DNC系統在數控實訓教學中的應用

張軍+張宏帥

摘要：針對數控實訓教學目前存在的實訓室建設成本高、教學質量不理想、教學效率低等問題，筆者提出利用DNC系統指導數控編程、數控維護等實訓教學，希望通過信息化教學的方式培養現代化的高端數控人才。應用結果證明，DNC系統能夠促進數控教學過程實現科學化、規范化，能有效提高學生學習的積極性，提升教學效果。

關鍵詞：數控實訓；DNC；數控通訊；信息化教學

一、引言

數控裝備、數控編程技術、數控加工是實現制造業轉型升級的關鍵因素。目前，國內關鍵環節的數控化率己達33%，因此，培養高端的數控技能人才對于提升我國制造業整體水平至關重要，而數控實訓教學是培養高端數控技術人才必不可少的環節。數控實訓教學的目的，就是利用理論教學與實際操作相結合的方式，培養具備數控調試、實操、維修、編程等專業技術能力，能夠適應加工、服務、管理等各個環節實際需要的高端技能型數控人才。然而，職業院校的數控實訓教學在實訓室建設、實訓教學管理、技術培養方向等方面還存在著一些問題。比如，數控實訓設備數量不足；教學效率低且教學質量不高；學生的技術能力無法滿足現代化企業的數控人才需要等。

針對以上問題，筆者以某職業技術學院的“FANUC數控系統應用技術工作室擴建項目”為例，分析了分布式數控（Distributed NumericalControl，DNC）系統在數控實訓教學中的具體應用。

二、FANUC實訓中心的現狀

（一）數控實訓室概述

某職業技術學院的FANUC實訓中心是教育部校企合作項目中河南省唯一的一個實訓中心。目前，數控實訓室一共有FANUC數控實訓設備23臺，包括FANUC數控車床和FANUC數控加工中心。

（二）DNC實訓教學系統

DNC系統指的是利用一臺中央計算機將若干臺數控設備連接，實現數控設備的綜合控制。數控實訓中心用于數控實訓的信息化教學系統主要包括CAD工作站、CAM工作站、程序編輯仿真工作站、數控參數維護工作站等信息化軟件系統，其中程序編輯仿真、參數維護等經常被功能更強大的DNC系統所代替。某職業技術學院FANUC實訓中心在2015年正式使用DNC系統指導數控實訓教學。實訓中心使用的DNC系統涵蓋數控系統以太網通信、數控加工程序集中管理、機床狀態遠程實時監控、系統參數遠程科學管理、機床故障診斷、機床運行效能智能分析、機床遠程控制等功能。

三、DNC系統在FANUC實訓中心的應用

（一）數控通信實訓教學

數控設備是車間內執行加工生產的高端智能一體化設備，現代的生產車間內數控裝備經常需要配合外界其他智能設備輔助生產，比如，利用機械臂完成自動上料、利用激光器完成在線監測等。這些功能的實現都需要精通數控設備通信的信息化人才，目前，國內的數控培訓基本都集中在數控設備本身的操作培訓，在設備通信方面比較欠缺。DNC系統的基礎功能就是實現數控設備的聯網通信。

1.硬件連接

2.數控實訓設備端設置

FANUC的以太網功能是通過TCP/IP協議實現的。因此，CNC系統端只需要設定CNC的IP、TCP和UDP的服務端口號即可。機床端依次執行【sYSTEM】和【PCMCIA】，出現包含【公共】【FOCAS2】【FTP傳送】的嵌入以太網設定畫面。在【公共】頁面設置數控系統IP地址及子網掩碼，在【FOCAS2】操作界面設置TCP和UDP的服務端口號。

3.DNC系統服務器端設置

DNC系統服務器端的設置主要包括采集主機網絡設置及采集服務器端軟件的設置。采集主機網絡設置是設置計算機本身的有線TCP/IPv4網絡屬性。DNC軟件端的設置，主要是設置采集機床信息。DNC服務器需要配置聯網管理的數控設備的“身份信息”，包含名稱、型號、IP地址、端口號等內容。教學使用過程中，教師在安排學生分別完成CNC端網絡設置后，此處只需要按照每臺設備設置的信息逐一配置即可，此處設置系統以注冊表的形式存在，故只需設置一次即可。

（二）數控編程實訓教學

數控編程教學是數控實訓中心的重點實訓項目，常規的數控編程實訓，每個學生按照工藝圖紙編寫好程序后，需要再上機輸入并進行程序調試，指導教師檢查每一個學生的程序編寫情況，需要逐一查看每臺數控設備的程序運行情況。此種模式還是傳統的“手把手”教學方法，僅適合“一對一”或小規模實訓教學。

FANUC實訓中心使用的DNC系統的程序管理模塊集成了程序管理、流程管理、分類統計以及備份恢復等模塊。借助DNC系統的程序管理模塊，數控教學教師對大規模實訓學生可以實現“邊實操邊指導”，學生編程實踐不再局限于固定的數控實訓機床。DNC系統對數控編程實訓教學質量的提高和教學效率的提升主要體現在以下幾點：

1.程序管理

使用程序管理功能，遠程計算機可以訪問聯網內任意一臺數控實訓設備內的程序，包括程序列表、程序名、程序編號、編寫日期、編寫作者、注釋內容等，同時具備程序的上傳下載功能。在實際教學過程中，教師在需要下發編程實例時，只需要在遠程客戶端打開DNC程序管理模塊，選擇制定程序和下發程序的機床編號即可完成程序的下發任務。學生在實訓設備端，同樣可以請求NC服務器內的數控程序，得到教師“確認”后，程序自動下載到相應的數控實訓設備內。學生上機編寫好程序后，不需要做任何操作，教師通過遠程計算機就可以查看到所有學生編寫完好的程序，并進行編寫指導。

2.版本管理

DNC系統具備完善的程序版本管理功能，學生在每一臺數控實訓設備上的每次更改均產生新版本，系統自動跟蹤并記錄程序文件的所有變更，允許指導教師比較恢復指定程序版本。

3.運行監控

數控實訓教學重視學生實際操作能力的培養，學生完成教師下發的程序編寫任務后，需要上機調試運行，方能驗證編寫程序是否完全正確。在實際操作中，學生經常由于上課不認真、操作不規范、編程知識掌握不牢靠等原因造成實訓設備故障。DNC系統能夠實時監控聯網內數控實訓設備的運行狀態和各項實時數據，教師通過DNC客戶端可以同時監管所有學生的實訓操作，一旦學生操作不規范或機床出現故障，教師能夠第一時間鎖定目標，并給出遠程指導意見。

（三）數控維護實訓教學

數控系統本身的復雜性要求企業需要專業的數控維護工程師。數控維護實訓教學是學生學習數控運行原理、系統維護及故障維修等專業數控知識的重要課程。傳統的數控系統參數維護都是單臺手動維護，工作量大、效率低，新型的高端數控技能型人才必須能夠使用信息化系統，實現數控系統的遠程維護、批量維護。以PMC信號的編輯維護為例，教師做理論教學時，可以直接通過計算機訪問聯網內實訓設備的實際信號值，而不需要做完理論教學后，再讓學生去上機驗證，這能夠極大地促進教學的流暢性，真正實現“邊教邊學”。另外，學生在做PMC信號調試練習時，也可以通過計算機在遠端實現，而不需要直接操作實訓設備，而且學生的調試結果，教師同樣可以在遠程端實時監控。

四、DNC系統對數控實訓教學的影響

（一）降低數控實訓成本

DNC系統使數控實訓教學徹底擺脫了實訓設備不足、學生實操機會少的問題，因為數控教學過程中教師與學生通過計算機實現“人機聯動”，數控實操學習基本可以在計算機上完成，不需要一直實操數控設備。計算機和機房的建設成本是要遠遠小于數控實訓設備和實訓室的建設成本的。

（二）提高數控實訓質量

借助DNC系統，教師能夠輕松地同時指導45名學生進行數控實訓，學生實訓過程中可以在線尋求指導教師幫助。實訓過程的信息化有效提升了教師的教學效率，豐富了課堂教學內容。

（三）激發學習動力

使用信息化教學系統，學生興趣濃厚，對數控實訓的學習由以前的在教師督促下的“被動學習”轉變為現在的“主動學習”。學生對DNC系統的使用學習比較快，且實際動手使用過后不再覺得實訓教學枯燥無味，而是對數控實訓課程充滿期待，并且能夠主動地探索新知識。

面對目前數控實訓教學存在的問題，筆者通過數控通信實訓教學、數控編程實訓教學、數控維護實訓教學三個方面，描述了DNC系統在數控實訓教學中的應用，實際使用結果證明DNC系統對提高數控實訓教學質量、提升學生學習效率、降低教學成本、規范教學管理等有很大的幫助。endprint