（机械电子工程专业论文）一种机床网络化生产管理与监控系统开发及应用.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 现代制造业的发展要求不管是大批量定制生产还是多品种、小批量生产，都 必须以客户为中心，要求企业能够迅速地响应客户的个性化要求，及时将产品交 给客户，有效地管理产品的品种变化。因此，生产制造过程中的异地协同加工显 得越来越重要，基于网络化的异地协同加工也将越来越普遍。但目前网络应用主 要体现在市场与管理层的信息交互，还没有延伸到车间机床设备层，远程客户或 企业管理人员难以通过网络实现对车间机床加工任务的下达、进度监控和生产管 理。本文面向车间层级的网络化协同加工的实际需求，对机床网络化生产管理与 监控系统进行了研究，为网络化协同加工的异地管理和监控提供了一种支持平台。 首先，在分析国内外制造业和数控设备研究现状和发展趋势，以及我国传统 生产管理模式下的车间生产管理特点的基础上，针对企业现代生产管理的实际需 求，提出了一种机床网络化生产管理与监控模式，并对机床网络化生产管理与监 控的系统功能、体系结构进行了设计。 其次，依据机床网络化生产管理与监控模式和车间生产管理流程，设计和开 发了一种机床网络化生产管理与监控系统。可实现网络化制造的多种功能，包括 企业内部管理层、设计层与机床层的音、视频通讯、任务下达、电子图纸、工艺 规划、现场信息上传与监控、设备远程管理和监控等功能。 然后，根据车间现场加工的特点，对系统硬件进行选型，应用课题组所开发 的机床网络化生产管理与监控系统生产现场管理终端装置，通过与机床网络化生 产管理与监控软件集成应用，可实现加工过程中车间机床设备层的网络化管理与 监控。 最后，结合重庆机床( 集团) 有限责任公司制齿车间的生产实际，对系统进 行了针对性设计，将机床网络化生产管理与监控系统应用到生产实践，取得了较 好的效果。 关键词：网络化协同加工，异地合作单位，个性化需求，生产管理与监控 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fm o d e r nm a n u f a c t u r i n gr e q u i r e st h ec u s t o m e rf o c u s e d m a n u f a c t i l r i n gi ns p i t eo fm a s sc u s t o m i z a t i o no rm u l t iv a r i e t ys m a l lb a t c hp r o d u c t i o n , a n da l s or e q u i r e st h a tt h ee n t e r p r i s ei m m e d i a t e l yr e s p o n d st oi n d i v i d u a lr e q u i r e m e n t s ， t i m e l yd e l i v e r st oc u s t o m e r s ，a n de f f e c t i v e l ym a n a g e sp r o d u c tv a r i e t i e s t h e r e f o r e ， r e m o t ec o l l a b o r a t i v e m a n u f a c t u r i n g i s b e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t i n m a n u f a c t u r i n g , a n dn e t w o r k - b a s e dc o l l a b o m t i v ei sw i d e s p r e a d h o w e v e r ) t h en e t w o r ki s m a i n l ya p p l i e di ni n f o r m a t i o ne x c h a n g eb e t w e e nt h em a r k c ta n dt h em a n a g e m e n t , a n d h a sn o te x t e n d e dt ot h em a c h i n et o o lf l o o r ni sd i f f i c u l tt oa s s i g nt h et a s k s ，m o n i t o rt h e p r o g r e s sa n dm a n a g ep r o d u c t i o nf o rr e m o t ec l i e n to re n t e r p r i s em a n a g e r s a i m i n ga tt h ep r a c t i c a ld e m a n d so f n e t w o r k e dc o o p e r a t i v em a c h i n i n gi nw o r k s h o p f l o o r , as e to fm a c h i n et o o ln e t w o r km a n u f a c t u r em a n a g e m e n ta n dm o n i t o rs y s t e m h a sb e e ns t u d i e d t h i ss y s t e mo f f e r sp r o v i d e sap l a t f o r mf o rr e m o t em a n a g e m e n ta n d m o n i t o rf o rt h en e t w o r k e dc o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n g f i r s to fa l l - t h es t a t u sa n d d e v e l o p m e n t t r e n do fd o m e s t i ca n df o r e i g n m a n u f a c t u r i n ga n dn u m e r i c a l c o n t r o le q u i p m e n ti s i n t r o d u c e d ，a n dt h ew o r k s h o p m a n u f a c t u r em a n a g e m e n tc h a r a c t e r i s t i ci no u rt r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r em a n a g e m e n t m o d ei sa n a l y z e d t h e nan e wm a c h i n et o o ln e t w o r k e dm a n u f a c t u r em a n a g e m e n ta n d m o n i t o rm o d ew h i c ha i m i n ga tt h ea c t u a ld e m a n do fe n t e r p r i s em o d e r nm a n u f a c t u r e m a n a g e m e n ti sp r e s e n t e d , a n dt h es y s t e mf u n c t i o na n ds t r u c t u r ei sd e s i g n e d s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h em o d eo fm a c h i n et o o ln e t w o r k e dm a n u f a c t u r e m a n a g e m e n ta n dm o n i t o ra n dt h ef l o wo fw o r k s h o pm a n u f a c t u r em a n a g e m e n t ，as e to f m a c h i n et o o ln e t w o r km a n u f a c t u r em a n a g e m e n ta n dm o n i t o rs y s t e ms o f t w a r ei s c h o s e n i tc a nr e a l i z em u l t if u n c t i o n so fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r e , s u c ha ss o u n da n d v i d e oc o m m u n i c a t i o n , m i s s i o n a s s i g n m e n t , c a dd r a w i n g , c r a f tp r o g r a m m i n g , w o r k s h o pi n f o r m a t i o nu p l o a da n dm o n i t o r , e q m p m e n tr e m o t em a n a g e m e n ta n dm o n i t o r b e t w e e nm a n a g e ra n dd e s i g n e rf l o o ra n dm a c h i n et o o lf l o o ri ne n t e r p r i s e t h e na c c o r d m gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co f w o r k s h o pf i e l d w o r k , t h es y s t e mh a r d w a r ei s c h o s e n , a n dt h et e r m i n a ls y s t e mo fm a c h i n et o o ln e t w o r km a n u f a c t u r em a n a g e m e n t a n dm o n i t o ri sa p p l i e d i tc a nr e a l i z en e t w o r k e dm a n a g e m e n ta n dm o n i t o ri nm a c h i n e t o o lf l o o rd u r i n gt h e p r o c e s sw h i c hi n t e g r a t e d w i t ht h em a c h i n et o o ln e t w o r k m a n u f a c t u r em a n a g e m e n ta n dm o n i t o rs o f t w a r e 重庆大学硕士学位论文英文摘要 f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h ep r o d u c t i o np r a c t i c eo fg e a rw o r k s h o po fc h o n g q i n g m a c h i n et o o l ( g r o u p ) c o l t d t h es y s t e mi sd e s i g n e dp e r t i n e n t l y , a n dt h ep l a t f o r m w h i c hi n t e g r a t e di sa p p l i e d t h er e s u l ti sq u i t eg o o d k e y w o r d s ：n e t w o r k e dc o o p e r a t i v em a n u f a c t u r e ；r e m o t ec o l l a b o r a t eu n i t ；i n d i v i d u a l r e q u i r e m e n t ；m a n u f a c t u r em a n a g e m e n ta n dm o n i t o r n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽叁堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：翻芝每签字隰砷年多月乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重迭态堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：列是叁 签字日期：加7 年6 月乡l t 导师签名： 签字日期牛e t 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1绪论 目前国内制造业主流是大批量定制生产与多品种、小批量生产相结合。随着 网络的发展，不论是大批量定制生产，还是多品种、小批量生产，对异地协同加 工要求越来越高。基于网络化的异地协同加工也越来越普遍，但目前网络的应用 主要体现在市场与管理层的信息交互，还没有延伸到车间机床设备层，远程客户 或企业管理人员难以通过网络实现对车间机床加工任务的下达、进度监控与生产 管理。本文面向车间层级的网络化协同加工的实际需求，对机床网络化生产管理 与监控系统进行了研究，从而为网络化制造中机床资源的共享和车间层机床设备 生产过程的管理与监控提供了一种支持平台。 1 1 论文的背景和意义 1 1 1 论文的研究背景 进入2 l 世纪后，经济全球化已经成为当今世界经济发展的主流。这不仅广泛 影响到全球各个领域，而且深刻影响着世界各国特别是发展中国家的经济发展， 特别是制造业的发展【1 】。在国际市场的竞争中，国外的跨国公司具有明显的优势， 这些优势使它们可以在全球范围内配置生产资源，最大限度地降低生产成本。而 国内制造业长期以来面对较为封闭的国内市场，管理水平低下、生产成本高，并 且缺乏在全球市场上搏击的经验和能力。在这种情况下，国内制造业要想与国外 企业竞争，除了常规的应对措施外，更要特别重视形成、利用和发挥后发优势。 必须转变其制造模式，采用先进的网络化制造与管理技术，跨地域限制，将原来 分散的、孤立的企业纳入到国际竞争合作环境中，成为国际制造业供应链中重要 的一环【2 】。 结合我国的基本国情，我们党在十五届五中全会首次明确提出以信息化带动 工业化，发挥后发优势，争取实现社会生产力的跨越式发展的方针。党的十六大 再一次明确提出，必须坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走一条 科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发 挥的新型工业化道路。结合以上重大战略决策和我国制造业的现状，大批量定制 生产与多品种、小批量生产相结合已经成为国内制造业的主流发展方向。 大批量定制是一种集企业、客户、供应商和环境等于一体，在系统思想指导 下，用整体优化的观点，充分利用企业已有的各种资源，在标准化技术、现代设 计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需求，以大 批量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式【3 。5 1 。大批量 重庆大学硕士学位论文1 绪论 定制是比较适合中国国情的一种先进制造技术，是现代集成制造系统发展的一个 重要方向，是以客户为核心的个性化产品设计、生产和服务体系。我国制造业应 该大力发展大批量定制生产。因为就我们国内来讲，随着我国经济的进一步发展 和全面建设小康社会目标的逐步实现，城乡居民的购买力将会进一步提高，定制 产品的需求也会相应扩大。另一方面，我国企业不仅要将产品打入国际市场，也 要面对国外跨国公司在国内市场的竞争，要想从产品的价格、个性化、多样化等 方面取胜就必须发展大批量定制生产，以缩小我国与发达国家之间的差距，实现 跨越式发展州。 但对于以下几种情况：产品属于某类专用产品，用量不大，使用范围狭窄。 这类产品的单次订货数量小，但是有长期的订货。根据客户的要求制订的个性 化产品。创新的、小批量投入市场的新研发品。出于衰退期的，但仍有销量 的产品。大批量定制生产的局限性就显现出来，需要采用多品种、小批量生产。 多品种、小批量生产最大的优点就是能够更加灵活地适应市场变化、更好地满足 用户多样化的需求，增加企业的市场竞争力。 现代制造业的发展趋势要求不管是大批量定制生产还是多品种、小批量生产， 都必须以客户为中心( c f m ，c u s t o m e rf o c u s e dm a n u f a c t u r i n g ) ，要求企业能够迅 速地响应客户的个性化要求，及时将产品交给客户，有效地管理产品的品种变化【”。 一般来说，一个产品在研发过程中要求有十几次n - 十几次的大变更，小的变更 就更多了。如果一个小的变更耽误一到两个星期，整个过程将非常大耗时。因此， 生产制造过程中的异地协同加工显得越来越重要，加工需要异地同步共享才能保 证及时交货，才能优化价值链。 以计算机网络为代表的信息技术的不断发展，促进了全球化信息网络和全球 化市场的形成，围绕新产品的市场竞争也日趋激烈。技术进步和需求多样化使得 产品寿命周期不断缩短，企业面临缩短交货期、提高产品质量和改进服务的压力。 所有这些都要求企业能够对不断变化的市场做出快速响应，不断生产出满足用户 需求的、定制的“个性化”产品去占领市场。未来的制造是基于集成化和智能化的敏 捷制造和全球化”、“网络化制造，而且全球化的市场竞争环境迫使企业采取与之 相应的产品开发模式【s 】。为提高企业的核心竞争力和充分利用各地的资源优势，企 业在更加专业化的同时也加强了跨企业的分工合作，出现了企业集团、企业联盟 和虚拟企业等新的组织模式。跨地区跨企业的异地协作越来越重要，协作的内容 也从基于供应链的商务活动发展为以开发活动为主的协同产品开发过程。相对于 传统的产品设计过程，当前制造企业的产品开发过程呈现如下特点： 产品开发团队外延的扩大。现代产品开发表现为跨企业的协同开发过程。 基于某种市场机遇，不同的企业和供应商构成动态开发联盟，各个成员企业之间 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 通过开发任务的分解建立紧密联系。 产品开发内涵不断扩展。现代产品开发不仅指产品设计过程，包括从市场需 求直到将产品交付给用户的全过程，有时还包括产品维护阶段的活动。 面向大批量定制的产品开发方法。由于市场需求多样性，许多企业采用了模 块化设计方法和大批量定制的开发模式。大批量定制环境下的产品开发模式要求 在开发早期阶段进行整体概念设计时，考虑范围经济性和批量经济性，建立合理 的产品族结构模型。 敏捷化的协同产品开发过程。传统产品开发过程过于刚性，难以动态调整。 由于市场需求变化多样，在整个协同产品开发过程中，产品开发的进度、开发团队 及其成员任务安排等均在发生动态变化。产品开发过程需要不断调整以适应这种 变化。 随着网络的发展，生产制造业中对异地协同加工要求越来越高。基于网络化 的异地协同加工也越来越普遍。异地协同加工是通过计算机网络，将分布在不同 地点的人力、设备和信息资源组织起来，使产品的开发和生产周期得以缩短，实 现资源共享，明显提高了企业的市场竞争能力。这种实现快速响应市场和可持续 性发展的生产模式，其成员在地理上是相隔的或跨部门的，各自具有独特的核心 技术，组成异地协同制造企业是按市场机制通过竞争实现的。异地协同加工企业 是围绕着新产品或新经营机遇的产品生产过程，在全球范围内动态地建立网络组 织机构来进行产品的经营、开发和生产的。因此，异地协同加工企业的组织及其 集成问题不同于传统的加工企业【9 】。 企业要在竞争激烈的国际国内市场中占有一席之地，必须采用现代化的生产 管理，将大批量定制生产与多品种、小批量生产相结合，更好地实现异地协同加 工，对客户需求的变化做出快速响应。因此，必须满足如下要求l lo 】： “以零件为中心”组织生产。所谓“以零件为中心”组织生产，是指在整 个生产过程中，从工艺设计、计划编制、生产组织实施等各个环节，都以零件为 单位组织安排。 生产管理的制度化、程序化和标准化是科学管理的基础。现代生产管理要 求企业在管理实践中，将经常性的重复出现的工作和偶然发生的事件区分开。对 于经常性的重复出现的管理工作，完全按照各种规章制度、作业标准、条例等执 行，一切都做到有据可依，有章可循，按制度办事，按作业标准操作，按程序管 理。管理人员的主要精力放在处理那些偶发事件上，以实现生产现场的秩序化、 制度化、标准化和文明化。 在管理手段上 由手工管理转变为计算机管理。管理现代化的标志之一是管 理手段的计算机化，办公的自动化。近2 0 年来，计算机技术已经给企业的生产经营 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 活动，以及包括生产管理在内的企业管理带来了惊人的变化。c a d 、c a p p 、c a m 、 m r p 以及生产系统中出现的成组技术( g t ) 、柔性制造技术( f m s ) 等技术在企业生 产以及企业管理中的应用极大地提高了生产和管理的自动化水平，从而极大地提高 了生产率。使得企业的经营计划、产品开发、产品设计、生产制造以及营销等一 系列活动有可能构成一个完整的有机系统，从而更加灵活地适应环境变化的要求。 大批量定制生产与多品种、小批量生产相结合，充分利用网络资源，以客 户为中心，对客户的个性化要求做出快速响应，更好地实现产品的异地协同加工。 目前，网络化的异地协同加工的应用主要体现在市场与管理层的信息交互， 还没有延伸到车间机床设备层，远程客户或企业管理人员难以通过网络实现对车 间机床加工任务的下达、进度监控与生产管理。实施机床的网络化生产过程管理 与监控，能够让企业管理人员和即时了解数控机床的生产情况和产品的完成情况， 同时可以为异地合作单位提供异地远程的管理和控制，实现网络化制造中机床资 源的共享和车间层设备生产过程的管理与监控。 1 1 2 论文的研究意义 根据以上背景可以看出，为适应大批量定制生产与多品种、小批量生产相结 合的要求，加工机床正朝着全数控、功能复合、柔性、自动化、安全性及网络化 方向发展。但国内很多数控机床还是单机操作，少数的数控机床只实现了数控程 序的网络化通信和传输，不能够支持网络化的生产管理与监控，更不能实现网络 化异地远程生产管理和监控。因此，本论文选题的意义如下： 探索了一种机床网络化生产管理与监控模式。该生产模式为异地合作单位 或企业管理人员建立了一种直接与车间机床设备、生产现场进行信息交互的平台， 可以有效地帮助其对重要零部件加工状况进行管理与监控，有效保证生产质量和 交货期，并提高信息交互效率。 有利于提高企业管理效率、缩短企业内部信息传达的时间。传统的制造型 企业下达生产任务都是每天填写生产任务单，然后将生产任务单下达到各个相关 部门和岗位。现在，企业内部、车间管理层则可以通过本系统直接对车间生产任 务直接进行下达，而不需要像以前那样每天填写纸质文档。 有利于提高制造企业制造效率、增强制造环节对市场的快速响应能力。以 前，如果异地外协合作单位对生产订单有所更改，需要和企业进行电话沟通，同 时派出专人携带资料到制造企业对相关情况进行说明。特别是纸质的文档模式的 信息交互具有延迟性、难于动态调整修改、以及难于直观表示立体关系等，不能 适应产品、工艺、技术和用户要求日趋加速的变化。通过本文的研究，异地外协 合作单位只需要把变更信息、修改后的图纸等，通过网络上传到本系统，企业管 理层就会立即查看到该信息，并对相关加工任务进行调整。本文的研究可以很好 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的提高企业制造过程的效率，增强制造环节对市场的快速响应能力。如果推广应 用，将为制造企业带来更大的经济效益。 论文拟研究的一种机床网络化生产管理与监控系统，对于提升生产车间的管 理水平、制造效率，实现市场与管理层、车间层的信息交互，实现生产任务的异 地远程管理和监控等都具有重要意义。由于国内生产车间管理和生产方式大致相 同，对系统的应用具有代表性，因此，研究成果在制造企业具有示范和推广应用 价值。 1 2 国内外相关领域的研究现状及发展趋势 1 2 1 国内外研究现状 数控机床是一种技术含量高且结构复杂的机床系统。随着制造业的发展，中 小批量生产的趋势日益增强，对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求，希 望市场能提供不同加工需求，迅速高效、低成本地构筑面向用户的控制系统，并 大幅度地降低维护和培训的成本，同时还要求新一代数控系统具有方便的网络功 能，以适应未来车间面向任务和定单的生产组织和管理模式【l ”。为此，近1 0 年来， 随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很 快，并正朝标准化开放体系结构的方向前进。 德国a n d r o n 公司的最新产品是新一代基于微机的、在w i n d o w s 平台上的开放 式数控系统。它采用由两个i n t e l 处理器，通过p c i - p c i 桥进行相互通信。一个处 理器承担数控运算( n c 计算机) ，另一个作为人机界面计算机。n c 计算机中插有 n cc p u 卡、n c 机床卡。n c 机床卡与数控驱动装置连接，并通过2 块带p c i 桥 的总线卡与人机界面计算机通信。人机界面计算机的内部总线卡与数控系统操作 面板和外部接口连接。人机界面计算机的c p u 卡控制触摸式l c d 显示屏以及计 算机外设和网络通信。 日本山崎马扎克m a z a k 公司推出新一代的加工中心i n t e g r e xe - 4 1 0 h s ，不 仅实现了加工过程和刀具交换的自动化，还配备一个称为信息塔( e - t o w e r ) 外部设 备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文 本的通信功能。该机床与生产计划调度联网，实时反映机床工作状态和加工进度。 操作者需指纹确认权限，在屏幕上观察加工过程、故障报警显示、在线帮助排除。 它是独立的、自主管理的制造单元。企业的生产计划调度系统安排一周的加工任 务，发送到信息塔。信息塔向操作者发出指令，并在屏幕上显示机床的实时工作 状态。操作者按照屏幕指示进行操作。遇到问题时，可随时查阅计算机中的操作 手册。正常情况下，机床自动工作，操作者与机床在时间和空间上都是分离的。 管理者和操作者皆配备有手机，通过手机可以查询生产工况，预计加工完成时间 5 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 以及延期报告和故障报警。机床发生故障时，屏幕会显示排除故障的方法，m a z a k 公司维修中心能同时看到问题所在，远距离及时提供帮助，尽可能减少机床的停 机时间。 另有一些相关技术，如“数控机床的监视系统( 公告号：c n l l 0 8 4 0 7 ) ”【1 2 】。该 系统能监控多台数控机床，每台机床都包含用于连续显示其工作部分操作状态的 第一监视器，其显示形式为在第一监视器的画面上显示多个图像，在转移的同时 从第一监视器上输出的图像信号由图像信号转换部分进行选择，然后由此将信号 输出，最后将输出信号显示在第二监视器的画面上，监视系统还包括操作单元和 用于连续地将从操作单元输出的指令信号输出到任何一台受监视的数控机床上的 指令信号转换部分。 1 2 2 国内外研究主要趋势 2 l 世纪的数控设备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系 统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适 应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈 控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编 程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有 智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目 前，许多国家正在对开放式数控系统进行研究，如美国的n g c ( t h e n e x t g e n e r a t i o n w o r k - s t a t i o n m a c h i n ec o n t r 0 1 ) ，欧共体的o s a c a ( o p e ns y s t e ma r c h i t e c t u r ef o r c o n t r o lw i t h i na u t o m a t i o ns y s t e m s ) 、日本的o s e c ( o p e , , s y s t e me n v 打o n m e n tf o r c o n t r o l l e r ) ，中国的o n c ( o p e nn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m ) 等机构，数控系统开放化 已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统，就是数控系统的开发可以 在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对 象( 数控功能) ，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控 制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性 的名牌产品。目前，开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运 行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心内 容。 网络化数控设备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控设备的网 络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新 的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数 控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 e m 0 2 0 0 1 展中，日本山崎马扎克( m a z a k ) 公司展出的“c y b e rp r o d u c t i o nc e n t e r 6 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 ( 智能生产控制中心，简称c p c ) ；日本大隈( o k u m a ) 机床公司展出 i tp l a z a ( 信息技术广场，简称r r 广场) ；德国西门子( s i e m e n s ) 公司展出的o p e n m a n u f a e t u d n ge n v i r o n m e n t ( 开放制造环境，简称o m e ) 等，反映了数控机床加工 向网络化方向发展的趋势。 因此，智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势。 1 3 论文研究的目的和课题来源 1 3 1 论文研究目的 目前，网络的应用主要体现在市场与管理层的信息交互，还没有延伸到车间 机床设备层，远程客户或企业管理人员难以通过网络实现对车间机床加工任务的 下达、进度监控与生产管理。论文的主要研究目的是通过开发成功一种机床专用 的网络化监控和管理系统，与机床配套，实现机床的网络化制造功能，提高机床 的技术水平和增加新的功能，从而提高机床的市场竞争力。 1 3 2 论文课题来源 本论文的工作主要依托作者主研的重庆市科技计划项目“齿轮制造机床的网 络化监控管理装置的研制”( 项目编号；8 4 8 3 ) 。 1 4 论文研究的目的和内容安排 本论文结合作者参加的齿轮制造机床的网络化监控管理装置的研制颂目， 紧紧围绕着项目的研究目的，针对的特点和目前存在的问题，主要进行以下几个 方面的研究工作： 分析本论文选题背景，介绍本课题研究的意义和课题来源；分析国内外机 床的现状及发展趋势，为论文研究指明方向。 通过对车间生产现状，及车间层级的网络化协同加工的实际需求，提出一 种机床网络化生产管理与监控模式，并针对该模式研究了系统的软件结构，接着 对系统的体系结构进行设计，主要包括组织体系、功能体系等。这部分内容将在 本文第二章中叙述。 在对本机床网络化生产管理与监控模式的研究基础上，用i d e f i x 方法对 本机床网络化生产管理与监控系统进行系统设计，包括功能模型和信息模型两大 方面。这部分内容将在本文第三章中叙述。 基于以上的理论研究和系统设计，结合重庆机床( 集团) 有限责任公司制齿车 间的生产现状和实际需求，将本系统试点应用于重庆机床( 集团) 有限责任公司制齿 车间，取得了良好的应用效果。在本文的第四章，对本机床网络化生产管理与监 控系统在重庆机床( 集团) 有限责任公司制齿车间的试点应用情况进行介绍。 7 重庆大学硕士学位论文i 绪论 本文的研究结论将在第五章中进行综述。 1 5 本章小结 本章首先介绍了课题的研究背景及意义，接着综述了与课题相关的国内外研 究现状，分析了相关研究领域有待深入研究的内容，并阐述了本论文的研究目的 和主要内容。 重庆大学硕士学位论文2 一种机床网络化生产管理与监控模式 2 一种机床网络化生产管理与监控模式 本章从网络化制造的现实需求入手， 了一种机床网络化生产管理与监控模式， 软件结构、体系结构进行设计。 结合课题前期相关的研究和实践，提出 并对本机床网络化生产管理与监控系统 2 1 机床网络化生产管理与监控的现实需求 2 1 1 车间生产管理特点和现状 目前我国还处在由计划经济向市场经济转轨的过程中，机械制造业面临着更 加激烈的市场竞争，企业为适应发展需要，不断采用新技术，提高产品质量，提 高生产管理水平。在现代机械制造业中，数控机床的应用正日益普及。许多国有 大中型企业，经过几个五年计划改造，分批分阶段引进数控机床，形成数控工段 或车间。但国内大多数数控机床都是单机操作，没有实现网络化生产管理和监控， 没有充分发挥这些高柔性、高效率、高精度数控设备的优势。特别对于车间，要 求生产大批量多品种的零件，同时要满足客户需求，对客户提出的零件尺寸变化、 批次数量变更等，做出快速响应，以保证生产出满足用户需求的、定制的“个性 化”产品。 随着国家“8 6 3 计划自动化领域c i m s 工程”和信息化战略的实施，一种基 于c d 订s 的组织现代化生产系统的概念已经深入人心。车间网络化管理和监控系 统作为c 讧s 的一个重要组成部分，在计算机集成制造系统中起着举足轻重的作 用，它直接关系到生产计划的执行和实际产品的生产过程，已经成为制造业信息 化的关键和发展方向【1 3 j 。 同时，车间的生产管理存在以下问题【1 4 1 ： 由于企业发展历史的原因，车间拥有不同年代、不同国家和不同厂家的多 种类型的数控机床，存在着多种档次和型号，不同数控机床采用的数控系统也不 尽相同，这给技术人员、操作人员的编程和应用带来很多不便，大大限制了零件 的转移加工。 车间生产管理相对落后。现在大多数车间都还是采用传统的管理形式，多 是每天车间碰头会、现场检查、工厂调度会等。这种管理方式看似简单灵活，但 是存在着效率低下、人为干预过多、信息传递实时性差、计划编制不准确、技术 文档保存和查找不方便等缺陷。另外，由于大批量定制生产与多品种、小批量生 产结合，新零件研制多、生产周期长，经常出现同一加工设备多个零件混合生产 的现象，加上有些设备的工序负荷系数低，组织生产的复杂程度比以往任何生产 9 重庆大学硕士学位论文 2 一种机床网络化生产管理与监控模式 要高得多。具体体现如下： 1 ) 车间编制生产计划、下达生产任务、填写工艺卡片等仍然为手工操作。车 间的生产为大批量定制与多品种、小批量结合的方式，零件种类多、数量大。手 工编写各种文章耗费大量的人力物力。如果零件图纸、尺寸、品种、数量等发生 改变时，必须重新制定生产计划。无法适应现代制造业对不断变化的市场和客户 需求的快速响应要求。 2 ) 车间调度效率不高。调度在车间的生产管理中起着关键作用，直接关系到 产品的成本和生产周期。其主要工作有：首先，根据产品的交货期、设备及人员 情况，以及零件的加工要求，制订生产进度计划和各工序的工时定额，安排首批 生产任务；其次，根据每一台设备完成任务的实际情况及时调整。由于现行工具 车间生产模式下，生产统计信息不完整、不准确、不及时，导致人工排产的方式 不能有效控制生产进度和优先安排，很难实现择优排序。 3 ) 检查生产进度、生产完成情况、质量检查与控制、合格品统计、人员考勤 管理等信息采集基本都是传统的手工方式完成。主要工作是按要求填写各种文档， 并将文档数据汇总统计。这样的信息采集工作会造成数据采集和传递不及时，人 工统计工作繁琐，数据容易产生错误等问题。这制约了企业生产效率的提高，也 不利于企业网络化、信息化的开展。 4 ) 车间意见、信息的反馈主要采用文件、电话的方式。对于零件尺寸、加工 工艺改进等意见，很容易造成描述不清，使得上级部门无法确切掌握车间第一手 生产情况和意见。当生产出现问题的时候，无法及时研究处理办法和解决意见， 从而影响生产的正常进行。 通过对以上问题的分析，可以看到车间生产模式已不适应当前各项技术迅猛 发展，国际市场竞争日趋激烈的形势。根本原因在于不仅仅是由于没有采用现代 化的生产设备、通讯与控制手段，还因为现行车间层的传统模式下各部门之间缺乏 相互联系与协调，这样就导致了车间层各个功能之间相互独立，在实际中表现为 管理的僵化和组织的刚性。生产计划、产品设计、工艺要求及物料准备分别由不 同部门掌管，且各部门均从自身角度出发来考虑问题，使信息与物料路径的环节 较多，周期过长，计划与管理缺乏灵活性，从而导致了生产的低柔性，对任务响 应慢。在这种情况下，即使花费高额的投资增加技术和设备的先进性，也会使系 统处于缺乏柔性和低效运行状态。 要解决以上问题，适应现代化制造业的发展，在国内国际商场竞争中占有优 势地位，必须加快自身发展，努力提高企业的生产效率和管理水平。就目前而言， 急需要将网络化、信息化引入到企业管理中来。为此，本文对机床网络化生产管 理与监控进行了一点研究，提出了一种机床网络化生产管理与监控模式。 1 0 重庆大学硕士学位论文2 一种机床网络化生产管理与监控模式 2 1 2 机床网络化生产管理与监控的需求分析 针对目前车间的生产管理存在多种问题，以计算机网络和数据库为主要基础， 致力于形成集计算机技术、数据库技术、管理科学等多学科的综合系统，机床网 络化生产管理与监控系统并非盲目追求物料流和制造过程的高度自动化，而是侧 重于通过生产组织的变革，精简生产过程和环节，提高企业的管理水平和人员素 质，以此帮助企业提高市场竞争力。 系统的设计目标具体体现在以下几点： 能够在车间层对机床进行生产任务下达、零件c a d 图纸、工艺卡片及加工 代码的发放和音、视频通讯等；数控机床生产现场操作人员通过企业内部网络和 本装置可以查询零件c a d 图纸、工艺卡片、加工代码以及自己的工票情况，并将 完成零件数、机床状况等生产现场信息及时向管理层反映。 能够与数控机床配套，以实现数控机床的网络化制造，提高数控机床的技 术水平，增加新的功能，从而提升车间自动化水平，提高企业制造过程的效率， 提高制造企业的生产效率和管理水平，增强制造环节对市场的快速响应能力，提 高数控机床的市场竞争力，使企业信息化获得更大的经济效益。 开发相应的应用管理软件，实现网络化制造中，数控机床的资源共享和车 间层机床设备生产过程的管理。企业内部管理层可以通过企业内部的局域网，了 解生产现场的生产情况和机床设备的工作状况，合理分配生产任务，实现实时管 理。从而提高整个企业的生产效率和管理水平。 基于h t c m e t 网络，实现机床设备的异地远程管理与监控，以便异地合作单 位随时登陆软件系统了解设备加工历史、设备状态以及生产进度等。 2 2 一种机床网络化生产管理与监控模式研究 2 2 1 一种机床网络化生产管理与监控模式 外协加工是指生产型企业委托供应商进行的加工制造形式。很多机械制造类 企业，特别是机电产品制造企业，为减少企业全过程生产的高成本支出，扩大企 业生产能力和提高经营业绩，往往将部分工序通过异地外协加工方式完成。机电 产品制造企业将需要生产的产品分解成各个零件，按零件加工的要求，交付给异 地外协生产厂商。每个生产厂商加工完成后，送到制定的装配车间，在装配车间 进行最后的组装、调试和验收工作。 图2 1 是一种机床网络化生产管理与监控模式示意图。该模式划分为两个层 次，一是面向异地合作单位或企业管理人员的远程管理与监控层；一是面向车间 机床设备的加工现场层。异地合作单位或企业管理人员通过i n t 锄e t 远程登陆本系 统，可以对订单上要求加工制造的各个零部件的生产进度、质量、机床设备状态 重庆大学硕士学位论文 2 一种机床网络化生产管理与监控模式 进行实时的管理和监控，同时下发和传送生产任务、零件图纸、n c 代码等技术资 料到各个加工基地。加工基地的生产管理人员按照订单要求安排生产任务。加工 现场的每台机床设备安装有专用的信息终端，可以显示二维仨维图纸、工艺卡片、 加工代码、机床设备状态监控信息、生产进度及质量信息等。该生产模式为异地 合作单位或企业管理人员建立了一种直接与车间机床设备生产现场信息交互平 台，可以有效地帮助其对订单完成情况进行管理与监控，有效保证生产质量和交 货期，并提高信息交互效率【1 5 1 。 图2 1 机床网络化管理和监控模式图 f i 9 2 1m a c h i n e t o o l n e t w o r k m a n a g e m e n t a n d m o n i t o r m o d e 1 2 重庆大学硕士学位论文 2 一种机床网络化生产管理与监控模式 2 2 2 一种机床网络化生产管理与监控系统软件结构 m v c 开发结构 m v c 结构是一个用于将用户界面逻辑与业务逻辑分离开来的基础设计模式。 本系统的结构设计就是采用的m v c 开发应用结构。m v c ( m o d 出二v j 明一 c o n t r o l l e r ) 即把一个应用的输入、处理、输出流程按照m o d e l 、v i e w 、c o n t r o l l e r 的方式进行分离成模式层见图层控制器，其应用程序总是由这三个部分 组成。事件导致控制器改变模式或视