董揚(yáng)德

摘 要：DNC系統(tǒng)對(duì)數(shù)控技術(shù)的柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化發(fā)展有著很大的影響，有利于提高車間的數(shù)字化、信息化水平，提升學(xué)校的信息化以及管理水平。但目前的DNC管理系統(tǒng)還存在傳輸手段單一、斷點(diǎn)續(xù)傳不穩(wěn)定和數(shù)控程序比較不正確等問題。本文介紹了如何在DNC平臺(tái)上構(gòu)建新的車間管理體系，開發(fā)適應(yīng)數(shù)控車間和實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)控設(shè)備集中管理軟件平臺(tái)，針對(duì)實(shí)訓(xùn)車間的設(shè)備層進(jìn)行管理，將原有的有線DNC系統(tǒng)擴(kuò)充為無線DNC，采用自動(dòng)分析NC程序中斷前的最后加工狀態(tài)并自動(dòng)生成NC程序使數(shù)控機(jī)床能夠從中斷處繼續(xù)加工，基本解決了由于斷刀和報(bào)警等故障引起的加工中斷問題。這對(duì)在計(jì)劃、采購(gòu)、車間、質(zhì)量、設(shè)備等方面進(jìn)行精細(xì)化管理有著極大的意義。

關(guān)鍵詞：無線DNC傳輸 管理系統(tǒng) 斷點(diǎn)續(xù)傳 數(shù)控程序比較

DNC（Distributed Numerical Control）稱為分布式加工信息傳輸技術(shù)。該系統(tǒng)對(duì)用戶來說就像一個(gè)統(tǒng)一的整體，對(duì)多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動(dòng)態(tài)地分配加工任務(wù)給任一數(shù)控加工設(shè)備，是提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本的有力手段，是未來制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

目前現(xiàn)代制造企業(yè)中使用的國(guó)內(nèi)外數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制軟件都可以實(shí)現(xiàn)加工程序的雙向傳輸、實(shí)時(shí)加工、虛擬加工、加工程序仿真等功能。但是各開發(fā)商為了技術(shù)壟斷等目的，在說明書和相關(guān)資料中都沒有這些功能的完整使用方法。另一方面，對(duì)于中小型企業(yè)，數(shù)控機(jī)床種類和數(shù)量都不多，高昂的DNC軟件價(jià)格使企業(yè)望而卻步。如果能開發(fā)出所有數(shù)控操作系統(tǒng)都能適用，又具有不同企業(yè)個(gè)性的、滿足企業(yè)生產(chǎn)需要的DNC系統(tǒng)，不但能降低成本，而且能提高生產(chǎn)效率。

數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制軟件的應(yīng)用研究還有待解決技術(shù)上的問題。第一，數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兼容性不強(qiáng)。數(shù)控設(shè)備操作系統(tǒng)軟件一般只能在同一廠家制造的設(shè)備可以通用，系統(tǒng)之間可兼容性差，不同設(shè)備之間操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序互相兼容有待提高，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一控制管理。第二，數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制軟件通信結(jié)構(gòu)多為單一定點(diǎn)模式，或采用局域網(wǎng)加單一定點(diǎn)式，通信信號(hào)的擁擠問題不能很好地解決。第三，數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制軟件與網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的接口功能不強(qiáng)。第四，數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制軟件可組合性不強(qiáng)，針對(duì)不同的企業(yè)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)。

筆者在長(zhǎng)期的教學(xué)過程中就如何對(duì)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理進(jìn)行了研究和探索，與相關(guān)軟件設(shè)計(jì)單位共同開發(fā)出一款適應(yīng)學(xué)校實(shí)訓(xùn)車間和實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)控設(shè)備集中管理軟件平臺(tái)，針對(duì)實(shí)訓(xùn)車間的設(shè)備層進(jìn)行管理，同時(shí)將原有的有線DNC系統(tǒng)擴(kuò)充為無線DNC，實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳和數(shù)控程序比較等功能，并對(duì)機(jī)床的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控。

一、需求分析

1.DNC信息管理系統(tǒng)需求分析

傳統(tǒng)的手工管理模式已經(jīng)完全不能滿足現(xiàn)代化企業(yè)的管理需求。實(shí)訓(xùn)車間管理系統(tǒng)需要快速、可靠、準(zhǔn)確地處理各種需要的信息。通過對(duì)系統(tǒng)的詳細(xì)分析，對(duì)工作過程中原始的手工操作的信息特點(diǎn)、處理方法和存在的問題有深入的了解，就有了開發(fā)車間管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。根據(jù)實(shí)訓(xùn)室管理的特點(diǎn)和加工需要，有效地協(xié)助車間管理，并提供基本的信息。

2.無線DNC系統(tǒng)通訊的應(yīng)用分析

當(dāng)前物流管理、車間的控制以及工業(yè)的監(jiān)控等方面需要通過無線局域網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。為了調(diào)整便利，實(shí)訓(xùn)車間的布局也要考慮采用無線傳輸技術(shù)。

3.DNC斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)需求分析

DNC系統(tǒng)在線加工時(shí)由于斷刀和報(bào)警等故障引起的加工中斷問題，往往采用加工NC程序的重復(fù)傳輸?shù)姆椒?。需要?shí)現(xiàn)自動(dòng)分析NC程序中斷前的最后加工狀態(tài)并自動(dòng)生成NC程序使數(shù)控機(jī)床能夠從中斷處繼續(xù)加工。

4.數(shù)控程序比較技術(shù)需求分析

復(fù)雜零件的加工需要相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)控加工程序。加工過程中微小的數(shù)控程序變化往往會(huì)導(dǎo)致加工零件的尺寸變化。在這么復(fù)雜的數(shù)控加工程序中，第一次加工的程序和后來的加工程序存在微小的差別，這種差別用人工的方法是很難分別開來。這就需要通過數(shù)控加工程序的比較來實(shí)現(xiàn)這種細(xì)微的差別。

5.高級(jí)采集與統(tǒng)計(jì)分析需求分析

數(shù)控機(jī)床在加工過程中的信息化實(shí)現(xiàn)數(shù)控相關(guān)設(shè)備的信息與學(xué)習(xí)其他部門信息的相互交換。數(shù)控機(jī)床需要相關(guān)的數(shù)據(jù)，包含了程序代碼、工序、刀具、后置設(shè)置、圖形零件等等。數(shù)控設(shè)備為管理部門提供設(shè)備的實(shí)時(shí)狀況、報(bào)告故障、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等等。

二、系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)，除了能管理數(shù)控加工機(jī)床，還要有穩(wěn)定準(zhǔn)確的通信功能，設(shè)備與控制計(jì)算機(jī)相輔相成，所以必須把將數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)做成一個(gè)平臺(tái)軟件。這個(gè)平臺(tái)能進(jìn)行用戶智能化管理、生產(chǎn)過程管理、安全管理、工藝管理、產(chǎn)品質(zhì)量管理、教學(xué)資源管理、設(shè)備管理等操作，成為生產(chǎn)車間或?qū)嵱?xùn)室管理基礎(chǔ)資源平臺(tái)。

平臺(tái)的基本組成：通訊的介質(zhì)，如屏蔽線，同軸電纜；通訊接口，如RS232接口；DNC控制電腦；CNC數(shù)控設(shè)備；軟件系統(tǒng)。

1.構(gòu)建資源共享平臺(tái)

構(gòu)建以基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的分布式控制平臺(tái)，特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：傳統(tǒng)的遞階控制結(jié)構(gòu)被分布或控制結(jié)構(gòu)取代，這種結(jié)構(gòu)使信息集成更發(fā)布，變換更新穎；達(dá)到企業(yè)離散制造或連續(xù)制造相一致的生產(chǎn)組織和工藝管理要求。

車間層控制系統(tǒng)由獨(dú)立的單元組成，每個(gè)功能單元都是獨(dú)立的，每個(gè)實(shí)體的抽象對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)功能單元。這個(gè)對(duì)象包含接口功能，將每個(gè)功能單元對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)體的抽象對(duì)象按照不同的作用可以分成幾個(gè)子對(duì)象，再把不同作用的子對(duì)象設(shè)計(jì)成為對(duì)象插件，可以直接插在公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)軟件總線上?？梢源蟠筇嵘龑?duì)新的DBMS的擴(kuò)展，同時(shí)用戶界面也可以增加，對(duì)各類新功能也可以通過升級(jí)來支持。整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)就是由這些對(duì)象功能插件按服務(wù)器/各層客戶的結(jié)構(gòu)組成的。

2.DNC信息集成

數(shù)控機(jī)床和管理部門及相關(guān)庫房之間的信息交換靠數(shù)控加工信息集成來解決。這是一個(gè)雙向的數(shù)控加工信息的傳輸。數(shù)控機(jī)床獲得技術(shù)部門的傳輸過來的加工信息數(shù)據(jù)，包括加工程序、工藝參數(shù)、刀具參數(shù)、機(jī)床參數(shù)、工件參數(shù)等。數(shù)控機(jī)床又向管理部門提供申報(bào)實(shí)時(shí)加工信息、機(jī)床運(yùn)行、報(bào)警信號(hào)、加工數(shù)據(jù)等。數(shù)控設(shè)備是產(chǎn)品的最終完成者，通過信息集成能合理安排數(shù)控設(shè)備的加工規(guī)程和提高設(shè)備的利用率。一個(gè)閉環(huán)的信息流是根據(jù)計(jì)算數(shù)控設(shè)備的加工情況如開機(jī)、報(bào)警、關(guān)機(jī)、安裝輔助工時(shí)等，分析如何提高數(shù)控設(shè)備利用率的。另一個(gè)閉環(huán)的信息流是根據(jù)數(shù)控的工作狀態(tài)來分析制訂合理的機(jī)床的工作分配計(jì)劃。

3.無線DNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)控設(shè)備的無線接入點(diǎn)在有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)之間傳輸加工信息和數(shù)據(jù)，通過天線與無線串口服務(wù)器與太網(wǎng)交換機(jī)相連，就能接入到有線網(wǎng)絡(luò)并傳輸數(shù)據(jù)。無線適配器和串口服務(wù)器組成了無線串口服務(wù)器，串口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)串口通信協(xié)議與無線網(wǎng)卡的IEEE802.11協(xié)議的信息傳輸。每個(gè)串口服務(wù)器都有單獨(dú)的IP地址，這是由無線接入點(diǎn)分配的，這樣就能使數(shù)控設(shè)備成為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；無線適配器則是安裝在串口服務(wù)器上的，無線網(wǎng)卡負(fù)責(zé)與無線接入點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4.實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳和數(shù)控程序比較

系統(tǒng)通過搜索中斷行程序、數(shù)控加工程序分析和編輯、按格式修改要續(xù)傳的加工程序，將新修改的數(shù)控加工程序傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床，從而實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳的設(shè)計(jì)和構(gòu)建。在數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中每臺(tái)設(shè)備端口都擁有獨(dú)立的線程。這些線程包括串口信號(hào)監(jiān)視線程和串口數(shù)據(jù)發(fā)送線程等，每個(gè)端口的線程互相獨(dú)立，數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)干涉，即使多個(gè)端口并行同時(shí)發(fā)送或接收加工信息也不會(huì)干涉。主線程主要起到數(shù)控加工程序的創(chuàng)建和操作界面的處理。這樣數(shù)控加工程序就能迅速響應(yīng)加工指令和功能，其他加工所需的工作就由輔助線程來負(fù)責(zé)，保障主線程的程序信息的處理工作不受其他的任務(wù)影響而出現(xiàn)故障。

5.實(shí)現(xiàn)高級(jí)采集與統(tǒng)計(jì)分析

信息采集功能包括對(duì)設(shè)備的加工狀況、加工工藝信息、零件信息、設(shè)備故障信息等進(jìn)行采集和監(jiān)控。設(shè)備加工信息的采集有兩種模式。一是通過編程功能實(shí)現(xiàn)信息采集，針對(duì)數(shù)控加工程序的符號(hào)名、切削用量、刀具補(bǔ)償?shù)刃畔?，用?shù)控操作系統(tǒng)內(nèi)的宏程序模塊來進(jìn)行的。這種采集模式要先把數(shù)控加工程序編制成按一定格式的程序。二是運(yùn)用數(shù)據(jù)采集卡，利用專用的采集卡來采集切削用量、刀具補(bǔ)償、加工工藝、設(shè)備工作等信息數(shù)據(jù)。

三、測(cè)試及應(yīng)用

針對(duì)未來的硬件和軟件支持環(huán)境，DNC系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性在測(cè)試生產(chǎn)部門就顯得極其重要。企業(yè)的技術(shù)工程師和學(xué)校的專業(yè)技術(shù)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。主要的測(cè)試項(xiàng)目：本機(jī)與電腦之間自動(dòng)傳輸串行通訊、局域網(wǎng)通訊、終端NC代碼、多個(gè)并發(fā)通信試驗(yàn)機(jī)、在線處理模式測(cè)試、傳輸試驗(yàn)機(jī)參數(shù)、文檔流程管理試驗(yàn)、代碼編輯功能測(cè)試等。在上述測(cè)試中，DNC系統(tǒng)得到了良好的結(jié)果。

筆者提供的DNC系統(tǒng)是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的多層次的多模塊的實(shí)訓(xùn)室數(shù)控設(shè)備管理系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于企業(yè)。系統(tǒng)將會(huì)充分發(fā)揮現(xiàn)有的數(shù)控設(shè)備功能，能提高車間的生產(chǎn)效率，同時(shí)還可以推廣應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與制造，提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平以及勞動(dòng)生產(chǎn)效率，可以為企業(yè)提供更多的經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)：

[1]余永維.面向串行異構(gòu)數(shù)控機(jī)床的以太網(wǎng)式DNC系統(tǒng)通訊技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2005.

[2]方水良.柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用研究——兩層局域網(wǎng)柔性DNC系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].南京航空航天大學(xué)，1990.

[3]張旭梅，劉飛等.基于集成DNC技術(shù)的車間運(yùn)行模式研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，1999（10）.

[4]熊斌，譚建榮.敏捷DNC系統(tǒng)的理論探討[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，1999（6）.

[5]閆偉國(guó).網(wǎng)絡(luò)化制造模式下DNC關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2003.

[6]曾宇丹，杜柳青，羅輯等.基于無線通信技術(shù)的數(shù)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（37）.

（作者單位：杭州第一技師學(xué)院）