DNC系統(tǒng)的進(jìn)化發(fā)展及工程應(yīng)用

劉繼東 羅錫萍

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

0 引言

DNC(Distributed Numerical Control)稱為分布式數(shù)控，意為直接數(shù)字控制或分布數(shù)字控制。是實現(xiàn)CAD/CAM和計算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的紐帶，是機(jī)械加工自動化的又一種形式。DNC最早的含義是直接數(shù)字控制，其研究開始于上世紀(jì)六十年代。它指的是將若干臺數(shù)控設(shè)備直接連接在一臺中央計算機(jī)上，由中央計算機(jī)負(fù)責(zé)NC程序的管理和傳送。當(dāng)時的研究目的主要是為了解決早期數(shù)控設(shè)備 (NC)因使用紙帶輸入數(shù)控加工程序而引起的一系列問題，以及早期數(shù)控設(shè)備的高計算成本等問題。

七十年代以后，隨著數(shù)控機(jī)床 (CNC)技術(shù)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(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和CIMS技術(shù)的發(fā)展，DNC的內(nèi)涵和功能不斷擴(kuò)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(shù)準(zhǔn)備，加工操作等基本作業(yè)進(jìn)行集中監(jiān)控與分散控制，把生產(chǎn)任務(wù)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(kuò)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。

隨著以PLM （PDM）的應(yīng)用為基礎(chǔ)，以ERP的實施為核心的信息化管理的不斷深化，公司信息化的單元應(yīng)用逐漸加強，集成應(yīng)用迅速拓展，企業(yè)向精細(xì)化管理邁進(jìn)。近幾年來，公司生產(chǎn)任務(wù)量逐年加大，數(shù)字化設(shè)計成為提高研發(fā)能力的必要手段，設(shè)備數(shù)控化率急劇增加，生產(chǎn)計劃納入了信息化管理，使得引入數(shù)字化技術(shù)，打造數(shù)字化制造中心，解決企業(yè)面臨的生產(chǎn)瓶頸和管理瓶頸成為當(dāng)務(wù)之急。為打造數(shù)字化制造中心，以信息為紐帶，建立覆蓋公司整個加工車間的數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng) （DNC）系統(tǒng)，建立數(shù)控技術(shù)文件管理和設(shè)備數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)，建立和應(yīng)用面向計算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃的CAPP過程管理系統(tǒng)，建立加工執(zhí)行過程和質(zhì)量跟蹤的綜合管理平臺。通過先進(jìn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息化手段，對數(shù)控機(jī)床運行的重要數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并且協(xié)助使用人員通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對生產(chǎn)、維修、計劃進(jìn)行管理。提高設(shè)備運行的透明性，減少設(shè)備不必要的停機(jī)時間，提高加工程序的管理方式和效率，科學(xué)地對設(shè)備進(jìn)行計劃維護(hù)，實時監(jiān)視設(shè)備的運行狀況。以實現(xiàn) “四化”：即信息采集實時化、執(zhí)行過程可視化、生產(chǎn)管理無紙化、設(shè)備加工智能化為標(biāo)志，達(dá)到制造管理層對生產(chǎn)工廠的全面控制，成為本項目研究和實施應(yīng)用的重點。

1 DNC的原理

DNC最早是指分布式數(shù)控系統(tǒng) （Distributed Numerical Control），其含義是用一臺大型計算機(jī)同時控制幾臺數(shù)控機(jī)床。后來隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)由NC（Numerical Control）發(fā)展為CNC（Computer Numerical Control計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)），每一臺數(shù)控機(jī)床由一臺計算機(jī) （CNC系統(tǒng)）來控制，所以過去的DNC概念已失去意義。現(xiàn)在的CNC系統(tǒng)功能已非常完善，一般都支持RS-232C通信功能，即通過RS-232口接收或發(fā)送加工程序，有很多CNC系統(tǒng)可實現(xiàn)一邊接收N/C程序一邊進(jìn)行切削加工，這就是所謂的DNC(Direct Numerical Control)，但不是所有的CNC系統(tǒng)都支持這一功能，有一些系統(tǒng)只是先將接收的加工程序存儲在系統(tǒng)內(nèi)存 (Memory)里，而不能同時進(jìn)行切削加工，這種傳輸形式一般叫塊 (BLOCK)傳輸。

從DNC概念的出現(xiàn)到今天的DNC技術(shù)，不論從功能上還是內(nèi)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(dǎo)致對DNC的分類標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，不同角度有著不同的分類方法。

1.1 按DNC的功能來分

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（見表1）。

表1 按功能強弱劃分的DNC

1.2 按DNC系統(tǒng)的內(nèi)涵劃分

按DNC系統(tǒng)內(nèi)涵的不同，可將其分為直接DNC、分布式DNC、柔性DNC，網(wǎng)絡(luò)DNC、集成DNC和智能DNC等。

（1）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(jī)與數(shù)控機(jī)床的直接連接，只是實現(xiàn)NC程序的下傳到數(shù)控機(jī)床以完成零件的加工而已。

（2）分布式數(shù)控系統(tǒng) (Distributed Numerical Control)是隨著網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而賦予了DNC新的內(nèi)涵。不但能夠?qū)崿F(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。

（3）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已成為FMS中必不可少的一部分。

（4）網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)，是為了適應(yīng)敏捷制造、全球制造、分布式制造和遠(yuǎn)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(diào)網(wǎng)絡(luò)與分布式數(shù)據(jù)庫方面的功能與虛擬集成。

（5）集成DNC系統(tǒng)，是以數(shù)控技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，把與制造過程有關(guān)的設(shè)備與上層控制計算機(jī)集成起來，從而實現(xiàn)制造車間制造設(shè)備的集成控制管理以及制造設(shè)備之間、制造設(shè)備與上層計算機(jī)之間的信息交換。

（6）智能DNC系統(tǒng)是隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展及其在制造領(lǐng)域的應(yīng)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，人工智能最新研究已經(jīng)向計算智能方向發(fā)展。計算智能主要包括：模糊技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等。這些智能技術(shù)的運用，必將促進(jìn)智能制造技術(shù)的發(fā)展以及新的智能DNC的出現(xiàn)。

1.3 按DNC系統(tǒng)的設(shè)備層劃分

DNC系統(tǒng)設(shè)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(shè)備層來劃分。根據(jù)具體的設(shè)備層不同，可將其分成四種 （見表2）：

表2 按具體設(shè)備層劃分的DNC

1.4 DNC系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)模型

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(shè)備硬件相關(guān)的數(shù)據(jù)實體 (如機(jī)床等)；（2）與人機(jī)通訊相關(guān)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?qū)ο蠓椒▽⑸鲜鰧嶓w抽象成為類，可分為能力單元類、NC機(jī)床類、NC控制器類、通訊協(xié)議類、終端服務(wù)器類、串口通訊類、NC程序類等。

1.5 DNC系統(tǒng)組成

盡管DNC有多種多樣的分類方式，但各種分類方式都有構(gòu)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(jī)，包括大容量存儲器和1/0接口；

(2)通訊介質(zhì) (雙絞線，同軸電纜等)；

(3)通訊接口；

(4)NC或CNC數(shù)控設(shè)備；

(5)軟件系統(tǒng) (包括實時多任務(wù)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(gòu)成形式，系統(tǒng)的大小和復(fù)雜程度也各不相同。DNC系統(tǒng)可以小到只有一臺DNC主機(jī)控制多臺數(shù)控機(jī)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(dá)到的目標(biāo)和具體條件來決定。

2 公司DNC系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 項目實施目標(biāo)

（1）將公司的數(shù)控設(shè)備納入專用網(wǎng)絡(luò)化管理，并與公司局域進(jìn)行通信，從而在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)設(shè)備加工的代碼的傳輸和管理，實現(xiàn)DNC聯(lián)網(wǎng)；

（2）應(yīng)用面向裝配的設(shè)計 (Design for Assembly，DFA)和計算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃 (Computer-aided Assembly Planning，CAAP)技術(shù)，建立數(shù)字化制造的關(guān)鍵數(shù)據(jù)源；

（3）研究基于?？赜布能浖芾砑夹g(shù)，實現(xiàn)包括生產(chǎn)信息、設(shè)備信息、刀具信息等數(shù)控設(shè)備信息的采集，進(jìn)行數(shù)控設(shè)備的參數(shù)管理、通信管理、負(fù)荷統(tǒng)計、維護(hù)管理等數(shù)字化管理，優(yōu)化車間作業(yè)調(diào)度，進(jìn)行質(zhì)量過程的跟蹤管理，逐步實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無紙化；

（4）研究基于區(qū)域化應(yīng)用突破向整體應(yīng)用拓展的信息化推進(jìn)策略，務(wù)求實效，創(chuàng)新打造生產(chǎn)過程的精細(xì)化管理手段；

（5）研究建立與PLM、CAPP的集成應(yīng)用平臺，解決生產(chǎn)信息集成的問題，快速響應(yīng)變化條件，提高資源的使用效率，提高制造單元的自主管理能力和企業(yè)的應(yīng)變能力。

2.2 項目實施內(nèi)容

作為汽輪機(jī)心臟核心部件的生產(chǎn)單位——葉片分廠，在新廠區(qū)的規(guī)劃中，大部分正在使用的普通設(shè)備即將被高精度數(shù)控機(jī)床取代，整個分廠的數(shù)控設(shè)備將達(dá)到200臺，數(shù)控設(shè)備的大量投入和使用，使葉片分廠率先實現(xiàn)了裝備的數(shù)字化，數(shù)控設(shè)備的數(shù)字化管理成為了必然需求。同時汽輪機(jī)葉片品種繁多，各項加工工藝復(fù)雜，工序繁多，再加上葉片的多品種多批次生產(chǎn)模式，使得葉片的加工難度增大，生產(chǎn)過程不易控制。另一方面，由于葉片加工的特殊性，葉片分廠擁有專門的技術(shù)部門，負(fù)責(zé)葉片加工工藝的編制和數(shù)控程序的編制。從葉片毛坯到生產(chǎn)在制，直到葉片成品發(fā)運，不同的葉片根據(jù)不同的加工工藝流程，同時根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)形成不同的加工方案。它可以提供葉片生命周期中的設(shè)計、制造、裝配、質(zhì)量控制和檢測等各個階段全面管理的功能，解決公司、車間和機(jī)臺 （生產(chǎn)線）快速流轉(zhuǎn)的控制問題，加速葉片的設(shè)計到制造的轉(zhuǎn)化過程，使設(shè)計到生產(chǎn)制造之間的不確定性降低，在數(shù)字空間中將生產(chǎn)制造過程壓縮和提前，從而實現(xiàn)葉片制造過程有效控制和管理及提高制造效率的目標(biāo)。

本項目將首先以葉片分廠的數(shù)字化制造作為突破點，按照項目目標(biāo)要求，完成葉片分廠區(qū)域化數(shù)字化制造場景的建設(shè)，通過在葉片分廠的數(shù)字化制造技術(shù)研究和應(yīng)用，從而規(guī)劃和實施公司整個數(shù)字化制造集成應(yīng)用平臺。

2.2.1 DNC機(jī)床聯(lián)網(wǎng)與程序傳輸

（1）數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通訊，其接口方式支持RS232/422/485和網(wǎng)卡等主要標(biāo)準(zhǔn)接口，接入方式采用有線，可支持無線傳輸。有網(wǎng)卡機(jī)床優(yōu)先考慮網(wǎng)卡傳輸。

（2）支持多種數(shù)控系統(tǒng)，主要包括：FANUC、Professional、 SIEMENS、 MAZAK、 Ferrari、 HELITRONIC POWER、OKUMA，且兼容性能良好。

（3）數(shù)據(jù)傳輸支持多臺多流量數(shù)控設(shè)備在線加工、遠(yuǎn)程調(diào)用等多種方式。

（4）帶網(wǎng)卡機(jī)床終端可瀏覽與機(jī)床對應(yīng)的文件列表，能在文件列表中選擇程序，支持不輸入文件名進(jìn)行程序直接調(diào)用。支持多級文件目錄。

（5）單臺服務(wù)器可支持超過256臺數(shù)控機(jī)床之間的通訊。

（6）對于在線加工串口服務(wù)器 （或智能終端）的內(nèi)存大于64M，最好具備256M以上存儲器。

（7）網(wǎng)絡(luò)串口服務(wù)器、智能終端等信號轉(zhuǎn)號、通訊硬件必須達(dá)到工業(yè)級，性能穩(wěn)定可靠，擴(kuò)展性良好、可開放，在網(wǎng)絡(luò)中斷后能自動恢復(fù)，并提供電磁隔離、過流過壓保護(hù)、浪涌保護(hù)。

（8）機(jī)床通信用關(guān)鍵硬件針對使用者完全開放，安全性有保障，針對企業(yè)的特殊需求，可在其內(nèi)部程序中進(jìn)行特殊定制，可塑性好。

（9）實現(xiàn)程序傳輸?shù)淖詣痈咝?，支持遠(yuǎn)程請求與文件遠(yuǎn)程傳輸，服務(wù)器端無人值守，操作者可利用機(jī)床控制面板進(jìn)行程序的查詢、接收、發(fā)送。

（10）對于串口機(jī)床，要求采用先進(jìn)的通訊方式，以增強在線加工的有效性及可靠性，要求支持同時在線加工機(jī)床數(shù)量不少于20臺。

（11）支持機(jī)床本地程序與服務(wù)器程序進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果反饋給機(jī)床終端。

（12）DNC網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)采用硬件防火墻或者VLAN的方式或其他先進(jìn)方式進(jìn)行通信，確保網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。

（13）支持?jǐn)?shù)據(jù)在DNC網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的字符自動校驗，在數(shù)據(jù)丟包和缺損時自動修正、補齊，支持?jǐn)帱c續(xù)傳功能。

（14）車間內(nèi)部數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)節(jié)點約120個。

2.2.2 數(shù)控程序管理

（1）實現(xiàn)NC數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，規(guī)劃兩級應(yīng)用服務(wù)器架構(gòu)，將DNC程序管理服務(wù)器放置在公司統(tǒng)一管理，所有分廠的數(shù)控程序及其相關(guān)的文檔集中放在分廠DNC傳輸服務(wù)器上，確保網(wǎng)絡(luò)終端在出現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)故障的情況下依然不影響程序運行。做到NC程序的規(guī)范化、流程化管理，程序狀態(tài)管理，人員權(quán)限管理，能夠根據(jù)加工任務(wù)對數(shù)控程序進(jìn)行動態(tài)分配。

（2）基于數(shù)據(jù)庫的文件管理，所有程序文件及相關(guān)的信息存入數(shù)據(jù)庫。

（3）按產(chǎn)品樹進(jìn)行數(shù)控文件、工藝文件及其他文檔的組織和管理。

（4）具有程序生命周期管理功能。

（5）具有自定義和模板化的流程控制。提供流程監(jiān)控功能，能對流程進(jìn)行查詢和檢索，并能針對流程的編制、試切、定型、存檔等狀態(tài)進(jìn)行暫停、終止、刪除、繼續(xù)等操作。

（6）具有完善的、靈活的權(quán)限管理功能，能自定義各種角色，并針對不同的角色定義不同的權(quán)限。

（7）數(shù)控程序版本管理。能自動跟蹤、記錄文件的變更記錄，允許進(jìn)行比較、恢復(fù)其他版本。

（8）支持批量導(dǎo)入功能，支持復(fù)制、編輯、轉(zhuǎn)移等功能，支持批量下發(fā)功能。

（9）支持?jǐn)U展名為：TXT、MPF、NCL、NC、PDF、 DWG、 DWF、 DOC、 DOCX、 XLS、 XLSX、PRT、EXB等的文件，支持在線查看功能、對于2D和3D圖形文件支持平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等操作。

（10）具有任務(wù)管理、任務(wù)提醒、更改、委托功能。

（11）自動生成刀具清單文件，包括刀具名稱、幾何參數(shù)、對刀數(shù)據(jù)等，并與對應(yīng)的程序進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（12）機(jī)床程序返回時能自動進(jìn)入相關(guān)結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點下，可選擇回傳程序的審查功能。

（13）確保數(shù)據(jù)文件的安全，支持?jǐn)?shù)據(jù)加密功能。

（14）管理模塊與通信模塊無縫集成。

2.2.3 數(shù)控機(jī)床監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集MDC管理

（1）監(jiān)控參數(shù)主要有機(jī)床運行狀態(tài) （運行、待機(jī)、故障）、主軸負(fù)載、主軸功率、進(jìn)給速度、報警信息等參數(shù)。對于切削和非切削時間的統(tǒng)計等信息能自動實時進(jìn)行記錄，并存入數(shù)據(jù)庫。采集方式不能依賴人工操作和人工干預(yù)，對于待機(jī)原因應(yīng)提供不同的故障代碼。

（2）支特PC終端查看機(jī)床實時狀態(tài)和遠(yuǎn)程查看機(jī)床實時狀態(tài)。

（3）以電子看板形式在車間機(jī)床布局圖上能夠顯示監(jiān)控DNC網(wǎng)絡(luò)上所有數(shù)控機(jī)床的運行狀態(tài)。

（4）所有數(shù)據(jù)必須存儲在數(shù)據(jù)庫里可供隨時查詢。

（5）對監(jiān)控結(jié)果以餅狀圖、折線圖、柱狀圖及其他報表形式對監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行分析，能自定義分析時間間隔。

2.3 項目實施預(yù)期

（1）建立面向產(chǎn)品生命周期的精益生產(chǎn)管理模式。通過并行工程縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，提高產(chǎn)品的可制造性和可裝配性，減少變更；縮短生產(chǎn)線布局設(shè)計和調(diào)試時間；優(yōu)化制造工藝，提高制造效率；縮短產(chǎn)品試制時間和達(dá)到量產(chǎn)規(guī)模的時間；提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn) “零缺陷”生產(chǎn)。

（2）解決日趨復(fù)雜的制造工藝管理和應(yīng)用，提高制造加工技術(shù)含量。公司產(chǎn)品的設(shè)計復(fù)雜度在不斷提高，設(shè)備的多樣性和隨著新基地建設(shè)過程中工藝布局的不斷優(yōu)化，使得制造工藝呈現(xiàn)出更加嚴(yán)謹(jǐn)和復(fù)雜，這就需要建立適合公司產(chǎn)品和加工特點的數(shù)字化工藝管理系統(tǒng)。

（3）提高生產(chǎn)線的柔性和標(biāo)準(zhǔn)化程度，解決混流生產(chǎn)對生產(chǎn)線的布局設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計帶來的約束，采用新的數(shù)字化制造工具和手段來增加制造柔性。

（4）對設(shè)備的布局和配置進(jìn)行分析優(yōu)化，提高設(shè)備的柔性、運行可靠性和利用率，實現(xiàn)現(xiàn)有資本設(shè)備的價值最大化，解決產(chǎn)品個性化生產(chǎn)的需求。

（5）采用最新網(wǎng)絡(luò)化加工技術(shù)，提高公司制造過程的網(wǎng)絡(luò)化，通過仿真識別制造瓶頸以及設(shè)備利用率低下等問題，能夠更好地利用制造設(shè)備，減少機(jī)器加工和待工時間。

（6）逐步進(jìn)行生產(chǎn)過程及管理的無紙化應(yīng)用水平，引入企業(yè)現(xiàn)代化的管理理念，解決生產(chǎn)中的重點和難點問題。

2.4 實施步驟及方法

本次公司數(shù)字化制造項目內(nèi)容包含網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)、CAPP系統(tǒng)應(yīng)用 （信息化系統(tǒng)的項目實施大致分為2類，一類是純軟件項目，如ERP/PDM等。一類是包含硬件、網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)集成內(nèi)容的軟硬結(jié)合項目）。本次項目則屬于軟硬結(jié)合的方式，按照通常的原則是先搭建系統(tǒng)所需硬件環(huán)境，搭建完畢后再進(jìn)行軟件的相關(guān)實施。產(chǎn)品部分實施過程中可以同步進(jìn)行相關(guān)的二次開發(fā)工作的探討和調(diào)研，在產(chǎn)品部分的實施結(jié)束后則直接開始二次開發(fā)工作的相關(guān)工作。

按照產(chǎn)品包含的內(nèi)容本次的實施步驟和方法大致如下：

·Step1：進(jìn)行車間基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

本次項目的葉片分廠車間基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部分由公司來進(jìn)行相關(guān)的實施安排，這一步可以與機(jī)床內(nèi)硬件設(shè)備的安裝進(jìn)行同步實施。互不影響。

·Step2：通訊及采集硬件的安裝

本次項目涉及葉片分廠機(jī)床通訊和機(jī)床信息采集工作。因此針對只擁有串口的設(shè)備，則需要對其安裝相應(yīng)的硬件進(jìn)行通訊和采集工作。可以Step1同步進(jìn)行。

·Step3：網(wǎng)絡(luò)及硬件系統(tǒng)測試

主要工作是針對葉片分廠每一臺設(shè)備軟硬件進(jìn)行安裝后的功能測試及網(wǎng)絡(luò)信息點的測試，然后再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的整體鏈路測試。

·Step4：網(wǎng)絡(luò)DNC通訊軟件的實施

主要工作是在葉片分廠機(jī)床及工作站安裝CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC通訊軟件，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整。

·Step5：網(wǎng)絡(luò)DNC管理軟件的實施

主要工作是在葉片分廠安裝CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC管理軟件，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的創(chuàng)建，設(shè)備結(jié)構(gòu)樹的創(chuàng)建，以及各種文檔管理模板和流程模板的創(chuàng)建。

·Step6：網(wǎng)絡(luò)DNC采集及統(tǒng)計分析軟件的實施

工作是建立在通訊軟件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定運行一段時間后來考慮的，主要工作是調(diào)整采集及統(tǒng)計分析軟件，進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)配置和測試。

2.5 DNC系統(tǒng)總體架構(gòu)

葉片分廠DNC系統(tǒng)平臺分3級架構(gòu)，如圖1所示。在3級架構(gòu)下信息中心部門設(shè)立有程序數(shù)據(jù)服務(wù)器，該服務(wù)器擔(dān)任的是整個平臺數(shù)據(jù)的管理及備份的任務(wù)。在其下一級的車間中擁有一臺通訊服務(wù)器及多臺應(yīng)用客戶端，采集服務(wù)器考慮到數(shù)據(jù)量大及業(yè)務(wù)的歸屬性，也放在車間一級。車間業(yè)務(wù)部門同服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換由防火墻做隔離和安全防范。

圖1 東汽數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用三級架構(gòu)示意圖

葉片分廠車間的通訊服務(wù)器在程序管理的內(nèi)容上保持和信息中心程序數(shù)據(jù)服務(wù)器從上至下的同步。通過設(shè)定一定的協(xié)同機(jī)制，程序數(shù)據(jù)服務(wù)器可以將調(diào)度人員派發(fā)的程序派發(fā)至各車間的通訊服務(wù)器，通訊服務(wù)器在接收到程序后可向機(jī)床派發(fā)相關(guān)的程序。一旦程序數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)生故障或斷電情況，通訊服務(wù)器可以正常使用而不會因此影響生產(chǎn)。數(shù)據(jù)采集也是通過車間的通訊服務(wù)器進(jìn)行實時采集，然后通過主干網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫，供統(tǒng)計分析模塊調(diào)用。

2.6 DNC系統(tǒng)硬件架構(gòu)

在企業(yè)局域網(wǎng)的架構(gòu)下，每個車間內(nèi)的多臺交換機(jī)、裝有通信客戶端/管理客戶端的計算機(jī)以及數(shù)控工藝組裝有管理客戶端的計算機(jī)通過已建好的企業(yè)局域網(wǎng)和信息中心的總服務(wù)器相聯(lián)，如圖2所示。

車間內(nèi)的各類數(shù)控設(shè)備則通過智能終端和屏蔽網(wǎng)線聯(lián)接到就近位置的交換機(jī)。觸摸屏終端查詢系統(tǒng)則通過車間內(nèi)局域網(wǎng)連接到DNC系統(tǒng)中，完成相關(guān)的查詢功能。

針對目前公司的分級保護(hù)式的安全隔離措施，這將涉及到機(jī)床網(wǎng)絡(luò)、車間辦公網(wǎng)絡(luò)、工藝人員網(wǎng)絡(luò)、信息中心主干網(wǎng)之間的相互隔離問題，目前比較簡單可行且安全有效的措施是針對DNC網(wǎng)絡(luò)所屬的設(shè)備、計算機(jī)、防火墻等劃入同一個VLAN網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物理上隔離，邏輯上接通。CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以放置在企業(yè)的信息中心， 工藝人員的計算機(jī)通過VLAN1訪問服務(wù)器，將數(shù)據(jù)寫入。機(jī)床設(shè)備通過VLAN2從服務(wù)器獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。這要求服務(wù)器同時處于2個不同的VLAN上。VLAN的劃分在車間級可以通過端口劃分方式進(jìn)行劃分，在信息中心可以通過路由劃分方式來確定。

圖2 東汽數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.7 DNC系統(tǒng)軟件架構(gòu)

CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC是新一代的集成化并可擴(kuò)展的數(shù)控車間管理解決方案。它結(jié)合了CAXA十多年來對中國用戶和市場的深入了解和研發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗，由CAXA坐落在北京的研發(fā)中心開發(fā)，并主要針對中國市場量身定制。

CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC軟件部分由生產(chǎn)文檔管理模塊、數(shù)控設(shè)備通訊模塊、設(shè)備信息采集模塊、程序編輯仿真模塊等組成，如圖3所示。分別完成NC代碼及生產(chǎn)文檔管理、NC加工代碼通訊和數(shù)控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)采集、數(shù)控加工代碼快速編輯及實時仿真等功能。

在生產(chǎn)文檔管理模塊中，有用戶管理、統(tǒng)計、檢索等不同模塊。分別完成用戶權(quán)限設(shè)置，項目進(jìn)度、機(jī)床負(fù)荷統(tǒng)計，按照零部件號、NC代碼、工序、生產(chǎn)指令等進(jìn)行查詢工作。

在設(shè)備信息采集模塊中，有設(shè)備狀態(tài)查看、生產(chǎn)信息采集、生產(chǎn)信息匯總統(tǒng)計等不同模塊。分別完成生產(chǎn)信息的及時反饋、設(shè)備狀況的及時查看、產(chǎn)能及時匯總分析等功能。在采集方式上也具備串口采集、網(wǎng)卡采集、硬件采集、條碼及視頻采集等多種方式。

圖3 CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)模塊劃分圖

2.8 模塊關(guān)系

DNC系統(tǒng)包含機(jī)床通訊控制、程序及文檔管理、機(jī)床監(jiān)測采集、統(tǒng)計分析及編程仿真軟件。各個模塊功能相互銜接，獨立分工的同時又互為牽制。最終形成一個整體化的信息平臺，完成數(shù)字化制造的最底層工作。各模塊關(guān)系及信息流向圖如圖4所示。

圖4 DNC系統(tǒng)模塊間信息流向圖

3 項目效果

（1）所有數(shù)控設(shè)備完成統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)及加工代碼傳輸?？梢杂行岣咴O(shè)備及工藝人員的效率。以前傳輸一個加工代碼的時間從平均15分鐘縮短到現(xiàn)在5分鐘以內(nèi)，花費時間是以前的三分之一。

（2）工藝文件的高效編制、發(fā)放。通過專門的工藝軟件完成工藝文件的快速編制。實現(xiàn)工藝資源的兩個有效 “重用”。一個是工藝資源庫 （設(shè)備、刀具等），另一個就是典型工藝資源的重用。

（3）工藝文件及加工代碼管理的規(guī)范、有序化。通過統(tǒng)一的管理平臺，實現(xiàn)了產(chǎn)品、版本、流程等的統(tǒng)一管理。并且管理平臺可以直接指派加工代碼給相關(guān)設(shè)備。管理同設(shè)備代碼的傳輸關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)管理、通訊的一體化。

（4）數(shù)據(jù)接口的集成。通過數(shù)據(jù)接口的集成，打通PDM—CAPP—ERP的數(shù)據(jù)通道，保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的正確傳遞。提高整個系統(tǒng)的運行完善度。

（5）管理平臺的權(quán)限控制。通過權(quán)限管理，不同的人員擁有各自的權(quán)限范圍有效提高了企業(yè)數(shù)據(jù)的安全。

（6）實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的信息采集與統(tǒng)計分析。通過對數(shù)控設(shè)備的信息采集及統(tǒng)計分析，得到設(shè)備的第一手有效資料。對這些數(shù)據(jù)的處理與分析，給車間的生產(chǎn)組織、安排提供有效的決策依據(jù)。

4 結(jié)束語

數(shù)字化的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)化制造已成為制造企業(yè)在21世紀(jì)的重要發(fā)展方向，DNC分布式數(shù)字控制，是以計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等為基礎(chǔ)，把數(shù)控機(jī)床與上層控制計算機(jī)集成起來，從而實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的集中控制、管理以及數(shù)控機(jī)床與上層控制計算機(jī)間的信息交換。它是現(xiàn)代化機(jī)械加工企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備集成、信息集成、功能集成的一種新方法，是制造業(yè)自動化的重要模式，也是實現(xiàn)MES等系統(tǒng)的重要組成部分[1]。數(shù)字化的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)的應(yīng)用使得企業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生了根本性的變化，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的功能由管理決策層延伸到制造加工層，整體信息化的集成使企業(yè)的CAD/CAM/CAPP等數(shù)字設(shè)計模塊和數(shù)控加工設(shè)備的聯(lián)系變得更為緊密。

公司通過實施應(yīng)用DNC系統(tǒng)，提高了企業(yè)加工數(shù)據(jù)的傳輸和利用更為有效性，從而為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的信息集成和設(shè)備有效管理奠定了基礎(chǔ)。通過項目的實施，初步建立公司新廠區(qū)數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理的硬件平臺，嘗試和深化企業(yè)數(shù)字化管理的軟件平臺，可以實時了解設(shè)備利用狀況，實現(xiàn)所有設(shè)備運行狀況在企業(yè)電子地圖內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化呈現(xiàn)，可以通過虛擬三色燈迅速了解設(shè)備是否處于開機(jī)狀態(tài)和加工狀態(tài)。詳盡的統(tǒng)計分析功能可以將設(shè)備的利用狀況，如開機(jī)率、加工率、故障率等信息實時呈現(xiàn)給企業(yè)的生產(chǎn)管理者。從工作效率上看，該方案不僅提高了生產(chǎn)制造部門在各種操作上的工作效率，而且大大提高了各部門之間協(xié)同工作效率，減少了出錯可能。為公司裝備技術(shù)一流提供了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化手段，促進(jìn)了公司管理的現(xiàn)代化。

[1]范文學(xué),胡志勇,李宗學(xué).基于CAXA的車間級網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)研究.機(jī)械工程師

[2]CAD/CAM與制造業(yè)信息化

[3]CAXA-DNC實施設(shè)計報告 東汽-CAXA項目組