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，承擔了我國大量重點型號的結構件數控加工任務。為了提高新產品開發能力，提高產品的質量水平，自上世紀90年代初，開始投入資金引進現代化的CNC加工設備、先進的CAD/CAM技術等組建高水平的數控車間。特別是隨著企業新的精密數控廠房的建成，數控設備的逐漸增多，如何加強對它們的管理、使其發揮出最大的經濟效益成了企業和車間的重要議程。

    隨著計算機技術、網絡技術、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，為企業實現數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。經過多方面調研，上海航天設備制造總廠與北京蘭光創新科技公司合作，引進了具有世界領先水平的CIMCO DNC-Max數控機床聯網系統，成功地將所有數控機床聯入企業局域網，形成了數控機床和數控程序的網絡化管理，提高了管理水平。

    2 DNC的作用

    DNC(Distributed Numerical Control)分布式數字控制，是現代化機械加工車間的一種運行模式，它以數控技術、通訊技術、控制技術、計算機技術和網絡技術等先進技術為基礎，把與制造過程有關的設備(如數控機床等)與上層控制計算機集成起來，從而實現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。它是現代化機械加工車間實現設備集成、信息集成、功能集成，網絡化管理，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CAD/CAM和計算機輔助生產管理系統集成的紐帶。

    具體來講，DNC系統可以有效解決目前數控生產車間一些普遍存在的問題：

    （1）車間現有的數控系統繁雜，各系統之間所用的通訊程序也不一樣，上海設備制造總廠的數控機床涉及的數控系統包括NUM、FANUC、Siemens等，每種不同的控制系統又有多種不同的型號，造成相互之間互不兼容的現狀，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）部分老的數控系統，內存空間有限，程序一多，機床的內存空間就不夠了，大量的加工程序不得不進行反復的刪除和鍵入，直接影響到數控機床的使用效率。

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

    （6）數控程序管理混亂，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不能及時得到生產設備的實時生產狀況，因而不能做出科學的生產管理計劃及措施，極大地影響了工廠生產效能的發揮。

    3上海航天設備制造總廠DNC系統實施方案

    針對以上問題，經過與北京蘭光創新公司技術人員交流，最終采用了如下的機床聯網方式。以下是方案說明：

    3.1系統的連接方案及拓撲結構

    上海航天設備制造總廠數控車間根據自身的實際情況以及與北京蘭光創新公司的探討，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：每臺串口數控設備上都分別裝有一臺單串口設備服務器，實現任意設備與以太網直接相聯，達到在以太網上的任意一臺計算機，都可以直接控制任意一臺數控設備。

    其優點是：

    ·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控設備，與多串口服務器相比，數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生故障，只會影響一臺設備。

圖1 基于單串口服務器的系統網絡拓撲結構

    ·不受RS232傳輸距離的限制，確保系統傳輸穩定可靠。

    缺點是：需要建設局域網，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，局域網的鋪設必不可少，因此，對成本的影響不大。

3.2系統的硬件組成

    從圖1可以看出，系統中除了數控加工設備、用戶終端、服務器和必需的網絡接入設備和網絡線路以外，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控加工設備，安裝在機床控制柜或控制面板箱內，其一端通過RS232接口與數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。

    在我廠的DNC系統中，我們選用的是世界著名工控產品——MOXA DE211型單串口服務器，該產品具有穩定、可靠及抗浪涌的功能。

    3.3系統的軟件組成及其功能

    系統的軟件由三部分構成：

    ·CIMCO DNC-Max V5  功能強大的DNC通訊系統

    ·CIMCO Edit V5  高效、靈活的數控程序編輯器

    ·CIMCO NCBase V5 高端數控程序管理系統

    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是系統的核心，運行在系統的Windows2000服務器上，負責數控機床的聯網和程序的傳輸，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來的指令；可以實現多臺機床同時調用、同時在線加工，如圖2所示 。

    CIMCO Edit是一套可以對程序進行數據編輯、數據處理、文件的智能比較、DNC傳輸和三維刀位軌跡仿真的應用程序

CIMCO NCBase 是一套高端數控程序管理系統，運行于Windows2000服務器上。它可以對數控程序的各種信息，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、數碼圖片等與程序相關的信息進行關聯管理。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，發現不同之處。自動產生管理記錄（包括：創建時間、創建人、修改刪除時間，以及修改人等信息），具有良好的可追溯性。

4應用

    CIMCO DNC軟件系統的功能非常強大，包括程序傳輸的前后處理、刀具清單的自動提取、關聯文件的管理、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

    系統服務器程序安裝車間程序監控室的Windows2000 Server上，無人值守，數控工藝人員將編制完成的數控程序加載到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、設置和監控，兩個客戶端軟件分別是數據庫客戶端和DNC-Max程序傳輸客戶端。

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

    （2）DNC-Max程序傳輸客戶端，在系統管理員處和程序監控室分別安裝傳輸客戶端，用于管理員監控整個網絡DNC傳輸運行情況，幫助分析傳輸問題，監控各個通訊端口傳輸日志。通過在程序傳輸客戶端實現對各臺數控機床對應的端口進行傳輸參數設定，包括網絡傳輸的通訊協議、握手信號、遠程請求命令、以及可調用的數控程序等。

    4．2 加工現場的應用

    加工現場的應用非常簡單方便，主要包括以下兩個方面：

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

    （2）數控程序的調用，數控程序的調用分為4個步驟：

    ①根據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送查詢請求，服務器自動識別請求端口，并向請求端發送當前的數控程序列表；

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

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

    ④在機床端接收請求發送的數控程序，然后進行程序的實際加工。

    5．結束語

    數控機床網絡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，對生產過程的監控、管理具有很大的輔助作用，使數控程序的管理規范化、系統化向前邁出了一大步。有了目前的數控機床網絡管理系統，為將來的車間生產管理系統、設備在線維護系統和上端的AVIDM等系統提供了一個鏈接的平臺，成為了整個企業信息化建設的重要組成部分。