0 引言

傳統(tǒng)的 D N C 網(wǎng)絡(luò) “D i r ect N um er i cal C ont r ol ( 直接數(shù)控) ”其含義 ( I SO 2806: 1980) 為: 此系統(tǒng)使一群數(shù)控機床與公用零件程序或加工程序存儲器發(fā)生, 一旦提出請求, 它立即把數(shù)據(jù)分配給有關(guān)機床。

1994 年頒布的新的 D N C 標(biāo)準(zhǔn) I SO 2806 對 D N C 定義為 “D i st r i but ed N um er i cal C ont r ol ( 分布式數(shù)控) ” , 其含義為: 在生產(chǎn)管理計算機和多個數(shù)控系統(tǒng)之間分配數(shù)據(jù)的分級系統(tǒng)。

傳統(tǒng)意義上的 D N C 軟件僅實現(xiàn)程序的傳輸和管理。而新一代的 D N C 軟件增加了生產(chǎn)類數(shù)據(jù)交換和工況數(shù)據(jù)的采集功能, 使 D N C 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為車間數(shù)據(jù)交換平臺。

近年來隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展, 將生產(chǎn)車間分散的數(shù)控機床與計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式數(shù)控系統(tǒng) D N C ,已成為現(xiàn)代企業(yè)繼 C I M S 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)集成后進一步實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的關(guān)鍵技術(shù)之一。

*的加工方法, 落后的管理手段極大地影響了數(shù)控機床效率的發(fā)揮。D N C 的實施能明顯改善車間的生產(chǎn)組織與管理,提高數(shù)控機床利用率。它側(cè)重于信息流的集成, 具有投資小、 見效快、 可進行人機交互并具有較好柔性的特點, 已被看作是現(xiàn)代生產(chǎn)車間自動化的一種簡易、 切實可行的重要方式, 特別適合在我國企業(yè)推廣使用。

1 基于 D N C 聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)車間信息集成總體方案

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展, 車間局域網(wǎng)的建立已非常現(xiàn)實可行。基于 C I M S 的生產(chǎn)車間網(wǎng)絡(luò)配置如圖 1 所示。

圖中 D N C 主機的主要任務(wù)是負責(zé)與數(shù)控機床的通訊控制, 通訊管理以及數(shù)控機床的狀態(tài)信息采集。產(chǎn)品設(shè)計、 工藝設(shè)計、 N C 程序生成、 生產(chǎn)調(diào)度和其他信息的管理則由 C I M S 計算機和車間服務(wù)器完成。從地域看這些工作集中在車間的技術(shù)辦公室進行。所有工作站和數(shù)據(jù)庫都掛在車間局域網(wǎng)上, 可方便地通過網(wǎng)絡(luò)交換各種制造信息。

總之, 集成系統(tǒng)貫串產(chǎn)品設(shè)計和制造的全過程, 較好地連接了散布于產(chǎn)品設(shè)計、制造領(lǐng)域的計算機應(yīng)用的“自動化孤島” , 在計算機中形成一個統(tǒng)一的協(xié)調(diào)的信息流, 加速了設(shè)計到制造的進程。

D N C 系統(tǒng)具有以下功能:

系統(tǒng)與用戶管理、 D N C 資源與配置管理、 N C 程序編輯和比較、 N C 程序管理、 N C 程序傳輸( N C 程序雙向交互式傳輸、N C 程序自動遠程調(diào)用) 、 機床工況信息采集、 外部系統(tǒng) ( 如: 生產(chǎn)調(diào)度和管理、 刀具準(zhǔn)備與管理、 工具工裝集約管理、 零件毛坯管理等等) 關(guān)聯(lián)接口。

⑴ 系統(tǒng)與用戶管理

系統(tǒng)與用戶管理是 D N C 系統(tǒng)所必需的。它定義用戶權(quán)限,包括權(quán)限的添加、 修改、 刪除與查詢。此外, 還有系統(tǒng)登錄、 數(shù)據(jù)流向的日志管理、 數(shù)據(jù)庫斷開以后的重新連接、 用戶的重新登錄等功能。

⑵ D N C 資源與配置管理

包括對車間 D N C 系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備資源信息的管理, 并對 D N C單元內(nèi)的設(shè)備進行動態(tài)配置, 以便適應(yīng) D N C 單元內(nèi)數(shù)控設(shè)備的增減與調(diào)整的需要。

⑶ N C 程序編輯和比較

N C 程序編輯主要實現(xiàn)對 N C 程序的輸入、 編輯、 修改、 查看等功能, 以便工藝人員能對自動編程生成的 N C 程序進行局部修改或臨時用手工編制簡單 N C 程序。

N C 程序比較是指傳輸前后或不同版本 N C 程序的比較,目的是防止 N C 程序的錯誤使用, 并提供不同版本 N C 程序的差異以備查看。

⑷ N C 程序管理

主要包括 N C 程序庫的維護、 N C 程序的版本管理、 N C 程序與機床參數(shù)文件的管理、 N C 程序與機床參數(shù)文件入庫管理、N C 程序與機床參數(shù)文件出庫管理、入出庫操作日志管理、 N C程序的查詢與打印等。

⑸ N C 程序的傳輸

① N C 程序雙向交互式傳輸。

N C 程序雙向交互式傳輸是指利用 R S-232C 接口實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備與 D N C 計算機之間的連接, 在數(shù)控機床端操作人員和D N C 計算機端操作人員的相互協(xié)調(diào)下, 實現(xiàn) N C 程序或機床參數(shù)文件的上傳與下載。下載的 N C 程序可以來自于 N C 程序服務(wù)器, 也可以來自于 D N C 計算機以普通文件形式存放的 N C程序。

這種方式要求數(shù)控機床端和 D N C 計算機端都有人值守,因此, 通常用于數(shù)控機床與 N C 程序服務(wù)器之間距離比較近的場合。這種方法是一種笨拙的方法,一般不采用。

② N C 程序自動遠程調(diào)用。

N C 程序遠程調(diào)用是指用戶在數(shù)控機床端通過向遠程的N C 程序服務(wù)器發(fā)送指令調(diào)用 N C 程序服務(wù)器中所需的 N C 加工程序、 刀具參數(shù)等。可在機床側(cè)查詢傳輸履歷, 以便了解傳輸是否正確。

這種方法不要求 N C 程序服務(wù)器端有人值守, 因此, 可用于數(shù)控機床與 N C 程序服務(wù)器之間距離比較遠的場合。

⑹ 日志記錄和查詢

提供對用戶登錄、 數(shù)據(jù)流向、 程序操作的自動紀(jì)錄和查詢功能。

⑺ 機床工況信息實時采集

機床工況信息采集是指利用數(shù)控系統(tǒng)本身提供的信息獲取功能、 O PC 技術(shù)、設(shè)備電氣信號檢測技術(shù)等對數(shù)控設(shè)備的啟動、 運轉(zhuǎn)、 停止等狀態(tài)信息及其他相關(guān)信息進行實時采集與反饋, 地采集滿足生產(chǎn)管理所需的工況數(shù)據(jù), 使管理人員能及時了解車間生產(chǎn)現(xiàn)場的加工情況與設(shè)備狀態(tài)。采集數(shù)控機床工況信息, 用于實現(xiàn)數(shù)控機床的自動實時監(jiān)控。

數(shù)控機床運行、 加工狀況信息上傳到辦公室, 達到人不在現(xiàn)場, 就能了解機床的詳細加工情況的效果。

數(shù)控機床的動態(tài)實時信息很多, 以下是設(shè)想其中需采集的信息。

① 機床零件加工狀況:已加工完的零件、 正在加工的零件。

② 機床狀態(tài): 機床開啟、 機床關(guān)機、 機床空閑、 機床運行故障、 機床加工故障、 機床正在運行。

③ 機床加工參數(shù): 當(dāng)前加工程序名 ( 零件名稱) 、 加工開始、 空閑、 結(jié)束時間、 零件實時加工時間 ( N C 程序估計的運行時間( % ) ) 、 實際的進給速度 ( 進給量、 主軸轉(zhuǎn)速) 、 動態(tài)刀具軌跡。

④ N C 程序數(shù)據(jù): 參數(shù)、 刀具號、 刀具偏置量、 用戶宏變量、工作原點偏移、 設(shè)定值、 P 代碼宏變量、 螺補數(shù)據(jù)、 N C 程序進給速度 ( 進給量、 主軸轉(zhuǎn)速) 。

⑤ 與控制軸和主軸相關(guān)的 N C D A TA : 相對位置、 位置、 機械位置、 剩余移動量、 實際進給速度。

⑥ 其它: 伺服和主軸相關(guān)數(shù)據(jù)、 波形診斷數(shù)據(jù)、 模態(tài)數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)、 A / D 轉(zhuǎn)換參數(shù)、 報警信息、 系統(tǒng)識別信息。

⑦ 通信狀態(tài): 正在上傳、 正在下傳、 空閑、 故障、 未聯(lián)機。

⑻ 外部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)接口

外部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)接口是指D N C 系統(tǒng)與C A D / C A PP/ C A M / PD M 、ER P 等外部系統(tǒng)的接口。包括把由 C A M 、 C A PP 系統(tǒng)產(chǎn)生的N C 程序?qū)氲?/span> N C 程序管理系統(tǒng)、 把 D N C 系統(tǒng)產(chǎn)生的有關(guān)數(shù)據(jù)輸出到外部系統(tǒng)等。與本文所述 D N C 系統(tǒng)有直接關(guān)聯(lián)的外部系統(tǒng)有:

① 刀具準(zhǔn)備與管理系統(tǒng)。

提供庫存刀具信息的即時查詢, 使編程人員在編程過程中能夠及時獲得刀具的庫存情況, 根據(jù)現(xiàn)有條件設(shè)計工藝路線;對必須但不具備的條件及時反饋并提出采購建議。

刀具管理人員可根據(jù)由 N C 程序一同生成的刀具清單和刀具數(shù)據(jù) ( 俗稱: 刀調(diào)卡) , 配置好所需的刀具, 并行完成生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。

對刀具管理系統(tǒng)的具體要求如下:

刀具庫存情況 ( 刀具入庫、 出庫、 報損、 修磨、 查詢、 統(tǒng)計、 訂貨、 ) 。

刀具基本信息 ( 刀具幾何信息、 位置信息、 組合方式、 加工工藝等) 。

開發(fā)與 C A PP 的接口, 自動獲得刀具需求信息。

接收來自 N C 編程人員產(chǎn)生的刀具準(zhǔn)備任務(wù)單 ( 刀調(diào)卡) ,自動生成領(lǐng)用清單。

根據(jù)刀具庫存和使用情況, 自動產(chǎn)生刀具采購任務(wù)單。

② 生產(chǎn)調(diào)度和管理系統(tǒng)。

一個零部件 ( 如: 轉(zhuǎn)子、 汽缸等) 的加工有時需要多臺機床聯(lián)合加工才能終完成。為提高數(shù)控機床的使用率, 完備合理的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是*的。

生產(chǎn)調(diào)度和管理系統(tǒng)的正常運行, 需要實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的下發(fā)、 設(shè)備狀態(tài)、 任務(wù)完工 ( 借助機床工況信息實時采集) 等生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集, 為車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的正常運行提供反饋。它由具有權(quán)限的管理者安排作業(yè)所需要的數(shù)控程序到機床的程序傳輸準(zhǔn)備區(qū)。從機床側(cè)只能獲得必要的加工程序信息, 而不能隨意地獲取數(shù)據(jù)庫中的程序, 因此減少了程序的漏洞。

調(diào)度人員可以對加工任務(wù)隊列作任務(wù)啟動、 暫停和順序調(diào)整等作業(yè)安排。

③ 其它關(guān)統(tǒng)。

D N C 系統(tǒng)要順利運行, 需要來自多方面的配合, 如工具工裝集約管理、 零件毛坯管理等等, 它關(guān)系到整個 C I M S 系統(tǒng)的完整性。

2 聯(lián)網(wǎng)方案

現(xiàn)有串口機床基本上都是老式、 落后的機床, 網(wǎng)口機床則是近兩年引進的新式機床。

對串口機床可采用串口 /以太網(wǎng)服務(wù)器將具有R S232/ 422/ 485接口的數(shù)控設(shè)備直接聯(lián)接到車間局域網(wǎng)上。也可以采用直接工業(yè)總線 ( 如: Pr of i B U S) 控制, 然后經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換的方法接到車間局域網(wǎng)上。這兩種方法各有利弊。

采用支持 TC P/ I P 標(biāo)準(zhǔn)具有 Et her net網(wǎng)絡(luò)接口功能的數(shù)控設(shè)備。

3 生產(chǎn)車間 D N C 通訊特點

D N C 通訊系統(tǒng)分為上、 下兩層, 上層為 D N C 主機與上層控制計算機通訊, 屬計算機與計算機間通訊, 而下層為 D N C 與數(shù)控系統(tǒng)通訊。相比而言, 下層要復(fù)雜得多, 主要表現(xiàn)在:⑴ 通訊接口繁雜, 通訊功能不一。

由于歷史原因生產(chǎn)車間往往同時擁有多種數(shù)控系統(tǒng), 因生產(chǎn)年代和生產(chǎn)國家、 廠家不同, 存在著多種檔次和型號, 造成了通訊接口繁雜。

常見的通訊接口有: ①標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通訊接口, 如R S-232C、 R S422、 R S485 等, 其代表數(shù)控系統(tǒng)有 Si em ens802D 、Si em ens802S、 Si em ens810M 和 Si em ens810T 等。②通訊功能強的網(wǎng)絡(luò)接口常見的數(shù)控系統(tǒng)有, Si em ens810D 和Si em ens840D等。要實現(xiàn) D N C 集成必須根據(jù)用戶對通訊功能的要求, 解決D N C 主機與這些通訊接口的轉(zhuǎn)換問題。不同數(shù)控系統(tǒng)可能具有 不 同 的 通 訊 協(xié) 議 。 目 前 , 數(shù) 控 系 統(tǒng) 通 訊 協(xié) 議 主 要 有X O N / X O FF 協(xié)議和 R TS/ C TS 協(xié)議及 TC P/ I P 協(xié)議。必須針對不同的數(shù)控系統(tǒng)和通訊協(xié)議編制不同的通訊軟件。

⑵ 數(shù)控機床布局分散, 聯(lián)網(wǎng)時必須解決長距離信號傳輸問題, 同時加工車間動力設(shè)備比較多, 產(chǎn)生的干擾比較強, 而且頻帶也比較寬, 因而通訊系統(tǒng)應(yīng)具有很強的抗*力。

⑶ 當(dāng)機床與*機房比較遠時, 由于機床操作人員與機房管理人員不方便, 還需考慮在遠地加工區(qū)設(shè)置必要的

D N C 數(shù)據(jù)終端或智能接口。

⑷ 對于復(fù)雜零件加工, 當(dāng) N C 程序較大時, 不能一次送入機床, 這時必須滿足邊加工邊傳遞 N C 程序的實時性要求。

⑸ 不同單位對 D N C 功能需求差異較大。D N C 功能按需求可分為下傳 N C 程序、 雙向傳輸 N C 程序, 以及不但能雙向傳輸 N C 程序還具有系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠程控制等三類。而異構(gòu)數(shù)控的 D N C 集成中, 用戶可能根據(jù)機床接口及可擴展情況希望幾種類型并存, 以充分發(fā)揮機床潛力。

4 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

H TC -D N C 系統(tǒng)是一個面向車間的網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng), 采用客戶 /服務(wù)器 ( C / S) 體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)然, 采用瀏覽器 /服務(wù)器 ( B / S)結(jié)構(gòu)在實際運用中更為方便。

服務(wù)器端配置數(shù)據(jù)庫、 N C 程序庫和 N C 程序遠程調(diào)用服務(wù)模塊, 客戶機可根據(jù)需要配置其它各個應(yīng)用功能模塊。數(shù)控機床作為一種特殊的客戶端, 軟件需要直接與服務(wù)器通信, 調(diào)用服務(wù)器 N C 程序庫中的 N C 程序。 在特殊情況下, 客戶機也可直接與 N C 機床進行通信與傳輸 N C 程序。H TC -D N C 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

雖然客戶機與服務(wù)器在邏輯上分成二部分, 但在必要時可以合并在一臺計算機上。 這樣, 可以少占用計算機資源。 但一般情況下, 為了系統(tǒng)的安全性和可靠性, 客戶機與服務(wù)器應(yīng)配置在不同的計算機上。

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