DNC系统在航天制造企业的实施和应用

1项目背景

上海航天设备制造总厂属于典型的航天装备制造企业，承担了我国大量重点型号的结构件数控加工任务。为了提高新产品开发能力，提高产品的质量水平，自上世纪90年代初，开始投入资金引进现代化的CNC加工设备、先进的CAD/CAM技术等组建高水平的数控车间。特别是随着企业新的精密数控厂房的建成，数控设备的逐渐增多，如何加强对它们的管理、使其发挥出最大的经济效益成了企业和车间的重要议程。

随着计算机技术、网络技术、信息管理技术以及CAD/CAE/CAM集成化技术的逐步成熟和广泛应用，为企业实现数控设备的有效管理和设计制造一体化提供了强有力的技术手段。

上海航天设备制造总厂为了与整体信息化建设接轨，提高管理效率，考虑采用分布式多用户DNC系统。经过多方面调研，上海航天设备制造总厂与北京兰光创新科技公司合作，引进了具有世界领先水平的CIMCO DNC-Max数控机床联网系统，成功地将所有数控机床联入企业局域网，形成了数控机床和数控程序的网络化管理，提高了管理水平。

2 DNC的作用

DNC(Distributed Numerical Control)分布式数字控制，是现代化机械加工车间的一种运行模式，它以数控技术、通讯技术、控制技术、计算机技术和网络技术等先进技术为基础，把与制造过程有关的设备(如数控机床等)与上层控制计算机集成起来，从而实现制造车间制造设备的集中控制管理以及制造设备之间、制造设备与上层计算机之间的信息交换。它是现代化机械加工车间实现设备集成、信息集成、功能集成，网络化管理，无纸化制造的一种新方法，是车间自动化的重要模式，是实现CAD/CAM和计算机辅助生产管理系统集成的纽带。
具体来讲，DNC系统可以有效解决目前数控生产车间一些普遍存在的问题：

（1）车间现有的数控系统繁杂，各系统之间所用的通讯程序也不一样，上海设备制造总厂的数控机床涉及的数控系统包括NUM、FANUC、Siemens等，每种不同的控制系统又有多种不同的型号，造成相互之间互不兼容的现状，给技术人员、操作人员的编程和应用带来很多不便，大大地限制了零件的转移加工。
（2）通讯程序为1对1的通讯程序，不具有程序自动反应和监测功能，在进行机床与计算机的通信时，必须1个人在机床前操作机床，另一个人在计算机终端前操作通讯软件，两者交替操作。
（3）程序传输用单机或笔记本的形式，频繁的热插热拔容易烧坏机床接口。
（4）部分老的数控系统，内存空间有限，程序一多，机床的内存空间就不够了，大量的加工程序不得不进行反复的删除和键入，直接影响到数控机床的使用效率。
（5）车间堆放很多电脑，工业环境恶劣，电脑寿命大大缩短，而且凌乱、不利于车间现场管理。
（6）数控程序管理混乱，程序一般是编程员各自保管，容易丢失或误操作。
（7）电脑上的程序和工艺卡、模型图、刀具清单等之间都是孤立保存，时间一长，容易忘记它们的对应关系，需要反复进行对照。
（8）由于工厂管理部门或管理系统不能及时得到生产设备的实时生产状况，因而不能做出科学的生产管理计划及措施，极大地影响了工厂生产效能的发挥。

3上海航天设备制造总厂DNC系统实施方案

针对以上问题，经过与北京兰光创新公司技术人员交流，最终采用了如下的机床联网方式。以下是方案说明：

3.1系统的连接方案及拓扑结构

上海航天设备制造总厂数控车间根据自身的实际情况以及与北京兰光创新公司的探讨，确定了如图1所示的基于单串口服务器的星形拓扑结构。

单串口服务器方案的特点是：每台串口数控设备上都分别装有一台单串口设备服务器，实现任意设备与以太网直接相联，达到在以太网上的任意一台计算机，都可以直接控制任意一台数控设备。

其优点是： #p#分页标题#e#

Ø 灵活性好，可以做到任意一台计算机都可以直接控制任意一台数控设备，与多串口服务器相比，数控设备控制的灵活性更大。
Ø 可靠性强，因为这种连接方式是典型的星型连接，即便单串口设备服务器发生故障，只会影响一台设备。
Ø 不受RS232传输距离的限制，确保系统传输稳定可靠。
缺点是：需要建设局域网，成本稍高。这一点对于上海航天设备制造总厂的新建厂房来说，局域网的铺设必不可少，因此，对成本的影响不大。

3.2系统的硬件组成

从图1可以看出，系统中除了数控加工设备、用户终端、服务器和必需的网络接入设备和网络线路以外，主要硬件设备就是单串口服务器。每一个单串口服务器对应一台数控加工设备，安装在机床控制柜或控制面板箱内，其一端通过RS232接口与数控机床的串口相连接，另一端通过RJ45接口直接利用屏蔽双绞线连入局域网。在我厂的DNC系统中，我们选用的是世界著名工控产品——MOXA DE211型单串口服务器，该产品具有稳定、可靠及抗浪涌的功能。

3.3系统的软件组成及其功能

系统的软件由三部分构成：

Ø CIMCO DNC-Max V5 功能强大的DNC通讯系统
Ø CIMCO Edit V5 高效、灵活的数控程序编辑器
Ø CIMCO NCBase V5 高端数控程序管理系统

这三个部分无缝集成为一个整体，分别负责着机床通讯、程序编辑和程序管理。

CIMCO DNC－Max Server是系统的核心，运行在系统的Windows2000服务器上，负责数控机床的联网和程序的传输，程序的上传和下载只需要机床操作人员在机床操作面板上直接完成，服务器无需人看管，它能自动响应机床端发来的指令；可以实现多台机床同时调用、同时在线加工，如图2所示 。

CIMCO Edit是一套可以对程序进行数据编辑、数据处理、文件的智能比较、DNC传输和三维刀位轨迹仿真的应用程序，如图3所示。

CIMCO NCBase 是一套高端数控程序管理系统，运行于Windows2000服务器上。它可以对数控程序的各种信息，如程序号、图号、零件号、机床、用户信息等进行管理；也可以对程序注释、刀具清单、程序结构、数码图片等与程序相关的信息进行关联管理。还可以进行完善的人员权限与流程签署设置（不同的人员设置不同的权限，如：编辑、修改、批准、上传、检验等）；并可自动备份，程序每修改一次，都按不同的版本形式自动备份；各版本之间还可以进行比较，发现不同之处。自动产生管理记录（包括：创建时间、创建人、修改删除时间，以及修改人等信息），具有良好的可追溯性。如图4所示。

4应用

CIMCO DNC软件系统的功能非常强大，包括程序传输的前后处理、刀具清单的自动提取、关联文件的管理、签署流程的管理等，这里只介绍基本功能应用。

4．1 服务器端的应用

系统服务器程序安装车间程序监控室的Windows2000 Server上，无人值守，数控工艺人员将编制完成的数控程序加载到NCBase，并进行相应的流程签署，供机床端查询和调用。要完成这样的功能，需要两个重要的客户端软件来对服务器软件进行管理、设置和监控，两个客户端软件分别是数据库客户端和DNC-Max程序传输客户端。 #p#分页标题#e#

（1）数据库客户端与CIMCO Edit 集成在一起，在数控工艺组设定了一定数量的数据库客户端软件，可以浏览数据库内的程序和各种信息。在数据库客户端上，技术人员可以对数控程序进行管理，数据库NCBASE不仅管理数控程序，也对人员进行管理。通过数据库客户端，由系统管理员设定每个数控工艺技术人员和技术主管领导的权限，数控程序的签署流程也可在NCBASE数据库的管理下实现。

（2）DNC-Max程序传输客户端，在系统管理员处和程序监控室分别安装传输客户端，用于管理员监控整个网络DNC传输运行情况，帮助分析传输问题，监控各个通讯端口传输日志。通过在程序传输客户端实现对各台数控机床对应的端口进行传输参数设定，包括网络传输的通讯协议、握手信号、远程请求命令、以及可调用的数控程序等。

4．2 加工现场的应用

加工现场的应用非常简单方便，主要包括以下两个方面：

（1）数控程序的仿真，程序的仿真通过放置在车间的两台触摸屏终端来实现。现场操作工人根据需要，通过触摸屏进入CIMCO NCBase环境，查看对应的加工程序、刀具清单、装夹注意事项等相关文件，并可方便地进行数控程序的刀具路径仿真。

（2）数控程序的调用，数控程序的调用分为4个步骤：

①根据在服务器端设定的远程请求方式，在机床端通过控制面板向服务器发送查询请求，服务器自动识别请求端口，并向请求端发送当前的数控程序列表；
②在机床端接受数控程序列表，在需要调用的数控程序行前面加上请求发送的标志信息，然后向服务器发送该程序列表；
③服务器根据接收到的程序列表和所请求发送的标志信息，自动向相应的端口发送要求的数控程序；
④在机床端接收请求发送的数控程序，然后进行程序的实际加工。

5．结束语

数控机床网络DNC应用和实施，使机床的程序传输效率和传输准确性大大提高，对生产过程的监控、管理具有很大的辅助作用，使数控程序的管理规范化、系统化向前迈出了一大步。有了目前的数控机床网络管理系统，为将来的车间生产管理系统、设备在线维护系统和上端的AVIDM等系统提供了一个链接的平台，成为了整个企业信息化建设的重要组成部分。