智能工廠之數控機床聯網

梅梅

摘要：設備物聯網系統是CPS系統在制造企業的典型應用，通過將企業設備聯網和數據的自動采集，為智能工廠/數字化車間的改造提供了數據基礎。本文分析了制造企業數控機床聯網現狀，研究了DNC/MDC系統解決方案。

關鍵詞：DNC;MDC;數控機床;制造自動化

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）03-0009-02

0 引言

DNC即分步式數字控制，實現了數控設備的網絡傳輸，程序管理。MDC（設備數據收集）進一步擴展了DNC系統，使DNC/MDC能夠成為制造企業MES的數據基礎和重要組成部分。DNC/MDC系統作為橋梁，溝通MES和底層設備，一方面，DNC/MDC接收來自MES的計劃指令，并將生產指令和加工程序下發到生產設備;另一方面，DNC/MDC系統會采集設備各種制造數據，經過分析和業務邏輯處理，將信息反饋給MES，ERP系統，作為后續生產和計劃的決策依據。

1 制造企業數控機床聯網現狀分析

目前，在沒有采用DNC/MDC系統的離散制造業企業中，在程序編輯與仿真，程序傳輸，程序的管理，設備監控和數據采集，以及數據分析等方面容易出現下述問題[1]：

（1）NC程序的手動傳輸，如移動存儲傳輸，手動錄入等等;（2）程序管理雜亂無章，如程序存儲雜亂，無冗余備份;無版本管理;缺乏權限管理等;（3）作業指導書、工藝圖紙存放混亂;（4）編程人員沒有仿真工具，對程序進行處理，仿真，比較工作量大且易出錯;（5）操作人員利用機床仿真，降低了機床的利用率;（6）車間現有數控系統繁雜、數據接口不統一、彼此不兼容;（7）設備管理非實時，設備數據無法實時獲取和展示;（8）設備利用率，生產效率等重要指標無法獲取，或不準確;（9）不能及時獲知設備故障及原因;（10）生產過程不透明，各類統計依靠人工方式獲取。

2 DNC/MDC系統主要目的

針對上述現狀分析，DNC/MDC系統可實現：（1）實時獲取生產狀況;（2）實時獲取機床狀態;（3）分析制造工藝;（4）優化加工時間;（5）評估機床停機時間和原因;（6）及時通知機床故障。

3 DNC/MDC系統解決方案

3.1 概述

系統由車間現場設備（CNC，機器人，AGV，自動化產線，其他設備），應用服務器，以及IoT云平臺組成。應用服務器運行DNC/MDC應用，負責連接所有現場設備，實現控制層和設備層的控制與數據的雙向交互。同時，應用服務器通過和IoT云平臺接口，將車間設備層數據進一步開放，為云端智能提供基礎和保障。

系統支持兩種配置，即本地部署和云端部署。（1）本地部署。應用服務器和CNC一起部署在車間，單一應用服務器可支持最大256個CNC設備。在本地部署中，應用服務器可以有選擇的連接云端IoT平臺，擴展云端智能和決策。（2）云端部署。應用服務器和IoT平臺一起部署在云端，在設備層擴展設備連接模塊（如串口到以太網轉換器，串口到無線轉換器等等），使應用服務器可以直接訪問設備。

3.2 系統組成

（1）硬件組成。系統由現場設備，應用服務器，以及云端IoT云平臺共同組成，（如圖1所示）。現場設備指車間設備層面所有加工設備，如CNC， AGV， 機器人，各種自動化和半自動化產線等等。在本地部署中，應用服務器可以配置在一臺工業級服務器。在云端部署中，只需配置相應的云轉接模塊即可，應用服務器位于云端。（2）設備連接。系統支持有線（以太網）和無線（WIFI）傳輸。對于有網口的新式CNC采用直接連接。對于只有串口的CNC可以采用串口以太網轉換器。同時，可以連接對加工節拍開始繼電器和零件計數繼電器，監測零件加工耗時。支持FANUC，三菱，西門子等主流數控系統和Heidenhain，Mazak等系統[2]。

3.3 NC程序管理

3.3.1 程序發布功能會管理

（1）程序清單、描述;（2）輔助信息。1）刀具清單;2）生產作業指導書;3）加工工藝卡;4）工藝圖紙。

3.3.2 程序使用流程管理

（1）權限管理;（2）版本管理;（3）機床操作側的遠程瀏覽和調用;（4）機床操作側程序上傳入庫;（5）遠程的推送到機床。

3.4 設備監控與數據采集

（1）設備開機關機時間，空閑時間，空轉時間，加工時間，報警時間;（2）設備當前所處工作模式，編輯，自動運行，MDI;（3）程序信息，正在運行哪個程序，哪行指令，宏變量值;（4）零件加工種類，數量等生產計數;（5）操作人員的操作信息;（6）當前刀具號和補償參數;（7）當前設備配置參數和狀態參數;（8）當前設備轉速，進給，倍率，主軸負載;（9）當前軸坐標信息;（10）實時反饋設備報警，故障信息。

3.5 設備遠程配置與管理

配置運行參數;配置刀具補償參數;修改宏變量;刀具生命周期管理數據。

3.6 用戶接口

提供web UI操控DNC/MDC以及報表生成。同時，提供REST HTTP接口，供用戶跟自有系統集成。

3.7 增值模塊

增值模塊不包含在基本模塊內，可單獨開發或集成第三方模塊。程序編輯與仿真 程序編制人員在本地編輯程序并且運行本地仿真加工過程。它具有，編輯功能，文件比較，刀位軌跡的三維模擬。便于發現程序錯誤，減少質量問題;智能與決策： 提供附加的遠端智能，針對設備采集的數據進行分析決策。

4 實施效果

4.1 在實施系統前普遍存在現象

（1）機床操作人員需要手動拷貝程序，容易出錯;（2）多種數控系統使用多種傳輸軟件，使用復雜;（3）操作人員擅自調節進給，造成道具過度磨損;（4）操作人員私自調節速度，造成廢品率增加;（5）生產進度需手工錄入，缺乏準確性;（6）機床使用情況模糊不清;（7）機床停機原因模糊不清。

4.2 實施DNC/MDC系統后

實施車間，工廠的完全信息化管理，消除了信息孤島，對于制造業而言，CNC是重要的設備和資源，該系統有效的將CNC設備管控，為后續各種智能決策提供了前提和基礎;科學的程序管理，規范，高效;減少機床輔助時間，提高機床利用效率;自動的程序傳輸，自動的刀具參數補償，等有效減少機床輔助耗時;生產狀況實時性和準確性強，便于企業實時準確地調節生產計劃;產品質量提高，明顯降低廢品率;跟MES系統集成創造條件為智能工廠奠定基礎。

參考文獻

[1] 孫漢卿.數控機床維修技術[M].機械工業出版社，2000.

[2] 張立仁.數控機床及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

Networking of NC Machine Tools in Intelligent Factory

MEI Mei

（China Institute of Aeronautical Integrated Technology ， Beijing? 100028）

Abstract：The equipment Internet of Things （IOT） system is a typical application of CPS system in manufacturing enterprises， it provides a data base for the transformation of intelligent factory/digital workshop by networking equipment and automatic data acquisition. In this paper， the status of networking of NC machine tools in manufacturing enterprises is analyzed， and the DNC/MDC system solution is studied.

Key words：DNC; MDC; CNC machine tools; manufacturing automation