王 達

（寧波市易鍛精密機械有限公司，浙江寧波 315700）

0 引言

近年來，在持續(xù)深化改革開放的政策引領下，我國工業(yè)產業(yè)基礎持續(xù)夯實，尤其是機械制造領域獲得快速發(fā)展。同時，在信息技術的影響和推動下，機械制造產業(yè)的信息化能力大幅提升了，制造業(yè)逐步由機械的“制造”向機械的“智造”轉型，并由國家率先提出“中國制造2025”的戰(zhàn)略目標。事實上，這些規(guī)劃和目標的提出，均需要依賴于技術發(fā)展背景，將智能化技術深度應用于制造產業(yè)，形成更有效的核心競爭優(yōu)勢。而DNC（Distributed Numerical Control，分布式數控）與MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）的集成設計與應用，勢必為智能制造提供一定的便利，使機械制造實現智能化管理，重塑新時代的機械制造價值。

1 DNC 與MES 集成技術概述

1.1 DNC

DNC 屬于機械制造中的重要系統(tǒng)之一，其旨在提供生產車間不同類型設備之間的信息交互及控制方案，同時對傳統(tǒng)數控系統(tǒng)實施統(tǒng)一規(guī)范管理，以改變以往系統(tǒng)控制及信息傳輸不暢的問題。DNC 主要借助串行通信、MAP 通信、現場總線等技術，實現計算機與數控設備的通信。目前，隨著工業(yè)技術的快速發(fā)展和變革，網絡化、集成化成為關鍵領域，因此DNC 系統(tǒng)的應用也將更加多元。一般來說，DNC 系統(tǒng)主要由上傳和下載模塊、存儲和管理模塊、控制與調度模塊構成（圖1）。

圖1 DNC 系統(tǒng)基本結構

1.2 MES

MES 是車間生產敏捷化變革的技術成果，適用于諸多的生產場景，如電子、醫(yī)藥、化工、通信及機械等，應用MES，能夠大幅提升生產管理效益。根據MES 系統(tǒng)的管理特點，其側重于對生產原料管理及生產任務調度，但對于過程中的設備狀態(tài)則難以反映。另外，MES 系統(tǒng)強調計劃的執(zhí)行，可以加強計劃管理層與底層控制之間的聯絡，填補了兩者之間的信息鴻溝[1]。伴隨MES 技術的發(fā)展和演變，其在機械制造領域中的應用，逐步構成了以ERPMES-SFC 為核心的多層系統(tǒng)，給予企業(yè)綜合自動化的解決方案（圖2）。

圖2 MES 多層系統(tǒng)功能模式

2 基于機械智能制造的DNC 與MES 集成系統(tǒng)設計

2.1 DNC 與MES 集成系統(tǒng)設計模型

依據現階段機械制造產業(yè)的現狀，在DNC 與MES 集成系統(tǒng)設計時，主要以以太網技術和TCP/IP 協(xié)議為核心，完成系統(tǒng)與設備之間的信息通信，系統(tǒng)與機械制造數控設備之間構成相互連接的局域網絡。

其中，系統(tǒng)所選擇的協(xié)議轉換器，通常以TCP/IP 協(xié)議和RS-232 串口協(xié)議為主，用來滿足不同設備及協(xié)議的轉換，使各類數控設備能夠接入車間網絡，并保持良好的聯通性。目前，RS-232、RS-485 等一系列工業(yè)通信協(xié)議逐步完成了TCP/IP 協(xié)議的模塊化設計，使系統(tǒng)的維護及管理更為便利和高效[2]。在該系統(tǒng)的設計中，主要依托SOA 框架及Web Services 技術來實現，如借助Web Services 技術對DNC 與MES 集成系統(tǒng)的功能模塊，通過服務的形式實施開發(fā)封裝，并傳送至服務器網絡，實現系統(tǒng)與客戶端之間的聯通服務，系統(tǒng)集成方案模型如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)集成方案模型

2.2 系統(tǒng)功能模塊設計

為適應和滿足機械智能制造的要求，在DNC 與MES 集成系統(tǒng)的功能設計中，應注重綜合分析與規(guī)劃，依據DNC 與MES集成系統(tǒng)的特點，將其劃分為DNC 和MES 兩個部分，通過不同的模塊分工完成系統(tǒng)功能：如DNC 功能旨在實施系統(tǒng)與設備之間的信息采集、數據傳輸及數控程序管理等；MES 功能則以生產任務下達、調度、狀況監(jiān)控、資源管理、質量控制及歷史信息查詢等為主。系統(tǒng)功能模型的設計結構如圖4 所示。

圖4 集成系統(tǒng)功能模塊設計

2.3 系統(tǒng)業(yè)務數據設計

系統(tǒng)業(yè)務數據屬于系統(tǒng)的關鍵部分，通過業(yè)務層的控制管理，以達到機械制造智能化的目的。系統(tǒng)中的業(yè)務計劃主要由ERP 軟件控制，再借助與系統(tǒng)之間的數據交互，實現來料信息、排產計劃、工藝信息、質量檢查信息的傳遞。根據機制智能制造的要求，本集成系統(tǒng)主要由MES、DNC 和設備形成整體結構。

業(yè)務系統(tǒng)數據所涉及的各類信息，均有具體的指向性和實踐性。具體而言，可以針對不同的信息功能加以闡述：

（1）來料信息。以客戶的訂單信息為主，涉及材料、數量、質量、交付日期等。

（2）工藝信息。即在產品設計、加工及檢驗中，應當采取的工藝和標準等信息。

（3）排產計劃。指企業(yè)針對未來一段時間的生產計劃安排，其覆蓋了客戶訂單生產信息、車間人員安排信息、設備狀態(tài)及維護信息、原料庫存信息等，并根據信息的綜合處理實施生產調度。

（4）質量信息。在產品生產完成后，需要依據相應的檢驗項目及標準，對產品實施質量檢驗，并計算產品的合格率，以作為工藝數據實施分析和參考。

（5）設備過程生產規(guī)則。針對過程控制的具體說明，如數控車床、檢測設備、機械人等環(huán)節(jié)的控制程序及過程的描述。

（6）操作命令。包括生產設備的啟動、停止、通信、參數設置等內容，保證現場生產設備的有效控制，滿足車間系統(tǒng)控制的要求。

（7）操作響應。操作響應主要是針對生產設備控制的反饋，利用相關信息數據的收集，對設備的運行狀態(tài)實施判斷和監(jiān)控，以適應不同階段的控制操作。

（8）設備過程數據。主要是指各類設備在運行過程中所產生的信息，如狀態(tài)數據、零件的加工狀態(tài)數據、質量檢查數據、生產進度等，利用信息的方式形成數據，再反饋至相應的控制層及用戶，使管理者及調度層實時掌握車間狀況。

2.4 系統(tǒng)業(yè)務信息流設計

在DNC 與MES 集成系統(tǒng)設計中，業(yè)務計劃層主要以ERP系統(tǒng)為主，其主要功能是為DNC 與MES 集成系統(tǒng)提供相關的信息數據，包括產品訂單信息、倉庫管理信息、產品信息等基礎數據，并且能夠接收DNC 與MES 集成系統(tǒng)的產品質量反饋信息[3]。而過程控制層則以生產設備及智能終端為主，其可以借助DNC 與MES 集成系統(tǒng)，對信息資源和生產狀態(tài)實施查詢，并且實現數據傳輸及信息交互功能。系統(tǒng)業(yè)務信息流結構如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)業(yè)務信息流結構

3 結語

隨著我國工業(yè)制造領域的發(fā)展，機械智能制造的目標已經日益臨近，為機械制造提供了有益的支撐。尤其是利用DNC 與MES 集成系統(tǒng)的開發(fā)設計，能夠大幅推動機械制造產業(yè)升級，降低生產成本及提升生產效率，提高企業(yè)的綜合競爭力。與此同時，在DNC 與MES 集成系統(tǒng)設計過程中，需要注重對生產管理的功能完善，建立科學有效的控制架構，增強各類信息技術的融合應用，達到最佳的綜合控制效果，實現系統(tǒng)的調度集成和高效運用。