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      一. 前言
      隨著計算機技術、網絡技術在機械制造業的應用,使制造業日益現代化,代表現代制造業發展方向的網絡制造模式也逐漸為企業接受和使用。高等教育擔負著培養人才的重任,要為國家提供高素質的實用型人才,就必須建立一個高水平的能體現現代先進科學技術的實驗基地。近幾年來,國家加大了對教育的投入,使先進的教學設備進入實驗室,各高校機械系紛紛購進先進的數控設備用于教學實習。隨著數控設備數量和品種的增加,如何加強對這些設備的管理,進行合理配置,使其發揮出最大的效益成為實驗老師面臨的重要課題。
     
      二. 問題分析
      1. 程序傳輸
     ?。?) 由于數控機床引進的時間不同,從早期RS-232串行接口的數控機床,到現在既能提供串行接口又能提供網絡接口的新型數控機床,不同的發展階段,不同的版本,導致數控系統繁雜,各系統之間所用的通信協議(波特率數據位、停止位、奇偶校驗、開始符和結束符等)和通信電纜互不一樣,造成相互之間不兼容的現狀。
     ?。?) 由于沒有通訊網絡,只好用筆記本電腦單機傳輸程序,但頻繁的熱插拔極易燒壞機床的接口。
     ?。?) 有些機床帶有軟驅,但學生畢業設計的加工程序數萬條,用軟盤向數控機床輸入程序時,由于軟盤容量小,需反復多次,因此用軟盤作為傳輸介質極不方便。同時軟盤易損壞,所以經常造成程序丟失,管理也不方便。
     ?。?) 實驗室有一臺教學系統,由于內存空間較小,存放程序數量少,大量的加工程序不得不進行反復刪除和鍵入,使得輔助時間加長,影響了數控機床的加工效率。
     ?。?) 學生手工編寫完的零件G代碼加工程序,在輸入數控機床前,需要指導老師檢查,由于每個學生的思路方法不同,檢查起來要花費相當多的時間。
     ?。?) 學生在做數控實驗時,是分批成組進行,每組學生將自己編寫好的程序從控制面板上輸入,由于環境嘈雜,極易出錯,常常因為輸錯一個字符造成實驗件報廢和刀具損壞。
      2. 程序管理
     ?。?) 由于傳輸不便,有許多實驗的程序都是在控制面板上現編現用,由于內存空間小,以及誤操作等原因,程序經常丟失,管理上缺乏條理。
     ?。?) 所有的數控程序都是用文件夾的方式保存在電腦上,時間長了,哪些是畢業設計的程序,哪些是科研課題的程序,以及平時教學應用的程序,經常要花費大量時間去查找,由于數控系統存在差異,不同版本的程序保存也容易引起混亂。
     ?。?) 電腦上的數控程序和CAD模型圖、刀具清單等都是獨立保存的,時間一長,就難以確認它們之間的對應關系,給再次使用造成麻煩。
     ?。?) 在程序調試階段,數控機床和電腦不能實時通信,有許多在電腦上編的程序到機床上調試更改后不能及時更新,電腦中保存的仍是老版本的程序,下次調用還需要重新調試修改。
     ?。?) 由于對數控程序沒有權限管理,學生在使用電腦時,出于好奇上下查閱電腦中的文件,時常出現挪動和改動的現象。
      3. 程序編輯修改
      學生初學編程指令,手工編制零件的加工程序,在修改時,一般是控制面板上或在電腦的記事本中完成,由于還沒有用到的數控編程工具,生成的G代碼程序無法進行比較模擬,出現錯誤也只能在試切時發現。
     
      三. 解決方案
      經過多方面調研論證,北京機械工業學院機械工程系最終選擇與北京蘭光創新科技有限公司合作,引進了蘭光DNC數控機床聯網系統,成功地將機械制造實驗室所有數控機床連入本系局域網,形成了網絡化管理,提高了管理水平,為提高實驗教學水平,加強網絡制造信息化建設及實驗教學信息化管理打下了堅實的物質基礎。
      下面是整個系統的網絡規劃圖。
    圖1 DNC系統網絡規劃圖
     
     ?。?) 網絡建設和硬件
      整個網絡以機械工程系現有局域網為基礎,通過屏蔽雙絞線將網絡延伸到各數控機床和教學設備。由于各設備的接口形式不同,分別采用了不同的解決方式。數控教研室內的SODICK機床和實習工廠內的FANUC、SIEMENS機床是RS232串行接口,在機床端增加了MOXA DE211串口服務器,通過串行通訊的方式聯入DNC網絡。四開數控和CIMS教學系統是網絡接口,直接通過屏蔽雙絞線,利用DNC服務器中的FTP協議實現雙向高速通訊。
     ?。?) 軟件構成
      由DNC通信系統、數控程序編輯器、數控程序管理系統構成,這三個部分無縫集成為一個整體,分別負責機床通信、程序編輯和程序管理。程序仿真校驗專家MCU,直接對G代碼進行實體仿真,用于驗證程序的正確性。
     ?。?) 實現功能
      ☆ 實現了數控機床網絡化、長距離通信,徹底擺脫了手工或單機錄入程序的局面;
      ☆ 遠程調用功能使操作者直接在機床控制面板上就可得到服務器上的程序清單,并可直接調用;
      ☆ 程序需要從機床向服務器上傳時,服務器能夠自動接收,并完成對程序的命名,保存和備份工作,無須專人值守;
      ☆ 多臺機器可同時上傳下載,互不影響;
      ☆ 每次傳輸可產生成功/失敗報告,及時向操作者反饋傳輸狀況;
      ☆ 在網絡上的任何PC都可以通過IE瀏覽服務器,了解到數控機床開關情況、通信情況,通過特殊宏指令還可以了解程序運行情況;
      ☆ 提供一個高效的程序編輯、修改和仿真的平臺,程序在上機床前,利用其軌跡和實體仿真功能對學生編制的程序進行模擬,及時發現和修改程序,避免在加工中出現錯誤;
      ☆ 實現了數控程序的數據庫管理,克服了文件夾管理方式的弊端;
      ☆ 可對數控程序的各種信息,如程序號、零件號、機床和學生實際編程信息等進行管理,并可自定義關鍵字段;
      ☆ 可對程序的程序號、機床、學生實驗類別和編制時間等關鍵字段進行組合查找,并支持通配符,從而很方便的找到想要的程序;
      ☆ 以程序作為主線,把與程序相關的程序備注、刀具清單、實驗數據等信息進行關聯管理,所有信息都在數據庫的同一個界面內,一目了然。
      ☆ 實現權限管理,學生、指導教師和研究室人員有不同的使用權限;
      ☆ 為研究生、實驗室、編程者、管理者提供一個暢通的信息交流平臺,使他們在各自的辦公環境下,就能完成程序的編制、修改、驗證、調用和備份等工作。
     
      四. 實施效果
      實現數控機床聯網后,實驗室改變了原來的數控管理模式,使機床的通信效率大大提高,程序傳輸高效、準確,減少了機床的待機時間和程序驗證時間,合理安排實驗教學計劃,提高了機床的利用率。特別是針對《網絡制造技術基礎》課程,增開了網絡并行機床加工實驗,由于采用流程化的管理模式,使學生對所進行實驗的目的明確,過程清晰,極大的激發了學生的學習積極性,收到了良好的效果。
      在學生畢業設計階段,學生把在CAD實驗室編制好的程序通過系局域網發送到DNC服務器上,老師在自己的電腦上通過DNC客戶端對這些程序進行管理和驗證,然后學生直接到機床上調用自己的程序,整個過程嚴密可靠,提高了程序的正確性,縮短了畢業設計時間,大大提高了教學的效果和學生畢業設計的質量。
     
      五. 結束語
      數控機床網絡管理系統應用,給學生構建了一個適應現代化制造技術發展及模擬企業的網絡制造環境,加深了學生對現代制造技術從總體上系統地了解和認識,同時也為開出多門課程的綜合型實驗以及研究生進行相關課題的研究提供了堅實的環境基礎。
     
     
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