基于教學環(huán)境的數(shù)字化車間搭建①

基于教學環(huán)境的數(shù)字化車間搭建①基于教學環(huán)境的數(shù)字化車間搭建①

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1672-3791〔2022〕06〔b〕-0191-03

隨著該校管理信息化建設(shè)的需要，以及為了提高教學質(zhì)量和管理效率，加快教學進度，提高數(shù)控設(shè)備綜合利用率，為此方案搭建目前先進的數(shù)字化車間信息管理系統(tǒng)。

目前，我校現(xiàn)代工業(yè)實訓中心已經(jīng)完成了世界當先的PredatorSFC〔系統(tǒng)解決計劃〕系統(tǒng)中的PredatorDNC〔分布式數(shù)控〕、PredatorMDC〔生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)〕、PredatorToolCrib〔刀具管理系統(tǒng)〕、PredatorTraveler〔電子工藝管理及派工系統(tǒng)〕等系統(tǒng)的實施，并應(yīng)用于實際教學，PredatorMES〔制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)〕-SFC〔生產(chǎn)車間管理系統(tǒng)〕中的各子系統(tǒng)模塊相互間無縫集成，所以上述系統(tǒng)的建立為此次工程實施搭建了根底數(shù)據(jù)平臺。

這一整套的Predator解決計劃雖然可以完美的達成要求，但是學習的本錢過高不適合在教學中應(yīng)用。為此需要配合老師的教學方式和使用習慣，編寫既能引導學生習慣數(shù)字化車間管理的概念，又能降低教學本錢的信息管理系統(tǒng)。

1網(wǎng)絡(luò)搭建

如圖1的布局圖所示，位于左邊的兩個教室本別是數(shù)控銑床教室和數(shù)控車床教室，其中各自包含了一臺教師機和假設(shè)干學生機；位于畫面右側(cè)的那么是AutoCAD教室，其中包含有一臺教室機、假設(shè)干學生機和一臺Gallop公司提供的效勞器，其主要的作用就是對畫面中央的這8臺車床、8臺銑床進行管理。

工程之初，三個教室和被效勞器管理著的機床〔圖中央〕之間是互不相連的，為了工程的實施，需要重新搭建網(wǎng)絡(luò)。出于平安性的考慮盡可能的讓學生機與Gallop效勞器隔離開，所以在網(wǎng)段劃分上如圖所示2所展示的那樣，分成了教師機網(wǎng)段192.168.2.0和學生機網(wǎng)段169.254.0.0并在學生機網(wǎng)段內(nèi)購買了一臺工作站作為學生獲取課程任務(wù)和刀具等信息的渠道。教師機與學生互聯(lián)，在取得學生提交加項目序的同時，隔絕學生對效勞器直接進行操作的可能。效勞器通過交換機與教師機互聯(lián)的同時，自身通過AP與機床互聯(lián)。至此，將三個教室和機床完全的整合到了一起。

2系統(tǒng)計劃

該系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，重點運用Gallop公司提供的API進行編程，根據(jù)教學需求構(gòu)建出一個合適教學環(huán)境的數(shù)字化車間管理系統(tǒng)。從功能上包含加項目序管理、加項目序檢測、課程任務(wù)管理、學生信息管理、刀具庫管理和機床管理六個方面。從結(jié)構(gòu)上分成學生端、教師端和效勞端，分別部署在學生機、教師機和效勞器上。為了方便理解，該章會先理出一個加項目序管理流程，也是該系統(tǒng)最重要的功能的主體流程，然后再分學生端、教師端、效勞端在結(jié)構(gòu)上對系統(tǒng)進行介紹。

2.1加項目序管理

如圖3流程圖所示，對于主體的流程做了簡單的概括。解釋了加項目序從學生上交開始，經(jīng)歷了程序檢驗和老師審批上傳至效勞器，直至最終學生從機床上調(diào)出自己提交的加項目序為止的整個過程。

2.2學生端

學生端所包含的主要功能有：加項目序檢測、加項目序提交、狀態(tài)跟蹤、標準獲取和信息驗證。

學生端的主要任務(wù)就是對于加項目序的檢測與提交，同時對加項目序的狀態(tài)進行跟蹤。但是為了完成這項任務(wù)，必須具備獲取檢測標準的能力，同時出于對加項目序更合理的考慮，所以也必須具有對于學生信息的驗證。

2.3教師端

教師端主要由加項目序的接收、展示和提交、歷史記錄查詢、課程任務(wù)管理、刀具管理、車床/銑床狀態(tài)獲取、學生信息管理這幾局部功能組成。

教師端的主要任務(wù)是：教師檢測學生上傳的文件是否合乎本次任務(wù)的要求，并且把合乎要求的文件發(fā)送到空閑車床和銑床加工以及查看學生上傳文件的歷史記錄；添加每次需求的任務(wù)以及每次任務(wù)所需要的刀具的信息和管理登錄教師客戶端的賬號信息。

2.4效勞端

效勞端由加項目序接收、加項目序發(fā)布和車床/銑床狀態(tài)采集三個功能組成。加項目序接收與教師端的功能相同所以不再贅述。而后兩者牽扯到了Gallop公司提供的技術(shù)支持。加項目序的發(fā)布，其實就是將加項目序存儲到相應(yīng)車床和銑床在效勞器中對應(yīng)的文件夾。由于車床/銑床本身已經(jīng)通過PredatorSFC這一整套管理系統(tǒng)進行管理了，所以效勞上的開發(fā)主要是對于原有系統(tǒng)的二次開發(fā)。車床/銑床的狀態(tài)采集也是二次開發(fā)，主要是針對Gallop開放的API從數(shù)據(jù)庫中得到從車床/銑床上獲得的信息。

3加項目序檢測

學生作為初學者，犯低級錯誤的可能性很大，所以學生寫的加項目序不能直接投入到實踐操作中去。即使這樣做了，也要先對加項目序進行核對，在操作時，也需十分小心謹慎，主要是因為如果只是考慮轉(zhuǎn)速這類的操作，整個加項目序中出現(xiàn)的頻率不是太多，也比擬容易核對，但是如果考慮到進給操作的話。因此老師在教學中不使用學生自己設(shè)計的加項目序，這一做法是可以理解的，這也是在考慮到學生平安問題下的無奈之舉。不過大量重復(fù)的操作正是計算機發(fā)揮才華的地方，所以檢測程序會使這一現(xiàn)狀有顯著的改善。編寫這類檢測程序，自然需要對常用功能指令有所了解并對其使用規(guī)那么相當熟悉，所以接下來會先介紹一些常用的功能，再對檢測程序作解釋。3.1常用功能指令

準備功能又稱G功能或G代碼，它用于指定工作方式，有模態(tài)和非模態(tài)之分。模態(tài)代碼一經(jīng)指定就一直有效，直到被同組代碼取代它〔只有同組代碼才可相互取代〕為止，或被M02、M30或緊急停止、按“復(fù)位〞鍵撤銷。非模態(tài)代碼只在該代碼所在的程序段中有效，在下一程序段那么自動取消。常用準備功能鍵。

輔助功能又稱M功能或M代碼，它用于指定機床工作時的各種輔助動作及狀態(tài)。

F功能用于指定進給速度，單位是mm/r或mm/min。F值指定后一直有效，直到新的F值取代為止。G00執(zhí)行的是系統(tǒng)設(shè)置的速度，但不會撤銷前面所編的F值。

S功能用于指定主軸轉(zhuǎn)速，單位是r/min，當設(shè)定恒速切削時，單位是m/min。

T功能用于指定刀具號，進行自動換刀，如T0101，前面的01為刀具號，后面01為刀補號。

3.2程序例如

O0050〔第50號程序〕

N10S600M03；〔主軸正轉(zhuǎn)，600r/min〕

N20T0303；〔第3號螺紋刀〕

N30G00X30.Z4.；〔快進到循環(huán)起點〕

N40G92X23.4Z-42.F1.5；〔螺紋切削循環(huán)1，第一刀切入0.225mm〕

N50X23.；〔第二刀切入0.2mm〕

N60X22.7；〔第三刀切入0.15mm〕

N70X22.4；〔第四刀切入0.15mm〕

N80X22.2；〔第五刀切入0.1mm〕

N90X22.05；〔第六刀切入0.075mm〕

N100G00X80.；〔徑向退刀〕

N110G00Z100.；〔軸向退刀〕

N120M05；〔主軸停轉(zhuǎn)〕

N130M30；〔程序結(jié)束，并返回到程序開頭〕

3.3加項目序檢測

可以看出加項目序的檢測主要檢查的是兩個指標：速度和量。也就是轉(zhuǎn)速S，進給速度F和進給量。通過功能M代碼和刀具T可以先對加項目序進行簡單的拆分，先確保所有檢查的程序段都使用同一刀具。然后以?機械切削加工手冊》作為本軟件的理論和數(shù)據(jù)依據(jù)，這本專門用于數(shù)控機床加工手冊中的原理、公式和數(shù)據(jù)，但是在程序上是不可能死板的照搬公式和數(shù)據(jù)的，針對不同的場景，使用的情況可能不同。對于使用場景，我們找出了可能影響檢測指標變化的兩個原因，分別來自不同刀具和不同任務(wù)。教師通過不同的課程任務(wù)，及在任務(wù)中使用到的刀具的不同，根據(jù)使用場景的需要來選擇不同的檢測指標。這樣做更有助于程序去適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

4結(jié)語

該系統(tǒng)的設(shè)計，在Gallop提供的PredatorSFC根底上，剔除了企業(yè)管理中紛繁復(fù)雜的管理模式，針對實際教學場景，以推廣先進制造技術(shù)為主要目的，勾勒出一套效率極高、學習本錢極低、易用性極強的數(shù)字化車間管理計劃。主要包含加項目序管理、加項目序檢