面向機械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開發(fā)研究

王恩海

【摘 要】近年來隨著我國經濟的快速發(fā)展以及制造產業(yè)轉型升級換代，在“中國制造2025”的引導下，我國機械智能制造的發(fā)展迎來了前所未有的機遇，其中DNC和MES的集成系統(tǒng)水平和質量對于制造業(yè)發(fā)展的潛力和競爭力又起到了至關重要的作用，它是我國經濟增長新動能的必經之路和未來新科技發(fā)展應用的戰(zhàn)略選擇，是未來機械智能制造的發(fā)展趨勢。基于此，今天本文主要就面向機械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開發(fā)研究這一論題給大家進行闡述和分析，希望能起到拋磚引玉之效。

【關鍵詞】機械;智能制造;DNC;MES;集成系統(tǒng)

中圖分類號： TP18;TH16 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）31-0085-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.039

1 面向機械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)相關基礎知識概述

（1）機械智能制造主要是基于新一代物聯(lián)網技術、信息工程技術和先進制造技術的深度融合，貫穿于產品研發(fā)設計、生產制造、質檢和服務等多個環(huán)節(jié)，具有自我感知、自我學習、自我分析決策和自動執(zhí)行的新型機械生產方式。

（2）DNC又叫分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，其主要由CPU、存儲設備、通信接口、機床傳感器和控制器以及機床組成。它是實現(xiàn)CAD/CAM和計算機輔助生產管理系統(tǒng)集成的中樞，是機械加工自動化發(fā)展的高級形式。DNC系統(tǒng)能夠實現(xiàn)車間數(shù)控裝備與相關生產制造工位的統(tǒng)一聯(lián)網管理，并對其提供在線加工、在線遠程請求、NC程序斷點續(xù)傳和記錄追蹤等應用服務功能。隨著以人工神經系統(tǒng)、模糊技術和遺傳算法等為代表的人工智能技術的日益發(fā)展以及在機械制造領域的應用推動了智能DNC系統(tǒng)的出現(xiàn)和成熟，其必將成為未來機械智能制造的重要核心之一。

（3）制造執(zhí)行系統(tǒng)簡稱MES，它是美國AMR公司率先在90年代提出的，主要是用來提升MRP系統(tǒng)的功能，其通過將生產制造與MRP進行融合，能夠為企業(yè)在生產計劃管理、生產進度管理、產品質量管理、訂單和庫存管理以及產品成本管理等方面提高企業(yè)執(zhí)行效率。

（4）系統(tǒng)集成簡稱SI，它是通過結構化的綜合布線系統(tǒng)和計算機網絡信息技術，采用功能技術整合、業(yè)務模式整合和數(shù)據(jù)接口整合等方式，將分離的設備、數(shù)據(jù)信息和軟件系統(tǒng)等集成在一起，使得資源達到共享、集中和高效的利用和管理。系統(tǒng)集成能夠幫助所有的軟硬件要素融合為一個高效、低成本和穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，其終極目標就是要實現(xiàn)整體性能的最優(yōu)化，這也是衡量系統(tǒng)集成質量和水平的關鍵。

2 面向機械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開發(fā)新趨勢的研究

隨著科技發(fā)展的日新月異，機械智能制造的DNC和MES集成系統(tǒng)將呈現(xiàn)出以下新的發(fā)展趨勢，值得進行研究和提前布局：

（1）智能裝備和產品將是新一代機械智能制造系統(tǒng)的主體。

（2）智能生產將成為新一代智能制造系統(tǒng)的主軸，并率先實現(xiàn)智能制造應用技術的突破，由此發(fā)展而來的新一代離散型智能工廠將實現(xiàn)機械加工工藝的優(yōu)化、生產的智能調度和制造質量的提升。其不僅可解決生產線員工的短缺和人力成本高企的問題，而且從根本上提高制造效率、質量和核心競爭力，因此，在未來的發(fā)展中，DNC和MES集成系統(tǒng)開發(fā)研究水平將成為推動智能制造發(fā)展的核心要素。

（3）基于工業(yè)智聯(lián)網、大數(shù)據(jù)和云技術發(fā)展的DNC和MES集成系統(tǒng)將成為智能制造的基礎，其為智能制造生產方式的變更、生產力的持續(xù)提升，提供了穩(wěn)定保障和極大的發(fā)展空間。同時，其也必將推動整個制造業(yè)的產業(yè)形態(tài)從傳統(tǒng)的生產制造型轉變升級為生產服務型。

（4）未來機械智能制造DNC和MES集成系統(tǒng)將實現(xiàn)制造內部和外部的高度集成，具有集成與分布、精準和統(tǒng)籌、共享和包容等新特性。

3 面向機械智能制造的DNC以及MES的集成系統(tǒng)開發(fā)研究

DNC和MES作為智能制造的重要應用技術和場景，有著各自的特點和專長。綜合應用Web技術、物聯(lián)網技術等構建出DNC和MES集成軟件系統(tǒng)的框架和模型，從而使得智能制造能實現(xiàn)高度集成化、網絡化、數(shù)據(jù)化和智能化，它是一個復雜的系統(tǒng)性工程，不可能一蹴而就的。筆者結合多年的工作經驗和相關理論基礎總結出以下內容，供大家研究和參考：

1）面向機械智能制造的DNC與MES集成系統(tǒng)開發(fā)框架研究。

（1）DNC和MES的關系分析。前者一般應用在過程控制層，其核心功能可分為生產數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)控程序過程管理，而后者位于制造執(zhí)行層，其主要負責生產制造計劃、生產資源的協(xié)調管理以及根據(jù)業(yè)務訂單下達生產任務，同時進行生產調度與跟蹤。當對兩者進行系統(tǒng)集成時，兩者既有聯(lián)系，又有各自的主要分工，DNC主要作為一種技術系統(tǒng)，主要用在與底層機械設備進行連接;而MES和DNC的數(shù)控程序管理功能則提供相應的軟件服務支撐，最終在集成系統(tǒng)內部，MES便可通過DNC實現(xiàn)與裝備的通訊。其關系如圖1。

圖1 DNC和MES關系圖

（2）集成系統(tǒng)的基礎軟件模塊框架研究。其中MES計劃模塊表示管理功能的集成，并將DNC的核心功能劃分為三個模塊，分別是管理模塊、傳輸模塊和通信模塊。在集成系統(tǒng)中，MES通過與DNC的各個模塊進行通信，從而完成對生產制造設備數(shù)據(jù)的自動采集和生產計劃的下達。其框架圖如圖2。

圖2 集成系統(tǒng)的基本軟件模塊框圖

2）面向機械智能制造的DNC與MES集成系統(tǒng)開發(fā)設計和實現(xiàn)研究。

（1）系統(tǒng)開發(fā)模式的選擇。

根據(jù)現(xiàn)有的主流開發(fā)模式，系統(tǒng)程序采用B/S結構，主要使用Java語言，協(xié)同Java EE、ODBC、Webservice、ActiveX等技術進行開發(fā)。而在開發(fā)框架上主要采用Spring Web MVC，它是一種基于Java的實現(xiàn)了Web MVC設計模式的請求驅動類型的框架，將Web層進行解耦，使用請求-響應模型。其主要的流程圖如下圖3。

由下圖可見，其具體執(zhí)行步驟原理主要可分為：首先，前端控制器根據(jù)用戶發(fā)送的請求來決定選擇哪個頁面控制器進行處理并把請求委托給它;其次，頁面控制器收到請求后進行功能處理，并進行驗證，然后將命令對象委托給業(yè)務對象進行處理，處理完成后返回ModelAndView;最后，前端控制器收回控制權，然后返回邏輯視圖區(qū)，選擇相應的視圖進行渲染，并將響應返回給用戶，從而完成了整個主流程。

圖3 Spring Web MVC處理請求的流程

（2）在操作平臺的選擇上，服務器OS主要采用Windows 2016，其能夠較好的兼容目前各種主流的開發(fā)工具，且大部分系統(tǒng)管理員都能夠較好的進行管理;在數(shù)據(jù)庫的選擇上，My SQL能夠支持當前大多數(shù)項目，其具有優(yōu)秀的數(shù)據(jù)處理和存儲能力，其開源的特點也為軟件項目降低了成本;當然，如果是智能制造大型項目，則建議采用Oracle或MS SQL Server來進行數(shù)據(jù)庫的支撐。

（3）在應用軟件開發(fā)工具的選擇上，主流的Eclipse是首選，其本身就是采用Java語音開發(fā)的開源軟件，經過多年的技術沉淀和不斷完善，其可通過各種插件構造出靈活、功能強大的開發(fā)平臺，其與MySQL、Git等開發(fā)工具的無縫連接，極大的提升了開發(fā)效率。

（4）數(shù)據(jù)集成方式研究。目前集成系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接的主流方式主要有中間文件轉換、數(shù)據(jù)復制、API接口等幾種，具體實現(xiàn)方式如下：其一，將數(shù)據(jù)從源數(shù)據(jù)庫導出，形成標準化的中間文件，然后將其導入目標數(shù)據(jù)庫中;其二，此方式主要應用在同構的數(shù)據(jù)庫中，將數(shù)據(jù)庫主Table進行復制，從而保持數(shù)據(jù)在不同模型中的一致性，進而實現(xiàn)系統(tǒng)集成;其三，兩個異構應用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過設立在其間的API接口進行傳輸，從而實現(xiàn)系統(tǒng)集成。

4 結語

綜上所述，進一步提升面向機械智能制造的DNC以及MES的系統(tǒng)集成開發(fā)研究具有十分重要的意義，其在推動智能制造產業(yè)升級、降低成本和提升效率、提高綜合競爭力等方面都發(fā)揮了越來越重要的作用。這就要求各系統(tǒng)集成商加強對DNC與MES系統(tǒng)集成的探索、積累研究、應用創(chuàng)新和知識共享，并逐步地提升系統(tǒng)集成水平的質量。因此，我們可以充分的借鑒國內外DNC和MES系統(tǒng)集成開發(fā)研究的成功經驗，同時吸取相關的失敗教訓，最終為我國系統(tǒng)集成行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展貢獻自己的力量而奠定堅實的基礎。

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