1 前言

　　隨著當前工業(yè)企業(yè)信息化的逐步推進，數(shù)控加工已成為復(fù)雜零件的主要加工方式。目前數(shù)控機床正在國內(nèi)迅速普及，不僅大型制造企業(yè)正在大范圍使用，大量的中小型制造企業(yè)也開始引進各種數(shù)控設(shè)備。分布數(shù)控(Distributed Numerical Control，DNC)技術(shù)作為數(shù)控設(shè)備集成的一種模式，正在這一背景下迅速發(fā)展。上世紀80年代之前，DNC技術(shù)僅局限于用一臺中央計算機控制多臺數(shù)控機床，當時主要需解決紙帶的制作、管理與維護等問題。之后，隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，DNc概念產(chǎn)生了質(zhì)的變化，已成為功能強大、全面、可靠的數(shù)控車問信息網(wǎng)絡(luò)。

　　在當前我國制造業(yè)飛速發(fā)展的背景下，數(shù)控企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模也在迅速增長，相應(yīng)的數(shù)控加工程序大量增加。以中等規(guī)模的數(shù)控加工廠為例(數(shù)控機床數(shù)量20臺左右)，年加工數(shù)控件200種左右，每個工件需3至70條程序不等；每個工件加工步驟分粗加工、半精加工、精加工、后續(xù)機加工工序等，每個加工步驟所用程序截然不同；編制的數(shù)控程序數(shù)量約為每年2，000至10，000條；一家創(chuàng)辦5年的數(shù)控加工企業(yè)程序量將達到10，000至50，000條。多數(shù)數(shù)控加工企業(yè)的數(shù)控程序管理方式是以文件夾管理為主，每個數(shù)控加工件建一個文件夾，把相關(guān)文件放在此文件夾中。這樣做的弊端是：(1)數(shù)控程序文件混亂無序；(2)無工藝流程信息；(3)無圖號、零件號、版本、負責人、所用機床等相關(guān)信息；(4)程序正確狀態(tài)不明；(5)相關(guān)人員責任不明，易變動、丟失、誤操作；(6)不易查詢。由此可見，數(shù)控程序缺乏有效管理已成為提高生產(chǎn)效率的瓶頸。

　　數(shù)控機床成本高昂，相應(yīng)的單日折舊成本很高。如何提高數(shù)控機床的生產(chǎn)效率，充分擴充生產(chǎn)能力，已成為企業(yè)盈利的主要矛盾。計算機技術(shù)的發(fā)展為這一問題的解決提供了可能。在數(shù)控機床實際加工之前，編輯和仿真是提高效率、節(jié)約成本必不可少的步驟。而數(shù)控機床與PC機之間的DNC通信技術(shù)使數(shù)控加工程序的傳遞告別了軟盤傳遞的方式。當數(shù)控程序較大時，DNc通信技術(shù)實現(xiàn)的在線加工方式是保證產(chǎn)品表面質(zhì)量的關(guān)鍵。本文針對以上現(xiàn)狀，提出一套基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及數(shù)控程序的審批流程，集成編輯、管理、傳輸?shù)裙δ艿耐暾臄?shù)控設(shè)備管理系統(tǒng)實現(xiàn)方案。

2 數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)解決方案

　　2.1 基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及審批流程的數(shù)控程序管理

　　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是體現(xiàn)制造企業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容的內(nèi)在屬性針對數(shù)控程序管理無序的現(xiàn)狀，按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來管理數(shù)控程序，是使之從無序轉(zhuǎn)向有序的必然途徑。數(shù)控程序與被加工件具有天然的關(guān)聯(lián)屬性，對于每個加工件的粗加工、半精加工、精加工等多種版本程序，如以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來組織管理將具有良好的層次性。另一方面數(shù)控程序管理的目的是要在正確的時間把正確的數(shù)控程序提供給正確的人。通常情況下，數(shù)控程序在數(shù)控加工企業(yè)中具有三個狀態(tài)：編輯、調(diào)試和定型。企業(yè)中不同角色的人員對不同狀態(tài)下的數(shù)控程序具有不同的操作權(quán)限，所以必須對數(shù)控程序的審批流程和人員權(quán)限進行定義和管理。在操作人員需要特定版本的數(shù)控程序時，需保證程序的正確性。與數(shù)控加工件相關(guān)的圖紙?zhí)?、零件號、版本、負責人、所用機床組等信息則需要作為數(shù)控程序的屬性進行管理。為使操作人員可以方便地找到所需程序，系統(tǒng)應(yīng)提供多重標準查詢功能。對數(shù)控程序使用流程的全面管理如圖1所示。

圖1 數(shù)控程序使用流程全面管理框圖

　　采用B／S軟件體系架構(gòu)是數(shù)控程序管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。B／S結(jié)構(gòu)，即Browser／SeⅣer(瀏覽器／服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，是對C／S(C1ie州Server客戶機／服務(wù)器)結(jié)構(gòu)的一種改進。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過www瀏覽器實現(xiàn)，不僅直觀，易于使用，更重要的是基于瀏覽器平臺的任何應(yīng)用軟件，其界面風格都一致，對用戶操作培訓(xùn)的要求大為下降，軟件可操作性增強。此外，軟件系統(tǒng)的改進和升級越來越頻繁，B／S架構(gòu)的產(chǎn)品明顯體現(xiàn)出更方便的特性。無論用戶的規(guī)模多大，有多少分支機構(gòu)，都不會增加任何維護升級的工作量，所有的操作只需要針對服務(wù)器進行，如果是異地只需要把服務(wù)器連接上網(wǎng)即可立即進行維護和升級，對人力、時間、費用的節(jié)省是相當驚人的。B／S體系的數(shù)控程序管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 B／s體系的數(shù)控程序管理系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.2 數(shù)控程序的編輯與傳輸

　　手工編制數(shù)控程序在加工前需要仿真。仿真能檢查出刀具軌跡方面的錯誤，但不能識別編程語法的錯誤。數(shù)控程序編輯系統(tǒng)的關(guān)鍵在于詞法分析和語法分析。詞法分析以每一行為單位作為字符流進行分析，可以排除非法字符、非法指令、無結(jié)束指令等錯誤。語法分析的關(guān)鍵在于建立語法規(guī)則表。語法規(guī)則表中列出與相關(guān)指令相匹配的功能字。系統(tǒng)將字符流與語法規(guī)則中的相關(guān)指令相比較，如果讀入單詞與之不匹配，則顯示出錯。

　　PC與數(shù)控機床的數(shù)控程序傳輸基于串口通信技術(shù)。RS232串口標準是美國電子工業(yè)聯(lián)合會(EIA)與BELL等公司一起開發(fā)的通信協(xié)議，它適合數(shù)據(jù)傳輸速率0～20，000bit／s范圍內(nèi)的通信。這個標準對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都做了明確的規(guī)定。另外RS一232的硬件編程要求比較簡單，價格便宜，而且現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備中很多已經(jīng)內(nèi)置了這種嵌入式接口。

　　2.3 數(shù)控程序編輯、管理與傳輸集成架構(gòu)

　　市場的激烈競爭要求數(shù)控加工企業(yè)發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的最大效能。數(shù)控程序編輯、傳輸與管理功能的集成將極大提高生產(chǎn)效率。數(shù)控程序經(jīng)CAD／CAM系統(tǒng)產(chǎn)生后，從編輯、仿真、管理到最后通過串口發(fā)送到機床進行加工，由一體化的軟件進行統(tǒng)一管理。由于數(shù)控加工企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中需要存貯和管理大量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息和實現(xiàn)過程的集成，因此一些大型企業(yè)實施了PDM系統(tǒng)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理是PDM系統(tǒng)組織和管理數(shù)據(jù)的核心之一。相互關(guān)聯(lián)的一組零件按裝配關(guān)系組織構(gòu)成部件，一系列的零件和部件再有機地裝配在一起構(gòu)成產(chǎn)品。在產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)中，每個零件、部件對象都有自己的屬性，如唯一標識碼、上級零部件標識碼、名稱、版本號、數(shù)量、材料、類型(自制件、外購件)等等。對于實施了iMAN、windChin等PDM系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)，通過對這些PDM軟件系統(tǒng)進行二次開發(fā)，可將這些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為一個xML中間文件，然后將此文件直接導(dǎo)入數(shù)控程序管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的共享。

3 數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　數(shù)控程序管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計如圖5所示。系統(tǒng)功能由NC程序管理、用戶權(quán)限管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、審批流程管理等四個模塊組成。

　　目前數(shù)控程序的程序段格式都是采用字地址符格式，常用功能字有準備功能字、輔助功能字、尺寸字等。對尺寸字、主軸轉(zhuǎn)速給出了參數(shù)取值范圍。參考計算機高級語言編譯原理的思路和方法，依次對數(shù)控程序進行邏輯檢查、詞法檢查及語法檢查，從而實現(xiàn)數(shù)控程序的編輯功能。

　　開發(fā)串行通信程序常用兩種方法：(1)使用通信控件MSCOMM開發(fā)。這種方法雖然簡單，但常發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，尤其在大量連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸場合中。(2)采用WIN32應(yīng)用程序編程接口(API)所提供的串行通信函數(shù)。這種方法實現(xiàn)復(fù)雜，要調(diào)用許多API函數(shù)，還要進行多線程編程，但可靠性很高，可滿足實時系統(tǒng)和大量連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸場合。利用Windows API函數(shù)進行串口通訊編程遵循以下順序：(1)打開串口，即以指定的串口號、打開方式來建立與串口的連接。(2)串口的初始化，即配置通訊的波特率、每字節(jié)位數(shù)、校驗位、停止位等參數(shù)。(3)讀寫串口，即通過串口接受數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。(4)關(guān)閉串口，即斷開與串口的連接。在windows系統(tǒng)中，串口和其他通信設(shè)備是作為一種文件處理的。串口的打開、關(guān)閉、讀取和寫入所用的函數(shù)跟操作文件的函數(shù)完全一致。

4 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)的開發(fā)基于某數(shù)控加工企業(yè)的實際生產(chǎn)需求，解決了長期以來數(shù)控加工生產(chǎn)效率難以提高的瓶頸問題，實際應(yīng)用結(jié)果深得用戶好評。