应对网络化制造的数控机床 [转帖]

li3s

应对网络化制造的数控机床
南京理工大学机械工程学院 蔡理
一、引言
  随着计算机技术、网络技术越来越广泛的运用，机械制造企业走向全面的信息化、网络化已是迫在眉睫的任务。如何使信息化、网络化在企业的每个层面展开，如何使诸如CIMS工程、ERP系统能延伸至加工设备，如何使得数控机床与管理层之间也能实现信息通畅的交互，这是企业在信息化、网络化的过程中对数控系统提出的一个新课题。近年来，笔者围绕着这一需求进行了探索与研究开发，以期发展出既适应信息化、网络化的需求又结合我国国情的新一代数控系统。

二、当前的现状和存在的问题
  在近几届IMTS展上，e制造（即网络化制造）已开始成为一个聚焦点，而数控机床正是网络化制造中的重要一环。一些国外数控机床厂商，如：大隈、Mazak、西门子等也展出了面向网络化制造的数控机床，这些网络化的产品主要的特点是：具备与以太网连接的能力；可与上层的管理系统如ERP相连；可保证随时监测现场情况和现场数据，以实现计划和调度的随时优化；可通过网络获得更多的信息；具备远程诊断和维护能力。
  而我国的制造业在现代化的进程中，由单元技术走向局部集成，现在已有不少企业开始进入全面集成的实施中。在这一过程中，各种管理、设计软件普遍使用，数控机床的占有率日益提高。近年来已有不少企业已开始引入诸如ERP、PDM等大型集成软件，CIMS工程也在一些企业得到推广。同时，拥有较多数量数控机床的企业也提出了将数控机床联网的要求，以解决大容量数控加工程序传输的问题。由此可见，管理层面、设计工艺层面、加工设备层面的集成已为广大企业所重视，并结合各厂的情况提出了需求。
  在管理层面、设计工艺层面的集成过程中，由于其计算机平台、网络结构均易于统一，所以其集成的过程也较易实现，在这二个层面上各用户之间的信息进行高速交互是毫无问题的。但在数控机床的集成过程中，首先由于目前大多数控系统的通信标准配置是RS-232接口，其通信能力远远低于标准网络接口的TCP/IP模式，这导致了数控系统的信息接收发送能力不够，其通信内容往往只限于DNC方式下的数控加工程序的传送，这样集成的数控系统大都处于单向的接收加工程序状态，而数控机床本身的工作情况对于管理者来说是不透明的。在管理、设计层面的加工任务、加工技术文件到达数控机床集成群后，需要管理者用人为的方式去了解各设备的运行情况、加工进度，这种既不实时又可能存在误差的信息采集过程，必然造成信息的滞后和偏差，不能满足信息化的要求。由此可见，由于数控系统的通信能力不够、通信内容不足，造成了信息在企业内的流通过程中，在数控机床这一种智能度很高、计算机技术得到长期应用的设备上产生了信息瓶颈和信息的单边化。

三、国产数控系统应采取的对策
  我国的国产数控系统已有许多企业在开发、生产，从经济型到全功能，从采用单片机到开放式PC平台，品种多样，大量的新技术已在使用。但面临信息化、网络化的要求，数控系统应大力提升其集成能力和网络能力，改变原有的通讯模式。另外，由于我国的国情，决定了生产过程不可能是“无人化”。所以，数控系统网络化的目标并不应是单纯的联网传输加工程序，也不是走国外的远程控制、无人值守模式，而是为了在网络化的条件下完成与生产管理系统和设计工艺系统的集成，实现资源共享和最优化配置、调度，得以提升我国企业的管理水平，最终实现提高生产率。所以网络化的数控机床应解决的是信息双向极大的丰富，并且这些信息主要是服务于管理内容的。
  为此，笔者认为我国的数控系统生产企业应尽快推出新一代网络化的数控系统，并可从以下几方面开展工作：
1、采用标准的网络接口。
  用以太网接口取代原有的RS232串行接口，将DNC通信模式提升至以太网的TIP/TP模式，使其成为数控系统的标准配置，从而使得数控系统能真正的方便快捷的接入网络,消除产生信息瓶颈的接口因素。
2、 丰富数控系统的信息发送内容。
  将数控机床自身的工作状态及运行数据进行实时传输，使之做到“透明化”。这样在集成的数控机床管理平台上能实时动态的掌握每台设备的工作过程，可对其运行数据进行统计、分析，了解数控机床的加工进度、工作效率、故障状态等实时状况，为纳入诸如ERP这样的系统准备了充分的信息，为最佳的计划和调度提供充分的依据。同时，详尽的信息也可实现远程服务和诊断。
3、扩大数控系统接收的信息内容。
  在机械制造业的设计、工艺部门中，已经的普遍使用了诸如CAD、CAPP、CAM等软件系统，这些系统产生了大量的各类信息，可以提供给后续的生产加工过程。面对已经信息化的前处理过程，在数控系统这一端，除了接收传统的NC加工代码外，还应扩大其接收信息内容，做到能接收其它类型的数据、文字、图形文件，能最大限度的接收在设计、工艺处理过程中产生的加工所需的多种信息并加以显示，能接收来自管理层的要求、任务、计划和调度，以期在数控机床上实现“生产加工无纸化”。
4、开发数控系统的自身统计能力。
  在数控系统的运行过程中，进行智能自身统计，实时记载诸如：开机时间、各种状态工作时间、加工程序运行时间、切削时间、故障时间等，这些数据可被用于设备工作状态的分析，以便管理人员对设备和操作工进行调度安排。并且在数控机床没有被集成联网时，也能定时的收集统计数据。
5、数控系统信息的标准化。
  随着数控系统的不断发展和信息化的需要，数控系统也需要和其它软件系统产生信息交互。ISO基于这种需要和对当前信息技术的预测，正在酝酿推出关于CNC控制器的数据结构的新标准。我国数控系统生产企业也应遵循标准化的过程，避免各搞一套重复工作的方法。
6、网络的安全性
  由于网络病毒、“黑客”的存在，网络化的数控系统也存在安全性问题。除采取必要的预防、屏蔽措施，保证数控系统始终能正常工作外，还应在网络瘫痪的情况下，仍具备信息传输的其它方法，来保 证数控机床继续加工运行。

四、完成的网络数控机床集成系统介绍
  按照以上设想，在选用了具有网络功能的数控机床后，作者建成了一个基于以太网的数控机床集成系统。该系统由服务器、以太网及四台数控车床、四台数控铣床组成。
这些数控机床的控制系统为南京四开公司生产的SKY2000N型，该系统为开放式PC平台、Windows操作系统、DSP运动控制核心，具有以太网络接口。该数控系统在除了传统的数控加工功能外，又开发了一些新的服务于网络下的新功能：
1、可接收并显示各种加工技术文件，包括CAD三维造型图、二维工程图、加工程序、加工工艺单、生产派工单等。
2、发送数控机床的实时工作状态。
3、能与服务器双向对话，可以文字方式汇报工作情况和接收下达的指令。
4、可根据上级要求，设置工作报表内容。上发报告加工进度。
由于数控系统具备标准的网络接口，所以将这八台数控机床集成在以太网中的过程是十分便捷的。同时在服务器上安装了开发的生产管理系统，对集成的数控机床进行日常管理服务，该系统可进行以下任务：
1、生产任务的接收
可接收来自管理层的生产任务，按规定的工艺路线和当前的设备状态进行调度，完成面向数控设备的任务再分配。
2、数控加工技术文件的接收
可接收来自设计、工艺系统的生产技术文件，内容可包括：三维设计、二维图纸、工艺流程、工艺单、加工单、加工程序等。
3、加工任务的下达
面向机床的派工单与相应的加工技术文件一起打包下载至数控机床。
4、实时监测
可实时收集各数控机床上传的设备工作情况，包括：设备工作状态、加工对象、加工程序段、运动坐标、故障信息等。
5、双向对话
服务器可与指定设备（单台或多台）进行双向对话，互通情况。
6、设备运行状态统计
可实时统计各设备的各类工时、负荷率、机床利用率等管理所需数据。
7、生产进度统计
可进行各设备的生产进度统计及上报。
生产管理系统的界面如下(图略)
  选用网络化的数控机床集成后的系统，解决了前文所述的弊端，打通了原来存在的“信息瓶颈”。该系统可进一步集成到企业网中，构成一个三级网络体系，如下图（图略）
这种三级网络系统的构成，将使企业走向全面信息化、网络化，并为企业全面提升管理水平，提高生产率，完成网络化制造提供了实现的条件。

四、 结论
  数控机床在制造业中越来越普遍的使用。但传统的通信模式已不能满足信息化、网络化的要求，在走向全面集成的道路上，在通向底层加工设备的信息上存在着瓶颈。面对这一要求，本文介绍的方案，提出了解决这一问题的模式，实现了低成本、仍是传统“有人值守”方式、数控系统双向“透明化”，并为与管理层、设计工艺层的信息接入提供了一个网络化的平台。相信这一模式会对我国的数控系统网络化起到一定的借鉴作用。

knife117

支持下

li3s

看的人太少了

0zts

请教几个问题：
1、国情如何？有无实际应用的实例？
2、怎么保证网络安全？

li3s

国情如何？
国内大量企业在上ERP，而网络化制造是基础。

有无实际应用的实例？
我是井底之蛙，了解不多。杭州的一所院校和本文作者单位有这样的系统，甘肃小巨人的生产系统也是网络化的

信息瓶颈及和信息的单边化问题如何解决？
“用以太网接口取代原有的RS232串行接口，将DNC通信模式提升至以太网的TIP/TP模式，使其成为数控系统的标准配置，从而使得数控系统能真正的方便快捷的接入网络,消除产生信息瓶颈的接口因素。”我认为是途径之一。
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[此贴子已经被作者于2003-9-26 4:11:28编辑过]