1、 從加工中心說起

　　什么是加工中心？加工中心全稱為：Computerized Numerical Control Machine center（簡稱CNC），是由機械設備與數控系統(tǒng)組成的使用于加工復雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，是能對工件一次裝夾后進行多工序加工的數控機床。

　　對于目前大多數制造企業(yè)來說，投入了自動化設備，意味著設備整體性能的提高，但是，設備整體性能的提高不意味著生產效率有所提高，僅僅依靠設備整體性能提高所帶來的貢獻是非常有限的。只有當制造模式和管理模式發(fā)生改變，才能讓整體的生產效率得到跨越式的提升。但是制造模式的改變，對制造裝備本身又提出了新的要求。

　　今后制造業(yè)發(fā)展的趨勢是大力發(fā)展數字化的制造模式。由互聯(lián)網技術進行支撐并融合信息技術與機械技術，將生產、銷售、技術以及管理各部門的數據在一個網絡下流動，實現(xiàn)信息完全共享，并能夠縮短產品物料生產準備時間、縮短產品交貨時間、提高產品的生產效率、降低產品的成本。正是因為這種發(fā)展趨勢，在數控設備達到一定數量后，就需要引進管理數控設備的系統(tǒng)軟件——DNC系統(tǒng)。

　　2、認識DNC

　　DNC系統(tǒng)(Distributed Numerical Control)，按照字面意思理解為分布式數控系統(tǒng)，它的主要功能是實現(xiàn)CAD/CAM和計算機輔助生產管理系統(tǒng)集成的紐帶，是機械加工自動化的又一種形式。傳統(tǒng)的DNC系統(tǒng)僅僅能實現(xiàn)程序傳輸的功能。隨著信息化技術的發(fā)展，目前的DNC系統(tǒng)已經發(fā)展為可以集成部分制造執(zhí)行系統(tǒng) (manufacturing execution system，簡稱MES）功能的系統(tǒng)軟件，具有提供實時收集生產過程中數據的功能，并做出相應的分析和處理，與計劃層和控制層進行信息交互，通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成的功能。所以說，DNC系統(tǒng)已經成為制造業(yè)企業(yè)生產信息化系統(tǒng)中不可缺的一套系統(tǒng)。通過DNC系統(tǒng)能夠獲取最及時，最準確的生產數據。

　　3、為什么要實施DNC系統(tǒng)

　　經過調查發(fā)現(xiàn)，對于數控設備較多的企業(yè)一般都存在以下幾個問題：

　?。?）以眾多數控加工設備為主要資源的生產企業(yè)，大量使用數控設備進行加工，但數控設備的生產利用率較低。

　　（2）生產過程中程序傳輸頻率高。由于等待程序傳輸而浪費了大量生產加工時間。

　?。?）頻繁的程序傳輸導致不按規(guī)范操作，對通訊接口進行熱插拔，使得機床或計算機接口損壞。

　?。?）公司制定了ISO管理規(guī)范，但程序沒有集中管理，沒有嚴格的審批流程，一般是編程員自己各自保管。傳輸程序時，通過內部的共享平臺或實時通訊軟件，將程序傳給程序傳輸人員或車間相關人員進行點對點的程序傳輸。

　?。?）ERP、PDM等上層信息化系統(tǒng)實施較好，但數控設備較多車間內部的信息的傳遞，依然依靠人工匯總，并手工輸入到上層系統(tǒng)的方式來進行操作。

　　如果企業(yè)存在上面的一個或更多的問題，就應該考慮實施應用DNC系統(tǒng)了。

4、DNC系統(tǒng)實施準備

　　如果企業(yè)將要實施DNC系統(tǒng)，那么就應該做好相應的實施系統(tǒng)前的準備工作。

　　第一，充分進行調研，明確企業(yè)內部需求。原始的DNC系統(tǒng)僅僅只有程序傳輸的功能，目前的DNC系統(tǒng)已經發(fā)展成為帶有MES功能的一個系統(tǒng)了。如果上層系統(tǒng)，如ERP、PDM等系統(tǒng)都未完全建立成體系，企業(yè)是否真正的需要制造執(zhí)行系統(tǒng)里面的一些功能，是值得考慮的。

　　第二，做好企業(yè)內部數控設備的資料整理工作。一定要明確每臺設備的操作系統(tǒng)的廠商，通訊接口的類型，內置功能模塊，是否具有宏輸入輸出功能等與DNC系統(tǒng)緊密相關的參數信息。最好能與數控機床廠商進行聯(lián)系，提供機床與通訊相關的技術支持。

　　第三，明確聯(lián)網數控設備臺數。確定每臺數控設備的位置，并對以后可能新增的機床位置做出預留，并部署相應的DNC網絡。

　　第四，明確工藝流程，并對物料做相應編碼，并在前期準備工作中錄入部分數據。由于DNC系統(tǒng)可擴展為制造執(zhí)行系統(tǒng)的一部分，所以，如果需要實施應用此模塊時，必須準備并錄入一系列基礎數據，部分基礎數據是在運用系統(tǒng)之前往往沒有或未明確規(guī)定的，故需要做大量分析研究的工作?；A數據通常 包括產品結構、物料（包括物料編碼規(guī)則、零件、毛坯、在制品、刀具、工裝、工具、量檢具等）、工藝路線、加工工時、物料庫存、設備與人員資源、各種例外代 碼與原因代碼等信息等。

　　 除此之外，在與軟件廠商的溝通過程中，注意明確，軟件廠商的技術能力是否有足夠保證，是否能提供正常的軟件維護，能否提供與其他系統(tǒng)之間的系統(tǒng)接口。

　　5、DNC系統(tǒng)實施步驟

　　做好了前期的準備工作，只是讓我們清楚的對DNC系統(tǒng)有了充分的認識。如果要實施DNC系統(tǒng)，還需要有相應的規(guī)劃并且要應用現(xiàn)代化的數控設備和網絡化的信息系統(tǒng)，才能達到制造過程數字化的較高水平。在實施前，根據自己工廠內的數控設備情況，因地制宜的進行實施。

　　首先要具備數字化終端，并且能夠實現(xiàn)數據的雙向通信，如果自身帶有智能管理功能實施起來效果會更加的好。

　　第二，工廠的基礎網絡能夠將所有要建設數字加工中心的位置進行覆蓋，能夠將自動化化生產設備進行有效鏈接，接入公司的局域網中。

　　當具備以上兩個條件時，就可以在DNC系統(tǒng)化內使用系統(tǒng)的兩個擴展功能，即車間現(xiàn)場管理的功能和數控機床刀具管理功能。這兩個主要擴展功能的實施周期相對較短，并且實施起來風險投入較小，最重要的是實施效果非常明顯，會給車間現(xiàn)場工作人員的工作帶來極大的便利。

　　如果加工中心內設備的運轉狀態(tài)以及刀具管理及配送信息掌握的非常準確的時候，可以進一步考慮與PDM系統(tǒng)進行集成，并將程序的編輯、生產作業(yè)準備、加工工藝信息、零件信息、配置、文檔、CAD文件、結構、權限等信息進行規(guī)范管理。

　　如果以上這些功能模塊的數據能保證十分準確，那么隨著機床數量和客戶訂單的增加，完全可以進一步實施智能排產系統(tǒng)進行統(tǒng)一的生產計劃安排，調度指揮。該功能實施完畢后，可以與公司內部實施的MES系統(tǒng)進行集成，達到生產計劃向上層系統(tǒng)反饋，使管理人員能夠對工作任務進行全方位的管理，方便管理人員進行決策。

　　6、 DNC實施難點與解決方法

　　在了解完DNC系統(tǒng)實施準備工作和實施步驟兩個要點后，還必須明確的是，在DNC系統(tǒng)實施過程中，不可能一帆風順，是會有波折的，因此，在實施前，對DNC系統(tǒng)實施的難點要有充分的認識。

　　DNC系統(tǒng)的實施在技術上難度相對較小，但在企業(yè)執(zhí)行過程中會有一定的阻力，所以在實施DNC系統(tǒng)時，應盡量避免以下問題，如出現(xiàn)了問題，也應耐心的進行解決。

　　（1）設備功能問題。數控設備是DNC聯(lián)網的基礎，如果數控設備不具備聯(lián)網的條件，可在權衡利弊后，再實施DNC系統(tǒng)聯(lián)網工作。避免在最基礎的通訊功能上遇到阻力。

　　（2）工作職責變更問題。在實施的初期，由于系統(tǒng)的實施導致部分與生產先關的員工職責發(fā)生改變，會帶來不時適應的現(xiàn)象。例如調機員原先是不需要下載程序，是由專人傳輸好程序后，只進行調機即可。但DNC系統(tǒng)實施后，調機員需通過DNC系統(tǒng)自主的下載程序，在實施初期，調機員可能因為對系統(tǒng)熟悉程度不夠，而對系統(tǒng)的效果產生負面的效果。要解決此問題，應在實施過程中，反復對使用系統(tǒng)的員工進行培訓，必要時需通過考試，培訓合格后方能上崗。
　　
　?。?）企業(yè)流程固化問題。由于實施了DNC系統(tǒng)，原有的企業(yè)流程可能無法滿足DNC系統(tǒng)的要求。因此，需要對企業(yè)的部分流程進行優(yōu)化。

　　（4）系統(tǒng)功能重疊系統(tǒng)集成問題。DNC系統(tǒng)是生產車間管理系統(tǒng)，在整個信息流中處于最底層。因此，也兼有制造執(zhí)行系統(tǒng)的部分功能。因此，在數控車間這部分，實施DNC系統(tǒng)能夠實現(xiàn)大部分的制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能。但在數控車間以外，DNC系統(tǒng)就無法顧及，需要實施其他的信息化系統(tǒng)，如制造執(zhí)行系統(tǒng)來進行管理。

圖1 DNC與其他系統(tǒng)間的關系

　　7 、DNC效益分析

　?。?）通過DNC系統(tǒng)的實施，利用IT技術有效地利用無效時間，節(jié)約工廠成本?？梢赃@么算一筆帳（如下圖2 實施系統(tǒng)前后陳本對比表）， 假設數控設備數量為50臺，平均每天程序傳輸1次，每周工作6天，每次人工傳輸程序時間為5分鐘，車間每小時的運行成本為100元，那么一年（按52周計算）下來，因為程序傳輸而浪費的資金為130000元。DNC傳輸程序時，根據數據量大小時間會有所不同，大約30秒可傳輸完畢程序，還是按車間每小時成本100元，50臺機床，每周工作6天，每天1次程序傳輸頻率進行計算，每年的成本僅13000元。僅僅為以前的十分之一。假設在程序傳輸上，系統(tǒng)一次性投資為100000元，僅僅在程序傳輸方面就可以節(jié)約出投入的資金。

圖2 實施系統(tǒng)前后陳本對比表

　?。?）打消了車間與辦公室之間的壁壘， 以數字量化工作的整體進度。

　　（3）通過信息共享從而提高設備運行率，提高全體員工的工作效率。

　　下面就通過一個簡單的案例來講述一下DNC系統(tǒng)在制造行業(yè)比較好的一個應用。

　8、數字化加工中心案例

　　8.1 實施背景

　　某上市集團公司，經過了幾年的信息化規(guī)劃與實施，已經成功的運用了ERP、PDM等信息化系統(tǒng)，但在車間尤其是加工中心的實時數據的掌控上，有較大的缺陷。為著力打造數字化工廠，規(guī)劃以DNC系統(tǒng)為加工中心數據基礎平臺，將生產數據及時、準確、快速的傳遞到上層系統(tǒng)的ERP等系統(tǒng)中。

　　在加工中心生產制造的過程中，所有與工藝相關的信息，如圖紙、文件、NC程序等信息都存放在PLM系統(tǒng)中。在生產的具體執(zhí)行過程中，300臺的數控系統(tǒng)的程序傳輸量是相當大的，因此，考慮對生產具體執(zhí)行過程中的NC程序代碼進行管理，達到規(guī)范化的操作目的，因此，考慮建立以DNC系統(tǒng)為核心，加工中心數控機床為基礎的數字化工廠。

　　8.2 方案與實施

　　8.2.1 機床聯(lián)網

　　首先要解決的就是程序傳輸問題。生產部門的加工中心以數控設備為主，數控加工設備總數量約為300臺，包含了目前主流的法拉克、三菱、西門子等數控系統(tǒng)，所有設備均帶有RS232串口通信接口，通過在每臺機床端安裝一個串口通訊服務器，即可實現(xiàn)通過協(xié)議轉換的方式將數控機床接入到DNC網絡中。其中有110臺設備帶有網絡接口卡，能夠通過將機床網卡直接與現(xiàn)場局域網絡的交換機連接實現(xiàn)機床接入到DNC網絡中。網絡拓撲圖如下：

圖3 DNC網絡示意拓撲圖

　8.2.2  生產數據采集

　　由于加工中心內部設備系統(tǒng)的多樣性，因此在實施車間生產數據采集時必然要采用多種技術手段才能完整地采集到各種設備、各個質量管理的受控點的信息，因此在實施前制定了生產數據采集的原則：

　?。?） 采集有用的數據，滿足生產管理和設備管理的需要。如，機床的開機、關機、維修等實時信息，供生產管理人員實時監(jiān)控控制。

　?。?） 能自動采集的就自動采集，不能自動的就手動采集。如，機床的開關機信息，無需人工干預，通過檢測機床網絡狀態(tài)，就能基本準確的知曉機床實時狀態(tài)。但對于機床待料、機床維修等機床狀態(tài)信息，需要通過手工操作的方式來進行上報。

　?。?） 在保證數據完整性的前提下，盡量提高數據的實時性。

　?。?） 盡量使用現(xiàn)有的DNC網絡，通過技術手段，盡量不增加硬件，達到采集到更多的生產信息的目的。

　?。?） 采集的數據保存在開放的數據庫中以供授權的用戶調用。即通過DNC系統(tǒng)采集到的生產信息數據能夠提供給其他系統(tǒng)，如MES、ERP等系統(tǒng)使用。

圖4 各信息系統(tǒng)間信息流動情況

8.3 實施效果

　　通過DNC系統(tǒng)的實施，在DNC系統(tǒng)的支持下，上層數據系統(tǒng)得到了加工中心實時的生產狀態(tài)信息。

　　在生產執(zhí)行環(huán)節(jié)中，當工藝程序通過PLM系統(tǒng)導入到DNC系統(tǒng)中，DNC系統(tǒng)通過計劃任務，自動分發(fā)到相應的數控機床。數控操作工只需在機床端，通過NC程序下載指令，相應需要加工的程序即可自動下載到數控機床中進行加工。如NC程序過大，可臨時添加在線加工設備或在擴展槽中插入T-Flash卡，以便擴展機床內存，達到不用對程序進行分段，一次性對程序進行加工的目的。

　　通過DNC系統(tǒng)的技術處理，能夠實時采集到生產上的加工數據信息，能夠準確的知曉每個零件的詳細信息，如圖紙?zhí)?，工序號，編程人，零件加工時間等信息。

 
圖5  實時生產數據采集

　　對采集的數據進行匯總處理，與生產計劃信息進行比對，形成某個零件某道工序的當前加工進度、該計劃當天任務完成進度、該計劃總體完成進度的報表信息。

圖6  實時生產進度信息

　　當生產時產生各種不正常的加工時，系統(tǒng)會根據先前制定的各種標準來進行判斷，并通過內部及時通訊軟件告知相應的負責人進行處理。異常信息并記錄到DNC系統(tǒng)中，提供給管理人員事后進行分析處理。

圖7  生產異常報警查詢

　　生產現(xiàn)場的狀態(tài)（數控機床的運行、維修、調機、待料等實時狀態(tài)）可以通過公司局域網內的任意一臺辦公進行查看，并且該狀態(tài)可以在電子看板大屏幕進行展示。

圖 8實時監(jiān)控狀態(tài)

 　　9、結束語

　　以上案例與分析僅僅提供了實施DNC的一些思路，還需要根據公司的實際情況，因地制宜、多想辦法來進行實施。在實施前，一定要做好信息化系統(tǒng)方面的規(guī)劃，每實施一部分內容，做一次實施效果的評估，并且做相應的經驗總結，這樣在實施過程中就不會迷失方向，失去實施DNC系統(tǒng)的信心。