關(guān)于數控機床網(wǎng)絡(luò )管理論文
本文簡(jiǎn)要介紹了基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC的基本功能、特點(diǎn)，提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的工程實(shí)施方案，并指出它是數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC的一個(gè)發(fā)展方向。
一、概述
由于數控機床具有高柔性、高效率、穩定的加工精度和復雜型面加工的能力，使其能對用戶(hù)各種需求作出快速反應，為此深獲制造業(yè)的青睞。在一些大、中型制造企業(yè)中，根據生產(chǎn)的需要和數控機床的特點(diǎn)，形成多種生產(chǎn)組織管理模式的制造系統，主要有：
1）基于分布式數控（DNC）車(chē)間（工段）信息管理系統。
這是目前占有最大比例的制造系統，應用單元控制裝置對制造過(guò)程的有關(guān)信息進(jìn)行綜合管理。
2）柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統（FMS）。
FMS和FMC除了具有完全的DNC管理系統外，還有自動(dòng)化倉庫，物料搬運和裝卸，刀具檢測、預調和傳送以及狀態(tài)監控等硬件模塊和相應的物流和刀具流控制軟件。
3）自動(dòng)化工廠(chǎng)（FA）
它是一種以自動(dòng)化中央立體倉庫為中心的由多條FMS以及相應的企業(yè)信息管理系統組成的高度綜合自動(dòng)化工廠(chǎng)（車(chē)間），由于它需要極高的投入，目前還不完全實(shí)用于我國絕大部分企業(yè)。
4）柔性機床組成的生產(chǎn)線(xiàn)
主要用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如汽車(chē)、摩托車(chē)和家電等行業(yè)。由于市場(chǎng)需求變化迅速，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短，因而由專(zhuān)用機床組成的剛性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)已日益被柔性生產(chǎn)線(xiàn)所取代。盡管目前已投產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線(xiàn)的比重雖然不大，但由于它適宜于對同族零件多品種混流批量生產(chǎn)，已成為當前柔性加工的一個(gè)主要發(fā)展方向。
由上述4類(lèi)數控機床組成的制造系統可見(jiàn)，DNC不僅需用面廣，而且是其它制造系統的技術(shù)基礎。事實(shí)上，即使企業(yè)所實(shí)施ERP、PDM、SRM、生產(chǎn)管理系統等系統都已很完善了，仍然存在著(zhù)上層管理和底層設備之間的信息斷層，還需要DNC等系統來(lái)將其與具體的加工過(guò)程連接起來(lái)，以進(jìn)行信息傳輸。DNC(DirectNumericalControl)即計算機直接數控或分布式數控，是指一臺或多臺計算機對多臺數控機床實(shí)施分布式綜合數字控制。DNC集成系統屬于自動(dòng)化制造系統的一種模式，是實(shí)現CAD/CAM和計算機輔助生產(chǎn)管理系統(CAPMS)集成的紐帶，它強調信息的集成與信息流的自動(dòng)化，物料流的控制與執行可大量介入人機交互。相對FMS來(lái)說(shuō)，DNC投資小、見(jiàn)效快，是具有較好柔性的多個(gè)數控加工設備的集成控制系統。
基于上述分析，大多數控機床用戶(hù)在實(shí)施DNC方面都已取得了共識，也有很多用戶(hù)已經(jīng)實(shí)施了數控機床網(wǎng)絡(luò )DNC，雖然這些DNC系統在NC程序的通訊等方面表現都比較良好，基本解決了NC程序的通訊瓶頸，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，但在系統的使用過(guò)程中還是出現了一些問(wèn)題，主要表現在如下幾點(diǎn)：
目前市面上的DNC廠(chǎng)商所提供的DNC產(chǎn)品都是基于NC程序文件的管理模式，在數據的快速查詢(xún)、存取、安全可靠性等方面存在著(zhù)隱患。
與企業(yè)中其它相關(guān)管理系統的接口不暢，雖然DNC廠(chǎng)商也承偌可以達到所謂的無(wú)縫連接，但真要連接則是隔靴搔癢。
NC程序的管理缺乏合理的管理規章制度。
我們知道，PDM主要是根據企業(yè)需求和企業(yè)文化，將所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息、資源、人員和過(guò)程都納入PDM技術(shù)和管理框架之中，實(shí)現優(yōu)化運作。它的實(shí)施解決了集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)隊伍之間的協(xié)同工作，保證把正確的信息、在正確的時(shí)間、用正確的方式、傳遞給正確的人，以最終實(shí)現企業(yè)的文檔管理、產(chǎn)品結構管理、配置管理、工作流程管理和應用系統的完全集成。
NC程序作為產(chǎn)品信息的一個(gè)重要組成部分，其文檔管理在PDM中已得到了比較嚴格的流程管理，但是，NC程序又是一種非常特殊的信息體，它所包含的信息內容，如程序的加工軌跡、用刀信息、加工范圍、加工參數等又是一般PDM所不愿關(guān)注的，而這些內容往往又是DNC系統所關(guān)心的內容，為此，本公司將PDM和DNC系統有機地結合起來(lái)，充分利用此兩大系統的優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)了一種新型DNC—基于PDM的DNC，以對加工過(guò)程中核心信息NC程序進(jìn)行更加科學(xué)、有效的管理。
二、基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC的基本功能
顧名思義，基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC應該兼具DNC和PDM兩方面的功能，具體來(lái)說(shuō)，其功能如下：
1．DNC功能：以DNC通訊系統為核心，建立DNC通訊平臺，主要完成：
全功能的NC程序的雙向傳輸：
面向數控操作工的設計理念，所有數控設備實(shí)施聯(lián)網(wǎng)集中管理，利用網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行NC程序的雙向傳輸，從而實(shí)現NC程序的海量存儲、集成化管理，多達20余項的重要功能模塊，使DNC網(wǎng)絡(luò )的安全、兼容、易用等性能達到了一個(gè)前所未有的程度。
DNC網(wǎng)絡(luò )在線(xiàn)加工：
全客戶(hù)端模式的DNC在線(xiàn)加工，使DNC加工的進(jìn)入、退出、斷點(diǎn)續傳等功能全部在數控機床端實(shí)現，而外部子程序調用、行號重置、斷點(diǎn)智能連接等全部融入到系統當中，無(wú)需人工干預，從而取代一臺機床配一臺計算機的模式。
設備加工信息采集：通過(guò)數控系統宏變量輸出功能（對沒(méi)有宏變量輸出功能的數控系統，通過(guò)報表輸出方式）實(shí)現機床加工信息的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)采集的數據實(shí)現以下目標：
�。�1）采集程序加工開(kāi)始與結束的時(shí)間，實(shí)現機床使用效率、零件加工工時(shí)、刀具使用壽命等信息的匯總分析，為ERP、MRPII提供基礎數據。
�。�2）通過(guò)采集宏變量輸出的數據，完成機床加工程序的實(shí)時(shí)還原，為質(zhì)量管理的分析提供原始依據。
�。�3）通過(guò)采集數據的軌跡模擬，實(shí)現機床加工狀態(tài)的遠程檢測，為生產(chǎn)管理提供現場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)施追蹤。
2．基于PDM型式的NC程序的管理：以NC程序為驅動(dòng)的管理系統，主要是對NC程序進(jìn)行刀具軌跡的仿真，NC程序內部信息的提取，NC程序的流程管理，特別是采用SQL數據庫的管理方式對NC程序進(jìn)行嚴格地管理。
�。�1）程序庫管理
在功能上主要包括：
程序庫編輯
程序添加
程序刪除
程序內容比較
程序行號管理
程序內容導入
程序字符轉換
程序坐標轉換
程序打印
程序查詢(xún)
程序加工仿真
�。�2）程序版本管理：
在正常情況，NC程序是按照程序名放在一個(gè)指定的庫表中，有時(shí)同一程序又往往存在不同的版本，這樣查找所需的程序就較為困難，容易出現程序調用錯誤的情況。如何既要準確快速地調用相應的程序，又要保證程序的版本正確，本系統較完善地解決了此問(wèn)題。
在本系統中，每編輯一次NC程序，將程序被編輯前的狀態(tài)保存在一個(gè)歷史記錄庫表中，此記錄程序的名稱(chēng)按照一定的規范來(lái)設計，比如：原NC程序名稱(chēng)為ABC.NC，此程序在某日某時(shí)刻被某人編輯，那么此時(shí)生成的記錄程序名稱(chēng)為ABC-DDDDDD-SSSSSS-RRRRRR.TMP，其中DDDDDD代表被編輯的日期，SSSSSS代表被編輯的時(shí)刻，RRRRRR代表被編輯的人員名稱(chēng)，這樣一來(lái)，我們除了可以查看NC程序當前狀態(tài)之外，還可以追溯此NC程序的所有被編輯過(guò)程。在本系統中設計一個(gè)NC程序編輯歷史記錄查詢(xún)器，以方便用戶(hù)進(jìn)行編輯追蹤。
�。�3）程序生命周期管理：
在本系統中將對NC程序的整個(gè)生命周期進(jìn)行嚴格的管理，從NC程序的生成開(kāi)始到NC程序的最終消亡都提供一套嚴格的管理手段。
目前對NC程序的狀態(tài)可設置為編輯、審核、鎖定、定型四種，過(guò)程如下：
在NC程序初始生成時(shí)是可以編輯的，編輯完成后，編程主管進(jìn)行審核，審核通過(guò)后可以開(kāi)始進(jìn)行試加工，在此過(guò)程中可能還需要對NC程序進(jìn)行編輯修改，修改完成后再審核，直到加工合格后經(jīng)領(lǐng)導討論，以決定當前NC程序是否鎖定，在鎖定期間，NC程序不可再進(jìn)行編輯修改，除非確實(shí)有例外情況，經(jīng)領(lǐng)導批準，將程序鎖定狀態(tài)修改為編輯狀態(tài)，程序再經(jīng)過(guò)修改、審核、加工、再鎖定循環(huán)，當前NC程序經(jīng)過(guò)幾輪循環(huán)下來(lái)，領(lǐng)導決定此NC程序可以定型了，終身不再被修改，那么此NC程序就設為定型狀態(tài)，一直到NC程序消亡此NC程序都不能再進(jìn)行編輯修改，NC程序消亡后就將其移出到一個(gè)NC程序消亡處（可以指定到一個(gè)固定庫表），不再放置在本系統程序庫中，有關(guān)此NC程序的所有記錄也一并消除。
�。�4）程序內部信息管理：
這里主要是指對NC程序的內部屬性進(jìn)行管理，如程序號、程序注釋、軌跡圖號、零件圖號、所加工的零件號、加工工序號、機床、用戶(hù)信息等進(jìn)行管理。在本系統中可對程序根據圖號、零件名稱(chēng)、工序、軌跡圖、機床等進(jìn)行多種條件的復合查尋，同時(shí)對加工程序編輯歷程、所用刀具清單、工藝卡片等進(jìn)行管理。
在本系統中存儲的圖片主要是NC程序加工軌跡圖或零件圖，主要是方便用戶(hù)在調用程序時(shí)，借助于這些加工軌跡圖或零件圖對程序有更直觀(guān)的認識。這些圖片在整個(gè)加工過(guò)程中，起到一個(gè)指導性的作用，例如，零件的裝夾、刀具情況、零件各工序的加工狀態(tài)等，使用戶(hù)加工時(shí)一目了然，可以更迅速地進(jìn)行相應的工作。利用刀具清單、程序內部屬性和程序注釋等一系列重要信息，用戶(hù)可以降低生產(chǎn)準備時(shí)間，以最短的時(shí)間、最高的效率和最高的準確度作好各種生產(chǎn)準備。
�。�5）程序權限管理：
主要是給每個(gè)用戶(hù)設計不同的NC程序管理權限，以避免自己或別人對NC的程序進(jìn)行誤編輯，體現責任分清。
三、基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC的特點(diǎn)
�。�1）由文件管理方式過(guò)渡到數據庫管理方式：基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC區別于傳統DNC的一個(gè)最明顯的變化是采用了SQL關(guān)系型數據庫的管理方式，消除了采用文件的管理方式所固有的存取、查詢(xún)、安全等方面的隱患。它將NC程序的實(shí)際內容保存在數據庫中，由機床上傳到PC機中是保存在一個(gè)固定的數據庫庫表中，機床請求的NC程序也是從數據庫中提取的。
�。�2）真正實(shí)現與ERP、PDM、CRM等系統的無(wú)縫連接：在本系統中，考慮到用戶(hù)使用PDM時(shí)可能使用的數據庫是千差萬(wàn)別的，故采用了ODBC的方式，ODBC勝過(guò)其它數據庫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一就是允許一個(gè)單代碼基同各種數據庫接口的能力。針對不同廠(chǎng)家的數據庫，我們只要建立合理的ODBC聯(lián)接即可。
�。�2）合理的程序管理流程：在本系統中，大量借用PDM對文檔資料的管理流程，同時(shí)針對NC程序管理的特殊化，對NC程序進(jìn)行管理。
四、基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC實(shí)施方案
以下是本公司給某數控機床廠(chǎng)家所做的基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC實(shí)施方案，敬請參考。
此數控機床廠(chǎng)家屬于某軍工單位，內部網(wǎng)絡(luò )建設非常完善，配置有ERP和PDM，都采用SQL數據庫存儲數據。用戶(hù)要求我們的DNC也能與PDM連接，以便采用PDM對NC程序進(jìn)行流程管理。系統網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖所示：
為此，我們提供了一套基于PDM的數控機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC，它負責在機床上傳程序時(shí)將其保存到數據庫表中，此數據庫表是通過(guò)ODBC連接到PDM中的相關(guān)庫表，機床所請求的NC程序內容也是通過(guò)數據庫來(lái)存取的。針對NC程序管理的特殊要求，我們也給用戶(hù)提供了一套基于PDM的NC程序管理系統，具體功能詳見(jiàn)上面說(shuō)明。
五、總結
總之，隨著(zhù)用戶(hù)對DNC使用的不斷深入，通過(guò)多年來(lái)與用戶(hù)之間的不斷探討，我們感覺(jué)基于PDM的機床網(wǎng)絡(luò )管理DNC是數控機床網(wǎng)絡(luò )DNC管理的發(fā)展方向。在此，我們只是拋磚引玉，望廣大同道者能不吝賜教，與我們共同探討，互相學(xué)習，共同進(jìn)步，為我國的制造業(yè)做出更大的貢獻！
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