面向機(jī)械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

王恩海

【摘 要】近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)換代，在“中國(guó)制造2025”的引導(dǎo)下，我國(guó)機(jī)械智能制造的發(fā)展迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇，其中DNC和MES的集成系統(tǒng)水平和質(zhì)量對(duì)于制造業(yè)發(fā)展的潛力和競(jìng)爭(zhēng)力又起到了至關(guān)重要的作用，它是我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新動(dòng)能的必經(jīng)之路和未來(lái)新科技發(fā)展應(yīng)用的戰(zhàn)略選擇，是未來(lái)機(jī)械智能制造的發(fā)展趨勢(shì)?；诖?，今天本文主要就面向機(jī)械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究這一論題給大家進(jìn)行闡述和分析，希望能起到拋磚引玉之效。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械;智能制造;DNC;MES;集成系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TP18;TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）31-0085-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.039

1 面向機(jī)械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)概述

（1）機(jī)械智能制造主要是基于新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息工程技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，貫穿于產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、質(zhì)檢和服務(wù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，具有自我感知、自我學(xué)習(xí)、自我分析決策和自動(dòng)執(zhí)行的新型機(jī)械生產(chǎn)方式。

（2）DNC又叫分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，其主要由CPU、存儲(chǔ)設(shè)備、通信接口、機(jī)床傳感器和控制器以及機(jī)床組成。它是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的中樞，是機(jī)械加工自動(dòng)化發(fā)展的高級(jí)形式。DNC系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)間數(shù)控裝備與相關(guān)生產(chǎn)制造工位的統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)管理，并對(duì)其提供在線(xiàn)加工、在線(xiàn)遠(yuǎn)程請(qǐng)求、NC程序斷點(diǎn)續(xù)傳和記錄追蹤等應(yīng)用服務(wù)功能。隨著以人工神經(jīng)系統(tǒng)、模糊技術(shù)和遺傳算法等為代表的人工智能技術(shù)的日益發(fā)展以及在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用推動(dòng)了智能DNC系統(tǒng)的出現(xiàn)和成熟，其必將成為未來(lái)機(jī)械智能制造的重要核心之一。

（3）制造執(zhí)行系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)MES，它是美國(guó)AMR公司率先在90年代提出的，主要是用來(lái)提升MRP系統(tǒng)的功能，其通過(guò)將生產(chǎn)制造與MRP進(jìn)行融合，能夠?yàn)槠髽I(yè)在生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)進(jìn)度管理、產(chǎn)品質(zhì)量管理、訂單和庫(kù)存管理以及產(chǎn)品成本管理等方面提高企業(yè)執(zhí)行效率。

（4）系統(tǒng)集成簡(jiǎn)稱(chēng)SI，它是通過(guò)結(jié)構(gòu)化的綜合布線(xiàn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，采用功能技術(shù)整合、業(yè)務(wù)模式整合和數(shù)據(jù)接口整合等方式，將分離的設(shè)備、數(shù)據(jù)信息和軟件系統(tǒng)等集成在一起，使得資源達(dá)到共享、集中和高效的利用和管理。系統(tǒng)集成能夠幫助所有的軟硬件要素融合為一個(gè)高效、低成本和穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，其終極目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)整體性能的最優(yōu)化，這也是衡量系統(tǒng)集成質(zhì)量和水平的關(guān)鍵。

2 面向機(jī)械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)新趨勢(shì)的研究

隨著科技發(fā)展的日新月異，機(jī)械智能制造的DNC和MES集成系統(tǒng)將呈現(xiàn)出以下新的發(fā)展趨勢(shì)，值得進(jìn)行研究和提前布局：

（1）智能裝備和產(chǎn)品將是新一代機(jī)械智能制造系統(tǒng)的主體。

（2）智能生產(chǎn)將成為新一代智能制造系統(tǒng)的主軸，并率先實(shí)現(xiàn)智能制造應(yīng)用技術(shù)的突破，由此發(fā)展而來(lái)的新一代離散型智能工廠將實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝的優(yōu)化、生產(chǎn)的智能調(diào)度和制造質(zhì)量的提升。其不僅可解決生產(chǎn)線(xiàn)員工的短缺和人力成本高企的問(wèn)題，而且從根本上提高制造效率、質(zhì)量和核心競(jìng)爭(zhēng)力，因此，在未來(lái)的發(fā)展中，DNC和MES集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究水平將成為推動(dòng)智能制造發(fā)展的核心要素。

（3）基于工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云技術(shù)發(fā)展的DNC和MES集成系統(tǒng)將成為智能制造的基礎(chǔ)，其為智能制造生產(chǎn)方式的變更、生產(chǎn)力的持續(xù)提升，提供了穩(wěn)定保障和極大的發(fā)展空間。同時(shí)，其也必將推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)形態(tài)從傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造型轉(zhuǎn)變升級(jí)為生產(chǎn)服務(wù)型。

（4）未來(lái)機(jī)械智能制造DNC和MES集成系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)制造內(nèi)部和外部的高度集成，具有集成與分布、精準(zhǔn)和統(tǒng)籌、共享和包容等新特性。

3 面向機(jī)械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

DNC和MES作為智能制造的重要應(yīng)用技術(shù)和場(chǎng)景，有著各自的特點(diǎn)和專(zhuān)長(zhǎng)。綜合應(yīng)用Web技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等構(gòu)建出DNC和MES集成軟件系統(tǒng)的框架和模型，從而使得智能制造能實(shí)現(xiàn)高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化和智能化，它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，不可能一蹴而就的。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論基礎(chǔ)總結(jié)出以下內(nèi)容，供大家研究和參考：

1）面向機(jī)械智能制造的DNC與MES集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架研究。

（1）DNC和MES的關(guān)系分析。前者一般應(yīng)用在過(guò)程控制層，其核心功能可分為生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)控程序過(guò)程管理，而后者位于制造執(zhí)行層，其主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造計(jì)劃、生產(chǎn)資源的協(xié)調(diào)管理以及根據(jù)業(yè)務(wù)訂單下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度與跟蹤。當(dāng)對(duì)兩者進(jìn)行系統(tǒng)集成時(shí)，兩者既有聯(lián)系，又有各自的主要分工，DNC主要作為一種技術(shù)系統(tǒng)，主要用在與底層機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連接;而MES和DNC的數(shù)控程序管理功能則提供相應(yīng)的軟件服務(wù)支撐，最終在集成系統(tǒng)內(nèi)部，MES便可通過(guò)DNC實(shí)現(xiàn)與裝備的通訊。其關(guān)系如圖1。

圖1 DNC和MES關(guān)系圖

（2）集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件模塊框架研究。其中MES計(jì)劃模塊表示管理功能的集成，并將DNC的核心功能劃分為三個(gè)模塊，分別是管理模塊、傳輸模塊和通信模塊。在集成系統(tǒng)中，MES通過(guò)與DNC的各個(gè)模塊進(jìn)行通信，從而完成對(duì)生產(chǎn)制造設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá)。其框架圖如圖2。

圖2 集成系統(tǒng)的基本軟件模塊框圖

2）面向機(jī)械智能制造的DNC與MES集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)研究。

（1）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式的選擇。

根據(jù)現(xiàn)有的主流開(kāi)發(fā)模式，系統(tǒng)程序采用B/S結(jié)構(gòu)，主要使用Java語(yǔ)言，協(xié)同Java EE、ODBC、Webservice、ActiveX等技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。而在開(kāi)發(fā)框架上主要采用Spring Web MVC，它是一種基于Java的實(shí)現(xiàn)了Web MVC設(shè)計(jì)模式的請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)類(lèi)型的框架，將Web層進(jìn)行解耦，使用請(qǐng)求-響應(yīng)模型。其主要的流程圖如下圖3。

由下圖可見(jiàn)，其具體執(zhí)行步驟原理主要可分為：首先，前端控制器根據(jù)用戶(hù)發(fā)送的請(qǐng)求來(lái)決定選擇哪個(gè)頁(yè)面控制器進(jìn)行處理并把請(qǐng)求委托給它;其次，頁(yè)面控制器收到請(qǐng)求后進(jìn)行功能處理，并進(jìn)行驗(yàn)證，然后將命令對(duì)象委托給業(yè)務(wù)對(duì)象進(jìn)行處理，處理完成后返回ModelAndView;最后，前端控制器收回控制權(quán)，然后返回邏輯視圖區(qū)，選擇相應(yīng)的視圖進(jìn)行渲染，并將響應(yīng)返回給用戶(hù)，從而完成了整個(gè)主流程。

圖3 Spring Web MVC處理請(qǐng)求的流程

（2）在操作平臺(tái)的選擇上，服務(wù)器OS主要采用Windows 2016，其能夠較好的兼容目前各種主流的開(kāi)發(fā)工具，且大部分系統(tǒng)管理員都能夠較好的進(jìn)行管理;在數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇上，My SQL能夠支持當(dāng)前大多數(shù)項(xiàng)目，其具有優(yōu)秀的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力，其開(kāi)源的特點(diǎn)也為軟件項(xiàng)目降低了成本;當(dāng)然，如果是智能制造大型項(xiàng)目，則建議采用Oracle或MS SQL Server來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐。

（3）在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具的選擇上，主流的Eclipse是首選，其本身就是采用Java語(yǔ)音開(kāi)發(fā)的開(kāi)源軟件，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)沉淀和不斷完善，其可通過(guò)各種插件構(gòu)造出靈活、功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其與MySQL、Git等開(kāi)發(fā)工具的無(wú)縫連接，極大的提升了開(kāi)發(fā)效率。

（4）數(shù)據(jù)集成方式研究。目前集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接的主流方式主要有中間文件轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)復(fù)制、API接口等幾種，具體實(shí)現(xiàn)方式如下：其一，將數(shù)據(jù)從源數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出，形成標(biāo)準(zhǔn)化的中間文件，然后將其導(dǎo)入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)中;其二，此方式主要應(yīng)用在同構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，將數(shù)據(jù)庫(kù)主Table進(jìn)行復(fù)制，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)在不同模型中的一致性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成;其三，兩個(gè)異構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)立在其間的API接口進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，進(jìn)一步提升面向機(jī)械智能制造的DNC以及MES的系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)研究具有十分重要的意義，其在推動(dòng)智能制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)、降低成本和提升效率、提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力等方面都發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。這就要求各系統(tǒng)集成商加強(qiáng)對(duì)DNC與MES系統(tǒng)集成的探索、積累研究、應(yīng)用創(chuàng)新和知識(shí)共享，并逐步地提升系統(tǒng)集成水平的質(zhì)量。因此，我們可以充分的借鑒國(guó)內(nèi)外DNC和MES系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)研究的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)吸取相關(guān)的失敗教訓(xùn)，最終為我國(guó)系統(tǒng)集成行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量而奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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