基于网络制造实验室的数控网络化技术研究与实现

0 前言
    高等教育担负着为国家提供高素质的实用型人才的重任，就必须建立一个高水平的体现现代先进科学技术的实验基地。近几年来，国家加大了对教育的投入，使批量的教学设备进入了实验室，我校机电综合工程训练中心也引进了许多先进的数控设备用于教学实习。随着数控设备数量和品种的增加，如何加强对这些设备的管理，进行合理配置，在数控技术教学过程中使学生能与时俱进、满足未来信息化的要求，这些方面已成为我中心面临的重要课题。本文阐述了东南大学机电综合工程训练中心网络制造实验室的现状，结合当今计算机技术、网络通信技术在机械制造业的应用，提出数控机床网络化的实施方案，并着重阐述其实施情况。
1 实验室现状及解决方案
    目前我校机电综合工程训练中心有数控车床、车削中心、数控铣床、钻铣削中心以及加工中心等多种数控设备，近几年来，逐步实施了CAD／CAM／CAPP等系统，它们在教学和生产过程中发挥了重要作用。但是，我们在不断的应用和实践中也发现了一些问题：车间层与CAD／CAM／CAPP相对独立，一些重要的信息资源不能快速传递；NC程序的管理和通讯比较混乱；数控车床程序的编写和输入状况主要还是手工编程和手动输入，方式较原始，加工中心的数控程序采用CAM自动编程，使用计算机通过RS-232C串口传输NC程序，但会出现数据传输不稳定、易受干扰等问题。
    以上状况在实际运行时严重影响了工作效率和各部门的管理，并且在对学生数控技术培训时也难以满足未来信息化系统的要求。根据实际情况提出以下设想：
    a）采用抗干扰性能强的以太网络代替原有的RS-232C串行通信，使系统数据传输的稳定性得到保证，并延长了传输距离；
    b）对数控设备的加工代码统一管理，所有的程序均集中在服务器上，把机床只是作为一个终端用于加工作业。数控设备基本不需存贮数控程序，每台数控设备均可以按要求调用所需的加工程序，这样可以提高各部门的工作效率；
    c）考虑到车间内部的建筑结构、减少施工布线，并且具有灵活性和扩展性的要求，数控机床通信网络采用无线局域网接入方式，实现计算机与数控机床间通讯无线化。
2 中心实验室网络结构
    根据我中心各部门实现的功能、运行状况设计DNC网络结构如图1所示，系统以工业以太网为网络平台，工业以太网的抗干扰设计保证了在车间恶劣环境下的通信畅通及实时性，且易于与管理层集成。系统采用“总线+星型”的拓扑结构，企业主干网采用总线结构，易于组成冗余环网。车间层采用星型结构，避免了某一台设备的故障影响其他设备。
    车间内的数控设备通过智能终端与DNC服务器相连，并由DNC服务器统一控制和管理，数控程序经CAD／CAM系统产生后，从编辑、仿真、管理到最后通过串口发送到机床进行加工，由一体化的软件进行统一管理。软件驻存在DNC服务器内，实现NC数据的管理和通信，DNC软件我们选用大方科技有限公司的CAXA网络DNC及其管理模块。
    其中的智能终端也叫终端服务器、异步串口服务器，是一个带有CPU和嵌入式OS及完整TCP/IP协议栈的独立智能设备，作用是将数控设备的RS-232C接口转换为以太网络的RJ45接口，完成串行数据和网络IP包之间的数据转换。

图1 DNC网络结构