智能工厂之数控机床联网

梅梅

摘要：设备物联网系统是CPS系统在制造企业的典型应用，通过将企业设备联网和数据的自动采集，为智能工厂/数字化车间的改造提供了数据基础。本文分析了制造企业数控机床联网现状，研究了DNC/MDC系统解决方案。

关键词：DNC;MDC;数控机床;制造自动化

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）03-0009-02

0 引言

DNC即分步式數字控制，实现了数控设备的网络传输，程序管理。MDC（设备数据收集）进一步扩展了DNC系统，使DNC/MDC能够成为制造企业MES的数据基础和重要组成部分。DNC/MDC系统作为桥梁，沟通MES和底层设备，一方面，DNC/MDC接收来自MES的计划指令，并将生产指令和加工程序下发到生产设备;另一方面，DNC/MDC系统会采集设备各种制造数据，经过分析和业务逻辑处理，将信息反馈给MES，ERP系统，作为后续生产和计划的决策依据。

1 制造企业数控机床联网现状分析

目前，在没有采用DNC/MDC系统的离散制造业企业中，在程序编辑与仿真，程序传输，程序的管理，设备监控和数据采集，以及数据分析等方面容易出现下述问题[1]：

（1）NC程序的手动传输，如移动存储传输，手动录入等等;（2）程序管理杂乱无章，如程序存储杂乱，无冗余备份;无版本管理;缺乏权限管理等;（3）作业指导书、工艺图纸存放混乱;（4）编程人员没有仿真工具，对程序进行处理，仿真，比较工作量大且易出错;（5）操作人员利用机床仿真，降低了机床的利用率;（6）车间现有数控系统繁杂、数据接口不统一、彼此不兼容;（7）设备管理非实时，设备数据无法实时获取和展示;（8）设备利用率，生产效率等重要指标无法获取，或不准确;（9）不能及时获知设备故障及原因;（10）生产过程不透明，各类统计依靠人工方式获取。

2 DNC/MDC系统主要目的

针对上述现状分析，DNC/MDC系统可实现：（1）实时获取生产状况;（2）实时获取机床状态;（3）分析制造工艺;（4）优化加工时间;（5）评估机床停机时间和原因;（6）及时通知机床故障。

3 DNC/MDC系统解决方案

3.1 概述

系统由车间现场设备（CNC，机器人，AGV，自动化产线，其他设备），应用服务器，以及IoT云平台组成。应用服务器运行DNC/MDC应用，负责连接所有现场设备，实现控制层和设备层的控制与数据的双向交互。同时，应用服务器通过和IoT云平台接口，将车间设备层数据进一步开放，为云端智能提供基础和保障。

系统支持两种配置，即本地部署和云端部署。（1）本地部署。应用服务器和CNC一起部署在车间，单一应用服务器可支持最大256个CNC设备。在本地部署中，应用服务器可以有选择的连接云端IoT平台，扩展云端智能和决策。（2）云端部署。应用服务器和IoT平台一起部署在云端，在设备层扩展设备连接模块（如串口到以太网转换器，串口到无线转换器等等），使应用服务器可以直接访问设备。

3.2 系统组成

（1）硬件组成。系统由现场设备，应用服务器，以及云端IoT云平台共同组成，（如图1所示）。现场设备指车间设备层面所有加工设备，如CNC， AGV， 机器人，各种自动化和半自动化产线等等。在本地部署中，应用服务器可以配置在一台工业级服务器。在云端部署中，只需配置相应的云转接模块即可，应用服务器位于云端。（2）设备连接。系统支持有线（以太网）和无线（WIFI）传输。对于有网口的新式CNC采用直接连接。对于只有串口的CNC可以采用串口以太网转换器。同时，可以连接对加工节拍开始继电器和零件计数继电器，监测零件加工耗时。支持FANUC，三菱，西门子等主流数控系统和Heidenhain，Mazak等系统[2]。

3.3 NC程序管理

3.3.1 程序发布功能会管理

（1）程序清单、描述;（2）辅助信息。1）刀具清单;2）生产作业指导书;3）加工工艺卡;4）工艺图纸。

3.3.2 程序使用流程管理

（1）权限管理;（2）版本管理;（3）机床操作侧的远程浏览和调用;（4）机床操作侧程序上传入库;（5）远程的推送到机床。

3.4 设备监控与数据采集

（1）设备开机关机时间，空闲时间，空转时间，加工时间，报警时间;（2）设备当前所处工作模式，编辑，自动运行，MDI;（3）程序信息，正在运行哪个程序，哪行指令，宏变量值;（4）零件加工种类，数量等生产计数;（5）操作人员的操作信息;（6）当前刀具号和补偿参数;（7）当前设备配置参数和状态参数;（8）当前设备转速，进给，倍率，主轴负载;（9）当前轴坐标信息;（10）实时反馈设备报警，故障信息。

3.5 设备远程配置与管理

配置运行参数;配置刀具补偿参数;修改宏变量;刀具生命周期管理数据。

3.6 用户接口

提供web UI操控DNC/MDC以及报表生成。同时，提供REST HTTP接口，供用户跟自有系统集成。

3.7 增值模块

增值模块不包含在基本模块内，可单独开发或集成第三方模块。程序编辑与仿真 程序编制人员在本地编辑程序并且运行本地仿真加工过程。它具有，编辑功能，文件比较，刀位轨迹的三维模拟。便于发现程序错误，减少质量问题;智能与决策： 提供附加的远端智能，针对设备采集的数据进行分析决策。

4 实施效果

4.1 在实施系统前普遍存在现象

（1）机床操作人员需要手动拷贝程序，容易出错;（2）多种数控系统使用多种传输软件，使用复杂;（3）操作人员擅自调节进给，造成道具过度磨损;（4）操作人员私自调节速度，造成废品率增加;（5）生产进度需手工录入，缺乏准确性;（6）机床使用情况模糊不清;（7）机床停机原因模糊不清。

4.2 实施DNC/MDC系统后

实施车间，工厂的完全信息化管理，消除了信息孤岛，对于制造业而言，CNC是重要的设备和资源，该系统有效的将CNC设备管控，为后续各种智能决策提供了前提和基础;科学的程序管理，规范，高效;减少机床辅助时间，提高机床利用效率;自动的程序传输，自动的刀具参数补偿，等有效减少机床辅助耗时;生产状况实时性和准确性强，便于企业实时准确地调节生产计划;产品质量提高，明显降低废品率;跟MES系统集成创造条件为智能工厂奠定基础。

参考文献

[1] 孙汉卿.数控机床维修技术[M].机械工业出版社，2000.

[2] 张立仁.数控机床及应用[M].北京：机械工业出版社，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