黃 鋒，王大溪，曹漢強(qiáng)，吳 俊

（1. 華中科技大學(xué)，武漢 430074；2. 廣西工學(xué)院，柳州 545006；3. 柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，柳州 545007）

0 引言

汽車工業(yè)是柳州市最重要的支柱產(chǎn)業(yè)，但是柳州汽車零部件企業(yè)規(guī)模偏小、技術(shù)含量低、專業(yè)化程度低、發(fā)展不夠快，研發(fā)能力薄弱，缺乏快速反應(yīng)能力。許多企業(yè)也意識到這點，除提高企業(yè)的研發(fā)能力外，還購置了數(shù)量不少的能生產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)含量高、附加值高的設(shè)備，如數(shù)控機(jī)床等。隨著數(shù)控機(jī)床數(shù)量的增加，企業(yè)的勞動效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，但是多數(shù)數(shù)控設(shè)備以單機(jī)獨立運(yùn)行，數(shù)控設(shè)備難以充分發(fā)揮其效能?；诰W(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控設(shè)備后臺管理系統(tǒng)對實現(xiàn)數(shù)控車間網(wǎng)絡(luò)通信和管理，可以提高工廠加工信息的傳遞速率與管理效率，提高機(jī)械加工自動化程度及遠(yuǎn)程監(jiān)控水平，而且當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，還可以為數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家提供遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)，減少維護(hù)的盲目性及相關(guān)費(fèi)用。

1 主流技術(shù)

為了擬訂并推進(jìn)關(guān)于新一代開放式控制系統(tǒng)的詳細(xì)分析與規(guī)范，美國國防部開始了名為“下一代控制器(NGC) ”的計劃，成立了“美國國家制造科學(xué)中心(NCMC) ”。其后有許多相關(guān)的研究計劃在世界各國相繼啟動，其中較有影響的有美國的O2MAC計劃，歐洲的OSACA 計劃和日本的OSEC 計劃。

1）基于軟件芯片的開放式數(shù)控系統(tǒng)

以華中理工大學(xué)為代表提出了一種基于軟件芯片的開放式數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)模式。

2）基于數(shù)字伺服現(xiàn)場總線技術(shù)的開放式數(shù)控管理系統(tǒng)

現(xiàn)場總線技術(shù)可以將大量的并行信號轉(zhuǎn)化為串行信號，利用雙線電纜或光纜可以在上百臺設(shè)備之間實時傳遞上千路的信號。

3）基于WIN9X/NT的開放式數(shù)控管理系統(tǒng)

結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的實時性要求和WIN9X/NT的搶占式事件驅(qū)動方式與多任務(wù)處理的特點，在WIN9X/NT下有兩種方法可以實現(xiàn)數(shù)字控制功能：

（1）單機(jī)控制模式。整個系統(tǒng)由一臺計算機(jī)外加一些功能模塊組成，這種控制模式在硬件成本上最經(jīng)濟(jì)，但是在軟件的開發(fā)上是最復(fù)雜的，在這種控制模式下，CNC系統(tǒng)軟件的開發(fā)重點是應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序的編制。

（2）上下位機(jī)通信模式。這種模式具有更大的靈活性，尤其是對于已經(jīng)習(xí)慣DOS和匯編編程的人來說，在這種控制模式下，主要的問題是解決WIN9X/NT 與這些模板的通信問題，采用這種控制模式具有快捷方便和便于實現(xiàn)遠(yuǎn)程制造的優(yōu)點。

2 數(shù)控設(shè)備后臺管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)為汽車零部件企業(yè)建立數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)集中控制及遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)，提供對數(shù)控加工源程序文件的創(chuàng)建、編輯、存儲、刪除、拷貝、轉(zhuǎn)移、各種生產(chǎn)信息反饋、動態(tài)監(jiān)控等功能；同時解決數(shù)控機(jī)床程序存儲空間過小、大程序量在線加工、NC程序快速調(diào)用及程序資源共享的問題，并實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的軟故障診斷。

通過調(diào)研了解實際生產(chǎn)過程中對管理平臺的需求，搭建數(shù)控管理平臺框架，構(gòu)建平臺管理系統(tǒng)的各個模塊，主要包含NC程序管理、用戶權(quán)限管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理和遠(yuǎn)程連接管理4個模塊。通過基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的數(shù)控程序管理，對數(shù)控加工程序?qū)崿F(xiàn)流程化管理，對加工程序的內(nèi)部屬性（如程序號，程序注釋，零件圖號，加工的零件號，加工范圍，機(jī)床等）集中統(tǒng)一管理；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體現(xiàn)制造企業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容的內(nèi)在屬性，使數(shù)控程序管理從無序的現(xiàn)狀轉(zhuǎn)向有序狀態(tài)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

3 設(shè)備狀態(tài)采集系統(tǒng)

對數(shù)控設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集主要通過PC機(jī)、PLC控制器和工業(yè)總線的模式來實現(xiàn)，整個系統(tǒng)由PC機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器和終端采集器組成，如圖2所示。工作方式為通過PC機(jī)設(shè)定各個終端采集器的工作模式；終端采集器實時收集生產(chǎn)信息并上傳給數(shù)據(jù)服務(wù)器；數(shù)據(jù)服務(wù)器實時接收和存儲終端采集器上傳的信息；PC機(jī)實時采集、分析數(shù)據(jù)服務(wù)器上的信息，并將結(jié)果反饋到數(shù)據(jù)服務(wù)器；終端采集器實時顯示PC機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)服務(wù)器反饋的信息；數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后在PC機(jī)上顯示所有設(shè)備的實時狀態(tài)情況，生成各種生產(chǎn)管理所需的數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)服務(wù)器可以接100個采集終端。

采集數(shù)據(jù)服務(wù)器采用TCP/IP、CAN總線通信方式分別與PC機(jī)和采集終端機(jī)交換數(shù)據(jù)，與PC機(jī)通信速率達(dá)115200bps，記錄存儲容量達(dá)3萬條，一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器最大可聯(lián)100臺終端采集器，與終端采集器最大聯(lián)機(jī)距離為1000米。

圖2 設(shè)備狀態(tài)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

采集終端機(jī)采用系統(tǒng)硬件設(shè)計模塊化結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌嵌入式操作系統(tǒng)，采用CAN總線通信方式（一個標(biāo)準(zhǔn)RJ45口、一個標(biāo)準(zhǔn)USB接口），通信速率：5Kbps-1Mkbps，實現(xiàn)數(shù)據(jù)主動上報功能，實時性強(qiáng)。每個終端擁有自己的地址，出現(xiàn)故障時自動脫網(wǎng)，不會對線上其他設(shè)備造成任何影響。CAN總線通信模組采用防雷和防浪擁電路保護(hù)功能，抗干擾性強(qiáng)。

圖3 數(shù)據(jù)服務(wù)器與終端采集器

將設(shè)備狀態(tài)采集系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備后臺管理系統(tǒng)及其他硬件系統(tǒng)進(jìn)行通訊和調(diào)試，實現(xiàn)系統(tǒng)各模塊的聯(lián)調(diào)，測試可編程控制器的軟件系統(tǒng)性能。對系統(tǒng)功能，處理能力等方面進(jìn)行評價，最終實現(xiàn)一個直觀、方便、高效的管理平臺。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)解決了以下三點問題：

1）數(shù)控加工程序管理系統(tǒng)對數(shù)控加工程序?qū)崿F(xiàn)流程化管理；對加工程序的內(nèi)部屬性集中統(tǒng)一管理；實現(xiàn)遠(yuǎn)程程序傳輸，效率高，準(zhǔn)確性高。同時也實現(xiàn)了異地生產(chǎn)。

2）系統(tǒng)的建立極大提升企業(yè)對數(shù)控生產(chǎn)的現(xiàn)代化管理水平，減少生產(chǎn)過程中的輔助時間，最大限度的發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)優(yōu)勢。

3）該系統(tǒng)的在接收和發(fā)送信息采用多線程，避免了數(shù)控系統(tǒng)交換信息時遺失有效信息的可能。

本系統(tǒng)的建立將極大提升企業(yè)對數(shù)控生產(chǎn)的現(xiàn)代化管理水平，減少生產(chǎn)過程中的輔助時間，充分發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)優(yōu)勢，使企業(yè)在激烈的市場競爭中獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，對柳州市制造業(yè)企業(yè)的數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控有積極促進(jìn)作用。

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