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数控机床/铣床 |
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CIMCO DNC在中国南车集团株洲车辆厂的应用 |
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作者： |
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前言：中国南车集团株洲车辆厂是我国铁道行业的骨干企业，近几年来信息系统支撑了工厂快速发展。但是，工厂的底层数控加工设备与信息系统直接连接还比较薄弱，通过信息系统对数控加工设备下传数控加工代码、数控加工设备信息反馈不能实时进行，这对数控加工设备统一管理、增强加工柔性、提高效率方面都不利。为此，我们决定寻找一套系统解决数控加工设备与现有信息系统集成。经多方调研，我们最终选用了北京兰光创新科技有限公司提供的基于数据库的网络DNC系统----CIMCO DNC-Max。
一．数控机床联网前存在的具体问题
通过对数控分厂仔细调查后我们发现，由于没有对数控程序进行统一管理、也没有采用计算机与数控设备进行通讯，存在如下问题：
1． 由于传输不便，加工程序全部采用人工输入，耗费时间，也容易出错；
2． 数控机床内存较小，加工零件一更换，加工程序不得不进行反复的删除和键入，频繁重复的零件准备工作浪费了大量的工作时间，直接影响到数控机床的效率，加工程序反复编制也影响了程序的稳定性。
3． 由于程序输入改动不灵活，加工零件及工作量在机床之间不能很好平衡。
4． 由于加工程序的编辑输入都需要在数控机床的数控单元上手工进行，一定程度上耽误了数控机床的加工时间，影响工作效率。
5． 由于数控机床都处于生产状态之中，不同时段每台床子都有不同的事情在干，导致这些先进设备的工艺过程只能由工人实际控制，现场技术组、工艺制造部、装备管理部的工程师对之缺乏有效的技术管理平台。
6． 现有的数控系统繁杂，各系统之间所用的通讯协定（波特率、数据位、停止位、奇偶校验、开始符、结束符等）和通讯电缆也不一样，造成相互之间互不兼容的现状。
7． 用笔记本电脑传输程序，频繁的热插热拔极易烧坏机床接口。
8． 程序传输需编程员和操作员共同完成，常常仅为了给二三班传程序，编程员还得加班到现场。
9． 有些零件加工经常需要在线加工，但由于已有的传输或者不满足在线加工的可靠性，或者没有此功能，严重地影响了机床功能地发挥。
10．有些程序通过传输保存在电脑上，但一般都只能用文件夹的方式保存，程序一多，经常花费大量时间去查找程序。
11．电脑上的程序和工艺卡、模型图、刀具清单等之间都是孤立保存，时间久了，就不知道它们的对应关系，还需要反复进行对照，才能知道某个程序是做什么的。
12．由于机床和电脑不能实时通讯，有很多在电脑上编的程序到机床上调试更改后不能及时更新，电脑中保存的仍是老版本的程序，下次调用还需要重新调试修改。
13．由于对数控程序没有权限的管理，程序常常发生被误改现象，而且无法追溯到修改者。
14. 程序的编辑修改一般是在控制面板上或在电脑的记事本中完成，由于没有专用的数控编程工具，修改的程序无法进行比较、模拟、自动备份，常常发生一些意想不到的错误。
二、 制定解决方案
针对以上问题，经过与北京兰光公司技术人员交流，最终采用了如下的机床联网方式。以下是方案说明：
①网络建设和硬件
整个网络以公司现有局域网为基础，在生产车间放一HUB，在各机床电气柜内安装MOXA 单串口服务器。串口服务器网口端通过屏蔽双绞线与HUB相连，串口端通过串行线与各机床相连。技术中心一台计算机服务器作为CIMCO-DNC服务器，在工艺组和车间现场各扩展一台客户机。
②软件构成
CIMCO DNC-Max V5 功能强大的DNC通讯系统
CIMCO Edit V5 高效、灵活的数控程序编辑器
CIMCO NCBase v5高端数控程序管理系统
MetaCut 2.1 高效可靠的数控程序仿真软件
这四个部分无缝集成为一个整体，分别负责着机床通讯、程序编辑和程序管理。
③实现功能
·实现了数控机床网络化、长距离通讯，彻底摆脱了手工或单机录入程序的局面。
·远程调用功能使操作者直接在机床控制面板上就可得到服务器上的程序清单，并可直接调用。
·程序需要从机床向服务器上传时，服务器能够自动接收，并完成程序的命名、保存和备份工作，无须专人值守。
·多机可同时上传下载，互不影响。
·每次传输可产生成功/失败报告，及时向操作者反馈传输状况。
·传输日志，记录每天的传输情况，方便管理者了解现场生产信息。
·在网络上的任何PC都可以通过IE浏览服务器，可以了解到生产现场机床开关情况、通讯情况，通过监控功能还可以了解程序运行情况。
·提供了一个高效的程序编辑、修改和仿真的平台，程序在上机床前，利用其轨迹和实体仿真进行预演，大大减少了零件的批量报废。
·实现了数控程序的数据库管理，克服了文件夹管理方式的弊端。
·可对数控程序的各种信息，如程序号、图号、零件号、机床、用户信息等进行管理，并可自定义关键字段。
·可对程序的程序号、图号、机床、操作者、编制时间等关键字段进行组合查找，并支持通配符，很方便地找到想要的程序。
·以程序作为主线，把与程序相关的程序备注、刀具清单、模型文件、工艺卡片、毛坯图、工序图、装夹图片等信息进行关联管理，所有信息都在数据库的同一个界面内，一目了然，为车间无纸化作业提供了一个平台。
·严格的权限管理，不同的人员有不同管理权限。
·将程序分为编辑、调试、定型三个状态，严格按照编制、审核、现场验证、批准一系列流程操作，保证程序的准确性。
·非常方便的比较功能，不同版本的程序的差别一目了然。
管理符合ISO9000标准，任何人对数据库的管理都留有记录，具有可追溯性。
·为操作者、编程者、管理者提供了一个畅通的信息交流平台，使他们不需离开自己的办公环境，就能完成程序的编制、修改、审核、验证、批准、调用、备份等工作。
三．网络的建立
CIMCO DNC-Max是基于以太网技术的网络DNC系统，它直接利用工厂现有局域网，将网络延伸到各设备节点，从而使数控设备与各个服务器及工作站形成一个统一的网络系统。下面是整个网络布局图（图一）。
图一 网络布局图
为了实现数据的统一管理，DNC系统采用了全厂统一管理模式,将DNC服务器放在工厂信息中心，所有分厂的数控程序及其相关的文件集中放在DNC服务器上,在各分厂、工艺制造部、装备管理部分别扩展DNC客户机。由于CIMCO DNC-Max是最先进的网络DNC方式,才使得这种统一管理模式得以实现。首先，它的传输距离不受限制。网络DNC的一个特点就是工厂网络能通到哪里机床就可接到哪里，完全遵循以太网标准。机床与以太网之间增加串口转换器，CIMCO DNC-Max利用著名品牌MOXA的单串口服务器，所以串行能做得很短，这样就避免了串行通讯15米的距离限制。该分厂距离信息中心服务器布线距离超过一千米，借助工厂原有的网络和新加的厂房内双绞线布线，十一台数控设备同样接入了CIMCO DNC系统，实现了远程通讯。其次，CIMCO DNC-Max的程序管理是基于SQL数据库开发，这才使得技术中心、工艺制造部、现场工艺人员间使用的各种与数控程序有关的数据信息实现统一集中管理。再次，CIMCO DNC-Max的程序管理系统采用流程化管理，人员权限严密，程序状态分明，签审流程顺畅，这样才保障了各个角色的人员在DNC平台上完成整个程序的编制、校对、调试、检验、审核、批准、归档等所有工作。
四．DNC系统实施后程序管理的工作流程
根据数控程序的难易程度不同，各个分厂的数控程序分别由不同角色的人员进行编制，所以它们管理的工作流程也略有不同。
1． 简单的数控程序由机床操作员编制。这种情况工作流程较为简单，一般是机床操作员在数控机床控制面板上编写，然后直接进行调试加工，首件合格后经检查员确认，机床操作员将此程序发送至DNC服务器的数据库内，技术主管在客户机上对此程序进行批准，批准的程序属性变成只读，完成了归档管理，没有一定的更改手续此程序不能被修改。机床操作员正式加工此零件时，利用CIMCO DNC-Max的远程调用功能直接在机床控制面板上从服务器内下载。
2．较复杂的程序由工艺员编制。工艺员首先从工艺制造技术部的PDM系统中获得CAPP生成的工艺卡，根据工艺卡上的工艺路线和工艺规程利用CAM系统生成数控程序，工艺员在客户机上将程序加载到DNC的数控程序数据库，编程组长首先对程序进行校对，没问题后由工艺员直接将此程序发送至机床，然后工艺员到车间现场与操作员一起对此程序进行调试，首件合格后经检查员确认，机床操作员将此程序发送至DNC服务器的数据库内，技术主管对此程序进行批准，程序属性变成只读，进行归档管理。同样，机床操作员正式加工此零件时，可以直接在机床控制面板上从服务器内下载。
图二 程序管理流程图
五．实施的效果
1．建立了管理与底层数控制造信息直接连接。有了DNC系统后，工艺制造技术部、工艺室和车间数控机床间形成了一个统一的信息链，工艺室利用制造技术部下发的相关数据进行编程，并把相关信息文档关联在对应程序下，工艺制造技术部可以对这些程序和关联文件进行签审。车间数控机床操作员可以浏览这些程序和关联文件用于指导生产，并可直接把服务器上的数控程序下载到机床上。
2． 数控联网软件提供加工程序数据库管理功能：可以对程序号、图号、零件代号、对应加工机床、用户名称、更改日期等信息进行管理，此外，数据库中的程序可以关联注释、工艺要求、刀具清单、相关图片、相关视频等，对每个程序一目了然。给推行标准工艺、可视化工艺提供便利条件，也给我厂数控加工经验积累提供保存条件。
3． 实现了数据的统一集中管理。有了DNC系统后，把原来分散在工艺制造技术部和各分厂的数控程序及相关信息文档都集中在网络中心的DNC服务器上，这样管理起来安全方便。
4．实现了数控程序的数据库管理，程序查找起来非常方便。不同人员设定不同的权限，程序设为不同的状态，程序的自动备份等功能增加了程序的安全性。
5． 程序编辑部分提供的程序修改、轨迹模拟、文件比较等功能强大，简单实用，大大缩短了程序修改的时间，而且提高了程序修改的准确性。
6． 实现了所有数控机床的远程通讯控制，大大缩短了程序的录入时间，提高了机床利用率。
7． 在加工刀具标准化后，加工零件程序可以在相同型号数控设备上交互应用，平衡设备加工数量，解决一些生产瓶颈。
8． 通过网络中心服务器在数控机床之间实现传输加工程序，提高车间应付特殊情况（如机床故障等）的能力。
9． 数控联网后，工艺组工程师可以通过远程系统管理，在任一时间（无需停机）、快速地对数控机床的加工程序进行监控、编辑、模拟加工检查、维护、归档等工作，而这些工作在联网前，需停机作业，且效率低下，影响生产地连续性和数控设备的柔性效率。这一优点在今后新产品投入或零件设计优化改进时，尤为重要。
10． 数控联网后，使数控加工人员分工明确、细化，有利于提高生产效率，即工程技术人员负责远程编写程序并模拟加工检查，操作人员则只接受程序，维持持续生产，并有利于产品质量的保证。
11． 为加快新产品试制提供便利条件：因为需要数控设备加工的零件可预先编制程序并进行加工仿真、先期刀具准备，在需要加工时通过网络几秒钟加工程序传送就能进行。
六．结束语
我厂DNC系统第一期工程已于2003年12月份实施完毕，经过近三年的运行，系统稳定、性能良好，我们下一步将进行第二期工程。实现数控机床联网后，彻底改变了原来的数控管理模式，使机床通讯效率大大提高，程序管理逐步系统化、标准化。
由于工作流程的系统化、标准化使各类人员得到合理配置，避免了人员的推诿扯皮，大大提高了员工的工作积极性。程序传输的高效性、准确性，大大减少了数控机床的待机时间，降低了零件的废品率，发挥了最大的经济效益。并且有了目前的数控机床网络管理系统，为不久的车间生产管理系统、设备在线维护系统和上端的MES、PDM、ERP等系统提供了一个链接的平台，成为了整个工厂信息化建设的重要组成部分。(end)
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(4/2/2007) |
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