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多制式數(shù)控機(jī)床集群控制與管理系統(tǒng)
面向中小企業(yè)由多種控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床集群構(gòu)成的混合加工環(huán)境的車間，建立基于《數(shù)控機(jī)床可重構(gòu)DNC通訊網(wǎng)絡(luò)》軟件的車間現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)綜合交換平臺(tái)，并采用具有一定自主規(guī)劃和管理功能的《車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)》軟件，可對(duì)目前國(guó)內(nèi)多種生產(chǎn)方式和管理方式并存的數(shù)控機(jī)床集群進(jìn)行優(yōu)化管理。
數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的主要模式
隨著數(shù)控機(jī)床日漸廣泛的應(yīng)用，企業(yè)中數(shù)控設(shè)備的類型和品種多、年代跨度大。為了能對(duì)用戶的需求做出快速反應(yīng)，就迫切地需要對(duì)車間的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行全面信息管理，加強(qiáng)生產(chǎn)組織，提高機(jī)床的利用率和柔性生產(chǎn)能力。
多制式數(shù)控機(jī)床集群控制與管理系統(tǒng)全面解決了混合加工環(huán)境中，實(shí)時(shí)跟蹤設(shè)備狀態(tài)以及生產(chǎn)進(jìn)度，并可用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。系統(tǒng)主要由JCS-DNC、刀具管理系統(tǒng)和JCS-MES三部分組成。
其中，JCS-DNC作為綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，不但可以覆蓋不同類型的通訊接口(RS232/422、Ethernet)，而且對(duì)底層設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控進(jìn)行了全面解決，承擔(dān)了有效聯(lián)接底層設(shè)備和上層控制計(jì)算機(jī)的橋梁作用，并且使刀具管理系統(tǒng)和JCS-MES緊密的結(jié)合起來。JCS-MES則注重整個(gè)生產(chǎn)過程的優(yōu)化，它需要收集生產(chǎn)過程中大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)時(shí)事件及時(shí)處理。同時(shí)又與計(jì)劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應(yīng)數(shù)據(jù)并反餽處理結(jié)果和生產(chǎn)指令。因此，JCS-MES不同於以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車間控制器，也不同於偏重於作業(yè)與設(shè)備調(diào)度為主的單元控制器，而是將MES作為一種生產(chǎn)模式，統(tǒng)籌考慮制造系統(tǒng)的計(jì)劃和進(jìn)度安排、追蹤、監(jiān)視和控制、物料流動(dòng)、質(zhì)量管理、設(shè)備的控制和計(jì)算機(jī)集成制造接口(CIM)等，以最終實(shí)施制造自動(dòng)化。
車間現(xiàn)場(chǎng)綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)
目前國(guó)內(nèi)在車間生產(chǎn)中使用的數(shù)控設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，其通信接口和協(xié)議也存在較大差異。傳統(tǒng)的DNC通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是根據(jù)RS232串口的共同特點(diǎn)開發(fā)的，雖然可以完成CNC數(shù)據(jù)的雙向傳輸功能，減少了程序傳輸時(shí)間，一定程度上起到減少輔助時(shí)間、提高機(jī)床利用率的作用，但是這種類型的DNC網(wǎng)絡(luò)不能采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)床狀態(tài)和工況數(shù)據(jù)，是生產(chǎn)管理系統(tǒng)中底層設(shè)備監(jiān)控的瓶頸所在。
綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)中的數(shù)據(jù)分類
在綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)JCS-DNC中交換的數(shù)據(jù)可分為以下幾類：
1. CNC指令類數(shù)據(jù)，如NC程序(上、下傳輸，刪除)、刀具數(shù)據(jù)(刀具表)、CNC參數(shù)等;
2. 機(jī)床狀態(tài)類數(shù)據(jù)，如機(jī)床報(bào)警信息、PMC診斷、以及主軸位置、主軸轉(zhuǎn)速等;
3. 工況類數(shù)據(jù)，如正在執(zhí)行的程序名稱、正在加工的零件名稱、機(jī)床開始加工時(shí)間、機(jī)床結(jié)束加工時(shí)間、當(dāng)前刀具等。
綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)中的數(shù)據(jù)流向
有一部分機(jī)床的宏程序具有向串口輸出數(shù)據(jù)的功能，如FANUC數(shù)控系統(tǒng)。JCS-DNC中含有NC程序宏功能后置處理模塊。在通過本網(wǎng)絡(luò)向機(jī)床傳送加工程序時(shí)，自動(dòng)在程序的相應(yīng)位置添加宏指令，使得機(jī)床在運(yùn)行過程中自動(dòng)向串口送出工況數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集當(dāng)前運(yùn)行程序號(hào)、零件名稱、加工開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間等加工信息。
用機(jī)床聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)器MDNC05實(shí)現(xiàn)機(jī)床工況數(shù)據(jù)采集
機(jī)床聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)器MDNC05是一種安裝在數(shù)控機(jī)床上的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)終端，具有全字符鍵盤、4x16字符液晶顯示器。
MDNC05的基本功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)床側(cè)的程序傳送請(qǐng)求和通訊狀態(tài)監(jiān)視，通過鍵盤和自定義的F01~F99功能，現(xiàn)場(chǎng)操作人員人工輸入(采集)并匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)工況。MDNC05的F功能可以解決某些數(shù)控系統(tǒng)不具備宏程序數(shù)據(jù)輸出功能造成的工況數(shù)據(jù)無法采集的困難。它的使用可以簡(jiǎn)化和統(tǒng)一CNC數(shù)據(jù)的輸入/輸出的操作，適用于所有的數(shù)控設(shè)備，并且同樣可以解決非數(shù)控機(jī)床工況數(shù)據(jù)的采集。
利用數(shù)控系統(tǒng)以太網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)機(jī)床工況數(shù)據(jù)采集
對(duì)于具有以太網(wǎng)功能的數(shù)控設(shè)備，利用FANUC FA功能包開發(fā)的Ethernet軟件模塊能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的完全監(jiān)控。適用于數(shù)控系統(tǒng)為FANUC Series 0i-B/15i /18i/21i，Power Mate i-D/H的數(shù)控機(jī)床。
綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)JCS-DNC的特點(diǎn)
JCS-DNC是一個(gè)涵蓋了傳統(tǒng)通訊功能的新一代DNC通訊網(wǎng)絡(luò)，將傳統(tǒng)意義上的DNC網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為一個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。其特點(diǎn)是：
1. 覆蓋生產(chǎn)中所有的不同品牌不同時(shí)期的數(shù)控設(shè)備
2. 覆蓋不同類型的通訊接口(RS232/422、Ethernet)
3. 完整的數(shù)據(jù)內(nèi)容
4. 快捷可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重構(gòu)
5. 開放的數(shù)據(jù)接口
由于具有上述特點(diǎn)，JCS-DNC的使用就可以準(zhǔn)確提供制造過程中的大量數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)管理有了較充分的數(shù)據(jù)反饋，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，準(zhǔn)確制定、調(diào)整、更新作業(yè)計(jì)劃。
刀具管理系統(tǒng)
刀具作為參與制造活動(dòng)的重要輔助工具，對(duì)制造系統(tǒng)的柔性、生產(chǎn)率起著舉足輕重的作用;同時(shí)，刀具又是較昂貴的消耗性資源，在車間生產(chǎn)中它數(shù)量巨大、信息繁多。由于加工的需要，大量的刀具頻繁地在系統(tǒng)中流動(dòng)和交換，當(dāng)系統(tǒng)需要重組時(shí)，刀具配置和容量等都需要修改，因此，大量的刀具信息也隨之不斷變化，這就迫切需要功能強(qiáng)大的刀具管理系統(tǒng)對(duì)車間生產(chǎn)中的刀具進(jìn)行調(diào)度、管理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控用刀具的管理和預(yù)調(diào)。刀具綜合管理和預(yù)調(diào)制度的建立可以實(shí)現(xiàn)刀具參數(shù)和刀具壽命管理以及刀具的統(tǒng)一調(diào)配，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，降低刀具庫存量，提高刀具利用率。
車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)JCS-MES
JCS-MES是一種基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)重點(diǎn)在于提高生產(chǎn)管理系統(tǒng)的操作性(有限能力計(jì)劃)和協(xié)作性(虛擬的集成)，是一種適合于多品種小批量生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床集群生產(chǎn)管理系統(tǒng)。
JCS-MES功能模型
JCS-MES主要負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有車間資源來提高制造競(jìng)爭(zhēng)力，提供一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式。
JCS-MES本身也是各種生產(chǎn)管理的功能軟件集合，共包含11個(gè)主要的功能模塊，其主要功能包括：基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理(包括工廠部門結(jié)構(gòu)、工作中心、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝等大量信息)、人力資源管理、設(shè)備管理、庫存管理、主生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求計(jì)劃、有限能力計(jì)劃與調(diào)度、車間作業(yè)任務(wù)管理、工夾量具管理、質(zhì)量管理、系統(tǒng)權(quán)限管理等。它與機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC管理系統(tǒng)、刀具管理系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)等存在大量實(shí)時(shí)的信息交流。
JCS-MES運(yùn)行環(huán)境
JCS-MES可以根據(jù)企業(yè)需求提供在微機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)，也可以提供在單臺(tái)微機(jī)運(yùn)行的單機(jī)版系統(tǒng)。其運(yùn)行環(huán)境如下：
操作系統(tǒng)
服務(wù)器端 MicrosoftWindows NT 4.0 Server 簡(jiǎn)體中文版或WINDOWS 2000 Server
客戶端 Microsoft Windows 95/98簡(jiǎn)體中文版或Windows 2000客戶版
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
ACCESS2000，服務(wù)器上可以裝SQL2000
JCS-MES系統(tǒng)特點(diǎn)
制造企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)JCS-MES除了滿足中小企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程中各類業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)處理的一般要求之外，還具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)和特色：
采用C/S結(jié)構(gòu)
制造企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)JCS-MES運(yùn)行平臺(tái)為Windows2000及MS SQL Server，它支持先進(jìn)的客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server)結(jié)構(gòu)，并能充分利用用戶的現(xiàn)有資源，最大限度地減少投資，提高運(yùn)行效率，同時(shí)也保證了用戶方便地進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。
子模塊間是高度集成的
JCS-MES內(nèi)的子系統(tǒng)是高度集成的。各子系統(tǒng)可以從其它相關(guān)的子系統(tǒng)中獲取所需要的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以將子系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳遞給其它相關(guān)子系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)後數(shù)據(jù)的輸入量較小，大大減輕了管理人員的工作量。JCS-MES中同一數(shù)據(jù)只要進(jìn)入系統(tǒng)，便能得到有效的利用和處理，提高了工作效率和準(zhǔn)確率。
采用完整、先進(jìn)的模塊化、組件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用一套完整、先進(jìn)的模塊化、組件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。各子系統(tǒng)由一系列組件構(gòu)成，而部分組件還可以根據(jù)具體需要，自由地掛接在不同的模塊上，以滿足用戶對(duì)不同的模塊的功能需求。
完善的安全管理機(jī)制
JCS-MES允許用戶系統(tǒng)管理員定義每個(gè)使用者對(duì)每個(gè)模塊功能的操作權(quán)限，操作員在使用每個(gè)程序時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)檢驗(yàn)操作權(quán)限，實(shí)現(xiàn)多級(jí)安全控制，大大提高用戶系統(tǒng)操作安全和數(shù)據(jù)安全性。
豐富的查詢、報(bào)表功能
JCS-MES提供了大量豐富、靈活的查詢和報(bào)表功能。用戶可以從多角度方便地查詢所需了解的多種信息。
應(yīng)用情況
多制式數(shù)控機(jī)床集群管理系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的紡機(jī)、模具、光學(xué)儀器等多個(gè)行業(yè)的工廠中得到應(yīng)用。
在西安的某機(jī)械廠建立了車間綜合數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。系統(tǒng)中集成了8種不同品牌不同型號(hào)共48臺(tái)數(shù)控設(shè)備。實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工資源的共享，可以及時(shí)完成毛坯、NC程序、刀具和工卡量具的準(zhǔn)備工作，減少待工時(shí)間;并且由于具有了完善的數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)文檔管理，減少了批量再生產(chǎn)的準(zhǔn)備時(shí)間，綜合生產(chǎn)效率提高50%以上。
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