1項目背景

    上海航天設備制造總廠屬于典型的航天裝備制造企業(yè)，承擔了我國大量重點型號的結構件數(shù)控加工任務。為了提高新產(chǎn)品開發(fā)能力，提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，自上世紀90年代初，開始投入資金引進現(xiàn)代化的CNC加工設備、先進的CAD/CAM技術等組建高水平的數(shù)控車間。特別是隨著企業(yè)新的精密數(shù)控廠房的建成，數(shù)控設備的逐漸增多，如何加強對它們的管理、使其發(fā)揮出最大的經(jīng)濟效益成了企業(yè)和車間的重要議程。

    隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術、信息管理技術以及CAD/CAE/CAM集成化技術的逐步成熟和廣泛應用，為企業(yè)實現(xiàn)數(shù)控設備的有效管理和設計制造一體化提供了強有力的技術手段。

    上海航天設備制造總廠為了與整體信息化建設接軌，提高管理效率，考慮采用分布式多用戶DNC系統(tǒng)。經(jīng)過多方面調(diào)研，上海航天設備制造總廠與北京蘭光創(chuàng)新科技公司合作，引進了具有世界領先水平的CIMCO DNC-Max數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，成功地將所有數(shù)控機床聯(lián)入企業(yè)局域網(wǎng)，形成了數(shù)控機床和數(shù)控程序的網(wǎng)絡化管理，提高了管理水平。

    2 DNC的作用

    DNC(Distributed Numerical Control)分布式數(shù)字控制，是現(xiàn)代化機械加工車間的一種運行模式，它以數(shù)控技術、通訊技術、控制技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術等先進技術為基礎，把與制造過程有關的設備(如數(shù)控機床等)與上層控制計算機集成起來，從而實現(xiàn)制造車間制造設備的集中控制管理以及制造設備之間、制造設備與上層計算機之間的信息交換。它是現(xiàn)代化機械加工車間實現(xiàn)設備集成、信息集成、功能集成，網(wǎng)絡化管理，無紙化制造的一種新方法，是車間自動化的重要模式，是實現(xiàn)CAD/CAM和計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的紐帶。

    具體來講，DNC系統(tǒng)可以有效解決目前數(shù)控生產(chǎn)車間一些普遍存在的問題：

    （1）車間現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)繁雜，各系統(tǒng)之間所用的通訊程序也不一樣，上海設備制造總廠的數(shù)控機床涉及的數(shù)控系統(tǒng)包括NUM、FANUC、Siemens等，每種不同的控制系統(tǒng)又有多種不同的型號，造成相互之間互不兼容的現(xiàn)狀，給技術人員、操作人員的編程和應用帶來很多不便，大大地限制了零件的轉(zhuǎn)移加工。

    （2）通訊程序為1對1的通訊程序，不具有程序自動反應和監(jiān)測功能，在進行機床與計算機的通信時，必須1個人在機床前操作機床，另一個人在計算機終端前操作通訊軟件，兩者交替操作。

    （3）程序傳輸用單機或筆記本的形式，頻繁的熱插熱拔容易燒壞機床接口。

    （4）部分老的數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)存空間有限，程序一多，機床的內(nèi)存空間就不夠了，大量的加工程序不得不進行反復的刪除和鍵入，直接影響到數(shù)控機床的使用效率。

    （5）車間堆放很多電腦，工業(yè)環(huán)境惡劣，電腦壽命大大縮短，而且凌亂、不利于車間現(xiàn)場管理。

    （6）數(shù)控程序管理混亂，程序一般是編程員各自保管，容易丟失或誤操作。

    （7）電腦上的程序和工藝卡、模型圖、刀具清單等之間都是孤立保存，時間一長，容易忘記它們的對應關系，需要反復進行對照。

    （8）由于工廠管理部門或管理系統(tǒng)不能及時得到生產(chǎn)設備的實時生產(chǎn)狀況，因而不能做出科學的生產(chǎn)管理計劃及措施，極大地影響了工廠生產(chǎn)效能的發(fā)揮。

    3上海航天設備制造總廠DNC系統(tǒng)實施方案

    針對以上問題，經(jīng)過與北京蘭光創(chuàng)新公司技術人員交流，最終采用了如下的機床聯(lián)網(wǎng)方式。以下是方案說明：

    3.1系統(tǒng)的連接方案及拓撲結構

    上海航天設備制造總廠數(shù)控車間根據(jù)自身的實際情況以及與北京蘭光創(chuàng)新公司的探討，確定了如圖1所示的基于單串口服務器的星形拓撲結構。

    單串口服務器方案的特點是：每臺串口數(shù)控設備上都分別裝有一臺單串口設備服務器，實現(xiàn)任意設備與以太網(wǎng)直接相聯(lián)，達到在以太網(wǎng)上的任意一臺計算機，都可以直接控制任意一臺數(shù)控設備。

    其優(yōu)點是：

    ·靈活性好，可以做到任意一臺計算機都可以直接控制任意一臺數(shù)控設備，與多串口服務器相比，數(shù)控設備控制的靈活性更大。

    ·可靠性強，因為這種連接方式是典型的星型連接，即便單串口設備服務器發(fā)生故障，只會影響一臺設備。

圖1 基于單串口服務器的系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

    ·不受RS232傳輸距離的限制，確保系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定可靠。

    缺點是：需要建設局域網(wǎng)，成本稍高。這一點對于上海航天設備制造總廠的新建廠房來說，局域網(wǎng)的鋪設必不可少，因此，對成本的影響不大。

  3.2系統(tǒng)的硬件組成

    從圖1可以看出，系統(tǒng)中除了數(shù)控加工設備、用戶終端、服務器和必需的網(wǎng)絡接入設備和網(wǎng)絡線路以外，主要硬件設備就是單串口服務器。每一個單串口服務器對應一臺數(shù)控加工設備，安裝在機床控制柜或控制面板箱內(nèi)，其一端通過RS232接口與數(shù)控機床的串口相連接，另一端通過RJ45接口直接利用屏蔽雙絞線連入局域網(wǎng)。

    在我廠的DNC系統(tǒng)中，我們選用的是世界著名工控產(chǎn)品——MOXA DE211型單串口服務器，該產(chǎn)品具有穩(wěn)定、可靠及抗浪涌的功能。

    3.3系統(tǒng)的軟件組成及其功能

    系統(tǒng)的軟件由三部分構成：

    ·CIMCO DNC-Max V5  功能強大的DNC通訊系統(tǒng)

    ·CIMCO Edit V5  高效、靈活的數(shù)控程序編輯器

    ·CIMCO NCBase V5 高端數(shù)控程序管理系統(tǒng)

    這三個部分無縫集成為一個整體，分別負責著機床通訊、程序編輯和程序管理。

    CIMCO DNC－Max Server是系統(tǒng)的核心，運行在系統(tǒng)的Windows2000服務器上，負責數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)和程序的傳輸，程序的上傳和下載只需要機床操作人員在機床操作面板上直接完成，服務器無需人看管，它能自動響應機床端發(fā)來的指令；可以實現(xiàn)多臺機床同時調(diào)用、同時在線加工，如圖2所示 。

    CIMCO Edit是一套可以對程序進行數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)處理、文件的智能比較、DNC傳輸和三維刀位軌跡仿真的應用程序，如圖3所示。

圖2  CIMCO DNC-Max 工作界面

圖3  CIMCO Edit 工作界面

    CIMCO NCBase 是一套高端數(shù)控程序管理系統(tǒng)，運行于Windows2000服務器上。它可以對數(shù)控程序的各種信息，如程序號、圖號、零件號、機床、用戶信息等進行管理；也可以對程序注釋、刀具清單、程序結構、數(shù)碼圖片等與程序相關的信息進行關聯(lián)管理。還可以進行完善的人員權限與流程簽署設置（不同的人員設置不同的權限，如：編輯、修改、批準、上傳、檢驗等）；并可自動備份，程序每修改一次，都按不同的版本形式自動備份；各版本之間還可以進行比較，發(fā)現(xiàn)不同之處。自動產(chǎn)生管理記錄（包括：創(chuàng)建時間、創(chuàng)建人、修改刪除時間，以及修改人等信息），具有良好的可追溯性。如圖4所示。

圖4 CIMCO NCBASE 工作界面

4應用

    CIMCO DNC軟件系統(tǒng)的功能非常強大，包括程序傳輸?shù)那昂筇幚怼⒌毒咔鍐蔚淖詣犹崛　㈥P聯(lián)文件的管理、簽署流程的管理等，這里只介紹基本功能應用。

    4．1 服務器端的應用

    系統(tǒng)服務器程序安裝車間程序監(jiān)控室的Windows2000 Server上，無人值守，數(shù)控工藝人員將編制完成的數(shù)控程序加載到NCBase，并進行相應的流程簽署，供機床端查詢和調(diào)用。要完成這樣的功能，需要兩個重要的客戶端軟件來對服務器軟件進行管理、設置和監(jiān)控，兩個客戶端軟件分別是數(shù)據(jù)庫客戶端和DNC-Max程序傳輸客戶端。

    （1）數(shù)據(jù)庫客戶端與CIMCO Edit 集成在一起，在數(shù)控工藝組設定了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫客戶端軟件，可以瀏覽數(shù)據(jù)庫內(nèi)的程序和各種信息。在數(shù)據(jù)庫客戶端上，技術人員可以對數(shù)控程序進行管理，數(shù)據(jù)庫NCBASE不僅管理數(shù)控程序，也對人員進行管理。通過數(shù)據(jù)庫客戶端，由系統(tǒng)管理員設定每個數(shù)控工藝技術人員和技術主管領導的權限，數(shù)控程序的簽署流程也可在NCBASE數(shù)據(jù)庫的管理下實現(xiàn)。

    （2）DNC-Max程序傳輸客戶端，在系統(tǒng)管理員處和程序監(jiān)控室分別安裝傳輸客戶端，用于管理員監(jiān)控整個網(wǎng)絡DNC傳輸運行情況，幫助分析傳輸問題，監(jiān)控各個通訊端口傳輸日志。通過在程序傳輸客戶端實現(xiàn)對各臺數(shù)控機床對應的端口進行傳輸參數(shù)設定，包括網(wǎng)絡傳輸?shù)耐ㄓ崊f(xié)議、握手信號、遠程請求命令、以及可調(diào)用的數(shù)控程序等。

    4．2 加工現(xiàn)場的應用

    加工現(xiàn)場的應用非常簡單方便，主要包括以下兩個方面：

    （1）數(shù)控程序的仿真，程序的仿真通過放置在車間的兩臺觸摸屏終端來實現(xiàn)。現(xiàn)場操作工人根據(jù)需要，通過觸摸屏進入CIMCO NCBase環(huán)境，查看對應的加工程序、刀具清單、裝夾注意事項等相關文件，并可方便地進行數(shù)控程序的刀具路徑仿真。

    （2）數(shù)控程序的調(diào)用，數(shù)控程序的調(diào)用分為4個步驟：

    ①根據(jù)在服務器端設定的遠程請求方式，在機床端通過控制面板向服務器發(fā)送查詢請求，服務器自動識別請求端口，并向請求端發(fā)送當前的數(shù)控程序列表；

    ②在機床端接受數(shù)控程序列表，在需要調(diào)用的數(shù)控程序行前面加上請求發(fā)送的標志信息，然后向服務器發(fā)送該程序列表；

    ③服務器根據(jù)接收到的程序列表和所請求發(fā)送的標志信息，自動向相應的端口發(fā)送要求的數(shù)控程序；

    ④在機床端接收請求發(fā)送的數(shù)控程序，然后進行程序的實際加工。

    5．結束語

    數(shù)控機床網(wǎng)絡DNC應用和實施，使機床的程序傳輸效率和傳輸準確性大大提高，對生產(chǎn)過程的監(jiān)控、管理具有很大的輔助作用，使數(shù)控程序的管理規(guī)范化、系統(tǒng)化向前邁出了一大步。有了目前的數(shù)控機床網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，為將來的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)、設備在線維護系統(tǒng)和上端的AVIDM等系統(tǒng)提供了一個鏈接的平臺，成為了整個企業(yè)信息化建設的重要組成部分。