国内领先的DNC、MDC、MES数字化车间整体解决方案

孟建刚   崔凤奎

(1河南科技大学机电工程学院 2许昌烟草机械有限责任公司)

【摘 要】：本文阐述了DNC技术在离散加工业中的应用，通过该技术的应用，解决了数控机床联网通讯、程序管理以及运行状态监控等问题，减少了数控加工的辅助时间，提高了数控机床的运行效率，取得了很好的应用效果。

【关键词】：DNC技术　数控机床联网 应用

The Application of DNC Technology to

Discrete Production Industry

Meng Jiangang1,2 Cui Fengkui1

(1. The Mechanical &Electrical Engineering School，Henan University of Science and Technology 2.Xuchang Tobacco Machinery Co.,Ltd.)

【Abstract】: This paper expounds the application of DNC technology to discrete production industry. By applying this technology, it resolves the problems of networking and communication, program management and status inspection in NC machines. It also reduces the auxiliary time of CNC machining and raises NC machines' working efficiency. And good results have been obtained.

【Key Words】: DNC technology; Networking of NC Machines; Application

一. 前言

近年来，为实现我国由"制造大国"向"制造强国"的战略转变，国家正在大力推行精益制造、智能制造、柔性制造、敏捷制造等先进制造理念，并高度重视信息化在制造中的促进作用。随着企业对信息化建设的越来越重视，近年来大部分企业陆续建立了CAD、CAM、CAPP、OA、PDM、ERP 等各类软件系统，购置了大量高档数控设备，信息技术正在企业发展中发挥着越来越重要的作用。

由互联网技术进行支撑并融合信息技术与机械技术，将生产、销售、技术以及管理各部门的数据在一个网络下流动，实现信息完全共享，缩短产品生产准备时间、缩短产品交货时间、提高设备生产效率、降低产品成本的目的。正是因为这种发展趋势，在数控设备达到一定数量后，就需要引进管理数控设备的系统软件——DNC系统。

二. DNC系统的发展历程

第一个阶段(2004年以前)：直接数字控制阶段，也即Direct Numerical Control，客户主要关注的是解决机床联网与网络传输问题，程序管理、编辑仿真、数据采集等不作为重点考察内容。网络架构上很多DNC系统采用多串口的形式，这个阶段可称作是国内DNC应用的起步阶段。

第二个阶段(2004年—2007年)：分布式数字控制阶段。在满足网络传输的基础上，客户对程序管理、编辑仿真方面提出了更多的要求。这个阶段是真正网络DNC(Distributed Number Control-分布式数字控制)阶段，即用一套DNC系统将工程师、机床、工人、管理者、服务器等分布在不同地点的对象，集中在同一系统中进行管理，网络传输、程序管理、编辑仿真三个模块成为DNC必不可少功能。这期间多串口DNC架构基本被淘汰，网络DNC成为主流。这几年也是国内高端企业开始大面积应用DNC系统的时期。

第三个阶段(2007年—2011年)：广义DNC阶段。在这个阶段，客户已经不仅仅满足于基本的网络传输、程序管理等方面功能，为实现企业的精细管理，客户非常关心MDC(机床监控与数据采集)，MDC已经成为DNC系统不可缺少的一部分，MDC功能成为选择DNC系统最重要的一个标准。

第四个阶段(2010年至今)：数字化车间整体解决方案阶段。此时，大家对DNC已经高度认可，国内高端客户已经不只局限于DNC的建设，而是从总体上、全局上看待DNC、MDC技术，将DNC、MDC作为MES或者是数字化车间的基础和组成部分，认为DNC是实施 MES的基础和前提。

三. 实施DNC系统必要性

许昌烟草机械有限责任公司是烟机行业四大主机厂之一，是典型的离散型加工企业。企业现已拥有各类数控加工设备53台。由于数控设备类型多，控制系统的差异大等诸多原因，为公司的程序管理，数控程序编辑、传输、管理以及数控机床的效率统计、改善等工作带来了诸多不便之处，主要表现为：

1) 以众多数控加工设备为主要资源的生产企业，大量使用数控设备进行加工，但数控设备的生产利用率较低。

2) 生产过程中程序传输频率高。由于等待程序传输而浪费了大量生产加工时间。

3) 频繁的程序传输导致不按规范操作，对通讯接口进行热插拔，使得机床或计算机接口损坏。

4) 数控程序保管混乱，可追溯性差，三维模型图、刀具清单、夹具清单等关联文件容易混淆，存在一定的安全风险。

5) 公司制定了ISO管理规范，但程序没有集中管理，程序无严格的流程签署管理，职责不明晰，出了问题无法进行追溯，不符合ISO9000 要求。

6) 公司管理部门和管理系统不能及时得到生产设备的实时生产状况，因而不能及时做出科学的生产管理计划及措施，影响了公司生产效能的发挥。

四. DNC系统建设

经过长时间的新技术跟踪与调研，我们发现用一台计算机进行所有数控机床的程序传输、数控程序编辑与仿真、程序数据库管理、机床数据采集，机床联网整体解决方案正是为解决制造业企业这一问题而推出的。许昌烟草机械有限责任公司引进了具有世界领先水平的CIMCO机床联网整体解决方案，实现了数控程序的传输、管理、数控设备的监控与数据采集，实现企业网向生产现场的延伸，使机加工车间的生产制造模式发生了质的飞跃。

许昌烟草机械有限责任公司的机床联网与监控系统的实施，将公司53台数控设备联入公司网络，建立了如下的 DNC网络结构图，见下图：

DNC网络拓扑图(1)

以下是各模块功能说明：

1. 数控机床通讯模块DNC

通过成功实施数控机床通讯模块，用一台DNC服务器实现了所有数控设备的集中控制和管理，所有数控程序都存放在DNC服务器上，实现了数控程序的集中共享。

2.程序管理模块NCBase

程序管理系统在客户端/服务器平台构架上，产品数据集中放置在服务器中实现数据的集中和共享。程序管理系统包括产品结构树的管理、数控程序的流程管理、人员权限的管理、安全管理、版本管理等。

NCBase程序管理图(2)

3.程序编辑仿真模块EDIT

程序编辑仿真系统主要负责程序的快速编辑与实体模拟，方便编程技术人员进行程序模拟，检查刀具轨迹是否正确等。

4.采集监控模块MDC

采集监控模块负责机床实时信息的采集。包括远程监控设备状态(运行、空闲、故障、关机、维修等状态)，实时获知每台机床的当前加工的工件和工件生产数量。为MES/ERP系统提供准确、及时的生产完工信息，以及所有机床状态等，这是科学制订生产计划的重要基础。

MDC车间布局图(3)

五. 规范程序管理

许昌烟草机械有限责任公司DNC的成功应用，使车间的数控加工程序管理发生了很大的变化。公司根据自身离散加工行业的特点制订了程序管理规范和流程，实现了对数控机床加工程序的有效管控，同时通过制订数控程序管理流程，解决了原来因程序问题导致出现的各类质量事故，大大地提高了产品质量。

1.程序命名规范

通过应用程序管理系统，公司对所有数控程序都进行了规范命名，解决了因程序命名不规范导致工人查找某项零件加工程序困难，提高了零件追溯的方便性，使编制的数控程序容易读懂，且能避免加工时错误的发生。

2. 数控程序卡片的管理

数控程序卡片是数控加工程序的重要文件，数控操作工人通过数控程序卡片能更好的理解数控程序的加工意图。通过重新规范填写数控程序卡片，提高了产品的质量，卡片格式如下：

表1

 

产品型号

 

零件图号

 

零件名称

 

工 序

 

加工设备

   
         

一、加工准备

 

装夹方式

   

定位方式

   

装夹位置

   

冷却润滑

   

零点位置（文字或草图描述）

   

技术员：

   

操作者：

   

二、程序编制

 

文件名：

   

编制

   

三、程序试切

 

加工内容是否完整：

   

措施：

   

是否按工艺规程加工：

   

措施：

   

程序是否造成机床碰撞：

   

措施：

   

程序是否造成零件过切：

   

措施：

   

程序是否优化：

   

措施：

   

操作者：

   

技术员：

   

检验员：

       

检验员：

         

刀具编号

 

刀具类型

 

规格

 

刃 长

 

伸出长度

 

加工位置

 

加工方法描述

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

　

 

技术员：

 

　

 

操作者：

 

　

 

3.数控加工流程管理

根据许昌烟草机械有限责任公司管理现状，从程序编制、试切、更改、审批、加工等各类环节建立了流程管理方案，保证了数控程序从加工准备、编制、审核、机床加工的过程控制，提高了产品加工质量。

主要流程如下：

1)加工准备流程

2)程序加工流程

3)已固化程序的加工流程

程序流程过程说明：

l 要进行数控加工的零件由车间调度通过ERP系统与DNC系统集成，将计划表提交DNC系统,编程员在DNC中查看编程任务计划表。见下表：

序号

 

产品型号

 

零件图号

 

零件名称

 

加工工序

 

加工机床

 

预加工日期

 
             
             
             

表2

l 编程技术员消化工艺规程，首先确认工艺规程版本是否一致，对已固化的程序如工艺规程有更改，则需按新程序流程进行。

l 编程技术员进行零件造型和编程后，提出加工方案及刀具清单，刀具管理系统中确认刀具类型和数量，然后将刀具清单提交给刀具管理员进行配刀，同时将数控加工流程卡片提供给操作者进行生产前的工装量具准备。

l 编程技术员依据工艺规程进行零件造型及加工程序编制。生成数控程序后通过DNC系统仿真软件EDIT进行校对，校对内容主要是零件的造型及代码仿真模型，重点在于加工内容与工艺规程的一致性和加工的干涉与否。

l 校对后的数控加工程序上传到DNC系统服务器，操作者先核对程序名称与图号、工艺版本号，核对后的加工程序下载到机床进行试加工，试加工合格后进行零件首检，最后将加工零件合格的加工程序回传至DNC系统经技术主管批准后保存。

六. 总结 

DNC系统在许昌烟草机械有限责任公司成功实施和应用后，通过一台DNC服务器可对所有数控设备实现集中管理、集中控制、集中监控，使数控设备由一个信息孤岛变为企业的一个信息节点。通过DNC网络化传输，使公司数控机床的程序传输效率和传输准确性大大提高;通过制订数控程序命名规则、优化数控程序卡片、建立完善的数控流程管理制度，实现了对程序的规范化管理，并提高了产品加工质量;通过对数控设备的数据自动采集，对生产过程及设备实现透明化、实时化的管理;通过与其它信息系统的集成，最大程度地共享了企业的数据，将DNC系统融于企业整个信息化系统，为企业实现全面的数字化制造奠定了坚实基础，对于推进公司的精益生产、精益管理也起到了很好的促进作用。