基于DNC系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系 （湘潭 411101） 溫夠萍

貴州航天烏江機(jī)電設(shè)備有限責(zé)任公司 （遵義 563003） 張玉峰

數(shù)控設(shè)備作為制造業(yè)的重要資源，盡管其發(fā)展經(jīng)歷了從硬件數(shù)控、封閉式計(jì)算機(jī)數(shù)控到現(xiàn)在的開放式數(shù)控等階段，但是目前數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力都很弱。傳統(tǒng)的封閉系統(tǒng)只帶有普通的通信接口，目前研制開發(fā)出的基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，雖然可以在硬件上配置網(wǎng)卡，但并未開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用程序，不能夠全面可靠地支持聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。為了提高現(xiàn)有資源的利用率、消除信息孤島、達(dá)到資源共享的目的，建立DNC信息網(wǎng)絡(luò)和管理系統(tǒng)已成為必然。DNC（Distributed Numerical Control，分布式數(shù)字控制）技術(shù)可大大提高企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，極大提高企業(yè)的競爭能力。

近幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展以及制造自動化的需要，DNC技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，以CIMS為代表的企業(yè)信息化理念已經(jīng)受到越來越多的重視，DNC也逐漸由單一的程序傳輸演變?yōu)榧瘮?shù)據(jù)管理、生產(chǎn)信息監(jiān)控等功能的擴(kuò)展DNC，成為MES集成的關(guān)鍵一環(huán)。

1.DNC通信技術(shù)

（1）以太網(wǎng)通信技術(shù)：以太網(wǎng)技術(shù)假設(shè)，使用、管理及維護(hù)方便、快速、可靠、穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)，使用中對工作環(huán)境的依賴性小，擴(kuò)展性強(qiáng)。但是，對于只具有串行通信接口的老式數(shù)控設(shè)備來說，采用工業(yè)以太網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)DNC組網(wǎng)面臨著接口轉(zhuǎn)換的問題。

（2）MAP通信技術(shù)：MAP（Manufacturing Automation Protoco1）是美國GM公司發(fā)起研究和開發(fā)的用于車間環(huán)境的通用網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)層面上，MAP可以說面面俱到；但在實(shí)際開發(fā)上，復(fù)雜程度高，開發(fā)費(fèi)用大。

（3）現(xiàn)場總線技術(shù)：目前在DNC通信中應(yīng)用的現(xiàn)場總線主要有BitBus、CanBus和ProFiBus。采用軟插件技術(shù)可以非常方便地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)DNC系統(tǒng)的集成?，F(xiàn)場總線是代替前面兩種通信技術(shù)的一種較好方法，但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了品種多、互相兼容性差、開發(fā)難度大及初期投資高的缺點(diǎn)。

（4）串行通信技術(shù)：利用數(shù)控機(jī)床提供的RS232或RS422、RS485接口，采用點(diǎn)對點(diǎn)型或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)串行通信。這是目前在車間中應(yīng)用最多的一種通信方法，但這種通信方法存在工控微機(jī)多、投人成本高、管理和維護(hù)工作量大和易于出錯等缺點(diǎn)。

2.DNC聯(lián)網(wǎng)前存在的問題

（1）我公司數(shù)控車間現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)有FANUC 0i系列、MITSUBISHI、SIEMENS-810D、SIEMENS-840D、HEIDENHAIN iTNC530等數(shù)控系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間所用的傳輸軟件也不一樣，相互之間互不兼容，給編程人員和操作工帶來很多不便，極大地限制了零件程序的傳輸加工。

（2）程序傳輸采用臺式計(jì)算機(jī)或筆記本的單機(jī)對地傳輸，在傳輸過程中需頻繁的熱插撥容易燒壞機(jī)床或計(jì)算機(jī)接口，傳輸程序時為一對一的通信傳輸，在進(jìn)行機(jī)床與計(jì)算機(jī)的通信時，必須一個人在機(jī)床前操作機(jī)床，另一個人在計(jì)算機(jī)終端前操作傳輸軟件，兩者交替操作。

（3）由于傳輸電纜的接入，數(shù)控設(shè)備周圍電線隨意搭接，現(xiàn)場環(huán)境凌亂不堪，同時車間存放電腦，環(huán)境惡劣，電腦壽命大大縮短，而且凌亂，不利于車間6S管理。

（4）數(shù)控程序沒有管理權(quán)限，容易出現(xiàn)錯改、漏改。由于數(shù)控機(jī)床都處于生產(chǎn)狀態(tài)之中，不同時段每臺設(shè)備都有不同的工作在進(jìn)行，導(dǎo)致這些先進(jìn)設(shè)備的工藝過程只能由工人實(shí)際控制，制造技術(shù)部的工程師對之缺乏有效的工藝管理平臺。

（5）手工編制零件加工程序時，由于沒有數(shù)控編程工具，生成G代碼程序無法比較模擬，出現(xiàn)錯誤時只能在切削時才會發(fā)現(xiàn)。

（6）由于公司的管理部門或管理系統(tǒng)不能及時得到生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時生產(chǎn)狀況，因而不能做出科學(xué)的生產(chǎn)管理計(jì)劃及措施，極大地影響了公司生產(chǎn)效能的發(fā)揮。

3.DNC聯(lián)網(wǎng)整體方案

CIMCO-DNC系統(tǒng)采用SQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的管理方式對NC程序及采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，使數(shù)據(jù)查詢迅速，存取安全可靠，管理流程清晰合理。由于采用了ODBC的聯(lián)結(jié)方式，具有SQL標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接口函數(shù)，所以可以方便地和各種數(shù)據(jù)庫的PDM及MES系統(tǒng)進(jìn)行集成。

由于我公司機(jī)床接口為RS232和RJ45兩種，通過調(diào)研選用北京蘭光科技公司的CIMCO機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)以公司現(xiàn)有的局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用CIMCO系統(tǒng)軟件及網(wǎng)絡(luò)核心硬件串口服務(wù)器，使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線與數(shù)控車間技術(shù)組局域網(wǎng)連接起來。將CIMCO機(jī)床聯(lián)網(wǎng)軟件裝在數(shù)控車間技術(shù)組局域網(wǎng)的服務(wù)器上。圖1為我公司數(shù)控機(jī)床與局域網(wǎng)連接示意圖。

圖1 CIMCO方案示意圖

4.CIMCO機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成

CIMCO系統(tǒng)軟件部分由程序管理（NC－Base V5）、程序傳輸（DNC－Max V5）、程序的編輯與仿真（CIMCO Edit V5）3部分組成。

（1）程序管理（NC－Base V5）：程序管理模塊是DNC系統(tǒng)的核心模塊之一，它主要功能有：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹管理（見圖2）和流程和版本管理（見圖3）。

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹管理

圖3 流程和版本管理

（2）程序傳輸（DNC－Max V5）：程序傳輸模塊是DNC的核心模塊之一，它內(nèi)置了目前市面上幾乎所有的數(shù)控系統(tǒng)的通信協(xié)議，因此使我公司所有的數(shù)控機(jī)床均能通過該模塊與DNC服務(wù)器進(jìn)行對話，從而遠(yuǎn)程上傳和下載數(shù)控程序。其主要特點(diǎn)有：傳輸穩(wěn)定可靠、強(qiáng)制上傳、可以傳輸?shù)毒邊?shù)、備份機(jī)床參數(shù)等特點(diǎn)（見圖4）。

圖4 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)通信軟件界面

（3）程序的編輯與仿真（CIMCO Edit V5）：CIMCO Edit V5是CIMCO軟件公司專為數(shù)控編程而設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件，它具有強(qiáng)大而實(shí)用的數(shù)控編輯功能、文件的智能比較、刀位軌跡的三維模擬等功能；圖5為程序?qū)嶓w仿真、圖6為文件智能比較示意圖。

圖5 程序?qū)嶓w仿真

圖6 文件智能比較

5.實(shí)施效果

（1）實(shí)施數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)后，車間面貌煥然一新，地面和空間已看不到電線。

（2）零件的加工程序進(jìn)行權(quán)限的管理，不同的人員對不同的機(jī)床程序有不同的管理權(quán)限，改變了以往程序管理混亂狀態(tài)。

（3）零件的加工程序?qū)嵭辛松芷诘墓芾?，設(shè)置為編輯、調(diào)試、定型三個狀態(tài)。

（4）系統(tǒng)功能的設(shè)置，如通信參數(shù)、文件路徑和其他系統(tǒng)設(shè)置，全在系統(tǒng)服務(wù)器上進(jìn)行設(shè)置與重新配置，不會影響機(jī)床正常工作，不會對機(jī)床精度等造成影響，系統(tǒng)調(diào)試絕對安全、可靠。

（5）可以很方便地對數(shù)控程序的各種信息，如程序號、圖號、零件號、機(jī)床、用戶信息等進(jìn)行管理，可對程序進(jìn)行圖號、零件名稱等進(jìn)行復(fù)合查尋。

（6）對零件實(shí)現(xiàn)了在線加工功能，解決了由于機(jī)床內(nèi)存不夠，復(fù)雜零件加工的在線功能。

（7）建立了管理與底層數(shù)控制造信息之間的直接連接。有了DNC系統(tǒng)后，制造技術(shù)部、車間數(shù)控機(jī)床間形成了一個統(tǒng)一的信息鏈。

（8）實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中管理。有了DNC系統(tǒng)后，把原來分散在制造技術(shù)部和數(shù)控機(jī)床的數(shù)控程序及相關(guān)信息文檔都集中在網(wǎng)絡(luò)中心的DNC服務(wù)器上，管理起來安全方便。

（9）數(shù)控聯(lián)網(wǎng)后，技術(shù)工程師可以通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理，在任一時間（無需停機(jī)）、快速地對數(shù)控機(jī)床的加工程序進(jìn)行監(jiān)控、編輯、模擬加工檢查、維護(hù)和歸檔等工作。

6.結(jié)語

實(shí)施DNC工程后實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床的聯(lián)網(wǎng)控制，改變了原有數(shù)控機(jī)床的管理模式、生產(chǎn)模式、工作模式和加工模式，達(dá)到了機(jī)床增效的作用；并且通過DNC實(shí)現(xiàn)機(jī)床狀態(tài)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，為3C（ACD/CAPP/CAM）系統(tǒng)、PDM、ERP等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，是制造業(yè)全面實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)；實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)后，數(shù)控車間改變原來數(shù)控管理模式，使機(jī)床的通信效率大大提高，程序傳輸高效、準(zhǔn)確，減少了機(jī)床的待機(jī)時間和程序的驗(yàn)證時間；程序員編制好程序就經(jīng)過服務(wù)器傳到數(shù)控設(shè)備上，不用等待機(jī)床停下后，再傳輸程序，極大地提高了機(jī)床的利用率；同時程序員把自己在計(jì)算機(jī)上編制好的程序通過局域網(wǎng)發(fā)送到DNC服務(wù)器上，通過DNC客戶端，對這些程序進(jìn)行管理和驗(yàn)證，然后直接到機(jī)床上調(diào)用程序。整個過程嚴(yán)密可靠，提高程序的正確性，縮短了待機(jī)和驗(yàn)證時間。