基于DNC系統的研究與應用

湖南電氣職業技術學院機械工程系 （湘潭 411101） 溫夠萍

貴州航天烏江機電設備有限責任公司 （遵義 563003） 張玉峰

數控設備作為制造業的重要資源，盡管其發展經歷了從硬件數控、封閉式計算機數控到現在的開放式數控等階段，但是目前數控系統的網絡通信能力都很弱。傳統的封閉系統只帶有普通的通信接口，目前研制開發出的基于PC的數控系統，雖然可以在硬件上配置網卡，但并未開發出相應的應用程序，不能夠全面可靠地支持聯網運行。為了提高現有資源的利用率、消除信息孤島、達到資源共享的目的，建立DNC信息網絡和管理系統已成為必然。DNC（Distributed Numerical Control，分布式數字控制）技術可大大提高企業的產品研發能力，縮短產品開發周期，降低開發成本，極大提高企業的競爭能力。

近幾年，隨著計算機技術、通信技術和數控技術的發展以及制造自動化的需要，DNC技術得到越來越廣泛的應用。目前，以CIMS為代表的企業信息化理念已經受到越來越多的重視，DNC也逐漸由單一的程序傳輸演變為集數據管理、生產信息監控等功能的擴展DNC，成為MES集成的關鍵一環。

1.DNC通信技術

（1）以太網通信技術：以太網技術假設，使用、管理及維護方便、快速、可靠、穩定，傳輸距離遠，使用中對工作環境的依賴性小，擴展性強。但是，對于只具有串行通信接口的老式數控設備來說，采用工業以太網方式實現DNC組網面臨著接口轉換的問題。

（2）MAP通信技術：MAP（Manufacturing Automation Protoco1）是美國GM公司發起研究和開發的用于車間環境的通用網絡通信標準。在技術層面上，MAP可以說面面俱到；但在實際開發上，復雜程度高，開發費用大。

（3）現場總線技術：目前在DNC通信中應用的現場總線主要有BitBus、CanBus和ProFiBus。采用軟插件技術可以非常方便地實現異構DNC系統的集成。現場總線是代替前面兩種通信技術的一種較好方法，但隨著網絡技術的發展，現場總線技術在應用過程中出現了品種多、互相兼容性差、開發難度大及初期投資高的缺點。

（4）串行通信技術：利用數控機床提供的RS232或RS422、RS485接口，采用點對點型或星形拓撲結構，實現串行通信。這是目前在車間中應用最多的一種通信方法，但這種通信方法存在工控微機多、投人成本高、管理和維護工作量大和易于出錯等缺點。

2.DNC聯網前存在的問題

（1）我公司數控車間現有的數控系統有FANUC 0i系列、MITSUBISHI、SIEMENS-810D、SIEMENS-840D、HEIDENHAIN iTNC530等數控系統，各系統之間所用的傳輸軟件也不一樣，相互之間互不兼容，給編程人員和操作工帶來很多不便，極大地限制了零件程序的傳輸加工。

（2）程序傳輸采用臺式計算機或筆記本的單機對地傳輸，在傳輸過程中需頻繁的熱插撥容易燒壞機床或計算機接口，傳輸程序時為一對一的通信傳輸，在進行機床與計算機的通信時，必須一個人在機床前操作機床，另一個人在計算機終端前操作傳輸軟件，兩者交替操作。

（3）由于傳輸電纜的接入，數控設備周圍電線隨意搭接，現場環境凌亂不堪，同時車間存放電腦，環境惡劣，電腦壽命大大縮短，而且凌亂，不利于車間6S管理。

（4）數控程序沒有管理權限，容易出現錯改、漏改。由于數控機床都處于生產狀態之中，不同時段每臺設備都有不同的工作在進行，導致這些先進設備的工藝過程只能由工人實際控制，制造技術部的工程師對之缺乏有效的工藝管理平臺。

（5）手工編制零件加工程序時，由于沒有數控編程工具，生成G代碼程序無法比較模擬，出現錯誤時只能在切削時才會發現。

（6）由于公司的管理部門或管理系統不能及時得到生產設備的實時生產狀況，因而不能做出科學的生產管理計劃及措施，極大地影響了公司生產效能的發揮。

3.DNC聯網整體方案

CIMCO-DNC系統采用SQL關系型數據庫的管理方式對NC程序及采集的數據進行管理，使數據查詢迅速，存取安全可靠，管理流程清晰合理。由于采用了ODBC的聯結方式，具有SQL標準的數據結構和接口函數，所以可以方便地和各種數據庫的PDM及MES系統進行集成。

由于我公司機床接口為RS232和RJ45兩種，通過調研選用北京蘭光科技公司的CIMCO機床聯網系統。

整個系統以公司現有的局域網為基礎，采用CIMCO系統軟件及網絡核心硬件串口服務器，使用標準網線與數控車間技術組局域網連接起來。將CIMCO機床聯網軟件裝在數控車間技術組局域網的服務器上。圖1為我公司數控機床與局域網連接示意圖。

圖1 CIMCO方案示意圖

4.CIMCO機床聯網系統的組成

CIMCO系統軟件部分由程序管理（NC－Base V5）、程序傳輸（DNC－Max V5）、程序的編輯與仿真（CIMCO Edit V5）3部分組成。

（1）程序管理（NC－Base V5）：程序管理模塊是DNC系統的核心模塊之一，它主要功能有：產品結構樹管理（見圖2）和流程和版本管理（見圖3）。

圖2 產品結構樹管理

圖3 流程和版本管理

（2）程序傳輸（DNC－Max V5）：程序傳輸模塊是DNC的核心模塊之一，它內置了目前市面上幾乎所有的數控系統的通信協議，因此使我公司所有的數控機床均能通過該模塊與DNC服務器進行對話，從而遠程上傳和下載數控程序。其主要特點有：傳輸穩定可靠、強制上傳、可以傳輸刀具參數、備份機床參數等特點（見圖4）。

圖4 機床聯網通信軟件界面

（3）程序的編輯與仿真（CIMCO Edit V5）：CIMCO Edit V5是CIMCO軟件公司專為數控編程而設計的專業軟件，它具有強大而實用的數控編輯功能、文件的智能比較、刀位軌跡的三維模擬等功能；圖5為程序實體仿真、圖6為文件智能比較示意圖。

圖5 程序實體仿真

圖6 文件智能比較

5.實施效果

（1）實施數控機床聯網后，車間面貌煥然一新，地面和空間已看不到電線。

（2）零件的加工程序進行權限的管理，不同的人員對不同的機床程序有不同的管理權限，改變了以往程序管理混亂狀態。

（3）零件的加工程序實行了生命周期的管理，設置為編輯、調試、定型三個狀態。

（4）系統功能的設置，如通信參數、文件路徑和其他系統設置，全在系統服務器上進行設置與重新配置，不會影響機床正常工作，不會對機床精度等造成影響，系統調試絕對安全、可靠。

（5）可以很方便地對數控程序的各種信息，如程序號、圖號、零件號、機床、用戶信息等進行管理，可對程序進行圖號、零件名稱等進行復合查尋。

（6）對零件實現了在線加工功能，解決了由于機床內存不夠，復雜零件加工的在線功能。

（7）建立了管理與底層數控制造信息之間的直接連接。有了DNC系統后，制造技術部、車間數控機床間形成了一個統一的信息鏈。

（8）實現了數據的統一集中管理。有了DNC系統后，把原來分散在制造技術部和數控機床的數控程序及相關信息文檔都集中在網絡中心的DNC服務器上，管理起來安全方便。

（9）數控聯網后，技術工程師可以通過遠程系統管理，在任一時間（無需停機）、快速地對數控機床的加工程序進行監控、編輯、模擬加工檢查、維護和歸檔等工作。

6.結語

實施DNC工程后實現了數控機床的聯網控制，改變了原有數控機床的管理模式、生產模式、工作模式和加工模式，達到了機床增效的作用；并且通過DNC實現機床狀態及生產數據的采集，為3C（ACD/CAPP/CAM）系統、PDM、ERP等系統提供數據支持，是制造業全面實現信息化的基礎；實現數控機床聯網后，數控車間改變原來數控管理模式，使機床的通信效率大大提高，程序傳輸高效、準確，減少了機床的待機時間和程序的驗證時間；程序員編制好程序就經過服務器傳到數控設備上，不用等待機床停下后，再傳輸程序，極大地提高了機床的利用率；同時程序員把自己在計算機上編制好的程序通過局域網發送到DNC服務器上，通過DNC客戶端，對這些程序進行管理和驗證，然后直接到機床上調用程序。整個過程嚴密可靠，提高程序的正確性，縮短了待機和驗證時間。