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      重慶鐵馬工業集團有限公司是典型的小批量、多品種離散型制造業,數控設備分布于各個車間。在加工過程中利用以太網,實現了分布式數字控制系統DNC,對數控設備實施聯網集中管理、狀態監控和遠程控制,并進行NC程序雙向傳輸,充分發揮數控設備的效率,使數控設備網絡化、集成化。 
     
      重慶鐵馬工業集團有限公司隸屬于中國兵器工業集團,始建于1941年,公司占地面積121萬平方米,有員工4000余人,其中高、中級工程技術人員1000余人。公司主營特種車輛、專用汽車、汽車上裝系列以及以離合器、空氣懸掛等為重點的汽車零部件制造,兼營房地產開發、監理、商貿等。公司實力雄厚,擁有各類先進設備近3000臺。公司具有完善的質量控制及檢測手段,通過了國家ISO9001、2000 、2001質量體系認證。
     
      一、數控加工應用簡介
      作為一家老牌國營企業,擁有數百臺數控設備、及多種數控系統。隨著信息技術和公司的發展,隨著數控設備的增加,加工任務也越來越繁重、編程也越來越復雜,為了提高加工效率,對數控設備聯網管理的要求應運而生。于2004年公司采用了 DNC分布式數字控制系統來對數控設備和編程進行管理,實現了在線加工。
      在未應用DNC之前,我公司的數控編程主要采用工人手工編程和部分復雜程序采用CAM軟件編程相互配合。編程生成的NC文件通過筆記本電腦使用Windows通訊軟件進行傳輸至機床存儲器,特殊機床控制系統則使用專用傳輸軟件進行傳輸。因此在NC文件傳輸、管理、安全、機床使用效率方面均存在問題:
      NC文件傳輸方面:
      1、  控制系統眾多,接口及通信方式差異大,傳輸軟件不統一,編程員全部掌握有困難??刂葡到y有Fanuc、Siemens、廣州數控、蘇三光SKDA、辛辛那提、Heidenhain等。
      2、  免費的傳輸軟件機床端口數量有限制。
      3、  機床存儲器里的程序反復刪除和手工輸入,效率低,容易出錯,大大影響了機床的生產效率。
      NC文件管理方面:
      1、  數控程序保管混亂,可追溯性差,三維模型圖、刀具清單、夾具清單等關聯文件容易混淆,存在一定的安全風險。
      2、  程序不同版本之間的比較需要人工完成,費事費力、容易出錯。
      3、  在程序調試階段,數控機床和電腦不能實時通信,有許多在電腦上編制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程序,下次調用還需要重新調試修改。
      4、  數控程序沒有權限管理和流程管理,程序的修改和管理無法責任到人。
      5、  修改后的程序不能自動模擬,容易出錯,存在首件報廢風險。
      6、  在數控機床上編寫的程序使用過后通常刪掉騰出空間,下次使用時重新輸入、編制調試。
      安全方面:
      1、  頻繁的熱插拔串口電纜容易燒壞數控機床接口及計算機接口。
      2、  機床操作者編程不符合質保體系,不能受控于工藝編程人員及審核人員,可能導致加工時打壞工件、刀具或機床。
      機床使用效率方面:
      1、  操作工人在機床上重復錄入程序,占用大量有效生產時間。
      2、  同類型機床不能均衡加工能力。
      3、  許多數控機床不能實現在線加工。
      面對以上生產活動中遇到的問題,公司經過市場調研,對多家DNC數控聯網控制系統及技術實力進行了比較,選擇了北京蘭光創新科技有限公司提供的 DNC解決方案,分兩期進行應用。第一期包括40余臺設備的聯網傳輸、模擬仿真和程序管理。第二期完成了其余設備的聯網,程序管理模塊的升級,新增了模擬仿真模塊節點,并實現與CAPP系統集成。
     
      二、DNC的應用
      分布式數字控制系統DNC從04年開始建成后,經過5年多的應用,對提高車間的生產效率發揮了積極的作用,增強了數控設備的利用率、均衡設備的生產能力,減少工藝技術人員和機床操作者的重復勞動,進一步提高加工能力和生產能力。
      實現數控機床聯網后,其生產模式得以改變,程序傳輸高效、快捷、準確。工藝技術人員在自己的計算機上編制好NC程序后,通過以太網發送到DNC服務器,通過DNC客戶端對NC程序進行管理、驗證和審核,再傳輸到數控設備;機床操作人員可隨時通過觸摸屏調用查看加工程序、工藝要求、工件刀軌情況及刀具情況,縮短了加工準備時間及待機時間,為生產贏得了效益。

    圖1   DNC網絡示意圖
     
      我公司實施的DNC包括三大模塊:程序管理( NCBase V5),程序傳輸(DNC-Pro V5)和編輯仿真( EDIT -Pro V5)。
      1、 程序管理( NCBase V5)
      程序管理模塊是DNC系統的核心模塊之一,它提供了如下功能。
      1) 產品結構樹管理
      用戶可以將NC程序掛在其加工的產品結構樹對應節點上,便于查找。系統還允許用戶將相關的文檔關聯到NC程序上作為NC程序文件的注釋。系統并集成了文件瀏覽器,讓用戶方便的查看各種類型文檔而無需安裝專用軟件。
    圖2  NCBase的產品結構樹與關聯的三維實體模型
     
      2) 流程和版本管理
      流程和版本管理是軍工企業最關心的功能之一,在DNC系統選型階段我公司就要求流程必須可以自定義,而且可以自定義多個流程來滿足不同階段的產品;DNC系統提供了該功能。
    圖3  DNC程序管理流程
     
      DNC支持編制、校對、審核、批準等流程,用戶并可以根據企業實際情況進行流程的自定義。DNC提供角色管理功能,如編程員、編程主管、檢驗員、技術主任等,對加工程序進行可靠的權限管理,不同的人員設置不同的權限,確保程序安全可靠。DNC具有完善的版本管理功能,可自動跟蹤、記錄程序文件的所有變更,允許用戶比較/恢復老版本。
      3) 多車間、部門管理
      各車間或部門登陸時所看到的內容不同。比如設備部門登陸時看到的是機床及其備份到數據庫的參數,而不是產品結構樹和NC程序。
      4) 任務管理
      具有完善的任務管理、提醒、更改、委托、追回與任務作廢等功能。
      5) 日志管理
      自動產生程序管理記錄,包括創建、修改、檢驗、批準、刪除等事件的時間及人員,使程序具有可追溯性,完全符合ISO9001管理標準。
      6) 程序信息自動提取
      系統允許用戶自定義刀具清單提取規則和生成的刀具清單的格式。如果按照數控機床可以接受的格式進行定義,生成的刀具清單還可以傳輸到機床,給機床操作工人參考。
      自動產生刀具清單文件,包括刀具名稱、幾何參數等,并自動關聯到該程序上。
      程序信息自動提取功能,比如系統對程序的圖號、編程員、機床等信息自動進行提取。
      7) 強大的出入庫管理
      程序下發受程序狀態控制,完全避免未審核程序被誤調到機床。
      程序入庫具有嚴格的版本比較等入庫處理,從根本上保證了入庫程序的正確性。
     
      2、 程序傳輸( DNC-Pro V5)
      程序傳輸模塊是DNC的核心模塊之一,它內置了目前市面上幾乎所有的數控系統的通訊協議,因此使我公司所有的數控機床均能通過該模塊與DNC服務器進行對話,從而遠程上傳和下載數控程序。其主要特點有:
      1) 傳輸穩定可靠
      無論單臺機床還是多臺機床,無論是法拉科、西門子系統還是大森、廣州數控、蘇三光SKDA、辛辛那提、Heidenhain等系統,無論是在線加工還是普通下載程序,DNC-Pro均提供穩定可靠的通訊服務,使DNC服務器可以24小時無間斷運行。
      2)   強制上傳
      DNC-Pro提供了強制上傳功能來要求數控機床操作工必須將調試修改后的數控程序發回到服務器存檔,保證了服務器程序與機床程序一致。
      3) 可以傳輸刀具參數、備份機床參數
      可以將對刀儀連接到DNC網絡,使其生成的刀具參數直接傳輸到機床刀表中,省去抄寫環節。
      配合NCBase管理系統的使用,使機動部門方便管理、傳輸機床參數。便于機床出現故障時恢復使用。
      4)   其他功能
      DNC-Pro具有強大的前處理和后處理能力。針對不同的機床控制系統,在傳輸過程中就可以對程序的特殊字符進行替換、增加、刪除等數據處理。
      大程序智能分段功能,一些老系統內存空間有限,大程序放不下,通過自動智能分段傳輸功能,可省去人為的刪截程序所造成的失誤和不便。
      支持長文件名,完全支持256位文件名,能實現程序名與文件名的自動轉換。
     
      3、 編輯仿真(EDIT-Pro V5)
      Edit V5是專為數控編程而設計的專業軟件,它具有強大而實用的數控編輯功能、文件的智能比較、刀位軌跡的三維模擬等功能。其主要功能簡述如下:
      1) 程序編輯
      行號的重排、空格插入、字符大小寫的轉換等數控編程專用工具,可以極大地提高工程師的編程效率。
      數據處理功能可以方便地實現對各軸數據的運算,迅速完成程序縮放、旋轉、鏡像以及主軸轉速、切削進給的動態調整等數控程序專用功能。
      強大的固定循環/宏定義功能,用戶可以更快速地增加/編輯復雜循環。
      可自動對程序進行海德漢格式與ISO格式之間的相互轉換。
      2) 文件比較
      智能文件比較功能,很輕松地標示出兩個文件的數據差異、錯行、漏行,并可以馬上修改。
      3)   程序仿真
      強大的三維刀位軌跡和實體的動態模擬功能,可對數控車、數控銑程序進行方便、高效的軌跡仿真,令錯誤暴露無遺,有效避免程序錯誤。
      刀位軌跡和實體的正反運行,自由的縮放、旋轉和移動。
      程序與刀位軌跡的動態交互分析,可方便查看任意程序行對應的刀位以及任意刀位對應的程序行;并可以進行圖形測量。
      4)   程序統計
      快速統計加工時間和每把刀具使用時間,便于制定科學的生產計劃和刀具更換或刃磨計劃。 方便實用的加工范圍統計功能,可以快速判定程序是否有超程問題。
     
      三、實施效果
      通過在多個車間成功實施 DNC系統后,有效地達到了如下目標:
      1、  實現車間的完全網絡化管理,消除機床信息孤島。構建基于以太網的DNC網絡,徹底改變以前數控機床的單機通訊方式,全面實現機床的集中管理與控制,機床由以前的信息孤島轉變為整個工廠的信息節點,實現數控機床的完全網絡化管理。
      2、  程序管理更科學規范。DNC系統完善的程序簽署流程、準確的權限管理、方便的版本管理以及良好的可追溯性,實現對NC程序全生命周期的跟蹤管理,提高NC程序的規范化管理水平,讓工藝編程員、機床操作員在正確的時間輕松地處理正確的工作,生產出正確的產品,完全符合企業ISO9000認證及管理的需求。
      3、  明顯提高機床利用率,減少機床輔助時間。DNC系統方便、可靠、全自動的程序傳輸功能,快速、高效的程序編輯功能,準確、直觀的程序模擬仿真功能,程序工藝文件的關聯管理與快速查找功能,都可以將程序編輯、仿真、管理等生產輔助任務在計算機端完成快速高效地完成,可最大程度地提高機床的有效利用率。
      4、  產品質量進一步提高,明顯降低產品廢品率。專業的程序模擬仿真可把程序錯誤最大程度地消除在虛擬環境中,確保程序的正確性;規范嚴謹的程序管理,可從根本上避免程序誤調用的可能,從而完全避免因程序錯誤而出現批次報廢的情況;傳輸過程中的多重檢驗機制,確保程序的傳輸更加安全可靠。DNC可從最大程度上避免程序錯誤,從管理手段與措施上使產品質量有了根本的保障。
      5、  明顯降低相關人員勞動強度。強大的版本比較、程序仿真、數據處理、程序管理、全自動傳輸等功能,可將編程員從枯燥的程序編輯、檢查、調試、傳輸中解脫出來,可更輕松、高效地從事更多有創造性的工作。服務器端無人職守、機床端全自動遠程傳輸,操作者不用離開機床就能完成程序的遠程列表、遠程調用、遠程比較、遠程上傳等全部工作,明顯降低了操作者因程序傳輸跑來跑去的辛苦。
      6、  車間現場更加整潔,符合6S車間現場管理要求。因DNC系統實現了程序的集中管理與集中傳輸,車間現場不再需要大量的臺式計算機及桌椅板凳,取而代之的是少量美觀大方的現場觸摸屏,整個車間顯得更整潔、簡練、美觀,更符合車間6S管理的要求。
      7、  以DNC系統為主線,車間人員分工明確,職責清晰,初步實現車間的無紙化生產:
      1)     機床操作者,通過簡便的方式實現數控程序的遠程調用,并通過現場觸摸屏實現數   控程序、刀具清單、三維模型、加工工藝等相關文檔的調閱,以及程序的三維動態模擬仿真,操作者也可利用DNC的快速統計功能,準確地預測程序加工時間和刀具更換時間。
      2)     工程師,在自己的計算機上以客戶端的方式,完成數控程序的編輯仿真,流程簽署、程序及關聯文件管理、程序版本管理、程序入庫、程序下發等功能。
      3)     系統管理員,實現對系統的流程定義、角色定義、權限劃分、數據庫的備份與恢復等管理工作。
      4)      管理人員,通過DNC系統可查看并自動統計機床、程序員、操作者的程序負荷、程序的流程狀態。
      5)      數控機床的利用率和加工效率得到明顯的提高和改善。
     
      四、結束語
      實施DNC工程后實現了數控機床的聯網控制,改變了原有數控機床的管理模式、生產模式、工作模式和加工模式,達到了機床增效的作用;并且通過DNC實現機床狀態及生產數據的采集,為3C(ACD/CAPP/CAM)系統、PDM、ERP等系統提供數據支持,是制造業全面實現信息化的基礎,也為鐵馬集團的信息化建設鋪設了基石。
     
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