01
案例應用背景
近年來，網(wǎng)絡DNC（分布式數(shù)控，Distributed Numerical Control）技術得到廣泛的應用和推廣，大幅度提高了機械加工的自動化水平。同時自動化生產(chǎn)和企業(yè)信息化的發(fā)展也推動了DNC技術快速進步。早期的DNC系統(tǒng)主要解決數(shù)控機床的通信問題和數(shù)控程序管理問題，實現(xiàn)了機床和服務器計算機之間數(shù)控加工程序、刀具列表文件、機床參數(shù)、刀具參數(shù)的雙向傳輸，同時也實現(xiàn)了數(shù)控程序的集中管理和數(shù)控程序的三維仿真，大大提高了加工效率。
隨著兩化融合和中國制造2025向縱深推進，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)管理和企業(yè)信息化對DNC系統(tǒng)提出了更高的要求，早期的DNC系統(tǒng)難以滿足生產(chǎn)管理的需要。因此DNC系統(tǒng)在與底層控制系統(tǒng)通信的基礎上，逐漸發(fā)展出了數(shù)據(jù)采集的功能，采集的信息包括機床操作信息、加工信息、狀態(tài)信息以及一些實時信息，如機床實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、實時報警數(shù)據(jù)等。
02
詳解數(shù)據(jù)采集技術
DNC數(shù)據(jù)采集技術通常包括數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件包、宏功能采集、特定數(shù)控程序、傳感器采集四種方式。
△ DNC系統(tǒng)與數(shù)控機床連接的四種方式
四種采集方式的應用取決于數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)。一般情況下，西門子810D/840D、Fanuc i系列、Heidenhai iTNC 530、MAZAK 640、三菱M70系列、FIDIA C2/C20等數(shù)控系統(tǒng)，支持數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集包方式進行數(shù)據(jù)采集。三菱、FANUC、HAAS等不支持數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集包方式采集時，可采用宏功能采集。
特定數(shù)控程序采集可用在前面兩種采集方式都不支持的情況下，或者作為前兩者的補充采集方式。傳感器方式是指在需要采集信息的機床部件合適位置處安裝傳感器，通過傳感器獲取機床部件的信息。
數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件包
數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件包是指DNC系統(tǒng)采用了數(shù)控系統(tǒng)供應商提供的采集軟件包，DNC系統(tǒng)的相應采集模塊可以通過網(wǎng)絡直接獲取數(shù)控機床當前的允許信息的方式。因此，不同的數(shù)控系統(tǒng)供應商將有不同的數(shù)據(jù)采集軟件包。通常的數(shù)據(jù)采集軟件包由Fanuc、西門子、Heidenhain、Mazak、三菱、FIDIA 等供應商提供。
Fanuc數(shù)控系統(tǒng)采集軟件包
Fanuc數(shù)控采集軟件包支持具有網(wǎng)卡的Fanuc系統(tǒng)，通過Fanuc網(wǎng)卡協(xié)議（FOCAS）實現(xiàn)數(shù)控程序的傳輸和數(shù)據(jù)采集。支持的控制系統(tǒng)包括0i-A，0i-B/C，0i，16i-A，16i-B，18i-A，18i-B，21i-A，21i-B，30i，31i，32i，160i，180i，210i，300i，310i，320i。需要指出的是，很多使用0i控制系統(tǒng)的機床沒有配置網(wǎng)卡，可以購買安裝PCMCIA LAN CARD。
使用該采集軟件包，可以采集到的數(shù)據(jù)包括：
●機床狀態(tài)Machine Status
●機床模式Machine Mode
●加工數(shù)據(jù)：主程序號及程序注釋Main Program、子程序號及注釋Active Program
●主軸數(shù)據(jù)：當前主軸轉速Active RPM、轉速倍率Spindle Override
●進給數(shù)據(jù)：當前進給率Active Feedrate、進給倍率及模式Feedrate Override
●刀具數(shù)據(jù)：當前加工刀具
●軸數(shù)據(jù)：坐標系（X、Y、Z、A、B）
●報警數(shù)據(jù)：機床報警號、報警文本
●西門子數(shù)控系統(tǒng)采集軟件包
西門子數(shù)控系統(tǒng)采集軟件包支持SINUMERIK 840D/810D系列數(shù)控系統(tǒng)，通過OPC服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。SINUMERIK 840D/810D系列數(shù)控系統(tǒng)本身集成兩個OPC服務器，數(shù)據(jù)存取服務器OPC.SINUMERIK.Machineswitch和報警事件服務器OPC.SinumerikEvents?？梢圆杉綌?shù)據(jù)包括：
●操作方式數(shù)據(jù)：手動JOG、MDA、自動等
●程序運行狀態(tài)：運行，停止，暫停等
●主軸數(shù)據(jù)：主軸轉速、主軸倍率、主軸負載、主軸運轉狀態(tài)
●進給數(shù)據(jù)：進給速度、進給倍率
●軸數(shù)據(jù)：軸坐標（機床坐標系、工件坐標系）、軸負載
●加工數(shù)據(jù)：當前執(zhí)行的程序名稱、程序路徑、當前使用的刀具
●報警數(shù)據(jù)：報警代碼、報警信息內(nèi)容、報警時間
●Heidenhain數(shù)控系統(tǒng)采集軟件包
Heidenhain數(shù)控系統(tǒng)采集軟件包支持iTNC430、iTNC530系列數(shù)控系統(tǒng)，提供基于LSV-2通信協(xié)議的Heidenhain DNC COM組件和Heidenhain DNC ActiveX控件。通過該采集包，可獲取的信息包括：
●機床的基本信息：機床名稱、運行模式、機床IP、系統(tǒng)ID、PLC 信息、安全信息、DNC 模式、MCU 信息等
●實時信息：進給倍率、主軸倍率、快進倍率
●運行時間：總開機時間、總上電時間、總運行時間
●軸位置信息：X、Y、Z、A、B
●程序信息：程序狀態(tài)、程序名、執(zhí)行行號、選擇程序、執(zhí)行代碼
外部通信宏指令采集
外部通信宏指令采集是指在數(shù)控程序中的合適位置嵌入外部通信宏指令，數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行到宏指令時，將其中指定的信息通過機床串口輸出到DNC系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對信息進行采集的方式。
外部通信宏指令是某些數(shù)控系統(tǒng)，如FUNAC、HAAS、三菱等，提供的特殊的用戶宏程序指令，它允許機床與外部的設備進行通信，配合DNC軟件共同完成機床和控制計算機之間數(shù)據(jù)的雙向通信。它可以提供機床的運行參數(shù)，刀具的坐標，對機床部件的運行情況信息，或者讓機床的控制器與用戶所提供的裝置實現(xiàn)同步運行。數(shù)控系統(tǒng)提供專門的NC代碼宏指令是POPEN、DPRNT與PCLOS。
DNC系統(tǒng)通常提供宏指令的嵌入功能，另外也可以對后置處理器進行開發(fā)，使其生成數(shù)控代碼時，能夠嵌入宏指令。
通過外部通信宏指令，可以采集下列信息：
●主軸轉速：程序設定的主軸轉速、轉向
●軸位置：X、Y、Z、A、B
●刀具信息：刀具號、刀補號
●冷卻液信息：冷卻液開關狀態(tài)
●工件加工的進度：程序開始、程序結束、程序編號、零件編號等
特定數(shù)控程序
特定數(shù)控程序采集方式是指通過工人在事件發(fā)生時，操作機床向服務器發(fā)送包含約定的匯報代碼的特定數(shù)控程序，服務器獲取程序中的約定代碼后確定人員和設備的工況的數(shù)據(jù)采集方式。通過該方式，管理人員可以采集到大量有效數(shù)據(jù)。
特定數(shù)控程序采集方式能采集到的數(shù)據(jù)包括：
準備狀態(tài)開始、準備信息、加工的程序編號、零件編號、操作員上班&下班、班次合格&不合格數(shù)量、等待物料、等待工裝、等待刀具。
可以將上述信息使用預定的注釋代碼保存到特定數(shù)控程序中，由機床操作員在需要時，將特定數(shù)控程序發(fā)送到服務器。服務器接收后按照約定解析數(shù)控程序后獲得數(shù)據(jù)。
△ 特定數(shù)控程序約定代碼
傳感器采集
傳感器采集方式是指在機床合適位置添加傳感器，通過采集傳感器產(chǎn)生的模擬信號轉化為數(shù)字信號后發(fā)送給DNC系統(tǒng)進行采集的方式。通過此方式可以直接或間接采集如機床主軸功率、轉速等。
△ 機床主軸功率采集的實現(xiàn)示意圖：
通過電流傳感器，采集機床主軸電機的電流，轉換為機床的主軸功率
△ 主軸轉速采集的實現(xiàn)示意圖：
通過接近開關，采集主軸的轉速
03
不同數(shù)據(jù)采集方式的比較
DNC系統(tǒng)支持的幾種采集方式各有優(yōu)劣，在選擇時需要根據(jù)機床控制系統(tǒng)的實際情況進行選擇。總體上看，使用數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件包能采集到較多的數(shù)據(jù)，但對數(shù)控系統(tǒng)的要求較高。而傳感器采集方式對設備的要求低，其缺點是：一顆傳感器通常只能采集一種數(shù)據(jù)，因此采集一臺設備的數(shù)據(jù)通常需要多種傳感器。
△ 幾種采集方式比較
04
案例分享與解析
某工廠有12臺數(shù)控機床、其中8臺為Fanuc 0i-MC，1臺Fanuc 0i、1臺三菱系統(tǒng)、2臺西門子802D。根據(jù)工廠現(xiàn)場設備布局，從廠房網(wǎng)絡服務器間敷設14條超五類屏蔽網(wǎng)線到各臺數(shù)控機床處，除西門子802D數(shù)控機床每臺需要2條網(wǎng)線外，其余數(shù)控機床均只需要1條網(wǎng)線。
△ DNC網(wǎng)絡拓撲圖
該工廠不同的數(shù)控機床采用的采集方式和硬件安裝情況：
△ 各數(shù)控系統(tǒng)采集方式和硬件安裝情況
在實施完成后，通過對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的分析，讓車間管理者可以了解設備歷史、實時的狀態(tài)和狀態(tài)對應的生產(chǎn)任務信息和人員信息，幫助車間管理者了解設備利用率狀況，從而改善并制定提高利用率的解決方案，幫助車間管理者進行OEE全局設備效率分析?！附?jīng)過6個月時間的運行，車間設備開動率從實施初期的平均35% 增加到了45%，使設備的平均運轉時間增加了30%」有效地減少了設備等待時間。
05
案例價值總結
DNC數(shù)據(jù)采集技術是眾多數(shù)據(jù)采集技術中的一種，通過此項技術，可以為企業(yè)管理層自動采集到諸多生產(chǎn)控制層的生產(chǎn)過程或設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，為企業(yè)管理層的決策提供支持。同時DNC數(shù)據(jù)采集技術主要應用在企業(yè)的數(shù)控車間，具有較強的局限性，需要配合其它采集技術應用，才能更好的為企業(yè)的發(fā)展服務。
目前我國制造企業(yè)大多都已經(jīng)使用了DNC系統(tǒng)，在DNC網(wǎng)絡的基礎上，通過實施DNC數(shù)據(jù)采集技術，企業(yè)可以在增加較低成本的條件下，擴大DNC系統(tǒng)的功能，在數(shù)控設備上實現(xiàn)自動化的數(shù)據(jù)采集，為實施MES系統(tǒng)打下堅實基礎。
06
以客戶為中心，以服務為導向
通力有限公司依靠制造業(yè)信息化領域的多年耕耘和積累的豐富經(jīng)驗，根據(jù)近年客戶需求和市場特點的變化，服務戰(zhàn)略轉變?yōu)?ldquo;以客戶為中心，以服務為導向”。我們聚焦戰(zhàn)略客戶的需求與整體規(guī)劃，體現(xiàn)通力總體優(yōu)勢和價值，幫助客戶建立起從研發(fā)管理、生產(chǎn)管理及車間管控、品質(zhì)管理到數(shù)據(jù)中心等企業(yè)信息化數(shù)字化建設的全過程，完成更好的應用落地和系統(tǒng)集成。
通力帶來能夠引領制造業(yè)數(shù)字化轉型的眾多服務內(nèi)容：
通過全局視角審視制造業(yè)信息化，不再聚焦單點信息化建設項目；
以智能制造咨詢規(guī)劃為牽引，推動項目的逐步落地；
通過智能制造實驗室和創(chuàng)新中心，展開前沿技術的研究與突破應用；
基于多年的信息化建設經(jīng)驗推出創(chuàng)新系列解決方案；
推出Ablaze? 自研產(chǎn)品系列平臺，滿足企業(yè)應用和管理需求；
專業(yè)的項目實施團隊穩(wěn)步推進數(shù)字化和智能化的建設進程。
