一種異構數控機床聯網技術的研究與應用

尹德秀 張雷雷 康惠春 金凱旋

(第一拖拉機股份有限公司工藝材料研究所，河南 洛陽471004)

一拖公司是生產東方紅拖拉機的主機廠，擁有多臺國內外先進的大型加工中心、數控機床。但在數控設備的程序傳輸、程序編輯與仿真、數控程序的管理等方面是一種離散管理狀態，制約著數控設備生產能力的最大發揮與信息資源的共享，具體表現如下:

(1)車間現有的數控系統繁雜，各系統之間所用的通訊軟件也不一樣，相互之間不兼容，給技術人員、操作人員的編程和應用帶來很多不便，大大地限制了工件的轉移加工。

(2)通訊程序為1 對1 的通訊程序，在進行機床與計算機的通信時，必須1 個人在機床前操作機床，另一個人在計算機終端前操作通訊軟件，兩者交替操作。

(3)程序通訊采用臺式計算機或筆記本的單機傳輸形式，頻繁的熱插熱拔容易燒壞機床或計算機接口。

(4)程序沒有集中管理，一般是編程員自己各自保管，容易丟失或誤操作。

(5)電腦上的程序和工藝卡、模型圖、刀具清單等之間都是孤立保存，時間久了，就不知道它們的對應關系，還需要反復進行對照，才能知道某個程序是做什么的。

針對這種情況，本項目通過探索研究，提出了利用10 臺數控設備為試點，進行了數控加工設備網絡集成管理系統的研究，將人員、人員權限、各類相關文檔、文檔版本、數控機床代碼傳輸、機床信息反饋采集、全部管理信息化。為生產調度的合理安排提供有效的參考。從而提高對數控加工設備的管理水平。

1 技術方案

為了對數控機床聯網技術進行研究，本論文選擇了10 臺數控機床進行聯網試驗(如表1)。

2 系統總體架構

整個系統平臺分為了3 級形式，在信息部門設立有程序數據服務器，該服務器擔任的是整個平臺數據的管理及備份的任務。在其下一級的車間中擁有一臺通訊服務器及多臺文檔管理客戶端和1 臺通訊客戶端。

車間的通訊服務器在程序管理的內容上保持和信息中心程序數據服務器從上至下的同步。通過設定一定的協同機制，程序數據服務器可以將調度人員派發的程序派發至各車間的通訊服務器，通訊服務器在接收到程序后可向機床派發相關的程序。一旦程序數據服務器發生故障或斷電情況，通訊服務器可以正常使用而不會因此影響生產。而程序數據服務器數據恢復后則會將新變更的程序及文檔派發至子服務器。

車間通過放置觸摸屏或計算機終端，操作者能方便地在終端機上查詢生產計劃、數控程序、刀具清單和工件的三維視圖等相關信息并進行代碼仿真。管理客戶端在中心局域網上動態浮動，工藝相關人員可在任意一臺安裝有DNC 管理客戶端的計算機上登陸。

通過這種3 級數據結構的模式，可以保證企業骨干網的好壞不影響各車間的代碼傳輸及生產加工。詳見圖1。

3 系統硬件結構

系統硬件系統原理圖如圖2 所示:整個系統在企業局域網的架構下，每個車間內的多臺交換機、裝有通信客戶端/管理客戶端的計算機以及數控工藝組裝有管理客戶端的計算機通過已建好的企業局域網和信息中心的總服務器相聯。

車間內的各類數控設備則通過智能終端和屏蔽網線聯接到就近位置的交換機。

大屏幕顯示器和觸摸屏終端查詢系統則通過就近的交換機連接到DNC 系統中，完成相關的顯示和查詢功能。

本次用作實驗的數控機床有7 臺具有網卡，有3臺為RS232 串行通訊接口，針對這種情況，將具有RS232 串口的數控機床采用“有線智能終端接入”的接入方式，對機床自身具備網卡的數控機床采用RJ45網卡進行連接。

4 系統軟件系統功能

數控機床聯網軟件主要由:生產文檔管理模塊、數控設備通訊模塊、設備信息采集模塊、程序編輯仿真模塊等組成。分別完成NC 代碼及生產文檔管理、NC 加工代碼通訊和數控設備狀態監控、生產信息數據采集、數控加工代碼快速編輯及實時仿真等功能。

在生產文檔管理模塊中，有用戶管理、統計、檢索等不同模塊。分別完成用戶權限的設置，項目進度、機床負荷統計，按照工件號、NC 代碼、工序、生產指令等進行查詢工作。

在設備信息采集模塊中，有設備狀態查看、生產信息采集、生產信息匯總統計等不同模塊。分別完成生產信息的及時反饋、設備狀況的及時查看、產能及時匯總分析等功能。在采集方式上也具備串口采集、網卡采集等多種方式。具體功能如下:

4.1 生產文檔管理功能

實現NC 數據統一管理，將聯網的數控程序及其相關的文擋集中放在DNC 服務器上。做到NC 程序的規范化、流程化管理，程序狀態管理，人員權限管理，能夠根據加工任務對數控程序進行動態分配。實現數控程序的規范化管理，提供符合公司實際的程序管理模式(工藝人員和操作工混合編程、工藝人員編程、操作工編程模式)，對于不同的需求能進行定制和配置，使企業數控程序管理得到提高。

按結構樹組織管理，在產品樹下能批量導入原有程序、圖紙和工藝文件，保證原有數據和現有數據統一管理。

具有強制上傳功能，可以做到操作者在下載一個新的程序前必須把機床內程序發回服務器，確保服務器上永遠保存最新版本的程序，便于規范化管理。保證程序版本最新版本，防止因版本新舊問題導致的加工失誤。

4.2 設備信息采集功能

DNC 監測采集模塊支持多種采集方式，通常根據設備的數控系統及接口的不同，匹配以不同的采集方式。針對本次項目，可以提供的采集方式主要有以下幾種:

(1)利用網卡進行數據采集

網卡監測采集技術利用了先進的技術獲取了加工中心類數控設備內部的參數信息，可以直接將設備的狀態提取出來，通過網絡發送給DNC 采集系統，展示給管理部門。見圖3。

該部分可以獲得的數據有機床基本信息、軸坐標信息及機床加工信息等。

(2)串口設備采用添加硬件傳感器/采集器的方法

針對本次項目中的FANUC 串口系列及其他數控系統，由于其系統的相對特殊性，而且本次項目也需要采集設備的實時狀態，如開機、關機、加工、報警狀態。因此，可采用添加硬件傳感器/數據采集器的方法對生產中產生的數據進行采集。通過機床反饋回的信號，傳感器/采集器可以將電信號轉換成數字信號發送給DNC 系統進行數據的采集。

通過這種采集方式可采集的數據:開機/關機、循環啟動/循環停止、報警/正常、機床是否處于加工狀態等。詳見圖4。

4.3 統計分析功能

DNC 統計分析模塊是基于C/S 結構的機床生產加工信息統計分析系統，可以有效地利用采集模塊所采集回的機床加工信息來統計出企業生產調度所需數據，并對該數據進行有效的分析，對于企業的生產決策有著重要幫助，見圖5 所示。

4.4 NC 代碼編輯及仿真方案

編程助手是CAXA 公司專門開發的應用于數控車間快速編程的工具類軟件，作為CAXA 數字化制造解決方案的一個輔助部分，主要是幫助程序編制人員利用該軟件快速地手工編制一些簡單程序，并進行校對和仿真，解決某些簡單程序在CAM 軟件中編制相對繁瑣的問題。圖6 為可支持五軸仿真的高級仿真模塊的界面。

5 結語

本項目通過探索研究，以10 臺3 種數控系統的數控機床為試點，實現將不同型號、不同操作系統、不同通訊接口的數控加工設備進行了聯網，可以適時地將人員、人員權限、各類相關文檔、文檔版本、數控機床代碼傳輸、機床信息進行反饋采集。實現了資源的有序共享、各類文檔可按流程實現有序管理、文檔資料歷史紀錄/加工歷史紀錄的可追溯，為生產調度的合理安排提供有效的數據源，實現對生產的及時、透明管理，提高了設備的利用率，大大提高了我公司的信息化水平和管理水平。

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