祁曉亮等
摘 要:隨著生產(chǎn)方式不斷發(fā)展,學(xué)校需要對固有的教學(xué)方式作出改變。該校在原有Predator SFC(生產(chǎn)車間集中控制管理系統(tǒng))的基礎(chǔ)上,將三個實訓(xùn)教室進行整合而入。在VB6.0和SQL Server的開發(fā)環(huán)境下,搭建了一個適宜教學(xué)的數(shù)字化車間管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用C/S架構(gòu),并獨具特色的在客服端,即在學(xué)生提交加工程序到教師前先對其進行了初步的檢測。在提升教師工作效率的同時,減少了學(xué)生在實踐生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的危險性。而且簡單實用的管理模式在簡化傳統(tǒng)教學(xué)模式的同時,增加了學(xué)生機床實踐的機會,讓學(xué)生能更加全面的了解到現(xiàn)代制造技術(shù)的系統(tǒng)流程。
關(guān)鍵詞:數(shù)字化車間 生產(chǎn)管理 系統(tǒng)管理 數(shù)控加工
中圖分類號:G434 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)06(b)-0191-03
隨著該校管理信息化建設(shè)的需要,以及為了提高教學(xué)質(zhì)量和管理效率,加快教學(xué)進度,提高數(shù)控設(shè)備綜合利用率,為此計劃搭建目前先進的數(shù)字化車間信息管理系統(tǒng)。
目前,我校現(xiàn)代工業(yè)實訓(xùn)中心已經(jīng)完成了世界領(lǐng)先的Predator SFC(系統(tǒng)解決方案)系統(tǒng)中的Predator DNC(分布式數(shù)控)、Predator MDC(生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))、Predator Tool Crib(刀具管理系統(tǒng))、Predator Traveler(電子工藝管理及派工系統(tǒng))等系統(tǒng)的實施,并應(yīng)用于實際教學(xué),Predator MES(制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng))-SFC(生產(chǎn)車間管理系統(tǒng))中的各子系統(tǒng)模塊相互間無縫集成,所以上述系統(tǒng)的建立為此次項目實施搭建了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺。
這一整套的Predator解決方案雖然可以完美的達成要求,但是學(xué)習(xí)的成本過高不適合在教學(xué)中應(yīng)用。為此需要配合老師的教學(xué)方式和使用習(xí)慣,編寫既能引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣數(shù)字化車間管理的概念,又能降低教學(xué)成本的信息管理系統(tǒng)。
1 網(wǎng)絡(luò)搭建
如圖1的布局圖所示,位于左邊的兩個教室本別是數(shù)控銑床教室和數(shù)控車床教室,其中各自包含了一臺教師機和若干學(xué)生機;位于畫面右側(cè)的則是AutoCAD教室,其中包含有一臺教室機、若干學(xué)生機和一臺Gallop公司提供的服務(wù)器,其主要的作用就是對畫面中央的這8臺車床、8臺銑床進行管理。
項目之初,三個教室和被服務(wù)器管理著的機床(圖中央)之間是互不相連的,為了項目的實施,需要重新搭建網(wǎng)絡(luò)。出于安全性的考慮盡可能的讓學(xué)生機與Gallop服務(wù)器隔離開,所以在網(wǎng)段劃分上如下圖2所展示的那樣,分成了教師機網(wǎng)段192.168.2.0和學(xué)生機網(wǎng)段169.254.0.0并在學(xué)生機網(wǎng)段內(nèi)購置了一臺工作站作為學(xué)生獲取課程任務(wù)和刀具等信息的渠道。教師機與學(xué)生互聯(lián),在取得學(xué)生提交加工程序的同時,隔絕學(xué)生對服務(wù)器直接進行操作的可能。服務(wù)器通過交換機與教師機互聯(lián)的同時,自身通過AP與機床互聯(lián)。至此,將三個教室和機床完全的整合到了一起。
2 系統(tǒng)方案
該系統(tǒng)采用C/S架構(gòu),重點運用Gallop公司提供的API進行編程,根據(jù)教學(xué)需求構(gòu)建出一個適宜教學(xué)環(huán)境的數(shù)字化車間管理系統(tǒng)。從功能上包含加工程序管理、加工程序檢測、課程任務(wù)管理、學(xué)生信息管理、刀具庫管理和機床管理六個方面。從結(jié)構(gòu)上分成學(xué)生端、教師端和服務(wù)端,分別部署在學(xué)生機、教師機和服務(wù)器上。為了方便理解,該章會先理出一個加工程序管理流程,也是該系統(tǒng)最重要的功能的主體流程,然后再分學(xué)生端、教師端、服務(wù)端在結(jié)構(gòu)上對系統(tǒng)進行介紹。
2.1 加工程序管理
如圖3流程圖所示,對于主體的流程做了簡單的概括。解釋了加工程序從學(xué)生上交開始,經(jīng)歷了程序檢驗和老師審批上傳至服務(wù)器,直至最終學(xué)生從機床上調(diào)出自己提交的加工程序為止的整個過程。
2.2 學(xué)生端
學(xué)生端所包含的主要功能有:加工程序檢測、加工程序提交、狀態(tài)跟蹤、規(guī)范獲取和信息驗證。
學(xué)生端的主要任務(wù)就是對于加工程序的檢測與提交,同時對加工程序的狀態(tài)進行跟蹤。但是為了完成這項任務(wù),必須具備獲取檢測規(guī)范的能力,同時出于對加工程序更合理的考慮,所以也必須具有對于學(xué)生信息的驗證。
2.3 教師端
教師端主要由加工程序的接收、展示和提交、歷史記錄查詢、課程任務(wù)管理、刀具管理、車床/銑床狀態(tài)獲取、學(xué)生信息管理這幾部分功能組成。
教師端的主要任務(wù)是:教師檢測學(xué)生上傳的文件是否符合本次任務(wù)的要求,并且把符合要求的文件發(fā)送到空閑車床和銑床加工以及查看學(xué)生上傳文件的歷史記錄;添加每次需求的任務(wù)以及每次任務(wù)所需要的刀具的信息和管理登錄教師客戶端的賬號信息。
2.4 服務(wù)端
服務(wù)端由加工程序接收、加工程序發(fā)布和車床/銑床狀態(tài)采集三個功能組成。加工程序接收與教師端的功能相同所以不再贅述。而后兩者牽扯到了Gallop公司提供的技術(shù)支持。加工程序的發(fā)布,其實就是將加工程序存儲到相應(yīng)車床和銑床在服務(wù)器中對應(yīng)的文件夾。由于車床/銑床本身已經(jīng)通過Predator SFC這一整套管理系統(tǒng)進行管理了,所以服務(wù)上的開發(fā)主要是對于原有系統(tǒng)的二次開發(fā)。車床/銑床的狀態(tài)采集也是二次開發(fā),主要是針對Gallop開放的API從數(shù)據(jù)庫中得到從車床/銑床上獲得的信息。
3 加工程序檢測
學(xué)生作為初學(xué)者,犯低級錯誤的可能性很大,所以學(xué)生寫的加工程序不能直接投入到實踐操作中去。即使這樣做了,也要先對加工程序進行核對,在操作時,也需十分小心謹慎,主要是因為如果只是考慮轉(zhuǎn)速這類的操作,整個加工程序中出現(xiàn)的頻率不是太多,也比較容易核對,但是如果考慮到進給操作的話。因此老師在教學(xué)中不使用學(xué)生自己設(shè)計的加工程序,這一做法是可以理解的,這也是在考慮到學(xué)生安全問題下的無奈之舉。不過大量重復(fù)的操作正是計算機發(fā)揮才華的地方,所以檢測程序會使這一現(xiàn)狀有顯著的改善。編寫這類檢測程序,自然需要對常用功能指令有所了解并對其使用規(guī)則相當(dāng)熟悉,所以接下來會先介紹一些常用的功能,再對檢測程序作解釋。
3.1 常用功能指令
準備功能又稱G功能或G代碼,它用于指定工作方式,有模態(tài)和非模態(tài)之分。模態(tài)代碼一經(jīng)指定就一直有效,直到被同組代碼取代它(只有同組代碼才可相互取代)為止,或被M02、M30或緊急停止、按“復(fù)位”鍵撤銷。非模態(tài)代碼只在該代碼所在的程序段中有效,在下一程序段則自動取消。常用準備功能鍵。
輔助功能又稱M功能或M代碼,它用于指定機床工作時的各種輔助動作及狀態(tài)。
F功能用于指定進給速度,單位是mm/r或mm/min。F值指定后一直有效,直到新的F值取代為止。G00執(zhí)行的是系統(tǒng)設(shè)置的速度,但不會撤銷前面所編的F值。
S功能用于指定主軸轉(zhuǎn)速,單位是r/min,當(dāng)設(shè)定恒速切削時,單位是m/min。
T功能用于指定刀具號,進行自動換刀,如T0101,前面的01為刀具號,后面01為刀補號。
3.2程序示例
O0050 (第50號程序)
N10 S600 M03; (主軸正轉(zhuǎn),600r/min)
N20 T0303; (第3號螺紋刀)
N30 G00 X30.Z4.;(快進到循環(huán)起點)
N40 G92 X23.4 Z-42. F1.5; (螺紋切削循環(huán)1,第一刀切入0.225mm)
N50 X23.; (第二刀切入0.2mm)
N60 X22.7; (第三刀切入0.15mm)
N70 X22.4; (第四刀切入0.15mm)
N80 X22.2; (第五刀切入0.1mm)
N90 X22.05; (第六刀切入0.075mm)
N100 G00 X80.; (徑向退刀)
N110 G00 Z100.; (軸向退刀)
N120 M05; (主軸停轉(zhuǎn))
N130 M30;(程序結(jié)束,并返回到程序開頭)
3.3 加工程序檢測
可以看出加工程序的檢測主要檢查的是兩個指標:速度和量。也就是轉(zhuǎn)速S,進給速度F和進給量。通過功能M代碼和刀具T可以先對加工程序進行簡單的拆分,先確保所有檢查的程序段都使用同一刀具。然后以《機械切削加工手冊》作為本軟件的理論和數(shù)據(jù)依據(jù),這本專門用于數(shù)控機床加工手冊中的原理、公式和數(shù)據(jù),但是在程序上是不可能死板的照搬公式和數(shù)據(jù)的,針對不同的場景,使用的情況可能不同。對于使用場景,我們找出了可能影響檢測指標變化的兩個原因,分別來自不同刀具和不同任務(wù)。教師通過不同的課程任務(wù),及在任務(wù)中使用到的刀具的不同,根據(jù)使用場景的需要來選擇不同的檢測指標。這樣做更有助于程序去適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。
4 結(jié)語
該系統(tǒng)的設(shè)計,在Gallop提供的Predator SFC基礎(chǔ)上,剔除了企業(yè)管理中紛繁復(fù)雜的管理模式,針對實際教學(xué)場景,以推廣先進制造技術(shù)為主要目的,勾勒出一套效率極高、學(xué)習(xí)成本極低、易用性極強的數(shù)字化車間管理方案。主要包含加工程序管理、加工程序檢測、課程任務(wù)管理、學(xué)生信息管理、刀具庫管理和機床管理這六方面功能,提高了整個制造流程的學(xué)習(xí)環(huán)境,在提升教學(xué)質(zhì)量的同時,清晰了管理的邏輯、增加了授課的效率。為實訓(xùn)中心的授課內(nèi)容帶來了新的技術(shù)和新的思維。同時為現(xiàn)代化制造技術(shù)知識的普及給以新的思路,為如今正飛速發(fā)展的制造行業(yè)帶來新性的概念,給承擔(dān)不起大型制造體系流程的中小型企業(yè)提出了一種新的解決方案。
參考文獻
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