1 前言

　　隨著當前工業(yè)企業(yè)信息化的逐步推進，數控加工已成為復雜零件的主要加工方式。目前數控機床正在國內迅速普及，不僅大型制造企業(yè)正在大范圍使用，大量的中小型制造企業(yè)也開始引進各種數控設備。分布數控(Distributed Numerical Control，DNC)技術作為數控設備集成的一種模式，正在這一背景下迅速發(fā)展。上世紀80年代之前，DNC技術僅局限于用一臺中央計算機控制多臺數控機床，當時主要需解決紙帶的制作、管理與維護等問題。之后，隨著計算機與網絡技術的發(fā)展，DNc概念產生了質的變化，已成為功能強大、全面、可靠的數控車問信息網絡。

　　在當前我國制造業(yè)飛速發(fā)展的背景下，數控企業(yè)的生產規(guī)模也在迅速增長，相應的數控加工程序大量增加。以中等規(guī)模的數控加工廠為例(數控機床數量20臺左右)，年加工數控件200種左右，每個工件需3至70條程序不等；每個工件加工步驟分粗加工、半精加工、精加工、后續(xù)機加工工序等，每個加工步驟所用程序截然不同；編制的數控程序數量約為每年2，000至10，000條；一家創(chuàng)辦5年的數控加工企業(yè)程序量將達到10，000至50，000條。多數數控加工企業(yè)的數控程序管理方式是以文件夾管理為主，每個數控加工件建一個文件夾，把相關文件放在此文件夾中。這樣做的弊端是：(1)數控程序文件混亂無序；(2)無工藝流程信息；(3)無圖號、零件號、版本、負責人、所用機床等相關信息；(4)程序正確狀態(tài)不明；(5)相關人員責任不明，易變動、丟失、誤操作；(6)不易查詢。由此可見，數控程序缺乏有效管理已成為提高生產效率的瓶頸。

　　數控機床成本高昂，相應的單日折舊成本很高。如何提高數控機床的生產效率，充分擴充生產能力，已成為企業(yè)盈利的主要矛盾。計算機技術的發(fā)展為這一問題的解決提供了可能。在數控機床實際加工之前，編輯和仿真是提高效率、節(jié)約成本必不可少的步驟。而數控機床與PC機之間的DNC通信技術使數控加工程序的傳遞告別了軟盤傳遞的方式。當數控程序較大時，DNc通信技術實現的在線加工方式是保證產品表面質量的關鍵。本文針對以上現狀，提出一套基于產品結構及數控程序的審批流程，集成編輯、管理、傳輸等功能的完整的數控設備管理系統(tǒng)實現方案。

2 數控設備網絡化管理系統(tǒng)解決方案

　　2.1 基于產品結構及審批流程的數控程序管理

　　產品結構是體現制造企業(yè)生產內容的內在屬性針對數控程序管理無序的現狀，按產品結構來管理數控程序，是使之從無序轉向有序的必然途徑。數控程序與被加工件具有天然的關聯(lián)屬性，對于每個加工件的粗加工、半精加工、精加工等多種版本程序，如以產品結構來組織管理將具有良好的層次性。另一方面數控程序管理的目的是要在正確的時間把正確的數控程序提供給正確的人。通常情況下，數控程序在數控加工企業(yè)中具有三個狀態(tài)：編輯、調試和定型。企業(yè)中不同角色的人員對不同狀態(tài)下的數控程序具有不同的操作權限，所以必須對數控程序的審批流程和人員權限進行定義和管理。在操作人員需要特定版本的數控程序時，需保證程序的正確性。與數控加工件相關的圖紙?zhí)?、零件號、版本、負責人、所用機床組等信息則需要作為數控程序的屬性進行管理。為使操作人員可以方便地找到所需程序，系統(tǒng)應提供多重標準查詢功能。對數控程序使用流程的全面管理如圖1所示。

圖1 數控程序使用流程全面管理框圖

　　采用B／S軟件體系架構是數控程序管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。B／S結構，即Browser／SeⅣer(瀏覽器／服務器)結構，是對C／S(C1ie州Server客戶機／服務器)結構的一種改進。在這種結構下，用戶界面完全通過www瀏覽器實現，不僅直觀，易于使用，更重要的是基于瀏覽器平臺的任何應用軟件，其界面風格都一致，對用戶操作培訓的要求大為下降，軟件可操作性增強。此外，軟件系統(tǒng)的改進和升級越來越頻繁，B／S架構的產品明顯體現出更方便的特性。無論用戶的規(guī)模多大，有多少分支機構，都不會增加任何維護升級的工作量，所有的操作只需要針對服務器進行，如果是異地只需要把服務器連接上網即可立即進行維護和升級，對人力、時間、費用的節(jié)省是相當驚人的。B／S體系的數控程序管理系統(tǒng)架構如圖2所示。

圖2 B／s體系的數控程序管理系統(tǒng)架構

　　2.2 數控程序的編輯與傳輸

　　手工編制數控程序在加工前需要仿真。仿真能檢查出刀具軌跡方面的錯誤，但不能識別編程語法的錯誤。數控程序編輯系統(tǒng)的關鍵在于詞法分析和語法分析。詞法分析以每一行為單位作為字符流進行分析，可以排除非法字符、非法指令、無結束指令等錯誤。語法分析的關鍵在于建立語法規(guī)則表。語法規(guī)則表中列出與相關指令相匹配的功能字。系統(tǒng)將字符流與語法規(guī)則中的相關指令相比較，如果讀入單詞與之不匹配，則顯示出錯。

　　PC與數控機床的數控程序傳輸基于串口通信技術。RS232串口標準是美國電子工業(yè)聯(lián)合會(EIA)與BELL等公司一起開發(fā)的通信協(xié)議，它適合數據傳輸速率0～20，000bit／s范圍內的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都做了明確的規(guī)定。另外RS一232的硬件編程要求比較簡單，價格便宜，而且現有數控設備中很多已經內置了這種嵌入式接口。

　　2.3 數控程序編輯、管理與傳輸集成架構

　　市場的激烈競爭要求數控加工企業(yè)發(fā)揮數控設備的最大效能。數控程序編輯、傳輸與管理功能的集成將極大提高生產效率。數控程序經CAD／CAM系統(tǒng)產生后，從編輯、仿真、管理到最后通過串口發(fā)送到機床進行加工，由一體化的軟件進行統(tǒng)一管理。由于數控加工企業(yè)在生產經營過程中需要存貯和管理大量數據，實現信息和實現過程的集成，因此一些大型企業(yè)實施了PDM系統(tǒng)。產品結構管理是PDM系統(tǒng)組織和管理數據的核心之一。相互關聯(lián)的一組零件按裝配關系組織構成部件，一系列的零件和部件再有機地裝配在一起構成產品。在產品體系結構中，每個零件、部件對象都有自己的屬性，如唯一標識碼、上級零部件標識碼、名稱、版本號、數量、材料、類型(自制件、外購件)等等。對于實施了iMAN、windChin等PDM系統(tǒng)的生產企業(yè)，通過對這些PDM軟件系統(tǒng)進行二次開發(fā)，可將這些產品結構數據導出為一個xML中間文件，然后將此文件直接導入數控程序管理系統(tǒng)，從而實現產品結構數據的共享。

3 數控設備網絡化管理系統(tǒng)的實現

　　數控程序管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設計如圖5所示。系統(tǒng)功能由NC程序管理、用戶權限管理、產品結構管理、審批流程管理等四個模塊組成。

　　目前數控程序的程序段格式都是采用字地址符格式，常用功能字有準備功能字、輔助功能字、尺寸字等。對尺寸字、主軸轉速給出了參數取值范圍。參考計算機高級語言編譯原理的思路和方法，依次對數控程序進行邏輯檢查、詞法檢查及語法檢查，從而實現數控程序的編輯功能。

　　開發(fā)串行通信程序常用兩種方法：(1)使用通信控件MSCOMM開發(fā)。這種方法雖然簡單，但常發(fā)生數據丟失，尤其在大量連續(xù)數據傳輸場合中。(2)采用WIN32應用程序編程接口(API)所提供的串行通信函數。這種方法實現復雜，要調用許多API函數，還要進行多線程編程，但可靠性很高，可滿足實時系統(tǒng)和大量連續(xù)數據傳輸場合。利用Windows API函數進行串口通訊編程遵循以下順序：(1)打開串口，即以指定的串口號、打開方式來建立與串口的連接。(2)串口的初始化，即配置通訊的波特率、每字節(jié)位數、校驗位、停止位等參數。(3)讀寫串口，即通過串口接受數據和發(fā)送數據。(4)關閉串口，即斷開與串口的連接。在windows系統(tǒng)中，串口和其他通信設備是作為一種文件處理的。串口的打開、關閉、讀取和寫入所用的函數跟操作文件的函數完全一致。

4 結束語

　　本系統(tǒng)的開發(fā)基于某數控加工企業(yè)的實際生產需求，解決了長期以來數控加工生產效率難以提高的瓶頸問題，實際應用結果深得用戶好評。