应用网络DNC搭建数字化制造平台

    中国船舶重工集团公司国营武昌造船厂主营特种船舶舾装件与完整件，大、中型钢结构，机械加工、特种设备制造、冶金成套设备制造等业务。近年来逐年加大技术创新投入，利用信息技术不断推进企业转型升级，初步形成了融合三维设计、虚拟仿真和设计管理与控制平台为一体的数字产品柔性生产线，计算机三维生产设计、企业信息空间工程和潜艇总段建造技术等自主知识产权成为武船机制分厂搏击市场的核心竞争力。

    然而在发展中，企业的生产能力也在经受着新的考验，随着发展速度一步步的加快，认识到了生产能力的提高不再仅仅是增加一峰设备那么简单，需要通过更加合理的安排生产、调节生产计划、改善生产节拍、全面过程控制这些手段来实现产能、品质的提高，成本降低，从而有效地增加企业产品的核心竞争力。在3个车间进行整体数字化改造丁程，采用CAXA网络DNC系统为车间整体信息化的平台，完成机床代码传输及在线加工的工作，同时为后期车间管理打下基础。

一、方案设计指导思想

    武船机制分厂数控设备生产管理系统的指导思想为：“总体规划、分步实施”。先实现数控设备联网，然后合作实现数字化生产管理，并进一步完成程序编辑仿真、设备信息采集、统计分析这几个模块的功能，并将这几个模块的功能应用成熟，在后期可以考虑到实现MES(制造执行系统)系统，有效的对生产计划、派工、产能信息回馈、排产、库房管理、刀具管理这几部分做出更进一步的改善，完全实现数字化生产，并与企业ERP/PDM/CAPP等系统集成，实现企业级的协同管理和工作。

    统一平台，协同管理：实现网络DNC系统的整体规划、建设和管理，CAXA网络DNC系统提供了统一的信息资源规划、统一的系统实施和部署、统一的应用升级和发布机制，实现信息化的整体规划、建设和管理。CAXA网络DNC系统建立集成的系统体系，统一的权限控制，统一的流程、协作、任务和消息传递机制，统一的信息集成机制，使系统成为集成、协同的整体。满足企业个性和长远发展的需要。

    采用集中数据处理模式，提高可控性：CAXA网络DNC系统实施后，最终所有数据均被管理存储于总服务器中，考虑到数据保密及安全，网络DNC系统数据总服务器必须考虑数据备份，支持硬盘热插拔。可以做到按时间周期设置自动数据备份。

    统一规划，分步实施：DNC系统建设项目是一项系统工程，关系到车间生产的方方面面，是一项引入新思想、新观念的全局性工作，因此，需要集中统筹，统一规划，制定切实可行的总体实施规划，把网络DNC系统的管理思想、管理体制、管理方法融入到生产中去。如果没有统一的建设规划，没有统一的标准、规范，数据不能集成、共享，将会造成很多“信息孤岛”，既造成重复投资，又大大降低了使用效果。

    按照总体规划，自下向上分步实施的原则，每完成一步，按阶段验收一步，即先实施的车间，先试运行，在试运行后，进行阶段性验收，本着完善提高的方式进行。

二、方案的实施

    CAXA经过与武船机制分厂技术人员的多次沟通与交流，了解到武船机制分厂对DNC系统需求突出为程序设备的代码传输和生产文档的管理并且能实现机床生产信息的数据采集。经过和使用部门多次探讨，在最为基础的数控设备通讯模块中，CAXA提出“智能终端(单串口服务器)”方案。在数控设备统一集中通讯的需求下，需要一套完整的解决方案来完成整个网络结构的搭建，从而保证通讯的畅通无阻，操作的方便快捷，系统的安全可靠。

图1：武船机制分厂网络结构拓扑图

    在方案中，CAXA采用了一种定制的国产串口服务器(又名智能终端)，这是一种网络节点上的微型嵌入式计算机，也是一种在安全上非常敏感的网络硬件。国内军工企业实施网络DNC系统大多要求使用国内制造的该种智能终端产品，它是中国电信网络控制中大量使用的信得过产品。从军工行业保密方面要求考虑，该智能终端其产品内核系统为Linux，应用部分软件由CAXA编写，硬件内的全部源码为CAXA掌握，不存在非友好集团的不良程序，不会泄漏用户信息。从系统的可靠性上考虑，使用智能终端能提供每天24h、每周7个工作日、每月30天、每年12个月的不间断运行，且硬件发热小、稳定性高，能保证车间现场使用。

    使用智能终端设备的工作原理为：每台机床使用1个智能终端，实际上为1个微型计算机，因此可以将机床作为车间局域网中的1个节点联入到车间以太网络中，布线时不需要布置成本昂贵的串口线路，只要布置通用以太网线路就可以。智能终端的一端连接机床的串口，从智能终端的另一端引出的屏蔽网线连接到附近的以太网交换机上，以太网交换机再通过已布置好的光纤模块接入企业园区网。

    由于以太网络比RS232线路的稳定性和可扩展性好，如果每台数控机床前放置一台智能终端，它具有独立的IP地址，并具有RS232和RJ45协议转换的功能，能够按照一定的协议和数控机床及网络上的服务器计算机进行数据交换，这样既可以将RS232线路缩短到最短。另一方面，由于服务器不直接和数控机床的RS232接口通信，而是以10/100M的速度与单个终端微缩计算机进行网络通信，因此单台服务器可控制的机床数量将比单纯的多串口通信大得多，可以真正做到单台服务器可管理的数控设备超过256台。
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    智能终端内部具有独立的CPU和内存，外部具有2个接口：以太网络的RJ45接口和RS232接口，如图2所示。

图2：以太网络的RJ45接口和Rs232接口

    此种通信方式特点及优势为：真正做到将串口线路缩短到最短，增强了申口通信的稳定性；计算机服务器的并行处理能力大大提高，系统安全、稳定；通过智能终端的方式连接，可以有效地避免病毒对机床的入侵；通过智能终端和CAXA网络DNC通讯软件的配合，可以针对FANUC系列的机床直接实现快速机床加工信息采集，无需再增添其他设备以增加成本；智能终端属于单节点通讯设备，即使1个损坏也不会影响到其他设备。另外，在维修方面也更加方便快捷，不用担心多串口服务器的方式下出现“一口损坏，整台更换”的尴尬局面，而且整台更换将会影响到所有机床的正常通信，严重影响生产，即使可以快速的更换，也需重新对该多串口服务器进行相关配置，费时费力。

    此方式已经过多个用户多年的使用测试，可以保证长时间不间断运行，系统运行稳定、可靠，并且操作简便。从整个平台的结构而言，实现了数控设备通讯模块是完成及贯通整个系统及平台的前提和基础。

    CAXA网络DNC通信模块可以完成数控加工程序从服务器到机床的远程上传/下载、数控设备参数的备份/恢复、大程序的在线加工等功能，在网络DNC系统中起很重要的作用。如图3所示，它完成的基本功能是代码的双向传输，支持远程请求与远程传输功能，操作者在机床端就可以远程调用程序，完成程序的发送、接收和列表查询。

    除此以外还可以完成机床参数设置/加密/备份，代码校验仿真，高级参数设置，加工数据采集等功能。CAXA网络DNC通信系统组成见图3。

图3：CAXA网络DNC通信系统组成

    CAXA网络DNC通信模块自动传输/监测稳定可靠，能适应365×24的工作模式，保证长年全天24h开机工作，不会影响机床的三班倒或节假日加班运行；由于在与串口机床通信时采用了定制的国产智能终端，它是一种增加了大量串口传输功能和提高了传输稳定性和安全性的串口服务器，其内置了CAXA自行开发的程序模块，实现了准硬协议式的传输，计算机端与单串口服务器间通信采用TCP/IP协议传输，速度可以真正达到以10/100M速度进行，降低网络资源负载，提高并行加工能力，在传输过程中保证数据传输稳定快捷，准确无误，具有多重校验机制，使支持线路受干扰后数据丢包、缺损的自动补齐，字符自动效验功能，保证数据传输稳定可靠。保证了程序传输无误码、无掉段。

三、项目实施效果

    本项目实现了3个车间14台数控设备的通讯控制，操作者只需要在数控设备的控制面板上输入调用指令，即可完成程序的发送、接收和列表查询。实现多台机床并行在线加工、断点续传能力，并可实现自动、手工、断点续传，在线加工过程中会实现自动补包，确保了传输到机床的程序无误。可将不同的设备类型、不同的控制系统以不同的接入方式同时接入统一的网络进行管理。上传程序时，服务器能够自动接收、自动保存数控程序，服务器端无需专人职守。实现加工程序远程列表浏览，操作者在机床端就可以浏览服务器上对应的文件列表，并可在列表中选择程序进行调用。具有强大的日志管理功能，可以记录整个系统的所有事件，提供复合查询检索，方便问题的查找。可查看数据传输的日期、时间、文件名以及上传还是下载等内容，用以记录操作者的操作过程及出错信息。可以自动备份通讯参数，在移机或重装系统时，机床参数可智能恢复。

四、结语

    武船机制分厂CAXA网络DNC项目的施工难度较大，设备体型大，品种多，包含锻压、金切、铸造、起运等设备，CAXA克服了种种困难，顺利完成了施下，受到了武船机制分厂的好评。CAXA为武船机制分厂DNC系统建设项目匹配了CAXA最优秀的平台和模块，并通过模块之间的完美契合，实现了本次项目的全部技术要求，并且对某些技术要求做了更加完美的补充和完善，使之真正成为适合武船机制分厂的DNC系统建设项目，为武船机制分厂搭建一体化的数字化制造平台打下坚实基础。CAXA网络DNC系统在武船机制分厂的应用是非常成功的。