一種異構(gòu)數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用

尹德秀 張雷雷 康惠春 金凱旋

(第一拖拉機(jī)股份有限公司工藝材料研究所，河南 洛陽(yáng)471004)

一拖公司是生產(chǎn)東方紅拖拉機(jī)的主機(jī)廠，擁有多臺(tái)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的大型加工中心、數(shù)控機(jī)床。但在數(shù)控設(shè)備的程序傳輸、程序編輯與仿真、數(shù)控程序的管理等方面是一種離散管理狀態(tài)，制約著數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)能力的最大發(fā)揮與信息資源的共享，具體表現(xiàn)如下:

(1)車間現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)繁雜，各系統(tǒng)之間所用的通訊軟件也不一樣，相互之間不兼容，給技術(shù)人員、操作人員的編程和應(yīng)用帶來(lái)很多不便，大大地限制了工件的轉(zhuǎn)移加工。

(2)通訊程序?yàn)? 對(duì)1 的通訊程序，在進(jìn)行機(jī)床與計(jì)算機(jī)的通信時(shí)，必須1 個(gè)人在機(jī)床前操作機(jī)床，另一個(gè)人在計(jì)算機(jī)終端前操作通訊軟件，兩者交替操作。

(3)程序通訊采用臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本的單機(jī)傳輸形式，頻繁的熱插熱拔容易燒壞機(jī)床或計(jì)算機(jī)接口。

(4)程序沒(méi)有集中管理，一般是編程員自己各自保管，容易丟失或誤操作。

(5)電腦上的程序和工藝卡、模型圖、刀具清單等之間都是孤立保存，時(shí)間久了，就不知道它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還需要反復(fù)進(jìn)行對(duì)照，才能知道某個(gè)程序是做什么的。

針對(duì)這種情況，本項(xiàng)目通過(guò)探索研究，提出了利用10 臺(tái)數(shù)控設(shè)備為試點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)控加工設(shè)備網(wǎng)絡(luò)集成管理系統(tǒng)的研究，將人員、人員權(quán)限、各類相關(guān)文檔、文檔版本、數(shù)控機(jī)床代碼傳輸、機(jī)床信息反饋采集、全部管理信息化。為生產(chǎn)調(diào)度的合理安排提供有效的參考。從而提高對(duì)數(shù)控加工設(shè)備的管理水平。

1 技術(shù)方案

為了對(duì)數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究，本論文選擇了10 臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)(如表1)。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)分為了3 級(jí)形式，在信息部門設(shè)立有程序數(shù)據(jù)服務(wù)器，該服務(wù)器擔(dān)任的是整個(gè)平臺(tái)數(shù)據(jù)的管理及備份的任務(wù)。在其下一級(jí)的車間中擁有一臺(tái)通訊服務(wù)器及多臺(tái)文檔管理客戶端和1 臺(tái)通訊客戶端。

車間的通訊服務(wù)器在程序管理的內(nèi)容上保持和信息中心程序數(shù)據(jù)服務(wù)器從上至下的同步。通過(guò)設(shè)定一定的協(xié)同機(jī)制，程序數(shù)據(jù)服務(wù)器可以將調(diào)度人員派發(fā)的程序派發(fā)至各車間的通訊服務(wù)器，通訊服務(wù)器在接收到程序后可向機(jī)床派發(fā)相關(guān)的程序。一旦程序數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)生故障或斷電情況，通訊服務(wù)器可以正常使用而不會(huì)因此影響生產(chǎn)。而程序數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)恢復(fù)后則會(huì)將新變更的程序及文檔派發(fā)至子服務(wù)器。

車間通過(guò)放置觸摸屏或計(jì)算機(jī)終端，操作者能方便地在終端機(jī)上查詢生產(chǎn)計(jì)劃、數(shù)控程序、刀具清單和工件的三維視圖等相關(guān)信息并進(jìn)行代碼仿真。管理客戶端在中心局域網(wǎng)上動(dòng)態(tài)浮動(dòng)，工藝相關(guān)人員可在任意一臺(tái)安裝有DNC 管理客戶端的計(jì)算機(jī)上登陸。

通過(guò)這種3 級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的模式，可以保證企業(yè)骨干網(wǎng)的好壞不影響各車間的代碼傳輸及生產(chǎn)加工。詳見(jiàn)圖1。

3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件系統(tǒng)原理圖如圖2 所示:整個(gè)系統(tǒng)在企業(yè)局域網(wǎng)的架構(gòu)下，每個(gè)車間內(nèi)的多臺(tái)交換機(jī)、裝有通信客戶端/管理客戶端的計(jì)算機(jī)以及數(shù)控工藝組裝有管理客戶端的計(jì)算機(jī)通過(guò)已建好的企業(yè)局域網(wǎng)和信息中心的總服務(wù)器相聯(lián)。

車間內(nèi)的各類數(shù)控設(shè)備則通過(guò)智能終端和屏蔽網(wǎng)線聯(lián)接到就近位置的交換機(jī)。

大屏幕顯示器和觸摸屏終端查詢系統(tǒng)則通過(guò)就近的交換機(jī)連接到DNC 系統(tǒng)中，完成相關(guān)的顯示和查詢功能。

本次用作實(shí)驗(yàn)的數(shù)控機(jī)床有7 臺(tái)具有網(wǎng)卡，有3臺(tái)為RS232 串行通訊接口，針對(duì)這種情況，將具有RS232 串口的數(shù)控機(jī)床采用“有線智能終端接入”的接入方式，對(duì)機(jī)床自身具備網(wǎng)卡的數(shù)控機(jī)床采用RJ45網(wǎng)卡進(jìn)行連接。

4 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)功能

數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)軟件主要由:生產(chǎn)文檔管理模塊、數(shù)控設(shè)備通訊模塊、設(shè)備信息采集模塊、程序編輯仿真模塊等組成。分別完成NC 代碼及生產(chǎn)文檔管理、NC 加工代碼通訊和數(shù)控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)采集、數(shù)控加工代碼快速編輯及實(shí)時(shí)仿真等功能。

在生產(chǎn)文檔管理模塊中，有用戶管理、統(tǒng)計(jì)、檢索等不同模塊。分別完成用戶權(quán)限的設(shè)置，項(xiàng)目進(jìn)度、機(jī)床負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，按照工件號(hào)、NC 代碼、工序、生產(chǎn)指令等進(jìn)行查詢工作。

在設(shè)備信息采集模塊中，有設(shè)備狀態(tài)查看、生產(chǎn)信息采集、生產(chǎn)信息匯總統(tǒng)計(jì)等不同模塊。分別完成生產(chǎn)信息的及時(shí)反饋、設(shè)備狀況的及時(shí)查看、產(chǎn)能及時(shí)匯總分析等功能。在采集方式上也具備串口采集、網(wǎng)卡采集等多種方式。具體功能如下:

4.1 生產(chǎn)文檔管理功能

實(shí)現(xiàn)NC 數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，將聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控程序及其相關(guān)的文擋集中放在DNC 服務(wù)器上。做到NC 程序的規(guī)范化、流程化管理，程序狀態(tài)管理，人員權(quán)限管理，能夠根據(jù)加工任務(wù)對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的規(guī)范化管理，提供符合公司實(shí)際的程序管理模式(工藝人員和操作工混合編程、工藝人員編程、操作工編程模式)，對(duì)于不同的需求能進(jìn)行定制和配置，使企業(yè)數(shù)控程序管理得到提高。

按結(jié)構(gòu)樹組織管理，在產(chǎn)品樹下能批量導(dǎo)入原有程序、圖紙和工藝文件，保證原有數(shù)據(jù)和現(xiàn)有數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。

具有強(qiáng)制上傳功能，可以做到操作者在下載一個(gè)新的程序前必須把機(jī)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)范化管理。保證程序版本最新版本，防止因版本新舊問(wèn)題導(dǎo)致的加工失誤。

4.2 設(shè)備信息采集功能

DNC 監(jiān)測(cè)采集模塊支持多種采集方式，通常根據(jù)設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)及接口的不同，匹配以不同的采集方式。針對(duì)本次項(xiàng)目，可以提供的采集方式主要有以下幾種:

(1)利用網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

網(wǎng)卡監(jiān)測(cè)采集技術(shù)利用了先進(jìn)的技術(shù)獲取了加工中心類數(shù)控設(shè)備內(nèi)部的參數(shù)信息，可以直接將設(shè)備的狀態(tài)提取出來(lái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給DNC 采集系統(tǒng)，展示給管理部門。見(jiàn)圖3。

該部分可以獲得的數(shù)據(jù)有機(jī)床基本信息、軸坐標(biāo)信息及機(jī)床加工信息等。

(2)串口設(shè)備采用添加硬件傳感器/采集器的方法

針對(duì)本次項(xiàng)目中的FANUC 串口系列及其他數(shù)控系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)的相對(duì)特殊性，而且本次項(xiàng)目也需要采集設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，如開機(jī)、關(guān)機(jī)、加工、報(bào)警狀態(tài)。因此，可采用添加硬件傳感器/數(shù)據(jù)采集器的方法對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。通過(guò)機(jī)床反饋回的信號(hào)，傳感器/采集器可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給DNC 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

通過(guò)這種采集方式可采集的數(shù)據(jù):開機(jī)/關(guān)機(jī)、循環(huán)啟動(dòng)/循環(huán)停止、報(bào)警/正常、機(jī)床是否處于加工狀態(tài)等。詳見(jiàn)圖4。

4.3 統(tǒng)計(jì)分析功能

DNC 統(tǒng)計(jì)分析模塊是基于C/S 結(jié)構(gòu)的機(jī)床生產(chǎn)加工信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，可以有效地利用采集模塊所采集回的機(jī)床加工信息來(lái)統(tǒng)計(jì)出企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度所需數(shù)據(jù)，并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)決策有著重要幫助，見(jiàn)圖5 所示。

4.4 NC 代碼編輯及仿真方案

編程助手是CAXA 公司專門開發(fā)的應(yīng)用于數(shù)控車間快速編程的工具類軟件，作為CAXA 數(shù)字化制造解決方案的一個(gè)輔助部分，主要是幫助程序編制人員利用該軟件快速地手工編制一些簡(jiǎn)單程序，并進(jìn)行校對(duì)和仿真，解決某些簡(jiǎn)單程序在CAM 軟件中編制相對(duì)繁瑣的問(wèn)題。圖6 為可支持五軸仿真的高級(jí)仿真模塊的界面。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)探索研究，以10 臺(tái)3 種數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床為試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)將不同型號(hào)、不同操作系統(tǒng)、不同通訊接口的數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)，可以適時(shí)地將人員、人員權(quán)限、各類相關(guān)文檔、文檔版本、數(shù)控機(jī)床代碼傳輸、機(jī)床信息進(jìn)行反饋采集。實(shí)現(xiàn)了資源的有序共享、各類文檔可按流程實(shí)現(xiàn)有序管理、文檔資料歷史紀(jì)錄/加工歷史紀(jì)錄的可追溯，為生產(chǎn)調(diào)度的合理安排提供有效的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的及時(shí)、透明管理，提高了設(shè)備的利用率，大大提高了我公司的信息化水平和管理水平。

［1］陳頌陽(yáng). 采用串口設(shè)備服務(wù)器的數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)研究［J］. 裝備制造技術(shù)，2010(1):140 -142.

［2］張其林，李剛炎，吳修德. 基于工業(yè)以太網(wǎng)的DNC 通信技術(shù)研究［J］. 機(jī)床與液壓，2006(8):209 -211.

［3］毛新華. 基于DNC 的數(shù)控機(jī)床通信和管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］.保定:華北電力大學(xué)，2007.

［4］張開學(xué). 數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化關(guān)鍵技術(shù)研究［D］. 沈陽(yáng):沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2007.

［5］陳國(guó)金，王召鵬. 數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)采集方法研究［J］. 機(jī)電工程，

2005，22(9):32 -35.

［6］黃榮杰，吳波，楊叔子. DNC 通訊接口模式在網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析［J］. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2007(5):47 -49，53.