發符合STEP標準的面向對象數據模型(稱為STEP2NC)，將產品模型的數據轉換標準擴展到CNC領域，重新建立CAD/CAPP與CNC的接口，以實現CAD/CAPP/CNC的無縫連接，進而實現真正意義上的完全開放的CNC。
傳統數控系統與CAD/CAPP之間的數據交換是單向傳輸的，現場對數控程序的任何修改都不能直接反饋到CAD/CAPP系統，生成數控程序時記錄初始加工要求的信息已經丟失。使用STEP-NC可以減少加工信息容易丟失的問題，實現數據雙向流動，保存所做的修改，並將零件程序和優化後的加工描述及時反饋給設計部門(CAD)，使設計部門及時更新數據，獲得完整連貫的加工工藝數據文件。
圖2顯示了基於STEP-NC標準的數據模型，它包含了加工工件的所有任務。其基本原理是基於制造特征(如孔、腔、螺紋、倒角等)進行編程。)，而不是直接編程刀具和工件的相對運動。這樣CNC系統就可以直接從CAD系統中讀取STEP數據文件，消除了數據類型轉換可能帶來的精度降低問題。
圖二。基於STEP-NC的數據模型
圖3所示為采用STEP-NC標準的數控系統結構模型，包括當前STEP-NC與數控系統結合的三種模式。1模式是壹種過渡形式。上層符合STEP標準的CAD/CAPP系統與STEP-NC接口實現雙向數據流，下層通過增加符合STEP-NC標準的代碼轉換接口將STEP-NC數據代碼轉換為GPM代碼，從而實現當前的數控系統。模式2是壹種比較簡單初級的模式，與模式1的區別在於，下層采用了新的STEP-NC控制器，直接讀取STEP數據格式的加工文件。模式3是模式2的發展和完善，使系統更加集成，重新劃分了設計層和車間層的功能，實現了CAPP系統宏規劃和CAD系統、微功能和車間層的集成。鑒於ISO6983標準在數控領域的廣泛應用，短時間內用ISO14649標準完全取代它是不現實的，所以在STEP-NC控制器被廣泛使用之前，1模式將在系統中長期保留[5]。
圖3基於STEP標準的數控系統結構模型
將實現基於STEP-NC標準的CAD/CAPP/CNC之間的無縫連接，CAD/CAPP與CNC之間的雙向數據流將使設計部門清楚地了解加工實際，並根據現場編程返回的信息對生產計劃做出及時快速的調整，大大提高生產效率。此外，CAD、CAPP和CNC之間的功能將重新劃分為CAPP系統的宏觀規劃和CAD系統的集成，以及CNC的微觀功能和集成。
4.應用示例
AWJ水射流機床(國家專利產品)通過高壓管道形成高壓水射流或磨料射流，實現工件的切割和拋光。初始條件是工件的數字圖像，由INC的CAD/CAPP集成系統處理，數據直接傳輸到CNC子模塊，CNC子模塊生成加工仿真。INC系統基於Windows平臺，應用於水射流切割機的集成數控加工。
圖4示出了INC系統的圖像預處理模塊。初始數字圖像在左上角，經過壹系列處理後得到右下角的輪廓線。
圖4圖像預處理模塊
圖5示出了將加工後的輪廓輸入到CAD軟件中進行輕微修改，然後集成到CAD軟件中的CAPP軟件設計合適的加工工藝。最後將生成的NC代碼輸入仿真軟件，如圖6所示，即可進行仿真切割。這樣就完成了INC系統中從數字圖像到成品處理的壹系列工作。
圖5 CAD/CAPP模塊
圖6數控加工模塊運行界面
5.結論
現代制造系統要求設計、技術、制造等部門之間及時的動態數據傳輸，並在壹個環境中協同運作。基於STEP-NC的數控技術可以有效地集成CAD/CAPP/CNC，生產效率將大大提高。在整個加工過程中，加工數據流可以在各個部門、企業甚至國際範圍內快速訪問和享用，CAD/CAPP與CNC之間的瓶頸效應將不復存在，產品的生產周期將大大縮短。根據STEP Tools公司的研究數據，STEP-NC的應用將使加工前的數據準備時間減少75%，工藝規劃時間減少35%，加工時間減少50%。
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