數控設備網絡控制管理系統改造與應用

董揚德

摘 要：DNC系統對數控技術的柔性化、網絡化、數字化發展有著很大的影響，有利于提高車間的數字化、信息化水平，提升學校的信息化以及管理水平。但目前的DNC管理系統還存在傳輸手段單一、斷點續傳不穩定和數控程序比較不正確等問題。本文介紹了如何在DNC平臺上構建新的車間管理體系，開發適應數控車間和實際生產環境的數控設備集中管理軟件平臺，針對實訓車間的設備層進行管理，將原有的有線DNC系統擴充為無線DNC，采用自動分析NC程序中斷前的最后加工狀態并自動生成NC程序使數控機床能夠從中斷處繼續加工，基本解決了由于斷刀和報警等故障引起的加工中斷問題。這對在計劃、采購、車間、質量、設備等方面進行精細化管理有著極大的意義。

關鍵詞：無線DNC傳輸 管理系統 斷點續傳 數控程序比較

DNC（Distributed Numerical Control）稱為分布式加工信息傳輸技術。該系統對用戶來說就像一個統一的整體，對多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動態地分配加工任務給任一數控加工設備，是提高設備利用率，降低生產成本的有力手段，是未來制造業的發展趨勢。

目前現代制造企業中使用的國內外數控設備網絡控制軟件都可以實現加工程序的雙向傳輸、實時加工、虛擬加工、加工程序仿真等功能。但是各開發商為了技術壟斷等目的，在說明書和相關資料中都沒有這些功能的完整使用方法。另一方面，對于中小型企業，數控機床種類和數量都不多，高昂的DNC軟件價格使企業望而卻步。如果能開發出所有數控操作系統都能適用，又具有不同企業個性的、滿足企業生產需要的DNC系統，不但能降低成本，而且能提高生產效率。

數控設備網絡控制軟件的應用研究還有待解決技術上的問題。第一，數控設備網絡控制軟件系統結構的兼容性不強。數控設備操作系統軟件一般只能在同一廠家制造的設備可以通用，系統之間可兼容性差，不同設備之間操作系統和應用程序互相兼容有待提高，無法實現設備的統一控制管理。第二，數控設備網絡控制軟件通信結構多為單一定點模式，或采用局域網加單一定點式，通信信號的擁擠問題不能很好地解決。第三，數控設備網絡控制軟件與網絡控制協議和計算機輔助設計的接口功能不強。第四，數控設備網絡控制軟件可組合性不強，針對不同的企業需求進行設計和開發。

筆者在長期的教學過程中就如何對數控設備進行網絡化管理進行了研究和探索，與相關軟件設計單位共同開發出一款適應學校實訓車間和實際生產環境的數控設備集中管理軟件平臺，針對實訓車間的設備層進行管理，同時將原有的有線DNC系統擴充為無線DNC，實現斷點續傳和數控程序比較等功能，并對機床的實時運行情況進行實時采集和監控。

一、需求分析

1.DNC信息管理系統需求分析

傳統的手工管理模式已經完全不能滿足現代化企業的管理需求。實訓車間管理系統需要快速、可靠、準確地處理各種需要的信息。通過對系統的詳細分析，對工作過程中原始的手工操作的信息特點、處理方法和存在的問題有深入的了解，就有了開發車間管理信息系統的基礎。根據實訓室管理的特點和加工需要，有效地協助車間管理，并提供基本的信息。

2.無線DNC系統通訊的應用分析

當前物流管理、車間的控制以及工業的監控等方面需要通過無線局域網技術來實現。為了調整便利，實訓車間的布局也要考慮采用無線傳輸技術。

3.DNC斷點續傳技術需求分析

DNC系統在線加工時由于斷刀和報警等故障引起的加工中斷問題，往往采用加工NC程序的重復傳輸的方法。需要實現自動分析NC程序中斷前的最后加工狀態并自動生成NC程序使數控機床能夠從中斷處繼續加工。

4.數控程序比較技術需求分析

復雜零件的加工需要相當復雜的數控加工程序。加工過程中微小的數控程序變化往往會導致加工零件的尺寸變化。在這么復雜的數控加工程序中，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。這就需要通過數控加工程序的比較來實現這種細微的差別。

5.高級采集與統計分析需求分析

數控機床在加工過程中的信息化實現數控相關設備的信息與學習其他部門信息的相互交換。數控機床需要相關的數據，包含了程序代碼、工序、刀具、后置設置、圖形零件等等。數控設備為管理部門提供設備的實時狀況、報告故障、生產統計等等。

二、系統框架結構設計

數控設備網絡控制管理系統，除了能管理數控加工機床，還要有穩定準確的通信功能，設備與控制計算機相輔相成，所以必須把將數控設備網絡控制系統做成一個平臺軟件。這個平臺能進行用戶智能化管理、生產過程管理、安全管理、工藝管理、產品質量管理、教學資源管理、設備管理等操作，成為生產車間或實訓室管理基礎資源平臺。

平臺的基本組成：通訊的介質，如屏蔽線，同軸電纜；通訊接口，如RS232接口；DNC控制電腦；CNC數控設備；軟件系統。

1.構建資源共享平臺

構建以基于客戶/服務器結構的分布式控制平臺，特點有以下幾點：傳統的遞階控制結構被分布或控制結構取代，這種結構使信息集成更發布，變換更新穎；達到企業離散制造或連續制造相一致的生產組織和工藝管理要求。

車間層控制系統由獨立的單元組成，每個功能單元都是獨立的，每個實體的抽象對象對應一個功能單元。這個對象包含接口功能，將每個功能單元對應一個實體的抽象對象按照不同的作用可以分成幾個子對象，再把不同作用的子對象設計成為對象插件，可以直接插在公共對象請求代理體系結構軟件總線上。可以大大提升對新的DBMS的擴展，同時用戶界面也可以增加，對各類新功能也可以通過升級來支持。整個平臺系統就是由這些對象功能插件按服務器/各層客戶的結構組成的。

2.DNC信息集成

數控機床和管理部門及相關庫房之間的信息交換靠數控加工信息集成來解決。這是一個雙向的數控加工信息的傳輸。數控機床獲得技術部門的傳輸過來的加工信息數據，包括加工程序、工藝參數、刀具參數、機床參數、工件參數等。數控機床又向管理部門提供申報實時加工信息、機床運行、報警信號、加工數據等。數控設備是產品的最終完成者，通過信息集成能合理安排數控設備的加工規程和提高設備的利用率。一個閉環的信息流是根據計算數控設備的加工情況如開機、報警、關機、安裝輔助工時等，分析如何提高數控設備利用率的。另一個閉環的信息流是根據數控的工作狀態來分析制訂合理的機床的工作分配計劃。

3.無線DNC系統實現

數控設備的無線接入點在有線網絡和無線網絡之間傳輸加工信息和數據，通過天線與無線串口服務器與太網交換機相連，就能接入到有線網絡并傳輸數據。無線適配器和串口服務器組成了無線串口服務器，串口服務器實現串口通信協議與無線網卡的IEEE802.11協議的信息傳輸。每個串口服務器都有單獨的IP地址，這是由無線接入點分配的，這樣就能使數控設備成為控制網絡系統中的一個節點；無線適配器則是安裝在串口服務器上的，無線網卡負責與無線接入點進行數據傳輸。

4.實現斷點續傳和數控程序比較

系統通過搜索中斷行程序、數控加工程序分析和編輯、按格式修改要續傳的加工程序，將新修改的數控加工程序傳輸到數控機床，從而實現斷點續傳的設計和構建。在數控機床網絡控制系統中每臺設備端口都擁有獨立的線程。這些線程包括串口信號監視線程和串口數據發送線程等，每個端口的線程互相獨立，數據傳輸不會干涉，即使多個端口并行同時發送或接收加工信息也不會干涉。主線程主要起到數控加工程序的創建和操作界面的處理。這樣數控加工程序就能迅速響應加工指令和功能，其他加工所需的工作就由輔助線程來負責，保障主線程的程序信息的處理工作不受其他的任務影響而出現故障。

5.實現高級采集與統計分析

信息采集功能包括對設備的加工狀況、加工工藝信息、零件信息、設備故障信息等進行采集和監控。設備加工信息的采集有兩種模式。一是通過編程功能實現信息采集，針對數控加工程序的符號名、切削用量、刀具補償等信息，用數控操作系統內的宏程序模塊來進行的。這種采集模式要先把數控加工程序編制成按一定格式的程序。二是運用數據采集卡，利用專用的采集卡來采集切削用量、刀具補償、加工工藝、設備工作等信息數據。

三、測試及應用

針對未來的硬件和軟件支持環境，DNC系統的穩定性和可靠性在測試生產部門就顯得極其重要。企業的技術工程師和學校的專業技術人員對整個系統的可靠性和穩定性進行嚴格的檢驗。主要的測試項目：本機與電腦之間自動傳輸串行通訊、局域網通訊、終端NC代碼、多個并發通信試驗機、在線處理模式測試、傳輸試驗機參數、文檔流程管理試驗、代碼編輯功能測試等。在上述測試中，DNC系統得到了良好的結果。

筆者提供的DNC系統是一個功能非常強大的多層次的多模塊的實訓室數控設備管理系統，也可以應用于企業。系統將會充分發揮現有的數控設備功能，能提高車間的生產效率，同時還可以推廣應用計算機設計與制造，提高計算機的應用水平以及勞動生產效率，可以為企業提供更多的經濟收益。

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（作者單位：杭州第一技師學院）