0 引言

    在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，現(xiàn)代制造業(yè)日益體現(xiàn)出智能化(Intelligence)、網(wǎng)絡(luò)化(Internte)、集成化(Integration)、創(chuàng)新(Innovation)和信息化(Information)的特點。數(shù)字化的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)化制造已成為制造企業(yè)在21世紀(jì)的重要發(fā)展方向，DNC分布式數(shù)字控制，是以計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等為基礎(chǔ)，把數(shù)控機床與上層控制計算機集成起來，從而實現(xiàn)數(shù)控機床的集中控制、管理以及數(shù)控機床與上層控制計算機間的信息交換。它是現(xiàn)代化機械加工企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備集成、信息集成、功能集成的一種新方法，是制造業(yè)自動化的重要模式，也是實現(xiàn)MES等系統(tǒng)的重要組成部分。數(shù)字化的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)的應(yīng)用使得企業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生了根本性的變化，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的功能由管理決策層延伸到制造加工層，整體信息化的集成使企業(yè)的CAD/CAM/CAPP等數(shù)字設(shè)計模塊和數(shù)控加工設(shè)備的聯(lián)系變得更為緊密，企業(yè)的信息傳輸和利用更為有效，從而為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的信息集成和設(shè)備有效管理奠定了基礎(chǔ)。

    數(shù)控設(shè)備作為制造業(yè)的重要資源，盡管其發(fā)展經(jīng)歷了從硬件數(shù)控、封閉式計算機數(shù)控到現(xiàn)在的開放式數(shù)控等階段，但目前數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊能力都很弱，傳統(tǒng)的封閉系統(tǒng)，如早期FANUC,SIEMENS系統(tǒng)等都只帶有普通的通訊接口，目前研制開發(fā)出的基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，雖然可以在硬件上配置網(wǎng)卡，但并未開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用程序，不能夠全面可靠地支持CIMS 底層的聯(lián)網(wǎng)運行，更不用說支持與Internet/Intranet的聯(lián)網(wǎng)，為了提高現(xiàn)有資源的利用率、消除信息孤島、達(dá)到資源共享的目的，建立與Iternet相聯(lián)結(jié)的信息網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的信息管理系統(tǒng)已成為必然。

  ??  1 網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)的組成及其特點??

    經(jīng)過多方面調(diào)研論證，南陽理工學(xué)院機電工程系選擇華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院與北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司進(jìn)行合作，引進(jìn)了CIMCO DNC 數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)CIMCO 1991年創(chuàng)建于丹麥的哥本哈根，是世界的DNC解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者,CIMCO在歐洲D(zhuǎn)NC市場一直處于壟斷地位，1999 年在美國成立銷售中心和研發(fā)中心，2001年即成為北美DNC第一品牌。CIMCO在全球有300 多個專業(yè)代理商，軟件有18 種語言版本，CIMCO 完全支持FANUC、SIEMES、MITSUCISHI、HEIDENHAIN、MAZAK及FAGOR等控制系統(tǒng)，具有良好的兼容性，支持標(biāo)準(zhǔn)的RS232、RS422、485、TCP/IP 等通訊協(xié)議，不論是RS232接口還是可連接到Hub 的以太網(wǎng)卡，都可實現(xiàn)通訊；而供管理系統(tǒng)使用的低層數(shù)控制造單元的數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)及DNC管理系統(tǒng)與CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)的信息集成軟件則由華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院開發(fā)。經(jīng)過努力，成功地將制造中心所有數(shù)控機床及部分?jǐn)?shù)字化設(shè)備連入局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)組成見圖1所示。

    圖1 網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)組成框圖

  ??  1.1 網(wǎng)絡(luò)整體布局及特性??

    整個網(wǎng)絡(luò)分為兩層結(jié)構(gòu)：中心管理層與制造加工層。網(wǎng)絡(luò)連接采用屏蔽5類雙絞線連接，中心管理層由DNC管理服務(wù)器、工程數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器組成，數(shù)字開發(fā)設(shè)備通過中心交換機與中心管理層相連；制造加工層底端制造單元分為三組：第一組由7臺華中I 型數(shù)控車床及一臺FANUC數(shù)控車床組成，華中I型數(shù)控車CNC(Computerized Numerical Control)采用華中I型開放式數(shù)控系統(tǒng)，F(xiàn)ANUC數(shù)控車CNC帶有RS232串行接口；第二組由6臺華中I型數(shù)控銑床及一臺帶仿形功能的華中II型數(shù)控銑床組成；第三組由4臺小型數(shù)控加工中心及一臺中型數(shù)控加工中心組成，4臺小型數(shù)控加工中心CNC系統(tǒng)為SIEMENS 802D系統(tǒng)，中型數(shù)控加工中心CNC統(tǒng)為SIEMENS 810D系統(tǒng)，都帶有RS232串行接口。為了便于管理、教學(xué)，每組都配有一臺PC機，每臺PC機與每組數(shù)控設(shè)備之間通過串口MOXA相連，PC機上行通過HUB與中心管理層相連。

    雖然學(xué)校已建有校園局域網(wǎng)，考慮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，還是自成體系組成內(nèi)部局域網(wǎng)，采用Web服務(wù)器通過防火墻與外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(LAN或INTERNET)相連。

    1.2 系統(tǒng)軟件組成及特點

    系統(tǒng)操作平臺采用Windows2000，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)、通訊、管理系統(tǒng)由CIMCO DNC-Max V5(DNC) 機床聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng))、CIMCOO Edit V5( 數(shù)控程序編輯與仿真系統(tǒng))、CIMCIO NC-Base V5(數(shù)控程序管理系統(tǒng))三部分構(gòu)成，這三個部分無縫集成為一個整體，分別負(fù)責(zé)機床通信、程序編輯和程序管理。CIMCIO NC-Base V5不僅僅是簡單地存儲程序，并可以調(diào)用功能強大的CIMCIO Edit V5進(jìn)行程序編輯和加工軌跡的仿真，CIMCIO NC-Base V5是在SQL Server 2000基礎(chǔ)上開發(fā)的，也可用Oracle作為數(shù)據(jù)庫后臺，同時與CAPP、PDM、MES等系統(tǒng)具有良好的集成性，該系統(tǒng)完全支持Win98\win200\WinXP操作平臺，還能關(guān)聯(lián)存儲零件圖片或工藝圖片，以便在調(diào)用加工程序時，相關(guān)工藝卡片、刀具信息、幾何參數(shù)可一并傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)信息流程如圖2所示。

    圖2 網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)信息流程圖

    1.3 DNC主機與CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)的集成

    本系統(tǒng)將DNC服務(wù)器作為主機，將CAD/CAM/CAPP計算機作為客戶機，利用Winsock網(wǎng)絡(luò)編程接口和多線程技術(shù)，編制服務(wù)器端和客戶端通信軟件，實現(xiàn)DNC主機與CAD/CAM/CAPP計算機之間的工業(yè)局域網(wǎng)通信。從實時性要求來看，局域網(wǎng)通訊能夠滿足783主機與CAD/CAM/CAPP計算機之間通訊實時性要求；從系統(tǒng)的可靠性看，局域網(wǎng)技術(shù)提供了一套完整的差錯控制、檢錯功能，使局部網(wǎng)絡(luò)具有很高的可靠性；從系統(tǒng)的靈活性看，局域網(wǎng)很容易擴充，這為DNC系統(tǒng)分階段實施提供了條件。因此，工業(yè)局域網(wǎng)是解決DNC主機與CAD/CAM/CAPP計算機之間信息傳輸與信息共享的有效方法，符合本系統(tǒng)的要求。

    1.4 主機與數(shù)控制造單元相關(guān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成

    為了實現(xiàn)資源共享及系統(tǒng)之間的工藝協(xié)調(diào)和調(diào)度等功能，以便系統(tǒng)管理人員及時了解設(shè)備利用率和準(zhǔn)備時間、每個零件的加工時間、加工有效時間、設(shè)備狀態(tài)信息等，要求網(wǎng)絡(luò)制造單元及時向工程管理中心發(fā)送數(shù)控系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息，并與網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)有效集成。

    基于DNC的網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)由管理通訊模塊、自動編程及仿真模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、設(shè)計模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、及數(shù)控加工模塊構(gòu)成。具體實現(xiàn)功能如下：

    (1)實現(xiàn)了制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程通信功能：操作者直接在機床控制面板上就可得到服務(wù)器上的程序清單，且多臺機器可同時上傳、下載信息，互不影響并可直接調(diào)用。

    (2)在網(wǎng)絡(luò)上可實現(xiàn)動態(tài)管理：網(wǎng)絡(luò)上的任何PC機都可以通過瀏覽服務(wù)器，了解到數(shù)控機床運行、通信情況。

    (3)提供一個高效的程序編輯、修改和仿真的平臺：程序在上機床加工前，利用其軌跡和實體仿真功能對編制的程序進(jìn)行模擬，及時發(fā)現(xiàn)和修改程序，避免在加工中出現(xiàn)錯誤。

    (4)實現(xiàn)了數(shù)控加工信息的數(shù)據(jù)庫管理：能夠?qū)?shù)控程序的各種信息，如：程序號、零件號、刀具清單、實驗數(shù)據(jù)、機床和編程信息、相關(guān)工藝卡片及圖形文件等進(jìn)行歸檔管理，并可自定義關(guān)鍵字段。

    (5)實現(xiàn)嚴(yán)格的權(quán)限管理，不同的人員有不同管理權(quán)限：將程序分為編輯、調(diào)試、定型三個狀態(tài)，嚴(yán)格按照編制、審核、現(xiàn)場驗證、批準(zhǔn)一系列流程操作，保證程序的準(zhǔn)確性，避免損壞機床和有利于保護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)的安全。管理流程如圖3所示。

    圖3 CIMCO NC-Base數(shù)控程序管理流程示意圖

    (6)為實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)的先進(jìn)制造技術(shù)打下堅實的基礎(chǔ)，提高了設(shè)備的使用效率：

    通過華中II型數(shù)控仿形銑床生成的加工數(shù)據(jù)可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，使多臺聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控銑床共享仿形結(jié)果，并同時加工出復(fù)雜零件，提高了價格昂貴的數(shù)控仿形機床使用效率；應(yīng)用三坐標(biāo)測量機，對被測量零件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆O(shè)計中心的大型CAD/CAM 系統(tǒng)中，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、優(yōu)化，在生成加工程序后，再傳回到制造中心或快速成形機，加工或試制出與被仿形零件相同或改進(jìn)的產(chǎn)品。使網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)擁有了從數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)品數(shù)字開發(fā)、先進(jìn)制造及綜合信息管理能力，從而為操作者、編程者、管理者提供了一個暢通的信息交流平臺，同時也為高校進(jìn)行產(chǎn)、學(xué)、研活動打下了良好的基礎(chǔ)。

??    3 總結(jié)   ??

    基于DNC的網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)的研究與應(yīng)用為提高實驗教學(xué)水平，加強網(wǎng)絡(luò)制造信息化建設(shè)及實驗教學(xué)信息化管理打下了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，對培養(yǎng)21世紀(jì)人才具有重要的現(xiàn)實意義。