數(shù)控機床網(wǎng)絡化建設的分析及研究報告報告

1、-. z.數(shù)控機床網(wǎng)絡化建設的分析與研究隨著柔性制造系統(tǒng)(FMS)的發(fā)展，數(shù)控機床網(wǎng)絡化建設已是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的一個大趨勢。其中有不少案例已獲得成功。但是由于很多技術還不成熟，在數(shù)控機床網(wǎng)絡化建設尤其是不同系統(tǒng)數(shù)控機床網(wǎng)絡化建設中出現(xiàn)了許多的問題。本文對這些問題進行了分析，并對其發(fā)展提出了看法。緒論柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)定義柔性制造系統(tǒng)（Fle*ible Manufacturing System; FMS）是指在成組技術的基礎上，以多臺(種)數(shù)控機床或數(shù)組柔性制造單元為核心，通過自動化物流系統(tǒng)將其聯(lián)接，統(tǒng)一由主控計算機和相關軟件進行控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產(chǎn)的自動化制造系統(tǒng)。

2、柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設備組成，能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)，英文縮寫為FMS。FMS的工藝基礎是成組技術，它按照成組的加工對象確定工藝過程，選擇相適應的數(shù)控加工設備和工件、工具等物料的儲運系統(tǒng)，并由計算機進行控制。故能自動調(diào)整并實現(xiàn)一定圍多種工件的成批高效生產(chǎn)，并能及時地改變產(chǎn)品以滿足市場需求。FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。FMS的工藝圍正在不斷擴大，包括毛坯制造、機械加工、裝配和質(zhì)量檢驗等。柔性制造系統(tǒng)是一種技術復雜、高度自動化的系統(tǒng)，它將微電子學、計算機和系統(tǒng)工程等技術有機地結合起來，理想和圓滿地

3、解決了機械制造高自動化與高柔性化之間的矛盾。它具有設備利用率高、生產(chǎn)能力相對穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量高、運行靈活和產(chǎn)品應變能力大的優(yōu)點。柔性制造系統(tǒng)的基本組成部分就機械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，其基本組成部分有：1.自動加工系統(tǒng)。自動加工系統(tǒng)，指以成組技術為基礎，把外形尺寸（形狀不必完全一致）、重量大致相似，材料相同，工藝相似的零件集中在一臺或數(shù)臺數(shù)控機床或專用機床等設備上加工的系統(tǒng)。2.物流系統(tǒng)。物流系統(tǒng)，指由多種運輸裝置構成，如傳送帶、軌道一轉盤以及機械手等，完成工件、刀具等的供給與傳送的系統(tǒng)，它是柔性制造系統(tǒng)主要的組成部分。3.信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)，指對加工和運輸過程中所需各種信息收集、處理、反饋，

4、并通過電子計算機或其他控制裝置（液壓、氣壓裝置等），對機床或運輸設備實行分級控制的系統(tǒng)。4.軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)，指保證柔性制造系統(tǒng)用電子計算機進行有效管理的必不可少的組成部分。它包括設計、規(guī)劃、生產(chǎn)控制和系統(tǒng)監(jiān)督等軟件。柔性制造系統(tǒng)適合于年產(chǎn)量1000100,000件之間的中小批量生產(chǎn)。柔性制造系統(tǒng)的類型1.柔性制造單元。柔性制造單元由一臺或數(shù)臺數(shù)控機床或加工中心構成的加工單元。該單元根據(jù)需要可以自動更換刀具和夾具，加工不同的工件。柔性制造單元適合加工形狀復雜，加工工序簡單，加工工時較長，批量小的零件。它有較大的設備柔性，但人員和加工柔性低。2.柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)是以數(shù)控機床或加工中心

5、為基礎，配以物料傳送裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計算機實現(xiàn)自動控制，能在不停機的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。3柔性自動生產(chǎn)線。柔性自動生產(chǎn)線是把多臺可以調(diào)整的機床（多為專用機床）聯(lián)結起來，配以自動運送裝置組成的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動生產(chǎn)線，在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動生產(chǎn)線；柔性程度高的柔性自動生產(chǎn)線，則接近于小批量、多品種生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點柔性制造系統(tǒng)是一種技術復雜、高度自動化的系統(tǒng)，它將微電子學、計算機和系統(tǒng)工程等技術有

6、機地結合起來，理想和圓滿地解決了機械制造高自動化與高柔性化之間的矛盾。具體優(yōu)點如下。第一，設備利用率高。一組機床編入柔性制造系統(tǒng)后，產(chǎn)量比這組機床在分散單機作業(yè)時的產(chǎn)量提高數(shù)倍。第二，在制品減少80%左右。第三，生產(chǎn)能力相對穩(wěn)定。自動加工系統(tǒng)由一自或多臺機床組成，發(fā)生故障時，有降級運轉的能力，物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過故障機床的能力。第四，產(chǎn)品質(zhì)量高。零件在加工過程中，裝卸一次完成，加工精度嵩，加工形式穩(wěn)定。第五，運行靈活。有些柔性制造系統(tǒng)的檢驗、裝卡和維護工作可在第一班完成，第二、第三班可在無人照看下正常生產(chǎn)。在理想的柔性制造系統(tǒng)中，其監(jiān)控系統(tǒng)還能處理諸如刀具的磨損調(diào)換、物流的堵塞疏通等運行過

7、程中不可預料的問題。第六，產(chǎn)品應變能力大。刀具、夾具及物料運輸裝置具有可調(diào)性，且系統(tǒng)平面布置合理，便于增減設備，滿足市場需要。柔性制造系統(tǒng)發(fā)展歷程及趨勢1967年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了系統(tǒng)24”。其主要設備是六臺模塊化結構的多工序數(shù)控機床，目標是在無人看管條件下，實現(xiàn)晝夜24小時連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟和技術上的困難而未全部建成。1967年，美國的懷特森斯特蘭公司建成Omniline I系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設備適于少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳

8、統(tǒng)的自動生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動線。日本、前聯(lián)、德國等也都先后開展了FMS的研制工作。1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設備形式。柔性制造單元(FMC)一般由12臺數(shù)控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應用。隨著時間的推移，F(xiàn)MS在技術上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，實用階段，以由35臺設備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元

9、（包括50個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù)24小時運轉。這種自動化和無人化車間，是向實現(xiàn)計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型FMS，使FMS的設計思想和技術成就得到普及應用。柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢大致有兩個方面。柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢一方面是與計算機輔助設計扣輔助制造系統(tǒng)相結合，利用原有產(chǎn)品系列的典型工藝資料，組合設計不同模塊，構成各種不同形式的具有物料流和信息流的模塊化柔性系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢另一方面是實現(xiàn)從產(chǎn)品決策、產(chǎn)品設計、生

10、產(chǎn)到銷售的整個生產(chǎn)過程自動化，特別是管理層次自動化的計算機集成制造系統(tǒng)。在這個大系統(tǒng)中，柔性制造系統(tǒng)只是它的一個組成部分。數(shù)控機床數(shù)控機床概念數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（puter numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床的發(fā)展數(shù)控機床數(shù)控機床是由美國發(fā)明家約翰帕森斯上個世紀發(fā)明的。隨著電子信息技術的發(fā)展，

11、世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機床是制造業(yè)的加工母機和國民經(jīng)濟的重要基礎。它為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟與社會效應。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進程，而中國從20世紀80年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。數(shù)控機床網(wǎng)絡化2.1 當前數(shù)控機床網(wǎng)絡化控制技術現(xiàn)狀1、網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年

12、推出了相關的新概念和樣機，如在EM02001展中，日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的。Cyber Production Center”(智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日本大隈(Okuma)機床公司展出1Tplaza”(信息技術廣場，簡稱rr廣場)；德國西門子Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(開放制造環(huán)境，簡稱OME)等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。2、數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，其技術圍覆蓋很多領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動

13、控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。3、隨著CAD/CAM體化技術和局域網(wǎng)技術的普及和應用，目前多數(shù)企業(yè)在新產(chǎn)品設計開發(fā)、工藝過程編制和數(shù)控機床程序編制的效率和質(zhì)量上都得到了明顯的提高，企業(yè)的技術管理與生產(chǎn)管理已經(jīng)進入了網(wǎng)絡化時代。而在我國，與CAD/CAM密切相關的數(shù)控機床管理仍然處于原始狀態(tài)，成為制約企業(yè)現(xiàn)代化管理水平提高的瓶頸。4、網(wǎng)絡化實訓教學在我國職業(yè)技術院?；具€是一個空白，目前還沒有一個成熟的網(wǎng)絡化數(shù)控實訓控制系統(tǒng)投入使用。2.2 數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)方法數(shù)控機床經(jīng)過多年的發(fā)展，其功能越來越強，但其機械結構卻趨向簡單化，使傳動鏈縮短，精度提高，功能主要

14、靠數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)。目前應用的數(shù)控系統(tǒng)主要有兩類，一類是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)采用專用的總線結構形式，系統(tǒng)對用戶是封閉的；另一類是基于PC 開放體系的結構數(shù)控系統(tǒng)，如傳統(tǒng)數(shù)控生產(chǎn)廠家西門子、FANUC等公司，在傳統(tǒng)專用數(shù)控結構的基礎上添加了PC外殼的數(shù)控系統(tǒng)。新興的數(shù)控生產(chǎn)廠家基于PC 結構直接開發(fā)新的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控聯(lián)網(wǎng)方式主要有3 種，見圖2.1。通過RS232 聯(lián)網(wǎng)B. 通過現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)C. 通過局域網(wǎng)直接聯(lián)網(wǎng)2.3 數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)前的主要問題1程序傳輸方面對于一些程序量要求相對較少的數(shù)控機床。一直是采用最原始的手工鍵盤輸人方式，這種方法的弊病是：(1)效率低；(2)占用機時長；(3)易出錯。

15、而一些程序輸入量比較大的數(shù)控機床，則使用一個臺式計算機放在機床邊專門用于程序傳輸。這種方法的缺點是：(1)環(huán)境惡劣，計算機維護困難。(2)通訊軟件為DOS版本，升級換代困難；(3)一臺計算機針對一臺數(shù)控機床，設備資源浪費；(4)操作方法復雜，對操作者的紊質(zhì)要求高；(5)多人操作一臺計算機，程序文件的管理混亂。另外我們曾經(jīng)用筆記本電腦進行程序傳輸，由于頻繁地對傳輸電纜進行插拔操作，筆記本電腦的串行接口極易被燒毀。2程序管理方面(1)對于FAUNC系統(tǒng)，其程序號只能使用O*；對于西門子系統(tǒng)，其程序號只能使用MPF*，因程序的資源有限，同一個程序號有可能對應多個零件圖號，從而在應用中易產(chǎn)生混亂。(2

16、)為了使程序號與零件圖號相互對應，必須有專人負責對程序進行記錄管理，此項工作繁雜、易出錯。(3)以上弊端嚴重影響著企業(yè)數(shù)控加工的生產(chǎn)效率，因此迫切需要尋找一種改善數(shù)控機床現(xiàn)狀的有效方法，對其進行系統(tǒng)化的管理。正是由于目前企業(yè)生產(chǎn)中遇到的同題，目前數(shù)控加工網(wǎng)絡化控制正處于一個初步發(fā)展的階段。2.4 解決數(shù)控機床網(wǎng)絡化問題的分析基于目前我國網(wǎng)絡化數(shù)控控制技術的發(fā)展狀況，我認為。數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設還是非常有前景的。打破目前國常用的數(shù)控機床點對點控制系統(tǒng)，使機床和計算機之間實現(xiàn)一對多和多對多的數(shù)據(jù)傳輸。2.4.1 系統(tǒng)的組成機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括：(1)網(wǎng)絡服務器、(2)局域網(wǎng)線、(3)CAD/CAM計

17、算機、(4)CLINK-40管理系統(tǒng)、(5)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主控機、(6)遠程通訊接口、(7)通訊電纜、(8)數(shù)控機床。其中網(wǎng)絡服務器、局域網(wǎng)線、CAD/CAM系統(tǒng)和數(shù)控機床是企業(yè)已存在的資源；系統(tǒng)管理機是一臺安裝了聯(lián)網(wǎng)專用軟件的工業(yè)級PC計算機，可以將客戶管理端軟件安裝在局域網(wǎng)的任何一臺計算機上作為管理工作站；聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理機是一臺專用計算機，其作用是接受各工作站的調(diào)度，向網(wǎng)絡上所有數(shù)控機床發(fā)送指令，實現(xiàn)機床信息的統(tǒng)一管理；遠程通訊接口設備是專用于主控機與機床間通訊的多串口分配器，其特點是可實現(xiàn)遠距離傳輸而無信號損失；通訊電纜是普通4芯屏蔽電纜，兩端加光電隔離器以避免干擾信號。2.4.2 機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

18、應具備的主要功能1、徹底擺脫手工輸入程序和單機輸入程序的局面。實現(xiàn)長距離自動程序傳輸。2、用于管理的PC機可以放置在局域網(wǎng)的任何位置，不受距離的影響，而主控機距離數(shù)控機床的最遠距離允許達到1500M。3、并行傳輸程序，即一臺主控機可以同時面向多臺數(shù)控機床進行數(shù)據(jù)通訊。4、操作簡單，無需借助其他設備或編程員的幫助，操作工人在機床的操作面板上輸入相應指令，就可以上傳或下載零件加工程序。5、主控機24小時工作。隨時對網(wǎng)絡上的數(shù)控機床實施管理及數(shù)據(jù)通訊，不會影響機床的三班倒或節(jié)假日加班運行。6、傳輸可靠性高，專用軟件本身有數(shù)據(jù)校驗功能，所以在傳輸過程中一般不會出現(xiàn)錯誤，特殊情況下如有錯誤計算機立即報警。軟件同時具有上傳和下載文件的檢查功能，每個文件上傳后均可返回一個檢查文件，確保數(shù)據(jù)的安全。7、程