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数字化工厂建设——DNC网络

2017/9/8    来源:e-works    作者:王丹建  徐岳      
关键字:数字化工厂  

    一、DNC概况

    1、DNC系统发展历史

    DNC(Distributed Numerical Control)称为分布式数控,意为直接数字控制或分布数字控制。是实现CAD/CAM和计算机辅助生产管理系统集成的纽带,是机械加工自动化的又一种形式。

    本世纪六十年代的DNC含义是直接数字控制,它指的是将若干台数控设备直接连接在一台中央计算机上,由中央计算机负责NC程序的管理和传送。当时的研究目的主要是为了解决早期数控设备(NC)因使用纸带输入数控加工程序而引起的一系列问题和早期数控设备的高计算成本等问题。

    七十年代以后,随着数控机床(CNC)技术的不断发展,数控系统的存贮容量和计算速度都大为提高,DNC的含义由简单的直接数字控制发展到分布式数字控制。它不但具有直接数字控制的所有功能,而且具有系统信息收集、系统状态监视以及系统控制等功能。

    八十年代以后,随着计算机技术、通讯技术和CIMS技术的发展,DNC的内涵和功能不断扩大,与六、七十年代的DNC相比已有很大区别,它开始着眼于车间的信息集成,针对车间的生产计划,技术准备,加工操作等基本作业进行集中监控与分散控制,把生产任务通过局域网分配给各个加工单元,并使之信息相互交换。

    2、DNC系统种类

    按DNC系统的内涵的不同,可将其分为直接DNC、分布式DNC、柔性DNC,网络DNC、集成DNC和智能DNC等。

    a) 直接DNC系统,也就是直接数字控制DNC(Direct Numerical control),是早期的DNC概念,其主要功能是将计算机与数控机床的直接连接,只是实现NC程序的下传到数控机床以完成零件的加工而已。

    b)分布式数控系统(Distributed Numerical Control)是随着网络和计算机技术的发展而赋予了DNC新的内涵。不但能够实现NC程序的双向传输,而且具有系统信息采集、状态监视和系统控制等功能。

    c)柔性DNC系统是随着DNC的发展,DNC和FMS的界限越来越模糊,此时的DNC己成为FMS中必不可少的一部分。

    d)网络DNC系统,是为了适应敏捷制造、全球制造、分布式制造和远程制造而发展起来的一种DNC系统。这种DNC系统的特点是更强调网络与分布式数据库方面的功能与虚拟集成。

    e)集成DNC系统,是以数控技术、计算机技术、控制技术、通信技术和网络技术等先进技术为基础,把与制造过程有关的设备与上层控制计算机集成起来,从而实现制造车间制造设备的集成控制管理以及制造设备之间、制造设备与上层计算机之间的信息交换。

    f)智能DNC系统是随着人工智能技术的发展及其在制造领域的应用而出现的,目的是为了克服基于知识的人工智能的缺点,人工智能最新研究己经向计算智能方向发展。计算智能主要包括:模糊技术、人工神经网络、遗传算法等。这些智能技术的运用,必将促进智能制造技术的发展以及新的智能DNC的出现。

    二、项目概况

    随着中船动力有限公司加工车间数控机床的普及应用,越来越多的数控设备在生产中发挥着重要的作用,已经形成一定的生产能力,并创造出良好的经济和社会效益,但随着现代化加工技术的发展,公司现有数控机床在程序传输、编辑与仿真、数控程序的管理及设备状态采集等方面还存在一些不足,制约着数控设备的最大生产能力的发挥,具体表现如下:

    1、车间工位孤岛化生产

    数控设备不能进入企业网络,独立于企业网络之外,形成事实上的信息孤岛;

    车间生产信息化发展不足,导致车间整体生产信息化传递滞后。

    2、NC程序管理方式原始、低端

    目前传输程序多为U盘或者CF卡进行拷贝,由于来回拷贝导致工作效率低,同时也会给设备或计算机带来病毒危害。

    有些设备程序通讯采用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,造成生产成本的增加并影响企业正常生产

    现有的程序管理方式非常原始,产品数控程序由技术中心编制、校对、审核以后通过邮件下发给车间使用,车间技术人员利用U盘或者CF卡输入机床,经过首件试制后的程序导出后由技术人员手动添加版本号,利用公司内网进行保存,数控程序的版本号受人为因素干扰,极容易出现错误。而且数控程序的导入导出比较频繁,效率非常低,且存在遗失的风险。

    技术人员缺少数控程序数值处理、程序模拟仿真、程序版本比较等数控编程专用软件,编程效率比较低,数据处理、程序检查效率低且容易出错。

    3、车间生产信息化不足

    目前的刀具使用制度是车间刀库房通过对刀仪将刀具参数标识在刀具本体上,然后将刀具派发机床使用或者在现场发现刀具磨损需要对刀时才开始对刀,刀具参数也是由操作工手动录入机床使用,人为因素太多,而且效率比较低。机床加工的产品更换以后,机床刀具参数库需要做相应的换掉,工作量比较大,影响生产节点。

    随着生产管理的不断深入,迫切需要底层加工设备的各种实时的加工信息,以便及时掌控生产任务的实际执行情况。

    三、DNC建设目标及原则

    1、建设目标

    DNC系统在企业信息化中扮演着越来越重要的角色,已经成为企业信息化的重要组成部分,是数字化车间的前提和基础,承担着与底层设备之间的网络通讯与数据自动采集,是MES系统与数控设备之间信息沟通的桥梁。DNC系统接收来自上层MES系统的计划指令,并将生产指令、数控程序等信息传递给车间现场和设备;另一方面,MDC(机床监控与数据采集系统)可以实时采集数控设备的生产数据,并经过分析、计算将生产运行状况反馈给MES系统,成为上层信息系统如MES、PDM、ERP决策的依据,如图一所示。

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    (图1:DNC实施功能)

    车间DNC的信息化基础建设完成后,可以快速掌握车间生产情况、加工能力等,并且技术中心可以根据生产情况快速部署工艺程序,缩短生产周期的前期准备工作,进而快速服务于生产,提高生产效率。

    2、建设原则

    本次项目的数控设备主要由日本的发那科(其中涉及到Fanuc Oi-MD,31i,16i-M,18i-MB及16i-MB)和德国的西门子(其中涉及到802D ,810D ,840D,840DSL)2种大类共计9个小类的数控设备,依托公司光纤网络系统支持,建设机加工中心数控机床网络环境,以盖勒普公司为我司部署的DNC、NCcrib及MDC为平台建立起从数控设备的网络连接,NC程序管理及对设备的监控预警等功能性平台,实现数控机床的文件管理,系统具有开放性、可扩展性及可靠性,如下图所示:

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    (图2:公司DNC架构示意图)

    四、项目建设方案

    1、DNC项目网络建设

    为了确保该项目的核心联网管理平台稳定运行,车间内必须具有工业级强度的网络环境(主要机械运动过程中的振动、碰撞、弯曲、挤压等等),即加工车间网络布线至每台数控加工设备处,每台数控设备采购的布线方式,原则上采用数控设备的气管或者金属套管方式进行线路处理。

    2、系统安全

    应用系统和数据库在保证安全可靠的前提下,须考虑系统恢复,在网络出现故障时机床具备U盘或者CF卡可以传递程序。

    3、项目实施范围(22台设备) 

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    (表一:DNC设备列表)

    4、系统基本功能

    4.1、机床联网通讯

    4.1.1、通讯系统的稳定可靠

    系统具有多重校验机制以及纠错能力,在生产车间的环境里具有可靠的运行能力,可确保系统24小时*365天无故障运行;

    系统支持NC程序的批量下载,且在加工设备内存不够的情况下,进行分段传输;

    系统具备可以连接对刀仪进行联网的功能,将刀具参数信息直接传递给机床设备。

    4.1.2、系统良好的兼容性

    系统支持国内外各种数控系统(如FANUC,SIEMENS, Mitsubishi(三菱)、 Heidenhain(海德汉)、Mazak(马扎克)、Fagor(发格)、OKUMA(大偎)、Agie(阿奇)、塞维系统,华中数控系统、广州数控、国产线切割,等离子切割,激光切割机等)以及多种常用的串行通讯协议(232/422/485)、TCP/IP、无线通讯等;

    系统可实现超过256台数控设备的双向并发通讯,且RS-232转TCP/IP也不受通讯距离的限制;

    4.1.3、完善的在线加工

    支持多机同时在线加工、多级子程序嵌套调用、断点续传、程序重开。

    4.1.4、系统管理

    系统全局配置功能,在服务器上对各种参数进行修改和其他系统设置,可以在全局范围内发生应用,整个系统都会相应自动更新;客户在移机或重装系统时,系统智能恢复。

    系统可记录工作者所有传输操作过程,该记录信息可以进行分类查询。

    4.2、数控程序管理

    4.2.1、程序功能管理

    包括程序添加、编辑、删除、更名,比较、程序格式规范化管理、加工数据提取、打印及模拟仿真;

    程序版本控制,自动追溯程序的所有变更信息;

    程序对比功能、以和前版本进行对比分析修改原因。

    4.2.3、程序流程管理

    对于发布的程序进行流程签审管理,支持编校审等。

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    (图3:NC程序管理)

责任编辑:张纯子
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