数控设备网络控制管理系统改造与应用

董扬德

摘 要：DNC系统对数控技术的柔性化、网络化、数字化发展有着很大的影响，有利于提高车间的数字化、信息化水平，提升学校的信息化以及管理水平。但目前的DNC管理系统还存在传输手段单一、断点续传不稳定和数控程序比较不正确等问题。本文介绍了如何在DNC平台上构建新的车间管理体系，开发适应数控车间和实际生产环境的数控设备集中管理软件平台，针对实训车间的设备层进行管理，将原有的有线DNC系统扩充为无线DNC，采用自动分析NC程序中断前的最后加工状态并自动生成NC程序使数控机床能够从中断处继续加工，基本解决了由于断刀和报警等故障引起的加工中断问题。这对在计划、采购、车间、质量、设备等方面进行精细化管理有着极大的意义。

关键词：无线DNC传输 管理系统 断点续传 数控程序比较

DNC（Distributed Numerical Control）称为分布式加工信息传输技术。该系统对用户来说就像一个统一的整体，对多种通用的物理和逻辑资源整合，可以动态地分配加工任务给任一数控加工设备，是提高设备利用率，降低生产成本的有力手段，是未来制造业的发展趋势。

目前现代制造企业中使用的国内外数控设备网络控制软件都可以实现加工程序的双向传输、实时加工、虚拟加工、加工程序仿真等功能。但是各开发商为了技术垄断等目的，在说明书和相关资料中都没有这些功能的完整使用方法。另一方面，对于中小型企业，数控机床种类和数量都不多，高昂的DNC软件价格使企业望而却步。如果能开发出所有数控操作系统都能适用，又具有不同企业个性的、满足企业生产需要的DNC系统，不但能降低成本，而且能提高生产效率。

数控设备网络控制软件的应用研究还有待解决技术上的问题。第一，数控设备网络控制软件系统结构的兼容性不强。数控设备操作系统软件一般只能在同一厂家制造的设备可以通用，系统之间可兼容性差，不同设备之间操作系统和应用程序互相兼容有待提高，无法实现设备的统一控制管理。第二，数控设备网络控制软件通信结构多为单一定点模式，或采用局域网加单一定点式，通信信号的拥挤问题不能很好地解决。第三，数控设备网络控制软件与网络控制协议和计算机辅助设计的接口功能不强。第四，数控设备网络控制软件可组合性不强，针对不同的企业需求进行设计和开发。

笔者在长期的教学过程中就如何对数控设备进行网络化管理进行了研究和探索，与相关软件设计单位共同开发出一款适应学校实训车间和实际生产环境的数控设备集中管理软件平台，针对实训车间的设备层进行管理，同时将原有的有线DNC系统扩充为无线DNC，实现断点续传和数控程序比较等功能，并对机床的实时运行情况进行实时采集和监控。

一、需求分析

1.DNC信息管理系统需求分析

传统的手工管理模式已经完全不能满足现代化企业的管理需求。实训车间管理系统需要快速、可靠、准确地处理各种需要的信息。通过对系统的详细分析，对工作过程中原始的手工操作的信息特点、处理方法和存在的问题有深入的了解，就有了开发车间管理信息系统的基础。根据实训室管理的特点和加工需要，有效地协助车间管理，并提供基本的信息。

2.无线DNC系统通讯的应用分析

当前物流管理、车间的控制以及工业的监控等方面需要通过无线局域网技术来实现。为了调整便利，实训车间的布局也要考虑采用无线传输技术。

3.DNC断点续传技术需求分析

DNC系统在线加工时由于断刀和报警等故障引起的加工中断问题，往往采用加工NC程序的重复传输的方法。需要实现自动分析NC程序中断前的最后加工状态并自动生成NC程序使数控机床能够从中断处继续加工。

4.数控程序比较技术需求分析

复杂零件的加工需要相当复杂的数控加工程序。加工过程中微小的数控程序变化往往会导致加工零件的尺寸变化。在这么复杂的数控加工程序中，第一次加工的程序和后来的加工程序存在微小的差别，这种差别用人工的方法是很难分别开来。这就需要通过数控加工程序的比较来实现这种细微的差别。

5.高级采集与统计分析需求分析

数控机床在加工过程中的信息化实现数控相关设备的信息与学习其他部门信息的相互交换。数控机床需要相关的数据，包含了程序代码、工序、刀具、后置设置、图形零件等等。数控设备为管理部门提供设备的实时状况、报告故障、生产统计等等。

二、系统框架结构设计

数控设备网络控制管理系统，除了能管理数控加工机床，还要有稳定准确的通信功能，设备与控制计算机相辅相成，所以必须把将数控设备网络控制系统做成一个平台软件。这个平台能进行用户智能化管理、生产过程管理、安全管理、工艺管理、产品质量管理、教学资源管理、设备管理等操作，成为生产车间或实训室管理基础资源平台。

平台的基本组成：通讯的介质，如屏蔽线，同轴电缆；通讯接口，如RS232接口；DNC控制电脑；CNC数控设备；软件系统。

1.构建资源共享平台

构建以基于客户/服务器结构的分布式控制平台，特点有以下几点：传统的递阶控制结构被分布或控制结构取代，这种结构使信息集成更发布，变换更新颖；达到企业离散制造或连续制造相一致的生产组织和工艺管理要求。

车间层控制系统由独立的单元组成，每个功能单元都是独立的，每个实体的抽象对象对应一个功能单元。这个对象包含接口功能，将每个功能单元对应一个实体的抽象对象按照不同的作用可以分成几个子对象，再把不同作用的子对象设计成为对象插件，可以直接插在公共对象请求代理体系结构软件总线上。可以大大提升对新的DBMS的扩展，同时用户界面也可以增加，对各类新功能也可以通过升级来支持。整个平台系统就是由这些对象功能插件按服务器/各层客户的结构组成的。

2.DNC信息集成

数控机床和管理部门及相关库房之间的信息交换靠数控加工信息集成来解决。这是一个双向的数控加工信息的传输。数控机床获得技术部门的传输过来的加工信息数据，包括加工程序、工艺参数、刀具参数、机床参数、工件参数等。数控机床又向管理部门提供申报实时加工信息、机床运行、报警信号、加工数据等。数控设备是产品的最终完成者，通过信息集成能合理安排数控设备的加工规程和提高设备的利用率。一个闭环的信息流是根据计算数控设备的加工情况如开机、报警、关机、安装辅助工时等，分析如何提高数控设备利用率的。另一个闭环的信息流是根据数控的工作状态来分析制订合理的机床的工作分配计划。

3.无线DNC系统实现

数控设备的无线接入点在有线网络和无线网络之间传输加工信息和数据，通过天线与无线串口服务器与太网交换机相连，就能接入到有线网络并传输数据。无线适配器和串口服务器组成了无线串口服务器，串口服务器实现串口通信协议与无线网卡的IEEE802.11协议的信息传输。每个串口服务器都有单独的IP地址，这是由无线接入点分配的，这样就能使数控设备成为控制网络系统中的一个节点；无线适配器则是安装在串口服务器上的，无线网卡负责与无线接入点进行数据传输。

4.实现断点续传和数控程序比较

系统通过搜索中断行程序、数控加工程序分析和编辑、按格式修改要续传的加工程序，将新修改的数控加工程序传输到数控机床，从而实现断点续传的设计和构建。在数控机床网络控制系统中每台设备端口都拥有独立的线程。这些线程包括串口信号监视线程和串口数据发送线程等，每个端口的线程互相独立，数据传输不会干涉，即使多个端口并行同时发送或接收加工信息也不会干涉。主线程主要起到数控加工程序的创建和操作界面的处理。这样数控加工程序就能迅速响应加工指令和功能，其他加工所需的工作就由辅助线程来负责，保障主线程的程序信息的处理工作不受其他的任务影响而出现故障。

5.实现高级采集与统计分析

信息采集功能包括对设备的加工状况、加工工艺信息、零件信息、设备故障信息等进行采集和监控。设备加工信息的采集有两种模式。一是通过编程功能实现信息采集，针对数控加工程序的符号名、切削用量、刀具补偿等信息，用数控操作系统内的宏程序模块来进行的。这种采集模式要先把数控加工程序编制成按一定格式的程序。二是运用数据采集卡，利用专用的采集卡来采集切削用量、刀具补偿、加工工艺、设备工作等信息数据。

三、测试及应用

针对未来的硬件和软件支持环境，DNC系统的稳定性和可靠性在测试生产部门就显得极其重要。企业的技术工程师和学校的专业技术人员对整个系统的可靠性和稳定性进行严格的检验。主要的测试项目：本机与电脑之间自动传输串行通讯、局域网通讯、终端NC代码、多个并发通信试验机、在线处理模式测试、传输试验机参数、文档流程管理试验、代码编辑功能测试等。在上述测试中，DNC系统得到了良好的结果。

笔者提供的DNC系统是一个功能非常强大的多层次的多模块的实训室数控设备管理系统，也可以应用于企业。系统将会充分发挥现有的数控设备功能，能提高车间的生产效率，同时还可以推广应用计算机设计与制造，提高计算机的应用水平以及劳动生产效率，可以为企业提供更多的经济收益。

参考文献：

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（作者单位：杭州第一技师学院）