0 引言近几年 ,随着数控机床及 CAD/CAPP/CAM、FMS和 CIMS技术的不断发展与推广应用 ,DNC技术已成为企业实现产品设计和制造过程集成的重要手段 . DNC相对 FMS具有投资少、见效快的特点 ,对于国内大多数资金和技术力量尚不足的企业来说 ,具有相当大的吸引力和实用价值 .本文以国家86 3纺机行业的重点项目江西南飞纺织机械有限责任公司 南飞纺机公司 CIMS工程中的 DNC系统为背景 ,就企业集成 DNC技术作一些探讨 .1 DNC概述DNC是指用一台计算机对多台数控机床实施综合数字控制的一种方式 ,是车间自动化的重要组成形式 ,DNC最早的含义是直接数字控制 directnumerical control ,也称 群控 ,指的是将若干台控制设备直接连接到一台中央控制计算机上 ,由该计算机负责 NC程序的管理和传送 ,它解决了早期数控设备因使用纸带而带来的许多问题 .70年代以后随着 CNC技术的不断发展 ,数控系统的存储容量和计算速度都有了很大的提高 ,DNC的含义由简单的直接数字控制发展到分布式数字控制 distributed numerical control .它不但具有直接数字控制的所有功能 ,而且具有收集系统信息、监视系统状态和远程控制等功能 .随着计算机技术、通讯技术以及数控技术自身的发展 ,DNC系统从以传 NC程序为主要功能的传统 DNC而发展成新型集成
DNC 或称广义 DNC .这种集成化 DNC系统以计算机、通讯、数控等技术为基础 ,把与制造过程有关的设备与上层控制计算机集成起来 ,从而实现制造设备的集中控制管理以及制造设备间、制造设备与上层控制计算机间的信息交换 ,集通信、控制、计划、管理、设计等功能于一体 ,是现代化机械加工车间实现设备集成、信息集成和功能集成的一种新方法 ,是车间自动化的重要模式 ,也是实现 CIMS的重要组成部分 .2 DNC中数控系统的集成2 .1 集成结构形式DNC系统的选择应根据企业现有设备情况、所需要的自动化程度和具体的计算机控制层次等因素 .DNC系统从结构上可大致分为以下 3种形式 :2 .1 .1 纸带机旁路式 BTR behind tap reader 结构将 DNC主机 中央计算机 与读带机并接于数控机床上 ,取代读带机功能来传输
NC程序 .当中央计算机发生故障后 ,利用读带机使数控装置仍可独立使用 .所以这种结构稳定性高 ,也较易实现 .缺点是由于数控装置并未简化 ,硬件成本较高 .BTR式结构如图 1所示 .图 1 BTR结构2 .1 .2 一般控制结构一般控制结构的 DNC系统通常具有两级计算机分级结构 ,即中央计算机和 NC或 CNC系统群 ,如图 2所示 .DNC主机从大容量外存中调用零件程图 2 DNC一般控制结构序指令 ,并在需要的时候将它们发送给机床 ,它也接受从机床反馈的数据 .这两路信息流是实时产生的 ,每台机床对指令的要求几乎是在同时被满足 .同样 ,DNC主机对多台 NC系统进行分时控制 ,分配 NC程序 ,还要实现操作指令下达和状态信息反馈等功能 ,且随时作出响应 .2 .1 .3 多级控制结构多级 DNC结构 ,通常为树型结构 .一般来说 ,底部的能力主要是面向应用的 ,具有专用的能力 ,用于完成规定的特殊任务 .而顶部则具有通用的能力 ,控制与协调整个系统 .DNC系统的结构与系统的规模有关 ,可能有二、三、四级的结构 ,常用的是二、三级结构 ,以三级居多 ,其结构如图 3所示 .三级功能模型如下 :图 3 多级控制结构最高级是小型计算机或者是高档微机 ,并且包括自动编程语言系统或图形交互编程系统 .这一级往往还承担着系统的管理、生产计划和物料需求计划等功能 .中间级一般是微型计算机 .它可直接接收来自上一级系统的信息 ,也可根据下一级的设备状态 ,进行任务分解和调度 ,实时地向各个设备分配加工任务及一些统计信息和系统状态信息的反馈 .最底层的一级一般都是机床控制单元 .它接受来自上一级的加工指令和控制信息 ,实现机床各坐标轴的运动及有关辅助功能的协调工作 ,也可向上一级反馈工况信息 .2 .2 集成通讯方式目前机床数控系统的通讯口 ,主要有以下几种形式 :低档型的早期数控设备一般无通讯功能 ,需要增加接口板 ;中档型具有 RS 2 3 2 C/RS 42 2通信口或 DNC接口 ;新一代高档型具有 DNC接口或具有符合 MAP manufacturing automation protocol 网络标准的网络型接口 ,可直接与网络连接的专用通讯微处理器接口 ,通过该接口可以把数控设备连接在工业局域网 LAN 中 .网络通信协议大多采用ISO开放系统互联参考模型 7层结构为基础的有关协议 ,或采用 IEEE80 2局域网络的协议 .近年来MAP制造自动化协议已很快成为应用于工厂自动化的标准工业局域网络的协议 .从通讯接口的功能角度看出 DNC接口分为 :基本 DNC功能 ,可实现 NC程序的下传 ;狭义 DNC功能 ,可实现 NC程序的双向传送 ;广义 DNC功能 ,除了实现 NC程序传送外 ,还具有采集系统状态和远程控制等功能 .DNC系统功能的不同则其结构的复杂程度不同 ,相应的成本也就相差很大 ,因此企业可根据生产实际情况来选用合适的
DNC系统 .目前国内使用的数控机床大多数具有 RS2 3 2 C/RS 42 2通信接口 ,利用 RS- 2 3 2 C接口可以方便地实现狭义 DNC的通信功能 ,即上下传 NC程序 .根据传输距离远近 ,可选择加调制解调器联接或不加调制解调器联接两种方式 .当传输距离较近 一般 3 0 m以内 ,可选零调制解调器 即 NULL MO-DEM 联接 ,使用 MODEM联接适于远距离传输 .3 DNC在 CIMS中与其他系统集成随着 DNC系统功能的扩展以及计算机网络技术的发展 ,将 DNC系统与上层设计、管理等系统的信息集成 ,实现从设计到生产整个过程的信息共享已成为 CIMS系统中急需解决的问题 .在 CIMS环境中 ,
集成 DNC主机通常集 DNC控制与多种管理功能于一体 ,如通讯管理、NC程序管理、工艺信息管理、生产计划与调度等 .集成 DNC主机除与数控设备通讯外 ,还利用企业局域网和与CAD/CAPP/CAM等系统的接口实现信息与资源的共享 .南飞纺机公司 CIMS工程中的一个车间自动化 FA 系统的信息流程图如图 4所示 .这个 FA图 4 车间自动化系统信息流程图系统由 4个 DNC、1个刀具立体库和 1个物料库组成 ,车间所有的信息都是集成和共享的 .刀具库和物料库均为自动化仓库 .该项目的 FA系统采用四级递阶控制结构 :车间、单元、工作站和设备 .其中单元和制造工作站逻辑上为独立的二级 ,但物理上都放在 DNC主控计算机上 ,通过该计算机可以实现车间生产任务的接收、工艺规程和 NC程序的双向传送、生产计划完成情况、产品加工信息和机床状态信息的反馈 .单元 /工作站控制器通过 DNC主控计算机与数控设备实现互连 ,该车间中共配置了 4台数控设备 :SK2 1磨床、MC3 3 0加工中心、X71 5 B铣床和中捷加工中心 ,分别由各自的 DNC主控计算机控制 .DNC主控计算机使用 Windows95操作系统 ,采用 Power Bulider开发客户端应用程序 ,通过TCP/IP协议和 Oracle数据库引擎 ,与工厂计算中心的 Oracle数据库相连 ,提取生产任务、零件的加工工艺单以及相应的 NC程序 ,并可以向上级控制器反馈加工完成情况和机床的状态 .DNC接口计算机与数控机床之间采用 RS 2 3 2 C串行口 9针直接电缆连接和 VC编制了通讯接口模块 .在工程实施过程中发现 ,由于数控机床自身所具备的存储容量有限 ,对于工艺复杂的零件 ,其数控加工代码量很大 ,数控机床无法一次性全部存入 .因此在开发 DNC控制软件时 ,利用 RS 2 3 2 C串行口通讯的特点 ,与数控机床建立握手信号 ,将数控代码以滴水的方式发送给数控机床 ,实现了数控机床的在线加工 .该 DNC系统经过调试 ,基本实现了车间自动化的各项功能 ,完成了产品设计到制造整个过程的信息集成 ,形成统一、协调的信息流 ,从而实现了集成自动化 .目前 ,该系统已正式在工厂中运行使用 .4 结束语DNC及相关技术的发展 ,给 DNC系统研究带来新的活力 .DNC模式不仅是实施 CIMS的一个切实可行的模式 ,而且作为一种自动化制造模式 ,在我国中小企业中实施具有较高的实用价值企业集成DNC技术的研究与应用@魏孝斌$南京航空航天大学CIMS工程研究中心!南京210016
@王宁生$南京航空航天大学CIMS工程研究中心!南京210016
@冷晟$南京航空航天大学CIMS工程研究中心!南京210016DNC;;集成;;CIMS阐述了 DNC系统的发展 ,分析了 DNC系统的集成结构形式和集成通讯方式 ,并结合具体工程应用 ,对 CIMS工程中集成 DNC技术进行了研究和探讨 .<1> 张旭梅,刘 飞.基于集成DNC技术的车间运行模式
.中国机械工程,1999,3:321-323.
<2> 沈红卫.RS 232C串行通信的实践探讨.计算机工程,1999,7:100-102.
<3> 庄熙星,郑 明.基于网络的柔性DNC系统的设计与实现.机械设计与制造工程,1998,1:28-30.传输距离远近 ,可选择加调制解调器联接或不加调制解调