CIMCO DNC系统在中船重工713所的应用

艾瑞克

一、 前言
       中国船舶重工集团公司第七一三研究所，是中国船舶重工集团公司所属的重点科研单位，河南省高新技术企业，主要从事机械、液压、电子、自动控制、热能动力、压力容器、化工、计算机软硬件、系统集成、计量检验测试等领域的研究、开发、生产和经营。经过四十多年的建设和发展，七一三所已成为科、工、贸一体化、科研实力雄厚、专业配套齐全、军民结合型的多学科、多产业的综合性研究所。近年来，七一三所为解决所生产的产品工艺复杂、技术性强、成本高等问题，引进了大量的数控设备，但如何充分利用这些设备来提高产品质量、加工效率，以及如何高效规范地管理NC程序、如何解决车间现场管理“6S”等问题，一直困扰着七一三所管理人员。在经过长时间的技术跟踪与多方面的调研、比较，最后与北京兰光创新科技有限公司签约，引进世界级的最成熟、最完善DNC解决方案——CIMCO DNC数控机床联网系统，使得工厂内的DNC服务器和每台数控机床联成网络，解决了工厂的程序传输和管理瓶颈问题，并在后期与北京兰光公司进行了充分详细的沟通和规划，实现了DNC系统与ERP系统的无缝集成，大大提高了生产效率，实现了数控车间数字化管理，为企业以后的信息化建设奠定了坚实的基础。

二、 联网前数控车间状况
1、 程序传输
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif          研究所内数控系统种类多，接口及通信方式差异大，用普通传输方法难以实现统一管理。控制系统有西门子、海德汉、FANUC、广数控等多种，接口有RJ45、RS232、USB口、PCMCIA卡等。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         车间里面台式机、笔记本摆放杂乱，给现场管理带来困难。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         用台式机或笔记本电脑传输，频繁的热插拔易烧坏机床接口及计算机COM口。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         机床存储空间小，尤其是模具之类这样很大的程序只能在机床边放台电脑，用软盘把程序拷到电脑里，再在线加工，造成有些机床常常处在等待状态。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         带网卡的机床每次传输程序时，需要打开控制面板后盖，来回反复地插拔网线和重新启动机床，影响了机床的正常生产。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         有些机床存储器里的程序反复地删除和手工输入，效率低，且容易出错，大大地降低了加工效率和产品质量。
2、 程序管理
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         数控程序一般保存在计算机指定的共享文件夹里，而且文件命名都有随意性，时间长了，经常要花费大量时间去查找，存在一定的安全风险。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         电脑上的数控程序和三维模型图、刀具清单以及一些夹具图片等都是独立保存的，很难辨别它们的关联关系。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         由于传输不便，有许多小程序都是在控制面板上现编现用，编程员无法有效管理机床内程序，管理上缺乏条理性、规范性。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         程序不同版本之间的比较需要人工完成，费事费力、且易出错。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif         在程序调试阶段，数控机床和电脑不能实时通信，有许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程序，下次调用还需要重新调试修改
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif          数控程序没有权限管理，没有流程管理，程序的修改和管理无法责任到人 。
file:///C:/DOCUME~1/dzhu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif          修改的程序不能自动模拟，容易出错，从而带来产品的批量报废。

三、实施过程
         根据研究所的数控机床实际分布情况和程序管理的要求，结合CIMCO-DNC软件的功能特点，制定如下整体解决方案：

1、硬件
除了局域网所必备的硬件以外，我们还采用了MOXA单串口服务器5110，它一端是RJ45以太网接口，通过屏蔽双绞线与交换机相连，另一端是RS232接口，通过串行线与机床接口连接。
2、软件
1）、机床联网与远程通讯:
       CIMCO DNC-MAX V5用一台服务器负责所有机床的程序传输。程序远程调用、上传和下载、远程比较等工作只需要机床操作人员在机床操作面板上直接完成，服务器无需专人值守，它能自动响应机床端发来的指令，并可实现256台机床同时调用、同时在线加工，更重要的是，它良好的扩展性和不同数控系统的兼容性，新增设备只需增加端口即可，除了RS232口外，高端的海德汉TNC530用了网卡直接传输。（见图1 ）

                           
图1 DNC-MAX通讯界面
2）、数控程序的编辑与仿真                 
       CIMCO Edit V5是一套可以对NC程序进行编辑、数据处理、智能比较、加工时间统计、以及三维实体仿真／五轴轨迹仿真的应用程序。给编程员操作员提供了一个方便的手工编程和手工修改程序的平台。见图-2：


                         图2   数控程序智能比较





  图3  CIMCO EDIT 实体仿真
3）、数控程序的数据库管理               
     CIMCO NCBase  是一套基于oracle数据库开发的高端数控程序管理系统。它可以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；还可以对程序注释、三维实体造型、刀具清单、产品结构树、装夹图片、作业指导书等与程序相关的信息进行管理，编程员、工艺员和操作员等都可以随时浏览加工工件的相关实体，这在以前必须要用UG或其它的CAD/CAM软件才可实现，可以说实现了从设计到生产现场的文件有效衔接；可进行权限设置（不同的人员设置不同的权限，如：编辑、修改、批准、上传、检验等）；具有良好的版本管理功能，程序每修改一次，都按不同的版本形式自动备份，各版本之间还可以进行自动比较，快速发现不同之处；自动产生管理记录（包括：创建时间、创建人、修改删除时间，以及修改人等信息），具有良好的可追溯性。请见图-4：

                           
图4 CIMCO NCBASE 软件界面
4）．具体实施方案和功能实现
（1）、  整个系统的网络规划图（见图-5）



  图5 DNC网络规划图

服务器：考虑到研究所的机床布局较为集中，在工艺处设立一个DNC-Max／NCBase数据库服务器，负责管理整个工厂的数控程序传输和管理，实现了一台服务器控制整个车间的所有机床，程序的调用和上传只需要操作者在机床端完成，服务器无需人看管，而且机床每次传输程序（包括上传、下载和在线）都能够自动进入NCbase数据库，也自动产生程序传输日志。
管理客户端：在工艺处编程组和车间各个班组都设立一定数量的数据库节点，在工艺处的数据库节点上，工艺处技术员可以进行工厂数据库的管理，可以向各机床组、机床下发数控程序，可以浏览数据库内的程序和各种信息，也可以进行程序的编辑与仿真。在机床组的数据库节点上，各机床组技术员或操作工可以对各自机床的数控程序进行管理。
　传输客户端：在工艺处服务器设立一个传输客户端。工艺处的传输客户端用于工艺处的管理员监控整个网络DNC传输运行情况，帮助工厂分析传输问题，监控各个通讯端口传输日志。
现场触摸屏：考虑到车间的布局和环境，在数控车间配备了两台触摸屏，安装了CIMCO EDIT、NCBASE等软件，方便现场人员查看工艺文件及进行程序的仿真。


（2）、数控程序的管理流程
　　　在我所内，数控程序的编制有两种类型：
A、程序由工艺员编制
        工艺处技术员编制的数控程序，在工艺处经过以下流程环节进行管理：编制——审核——下发试切——机床程序回传入库。编程员编制好程序后，发起流程，将任务传递到审核人员，当审核员登录NCBASE时，会有相应的任务提示，对程序做了相应的检查后，确认没有问题后，程序就可以下发机床试切，之后机床程序会回传到服务器；系统管理员将经过机床检验过的程序固化在相应的产品结构树的节点下，下次下发机床直接从该节点调用即可。流程环节有任务委托、流程调整等功能，可方便对程序进行管理，现场操作工只有浏览的权限，不能对程序进行修改。

B、程序由现场操作工编制
因为有些现场操作人员的综合素质也很高，具备很强的学习能力和责任心，对于这类人员，系统管理员赋给他们编程人员的权限，而且他们编写的较简单的二维程序可以直接下发机床试切。对于复杂工件、关键件，由现场操作工编制的数控程序，必须经过编审批后，方可下发对应机床。

（3）、权限的设置
         系统管理员有管理全厂NCBASE数据库的权限，负责产品结构树节点的添加、删除、人员维护、对流程进行定义、流程调整、对数据库和工厂ERP系统数据维护等权限。编程人员有全部和数控程序有关的权限，对于一般的管理层或者检验等人员只赋予程序浏览的权限。简而言之，不同人员具有不同的权限，实现对程序的精确管理。

（４）、程序的关联文件
  由于采用了NC-BASE数据库，工艺编程人员只需要把编好的程序和相关的三维实体图如UG、PROE、SOLIDWORKS、以及AUTOCAD、注释等文件通过客户端加载到服务器上就可以了，数据库能够自动地对它们进行关联， 工艺编程人员可随时在数据库里搜索和查找程序，程序定位后，与之相关的图片、注释文件以及从程序里自动提取的刀具清单文件会自动附在程序的下面。

（５）、数据的备份
        ＣＩＭＣＯ　 DNC系统的各个模块都有一键备份的功能，NCBASE数据库还有自动定期备份的功能，设定完成后，每天的数据都会备份到服务器上。ＣＩＭＣＯ　也支持网络同步备份，即同步备份到另一台计算机上。

（6)、与ERP系统的集成
因我所几年前就已经成功应用了ＥＲＰ系统并建立了大量的生产数据，所以ＤＮＣ系统与ＥＲＰ系统进行集成，从而避免各系统之间相互孤立具有很重要的意义。根据研究所的实际情况，制定出如下集成方案：由ERP系统将产品结构信息（不是全部而是与数控相关的）导入DNC系统，供其建立管理结构树，ERP系统产品结构信息数据与DNC系统产品结构信息数据保持同步一致，实时更新。DNC系统实时地把每个零件相关程序的最新状态反馈给ERP系统，相关人员在ERP中通过产品结构树的零件节点查看相关信息。这样，ＤＮＣ系统就和ＥＲＰ系统实现了双向访问，相关部门可以通过ＥＲＰ系统实时查询车间数控机床的程序及相关文档，同时ＤＮＣ也准确地将程序内容和现有的信息资源关联起来，防止了多头管理。如图6所示：

　　　　　　　　　　　　　
图６　产品结构示意
具体数据流图参见图７
　　　　　 　　　　　　　　　　　　图７　ＤＮＣ和ＥＲＰ集成示意图
四、结束语
         ＣＩＭＣＯ数控机床联网及管理系统在713所成功实施后，已成为现代企业及工厂制造业不可缺少的组成部分，它明显地规范了数控程序的管理、提高了产品质量、提高了机床利用率、降低了劳动强度。为车间生产管理、刀具管理、设备维护系统提供了一个基层信息化平台，通过和ＥＲＰ等系统的集成，将整个工厂的信息化建设推进了一大步，成为整个企业信息化建设的重要组成部分。

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