0.研究背景和目的

制造业是国民经济的物质基础和产业主体, 是国民经济高速增长的发动机, 是科学技术的基本载体,是国家核心竞争力的重要体现, 是国家安全的重要保证[ 1 ] 。长期以来我国对制造业不够重视, 以上对制造业地位的确立是我们几十年血的教训得来的, 已经成为制造业学科泰斗们和国家的共识。当前随着经济全球化趋势迅速发展, 国际上产业结构调整和产业转移步伐加快, 国际竞争更加激烈, 这既对我国提出了严峻的挑战, 也提供了历史性的发展际遇。数控机床是制造业的工作母机, 是制造业的基础和根本。笔者将蓝牙无线通信技术引入数控系统, 并对其应用前景进行了有益的探索。

将蓝牙技术与数控系统的结合, 可考虑从以下三个方面提升现有数控系统的性能:

(1) 实现技术人员对数控机床的无线监控, 方便了用户生产和维护。在生产过程中用户方技术人员可以通过便携的蓝牙监控设备对数控设备进行实时监控和干预机床的运行。

(2) 通过建立高速无线数据链路提高数控系统的实时自动监控能力。现有数控系统是基于操作者监控的系统。当数控机床进行加工工作时, 操作者主要依靠肉眼的观察和自身的经验来判断机床的运行情况并作出适当的干预, 例如停止主轴、系统停机等。这一过程是人工的, 其最大的缺陷在于实时性差, 当操作者发现异常情况时, 可能已造成工件的损毁、机床的破坏等无法弥补的损失。通过引入蓝牙技术, 在数控主机与蓝牙监控机之间建立高速数据链路, 将数控系统的运行参数实时地传送给蓝牙监控机, 由监控机实时地、自动地监控和记录数控系统的运行状态并对数控系统主机发送相应的操作命令。

(3) 通过蓝牙监控系统对数控系统运行状态的实时和完整的记录提高数控系统的可维护性。提高机床的维护效率, 缩短维护时间是提高数控机床利用率和节省人力、资金的重要途径。2003 年9 月的数据表明我国机床设备利用率在20% ～30%之间。蓝牙技术引入数控系统后, 通过对系统运行状态的完整保存, 得以对故障进行再现、和分析, 可以大大提高系统的非机械性故障的维护效率。

1.蓝牙技术简介

蓝牙技术(Bluetooth) 是一种短距无线通信技术, 其目的是替代数字设备和计算机外设间的电缆连线以及实现数字设备间的无线组网。1998年爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔成立了蓝牙特殊利益小组( SIG) , 负责制定蓝牙规范。

蓝牙规范规定了蓝牙应用产品应遵循的标准和需要达到的要求。到目前为止, SIG已经颁布的蓝牙规范有110、110B、111 三个版本, 目前最新的111 版本于2001年4月公布。蓝牙规范由两部分组成: 蓝牙核心协议、蓝牙应用框架。

蓝牙技术产品体积小、功耗低, 可以方便地集成到几乎任何数字设备中。使用的产品包括手机、PDA、笔记本电脑、打印机、数码相机等。蓝牙无线技术的应用大体上可以划分为替代线缆(CableRe2p lacement) 、因特网桥( InternetBridge) 和临时组网(AdHocNetwork) 3个领域。

图1　蓝牙传输过程协议运作示意图

2.技术路线分析

蓝牙技术是现今技术最复杂的一种无线通信技术。蓝牙技术的复杂性并不体现在它的硬件上而是体现在其协议本身的庞大和兼容性上。要实现以蓝牙为数据链路的应用, 技术路线的探索和确定是一个关键环节。

根椐数控系统的整体设计要求, 系统平台为Windows NT操作系统。研究的总体目标是“以蓝牙无线通信技术为传输载体, 实现数控主机与外围PC和便携设备的互连, 完成数据在数控主机与外围PC及便携设备的互传, 以实现对数控系统的实时监控和高效率维护。”在总体目标确定的情况下, 在组织研究的基础上确定了以下三种技术路线:

(1) 独立开发蓝牙的HCI层以下协议栈以及上层独立的通信协议, 在此基础上完成系统控制和收发模块的开发工作, 实施对接后完成整个开发工作。这一方法无疑是最具吸引力的一种方法。其优点有:

①可以独立掌握蓝牙的核心技术;