0 引言

    在計算機技術和網絡技術迅猛發展的今天，現代制造業日益體現出智能化(Intelligence)、網絡化(Internte)、集成化(Integration)、創新(Innovation)和信息化(Information)的特點。數字化的產品研發設計和網絡化制造已成為制造企業在21世紀的重要發展方向，DNC分布式數字控制，是以計算機技術、通訊技術、數控技術等為基礎，把數控機床與上層控制計算機集成起來，從而實現數控機床的集中控制、管理以及數控機床與上層控制計算機間的信息交換。它是現代化機械加工企業實現設備集成、信息集成、功能集成的一種新方法，是制造業自動化的重要模式，也是實現MES等系統的重要組成部分。數字化的產品研發設計和網絡化制造技術的應用使得企業的生產方式發生了根本性的變化，尤其是網絡技術的應用使得企業內部局域網的功能由管理決策層延伸到制造加工層，整體信息化的集成使企業的CAD/CAM/CAPP等數字設計模塊和數控加工設備的聯系變得更為緊密，企業的信息傳輸和利用更為有效，從而為實現網絡數控的信息集成和設備有效管理奠定了基礎。

    數控設備作為制造業的重要資源，盡管其發展經歷了從硬件數控、封閉式計算機數控到現在的開放式數控等階段，但目前數控系統的網絡通訊能力都很弱，傳統的封閉系統，如早期FANUC,SIEMENS系統等都只帶有普通的通訊接口，目前研制開發出的基于PC的數控系統，雖然可以在硬件上配置網卡，但并未開發出相應的應用程序，不能夠全面可靠地支持CIMS 底層的聯網運行，更不用說支持與Internet/Intranet的聯網，為了提高現有資源的利用率、消除信息孤島、達到資源共享的目的，建立與Iternet相聯結的信息網絡和相應的信息管理系統已成為必然。

  ??  1 網絡制造系統的組成及其特點??

    經過多方面調研論證，南陽理工學院機電工程系選擇華中科技大學機械科學與工程學院與北京蘭光創新科技有限公司進行合作，引進了CIMCO DNC 數控機床聯網系統CIMCO 1991年創建于丹麥的哥本哈根，是世界的DNC解決方案的領導者,CIMCO在歐洲DNC市場一直處于壟斷地位，1999 年在美國成立銷售中心和研發中心，2001年即成為北美DNC第一品牌。CIMCO在全球有300 多個專業代理商，軟件有18 種語言版本，CIMCO 完全支持FANUC、SIEMES、MITSUCISHI、HEIDENHAIN、MAZAK及FAGOR等控制系統，具有良好的兼容性，支持標準的RS232、RS422、485、TCP/IP 等通訊協議，不論是RS232接口還是可連接到Hub 的以太網卡，都可實現通訊；而供管理系統使用的低層數控制造單元的數據采集、處理系統及DNC管理系統與CAD/CAM/CAPP系統的信息集成軟件則由華中科技大學機械科學與工程學院開發。經過努力，成功地將制造中心所有數控機床及部分數字化設備連入局域網，網絡制造系統組成見圖1所示。

    圖1 網絡制造系統組成框圖

  ??  1.1 網絡整體布局及特性??

    整個網絡分為兩層結構：中心管理層與制造加工層。網絡連接采用屏蔽5類雙絞線連接，中心管理層由DNC管理服務器、工程數據庫、Web服務器組成，數字開發設備通過中心交換機與中心管理層相連；制造加工層底端制造單元分為三組：第一組由7臺華中I 型數控車床及一臺FANUC數控車床組成，華中I型數控車CNC(Computerized Numerical Control)采用華中I型開放式數控系統，FANUC數控車CNC帶有RS232串行接口；第二組由6臺華中I型數控銑床及一臺帶仿形功能的華中II型數控銑床組成；第三組由4臺小型數控加工中心及一臺中型數控加工中心組成，4臺小型數控加工中心CNC系統為SIEMENS 802D系統，中型數控加工中心CNC統為SIEMENS 810D系統，都帶有RS232串行接口。為了便于管理、教學，每組都配有一臺PC機，每臺PC機與每組數控設備之間通過串口MOXA相連，PC機上行通過HUB與中心管理層相連。

    雖然學校已建有校園局域網，考慮網絡系統運行的穩定性，還是自成體系組成內部局域網，采用Web服務器通過防火墻與外部網絡環境(LAN或INTERNET)相連。

    1.2 系統軟件組成及特點

    系統操作平臺采用Windows2000，數據庫管理系統采用SQL Server 2000數據庫系統。數控機床聯網、通訊、管理系統由CIMCO DNC-Max V5(DNC) 機床聯網通訊系統)、CIMCOO Edit V5( 數控程序編輯與仿真系統)、CIMCIO NC-Base V5(數控程序管理系統)三部分構成，這三個部分無縫集成為一個整體，分別負責機床通信、程序編輯和程序管理。CIMCIO NC-Base V5不僅僅是簡單地存儲程序，并可以調用功能強大的CIMCIO Edit V5進行程序編輯和加工軌跡的仿真，CIMCIO NC-Base V5是在SQL Server 2000基礎上開發的，也可用Oracle作為數據庫后臺，同時與CAPP、PDM、MES等系統具有良好的集成性，該系統完全支持Win98\win200\WinXP操作平臺，還能關聯存儲零件圖片或工藝圖片，以便在調用加工程序時，相關工藝卡片、刀具信息、幾何參數可一并傳輸，整個網絡制造系統信息流程如圖2所示。

    圖2 網絡制造系統信息流程圖

    1.3 DNC主機與CAD/CAM/CAPP系統的集成

    本系統將DNC服務器作為主機，將CAD/CAM/CAPP計算機作為客戶機，利用Winsock網絡編程接口和多線程技術，編制服務器端和客戶端通信軟件，實現DNC主機與CAD/CAM/CAPP計算機之間的工業局域網通信。從實時性要求來看，局域網通訊能夠滿足783主機與CAD/CAM/CAPP計算機之間通訊實時性要求；從系統的可靠性看，局域網技術提供了一套完整的差錯控制、檢錯功能，使局部網絡具有很高的可靠性；從系統的靈活性看，局域網很容易擴充，這為DNC系統分階段實施提供了條件。因此，工業局域網是解決DNC主機與CAD/CAM/CAPP計算機之間信息傳輸與信息共享的有效方法，符合本系統的要求。

    1.4 主機與數控制造單元相關數據采集系統的集成

    為了實現資源共享及系統之間的工藝協調和調度等功能，以便系統管理人員及時了解設備利用率和準備時間、每個零件的加工時間、加工有效時間、設備狀態信息等，要求網絡制造單元及時向工程管理中心發送數控系統的各種狀態信息，并與網絡實現有效集成。

    基于DNC的網絡制造系統由管理通訊模塊、自動編程及仿真模塊、數據管理模塊、設計模塊、數據查詢模塊、及數控加工模塊構成。具體實現功能如下：

    (1)實現了制造系統網絡化、遠程通信功能：操作者直接在機床控制面板上就可得到服務器上的程序清單，且多臺機器可同時上傳、下載信息，互不影響并可直接調用。

    (2)在網絡上可實現動態管理：網絡上的任何PC機都可以通過瀏覽服務器，了解到數控機床運行、通信情況。

    (3)提供一個高效的程序編輯、修改和仿真的平臺：程序在上機床加工前，利用其軌跡和實體仿真功能對編制的程序進行模擬，及時發現和修改程序，避免在加工中出現錯誤。

    (4)實現了數控加工信息的數據庫管理：能夠對數控程序的各種信息，如：程序號、零件號、刀具清單、實驗數據、機床和編程信息、相關工藝卡片及圖形文件等進行歸檔管理，并可自定義關鍵字段。

    (5)實現嚴格的權限管理，不同的人員有不同管理權限：將程序分為編輯、調試、定型三個狀態，嚴格按照編制、審核、現場驗證、批準一系列流程操作，保證程序的準確性，避免損壞機床和有利于保護整個網絡制造系統的安全。管理流程如圖3所示。

    圖3 CIMCO NC-Base數控程序管理流程示意圖

    (6)為實現基于網絡制造系統的先進制造技術打下堅實的基礎，提高了設備的使用效率：

    通過華中II型數控仿形銑床生成的加工數據可進行網絡傳輸，使多臺聯網的數控銑床共享仿形結果，并同時加工出復雜零件，提高了價格昂貴的數控仿形機床使用效率；應用三坐標測量機，對被測量零件進行數據采集，然后通過網絡傳輸到設計中心的大型CAD/CAM 系統中，對采集的數據進行加工、優化，在生成加工程序后，再傳回到制造中心或快速成形機，加工或試制出與被仿形零件相同或改進的產品。使網絡制造系統擁有了從數據采集、產品數字開發、先進制造及綜合信息管理能力，從而為操作者、編程者、管理者提供了一個暢通的信息交流平臺，同時也為高校進行產、學、研活動打下了良好的基礎。

??    3 總結   ??

    基于DNC的網絡制造技術的研究與應用為提高實驗教學水平，加強網絡制造信息化建設及實驗教學信息化管理打下了堅實的物質基礎，對培養21世紀人才具有重要的現實意義。