一种异构数控机床联网技术的研究与应用

尹德秀 张雷雷 康惠春 金凯旋

(第一拖拉机股份有限公司工艺材料研究所，河南 洛阳471004)

一拖公司是生产东方红拖拉机的主机厂，拥有多台国内外先进的大型加工中心、数控机床。但在数控设备的程序传输、程序编辑与仿真、数控程序的管理等方面是一种离散管理状态，制约着数控设备生产能力的最大发挥与信息资源的共享，具体表现如下:

(1)车间现有的数控系统繁杂，各系统之间所用的通讯软件也不一样，相互之间不兼容，给技术人员、操作人员的编程和应用带来很多不便，大大地限制了工件的转移加工。

(2)通讯程序为1 对1 的通讯程序，在进行机床与计算机的通信时，必须1 个人在机床前操作机床，另一个人在计算机终端前操作通讯软件，两者交替操作。

(3)程序通讯采用台式计算机或笔记本的单机传输形式，频繁的热插热拔容易烧坏机床或计算机接口。

(4)程序没有集中管理，一般是编程员自己各自保管，容易丢失或误操作。

(5)电脑上的程序和工艺卡、模型图、刀具清单等之间都是孤立保存，时间久了，就不知道它们的对应关系，还需要反复进行对照，才能知道某个程序是做什么的。

针对这种情况，本项目通过探索研究，提出了利用10 台数控设备为试点，进行了数控加工设备网络集成管理系统的研究，将人员、人员权限、各类相关文档、文档版本、数控机床代码传输、机床信息反馈采集、全部管理信息化。为生产调度的合理安排提供有效的参考。从而提高对数控加工设备的管理水平。

1 技术方案

为了对数控机床联网技术进行研究，本论文选择了10 台数控机床进行联网试验(如表1)。

2 系统总体架构

整个系统平台分为了3 级形式，在信息部门设立有程序数据服务器，该服务器担任的是整个平台数据的管理及备份的任务。在其下一级的车间中拥有一台通讯服务器及多台文档管理客户端和1 台通讯客户端。

车间的通讯服务器在程序管理的内容上保持和信息中心程序数据服务器从上至下的同步。通过设定一定的协同机制，程序数据服务器可以将调度人员派发的程序派发至各车间的通讯服务器，通讯服务器在接收到程序后可向机床派发相关的程序。一旦程序数据服务器发生故障或断电情况，通讯服务器可以正常使用而不会因此影响生产。而程序数据服务器数据恢复后则会将新变更的程序及文档派发至子服务器。

车间通过放置触摸屏或计算机终端，操作者能方便地在终端机上查询生产计划、数控程序、刀具清单和工件的三维视图等相关信息并进行代码仿真。管理客户端在中心局域网上动态浮动，工艺相关人员可在任意一台安装有DNC 管理客户端的计算机上登陆。

通过这种3 级数据结构的模式，可以保证企业骨干网的好坏不影响各车间的代码传输及生产加工。详见图1。

3 系统硬件结构

系统硬件系统原理图如图2 所示:整个系统在企业局域网的架构下，每个车间内的多台交换机、装有通信客户端/管理客户端的计算机以及数控工艺组装有管理客户端的计算机通过已建好的企业局域网和信息中心的总服务器相联。

车间内的各类数控设备则通过智能终端和屏蔽网线联接到就近位置的交换机。

大屏幕显示器和触摸屏终端查询系统则通过就近的交换机连接到DNC 系统中，完成相关的显示和查询功能。

本次用作实验的数控机床有7 台具有网卡，有3台为RS232 串行通讯接口，针对这种情况，将具有RS232 串口的数控机床采用“有线智能终端接入”的接入方式，对机床自身具备网卡的数控机床采用RJ45网卡进行连接。

4 系统软件系统功能

数控机床联网软件主要由:生产文档管理模块、数控设备通讯模块、设备信息采集模块、程序编辑仿真模块等组成。分别完成NC 代码及生产文档管理、NC 加工代码通讯和数控设备状态监控、生产信息数据采集、数控加工代码快速编辑及实时仿真等功能。

在生产文档管理模块中，有用户管理、统计、检索等不同模块。分别完成用户权限的设置，项目进度、机床负荷统计，按照工件号、NC 代码、工序、生产指令等进行查询工作。

在设备信息采集模块中，有设备状态查看、生产信息采集、生产信息汇总统计等不同模块。分别完成生产信息的及时反馈、设备状况的及时查看、产能及时汇总分析等功能。在采集方式上也具备串口采集、网卡采集等多种方式。具体功能如下:

4.1 生产文档管理功能

实现NC 数据统一管理，将联网的数控程序及其相关的文挡集中放在DNC 服务器上。做到NC 程序的规范化、流程化管理，程序状态管理，人员权限管理，能够根据加工任务对数控程序进行动态分配。实现数控程序的规范化管理，提供符合公司实际的程序管理模式(工艺人员和操作工混合编程、工艺人员编程、操作工编程模式)，对于不同的需求能进行定制和配置，使企业数控程序管理得到提高。

按结构树组织管理，在产品树下能批量导入原有程序、图纸和工艺文件，保证原有数据和现有数据统一管理。

具有强制上传功能，可以做到操作者在下载一个新的程序前必须把机床内程序发回服务器，确保服务器上永远保存最新版本的程序，便于规范化管理。保证程序版本最新版本，防止因版本新旧问题导致的加工失误。

4.2 设备信息采集功能

DNC 监测采集模块支持多种采集方式，通常根据设备的数控系统及接口的不同，匹配以不同的采集方式。针对本次项目，可以提供的采集方式主要有以下几种:

(1)利用网卡进行数据采集

网卡监测采集技术利用了先进的技术获取了加工中心类数控设备内部的参数信息，可以直接将设备的状态提取出来，通过网络发送给DNC 采集系统，展示给管理部门。见图3。

该部分可以获得的数据有机床基本信息、轴坐标信息及机床加工信息等。

(2)串口设备采用添加硬件传感器/采集器的方法

针对本次项目中的FANUC 串口系列及其他数控系统，由于其系统的相对特殊性，而且本次项目也需要采集设备的实时状态，如开机、关机、加工、报警状态。因此，可采用添加硬件传感器/数据采集器的方法对生产中产生的数据进行采集。通过机床反馈回的信号，传感器/采集器可以将电信号转换成数字信号发送给DNC 系统进行数据的采集。

通过这种采集方式可采集的数据:开机/关机、循环启动/循环停止、报警/正常、机床是否处于加工状态等。详见图4。

4.3 统计分析功能

DNC 统计分析模块是基于C/S 结构的机床生产加工信息统计分析系统，可以有效地利用采集模块所采集回的机床加工信息来统计出企业生产调度所需数据，并对该数据进行有效的分析，对于企业的生产决策有着重要帮助，见图5 所示。

4.4 NC 代码编辑及仿真方案

编程助手是CAXA 公司专门开发的应用于数控车间快速编程的工具类软件，作为CAXA 数字化制造解决方案的一个辅助部分，主要是帮助程序编制人员利用该软件快速地手工编制一些简单程序，并进行校对和仿真，解决某些简单程序在CAM 软件中编制相对繁琐的问题。图6 为可支持五轴仿真的高级仿真模块的界面。

5 结语

本项目通过探索研究，以10 台3 种数控系统的数控机床为试点，实现将不同型号、不同操作系统、不同通讯接口的数控加工设备进行了联网，可以适时地将人员、人员权限、各类相关文档、文档版本、数控机床代码传输、机床信息进行反馈采集。实现了资源的有序共享、各类文档可按流程实现有序管理、文档资料历史纪录/加工历史纪录的可追溯，为生产调度的合理安排提供有效的数据源，实现对生产的及时、透明管理，提高了设备的利用率，大大提高了我公司的信息化水平和管理水平。

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