?    隨著經(jīng)濟全球化、信息和服務網(wǎng)絡化，網(wǎng)絡化設(shè)計制造已代替技術(shù)手段落后、生產(chǎn)效率低、管理維護費用高的單機生產(chǎn)及管理模式而成為當前制造業(yè)的主要生產(chǎn)形式。為此，企業(yè)需要大量熟悉并掌握現(xiàn)代網(wǎng)絡化設(shè)計和制造的工程技術(shù)人才，而我國的高等工程教育存在明顯的結(jié)構(gòu)性矛盾。如學生的專業(yè)訓練與企業(yè)人才需求不匹配，學校缺乏符合現(xiàn)代先進制造要求的真實教學和實訓環(huán)境等。本文結(jié)合工程訓練中心建設(shè)的實際，提出了基于局域網(wǎng)的數(shù)控實習基地方案，旨在為學生提供一個真實的場景，為中小企業(yè)的信息化發(fā)展提供合作平臺。

??1 網(wǎng)絡設(shè)計制造及DNC概述??

    1．1 網(wǎng)絡化設(shè)計制造

    網(wǎng)絡化設(shè)計制造從廣義上講是指按照敏捷制造的思想，由多種、異構(gòu)、分布式的制造資源，以一定互聯(lián)方式、利用internet技術(shù)組成的、開放式的、多平臺的、相互協(xié)作的、能及時靈活地響應市場需求變化的新模式。本文所涉及網(wǎng)絡化制造是一種狹義上的定義，表現(xiàn)為企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡化，即將企業(yè)內(nèi)部的管理部門、設(shè)計部門、生產(chǎn)部門在網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持下進行的設(shè)計制造及管理系統(tǒng)信息集成。

    1．2集成DNC

    DNC(direct numerical control或distributed numerical control)是用一臺計算機對多臺數(shù)控機床進行集成化控制管理的一種方式。按其內(nèi)涵可分為直接、分布、柔性、網(wǎng)絡、集成和智能DNC等。其中集成DNC系統(tǒng)目前應用較為廣泛，它以數(shù)控、計算機、控制、通訊和網(wǎng)絡等先進技術(shù)為基礎(chǔ)，把與制造過程有關(guān)的設(shè)備與上層控制計算機集成起來，從而實現(xiàn)制造車問制造設(shè)備的集成控制管理及制造設(shè)備之間、制造設(shè)備與上層計算機之間的信息交換。它是制造業(yè)自動化的重要模式，是實現(xiàn)網(wǎng)絡化設(shè)計制造、MES等系統(tǒng)的重要組成部分。

    1．3集成DNC的網(wǎng)絡運行模式

    根據(jù)實習(生產(chǎn))車間的不同規(guī)模和大小，集成DNC的控制結(jié)構(gòu)可有多種形式，對應于這些形式，實習(生產(chǎn))車問又有多種網(wǎng)絡運行模式。

    (1)二層運行模式(見圖1)。集成DNC主機集DNC控制和多種管理功能為一體，同時還具有與CAD，CAPP，CAM，ERPⅡ等系統(tǒng)的接口。適合于對加工車間局部進行DNC控制。

圖1二層運行模式
Fig．1 Two-layer operating model

    (2)三層運行模式(見圖2)。具有車間、工作站和設(shè)備3層結(jié)構(gòu)。這里DNC主機僅負責與數(shù)控設(shè)備的通信控制和通信管理及數(shù)控設(shè)備的狀態(tài)信息采集、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、NC程序生成等，而其它信息的管理則由相應工作站和車間服務器來完成。

圖2三層運行模式
Fig．2 Three-layer operating model

    (3)四層運行模式(見圖3)。與(2)的區(qū)別在于增加了單元層管理，各單元內(nèi)部的生產(chǎn)管理功能模塊均放在單元內(nèi)，而與各單元有關(guān)的功能模塊放在車間層，通過車間局域網(wǎng)與各制造單元交換信息。

    (4)五層運行模式(跨車間運行模式)，如圖4所示。前3種運行模式的共同特點是不能與外界直接進行信息交換。現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢要求加工車間不僅應與企業(yè)管理層建立信息交換通道，車間還應通過局域網(wǎng)和internet建立跨車間、跨企業(yè)、跨地域甚至跨國界的制造信息交換通道。跨車間運行模式正是基于未來制造業(yè)發(fā)展趨勢而產(chǎn)生的。

圖3四層運行模式
Fig．3 Four-layer operating model

圖4五層運行模式
Fig．4 Five-layer operating model

??2 基地網(wǎng)絡平臺設(shè)計??

    2．1 現(xiàn)狀

    高校工程訓練中心主要承擔大學生的工程訓練、創(chuàng)新實踐、相關(guān)課程的實習及科研任務，配有多種工業(yè)用數(shù)控加工設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)。近幾年又引進了一體化的設(shè)計制造軟件，逐步實施了CAD／CAM／CAPP等系統(tǒng)，它們在教學和生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。但目前這些軟件和設(shè)備均處于單機運行的“孤島”狀態(tài)，利用率低，管理困難，嚴重滯后于先進制造技術(shù)的發(fā)展步伐，對教學科研影響較大。

    2．2總體方案設(shè)計

    根據(jù)實際情況，本方案采用3層運行模式。在網(wǎng)絡控制模式上，目前主要有基于CAN總線的DNC網(wǎng)絡模式和基于以太網(wǎng)的DNC網(wǎng)絡模式。前者具有實時性強、可靠性高、通訊速率快、總線協(xié)議具有完善的錯誤處理機制、靈活性高等優(yōu)點，其技術(shù)優(yōu)勢明顯，但過多的協(xié)議層次將增加整個系統(tǒng)的復雜程度和開發(fā)難度。而以太網(wǎng)作為一種網(wǎng)絡技術(shù)已發(fā)展成能在不同平臺問進行廣泛便捷信息訪問的重要手段，它能在需要的時間和地點傳遞正確的信息，并進行控制。同時以太網(wǎng)的抗干擾設(shè)計保證了在實習和生產(chǎn)車間惡劣環(huán)境下的通信暢通及實時性，且易于與管理層集成。因此方案中選擇基于以太網(wǎng)的DNC網(wǎng)絡模式。圖5為平臺總體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，分為信息交流層、中央管理層和加工設(shè)備層。

圖5平臺總體結(jié)構(gòu)
Fig．5 Platform structure

    2．3 系統(tǒng)信息工作流程

    基于以太網(wǎng)的DNC通信系統(tǒng)的信息流動模型見圖6。DNC轉(zhuǎn)換器相當于數(shù)控機床信息中轉(zhuǎn)站，同時又是嵌入式web服務器，實時發(fā)布機床狀態(tài)信息。DNC服務器負責與DNC串口轉(zhuǎn)換器間數(shù)控程序的交換。數(shù)據(jù)庫服務器負責存儲機床事件和信息管理。而中心服務器和學校網(wǎng)絡中心服務器作為訓練中心局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)機床實時信息，從數(shù)據(jù)庫中提取機床事件日志并進行分析后，供校外企業(yè)及相關(guān)用戶使用，實現(xiàn)信息共享。

??3 系統(tǒng)的主要功能??

    (1)聯(lián)網(wǎng)機床信息管理功能。如管理人員可以增加、刪除、修改聯(lián)網(wǎng)機床信息、設(shè)置機床通訊參數(shù)等，并能根據(jù)不同機床發(fā)送的不同請求，自動回送其所需要的程序代碼，真正做到計算機端無人值守。

    (2)NC程序管理功能。如通過目錄和文件管理對不同類型NC程序進行分類管理，包括數(shù)控程序的上傳、編輯、模擬和查詢及處理機床上傳至計算同名NC程序，及時向機床回發(fā)錯誤提示信息等。

    (3)在線加工功能。如多臺機床可同時查詢、上傳、下載NC程序，互不干擾，并能邊下載邊加工。

    (4)機床任務管理功能。如可提供每臺機床的實習(加工)任務管理，中心指導教師和網(wǎng)內(nèi)獲得權(quán)限的成員可以對機床的加工任務進行添加、刪除和任務查詢，還可以把每日實習(加工)任務生成任務單下達給機床操作人員。

    (5)機床狀態(tài)分析功能。如通過DNC獲得機床運行狀態(tài)日志，提供對其分析對比，了解機床的工作效率，同時為管理人員提供相關(guān)運行基本數(shù)據(jù)，以便及時了解整個系統(tǒng)的運行情況，方便管理。

    (6)用戶權(quán)限管理功能。如提供對中心(車間)內(nèi)部人員和其它相關(guān)人員的賬號和工作權(quán)限的管理，部分工作由系統(tǒng)管理員完成。

    (7)信息共享功能。如為制造網(wǎng)內(nèi)的各個用戶或部門提供加工任務信息發(fā)布、CAD／CAM設(shè)計信息以及各種相關(guān)技術(shù)信息的共享和交流使用。

圖6 DNC通信系統(tǒng)工作流程
Fig．6 DNC communications System working flow

??4 結(jié)語??

    工程訓練中心集成網(wǎng)絡DNC實習基地建設(shè)融合了網(wǎng)絡DNC、一體化設(shè)計制造、車間信息管理等多項技術(shù)，不僅為學生提供了一個認識和體驗現(xiàn)代制造企業(yè)網(wǎng)絡制造模式的真實環(huán)境，縮短了學生與企業(yè)對接的時間，而且這種集協(xié)同設(shè)計制造信息集成及數(shù)控車間集成化控制與管理為一體的網(wǎng)絡化平臺對中小企業(yè)的信息化也具有一定的參考價值。