智能工廠之?dāng)?shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)

梅梅

摘要：設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是CPS系統(tǒng)在制造企業(yè)的典型應(yīng)用，通過將企業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，為智能工廠/數(shù)字化車間的改造提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文分析了制造企業(yè)數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀，研究了DNC/MDC系統(tǒng)解決方案。

關(guān)鍵詞：DNC;MDC;數(shù)控機(jī)床;制造自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）03-0009-02

0 引言

DNC即分步式數(shù)字控制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)傳輸，程序管理。MDC（設(shè)備數(shù)據(jù)收集）進(jìn)一步擴(kuò)展了DNC系統(tǒng)，使DNC/MDC能夠成為制造企業(yè)MES的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和重要組成部分。DNC/MDC系統(tǒng)作為橋梁，溝通MES和底層設(shè)備，一方面，DNC/MDC接收來自MES的計(jì)劃指令，并將生產(chǎn)指令和加工程序下發(fā)到生產(chǎn)設(shè)備;另一方面，DNC/MDC系統(tǒng)會(huì)采集設(shè)備各種制造數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析和業(yè)務(wù)邏輯處理，將信息反饋給MES，ERP系統(tǒng)，作為后續(xù)生產(chǎn)和計(jì)劃的決策依據(jù)。

1 制造企業(yè)數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀分析

目前，在沒有采用DNC/MDC系統(tǒng)的離散制造業(yè)企業(yè)中，在程序編輯與仿真，程序傳輸，程序的管理，設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，以及數(shù)據(jù)分析等方面容易出現(xiàn)下述問題[1]：

（1）NC程序的手動(dòng)傳輸，如移動(dòng)存儲(chǔ)傳輸，手動(dòng)錄入等等;（2）程序管理雜亂無章，如程序存儲(chǔ)雜亂，無冗余備份;無版本管理;缺乏權(quán)限管理等;（3）作業(yè)指導(dǎo)書、工藝圖紙存放混亂;（4）編程人員沒有仿真工具，對(duì)程序進(jìn)行處理，仿真，比較工作量大且易出錯(cuò);（5）操作人員利用機(jī)床仿真，降低了機(jī)床的利用率;（6）車間現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)繁雜、數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一、彼此不兼容;（7）設(shè)備管理非實(shí)時(shí)，設(shè)備數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)獲取和展示;（8）設(shè)備利用率，生產(chǎn)效率等重要指標(biāo)無法獲取，或不準(zhǔn)確;（9）不能及時(shí)獲知設(shè)備故障及原因;（10）生產(chǎn)過程不透明，各類統(tǒng)計(jì)依靠人工方式獲取。

2 DNC/MDC系統(tǒng)主要目的

針對(duì)上述現(xiàn)狀分析，DNC/MDC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)：（1）實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)狀況;（2）實(shí)時(shí)獲取機(jī)床狀態(tài);（3）分析制造工藝;（4）優(yōu)化加工時(shí)間;（5）評(píng)估機(jī)床停機(jī)時(shí)間和原因;（6）及時(shí)通知機(jī)床故障。

3 DNC/MDC系統(tǒng)解決方案

3.1 概述

系統(tǒng)由車間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（CNC，機(jī)器人，AGV，自動(dòng)化產(chǎn)線，其他設(shè)備），應(yīng)用服務(wù)器，以及IoT云平臺(tái)組成。應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行DNC/MDC應(yīng)用，負(fù)責(zé)連接所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)控制層和設(shè)備層的控制與數(shù)據(jù)的雙向交互。同時(shí)，應(yīng)用服務(wù)器通過和IoT云平臺(tái)接口，將車間設(shè)備層數(shù)據(jù)進(jìn)一步開放，為云端智能提供基礎(chǔ)和保障。

系統(tǒng)支持兩種配置，即本地部署和云端部署。（1）本地部署。應(yīng)用服務(wù)器和CNC一起部署在車間，單一應(yīng)用服務(wù)器可支持最大256個(gè)CNC設(shè)備。在本地部署中，應(yīng)用服務(wù)器可以有選擇的連接云端IoT平臺(tái)，擴(kuò)展云端智能和決策。（2）云端部署。應(yīng)用服務(wù)器和IoT平臺(tái)一起部署在云端，在設(shè)備層擴(kuò)展設(shè)備連接模塊（如串口到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，串口到無線轉(zhuǎn)換器等等），使應(yīng)用服務(wù)器可以直接訪問設(shè)備。

3.2 系統(tǒng)組成

（1）硬件組成。系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，應(yīng)用服務(wù)器，以及云端IoT云平臺(tái)共同組成，（如圖1所示）?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備指車間設(shè)備層面所有加工設(shè)備，如CNC， AGV， 機(jī)器人，各種自動(dòng)化和半自動(dòng)化產(chǎn)線等等。在本地部署中，應(yīng)用服務(wù)器可以配置在一臺(tái)工業(yè)級(jí)服務(wù)器。在云端部署中，只需配置相應(yīng)的云轉(zhuǎn)接模塊即可，應(yīng)用服務(wù)器位于云端。（2）設(shè)備連接。系統(tǒng)支持有線（以太網(wǎng)）和無線（WIFI）傳輸。對(duì)于有網(wǎng)口的新式CNC采用直接連接。對(duì)于只有串口的CNC可以采用串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器。同時(shí)，可以連接對(duì)加工節(jié)拍開始繼電器和零件計(jì)數(shù)繼電器，監(jiān)測(cè)零件加工耗時(shí)。支持FANUC，三菱，西門子等主流數(shù)控系統(tǒng)和Heidenhain，Mazak等系統(tǒng)[2]。

3.3 NC程序管理

3.3.1 程序發(fā)布功能會(huì)管理

（1）程序清單、描述;（2）輔助信息。1）刀具清單;2）生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書;3）加工工藝卡;4）工藝圖紙。

3.3.2 程序使用流程管理

（1）權(quán)限管理;（2）版本管理;（3）機(jī)床操作側(cè)的遠(yuǎn)程瀏覽和調(diào)用;（4）機(jī)床操作側(cè)程序上傳入庫;（5）遠(yuǎn)程的推送到機(jī)床。

3.4 設(shè)備監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集

（1）設(shè)備開機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)間，空閑時(shí)間，空轉(zhuǎn)時(shí)間，加工時(shí)間，報(bào)警時(shí)間;（2）設(shè)備當(dāng)前所處工作模式，編輯，自動(dòng)運(yùn)行，MDI;（3）程序信息，正在運(yùn)行哪個(gè)程序，哪行指令，宏變量值;（4）零件加工種類，數(shù)量等生產(chǎn)計(jì)數(shù);（5）操作人員的操作信息;（6）當(dāng)前刀具號(hào)和補(bǔ)償參數(shù);（7）當(dāng)前設(shè)備配置參數(shù)和狀態(tài)參數(shù);（8）當(dāng)前設(shè)備轉(zhuǎn)速，進(jìn)給，倍率，主軸負(fù)載;（9）當(dāng)前軸坐標(biāo)信息;（10）實(shí)時(shí)反饋設(shè)備報(bào)警，故障信息。

3.5 設(shè)備遠(yuǎn)程配置與管理

配置運(yùn)行參數(shù);配置刀具補(bǔ)償參數(shù);修改宏變量;刀具生命周期管理數(shù)據(jù)。

3.6 用戶接口

提供web UI操控DNC/MDC以及報(bào)表生成。同時(shí)，提供REST HTTP接口，供用戶跟自有系統(tǒng)集成。

3.7 增值模塊

增值模塊不包含在基本模塊內(nèi)，可單獨(dú)開發(fā)或集成第三方模塊。程序編輯與仿真 程序編制人員在本地編輯程序并且運(yùn)行本地仿真加工過程。它具有，編輯功能，文件比較，刀位軌跡的三維模擬。便于發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤，減少質(zhì)量問題;智能與決策： 提供附加的遠(yuǎn)端智能，針對(duì)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策。

4 實(shí)施效果

4.1 在實(shí)施系統(tǒng)前普遍存在現(xiàn)象

（1）機(jī)床操作人員需要手動(dòng)拷貝程序，容易出錯(cuò);（2）多種數(shù)控系統(tǒng)使用多種傳輸軟件，使用復(fù)雜;（3）操作人員擅自調(diào)節(jié)進(jìn)給，造成道具過度磨損;（4）操作人員私自調(diào)節(jié)速度，造成廢品率增加;（5）生產(chǎn)進(jìn)度需手工錄入，缺乏準(zhǔn)確性;（6）機(jī)床使用情況模糊不清;（7）機(jī)床停機(jī)原因模糊不清。

4.2 實(shí)施DNC/MDC系統(tǒng)后

實(shí)施車間，工廠的完全信息化管理，消除了信息孤島，對(duì)于制造業(yè)而言，CNC是重要的設(shè)備和資源，該系統(tǒng)有效的將CNC設(shè)備管控，為后續(xù)各種智能決策提供了前提和基礎(chǔ);科學(xué)的程序管理，規(guī)范，高效;減少機(jī)床輔助時(shí)間，提高機(jī)床利用效率;自動(dòng)的程序傳輸，自動(dòng)的刀具參數(shù)補(bǔ)償，等有效減少機(jī)床輔助耗時(shí);生產(chǎn)狀況實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性強(qiáng)，便于企業(yè)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)生產(chǎn)計(jì)劃;產(chǎn)品質(zhì)量提高，明顯降低廢品率;跟MES系統(tǒng)集成創(chuàng)造條件為智能工廠奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫漢卿.數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 張立仁.數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

Networking of NC Machine Tools in Intelligent Factory

MEI Mei

（China Institute of Aeronautical Integrated Technology ， Beijing? 100028）

Abstract：The equipment Internet of Things （IOT） system is a typical application of CPS system in manufacturing enterprises， it provides a data base for the transformation of intelligent factory/digital workshop by networking equipment and automatic data acquisition. In this paper， the status of networking of NC machine tools in manufacturing enterprises is analyzed， and the DNC/MDC system solution is studied.

Key words：DNC; MDC; CNC machine tools; manufacturing automation