?    隨著經濟全球化、信息和服務網絡化，網絡化設計制造已代替技術手段落后、生產效率低、管理維護費用高的單機生產及管理模式而成為當前制造業(yè)的主要生產形式。為此，企業(yè)需要大量熟悉并掌握現代網絡化設計和制造的工程技術人才，而我國的高等工程教育存在明顯的結構性矛盾。如學生的專業(yè)訓練與企業(yè)人才需求不匹配，學校缺乏符合現代先進制造要求的真實教學和實訓環(huán)境等。本文結合工程訓練中心建設的實際，提出了基于局域網的數控實習基地方案，旨在為學生提供一個真實的場景，為中小企業(yè)的信息化發(fā)展提供合作平臺。

??1 網絡設計制造及DNC概述??

    1．1 網絡化設計制造

    網絡化設計制造從廣義上講是指按照敏捷制造的思想，由多種、異構、分布式的制造資源，以一定互聯(lián)方式、利用internet技術組成的、開放式的、多平臺的、相互協(xié)作的、能及時靈活地響應市場需求變化的新模式。本文所涉及網絡化制造是一種狹義上的定義，表現為企業(yè)內部的網絡化，即將企業(yè)內部的管理部門、設計部門、生產部門在網絡、數據庫技術支持下進行的設計制造及管理系統(tǒng)信息集成。

    1．2集成DNC

    DNC(direct numerical control或distributed numerical control)是用一臺計算機對多臺數控機床進行集成化控制管理的一種方式。按其內涵可分為直接、分布、柔性、網絡、集成和智能DNC等。其中集成DNC系統(tǒng)目前應用較為廣泛，它以數控、計算機、控制、通訊和網絡等先進技術為基礎，把與制造過程有關的設備與上層控制計算機集成起來，從而實現制造車問制造設備的集成控制管理及制造設備之間、制造設備與上層計算機之間的信息交換。它是制造業(yè)自動化的重要模式，是實現網絡化設計制造、MES等系統(tǒng)的重要組成部分。

    1．3集成DNC的網絡運行模式

    根據實習(生產)車間的不同規(guī)模和大小，集成DNC的控制結構可有多種形式，對應于這些形式，實習(生產)車問又有多種網絡運行模式。

    (1)二層運行模式(見圖1)。集成DNC主機集DNC控制和多種管理功能為一體，同時還具有與CAD，CAPP，CAM，ERPⅡ等系統(tǒng)的接口。適合于對加工車間局部進行DNC控制。

圖1二層運行模式
Fig．1 Two-layer operating model

    (2)三層運行模式(見圖2)。具有車間、工作站和設備3層結構。這里DNC主機僅負責與數控設備的通信控制和通信管理及數控設備的狀態(tài)信息采集、生產計劃、生產調度、NC程序生成等，而其它信息的管理則由相應工作站和車間服務器來完成。

圖2三層運行模式
Fig．2 Three-layer operating model

    (3)四層運行模式(見圖3)。與(2)的區(qū)別在于增加了單元層管理，各單元內部的生產管理功能模塊均放在單元內，而與各單元有關的功能模塊放在車間層，通過車間局域網與各制造單元交換信息。

    (4)五層運行模式(跨車間運行模式)，如圖4所示。前3種運行模式的共同特點是不能與外界直接進行信息交換。現代制造業(yè)的發(fā)展趨勢要求加工車間不僅應與企業(yè)管理層建立信息交換通道，車間還應通過局域網和internet建立跨車間、跨企業(yè)、跨地域甚至跨國界的制造信息交換通道?？畿囬g運行模式正是基于未來制造業(yè)發(fā)展趨勢而產生的。

圖3四層運行模式
Fig．3 Four-layer operating model

圖4五層運行模式
Fig．4 Five-layer operating model

??2 基地網絡平臺設計??

    2．1 現狀

    高校工程訓練中心主要承擔大學生的工程訓練、創(chuàng)新實踐、相關課程的實習及科研任務，配有多種工業(yè)用數控加工設備和數控系統(tǒng)。近幾年又引進了一體化的設計制造軟件，逐步實施了CAD／CAM／CAPP等系統(tǒng)，它們在教學和生產中發(fā)揮了重要作用。但目前這些軟件和設備均處于單機運行的“孤島”狀態(tài)，利用率低，管理困難，嚴重滯后于先進制造技術的發(fā)展步伐，對教學科研影響較大。

    2．2總體方案設計

    根據實際情況，本方案采用3層運行模式。在網絡控制模式上，目前主要有基于CAN總線的DNC網絡模式和基于以太網的DNC網絡模式。前者具有實時性強、可靠性高、通訊速率快、總線協(xié)議具有完善的錯誤處理機制、靈活性高等優(yōu)點，其技術優(yōu)勢明顯，但過多的協(xié)議層次將增加整個系統(tǒng)的復雜程度和開發(fā)難度。而以太網作為一種網絡技術已發(fā)展成能在不同平臺問進行廣泛便捷信息訪問的重要手段，它能在需要的時間和地點傳遞正確的信息，并進行控制。同時以太網的抗干擾設計保證了在實習和生產車間惡劣環(huán)境下的通信暢通及實時性，且易于與管理層集成。因此方案中選擇基于以太網的DNC網絡模式。圖5為平臺總體網絡結構，分為信息交流層、中央管理層和加工設備層。

圖5平臺總體結構
Fig．5 Platform structure

    2．3 系統(tǒng)信息工作流程

    基于以太網的DNC通信系統(tǒng)的信息流動模型見圖6。DNC轉換器相當于數控機床信息中轉站，同時又是嵌入式web服務器，實時發(fā)布機床狀態(tài)信息。DNC服務器負責與DNC串口轉換器間數控程序的交換。數據庫服務器負責存儲機床事件和信息管理。而中心服務器和學校網絡中心服務器作為訓練中心局域網和互聯(lián)網的網關，轉發(fā)機床實時信息，從數據庫中提取機床事件日志并進行分析后，供校外企業(yè)及相關用戶使用，實現信息共享。

??3 系統(tǒng)的主要功能??

    (1)聯(lián)網機床信息管理功能。如管理人員可以增加、刪除、修改聯(lián)網機床信息、設置機床通訊參數等，并能根據不同機床發(fā)送的不同請求，自動回送其所需要的程序代碼，真正做到計算機端無人值守。

    (2)NC程序管理功能。如通過目錄和文件管理對不同類型NC程序進行分類管理，包括數控程序的上傳、編輯、模擬和查詢及處理機床上傳至計算同名NC程序，及時向機床回發(fā)錯誤提示信息等。

    (3)在線加工功能。如多臺機床可同時查詢、上傳、下載NC程序，互不干擾，并能邊下載邊加工。

    (4)機床任務管理功能。如可提供每臺機床的實習(加工)任務管理，中心指導教師和網內獲得權限的成員可以對機床的加工任務進行添加、刪除和任務查詢，還可以把每日實習(加工)任務生成任務單下達給機床操作人員。

    (5)機床狀態(tài)分析功能。如通過DNC獲得機床運行狀態(tài)日志，提供對其分析對比，了解機床的工作效率，同時為管理人員提供相關運行基本數據，以便及時了解整個系統(tǒng)的運行情況，方便管理。

    (6)用戶權限管理功能。如提供對中心(車間)內部人員和其它相關人員的賬號和工作權限的管理，部分工作由系統(tǒng)管理員完成。

    (7)信息共享功能。如為制造網內的各個用戶或部門提供加工任務信息發(fā)布、CAD／CAM設計信息以及各種相關技術信息的共享和交流使用。

圖6 DNC通信系統(tǒng)工作流程
Fig．6 DNC communications System working flow

??4 結語??

    工程訓練中心集成網絡DNC實習基地建設融合了網絡DNC、一體化設計制造、車間信息管理等多項技術，不僅為學生提供了一個認識和體驗現代制造企業(yè)網絡制造模式的真實環(huán)境，縮短了學生與企業(yè)對接的時間，而且這種集協(xié)同設計制造信息集成及數控車間集成化控制與管理為一體的網絡化平臺對中小企業(yè)的信息化也具有一定的參考價值。