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多制式數控機床集群控制與管理系統
面向中小企業(yè)由多種控制系統數控機床集群構成的混合加工環(huán)境的車(chē)間，建立基于《數控機床可重構DNC通訊網(wǎng)絡(luò )》軟件的車(chē)間現場(chǎng)數據綜合交換平臺，并采用具有一定自主規劃和管理功能的《車(chē)間生產(chǎn)管理系統》軟件，可對目前國內多種生產(chǎn)方式和管理方式并存的數控機床集群進(jìn)行優(yōu)化管理。
數控機床應用的主要模式
隨著(zhù)數控機床日漸廣泛的應用，企業(yè)中數控設備的類(lèi)型和品種多、年代跨度大。為了能對用戶(hù)的需求做出快速反應，就迫切地需要對車(chē)間的數控機床進(jìn)行全面信息管理，加強生產(chǎn)組織，提高機床的利用率和柔性生產(chǎn)能力。
多制式數控機床集群控制與管理系統全面解決了混合加工環(huán)境中，實(shí)時(shí)跟蹤設備狀態(tài)以及生產(chǎn)進(jìn)度，并可用當前的準確數據對它們進(jìn)行指導和處理。系統主要由JCS-DNC、刀具管理系統和JCS-MES三部分組成。
其中，JCS-DNC作為綜合數據交換平臺，不但可以覆蓋不同類(lèi)型的通訊接口(RS232/422、Ethernet)，而且對底層設備的狀態(tài)監控進(jìn)行了全面解決，承擔了有效聯(lián)接底層設備和上層控制計算機的橋梁作用，并且使刀具管理系統和JCS-MES緊密的結合起來(lái)。JCS-MES則注重整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，它需要收集生產(chǎn)過(guò)程中大量的實(shí)時(shí)數據，并對實(shí)時(shí)事件及時(shí)處理。同時(shí)又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應數據并反餽處理結果和生產(chǎn)指令。因此，JCS-MES不同於以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統車(chē)間控制器，也不同於偏重於作業(yè)與設備調度為主的單元控制器，而是將MES作為一種生產(chǎn)模式，統籌考慮制造系統的計劃和進(jìn)度安排、追蹤、監視和控制、物料流動(dòng)、質(zhì)量管理、設備的控制和計算機集成制造接口(CIM)等，以最終實(shí)施制造自動(dòng)化。
車(chē)間現場(chǎng)綜合數據交換平臺
目前國內在車(chē)間生產(chǎn)中使用的數控設備的數控系統種類(lèi)繁多，其通信接口和協(xié)議也存在較大差異。傳統的DNC通訊網(wǎng)絡(luò )系統是根據RS232串口的共同特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的，雖然可以完成CNC數據的雙向傳輸功能，減少了程序傳輸時(shí)間，一定程度上起到減少輔助時(shí)間、提高機床利用率的作用，但是這種類(lèi)型的DNC網(wǎng)絡(luò )不能采集生產(chǎn)現場(chǎng)的機床狀態(tài)和工況數據，是生產(chǎn)管理系統中底層設備監控的瓶頸所在。
綜合數據交換平臺中的數據分類(lèi)
在綜合數據交換平臺JCS-DNC中交換的數據可分為以下幾類(lèi)：
1. CNC指令類(lèi)數據，如NC程序(上、下傳輸，刪除)、刀具數據(刀具表)、CNC參數等;
2. 機床狀態(tài)類(lèi)數據，如機床報警信息、PMC診斷、以及主軸位置、主軸轉速等;
3. 工況類(lèi)數據，如正在執行的程序名稱(chēng)、正在加工的零件名稱(chēng)、機床開(kāi)始加工時(shí)間、機床結束加工時(shí)間、當前刀具等。
綜合數據交換平臺中的數據流向
有一部分機床的宏程序具有向串口輸出數據的功能，如FANUC數控系統。JCS-DNC中含有NC程序宏功能后置處理模塊。在通過(guò)本網(wǎng)絡(luò )向機床傳送加工程序時(shí)，自動(dòng)在程序的相應位置添加宏指令，使得機床在運行過(guò)程中自動(dòng)向串口送出工況數據，從而實(shí)現自動(dòng)采集當前運行程序號、零件名稱(chēng)、加工開(kāi)始時(shí)間、結束時(shí)間等加工信息。
用機床聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)器MDNC05實(shí)現機床工況數據采集
機床聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)器MDNC05是一種安裝在數控機床上的現場(chǎng)數據終端，具有全字符鍵盤(pán)、4x16字符液晶顯示器。
MDNC05的基本功能是實(shí)現機床側的程序傳送請求和通訊狀態(tài)監視，通過(guò)鍵盤(pán)和自定義的F01~F99功能，現場(chǎng)操作人員人工輸入(采集)并匯報現場(chǎng)工況。MDNC05的F功能可以解決某些數控系統不具備宏程序數據輸出功能造成的工況數據無(wú)法采集的困難。它的使用可以簡(jiǎn)化和統一CNC數據的輸入/輸出的操作，適用于所有的數控設備，并且同樣可以解決非數控機床工況數據的采集。
利用數控系統以太網(wǎng)功能實(shí)現機床工況數據采集
對于具有以太網(wǎng)功能的數控設備，利用FANUC FA功能包開(kāi)發(fā)的Ethernet軟件模塊能夠自動(dòng)實(shí)現設備狀態(tài)的完全監控。適用于數控系統為FANUC Series 0i-B/15i /18i/21i，Power Mate i-D/H的數控機床。
綜合數據交換平臺JCS-DNC的特點(diǎn)
JCS-DNC是一個(gè)涵蓋了傳統通訊功能的新一代DNC通訊網(wǎng)絡(luò )，將傳統意義上的DNC網(wǎng)絡(luò )發(fā)展成為一個(gè)生產(chǎn)現場(chǎng)的綜合數據交換平臺。其特點(diǎn)是：
1. 覆蓋生產(chǎn)中所有的不同品牌不同時(shí)期的數控設備
2. 覆蓋不同類(lèi)型的通訊接口(RS232/422、Ethernet)
3. 完整的數據內容
4. 快捷可靠的網(wǎng)絡(luò )系統重構
5. 開(kāi)放的數據接口
由于具有上述特點(diǎn)，JCS-DNC的使用就可以準確提供制造過(guò)程中的大量數據，使生產(chǎn)管理有了較充分的數據反饋，形成一個(gè)閉環(huán)系統，準確制定、調整、更新作業(yè)計劃。
刀具管理系統
刀具作為參與制造活動(dòng)的重要輔助工具，對制造系統的柔性、生產(chǎn)率起著(zhù)舉足輕重的作用;同時(shí)，刀具又是較昂貴的消耗性資源，在車(chē)間生產(chǎn)中它數量巨大、信息繁多。由于加工的需要，大量的刀具頻繁地在系統中流動(dòng)和交換，當系統需要重組時(shí)，刀具配置和容量等都需要修改，因此，大量的刀具信息也隨之不斷變化，這就迫切需要功能強大的刀具管理系統對車(chē)間生產(chǎn)中的刀具進(jìn)行調度、管理，以實(shí)現數控用刀具的管理和預調。刀具綜合管理和預調制度的建立可以實(shí)現刀具參數和刀具壽命管理以及刀具的統一調配，縮短生產(chǎn)準備時(shí)間，降低刀具庫存量，提高刀具利用率。
車(chē)間生產(chǎn)管理系統JCS-MES
JCS-MES是一種基于制造執行系統的生產(chǎn)管理系統。該系統重點(diǎn)在于提高生產(chǎn)管理系統的操作性(有限能力計劃)和協(xié)作性(虛擬的集成)，是一種適合于多品種小批量生產(chǎn)的數控機床集群生產(chǎn)管理系統。
JCS-MES功能模型
JCS-MES主要負責車(chē)間生產(chǎn)管理和調度執行，通過(guò)控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內的所有車(chē)間資源來(lái)提高制造競爭力，提供一種系統地在統一平臺上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調度等功能的方式。
JCS-MES本身也是各種生產(chǎn)管理的功能軟件集合，共包含11個(gè)主要的功能模塊，其主要功能包括：基礎生產(chǎn)數據管理(包括工廠(chǎng)部門(mén)結構、工作中心、產(chǎn)品結構、工藝等大量信息)、人力資源管理、設備管理、庫存管理、主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃、有限能力計劃與調度、車(chē)間作業(yè)任務(wù)管理、工夾量具管理、質(zhì)量管理、系統權限管理等。它與機床網(wǎng)絡(luò )DNC管理系統、刀具管理系統、CAD/CAM系統等存在大量實(shí)時(shí)的信息交流。
JCS-MES運行環(huán)境
JCS-MES可以根據企業(yè)需求提供在微機網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中運行的網(wǎng)絡(luò )版系統，也可以提供在單臺微機運行的單機版系統。其運行環(huán)境如下：
操作系統
服務(wù)器端 MicrosoftWindows NT 4.0 Server 簡(jiǎn)體中文版或WINDOWS 2000 Server
客戶(hù)端 Microsoft Windows 95/98簡(jiǎn)體中文版或Windows 2000客戶(hù)版
數據庫管理系統
ACCESS2000，服務(wù)器上可以裝SQL2000
JCS-MES系統特點(diǎn)
制造企業(yè)生產(chǎn)管理系統JCS-MES除了滿(mǎn)足中小企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中各類(lèi)業(yè)務(wù)、數據處理的一般要求之外，還具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢和特色：
采用C/S結構
制造企業(yè)生產(chǎn)管理系統JCS-MES運行平臺為Windows2000及MS SQL Server，它支持先進(jìn)的客戶(hù)機/服務(wù)器(Client/Server)結構，并能充分利用用戶(hù)的現有資源，最大限度地減少投資，提高運行效率，同時(shí)也保證了用戶(hù)方便地進(jìn)行系統維護。
子模塊間是高度集成的
JCS-MES內的子系統是高度集成的。各子系統可以從其它相關(guān)的子系統中獲取所需要的數據，同時(shí)也可以將子系統內產(chǎn)生的數據自動(dòng)傳遞給其它相關(guān)子系統。整個(gè)系統運轉後數據的輸入量較小，大大減輕了管理人員的工作量。JCS-MES中同一數據只要進(jìn)入系統，便能得到有效的利用和處理，提高了工作效率和準確率。
采用完整、先進(jìn)的模塊化、組件系統結構
本生產(chǎn)管理系統采用一套完整、先進(jìn)的模塊化、組件系統結構。各子系統由一系列組件構成，而部分組件還可以根據具體需要，自由地掛接在不同的模塊上，以滿(mǎn)足用戶(hù)對不同的模塊的功能需求。
完善的安全管理機制
JCS-MES允許用戶(hù)系統管理員定義每個(gè)使用者對每個(gè)模塊功能的操作權限，操作員在使用每個(gè)程序時(shí)，系統自動(dòng)檢驗操作權限，實(shí)現多級安全控制，大大提高用戶(hù)系統操作安全和數據安全性。
豐富的查詢(xún)、報表功能
JCS-MES提供了大量豐富、靈活的查詢(xún)和報表功能。用戶(hù)可以從多角度方便地查詢(xún)所需了解的多種信息。
應用情況
多制式數控機床集群管理系統已經(jīng)在國內的紡機、模具、光學(xué)儀器等多個(gè)行業(yè)的工廠(chǎng)中得到應用。
在西安的某機械廠(chǎng)建立了車(chē)間綜合數據交換平臺。系統中集成了8種不同品牌不同型號共48臺數控設備。實(shí)現了數控加工資源的共享，可以及時(shí)完成毛坯、NC程序、刀具和工卡量具的準備工作，減少待工時(shí)間;并且由于具有了完善的數控生產(chǎn)技術(shù)文檔管理，減少了批量再生產(chǎn)的準備時(shí)間，綜合生產(chǎn)效率提高50%以上。
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