多制式数控机床集群控制与管理系统

数控机床应用的主要模式

   随着数控机床日渐广泛的应用，企业中数控设备的类型和品种多、年代跨度大。为了能对用户的需求做出快速反应，就迫切地需要对车间的数控机床进行全面信息管理，加强生产组织，提高机床的利用率和柔性生产能力。
   多制式数控机床集群控制与管理系统全面解决了混合加工环境中，实时跟踪设备状态以及生产进度，并可用当前的准确数据对它们进行指导和处理。系统主要JCS—DNC、刀具管理系统JCS—MES三部分组成，其在生产中的组成结构如图1所示。


　

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图1 多制式数控机床集群控制与管理系统结构图
   其中，JCS—DNC作为综合数据交换平台，不但可以覆盖不同类型的通讯接口(RS 232／422 、Ethernet) ， 而且对底层设备的状态监控进行了全面解决，承担了有效联接底层 设备和上层控制计算机的桥梁作用，并且使刀具管理系统和JCS—MES紧密的结合起来。JCS—MES则注重整个生产过程的优化，它需要收集生产过程中大量的实时数据，并对实时事件及时处理。同时又与计划层和控制层保持双向通信能力，从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。因此，JCS—MES不同于以派工单形式为主的生产管理和辅助的物料流为特征的传统车间控制器，也不同于偏重于作业与设备调度为主的单元控制器，而是将MES作为一种生产模式，统筹考虑制造系统的计划和进度安排、追踪、监视和控制、物料流动、质量管理、设备的控制和计算机集成制造接口(CIM)等，以最终实施制造自动化。各部分间的数据流如图2。


　

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图2 数据结构图
   车间现场综合数据交换平台

   目前国内在车间生产中使用的数控设备的数控系统种类繁多，其通信接口和协议也存在较大差异。传统的DNC通讯网络系统是根据RS232串口的共同特点开发的，虽然可以完成CNC数据的双向传输功能，减少了程序传输时间，一定程度上起到减少辅助时间、提高机床利用率的作用，但是这种类型的DNC网络不能采集生产现场的机床状态和工况数据，是生产管理系统中底层设备监控的瓶颈所在。


   综合数据交换平台中的数据分类

   在综合数据交换平台JCS—DNC中交换的数据可分为以下几类： (1)CNC指令类数据，如NC程序(上、下传输，删除)、刀具数据(刀具表)、GNG参数等；(2)机床状态类数据，如机床报警信息、PMC诊断、以及主轴位置、主轴转速等；(3)工况类数据，如正在执行的程序名称、正在加工的零件名称、机床开始加工时间、机床结束加工时间、当前刀具等。

    综合数据交换平台中的数据流向

   综合数据交换平台中与上层控制系统的数据流如图3所示

　

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图3 综合数据交换平台中的数据流向
　

    综合数据交换平台JCS-DNC数据采集功能的实现

    1. 利用数控宏程序实现机床工况数据采集
   
    有一部分机床的宏程序具有向串口输出数据的功能，如FANUC数控系统。JCS—DNC中合有NC程序宏功能后置处理模块。在通过本网络向机床传送加工程序时，自动在程序的相应位置添加宏指令，使得机床在运行过程中自动向串口送出工况数据，从而实现自动采集当前运行程序号、零件名称、加工开始时间、结束时间等加工信息。

    2. 用机床联网集成服务器MDNC05实现机床工况数批采集
   机床联网集成服务器MDNC05(图4)是一种安装在数控机床上的现场数据终端，具有全字符键盘，4x16字符液晶显示器。

   MDNC05的基本功能是实现机床侧的程序传送请求和通讯状态监视，通过键盘和自定义的F01—F99功能，现场操作人员人工输入(采集)并汇报现场工况。MDNC05的F功能可以解决某些数控系统不具备宏程序数据输出功能造成的工况数据无法采集的困难。它的使用可以简化和统一CNC数据的输入／输出的操作，适用于所有的数控设备，并且同样可以解决非数控机床工况数据的采集。
   
    图5为JCS—DNC采集到的现场工况数据。利用采集到的数据可以进一步得到设备的利用率、生产进度等，如图6所示。

　

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图4 MDNC05机床联网集成服务器   

　

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 图5 JCS-DNC采集到的现场工况数据  

　

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图6 JCS-DNC机床利用率统计
　

    3. 利用数按系统以太网功能实现机床工况数批采集
   
    对具有以太网功能的数控设备，利用FANUC FA功能包开发的Ethernet软件模块能够自动实现设备状态的完全监控。适用于数控系统为FANUC Series 0i—B／15i／18i／21i，Power Matei—D／H的数控机床。


    综合数据交换平台JCS—DNC的特点
   
    JCS—DNC是一个涵盖了传统通讯功能的新一代DNC通讯网络，将传统意义上的DNC网络发展成为一个生产现场的综合数据交换平台。其特点是：
    ．覆盖生产中所有的不同品牌不同时期的数控设备
    ．覆盖不同类型的通讯接口(RS232／422、Ethernet)
    ．完整的数据内容
    ．快捷可靠的网络系统重构
    ．开放的数据接口
   
    由于具有上述特点，JCS—DNC的使用就可以准确提供制造过程中的大量数据，使生产管理有了较充分的数据反馈，形成一个闭环系统，准确制定、调整、更新作业计划。


    刀具管理系统
   
    刀具作为参与制造活动的重要辅助工具，对制造系统的柔性、生产率起着举足轻重的作用；同时，刀具又是较昂贵的消耗性资源，在车间生产中它数量巨大、信息繁多。由于加工的需要，大量的刀具频繁地在系统中流动和交换，当系统需要重组时，刀具配置和容量等都需要修改，因此，大量的刀具信息也随之不断变化，这就迫切需要功能强大的刀具管理系统对车间生产中的刀具进行调度、管理，以实现数控用刀具的管理和预调。刀具综合管理和预调制度的建立可以实现刀具参数和刀具寿命管理以及刀具的统一调配，缩短生产准备时间，降低刀具库存量，提高刀具利用率。


    车间生产管理系统JCS—MES
   
    JCS—MES是一种基于制造执行系统的生产管理系统。该系统重点在于提高生产管理系统的操作性(有限能力计划)和协作性(虚拟的集成)，是一种适合于多品种小批量生产的数控机床集群生产管理系统。