DNC系統(tǒng)在數(shù)控實訓教學中的應(yīng)用

張軍+張宏帥

摘要：針對數(shù)控實訓教學目前存在的實訓室建設(shè)成本高、教學質(zhì)量不理想、教學效率低等問題，筆者提出利用DNC系統(tǒng)指導數(shù)控編程、數(shù)控維護等實訓教學，希望通過信息化教學的方式培養(yǎng)現(xiàn)代化的高端數(shù)控人才。應(yīng)用結(jié)果證明，DNC系統(tǒng)能夠促進數(shù)控教學過程實現(xiàn)科學化、規(guī)范化，能有效提高學生學習的積極性，提升教學效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)控實訓；DNC；數(shù)控通訊；信息化教學

一、引言

數(shù)控裝備、數(shù)控編程技術(shù)、數(shù)控加工是實現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵因素。目前，國內(nèi)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)控化率己達33%，因此，培養(yǎng)高端的數(shù)控技能人才對于提升我國制造業(yè)整體水平至關(guān)重要，而數(shù)控實訓教學是培養(yǎng)高端數(shù)控技術(shù)人才必不可少的環(huán)節(jié)。數(shù)控實訓教學的目的，就是利用理論教學與實際操作相結(jié)合的方式，培養(yǎng)具備數(shù)控調(diào)試、實操、維修、編程等專業(yè)技術(shù)能力，能夠適應(yīng)加工、服務(wù)、管理等各個環(huán)節(jié)實際需要的高端技能型數(shù)控人才。然而，職業(yè)院校的數(shù)控實訓教學在實訓室建設(shè)、實訓教學管理、技術(shù)培養(yǎng)方向等方面還存在著一些問題。比如，數(shù)控實訓設(shè)備數(shù)量不足；教學效率低且教學質(zhì)量不高；學生的技術(shù)能力無法滿足現(xiàn)代化企業(yè)的數(shù)控人才需要等。

針對以上問題，筆者以某職業(yè)技術(shù)學院的“FANUC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)工作室擴建項目”為例，分析了分布式數(shù)控（Distributed NumericalControl，DNC）系統(tǒng)在數(shù)控實訓教學中的具體應(yīng)用。

二、FANUC實訓中心的現(xiàn)狀

（一）數(shù)控實訓室概述

某職業(yè)技術(shù)學院的FANUC實訓中心是教育部校企合作項目中河南省唯一的一個實訓中心。目前，數(shù)控實訓室一共有FANUC數(shù)控實訓設(shè)備23臺，包括FANUC數(shù)控車床和FANUC數(shù)控加工中心。

（二）DNC實訓教學系統(tǒng)

DNC系統(tǒng)指的是利用一臺中央計算機將若干臺數(shù)控設(shè)備連接，實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的綜合控制。數(shù)控實訓中心用于數(shù)控實訓的信息化教學系統(tǒng)主要包括CAD工作站、CAM工作站、程序編輯仿真工作站、數(shù)控參數(shù)維護工作站等信息化軟件系統(tǒng)，其中程序編輯仿真、參數(shù)維護等經(jīng)常被功能更強大的DNC系統(tǒng)所代替。某職業(yè)技術(shù)學院FANUC實訓中心在2015年正式使用DNC系統(tǒng)指導數(shù)控實訓教學。實訓中心使用的DNC系統(tǒng)涵蓋數(shù)控系統(tǒng)以太網(wǎng)通信、數(shù)控加工程序集中管理、機床狀態(tài)遠程實時監(jiān)控、系統(tǒng)參數(shù)遠程科學管理、機床故障診斷、機床運行效能智能分析、機床遠程控制等功能。

三、DNC系統(tǒng)在FANUC實訓中心的應(yīng)用

（一）數(shù)控通信實訓教學

數(shù)控設(shè)備是車間內(nèi)執(zhí)行加工生產(chǎn)的高端智能一體化設(shè)備，現(xiàn)代的生產(chǎn)車間內(nèi)數(shù)控裝備經(jīng)常需要配合外界其他智能設(shè)備輔助生產(chǎn)，比如，利用機械臂完成自動上料、利用激光器完成在線監(jiān)測等。這些功能的實現(xiàn)都需要精通數(shù)控設(shè)備通信的信息化人才，目前，國內(nèi)的數(shù)控培訓基本都集中在數(shù)控設(shè)備本身的操作培訓，在設(shè)備通信方面比較欠缺。DNC系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能就是實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信。

1.硬件連接

2.數(shù)控實訓設(shè)備端設(shè)置

FANUC的以太網(wǎng)功能是通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)的。因此，CNC系統(tǒng)端只需要設(shè)定CNC的IP、TCP和UDP的服務(wù)端口號即可。機床端依次執(zhí)行【sYSTEM】和【PCMCIA】，出現(xiàn)包含【公共】【FOCAS2】【FTP傳送】的嵌入以太網(wǎng)設(shè)定畫面。在【公共】頁面設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)IP地址及子網(wǎng)掩碼，在【FOCAS2】操作界面設(shè)置TCP和UDP的服務(wù)端口號。

3.DNC系統(tǒng)服務(wù)器端設(shè)置

DNC系統(tǒng)服務(wù)器端的設(shè)置主要包括采集主機網(wǎng)絡(luò)設(shè)置及采集服務(wù)器端軟件的設(shè)置。采集主機網(wǎng)絡(luò)設(shè)置是設(shè)置計算機本身的有線TCP/IPv4網(wǎng)絡(luò)屬性。DNC軟件端的設(shè)置，主要是設(shè)置采集機床信息。DNC服務(wù)器需要配置聯(lián)網(wǎng)管理的數(shù)控設(shè)備的“身份信息”，包含名稱、型號、IP地址、端口號等內(nèi)容。教學使用過程中，教師在安排學生分別完成CNC端網(wǎng)絡(luò)設(shè)置后，此處只需要按照每臺設(shè)備設(shè)置的信息逐一配置即可，此處設(shè)置系統(tǒng)以注冊表的形式存在，故只需設(shè)置一次即可。

（二）數(shù)控編程實訓教學

數(shù)控編程教學是數(shù)控實訓中心的重點實訓項目，常規(guī)的數(shù)控編程實訓，每個學生按照工藝圖紙編寫好程序后，需要再上機輸入并進行程序調(diào)試，指導教師檢查每一個學生的程序編寫情況，需要逐一查看每臺數(shù)控設(shè)備的程序運行情況。此種模式還是傳統(tǒng)的“手把手”教學方法，僅適合“一對一”或小規(guī)模實訓教學。

FANUC實訓中心使用的DNC系統(tǒng)的程序管理模塊集成了程序管理、流程管理、分類統(tǒng)計以及備份恢復(fù)等模塊。借助DNC系統(tǒng)的程序管理模塊，數(shù)控教學教師對大規(guī)模實訓學生可以實現(xiàn)“邊實操邊指導”，學生編程實踐不再局限于固定的數(shù)控實訓機床。DNC系統(tǒng)對數(shù)控編程實訓教學質(zhì)量的提高和教學效率的提升主要體現(xiàn)在以下幾點：

1.程序管理

使用程序管理功能，遠程計算機可以訪問聯(lián)網(wǎng)內(nèi)任意一臺數(shù)控實訓設(shè)備內(nèi)的程序，包括程序列表、程序名、程序編號、編寫日期、編寫作者、注釋內(nèi)容等，同時具備程序的上傳下載功能。在實際教學過程中，教師在需要下發(fā)編程實例時，只需要在遠程客戶端打開DNC程序管理模塊，選擇制定程序和下發(fā)程序的機床編號即可完成程序的下發(fā)任務(wù)。學生在實訓設(shè)備端，同樣可以請求NC服務(wù)器內(nèi)的數(shù)控程序，得到教師“確認”后，程序自動下載到相應(yīng)的數(shù)控實訓設(shè)備內(nèi)。學生上機編寫好程序后，不需要做任何操作，教師通過遠程計算機就可以查看到所有學生編寫完好的程序，并進行編寫指導。

2.版本管理

DNC系統(tǒng)具備完善的程序版本管理功能，學生在每一臺數(shù)控實訓設(shè)備上的每次更改均產(chǎn)生新版本，系統(tǒng)自動跟蹤并記錄程序文件的所有變更，允許指導教師比較恢復(fù)指定程序版本。

3.運行監(jiān)控

數(shù)控實訓教學重視學生實際操作能力的培養(yǎng)，學生完成教師下發(fā)的程序編寫任務(wù)后，需要上機調(diào)試運行，方能驗證編寫程序是否完全正確。在實際操作中，學生經(jīng)常由于上課不認真、操作不規(guī)范、編程知識掌握不牢靠等原因造成實訓設(shè)備故障。DNC系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)內(nèi)數(shù)控實訓設(shè)備的運行狀態(tài)和各項實時數(shù)據(jù)，教師通過DNC客戶端可以同時監(jiān)管所有學生的實訓操作，一旦學生操作不規(guī)范或機床出現(xiàn)故障，教師能夠第一時間鎖定目標，并給出遠程指導意見。

（三）數(shù)控維護實訓教學

數(shù)控系統(tǒng)本身的復(fù)雜性要求企業(yè)需要專業(yè)的數(shù)控維護工程師。數(shù)控維護實訓教學是學生學習數(shù)控運行原理、系統(tǒng)維護及故障維修等專業(yè)數(shù)控知識的重要課程。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)維護都是單臺手動維護，工作量大、效率低，新型的高端數(shù)控技能型人才必須能夠使用信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的遠程維護、批量維護。以PMC信號的編輯維護為例，教師做理論教學時，可以直接通過計算機訪問聯(lián)網(wǎng)內(nèi)實訓設(shè)備的實際信號值，而不需要做完理論教學后，再讓學生去上機驗證，這能夠極大地促進教學的流暢性，真正實現(xiàn)“邊教邊學”。另外，學生在做PMC信號調(diào)試練習時，也可以通過計算機在遠端實現(xiàn)，而不需要直接操作實訓設(shè)備，而且學生的調(diào)試結(jié)果，教師同樣可以在遠程端實時監(jiān)控。

四、DNC系統(tǒng)對數(shù)控實訓教學的影響

（一）降低數(shù)控實訓成本

DNC系統(tǒng)使數(shù)控實訓教學徹底擺脫了實訓設(shè)備不足、學生實操機會少的問題，因為數(shù)控教學過程中教師與學生通過計算機實現(xiàn)“人機聯(lián)動”，數(shù)控實操學習基本可以在計算機上完成，不需要一直實操數(shù)控設(shè)備。計算機和機房的建設(shè)成本是要遠遠小于數(shù)控實訓設(shè)備和實訓室的建設(shè)成本的。

（二）提高數(shù)控實訓質(zhì)量

借助DNC系統(tǒng)，教師能夠輕松地同時指導45名學生進行數(shù)控實訓，學生實訓過程中可以在線尋求指導教師幫助。實訓過程的信息化有效提升了教師的教學效率，豐富了課堂教學內(nèi)容。

（三）激發(fā)學習動力

使用信息化教學系統(tǒng)，學生興趣濃厚，對數(shù)控實訓的學習由以前的在教師督促下的“被動學習”轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的“主動學習”。學生對DNC系統(tǒng)的使用學習比較快，且實際動手使用過后不再覺得實訓教學枯燥無味，而是對數(shù)控實訓課程充滿期待，并且能夠主動地探索新知識。

面對目前數(shù)控實訓教學存在的問題，筆者通過數(shù)控通信實訓教學、數(shù)控編程實訓教學、數(shù)控維護實訓教學三個方面，描述了DNC系統(tǒng)在數(shù)控實訓教學中的應(yīng)用，實際使用結(jié)果證明DNC系統(tǒng)對提高數(shù)控實訓教學質(zhì)量、提升學生學習效率、降低教學成本、規(guī)范教學管理等有很大的幫助。endprint