基于CIMCO物联网的DNC/MDC系统规划研究

程伟毅 ， 白 伟

（1.西安博星科技实业有限责任公司，陕西 西安 710061；2.运城职业技术大学，山西 运城 004400）

装备制造业作为国家经济发展的一个重要主导产业，在经济增长和结构调整中有着不可替代的作用。中国作为全球装备制造业主要国家，装备产品、产量均居世界第一，装备制造业产值约占全球三分之一，但“大而不强”的现象突出，在创新研发能力、生产效率、产品质量等诸多方面与装备制造业强国存在较大的差距。在“十四五”重点推动万物互联、智能制造、高端装备等发展趋势下，装备制造业亟须加快结构调整和转型升级。当前，信息化正在成为装备制造业转型升级的重要助推器，在实施市场快速响应、提升品质、降本增效等方面发挥不可替代的作用。“中国制造2025”明确指出，要深入开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用，由此可见，信息化已经成为推动装备制造业转型升级的重要支撑。在转型升级过程中，信息物理融合系统（CPS）的广泛应用将成为重中之重，而作为CPS关键技术的物联网将发挥举足轻重的作用。物联网技术的成功应用将有效促进装备制造业向生产设备网络化、信息采集实时化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场少人化、生产制造服务化等方向发展[1-10]。

1 系统设计原则

系统设计应遵守以下原则：1）可靠性。在系统设计、设备选型、调试、安装等环节都严格执行国家、行业的有关标准要求，贯彻质量条例，保证系统的可靠性。2）可扩展性。选择标准化和模块化的部件，具有最大的灵活性和容量扩展性。并且系统应在初步设计时，就考虑未来良好的发展性，以降低未来发展的成本，使系统具有良好的可持续发展性。3）系统兼容性。系统设计采用支持并符合国际标准、工业标准及行业标准的产品，使系统具有良好的兼容性，以利于现在和将来的设备选型及联网集成，保证各供应商产品的协同运行，便于施工、维护，降低成本。4）友好人机界面。全中文友好界面，方便准确地提供丰富的信息，帮助和提示操作人员进行操作，易学易用。5）经济性。在满足要求前提下，在确保系统稳定可靠、性能良好的基础上，考虑系统的先进性的同时，按需选择系统和设备，做到合理、实用，降低成本，从而达到极高的性能价格比。

2 方案总体规划

2.1 DNC/MDC系统规划

DNC/MDC系统规划图如图1所示，规划图描述了DNC/MDC系统与其他信息系统进行对接的方式，以及和下层设备连接的路线。DNC/MDC系统属于工厂信息化建设重要组成部分，它负责对车间现场的生产设备进行数字化、集群化、网络化管理，负责数控设备的网络传输、程序集中统一管理、现场生产数据采集等重要职责，因此，DNC/MDC系统建设充分考虑到数控设备的特性，能够科学区分对待每种机床类型制定科学的联网数据采集解决方案。

图1 DNC/MDC系统规划图

2.2 DNC/MDC系统应用场景设计

作为一套完整的系统，DNC/MDC系统包括了机床联网通信、程序管理、程序编辑仿真、数据采集四个部分，这四个部分是一个有机整体。系统组成包含DNC-Max（机床联网通信系统）、EDIT（数控程序编辑与仿真系统）、MDM（数控程序管理系统）、MDCMax（制造数据采集系统）模块。DNC/MDC系统应用场景图如图2所示。

图2 DNC/MDC系统应用场景图

通过实施DNC/MDC系统，编程人员、设备操作人员、设备维护人员、公司高层等都可以在自己的办公环节利用DNC/MDC系统，提高办公效率。

1）编程人员：利用配置的程序管理MDM模块，把程序BOM按照产品BOM来创建，清晰明了，利用强大的版本管理、流程管理、权限管理、在线加工、强制回传等功能，实现对程序科学管理，程序文件作为车间最重要的一环创造条件，为无纸化生产奠定基础。

2）设备操作人员：利用搭建的DNC系统，直接在机床端下载，调用程序，减少在机床端手工输入，减少在机床仿真的时间。

3）设备维护人员：利用MDC系统把生产计划、订单执行、人员考核等和设备的运行有机结合起来，为一线决策提供真实设备运行数据。

4）公司高层：利用DNC/MDC系统从车间订单执行情况、设备采购计划、生产执行效率等几个核心决策链，提供最真实、最有效的数据，让车间设备运行的“大数据”动态实时调整，依靠“大数据”作出系统规划调整决策。

3 DNC系统功能

3.1 DNC机床联网通信模块

实现全部数控设备的联网，完成机床网络化传输。通过网络化传输，可以实现工作远程下载及上传程序，支持程序清单查询，工人无须输入程序名便可直接调用，避免工人误调用加工程序，使程序传输更准确、更方便、更高效，甚至DNC-Max还支持通过MES下达的生产任务，自动地、同步地将加工程序发送到机床，进一步减少工人的操作，提高工人的效率及机床的利用率。

3.2 突出的稳定性和可靠性

DNC-Max最大的特点是稳定可靠，系统具有多重校验机制以及强大的纠错能力，系统在强干扰、强电磁以及噪声、油污、震动的车间环境里，具有长时间连续稳定可靠运行的能力，可确保系统每天24小时，每年365天可靠运行。无论是在多么复杂的工作环境中，DNC-Max都从根本上避免了乱程序、丢包、传输错误等安全隐患，用户不存在传输出错的担忧。1）DNC-Max具有长时间无故障、免维护的工作特点，用户使用省心省力。2）支持跨网段传输，通过RS232接口或机床网口，一台服务器可实现多台数控设备的双向并发通信。3）可以满足多种机床控制系统的联网要求。既支持像Fanuc、Siemens、Heidenhain这类典型的控制系统，也支持Mitsubishi、Mazak、赫克、HAAS、宝源等各种控制系统。4）支持RS232、RS422、RS485、TCP/IP等系列通信硬件。RS232接口可以连接到Hub的以太网卡，还可以实现最新的无线传输的方式，完全支持不同的通信方式。5）DNC支持网卡传输的FTP、NFS协议，实现与串口传输采用统一的客户端进行管理，还可以实现远程控制重启机床端口和服务器软件。

3.3 强大的网络传输功能

DNC-Max完全支持在后台以系统服务形式运行。具有强大的前处理和后处理能力。针对不同的机床控制系统，在传输过程中就可以对程序的特殊字符进行替换、增加、删除等数据处理。软件不仅仅支持REALCOM的串口映射方式，支持TCP/IP方式来驱动串口服务器工作，在DNC客户端可以实时监测到机床关机重启后端口状态。

3.4 方便的远程操作

多重目录列表功能，操作者在机床端就可以浏览机床对应的文件列表，并可直接在程序清单中选择程序，不需再输文件名而进行直接调用。1）远程请求。机床操作员直接在机床控制面板上可以下载所需要的加工程序，下载到机床内存时可以指定保存的程序名或程序号。2）远程查询。在机床控制面板上能够直接查询服务器上的程序清单、程序大小、编程日期等。3）远程比较。在机床控制面板上可以直接将机床内的程序和服务器的程序进行比较，并将比较结果显示在机床上。4）自动接收。程序上传时，服务器能够自动接收、自动命名、自动保存数控程序，服务器无需专人值守，可以自定义设置按文件名或按程序名进行自动保存。

3.5 丰富的传输管理

采用强制上传功能，可以使操作者在下载一个新的程序前必须把机床内程序发回服务器，确保服务器上永远保存最新版本的程序，便于规范、标准化管理。系统完全支持浮动的客户端，可以实现用户在客户端上完成服务器上所有的设置与操作，例如程序发送与接收，传输状态的动态监控显示及机床通信参数的网络远程管理等，便于对机床进行集中管理和控制。系统设置所有串口通信与网口通信的机床，全部可以实现在同一客户端中统一管理操作。

DNC-Max对传输数据类型和文件类型可以进行过滤筛选。对串口机床，DNC-Max采用文本格式程序传输，并且对传输的内容进行严格过滤，例如传输A-Z、0-9等，其余非法文件及字符等将被自动进行过滤隔离，实现了病毒无法侵入机床系统。经过系统设定后，DNC-Max只对特定后缀文件进行传输，不符合的文件类型将不会传到机床系统中去。DNCMax具有系统锁定功能，通过设置系统管员密码锁定及超时锁定，保证在DNC传输过程中不会因人为误操作关闭DNC系统，造成传输失败。

系统全局设计与通信参数自动备份存储技术，实现客户在移机或重装系统时，系统可以智能备份恢复。

4 结语

CIMCO物联网的DNC/MDC系统规划，可解决装配制造传统装配作业能力不平衡、周期长、效率低、质量难以保证的问题，物联网实现生产设备互联互通、智能感知，在生产周期、生产材料、生产效率等方面得到明显的验证，有助于实现生产设备网络化、信息采集实时化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场少人化、生产制造服务化等，极大地促进装备制造业的发展。