一．實施背景
　　哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，已經發展成為一個以設計、制造大型火電汽輪機、船用汽輪機和重型燃氣輪機為主的國家重點大型骨干企業。形成了批量生產30萬千瓦、60萬千瓦汽輪機，30萬千瓦、60萬千瓦直接空冷氣輪機，60萬千瓦超臨界汽輪機，百萬千瓦以上的超超臨界汽輪機、百萬千瓦等級的核電汽輪機、艦船主動力蒸汽輪機和重型燃氣輪機組，年1200萬千瓦的生產制造能力。

　　哈爾濱汽輪機廠有限責任公司現有職工5,500 人，其中工程技術人員1,200 余人，高級技術人員400余人，在國內汽輪機制造行業中具有一流的科研開發能力和實力。主要生產設備1,789臺，其中精、大、稀設備244臺，大型進口設備100余臺，并擁有亞洲最大的高速動平衡機和真空電子束焊機，整體裝備水平在國內處于領先地位

　　隨著計算機技術、網絡通訊技術的不斷發展，數控技術在機械制造類的生產車間得到了普遍的使用，由此帶動了DNC技術的不斷發展，目前市面上也出現了多款優秀的DNC網絡通訊方面的產品。但由于技術的限制，絕大多數DNC產品目前還僅限于DNC程序通訊、在線加工等較基本的通訊應用，離真正的分布式控制還具有很大的距離。而目前在生產管理方面，雖然人們已經投入了大量的精力，也出現了很多的成果，但恰恰在最基礎的信息采集方面缺乏有利的支持，大量的生產管理信息還需要人工匯總統計，一方面影響匯總統計的數據的真實、準確性，另一方面也大大影響了生產的效率。竊以為，要想在生產過程中對設備和物料信息的進行采集與監視，并反饋到生產計劃系統進行控制，就必須將生產管理系統建立在DNC的基礎上，并將其擴張至廣義DNC的水平，使其成為管理層和設備層之間的橋梁，設備狀態和物料加工信息向上傳送，修改過的作業計劃和工藝規程向下傳送，這樣形成一個閉環系統，以達到對車間生產靈活管理的目的。廣義DNC系統除了在NC程序的網絡通訊方面表現優秀外，還必須具備強大的數據采集功能，能為生產管理系統采集大量的生產數據，如加工工時，加工產量，刀具使用時間和次數，生產停機（包括設備故障等）等，從而使其成為車間信息集成的橋梁，廣義DNC在車間信息集成中的橋梁作用如下圖所示。
 

圖一 DNC網絡拓撲示意圖

 
　　通過對制造類車間的分類，我們發現，在一些大、中型制造企業中，根據生產的需要和數控機床的特點，形成多種生產組織管理模式的制造系統，簡單說主要分兩種：

　　（1）單件小批：此類車間主要是一些模具企業、中小批量生產企業等，這類企業的生產變化比較大，NC程序服務需求比較多，對基本DNC的需求比較多。

　　（2）大批量生產線：主要是一些汽車、液壓氣動等大批量生產企業等，這類企業生產相對固定，NC程序變化較少，NC程序服務需求相對較少，但他們一般對生產信息的需求比較迫切。

　　為此，近年來，一些技術優秀的DNC廠商在充分滿足NC程序服務請求外，還不斷加強了在信息采集方面的開發，目前，以有一些成熟的產品已得到國際知名企業的使用，下面就此問題大家作一個簡單的介紹，以期取到拋磚引玉之效。

　二．車間信息采集

　?。?）功能需求

　　一般來說，廣義DNC應用的對象比較廣泛，大批量生產比較多，程序變換較少，對DNC程序的通訊需求不是很強烈，但要求統計生產加工工時和產量。在使用廣義DNC之前，一般要求各操作員上報當班產量，由專人統計零件產量，僅此一項任務就非常繁瑣，如果還要求管理人員定期上報刀具使用情況，各類停機事件，以便計算機床的使用率，故障率和運轉率等，那么，每到月底，生產管理人員為了上報這幾種報表，常常需要調動多人忙碌數日，效率非常低，自然希望能通過計算機自動采集加工產量，并自動統計這些報表。

　?。?）車間信息采集原理

　　目前，機床信息的采集主要有串口方式、局域網方式和現場總線方式等，但由于后兩種方式雖然效果比較好，但對數控系統的硬件要求比較高，目前還不宜普遍采用，而串口方式以其簡單實用的特點得到廣泛的使用，目前，我們在串口方式下發展了如下兩種方法，分別說明如下：

　　1) RS-232+宏程序

　　通過機床的RS-232C和機床內部宏程序可以在機床進行加工時輸出機床的多種狀態，如機床坐標信息、位置信息、加工開始、加工結束和換刀等信息。

　　以日本FANUC公司的0-M系統為例，在程序中加入下列加重和下劃線的語句：

%
O1000
POPEN
DPRNT [START]
N1200G0X34.0Z3.0
….
DPRNT [END]
PCLOS
M30
%

　　則在程序開始加工時從機床串口輸出字符串“START”，在程序結束加工時從機床串口輸出字符串“END”。其它在需要輸出相關信息的地方加上相應的宏程序，如換刀時間，關鍵坐標位置處等（其它類型的數控系統也都有相應的宏變量輸出功能，只是格式有些差別，在此不再說明。）這些機床輸出信息我們都保存在數據庫中，通過對這些數據的查詢統計處理，我們就可以得到機床的加工時間，空閑時間，換刀次數，換刀時間，加工件數，機床利用率等。

　　這些宏變量輸出語句可以手工加入，也可以通過我們設計的后置處理程序自動處理生成。由于宏變量輸出語句只能在機床加工時才能輸出，而且基于機床內部宏程序的限制，它所能輸出的信息還是很有限，也只限于對機床狀態的監視，還無法對機床狀態進行控制。

　　2) RS232+NC報表

　　對于沒有宏變量輸出功能的機床，我們可采用報表輸出方式來采集機床狀態信息。報表輸出文件名稱固定為RULE.NC，其結構以FANUC為例說明如下：

%
O5555
/N00M0RULE（此行告訴上位機：當前程序為狀態上報文件）
/PNXXXX（XXXX為程序號）
/BDXXXX（XXXX為開始日期）
/BTXXXX（XXXX為開始時間）
/EDXXXX（XXXX為結束日期）
/ETXXXX（XXXX為結束時間）
/TLXXXX（XXXX為用刀情況）
/CLXXXX（XXXX為材料使用情況）
/ERXXXX（XXXX為故障情況）
……… （在此還可以加入其它狀態的信息上報）
M30
%

　　上述文件需要操作工在數控機床端手工輸入，并將其發送給上位計算機，上位計算機接收到此文件后將相關內容送入數據庫，通過對這些數據的查詢統計處理，我們也可以得到機床的加工時間，空閑時間，換刀次數，換刀時間，加工件數，機床利用率等。

（3）廣義DNC車間信息采集功能介紹

　　信息采集由以下幾個部分組成：

　　A.數控系統宏變量定義

　　B.數控程序后置處理

　　C.數控程序上傳下送

　　D.零件工藝定義（包括零件標準用時，刀具使用定義等）

　　E.加工信息實時采集

　　F.加工信息匯總統計

　　由于宏變量輸出的語法雖然比較簡單，但如果手工加入畢竟有些繁瑣，故廣義DNC系統一般還設計了宏變量自動變換模塊，該模塊可以根據用戶的具體需要自動對NC程序進行變換。后置處理完成的NC程序可以通過廣義DNC強大的通訊功能下發到數控機床，由于此部分內容在其它相關參考文獻中已有詳細說明，在此篇文章中不再重復說明。

　　加工信息采集上來后，還需要對這些信息進行相關處理，此類處理的功能需求分三類，即:

　　A.零件工時和產量

　　B.機床停機

　　C.刀具需求

　　由于每個加工程序所使用的刀具是固定的，在廣義DNC系統中建立了零件的加工工藝表，其中包含了各零件加工所需的刀具信息，所以根據程序和刀具的對應關系，由零件的產量就可以推導出刀具的使用情況，故實際需要采集的加工信息只有兩種：零件加工工時和機床停機，在本系統中通過采集此兩類信息，最后統計完成如下任務：

　　1)產量統計：

　　可以統計任意時間段內各機床、各零件的產量和工時情況，具體說有如下幾種統計內容：

　　零件工時：統計各零件在生產過程中的加工件數，加工時間，最長用時，最短用時，平均用時，加工效率，均方差等。

　　機床工時：統計各機床在生產過程中的程序加工次數，加工時間，最長用時，最短用時，平均用時，均方差等。

　　零件加工分布：統計各零件在各機床加工的分布情況，包括加工次數和加工工時兩方面的分布情況。

　　機床加工分布：統計各機床加工各NC程序的分布情況，包括加工次數和加工工時兩方面的分布情況。

　　機床利用率：統計各機床加工使用效率。其計算公式為：

　　機床利用率=加工時間/作業時間*100%

　　作業時間=統計時間-休息時間

　　統計時間=統計開始時間-統計結束時間

　　故障時間=發生故障的凈時間，不包括休息時間。

　　休息時間=法定的節假日，工休日，廠休日等，可由企業自由設定。

　　其中加工效率代表單位時間內加工零件的件數，均方差反映的是各零件加工工時的變化情況，而加工件數，加工時間，最長用時，最短用時，平均用時的含義很明確，在此就不用解釋了。

　　廣義DNC系統對于各種統計結果設計了多種輸出方式，如打印報表輸出、導出為其它文件格式輸出和圖形輸出等，其中其它格式主要有文本格式和EXCEL文檔，圖形輸出主要有餅圖、矩形圖和折線圖等幾種，如圖所示。

圖2   餅圖輸出
 

圖3  折線圖輸出

　  2)停機統計

　　可以統計任意時間段內各機床出現的各種停機事件發生情況，其中包括故障事件，具體說有如下幾種統計內容：

　　停機事件：統計各種停機事件在生產過程中的發生次數，占用時間，最長用時，最短用時，平均用時，發生頻率，均方差等。

　　機床停機事件：統計各機床在生產過程中的停機事件發生次數，占用時間，最長用時，最短用時，平均用時等。

　　停機事件分布：統計各停機事件在各機床的分布情況，包括發生次數和停機用時兩方面的分布情況。

　　機床停機事件分布：統計各機床加工過程中停機事件的分布情況，包括停機次數和占用工時兩方面的分布情況。

　　機床完好率：機床在統計過程中狀態完好的比例，計算公式如下：

　　機床完好率=（統計時間-故障時間）/統計時間*100%

　　設備運轉率：機床在統計過程中正常運轉的比例，計算公式如下：

　　機床完好率=（作業時間-故障時間）/作業時間*100%

　　3) 刀具統計

　　可以統計任意時間段內各機床的刀具使用情況，具體說有如下幾種統計內容：

　　刀具用量統計：統計各種刀具在生產過程中的使用次數。

　　機床刀具用量統計：統計各機床在生產過程中的各刀具的使用次數。

　　三．總結

　　總之，通過宏變量輸出功能和報表輸出功能，廣義DNC在車間信息集成方面可以為你提供基本橋梁，結構簡單實用，無需添加其它硬件，如果你不需要對車間設備進行實時控制，那么此種方式就是信息采集的首要選擇。在此基礎上，你可以根據自己的特殊需要，再擴展其它新的功能，我們將為你提供持續的完善的服務。讓我們攜起手來，為創造美好的明天而奮斗吧！