基于CIMCO物聯(lián)網(wǎng)的DNC/MDC系統(tǒng)規(guī)劃研究

程偉毅 ， 白 偉

（1.西安博星科技實業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710061；2.運城職業(yè)技術(shù)大學(xué)，山西 運城 004400）

裝備制造業(yè)作為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)增長和結(jié)構(gòu)調(diào)整中有著不可替代的作用。中國作為全球裝備制造業(yè)主要國家，裝備產(chǎn)品、產(chǎn)量均居世界第一，裝備制造業(yè)產(chǎn)值約占全球三分之一，但“大而不強”的現(xiàn)象突出，在創(chuàng)新研發(fā)能力、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面與裝備制造業(yè)強國存在較大的差距。在“十四五”重點推動萬物互聯(lián)、智能制造、高端裝備等發(fā)展趨勢下，裝備制造業(yè)亟須加快結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級。當(dāng)前，信息化正在成為裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要助推器，在實施市場快速響應(yīng)、提升品質(zhì)、降本增效等方面發(fā)揮不可替代的作用。“中國制造2025”明確指出，要深入開展新一代信息技術(shù)與制造裝備融合的集成創(chuàng)新和工程應(yīng)用，由此可見，信息化已經(jīng)成為推動裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要支撐。在轉(zhuǎn)型升級過程中，信息物理融合系統(tǒng)（CPS）的廣泛應(yīng)用將成為重中之重，而作為CPS關(guān)鍵技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮舉足輕重的作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成功應(yīng)用將有效促進(jìn)裝備制造業(yè)向生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、信息采集實時化、生產(chǎn)文檔無紙化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場少人化、生產(chǎn)制造服務(wù)化等方向發(fā)展[1-10]。

1 系統(tǒng)設(shè)計原則

系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵守以下原則：1）可靠性。在系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、調(diào)試、安裝等環(huán)節(jié)都嚴(yán)格執(zhí)行國家、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，貫徹質(zhì)量條例，保證系統(tǒng)的可靠性。2）可擴(kuò)展性。選擇標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的部件，具有最大的靈活性和容量擴(kuò)展性。并且系統(tǒng)應(yīng)在初步設(shè)計時，就考慮未來良好的發(fā)展性，以降低未來發(fā)展的成本，使系統(tǒng)具有良好的可持續(xù)發(fā)展性。3）系統(tǒng)兼容性。系統(tǒng)設(shè)計采用支持并符合國際標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，使系統(tǒng)具有良好的兼容性，以利于現(xiàn)在和將來的設(shè)備選型及聯(lián)網(wǎng)集成，保證各供應(yīng)商產(chǎn)品的協(xié)同運行，便于施工、維護(hù)，降低成本。4）友好人機界面。全中文友好界面，方便準(zhǔn)確地提供豐富的信息，幫助和提示操作人員進(jìn)行操作，易學(xué)易用。5）經(jīng)濟(jì)性。在滿足要求前提下，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、性能良好的基礎(chǔ)上，考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性的同時，按需選擇系統(tǒng)和設(shè)備，做到合理、實用，降低成本，從而達(dá)到極高的性能價格比。

2 方案總體規(guī)劃

2.1 DNC/MDC系統(tǒng)規(guī)劃

DNC/MDC系統(tǒng)規(guī)劃圖如圖1所示，規(guī)劃圖描述了DNC/MDC系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)進(jìn)行對接的方式，以及和下層設(shè)備連接的路線。DNC/MDC系統(tǒng)屬于工廠信息化建設(shè)重要組成部分，它負(fù)責(zé)對車間現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化、集群化、網(wǎng)絡(luò)化管理，負(fù)責(zé)數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)傳輸、程序集中統(tǒng)一管理、現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集等重要職責(zé)，因此，DNC/MDC系統(tǒng)建設(shè)充分考慮到數(shù)控設(shè)備的特性，能夠科學(xué)區(qū)分對待每種機床類型制定科學(xué)的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集解決方案。

圖1 DNC/MDC系統(tǒng)規(guī)劃圖

2.2 DNC/MDC系統(tǒng)應(yīng)用場景設(shè)計

作為一套完整的系統(tǒng)，DNC/MDC系統(tǒng)包括了機床聯(lián)網(wǎng)通信、程序管理、程序編輯仿真、數(shù)據(jù)采集四個部分，這四個部分是一個有機整體。系統(tǒng)組成包含DNC-Max（機床聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)）、EDIT（數(shù)控程序編輯與仿真系統(tǒng)）、MDM（數(shù)控程序管理系統(tǒng)）、MDCMax（制造數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）模塊。DNC/MDC系統(tǒng)應(yīng)用場景圖如圖2所示。

圖2 DNC/MDC系統(tǒng)應(yīng)用場景圖

通過實施DNC/MDC系統(tǒng)，編程人員、設(shè)備操作人員、設(shè)備維護(hù)人員、公司高層等都可以在自己的辦公環(huán)節(jié)利用DNC/MDC系統(tǒng)，提高辦公效率。

1）編程人員：利用配置的程序管理MDM模塊，把程序BOM按照產(chǎn)品BOM來創(chuàng)建，清晰明了，利用強大的版本管理、流程管理、權(quán)限管理、在線加工、強制回傳等功能，實現(xiàn)對程序科學(xué)管理，程序文件作為車間最重要的一環(huán)創(chuàng)造條件，為無紙化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2）設(shè)備操作人員：利用搭建的DNC系統(tǒng)，直接在機床端下載，調(diào)用程序，減少在機床端手工輸入，減少在機床仿真的時間。

3）設(shè)備維護(hù)人員：利用MDC系統(tǒng)把生產(chǎn)計劃、訂單執(zhí)行、人員考核等和設(shè)備的運行有機結(jié)合起來，為一線決策提供真實設(shè)備運行數(shù)據(jù)。

4）公司高層：利用DNC/MDC系統(tǒng)從車間訂單執(zhí)行情況、設(shè)備采購計劃、生產(chǎn)執(zhí)行效率等幾個核心決策鏈，提供最真實、最有效的數(shù)據(jù)，讓車間設(shè)備運行的“大數(shù)據(jù)”動態(tài)實時調(diào)整，依靠“大數(shù)據(jù)”作出系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)整決策。

3 DNC系統(tǒng)功能

3.1 DNC機床聯(lián)網(wǎng)通信模塊

實現(xiàn)全部數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，完成機床網(wǎng)絡(luò)化傳輸。通過網(wǎng)絡(luò)化傳輸，可以實現(xiàn)工作遠(yuǎn)程下載及上傳程序，支持程序清單查詢，工人無須輸入程序名便可直接調(diào)用，避免工人誤調(diào)用加工程序，使程序傳輸更準(zhǔn)確、更方便、更高效，甚至DNC-Max還支持通過MES下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，自動地、同步地將加工程序發(fā)送到機床，進(jìn)一步減少工人的操作，提高工人的效率及機床的利用率。

3.2 突出的穩(wěn)定性和可靠性

DNC-Max最大的特點是穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)具有多重校驗機制以及強大的糾錯能力，系統(tǒng)在強干擾、強電磁以及噪聲、油污、震動的車間環(huán)境里，具有長時間連續(xù)穩(wěn)定可靠運行的能力，可確保系統(tǒng)每天24小時，每年365天可靠運行。無論是在多么復(fù)雜的工作環(huán)境中，DNC-Max都從根本上避免了亂程序、丟包、傳輸錯誤等安全隱患，用戶不存在傳輸出錯的擔(dān)憂。1）DNC-Max具有長時間無故障、免維護(hù)的工作特點，用戶使用省心省力。2）支持跨網(wǎng)段傳輸，通過RS232接口或機床網(wǎng)口，一臺服務(wù)器可實現(xiàn)多臺數(shù)控設(shè)備的雙向并發(fā)通信。3）可以滿足多種機床控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)要求。既支持像Fanuc、Siemens、Heidenhain這類典型的控制系統(tǒng)，也支持Mitsubishi、Mazak、赫克、HAAS、寶源等各種控制系統(tǒng)。4）支持RS232、RS422、RS485、TCP/IP等系列通信硬件。RS232接口可以連接到Hub的以太網(wǎng)卡，還可以實現(xiàn)最新的無線傳輸?shù)姆绞剑耆С植煌耐ㄐ欧绞健?）DNC支持網(wǎng)卡傳輸?shù)腇TP、NFS協(xié)議，實現(xiàn)與串口傳輸采用統(tǒng)一的客戶端進(jìn)行管理，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制重啟機床端口和服務(wù)器軟件。

3.3 強大的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能

DNC-Max完全支持在后臺以系統(tǒng)服務(wù)形式運行。具有強大的前處理和后處理能力。針對不同的機床控制系統(tǒng)，在傳輸過程中就可以對程序的特殊字符進(jìn)行替換、增加、刪除等數(shù)據(jù)處理。軟件不僅僅支持REALCOM的串口映射方式，支持TCP/IP方式來驅(qū)動串口服務(wù)器工作，在DNC客戶端可以實時監(jiān)測到機床關(guān)機重啟后端口狀態(tài)。

3.4 方便的遠(yuǎn)程操作

多重目錄列表功能，操作者在機床端就可以瀏覽機床對應(yīng)的文件列表，并可直接在程序清單中選擇程序，不需再輸文件名而進(jìn)行直接調(diào)用。1）遠(yuǎn)程請求。機床操作員直接在機床控制面板上可以下載所需要的加工程序，下載到機床內(nèi)存時可以指定保存的程序名或程序號。2）遠(yuǎn)程查詢。在機床控制面板上能夠直接查詢服務(wù)器上的程序清單、程序大小、編程日期等。3）遠(yuǎn)程比較。在機床控制面板上可以直接將機床內(nèi)的程序和服務(wù)器的程序進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果顯示在機床上。4）自動接收。程序上傳時，服務(wù)器能夠自動接收、自動命名、自動保存數(shù)控程序，服務(wù)器無需專人值守，可以自定義設(shè)置按文件名或按程序名進(jìn)行自動保存。

3.5 豐富的傳輸管理

采用強制上傳功能，可以使操作者在下載一個新的程序前必須把機床內(nèi)程序發(fā)回服務(wù)器，確保服務(wù)器上永遠(yuǎn)保存最新版本的程序，便于規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化管理。系統(tǒng)完全支持浮動的客戶端，可以實現(xiàn)用戶在客戶端上完成服務(wù)器上所有的設(shè)置與操作，例如程序發(fā)送與接收，傳輸狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)控顯示及機床通信參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理等，便于對機床進(jìn)行集中管理和控制。系統(tǒng)設(shè)置所有串口通信與網(wǎng)口通信的機床，全部可以實現(xiàn)在同一客戶端中統(tǒng)一管理操作。

DNC-Max對傳輸數(shù)據(jù)類型和文件類型可以進(jìn)行過濾篩選。對串口機床，DNC-Max采用文本格式程序傳輸，并且對傳輸?shù)膬?nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格過濾，例如傳輸A-Z、0-9等，其余非法文件及字符等將被自動進(jìn)行過濾隔離，實現(xiàn)了病毒無法侵入機床系統(tǒng)。經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)定后，DNC-Max只對特定后綴文件進(jìn)行傳輸，不符合的文件類型將不會傳到機床系統(tǒng)中去。DNCMax具有系統(tǒng)鎖定功能，通過設(shè)置系統(tǒng)管員密碼鎖定及超時鎖定，保證在DNC傳輸過程中不會因人為誤操作關(guān)閉DNC系統(tǒng)，造成傳輸失敗。

系統(tǒng)全局設(shè)計與通信參數(shù)自動備份存儲技術(shù)，實現(xiàn)客戶在移機或重裝系統(tǒng)時，系統(tǒng)可以智能備份恢復(fù)。

4 結(jié)語

CIMCO物聯(lián)網(wǎng)的DNC/MDC系統(tǒng)規(guī)劃，可解決裝配制造傳統(tǒng)裝配作業(yè)能力不平衡、周期長、效率低、質(zhì)量難以保證的問題，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備互聯(lián)互通、智能感知，在生產(chǎn)周期、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)效率等方面得到明顯的驗證，有助于實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、信息采集實時化、生產(chǎn)文檔無紙化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場少人化、生產(chǎn)制造服務(wù)化等，極大地促進(jìn)裝備制造業(yè)的發(fā)展。