一．實施背景
　　哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司，已經(jīng)發(fā)展成為一個以設(shè)計、制造大型火電汽輪機、船用汽輪機和重型燃氣輪機為主的國家重點大型骨干企業(yè)。形成了批量生產(chǎn)30萬千瓦、60萬千瓦汽輪機，30萬千瓦、60萬千瓦直接空冷氣輪機，60萬千瓦超臨界汽輪機，百萬千瓦以上的超超臨界汽輪機、百萬千瓦等級的核電汽輪機、艦船主動力蒸汽輪機和重型燃氣輪機組，年1200萬千瓦的生產(chǎn)制造能力。

　　哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司現(xiàn)有職工5,500 人，其中工程技術(shù)人員1,200 余人，高級技術(shù)人員400余人，在國內(nèi)汽輪機制造行業(yè)中具有一流的科研開發(fā)能力和實力。主要生產(chǎn)設(shè)備1,789臺，其中精、大、稀設(shè)備244臺，大型進口設(shè)備100余臺，并擁有亞洲最大的高速動平衡機和真空電子束焊機，整體裝備水平在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位

　　隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在機械制造類的生產(chǎn)車間得到了普遍的使用，由此帶動了DNC技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市面上也出現(xiàn)了多款優(yōu)秀的DNC網(wǎng)絡(luò)通訊方面的產(chǎn)品。但由于技術(shù)的限制，絕大多數(shù)DNC產(chǎn)品目前還僅限于DNC程序通訊、在線加工等較基本的通訊應(yīng)用，離真正的分布式控制還具有很大的距離。而目前在生產(chǎn)管理方面，雖然人們已經(jīng)投入了大量的精力，也出現(xiàn)了很多的成果，但恰恰在最基礎(chǔ)的信息采集方面缺乏有利的支持，大量的生產(chǎn)管理信息還需要人工匯總統(tǒng)計，一方面影響匯總統(tǒng)計的數(shù)據(jù)的真實、準(zhǔn)確性，另一方面也大大影響了生產(chǎn)的效率。竊以為，要想在生產(chǎn)過程中對設(shè)備和物料信息的進行采集與監(jiān)視，并反饋到生產(chǎn)計劃系統(tǒng)進行控制，就必須將生產(chǎn)管理系統(tǒng)建立在DNC的基礎(chǔ)上，并將其擴張至廣義DNC的水平，使其成為管理層和設(shè)備層之間的橋梁，設(shè)備狀態(tài)和物料加工信息向上傳送，修改過的作業(yè)計劃和工藝規(guī)程向下傳送，這樣形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，以達到對車間生產(chǎn)靈活管理的目的。廣義DNC系統(tǒng)除了在NC程序的網(wǎng)絡(luò)通訊方面表現(xiàn)優(yōu)秀外，還必須具備強大的數(shù)據(jù)采集功能，能為生產(chǎn)管理系統(tǒng)采集大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如加工工時，加工產(chǎn)量，刀具使用時間和次數(shù)，生產(chǎn)停機（包括設(shè)備故障等）等，從而使其成為車間信息集成的橋梁，廣義DNC在車間信息集成中的橋梁作用如下圖所示。
 

圖一 DNC網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖

 
　　通過對制造類車間的分類，我們發(fā)現(xiàn)，在一些大、中型制造企業(yè)中，根據(jù)生產(chǎn)的需要和數(shù)控機床的特點，形成多種生產(chǎn)組織管理模式的制造系統(tǒng)，簡單說主要分兩種：

　?。?）單件小批：此類車間主要是一些模具企業(yè)、中小批量生產(chǎn)企業(yè)等，這類企業(yè)的生產(chǎn)變化比較大，NC程序服務(wù)需求比較多，對基本DNC的需求比較多。

　?。?）大批量生產(chǎn)線：主要是一些汽車、液壓氣動等大批量生產(chǎn)企業(yè)等，這類企業(yè)生產(chǎn)相對固定，NC程序變化較少，NC程序服務(wù)需求相對較少，但他們一般對生產(chǎn)信息的需求比較迫切。

　　為此，近年來，一些技術(shù)優(yōu)秀的DNC廠商在充分滿足NC程序服務(wù)請求外，還不斷加強了在信息采集方面的開發(fā)，目前，以有一些成熟的產(chǎn)品已得到國際知名企業(yè)的使用，下面就此問題大家作一個簡單的介紹，以期取到拋磚引玉之效。

　二．車間信息采集

　?。?）功能需求

　　一般來說，廣義DNC應(yīng)用的對象比較廣泛，大批量生產(chǎn)比較多，程序變換較少，對DNC程序的通訊需求不是很強烈，但要求統(tǒng)計生產(chǎn)加工工時和產(chǎn)量。在使用廣義DNC之前，一般要求各操作員上報當(dāng)班產(chǎn)量，由專人統(tǒng)計零件產(chǎn)量，僅此一項任務(wù)就非常繁瑣，如果還要求管理人員定期上報刀具使用情況，各類停機事件，以便計算機床的使用率，故障率和運轉(zhuǎn)率等，那么，每到月底，生產(chǎn)管理人員為了上報這幾種報表，常常需要調(diào)動多人忙碌數(shù)日，效率非常低，自然希望能通過計算機自動采集加工產(chǎn)量，并自動統(tǒng)計這些報表。

　　（2）車間信息采集原理

　　目前，機床信息的采集主要有串口方式、局域網(wǎng)方式和現(xiàn)場總線方式等，但由于后兩種方式雖然效果比較好，但對數(shù)控系統(tǒng)的硬件要求比較高，目前還不宜普遍采用，而串口方式以其簡單實用的特點得到廣泛的使用，目前，我們在串口方式下發(fā)展了如下兩種方法，分別說明如下：

　　1) RS-232+宏程序

　　通過機床的RS-232C和機床內(nèi)部宏程序可以在機床進行加工時輸出機床的多種狀態(tài)，如機床坐標(biāo)信息、位置信息、加工開始、加工結(jié)束和換刀等信息。

　　以日本FANUC公司的0-M系統(tǒng)為例，在程序中加入下列加重和下劃線的語句：

%
O1000
POPEN
DPRNT [START]
N1200G0X34.0Z3.0
….
DPRNT [END]
PCLOS
M30
%

　　則在程序開始加工時從機床串口輸出字符串“START”，在程序結(jié)束加工時從機床串口輸出字符串“END”。其它在需要輸出相關(guān)信息的地方加上相應(yīng)的宏程序，如換刀時間，關(guān)鍵坐標(biāo)位置處等（其它類型的數(shù)控系統(tǒng)也都有相應(yīng)的宏變量輸出功能，只是格式有些差別，在此不再說明。）這些機床輸出信息我們都保存在數(shù)據(jù)庫中，通過對這些數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計處理，我們就可以得到機床的加工時間，空閑時間，換刀次數(shù)，換刀時間，加工件數(shù)，機床利用率等。

　　這些宏變量輸出語句可以手工加入，也可以通過我們設(shè)計的后置處理程序自動處理生成。由于宏變量輸出語句只能在機床加工時才能輸出，而且基于機床內(nèi)部宏程序的限制，它所能輸出的信息還是很有限，也只限于對機床狀態(tài)的監(jiān)視，還無法對機床狀態(tài)進行控制。

　　2) RS232+NC報表

　　對于沒有宏變量輸出功能的機床，我們可采用報表輸出方式來采集機床狀態(tài)信息。報表輸出文件名稱固定為RULE.NC，其結(jié)構(gòu)以FANUC為例說明如下：

%
O5555
/N00M0RULE（此行告訴上位機：當(dāng)前程序為狀態(tài)上報文件）
/PNXXXX（XXXX為程序號）
/BDXXXX（XXXX為開始日期）
/BTXXXX（XXXX為開始時間）
/EDXXXX（XXXX為結(jié)束日期）
/ETXXXX（XXXX為結(jié)束時間）
/TLXXXX（XXXX為用刀情況）
/CLXXXX（XXXX為材料使用情況）
/ERXXXX（XXXX為故障情況）
……… （在此還可以加入其它狀態(tài)的信息上報）
M30
%

　　上述文件需要操作工在數(shù)控機床端手工輸入，并將其發(fā)送給上位計算機，上位計算機接收到此文件后將相關(guān)內(nèi)容送入數(shù)據(jù)庫，通過對這些數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計處理，我們也可以得到機床的加工時間，空閑時間，換刀次數(shù)，換刀時間，加工件數(shù)，機床利用率等。

（3）廣義DNC車間信息采集功能介紹

　　信息采集由以下幾個部分組成：

　　A.數(shù)控系統(tǒng)宏變量定義

　　B.數(shù)控程序后置處理

　　C.數(shù)控程序上傳下送

　　D.零件工藝定義（包括零件標(biāo)準(zhǔn)用時，刀具使用定義等）

　　E.加工信息實時采集

　　F.加工信息匯總統(tǒng)計

　　由于宏變量輸出的語法雖然比較簡單，但如果手工加入畢竟有些繁瑣，故廣義DNC系統(tǒng)一般還設(shè)計了宏變量自動變換模塊，該模塊可以根據(jù)用戶的具體需要自動對NC程序進行變換。后置處理完成的NC程序可以通過廣義DNC強大的通訊功能下發(fā)到數(shù)控機床，由于此部分內(nèi)容在其它相關(guān)參考文獻中已有詳細說明，在此篇文章中不再重復(fù)說明。

　　加工信息采集上來后，還需要對這些信息進行相關(guān)處理，此類處理的功能需求分三類，即:

　　A.零件工時和產(chǎn)量

　　B.機床停機

　　C.刀具需求

　　由于每個加工程序所使用的刀具是固定的，在廣義DNC系統(tǒng)中建立了零件的加工工藝表，其中包含了各零件加工所需的刀具信息，所以根據(jù)程序和刀具的對應(yīng)關(guān)系，由零件的產(chǎn)量就可以推導(dǎo)出刀具的使用情況，故實際需要采集的加工信息只有兩種：零件加工工時和機床停機，在本系統(tǒng)中通過采集此兩類信息，最后統(tǒng)計完成如下任務(wù)：

　　1)產(chǎn)量統(tǒng)計：

　　可以統(tǒng)計任意時間段內(nèi)各機床、各零件的產(chǎn)量和工時情況，具體說有如下幾種統(tǒng)計內(nèi)容：

　　零件工時：統(tǒng)計各零件在生產(chǎn)過程中的加工件數(shù)，加工時間，最長用時，最短用時，平均用時，加工效率，均方差等。

　　機床工時：統(tǒng)計各機床在生產(chǎn)過程中的程序加工次數(shù)，加工時間，最長用時，最短用時，平均用時，均方差等。

　　零件加工分布：統(tǒng)計各零件在各機床加工的分布情況，包括加工次數(shù)和加工工時兩方面的分布情況。

　　機床加工分布：統(tǒng)計各機床加工各NC程序的分布情況，包括加工次數(shù)和加工工時兩方面的分布情況。

　　機床利用率：統(tǒng)計各機床加工使用效率。其計算公式為：

　　機床利用率=加工時間/作業(yè)時間*100%

　　作業(yè)時間=統(tǒng)計時間-休息時間

　　統(tǒng)計時間=統(tǒng)計開始時間-統(tǒng)計結(jié)束時間

　　故障時間=發(fā)生故障的凈時間，不包括休息時間。

　　休息時間=法定的節(jié)假日，工休日，廠休日等，可由企業(yè)自由設(shè)定。

　　其中加工效率代表單位時間內(nèi)加工零件的件數(shù)，均方差反映的是各零件加工工時的變化情況，而加工件數(shù)，加工時間，最長用時，最短用時，平均用時的含義很明確，在此就不用解釋了。

　　廣義DNC系統(tǒng)對于各種統(tǒng)計結(jié)果設(shè)計了多種輸出方式，如打印報表輸出、導(dǎo)出為其它文件格式輸出和圖形輸出等，其中其它格式主要有文本格式和EXCEL文檔，圖形輸出主要有餅圖、矩形圖和折線圖等幾種，如圖所示。

圖2   餅圖輸出
 

圖3  折線圖輸出

　  2)停機統(tǒng)計

　　可以統(tǒng)計任意時間段內(nèi)各機床出現(xiàn)的各種停機事件發(fā)生情況，其中包括故障事件，具體說有如下幾種統(tǒng)計內(nèi)容：

　　停機事件：統(tǒng)計各種停機事件在生產(chǎn)過程中的發(fā)生次數(shù)，占用時間，最長用時，最短用時，平均用時，發(fā)生頻率，均方差等。

　　機床停機事件：統(tǒng)計各機床在生產(chǎn)過程中的停機事件發(fā)生次數(shù)，占用時間，最長用時，最短用時，平均用時等。

　　停機事件分布：統(tǒng)計各停機事件在各機床的分布情況，包括發(fā)生次數(shù)和停機用時兩方面的分布情況。

　　機床停機事件分布：統(tǒng)計各機床加工過程中停機事件的分布情況，包括停機次數(shù)和占用工時兩方面的分布情況。

　　機床完好率：機床在統(tǒng)計過程中狀態(tài)完好的比例，計算公式如下：

　　機床完好率=（統(tǒng)計時間-故障時間）/統(tǒng)計時間*100%

　　設(shè)備運轉(zhuǎn)率：機床在統(tǒng)計過程中正常運轉(zhuǎn)的比例，計算公式如下：

　　機床完好率=（作業(yè)時間-故障時間）/作業(yè)時間*100%

　　3) 刀具統(tǒng)計

　　可以統(tǒng)計任意時間段內(nèi)各機床的刀具使用情況，具體說有如下幾種統(tǒng)計內(nèi)容：

　　刀具用量統(tǒng)計：統(tǒng)計各種刀具在生產(chǎn)過程中的使用次數(shù)。

　　機床刀具用量統(tǒng)計：統(tǒng)計各機床在生產(chǎn)過程中的各刀具的使用次數(shù)。

　　三．總結(jié)

　　總之，通過宏變量輸出功能和報表輸出功能，廣義DNC在車間信息集成方面可以為你提供基本橋梁，結(jié)構(gòu)簡單實用，無需添加其它硬件，如果你不需要對車間設(shè)備進行實時控制，那么此種方式就是信息采集的首要選擇。在此基礎(chǔ)上，你可以根據(jù)自己的特殊需要，再擴展其它新的功能，我們將為你提供持續(xù)的完善的服務(wù)。讓我們攜起手來，為創(chuàng)造美好的明天而奮斗吧！