1.需求背景

1）建立覆蓋加工車間的分布式控制網絡，實現NC程序的有效調用、穩(wěn)定有效傳輸和在線加工等，實現刀補參數文件從對刀儀到機床端的有效傳輸。

2）實現對數控機床的實時數據和其它生產類數據的有效采集，并將采集的數據以報表或統計圖表的形式供決策者參考分析。同時采集的數據對以后MES平臺的生產調度和管理起到有效地指導作用。

3）實現對NC程序的統一流程管理，并且在系統內實現NC程序與其關聯生產要素文件統一管理。

4）可視化數據展示：在實現機床數據采集的基礎上，對車間機床進行三維建模，通過現場的展示大屏幕、數控設備旁的觸摸屏以及相關管理人員的PC終端對設備狀態(tài)、設備開機率、零件完工率等進行有效展示。

2.機床聯網概述

    機床聯網項目的實施，為設備層級的有效管控，提供了技術支撐，作為底層設備的信息化，是實施數字化制造的基礎手段是公司推行數字化制造技術的基礎，為公司推行的數字化工廠的建設起到舉足輕重的作用。

    本項目在于搭建一個設備層(數控機床)的車間級分布式控制網絡，并且實時采集機床數據和其它生產類數據，實現數控程序及相關聯的生產要素(零件圖紙、加工工藝、刀、夾、量具列表等)的有效管理，同時實現機床狀態(tài)等的可視化展示等。

    項目包含四大功能模塊：DNC(Distributed Numeric Control分布式控制網絡)系統、MDC(Manufacturing Data Collection 生產數據采集)系統、NC(Numerical Control數字控制，簡稱數控)程序管理系統、可視化數據展示系統。

 （1）DNC系統

    核心功能DNC(Distributed Numeric Control分布式控制網絡)系統。DNC系統是用于生產設備及工位智能化聯網管理的系統。機床聯網項目所采用的DNC系統賦予了比以往工業(yè)傳統DNC(程序傳輸)更深更廣的意義：不僅能夠聯網所有的CNC數控加工設備，同時還能對自動化生產線PLC工作中心和其他所有的普通工位及測量工位進行聯網管理。

    DNC系統所采用的網絡連接方案：在車間每臺數控設備內部都配備一個“串口聯網設備”，通過每個數控設備內部的串口聯網設備，將數控設備的程序傳輸數據流、條碼傳輸數據流、以及MDC信號反饋數據流都匯總成一個TCP/IP協議數據傳輸線，然后通過公司車間內部光纖機柜再匯總到公司的企業(yè)內網中。

    方案優(yōu)點：無視數控設備相互之間的間隔距離，無論設備分隔有多遠都能夠用最直接的網絡布線方式解決，并且傳輸穩(wěn)定，適用于車間設備比較離散的企業(yè)。DNC服務器也能夠遠離車間現場。

   方案缺點：每個串口聯網設備都需要配備一個IP地址，比較浪費網絡IP資源。

    DNC系統所采用的條碼使用方案：為每臺數控設備配備條碼槍，通過操作人員在機床端，用條碼槍掃描條碼的方式來調用程序。做法是在已有的派工單上，在程序名稱(程序名稱與零件、工序等任務信息是相關聯的)旁增加對應條形碼。在生產過程中由設備操作人員根據實際情況，用條形碼掃描槍掃描條形碼，掃描到的命令即可通過DNC網絡傳送到服務器，此時服務器會自動將與其相關的程序及生產要素(零件圖紙、加工工藝、刀、夾、量具列表等)發(fā)送給現場設備端，現場操作員此時只需按設備控制系統上的“接收”按鈕即可。

 （2）MDC系統

    是一套通過多種靈活方法采集生產現場的實時狀態(tài)數據(包括設備、人員和生產任務等)，將其存儲在SQL或Oracle等數據庫中，并以先進的精益制造管理理念為基礎，結合自帶的專用計算、分析和統計方法，以報表和圖表直觀反映當前或過去某段時間車間的詳細制造數據和生產狀況的系統。

   MDC系統通過向決策者提供真實的車間數據報表和圖表，來幫助企業(yè)生產部門做出科學和有效的決策，幫助企業(yè)改善生產制造過程。

    MDC系統解決方案的整個系統網絡是基于機床聯網項目的DNC和TCP/IP網絡的。系統采用了多種生產數據采集方式：有標準條碼采集、設備PLC自動數據采集、國際標準OPC接口自動采集。

    MDC系統通過實時采集到的生產數據，可以監(jiān)控機床的實時工作狀態(tài)(包括裝夾調試、加工、停機、空閑等)，并生成圖報表，便于計劃調度人員安排生產計劃；對生產率、工作時間、設備利用率、生產趨勢及生產計劃執(zhí)行度等進行分析并生成報表，幫助負責生產和設備管理的決策者回答很多現場制造方面的疑難問題，從而幫助改善和優(yōu)化生產工藝過程。

 （3）NC(Numerical Control數字控制，簡稱數控)程序管理系統。

   NC程序管理系統能夠實現對于數控程序編制、上傳、審查、校對、批準、版本升級、覆蓋和重命名、備份、加工現場調用等流程的管理。另外，系統還可以把數控程序及其說明文檔進行集中管理，更好的保證了兩者的同步性。可以把生產要素(零件圖紙、加工工藝、刀、夾量具列表等)集中管理、安全存儲、部門共享、方便查閱。為車間流程無紙化管理奠定基礎，消除或減少部分紙制文檔管理，提高效率。

（4）可視化數據展示

   在實現機床數據實時采集的基礎上，對車間機床進行三維建模，實時三維展示機床狀態(tài)。通過動態(tài)瀏覽該界面，用戶還可以輕而易舉地了解整個車間的生產狀況，還能定位到指定的一臺設備，查詢有關這臺設備的生產細節(jié)。

   車間還配置了大屏幕和觸摸屏等展示設備，實時展示設備狀態(tài)、機床開機率、零件完工率等。每臺數控設備旁配置的觸摸屏工控機，還可以作為MDC系統數據采集的補充備用手段，設備操作人員還可以利用其查詢現場數據反饋的正確與否，以及用其在現場無紙化查詢?yōu)g覽加工作業(yè)指導書(程序、圖紙、刀具清單、裝、夾圖示等)。

3.MES系統集成

    MES(制造執(zhí)行系統)需要無數來自底層的數據支撐。工單、零件、工序、設備、人員等所有和現場有關的數據首先通過DNC-MDC系統的整合，采集得到真正和現場生產有關的數據，通過多種集成手段對數據進行客戶化的分類匯總，最終反饋到MES中。

    在集成過程中，DNC-MDC系統將接收來自MES系統的生產任務。新的生產任務被識別時，首先在DNC-MDC系統內建立新的生產任務以及對應的零件信息和工序信息，然后以工單(工票)的形式被派發(fā)到現場，最后通過設備操作人員掃描工票上的條碼來實現數控程序調用、對任務的跟蹤，并實時把任務的進度反饋回MES(例如：工單實際開始、結束時間等數據)。

與MES之間的集成關系、應用模式

    信息采集主要是采集現場工況信息，如設備的各種狀態(tài)、設備的加工信息等，這些現場工況信息是MES系統任務發(fā)布、加工成績匯報、加工進度統計的第一手資料，也可以說是工作開展的依據。

在實際應用時應該有這樣幾個模式：

（1）MES系統任務發(fā)布：MES系統要進行任務發(fā)布之前必須檢查當前環(huán)境中各種資源的狀況，如設備的狀況、人員狀況、刀具狀況、NC程序狀況，而這些信息早就由信息采集系統匯報在共用表中，MES系統只要查詢這些信息就能一目了然。

（2）加工成績匯報：信息采集系統會將設備加工開始、加工結束信息不斷采集上來，形成一條一條的加工記錄，通過這些單獨的加工記錄我們可以統計任意時間段內的加工成績，也可以自動統計每天的加工成績，這樣，MES系統將任務下達完成后可以不用人工再來匯報每天的加工成績，只需查詢采集系統統計的加工成績即可。

（3）生產進度報告：利用信息采集系統提供的加工記錄可以統計任意時間段內的加工成績，MES系統如果希望統計任務加工進度就可以利用此功能快速顯示各種任務的生產進度報告。

集成方式

DNC與MES集成的方式可以是多樣的：

（1）共享數據庫：雙方將需要對方訪問的數據庫表結構向對方開發(fā)，提供訪問方法，雙方可以自由共享。

（2）消息處理機制：雙方將向對方發(fā)送相關操作消息，對數據庫的操作由各方自己操作，無需向對方開放數據庫結構。該消息處理機制可以是SOCKET，也可以是Web Service。

（3）DLL庫：雙方將向對方提供DLL庫，對方只要調用相關函數就可操作相關數據庫。

當然，具體的集成方法需要我們與MES廠商一起更進一步的溝通商量確定。

4.實施難點

    NC程序錯綜多樣：主體生產模式是以車間加工人員為生產中心，技術開發(fā)部為輔，幾乎所有的NC程序的管理都是發(fā)生在車間現場。這就導致了在機床內部存貯有大量的NC程序。新老產品交替重疊，也致使機床內的NC程序錯綜多樣，只有加工人員自己了解每個程序的加工內容。

   為解決以上痛點，項目所采用的管理方案是將現場設備內所有的NC程序通過DNC網絡統一歸檔至NC程序管理系統服務器進行有效管理。為此提出了三項管理措施：

 1）NC程序命名必須遵守公司統一制定的NC程序命名規(guī)則。

 2）將NC程序的標準命名，添加到程序內部的備注中，這樣當程序完成加工回傳到DNC服務器進行備份、統一管理時，DNC系統將自動以該備注的標準名進行保存。

 3）在完成前兩項措施的基礎上，逐步將現場數控設備內固化的NC程序進行備份、導出。統一由NC程序管理系統進行管理、調配。