1、 從加工中心說起

　　什么是加工中心？加工中心全稱為：Computerized Numerical Control Machine center（簡稱CNC），是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，是能對工件一次裝夾后進行多工序加工的數(shù)控機床。

　　對于目前大多數(shù)制造企業(yè)來說，投入了自動化設(shè)備，意味著設(shè)備整體性能的提高，但是，設(shè)備整體性能的提高不意味著生產(chǎn)效率有所提高，僅僅依靠設(shè)備整體性能提高所帶來的貢獻是非常有限的。只有當制造模式和管理模式發(fā)生改變，才能讓整體的生產(chǎn)效率得到跨越式的提升。但是制造模式的改變，對制造裝備本身又提出了新的要求。

　　今后制造業(yè)發(fā)展的趨勢是大力發(fā)展數(shù)字化的制造模式。由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行支撐并融合信息技術(shù)與機械技術(shù)，將生產(chǎn)、銷售、技術(shù)以及管理各部門的數(shù)據(jù)在一個網(wǎng)絡(luò)下流動，實現(xiàn)信息完全共享，并能夠縮短產(chǎn)品物料生產(chǎn)準備時間、縮短產(chǎn)品交貨時間、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品的成本。正是因為這種發(fā)展趨勢，在數(shù)控設(shè)備達到一定數(shù)量后，就需要引進管理數(shù)控設(shè)備的系統(tǒng)軟件——DNC系統(tǒng)。

　　2、認識DNC

　　DNC系統(tǒng)(Distributed Numerical Control)，按照字面意思理解為分布式數(shù)控系統(tǒng)，它的主要功能是實現(xiàn)CAD/CAM和計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的紐帶，是機械加工自動化的又一種形式。傳統(tǒng)的DNC系統(tǒng)僅僅能實現(xiàn)程序傳輸?shù)墓δ堋ｋS著信息化技術(shù)的發(fā)展，目前的DNC系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為可以集成部分制造執(zhí)行系統(tǒng) (manufacturing execution system，簡稱MES）功能的系統(tǒng)軟件，具有提供實時收集生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的功能，并做出相應(yīng)的分析和處理，與計劃層和控制層進行信息交互，通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成的功能。所以說，DNC系統(tǒng)已經(jīng)成為制造業(yè)企業(yè)生產(chǎn)信息化系統(tǒng)中不可缺的一套系統(tǒng)。通過DNC系統(tǒng)能夠獲取最及時，最準確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

　　3、為什么要實施DNC系統(tǒng)

　　經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于數(shù)控設(shè)備較多的企業(yè)一般都存在以下幾個問題：

　　（1）以眾多數(shù)控加工設(shè)備為主要資源的生產(chǎn)企業(yè)，大量使用數(shù)控設(shè)備進行加工，但數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)利用率較低。

　　（2）生產(chǎn)過程中程序傳輸頻率高。由于等待程序傳輸而浪費了大量生產(chǎn)加工時間。

　　（3）頻繁的程序傳輸導(dǎo)致不按規(guī)范操作，對通訊接口進行熱插拔，使得機床或計算機接口損壞。

　　（4）公司制定了ISO管理規(guī)范，但程序沒有集中管理，沒有嚴格的審批流程，一般是編程員自己各自保管。傳輸程序時，通過內(nèi)部的共享平臺或?qū)崟r通訊軟件，將程序傳給程序傳輸人員或車間相關(guān)人員進行點對點的程序傳輸。

　　（5）ERP、PDM等上層信息化系統(tǒng)實施較好，但數(shù)控設(shè)備較多車間內(nèi)部的信息的傳遞，依然依靠人工匯總，并手工輸入到上層系統(tǒng)的方式來進行操作。

　　如果企業(yè)存在上面的一個或更多的問題，就應(yīng)該考慮實施應(yīng)用DNC系統(tǒng)了。

4、DNC系統(tǒng)實施準備

　　如果企業(yè)將要實施DNC系統(tǒng)，那么就應(yīng)該做好相應(yīng)的實施系統(tǒng)前的準備工作。

　　第一，充分進行調(diào)研，明確企業(yè)內(nèi)部需求。原始的DNC系統(tǒng)僅僅只有程序傳輸?shù)墓δ埽壳暗腄NC系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為帶有MES功能的一個系統(tǒng)了。如果上層系統(tǒng)，如ERP、PDM等系統(tǒng)都未完全建立成體系，企業(yè)是否真正的需要制造執(zhí)行系統(tǒng)里面的一些功能，是值得考慮的。

　　第二，做好企業(yè)內(nèi)部數(shù)控設(shè)備的資料整理工作。一定要明確每臺設(shè)備的操作系統(tǒng)的廠商，通訊接口的類型，內(nèi)置功能模塊，是否具有宏輸入輸出功能等與DNC系統(tǒng)緊密相關(guān)的參數(shù)信息。最好能與數(shù)控機床廠商進行聯(lián)系，提供機床與通訊相關(guān)的技術(shù)支持。

　　第三，明確聯(lián)網(wǎng)數(shù)控設(shè)備臺數(shù)。確定每臺數(shù)控設(shè)備的位置，并對以后可能新增的機床位置做出預(yù)留，并部署相應(yīng)的DNC網(wǎng)絡(luò)。

　　第四，明確工藝流程，并對物料做相應(yīng)編碼，并在前期準備工作中錄入部分數(shù)據(jù)。由于DNC系統(tǒng)可擴展為制造執(zhí)行系統(tǒng)的一部分，所以，如果需要實施應(yīng)用此模塊時，必須準備并錄入一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是在運用系統(tǒng)之前往往沒有或未明確規(guī)定的，故需要做大量分析研究的工作。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通常 包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、物料（包括物料編碼規(guī)則、零件、毛坯、在制品、刀具、工裝、工具、量檢具等）、工藝路線、加工工時、物料庫存、設(shè)備與人員資源、各種例外代 碼與原因代碼等信息等。

　　 除此之外，在與軟件廠商的溝通過程中，注意明確，軟件廠商的技術(shù)能力是否有足夠保證，是否能提供正常的軟件維護，能否提供與其他系統(tǒng)之間的系統(tǒng)接口。

　　5、DNC系統(tǒng)實施步驟

　　做好了前期的準備工作，只是讓我們清楚的對DNC系統(tǒng)有了充分的認識。如果要實施DNC系統(tǒng)，還需要有相應(yīng)的規(guī)劃并且要應(yīng)用現(xiàn)代化的數(shù)控設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)，才能達到制造過程數(shù)字化的較高水平。在實施前，根據(jù)自己工廠內(nèi)的數(shù)控設(shè)備情況，因地制宜的進行實施。

　　首先要具備數(shù)字化終端，并且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信，如果自身帶有智能管理功能實施起來效果會更加的好。

　　第二，工廠的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑺幸ㄔO(shè)數(shù)字加工中心的位置進行覆蓋，能夠?qū)⒆詣踊a(chǎn)設(shè)備進行有效鏈接，接入公司的局域網(wǎng)中。

　　當具備以上兩個條件時，就可以在DNC系統(tǒng)化內(nèi)使用系統(tǒng)的兩個擴展功能，即車間現(xiàn)場管理的功能和數(shù)控機床刀具管理功能。這兩個主要擴展功能的實施周期相對較短，并且實施起來風(fēng)險投入較小，最重要的是實施效果非常明顯，會給車間現(xiàn)場工作人員的工作帶來極大的便利。

　　如果加工中心內(nèi)設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)以及刀具管理及配送信息掌握的非常準確的時候，可以進一步考慮與PDM系統(tǒng)進行集成，并將程序的編輯、生產(chǎn)作業(yè)準備、加工工藝信息、零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限等信息進行規(guī)范管理。

　　如果以上這些功能模塊的數(shù)據(jù)能保證十分準確，那么隨著機床數(shù)量和客戶訂單的增加，完全可以進一步實施智能排產(chǎn)系統(tǒng)進行統(tǒng)一的生產(chǎn)計劃安排，調(diào)度指揮。該功能實施完畢后，可以與公司內(nèi)部實施的MES系統(tǒng)進行集成，達到生產(chǎn)計劃向上層系統(tǒng)反饋，使管理人員能夠?qū)ぷ魅蝿?wù)進行全方位的管理，方便管理人員進行決策。

　　6、 DNC實施難點與解決方法

　　在了解完DNC系統(tǒng)實施準備工作和實施步驟兩個要點后，還必須明確的是，在DNC系統(tǒng)實施過程中，不可能一帆風(fēng)順，是會有波折的，因此，在實施前，對DNC系統(tǒng)實施的難點要有充分的認識。

　　DNC系統(tǒng)的實施在技術(shù)上難度相對較小，但在企業(yè)執(zhí)行過程中會有一定的阻力，所以在實施DNC系統(tǒng)時，應(yīng)盡量避免以下問題，如出現(xiàn)了問題，也應(yīng)耐心的進行解決。

　　（1）設(shè)備功能問題。數(shù)控設(shè)備是DNC聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，如果數(shù)控設(shè)備不具備聯(lián)網(wǎng)的條件，可在權(quán)衡利弊后，再實施DNC系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作。避免在最基礎(chǔ)的通訊功能上遇到阻力。

　　（2）工作職責(zé)變更問題。在實施的初期，由于系統(tǒng)的實施導(dǎo)致部分與生產(chǎn)先關(guān)的員工職責(zé)發(fā)生改變，會帶來不時適應(yīng)的現(xiàn)象。例如調(diào)機員原先是不需要下載程序，是由專人傳輸好程序后，只進行調(diào)機即可。但DNC系統(tǒng)實施后，調(diào)機員需通過DNC系統(tǒng)自主的下載程序，在實施初期，調(diào)機員可能因為對系統(tǒng)熟悉程度不夠，而對系統(tǒng)的效果產(chǎn)生負面的效果。要解決此問題，應(yīng)在實施過程中，反復(fù)對使用系統(tǒng)的員工進行培訓(xùn)，必要時需通過考試，培訓(xùn)合格后方能上崗。
　　
　　（3）企業(yè)流程固化問題。由于實施了DNC系統(tǒng)，原有的企業(yè)流程可能無法滿足DNC系統(tǒng)的要求。因此，需要對企業(yè)的部分流程進行優(yōu)化。

　　（4）系統(tǒng)功能重疊系統(tǒng)集成問題。DNC系統(tǒng)是生產(chǎn)車間管理系統(tǒng)，在整個信息流中處于最底層。因此，也兼有制造執(zhí)行系統(tǒng)的部分功能。因此，在數(shù)控車間這部分，實施DNC系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大部分的制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能。但在數(shù)控車間以外，DNC系統(tǒng)就無法顧及，需要實施其他的信息化系統(tǒng)，如制造執(zhí)行系統(tǒng)來進行管理。

圖1 DNC與其他系統(tǒng)間的關(guān)系

　　7 、DNC效益分析

　　（1）通過DNC系統(tǒng)的實施，利用IT技術(shù)有效地利用無效時間，節(jié)約工廠成本。可以這么算一筆帳（如下圖2 實施系統(tǒng)前后陳本對比表）， 假設(shè)數(shù)控設(shè)備數(shù)量為50臺，平均每天程序傳輸1次，每周工作6天，每次人工傳輸程序時間為5分鐘，車間每小時的運行成本為100元，那么一年（按52周計算）下來，因為程序傳輸而浪費的資金為130000元。DNC傳輸程序時，根據(jù)數(shù)據(jù)量大小時間會有所不同，大約30秒可傳輸完畢程序，還是按車間每小時成本100元，50臺機床，每周工作6天，每天1次程序傳輸頻率進行計算，每年的成本僅13000元。僅僅為以前的十分之一。假設(shè)在程序傳輸上，系統(tǒng)一次性投資為100000元，僅僅在程序傳輸方面就可以節(jié)約出投入的資金。

圖2 實施系統(tǒng)前后陳本對比表

　　（2）打消了車間與辦公室之間的壁壘， 以數(shù)字量化工作的整體進度。

　　（3）通過信息共享從而提高設(shè)備運行率，提高全體員工的工作效率。

　　下面就通過一個簡單的案例來講述一下DNC系統(tǒng)在制造行業(yè)比較好的一個應(yīng)用。

　8、數(shù)字化加工中心案例

　　8.1 實施背景

　　某上市集團公司，經(jīng)過了幾年的信息化規(guī)劃與實施，已經(jīng)成功的運用了ERP、PDM等信息化系統(tǒng)，但在車間尤其是加工中心的實時數(shù)據(jù)的掌控上，有較大的缺陷。為著力打造數(shù)字化工廠，規(guī)劃以DNC系統(tǒng)為加工中心數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時、準確、快速的傳遞到上層系統(tǒng)的ERP等系統(tǒng)中。

　　在加工中心生產(chǎn)制造的過程中，所有與工藝相關(guān)的信息，如圖紙、文件、NC程序等信息都存放在PLM系統(tǒng)中。在生產(chǎn)的具體執(zhí)行過程中，300臺的數(shù)控系統(tǒng)的程序傳輸量是相當大的，因此，考慮對生產(chǎn)具體執(zhí)行過程中的NC程序代碼進行管理，達到規(guī)范化的操作目的，因此，考慮建立以DNC系統(tǒng)為核心，加工中心數(shù)控機床為基礎(chǔ)的數(shù)字化工廠。

　　8.2 方案與實施

　　8.2.1 機床聯(lián)網(wǎng)

　　首先要解決的就是程序傳輸問題。生產(chǎn)部門的加工中心以數(shù)控設(shè)備為主，數(shù)控加工設(shè)備總數(shù)量約為300臺，包含了目前主流的法拉克、三菱、西門子等數(shù)控系統(tǒng)，所有設(shè)備均帶有RS232串口通信接口，通過在每臺機床端安裝一個串口通訊服務(wù)器，即可實現(xiàn)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式將數(shù)控機床接入到DNC網(wǎng)絡(luò)中。其中有110臺設(shè)備帶有網(wǎng)絡(luò)接口卡，能夠通過將機床網(wǎng)卡直接與現(xiàn)場局域網(wǎng)絡(luò)的交換機連接實現(xiàn)機床接入到DNC網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如下：

圖3 DNC網(wǎng)絡(luò)示意拓撲圖

　8.2.2  生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集

　　由于加工中心內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)的多樣性，因此在實施車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集時必然要采用多種技術(shù)手段才能完整地采集到各種設(shè)備、各個質(zhì)量管理的受控點的信息，因此在實施前制定了生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的原則：

　　（1） 采集有用的數(shù)據(jù)，滿足生產(chǎn)管理和設(shè)備管理的需要。如，機床的開機、關(guān)機、維修等實時信息，供生產(chǎn)管理人員實時監(jiān)控控制。

　　（2） 能自動采集的就自動采集，不能自動的就手動采集。如，機床的開關(guān)機信息，無需人工干預(yù)，通過檢測機床網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，就能基本準確的知曉機床實時狀態(tài)。但對于機床待料、機床維修等機床狀態(tài)信息，需要通過手工操作的方式來進行上報。

　　（3） 在保證數(shù)據(jù)完整性的前提下，盡量提高數(shù)據(jù)的實時性。

　　（4） 盡量使用現(xiàn)有的DNC網(wǎng)絡(luò)，通過技術(shù)手段，盡量不增加硬件，達到采集到更多的生產(chǎn)信息的目的。

　　（5） 采集的數(shù)據(jù)保存在開放的數(shù)據(jù)庫中以供授權(quán)的用戶調(diào)用。即通過DNC系統(tǒng)采集到的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)能夠提供給其他系統(tǒng)，如MES、ERP等系統(tǒng)使用。

圖4 各信息系統(tǒng)間信息流動情況

8.3 實施效果

　　通過DNC系統(tǒng)的實施，在DNC系統(tǒng)的支持下，上層數(shù)據(jù)系統(tǒng)得到了加工中心實時的生產(chǎn)狀態(tài)信息。

　　在生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)中，當工藝程序通過PLM系統(tǒng)導(dǎo)入到DNC系統(tǒng)中，DNC系統(tǒng)通過計劃任務(wù)，自動分發(fā)到相應(yīng)的數(shù)控機床。數(shù)控操作工只需在機床端，通過NC程序下載指令，相應(yīng)需要加工的程序即可自動下載到數(shù)控機床中進行加工。如NC程序過大，可臨時添加在線加工設(shè)備或在擴展槽中插入T-Flash卡，以便擴展機床內(nèi)存，達到不用對程序進行分段，一次性對程序進行加工的目的。

　　通過DNC系統(tǒng)的技術(shù)處理，能夠?qū)崟r采集到生產(chǎn)上的加工數(shù)據(jù)信息，能夠準確的知曉每個零件的詳細信息，如圖紙?zhí)枺ば蛱枺幊倘耍慵庸r間等信息。

 
圖5  實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集

　　對采集的數(shù)據(jù)進行匯總處理，與生產(chǎn)計劃信息進行比對，形成某個零件某道工序的當前加工進度、該計劃當天任務(wù)完成進度、該計劃總體完成進度的報表信息。

圖6  實時生產(chǎn)進度信息

　　當生產(chǎn)時產(chǎn)生各種不正常的加工時，系統(tǒng)會根據(jù)先前制定的各種標準來進行判斷，并通過內(nèi)部及時通訊軟件告知相應(yīng)的負責(zé)人進行處理。異常信息并記錄到DNC系統(tǒng)中，提供給管理人員事后進行分析處理。

圖7  生產(chǎn)異常報警查詢

　　生產(chǎn)現(xiàn)場的狀態(tài)（數(shù)控機床的運行、維修、調(diào)機、待料等實時狀態(tài)）可以通過公司局域網(wǎng)內(nèi)的任意一臺辦公進行查看，并且該狀態(tài)可以在電子看板大屏幕進行展示。

圖 8實時監(jiān)控狀態(tài)

 　　9、結(jié)束語

　　以上案例與分析僅僅提供了實施DNC的一些思路，還需要根據(jù)公司的實際情況，因地制宜、多想辦法來進行實施。在實施前，一定要做好信息化系統(tǒng)方面的規(guī)劃，每實施一部分內(nèi)容，做一次實施效果的評估，并且做相應(yīng)的經(jīng)驗總結(jié)，這樣在實施過程中就不會迷失方向，失去實施DNC系統(tǒng)的信心。