中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司國(guó)營(yíng)武昌造船廠主營(yíng)特種船舶舾裝件與完整件，大、中型鋼結(jié)構(gòu)，機(jī)械加工、特種設(shè)備制造、冶金成套設(shè)備制造等業(yè)務(wù)。近年來(lái)逐年加大技術(shù)創(chuàng)新投入，利用信息技術(shù)不斷推進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，初步形成了融合三維設(shè)計(jì)、虛擬仿真和設(shè)計(jì)管理與控制平臺(tái)為一體的數(shù)字產(chǎn)品柔性生產(chǎn)線，計(jì)算機(jī)三維生產(chǎn)設(shè)計(jì)、企業(yè)信息空間工程和潛艇總段建造技術(shù)等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)成為武船機(jī)制分廠搏擊市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

    然而在發(fā)展中，企業(yè)的生產(chǎn)能力也在經(jīng)受著新的考驗(yàn)，隨著發(fā)展速度一步步的加快，認(rèn)識(shí)到了生產(chǎn)能力的提高不再僅僅是增加一峰設(shè)備那么簡(jiǎn)單，需要通過(guò)更加合理的安排生產(chǎn)、調(diào)節(jié)生產(chǎn)計(jì)劃、改善生產(chǎn)節(jié)拍、全面過(guò)程控制這些手段來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能、品質(zhì)的提高，成本降低，從而有效地增加企業(yè)產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。在3個(gè)車間進(jìn)行整體數(shù)字化改造丁程，采用CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)為車間整體信息化的平臺(tái)，完成機(jī)床代碼傳輸及在線加工的工作，同時(shí)為后期車間管理打下基礎(chǔ)。

??一、方案設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想??

    武船機(jī)制分廠數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)管理系統(tǒng)的指導(dǎo)思想為：“總體規(guī)劃、分步實(shí)施”。先實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，然后合作實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)管理，并進(jìn)一步完成程序編輯仿真、設(shè)備信息采集、統(tǒng)計(jì)分析這幾個(gè)模塊的功能，并將這幾個(gè)模塊的功能應(yīng)用成熟，在后期可以考慮到實(shí)現(xiàn)MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))系統(tǒng)，有效的對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、派工、產(chǎn)能信息回饋、排產(chǎn)、庫(kù)房管理、刀具管理這幾部分做出更進(jìn)一步的改善，完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)，并與企業(yè)ERP/PDM/CAPP等系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)的協(xié)同管理和工作。

    統(tǒng)一平臺(tái)，協(xié)同管理：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)的整體規(guī)劃、建設(shè)和管理，CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的信息資源規(guī)劃、統(tǒng)一的系統(tǒng)實(shí)施和部署、統(tǒng)一的應(yīng)用升級(jí)和發(fā)布機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信息化的整體規(guī)劃、建設(shè)和管理。CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)建立集成的系統(tǒng)體系，統(tǒng)一的權(quán)限控制，統(tǒng)一的流程、協(xié)作、任務(wù)和消息傳遞機(jī)制，統(tǒng)一的信息集成機(jī)制，使系統(tǒng)成為集成、協(xié)同的整體。滿足企業(yè)個(gè)性和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要。

    采用集中數(shù)據(jù)處理模式，提高可控性：CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)實(shí)施后，最終所有數(shù)據(jù)均被管理存儲(chǔ)于總服務(wù)器中，考慮到數(shù)據(jù)保密及安全，網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)數(shù)據(jù)總服務(wù)器必須考慮數(shù)據(jù)備份，支持硬盤(pán)熱插拔?？梢宰龅桨磿r(shí)間周期設(shè)置自動(dòng)數(shù)據(jù)備份。

    統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施：DNC系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，關(guān)系到車間生產(chǎn)的方方面面，是一項(xiàng)引入新思想、新觀念的全局性工作，因此，需要集中統(tǒng)籌，統(tǒng)一規(guī)劃，制定切實(shí)可行的總體實(shí)施規(guī)劃，把網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)的管理思想、管理體制、管理方法融入到生產(chǎn)中去。如果沒(méi)有統(tǒng)一的建設(shè)規(guī)劃，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，數(shù)據(jù)不能集成、共享，將會(huì)造成很多“信息孤島”，既造成重復(fù)投資，又大大降低了使用效果。

    按照總體規(guī)劃，自下向上分步實(shí)施的原則，每完成一步，按階段驗(yàn)收一步，即先實(shí)施的車間，先試運(yùn)行，在試運(yùn)行后，進(jìn)行階段性驗(yàn)收，本著完善提高的方式進(jìn)行。

??二、方案的實(shí)施??

    CAXA經(jīng)過(guò)與武船機(jī)制分廠技術(shù)人員的多次溝通與交流，了解到武船機(jī)制分廠對(duì)DNC系統(tǒng)需求突出為程序設(shè)備的代碼傳輸和生產(chǎn)文檔的管理并且能實(shí)現(xiàn)機(jī)床生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)采集。經(jīng)過(guò)和使用部門(mén)多次探討，在最為基礎(chǔ)的數(shù)控設(shè)備通訊模塊中，CAXA提出“智能終端(單串口服務(wù)器)”方案。在數(shù)控設(shè)備統(tǒng)一集中通訊的需求下，需要一套完整的解決方案來(lái)完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的搭建，從而保證通訊的暢通無(wú)阻，操作的方便快捷，系統(tǒng)的安全可靠。

圖1：武船機(jī)制分廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

    在方案中，CAXA采用了一種定制的國(guó)產(chǎn)串口服務(wù)器(又名智能終端)，這是一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的微型嵌入式計(jì)算機(jī)，也是一種在安全上非常敏感的網(wǎng)絡(luò)硬件。國(guó)內(nèi)軍工企業(yè)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)大多要求使用國(guó)內(nèi)制造的該種智能終端產(chǎn)品，它是中國(guó)電信網(wǎng)絡(luò)控制中大量使用的信得過(guò)產(chǎn)品。從軍工行業(yè)保密方面要求考慮，該智能終端其產(chǎn)品內(nèi)核系統(tǒng)為L(zhǎng)inux，應(yīng)用部分軟件由CAXA編寫(xiě)，硬件內(nèi)的全部源碼為CAXA掌握，不存在非友好集團(tuán)的不良程序，不會(huì)泄漏用戶信息。從系統(tǒng)的可靠性上考慮，使用智能終端能提供每天24h、每周7個(gè)工作日、每月30天、每年12個(gè)月的不間斷運(yùn)行，且硬件發(fā)熱小、穩(wěn)定性高，能保證車間現(xiàn)場(chǎng)使用。

    使用智能終端設(shè)備的工作原理為：每臺(tái)機(jī)床使用1個(gè)智能終端，實(shí)際上為1個(gè)微型計(jì)算機(jī)，因此可以將機(jī)床作為車間局域網(wǎng)中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)入到車間以太網(wǎng)絡(luò)中，布線時(shí)不需要布置成本昂貴的串口線路，只要布置通用以太網(wǎng)線路就可以。智能終端的一端連接機(jī)床的串口，從智能終端的另一端引出的屏蔽網(wǎng)線連接到附近的以太網(wǎng)交換機(jī)上，以太網(wǎng)交換機(jī)再通過(guò)已布置好的光纖模塊接入企業(yè)園區(qū)網(wǎng)。

    由于以太網(wǎng)絡(luò)比RS232線路的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性好，如果每臺(tái)數(shù)控機(jī)床前放置一臺(tái)智能終端，它具有獨(dú)立的IP地址，并具有RS232和RJ45協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，能夠按照一定的協(xié)議和數(shù)控機(jī)床及網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這樣既可以將RS232線路縮短到最短。另一方面，由于服務(wù)器不直接和數(shù)控機(jī)床的RS232接口通信，而是以10/100M的速度與單個(gè)終端微縮計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，因此單臺(tái)服務(wù)器可控制的機(jī)床數(shù)量將比單純的多串口通信大得多，可以真正做到單臺(tái)服務(wù)器可管理的數(shù)控設(shè)備超過(guò)256臺(tái)。

    智能終端內(nèi)部具有獨(dú)立的CPU和內(nèi)存，外部具有2個(gè)接口：以太網(wǎng)絡(luò)的RJ45接口和RS232接口，如圖2所示。

圖2：以太網(wǎng)絡(luò)的RJ45接口和Rs232接口

    此種通信方式特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)為：真正做到將串口線路縮短到最短，增強(qiáng)了申口通信的穩(wěn)定性；計(jì)算機(jī)服務(wù)器的并行處理能力大大提高，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定；通過(guò)智能終端的方式連接，可以有效地避免病毒對(duì)機(jī)床的入侵；通過(guò)智能終端和CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC通訊軟件的配合，可以針對(duì)FANUC系列的機(jī)床直接實(shí)現(xiàn)快速機(jī)床加工信息采集，無(wú)需再增添其他設(shè)備以增加成本；智能終端屬于單節(jié)點(diǎn)通訊設(shè)備，即使1個(gè)損壞也不會(huì)影響到其他設(shè)備。另外，在維修方面也更加方便快捷，不用擔(dān)心多串口服務(wù)器的方式下出現(xiàn)“一口損壞，整臺(tái)更換”的尷尬局面，而且整臺(tái)更換將會(huì)影響到所有機(jī)床的正常通信，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，即使可以快速的更換，也需重新對(duì)該多串口服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)配置，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

  此方式已經(jīng)過(guò)多個(gè)用戶多年的使用測(cè)試，可以保證長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，并且操作簡(jiǎn)便。從整個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)而言，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備通訊模塊是完成及貫通整個(gè)系統(tǒng)及平臺(tái)的前提和基礎(chǔ)。

  CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC通信模塊可以完成數(shù)控加工程序從服務(wù)器到機(jī)床的遠(yuǎn)程上傳/下載、數(shù)控設(shè)備參數(shù)的備份/恢復(fù)、大程序的在線加工等功能，在網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)中起很重要的作用。如圖3所示，它完成的基本功能是代碼的雙向傳輸，支持遠(yuǎn)程請(qǐng)求與遠(yuǎn)程傳輸功能，操作者在機(jī)床端就可以遠(yuǎn)程調(diào)用程序，完成程序的發(fā)送、接收和列表查詢。

   除此以外還可以完成機(jī)床參數(shù)設(shè)置/加密/備份，代碼校驗(yàn)仿真，高級(jí)參數(shù)設(shè)置，加工數(shù)據(jù)采集等功能。CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC通信系統(tǒng)組成見(jiàn)圖3。

圖3：CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC通信系統(tǒng)組成

    CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC通信模塊自動(dòng)傳輸/監(jiān)測(cè)穩(wěn)定可靠，能適應(yīng)365×24的工作模式，保證長(zhǎng)年全天24h開(kāi)機(jī)工作，不會(huì)影響機(jī)床的三班倒或節(jié)假日加班運(yùn)行；由于在與串口機(jī)床通信時(shí)采用了定制的國(guó)產(chǎn)智能終端，它是一種增加了大量串口傳輸功能和提高了傳輸穩(wěn)定性和安全性的串口服務(wù)器，其內(nèi)置了CAXA自行開(kāi)發(fā)的程序模塊，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)硬協(xié)議式的傳輸，計(jì)算機(jī)端與單串口服務(wù)器間通信采用TCP/IP協(xié)議傳輸，速度可以真正達(dá)到以10/100M速度進(jìn)行，降低網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)載，提高并行加工能力，在傳輸過(guò)程中保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定快捷，準(zhǔn)確無(wú)誤，具有多重校驗(yàn)機(jī)制，使支持線路受干擾后數(shù)據(jù)丟包、缺損的自動(dòng)補(bǔ)齊，字符自動(dòng)效驗(yàn)功能，保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。保證了程序傳輸無(wú)誤碼、無(wú)掉段。

??三、項(xiàng)目實(shí)施效果??

    本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了3個(gè)車間14臺(tái)數(shù)控設(shè)備的通訊控制，操作者只需要在數(shù)控設(shè)備的控制面板上輸入調(diào)用指令，即可完成程序的發(fā)送、接收和列表查詢。實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)床并行在線加工、斷點(diǎn)續(xù)傳能力，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手工、斷點(diǎn)續(xù)傳，在線加工過(guò)程中會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)包，確保了傳輸?shù)綑C(jī)床的程序無(wú)誤?？蓪⒉煌脑O(shè)備類型、不同的控制系統(tǒng)以不同的接入方式同時(shí)接入統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。上傳程序時(shí)，服務(wù)器能夠自動(dòng)接收、自動(dòng)保存數(shù)控程序，服務(wù)器端無(wú)需專人職守。實(shí)現(xiàn)加工程序遠(yuǎn)程列表瀏覽，操作者在機(jī)床端就可以瀏覽服務(wù)器上對(duì)應(yīng)的文件列表，并可在列表中選擇程序進(jìn)行調(diào)用。具有強(qiáng)大的日志管理功能，可以記錄整個(gè)系統(tǒng)的所有事件，提供復(fù)合查詢檢索，方便問(wèn)題的查找。可查看數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜掌?、時(shí)間、文件名以及上傳還是下載等內(nèi)容，用以記錄操作者的操作過(guò)程及出錯(cuò)信息。可以自動(dòng)備份通訊參數(shù)，在移機(jī)或重裝系統(tǒng)時(shí)，機(jī)床參數(shù)可智能恢復(fù)。

??四、結(jié)語(yǔ)??

    武船機(jī)制分廠CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC項(xiàng)目的施工難度較大，設(shè)備體型大，品種多，包含鍛壓、金切、鑄造、起運(yùn)等設(shè)備，CAXA克服了種種困難，順利完成了施下，受到了武船機(jī)制分廠的好評(píng)。CAXA為武船機(jī)制分廠DNC系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目匹配了CAXA最優(yōu)秀的平臺(tái)和模塊，并通過(guò)模塊之間的完美契合，實(shí)現(xiàn)了本次項(xiàng)目的全部技術(shù)要求，并且對(duì)某些技術(shù)要求做了更加完美的補(bǔ)充和完善，使之真正成為適合武船機(jī)制分廠的DNC系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，為武船機(jī)制分廠搭建一體化的數(shù)字化制造平臺(tái)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)在武船機(jī)制分廠的應(yīng)用是非常成功的。