产品创新数字化峰会有奖征文：企业级DNC网络制造系统应用实践

    0 引言

在计算机技术和网络技术迅猛发展的今天，现代制造业日益体现出智能化、网络化、集成化、创新和信息化(5I，Intelligence、Internet 、Integration 、Innovation&Information)的特点。数字化的产品研发设计和网络化制造已成为制造企业在21世纪的重要发展方向，DNC分布式数字控制，是以计算机技术、通讯技术、数控技术等为基础，把数控机床与上层控制计算机集成起来，从而实现数控机床的集中控制、管理以及数控机床与上层控制计算机间的信息交换。它是现代化机械加工企业实现设备集成、信息集成、功能集成的一种新方法，是制造业自动化的重要模式，也是实现MES等系统的重要组成部分[1]。数字化的产品研发设计和网络化制造技术的应用使得企业的生产方式发生了根本性的变化，尤其是网络技术的应用使得企业内部局域网的功能由管理决策层延伸到制造加工层，整体信息化的集成使企业的CAD/CAM/CAPP等数字设计模块和数控加工设备的联系变得更为紧密。企业通过实施应用DNC系统，提高了企业加工数据的传输和利用更为有效性，从而为实现网络数控的信息集成和设备有效管理奠定了基础。

1 DNC网络制造系统的组成及其特点

由于我公司数控设备引进时间较长，结合最近几年引进设备较为集中的情况，我们采用串口与网口结合的联网原则：网口设备具备较好的开放性，未来数据采集较为容易；在没有网口的设备必须采用串口；而对于具备网口但存储介质容量较低的设备，为了保证在线加工的使用，采用串口联接。从而保证DNC系统使用过程中具备灵活和可靠性。图1所示为我公司DNC系统网络架构。

DNC系统采用C/S架构，服务器采用Windows2003平台，数据库管理系统采用Oracle10g数据库系统，编程者采用客户端可以实现对系统的远程维护，数控机床操作者可以通过数控系统界面来下载上传程序。数控机床联网、通讯、管理系统由CIMCO DNC-Max V5(DNC机床联网通讯系统)、CIMCO NFS（FTP服务器以太网通讯）、CIMCOO Edit V5( 数控程序编辑与仿真系统)、CIMCIO NC-Base V5(数控程序管理系统)三部分构成，这三个部分无缝集成为一个整体，分别负责机床通信、程序编辑和程序管理（以下简称DNC）。CIMCO NC-Base不仅可以对数控加工程序进行有序管理，并可以调用功能强大的CIMCIO Edit进行程序编辑和加工轨迹的仿真。同时与CAPP、PDM、MES等系统具有良好的集成性，该系统能关联存储2D、3D零件图档、工艺卡片和刀具信息等图文档，以便在调用加工程序时，相关工艺卡片、刀具信息、几何参数可一并传输，整个网络制造系统信息流程如图2所示。

图1 DNC制造系统网络架构

2 DNC的网络制造功能

基于DNC的网络制造系统由管理通讯模块、自动编程及仿真模块、数据管理模块、设计模块、数据查询模块、及数控加工模块构成。在企业DNC应用中实现功能如下：

(1)实现了制造系统网络化、远程通信功能：操作者直接在机床控制面板上就可得到服务器上的程序清单，且多台机器可同时上传、下载信息，互不影响并可直接调用。

(2)实现了数控程序的二级管理：由于数控加工程序难以阅读性，我们本着谁产生数据谁管理数据的原则来确保数据的准确性，建立了一个总厂两个分厂的程序管理架构，实现了分厂独立维护数据，确保系统具备良好的可用性。

(3)提供一个高效的程序编辑、修改和仿真的平台：程序在上机床加工前，利用其轨迹和实体仿真功能对编制的程序进行模拟，及时发现和修改程序，避免在加工中出现错误。

(4)实现了数控加工信息的数据库管理，实现了相关三维模型、刀具文件等信息的关联管理：能够对数控程序的各种信息，如：程序号、零件号、刀具清单、实验数据、机床和编程信息、相关工艺卡片及图形文件等进行归档管理，并可自定义关键字段。CAM原始文件的管理提高了程序修改的便利性。

(5)实现严格的权限管理，不同的人员有不同管理权限，实现操作者对本人机床的数控程序的浏览管理：将程序分为编辑、调试、定型三个状态，严格按照编制、审核、现场验证、批准一系列流程操作，保证程序的准确性，避免损坏机床和有利于保护整个网络制造系统的安全。管理流程如图3所示。

(6)为实现基于网络制造系统的先进制造技术打下坚实的基础，提高了设备的使用效率。分页

3 DNC与企业数控加工程序管理

3.1 编制数控程序的过程

由主管工艺员在工艺编制过程中指定加工设备，从而确定数控程序编制任务；主管工艺员开《数控程序编制任务书》，技术中心指派编程员；编程员接到任务书后，打开UG或别的应用软件去完成具体的编程工作，得到数控程序文件；编程员登录DNC系统，创建数控程序业务项，并将程序文件挂到相应的业务项；挂好后就可以将它提交审签流程，完成正常的审签流程；审签完成即可将数控程序发布，进行试切；零部件工序检验合格后，即可回传程序整理归档。至此，数控程序的编制任务完成了。

3.2 DNC系统实现程序管理方式与流程

(1)DNC系统程序管理模式

由于数控程序处于产品开发的末端，从产品零部件设计信息到工艺信息，再到工序信息，由于在工序设计中，工序信息与NC程序文件不是一一对应关系，因此，需要在DNC中针对零件工序建立业务项，对应的数据项即NC程序文件可以包含多个文件和多种类型的数据文件。

(2)DNC系统中流程支持

由于数控加工设备的引进都集中于近几年，数控程序的规范化管理在国内企业中普遍存在着不规范的情况。DNC数控程序管理系统为企业在程序规范化管理方面提供了一种有效的工具。企业针对原有程序编制过程随意性强的情况，规范了程序编制流程(图3)，利用CIMCO Edit进行程序编辑仿真，NC-Base系统实现了程序的审签过程，并对试切完成的数控加工程序进行了强制回传，并对手工和CAM编程相关文档的归档规范化管理，这样企业的数控程序得到了有效管理，从而减少了企业大量的程序重复编制工作，提高了数控程序重用性。

4 基于DNC的先进制造系统集成

    DNC系统不仅实现了数控加工程序的规范化管理，而且可以通过与PDM系统的集成，可以实现产品结构数据导入，使数控加工程序与产品零部件信息相关联，从而增强NC程序信息的可控性。同时对于关键NC数据进行PDM归档管理，可以增强PDM数据的完整性。图4所示为企业PDM与DNC以XML方式进行集成模式。

DNC系统与MES系统集成，为实现资源共享及系统之间的工艺协调和调度等功能，以便系统管理人员及时了解设备利用率和准备时间、每个零件的加工时间、加工有效时间、设备状态信息等，要求网络制造单元及时向工程管理中心发送数控系统的各种状态信息，及时提交到MES系统，从而能够有效提供MES决策基础信息，提高数控加工效率。

5 总结

通过DNC系统的实施，实现了企业NC数据的高效传输和在线加工，同时规范了企业数控程序编制过程，并对NC过程数据和加工文件以及相关文档很好的保存起来，形成了规范化的NC管理，通过集成还可以为其他系统提供规范的数据和实时加工数据，初步实现了企业级的网络化制造环境。

[参考资料]

[1]基于DNC的网络制造技术的研究与应用，黄荣杰、吴波，来源：万方数据

[2]DNC系统使用手册，北京兰光创新公司实施文档