（电路与系统专业论文）数字化车间dnc网络管理系统的研究.pdf

摘要 2 l 世纪是知识经济的新时代，互联网络的普及使全球协同设计与 制造成为可能，信息技术的发展带来制造业的革命。d n c ( d i s t r i b u t e d n u m e r i e a lc o n t r 0 1 ) 技术得到越来越广泛的应用，d n c 作为一种实现 数控车间信息集成和设备集成的主要形式而被众多的知名企业所采 用。 本文通过对目前国内外d n c 技术的分析比较，以数据库、局域网、 串口通信等技术为基础，研究了d n c 系统网络结构，设计了基于局域 网的d n c 网络联网方案。研究d n c 、m e s 与p d m 系统的集成，完成d n c 系 统总体方案设计，设计了d n c 与m e s 的集成系统。利用m d c - m a x 机床监 控与数据采集系统，设计了基于m d c - m a x 数据采集系统网络配置方案。 本文实现的数控机床联网方案，以高性能通用计算机为主体，采 用串口联网服务器为通讯设备，既考虑到目前使用较多的r s - 2 3 2 接口 数控机床，又兼顾了具有d n c 接口的数控机床，通过以太网交换机构 建起了基于局域网的d n c 网络，实现了数控机床与局域网、互联网的相 互通讯。 系统操作软件从系统配置、程序管理、设备管理、任务管理、实 时通信、系统仿真六个模块加以实现。该软件以v i s u a lc + + 6 o 为开 发工具，数据库采用s q ls e r v e r2 0 0 0 。具有设备、刀具、工件等管 理功能，能完成任务报表、系统仿真等。实现了d n c 网络通讯功能， 使主机与数控设备间实现双向数据传输，实现数据的接收和发送。 本文实现的数字化车间d n c 网络管理系统软件可扩展性强、可移 植性好，界面友好、操作简单，能有效地提高企业管理效率，降低管 理成本，提高企业整体竞争力。 关键词：d n c ，串口通信，数字化车间，局域网，系统集成 i i a b s t r a c t t h e21s tc e n t u r yi san e we r ao f k n o w l e d g ee c o n o m y ，t h ep o p u l 撕t v 一一一 o fi n t e m e t ，g l o b a lc o l l a b o r a t i v e d e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gb e c o m e s p o s s i b l e ，t h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yb r i n gm a n u f a c t u r i n g r e v o l u t i o n d n c ( d i s t r i b u t e dn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) t e c h n o l o g yh a sb e e n w a sa p p l i e dm o r ea n dm o r ew i d e l y , d n ca st h em a i nf o r mt om a k e i n f o r m a t i o na n de q u i p m e n t si n t e g r a t ei nt h en c w o r k s h o pi sa d o p t e db y n u m e r o u sw e l l k n o w ne n t e r p r i s e s t h ea r t i c l ea n a l y z e sa n dc o m p a r e so ft h ed n c t e c h n o l o g ya th o m e a n d a b r o a d ，b a s e s o n d a t a b a s e ，l o c a l a r e a n e t w o r k ，s e r i a l p o r t c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u ee t c ，r e s e a r c h e st h ec o n s t i t u t i o na n dc o n t a c t m e t h o do fd n cs y s t e m r e s e a r c h d n c ，i v i e sa n dp d ms y s t e m i n t e g r a t i o n d e s i g n e db a s e do nt h el a nl i n kp r o g r a m m en e t w o r ko fd n c ， c o m p l e t ed n co v e r a l ls y s t e md e s i g n ，d e s i g nt h ed n cw i t hm e s i n t e g r a t e ds y s t e m u s i n gt h em d c m a xm a c h i n et o o lm o n i t o r i n ga n d d a t ac o l l e c t i o n s y s t e m ，d e s i g n i sb a s e do nt h em d c m a xd a t a a c q u i s i t i o ns y s t e mn e t w o r kc o n f i g u r a t i o ns c h e m e t h i sp a p e rr e a l i z a t i o no fd em a c h i n et o o l sn e t w o r k i n gs o l u t i o n s ， w i t hh i g hp e r f o r m a n c eg e n e r a l p u r p o s ec o m p u t e ra st h em a i nb o d y ，t h e s e r i a lc o m m u n i c a t i o nd e v i c ef o ri n t e m e ts e r v e r i ti n c l u d e sb o t ht h e e x t e n s i v eu s e dr s 一2 3 2i n t e r f a c en c m a c h i n i n gt o o la n dp o s s e s s e dd n c i n t e r f a c en cm a c h i n i n gt o o l ，t h r o u g ht o on e t se x c h a n g ea g e n c yb u i l t i i i ， l a n b a s e dd n cn e t w o r k r e a l i z et h en cm a c h i n et o o l sa n dl a n ，m u t u a l c o m m u n i c a t i o ni n t e r n e t t h es y s t e mo p e r a t i n gs o f t w a r ei sr e a l i z e df r o ms i xa s p e c t s ：s y s t e m c o n f i g u r a t i o n ，p r o g r a mm a n a g e m e n t ，e q u i p m e n tm a n a g e m e n t ，t a s k m a n a g e m e n t ，r e a l t i m ec o m m u n i c a t i o n s ，s y s t e ms i m u l a t i o n t h i ss o f t w a r e t ov i s u a lc + + 6 0f o rd e v e l o p m e n tt 0 0 1 d a t a b a s eu s i n gs q ls e r v e r 2 0 0 0 a tt h es a m et i m e ，h a v et ow a i tf o re q u i p m e n t ，t o o l s ，t h e a d m i n i s t r a t i o nc a nf i n i s ht h er e p o r t ，t h es y s t e mf e a t u r e s s u c has i m u l a t e d o fd n ci n t e m e tc o m m u n i c a t i o n s ，t h eh o s ta n dn ce q u i p m e n tf o rt w o w a y d a t at r a n s m i s s i o n ，d a t aa r er e c e i v e da n dt r a n s m i t t e d t h i sp a p e rr e a l i z ed i g i t a lw o r k s h o pd n cn e t w o r km a n a g e m e n t s y s t e m s o f t w a r e e x t e n s i b i l i t y , p o r t a b i l i t y , f r i e n d l yi n t e r f a c e ，e a s y o p e r a t i o n i m p r o v e dm a n a g e m e n te f f i c i e n c y a n dr e d u c ea d m i n i s t r a t i v e c o s t s i m p r o v ee r i t e r p r i s eo v e r a l lc o m p e t i t i v e n e s s k e y w o r d s ：d n c ，s e r i a l p o r tc o m m u n i c a t i o n ，d i g i t i z a t i o nw o r k s h o p ， l a n ，s y s t e mi n t e g r a t i o n i v 目录 中文摘要i a b s t r a c t 一“一一”一”“一“一一“一一”i 第一章绪论1 1 1 网络协同设计与制造l 1 1 1 网络协同设计与制造的必要性1 1 1 2 网络协同设计与制造主要研究方向与内容- - - - - - - - - - - - 2 1 2 数控技术0 0 0 o o o 0o o o oo ooo o0 4 1 2 1 数控技术发展现状4 1 2 2 数控技术发展趋势5 1 3 d n c 技术7 1 3 1 基本概念7 1 3 2d n c 发展趋势8 1 4 网络数控通讯发展现状o i oooo6 ooqoooq 1 0 1 5 本课题的主要研究内容1 1 第二章数控机床联网的关键技术1 3 2 1 计算机网络基础1 3 2 1 1 计算机网络1 3 2 1 2 计算机网络在制造业中的应用1 4 2 2 串口通信技术1 4 2 2 1 串行接口14 2 2 2m s c o m m 控件1 6 2 2 3w i n d o w sa p i 串口通信1 7 2 3d n c 与m e s 系统的集成1 9 2 3 1d n c 系统的集成1 9 2 3 2m e s 系统的集成d o0000 ，2 1 ， 一 2 3 3d n c 与m e s 系统的集成“? ”2 2 7 ： 。 2 4 p d m 系统的集成i ：唑：z ：- 3 5 - 、 第三章数控机床联网d n c 系统架构设计m ：。蠢塌蝌；_ 3 1d n c 系统通信技术2 8 3 i 1 常见的数控机床通信接口2 8 3 1 2 典型的d n c 通讯结构2 9 3 2d n c 系统网络结构设计3 0 3 2 1 常见的通讯网络3 0 3 2 2 通讯网络的选择3 2 3 3 数字化车间联网方案3 2 3 3 1 串口联网服务器的选择3 2 3 3 2 数控机床的联网设计3 3 3 3 3 基于局域网的d n c 网络拓扑结构3 4 第四章数控机床监控与数据采集方案3 5 4 1 机床监控与数据采集的必要性3 5 4 2m d c m a x 机床监控与数据采集系统3 7 4 2 1m d c - m a x 系统简介3 7 4 2 2m d c - m a x 机床监控与数据采集系统主要功能3 8 4 3 常见的数据采集方式4 0 4 4m d c m a x 机床监控与数据采集系统硬件4 4 4 5 监控系统方案4 5 4 5 1 监控系统方案实现目标4 5 4 5 2 数据采集系统网络配置方案4 6 第五章d n c 软件系统的开发与实现o oo oio 4 8 5 1 数字化车间o ooo mooo oooo o o 4 8 5 2 操作平台及开发软件的选择5 0 5 2 1 操作平台的选择5 0 5 2 2 开发软件的选择5 1 5 3d n c 系统功能模块设计5 2 5 4d n c 系统的集成性5 5 5 5w i n d o w s 多线程技术5 7 - ， 5 6 系统的实现o oooo o 5 8 5 6 1 系统登陆模块5 8 5 6 2 参数设置模块5 9 5 6 3 通信模块6 0 5 6 4 设备管理模块6 2 结束语o ooooo 6 3 参考文献6 5 附录o ooooo oooboooooooo 6 7 致j 射6 8 原创性声明6 9 l_ 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 第一章绪论 1 1 网络协同设计与制造 1 1 1 网络协同设计与制造的必要性 2 l 世纪是知识经济的新时代，互联网络的普及使全球协同设计 与制造成为可能，个性化的产品与最短上市时间成为决定企业生存的 关键。在充分研究制造业现状和潜力的基础上，美国里海大学于1 9 9 1 年发表了划时代意义上的研究报告一2 1 世纪制造企业发展战略，。 提出了敏捷制造和虚拟企业的新概念。在美国国防部，能源部，国家 标准和技术研究所及自然科学基金会共同资助下，1 9 9 5 年由麻省理 工学院主持了“下一代制造( n e x tg e n e r a t i o nm a n u f a c t u r i n gn g m ) ” 项目研究。其目标是开发一个能被广泛接受的制造业企业模型，为 2 1 世纪美国制造业勾画蓝图。 信息技术的发展带来制造业的革命，信息时代制造业面临的挑 战、营运模式、设计手段的变化在国际社会受到了广泛的关注，形成 了许多先进的思想和哲理。网络协同设计与制造技术正在成为现代制 造业的设计与制造模式。构建一个基于i n t e r n e t 的设计与制造资源 信息服务与实时异地设计支持的服务网络，实现我国设计、制造资源 的共享和优化配置，为企业提供全套产品创新设计、制造服务业务， 以专业的技术确实解决企业在新产品开发中的实际问题，可以提高我 国中小企业的产品创新能力，在最短的时间内实现“无纸化”、数字 化制造，帮助我国企业在日益激烈竞争的市场中获得成功。 中职教师在职砍士学位论文 1 1 2 网络协同设计与制造主要研究方向及内容 ( 1 ) 基于三维c a d 环境的产品开发流程的研究 深入研究三维c a d 软件的优势和特点，三维c a d 软件推广应用中 遇到的困难和障碍，比较研究三维c a d 技术和二维c a d 技术的技术特 点以及对产品开发流程的影响，构建一套基于三维c a d 技术的开发流 程。在工程技术人员的心目中，二维工程图是神圣的、是制造业的基 础，基于二维工程图建立的产品开发模式是理所当然的产品开发模 式。要改变这种观念需要一个较长的过程。 ( 2 ) 基于设计重用的模块化设计技术的研究 探讨基于设计库和p l m p d m 的配置设计技术，p l m 是表示产品生 命周期管理( p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ) ，它是一种应用于在单 一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部，以及在产品研发领 域具有协作关系的企业之间的，支持产品全生命周期的信息的创建、 管理、分发和应用的一系列应用解决方案，它能够集成与产品相关的 人力资源、流程、应用系统和信息。设计复用是提高设计效率的最 有效手段，实现设计复用的基础是可复用的单元，包括历史的设计资 料，参数化的设计库( 特征库、零件库、部件库、产品库) 等；其次 是对可复用单元的管理，一般由p l m p d m 系统完成，为了有效地实现 设计复用和模块化设计，应该根据成组技术的原理进行物料编码，贯 彻配置设计与产品的配置管理。 ( 3 ) 多学科协同设计模式的研究 对辅助性设计过程( 包括工业设计、产品视觉识别设计、工程仿 真分析) 进行分析、探讨辅助设计过程与主设计过程的关系以及协同 工作的模式。各设计小组成员之间、各设计部门之间的协同设计模式。 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 研究概念设计模型、工业设计模型、结构设计模型与工程分析仿真模 型之间的信息传递和模型共享。研究工程模型的简化技术、面向分析 的产品建模技术、产品配置设计技术、高效率的仿真分析技巧。设计 。 模型与分析模型的统一将极大地提高有限元分析和产品设计的效率。 本项目的研究涉及多学科的合作，需要综合性的人才，研究艺术设计、 工程分析、结构设计在设计流程中的位置及相互之间的逻辑关系，探 讨艺术设计、工程分析、结构设计及制造工艺之间的协调与妥协机制。 ( 4 ) d n c m e s p l m 集成技术的研究 d n c 是一个系统工程，将技术中心与工艺部门、计算机与不同通 信能力的数控机床联接起来，需要整合公司所有的资源，重点研究与 e r p 、p d m 等管理系统的结合，从而达到一个互补互利的效果。数字 化车间作业管理技术：主要研究数字化车间的任务分派、数控代码的 网络传输、加工数据采集，研究d n c 数控机床网络管理系统和m e s 作 业管理系统的应用与开发。c a d c a m c a e p l m 系统集成技术：研究基 于数字化技术的产品开发与制造模式，研究企业制造过程中信息流和 c a d c a m c a e 系统之间数据传递模式。 异地协同设计制造是实现网络化制造模式的关键基础技术，研究 基于网络的协同制造全面解决方案，支持协同产品开发全过程，包括 为有多个部门或公司分布在不同地区的企业提供异地协同工作平台， 实现产品的异地协同设计和制造。为行业内多个企业的协作提供异 地协同工作平台，实现企业资源的共享和优势互补；为动态联盟的运 作提供信息发布、协作伙伴选择、联盟构建、协同工作的平台，实现 产品的异地设计与制造，适应快速变化的市场需求。 中职教师在职硕士学位论文 1 2 数控技术 数字控制，简称数控( n u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) 。它是利用数字 化的信息对机床运行加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施 加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控( n c ) 机床 f 1 】o 随着计算机技术与信息技术的发展，数控技术已经广泛应用于工 业控制的各个领域，尤其是在机械制造业中，由于数控机床具有高效 率、高精度、高自动化的优点，正逐渐替代了普通机床。 。1 2 1 数控技术发展现状 自1 9 5 2 世界上第一台数控机床诞生至今己经经历了近6 0 年。数 控设备主要包括：数控车床、数控铣床、锉床、冲压、磨床、加工中 心、电火花机床以及各类专机，形成了庞大的数控制造设备家族，2 0 0 7 年我国数控金属切削机床年产量达到1 2 3 万台，提前三年超额完成 “十一五”规划年产10 万台的目标，数控机床年产量已居世界首位。 从2 0 0 9 年4 月的北京第十一届中国国际机床展览会和2 0 0 8 年4 月第 五届中国数控机床展览会上，也可以看到数控产品种类繁多。但也存 在如下一些不足： 低档数控产品竞争激烈，而且互相依靠压价来促销： 高质量功能的数控系统附件、配套部件等主要靠从国外引进： 技术水平高、功能强的产品数控主要靠从国外引进： 自主研发能力较差，有较高技术水平的产品主要靠进口部件组 装或中外合资生产： 应用技术水平低，数控机床联网技术没有完全推广应用。 数控设备的拥有量直接反映一个国家的经济实力，数控机床代表 了一个国家机床生产的水平。我国机床拥有量高居全球之首，2 0 0 6 4 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 中国数控机床展览会新闻发布会上，2 0 0 5 年我国机床销售收入1 2 1 3 亿元人民币，比上年增长2 5 ，超过意大利排名世界第三。2 0 0 7 年国 产数控机床拥有量约5 0 万台，进口约2 0 万台。我国虽已跻身机床生 产大国行列，但是，目前我国还不是数控机床生产强国。经过多年的 不断发展，我国数控机床生产虽然取得了了不起的成绩，但就技术水 平和综合实力来讲，在世界上美欧日排在第一梯队，我国仅排在第二 梯队的中前位置。 当前，我国生产的数控机床约占国内市场3 8 的份额，其余从境 外进口。我国中高端数控机床市场的绝大部分被境外产品占领，其中 高端数控机床国内产品的市场占有率仅5 左右。海关数据显示，2 0 0 8 年全年机床工具行业进出口继续保持增长势头，进出口总额1 9 4 2 亿 美元，同比增长1 4 4 。其中，出口7 1 3 亿美元，同比增长3 7 1 ， 增幅较上年同期提高0 9 个百分点；进口1 2 2 9 亿美元，同比增长 4 4 ，增幅较上年同期下降1 3 个百分点。进口额和出口额增长速度 与上年基本保持同一水平。全年行业进出口逆差5 1 6 亿美元，比2 0 0 7 年减少1 4 1 亿美元，比历史最高值的2 0 0 6 年减少2 1 6 亿美元。 1 2 2 数控技术发展趋势 1 9 5 2 年，世界上第一台数控铣床由美国麻省理工学院研制成功， 至今已经走过了近6 0 年的历程。由最初的电子管式数控系统逐步发 展到现阶段的超大规模集成电路、微机型的数控系统乜1 。 目前，世界上数控技术功能十分完善，正在向信息化、高速化、 精密化等方面快速发展，其主要向以下几个方向发展： 高精度、高速度和高效率化 效率、质量是企业生存和发展的关键，是先进制造技术性能的关 中职教师在职硕士学位论文 键指标，是先进制造技术的主体。在数控设备中，若采用高速c p u 芯 片、多c p u 控制系统、r i s c 芯片、高分辨率检测元件、交流s s p 系统、 直线电机、配套电主轴等技术可极大地提高生产效率，生产出高质量 和高档次的产品，缩短产品生产周期和提高企业市场竞争力。在今后 的几年，新一代超精密度的数控机床正在向精密化、高速化、智能化 和纳米化的方向发展，形成的新一代数控机床。 柔性化、多轴化 数控系统采用新一代模块化设计，系统可靠性更强、功能覆盖面 更宽，不同用户的需求都能满足。同一群控系统面对不同生产流程， 能自动进行信息流动态调整，充分发挥群控系统的功能；多轴联动加 工，工件在一台数控机床上一次装夹后，可自动换刀、旋转工作台、 旋转主轴头等操作，完成多工序、多表面的组合加工，加工精度高， 生产效率也大幅度提高。 软硬件开放化、实时智能化 用户可根据自己的实际需要，对数控系统软件进行再开发利用， 生产商不再制约用户的使用范围。实时智能控制技术的研究和应用， 在数控技术领域，正沿着：自适应控制、神经网络控制、模糊控制、 专家控制、前馈控制、学习控制等方面发展。如编程专家系统、故障 诊断专家系统，当系统出故障时，诊断、维修等实现智能化。 开放式体系结构化 这种数控系统具有非常好的扩展性、通用性和柔性，并且开放式 体系结构正向着网络化、智能化等更为前沿的技术方向发展。最近几 年，世界上许多国家非常重视这种系统的研究与开发，如欧洲共同体 研究的“自动化系统中开放式体系结构 o s a c a 、美国空军与科学制 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 造中心( n c m s ) 共同研究的“下一代工作站机床控制器体系结构 n g c 等。现在，开发研究成果也己得到应用，如c i n c i n n a t i - m i l a c r o n 公 司研发的开放式体系结构的a 2 1 0 0 系统，已经在其生产的数控设备中 得到应用。 总之，新一代数控系统有更好的通用性、扩展性、适应性等性能。 开放式、网络化及各模块与运行平台的无关性、系统中各模块之间的 互操作性和人机界面及通信接口的统一性，是数控系统实现高水平数 字化装备的保证。新一代数控系统柔性自动化加工水平不断提高，并 向高速度、高精度、高柔性、智能化、网络化、开放式方向发展。 1 3d n c 技术 1 3 1 基本概念 分布式数字控制d n c ( d i s t r i b u t e dn u m b e rc o n t r 0 1 ) 系统，是 以计算机技术、通讯技术、数控技术等为基础，将数控机床与上层计 算机连接起来，对数控机床进行集中控制与管理，以及数控机床与上 层计算机间的信息交换的系统。 d n c 最早的含义是直接数字控制( d i r e c tn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) ， 2 0 世纪6 0 年代开始研究。它指的是利用一台计算机将多台数控设备 直接连接起来，由计算机负责数控程序的管理与下传1 。d n c 的主要 目的，在于解决数控机床在企业中“信息孤岛 的地位，实现数控机 床内资源信息的共享。它是现代化机械加工车间实现车间自动化的重 要模式，也是实现m e s 等系统的重要组成部分h 3 。 上世纪7 0 年代，随着计算机技术的不断发展，数控技术也得到 了跨越式的发展，数控系统的计算速度大大提高，系统的存贮容量不 断增大，d n c 的内涵逐步发展为分布式数字控制，它还具有了系统监 中职教师在职硕士学位论文 视、信息采集及系统控制等功能。8 0 年代后，随着计算机集成制造 技术的发展，d n c 的内涵和功能再次扩大，d n c 的功能得到了很大进 步，它开始向车间的信息集成化发展，对数控设备、生产计划、加工 操作等进行集中监控与分散控制，通过企业局域网把生产任务分配给 各个加工单元，信息相互交换。它的功能不断扩充与完善，为现有的 制造企业提高了生产效率，提升市场竞争力。 近年来，d n c 又出现了一些新概念。如“b r o a ds c o p ed n c ， 它将d n c 功能扩充到车间级数据采集。传统的数据采集软件，一旦采 集对象有变动，往往就需要修改源程序，导致其开发工作量大、周期 长，软件本身通用性、灵活性差、复用性低。“可配置 思想的出现， 很好解决了数据采集软件中的这个问题。“可配置”的策略在解决d n c 数据采集和状态监控软件通用性差复用性低等问题时也同样适用，通 过配置，用户能可根据自己的控制对象和控制目的，对d n c 数控设备 进行配置。 1 3 2d n c 发展趋势 ，随着科学技术的不断发展，d n c 的研究主要朝着以下几个方向发 展： ( 1 ) 集成d n c ( i n t e g r a t e dd n c ) 随着网络经济的不断发展，现代制造业对d n c 提出了更高的要 求。传统的d n c 难于满足现代制造业的需求，集成d n c 的思想能满足 现代制造业的需求m 1 。它以数控技术、计算机技术以及网络技术为 基础，上层控制计算机与所有的制造设备集成起来，d n c 的管理功能 和信息的集成得到了很大的扩展，它具有设备集成、信息集成和功能 集成的特点。它与传统意义上的d n c 和f d n c 不同，集成d n c 系统可 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 以与企业局域网内各个部门进行信息集成。采集更完备的机床信息， 为车间生产管理提供第一手信息，智能分析采集的信息，对设备进行 实时控制，与e r p ，p d m ，m e s 等系统真正无缝对接。集成d n c 系统集 计划、管理、设计、通信、控制等功能于一体，如生产计划调度、设 备管理、通讯管理、程序管理、产品信息管理等，是数字化车间实现 功能集成、信息集成、设备集成的一种新方法，是数字化车间的重要 模式。 ( 2 ) 柔性d n c ( f l e x i b l ed n c ) 柔性制造系统( f m s ) 是指在计算机支持下，能适应加工对象变 化的制造系统。2 0 世纪9 0 年代初，南京航空航天大学方水良博士认 为d n c 系统与f m s 系统的界限越来越模糊，因此提出了柔性d n c 的理 论n 引，将d n c 系统做为柔性制造系统的通信与控制模块，是柔性制造 系统中必不可少的部分。柔性d n c 系统由设备控制级、觉察级、单元 控制级等三级递阶控制结构组成n 别。 ( 3 ) 敏捷d n c ( a g i l ed n c ) 敏捷制造是借助于信息通讯网络，建立能够对市场需求做出快速 响应的开放性制造体系和先进的生产模式，它将成为2 1 世纪企业的 重要模式。dnc 思想的演变应能反映现代制造技术的发展趋势，敏 捷d n c 系统思想最初由浙江大学熊斌等人提出了n3 i 。敏捷d n c 针对 不同的经营机遇，利用计算机网络技术在全世界寻找合作伙伴，形成 动态联盟，并进行虚拟合作。制造企业利用计算机网络向各合作伙伴 传递生产制造信息，并对各合作伙伴的数控设备进行远程控制。制造 企业资源得到充分利用，各自在没有大量投资数控设备的情况下，迅 速地扩大了生产能力，降低了投资风险，使整体或局部得到最优化的 中职教师在职硕士学位论文 效果。 1 4 网络数控通讯发展现状 在国内，对网络数控通讯的研究才刚起步，但已经有好多厂商投 入了研究，一些有实力的公司纷纷开发出自己的d n c 通讯软件，如北 京机床研究所的j c s d n s ，东升软件的d s d n c 等。因为这些公司原本 就是从事数控机床的相关工作的，所以他们开发出都比较专业，有的 甚至可以与国外的相媲美，而他们的价格都比较低，是中小企业上马 数控机床联网项目的好选择。 我国东方亚太公司开发d n c 通讯软件w i n d n c ，它运行于p c 及其 兼容机，它是w i n d o w s 操作系统下的应用程序，是一个多任务通信软 件。w i n d n c 通讯软件能充分利用p c 机的硬件资源，其性能较完善， 功能已达国外同类d n c 通讯软件技术水平。 在国外，d n c 通讯软件技术已经很成熟，常见的两款世界级d n c 软件，美国x p e r t d n c 公司的x p e r t d n c 通讯软件，欧洲c i m c o 公司的 d n x - m a x 软件。优点：功能强大，成熟，均为国外顶级的d n c 通讯软 件；缺点：价格都比较高。专用数控机床通信软件e x t r e m e d n c ，已 经广泛地用于各类数控机床中，用于数据文件的发送、接收、编辑、 d n c 、远程控制以及n c 程序的轨迹校验等。 美国p r e d a t o rd n c 软件是纯3 2 位的d n c 通讯软件，它支持2 5 6 台数控设备使用r s 2 3 2 端口通讯( 上传，下载等) 。集成了d n ce x p l o r e r t m 界面来管理n c 代码，强大的柔性设置功能，满足所有的需求，并 且在p r e d a t o rd n c 中包含p r e d a t o rn c 编辑器，满足在数控加工中的 最大生产需求。它具有的远程访问和控制功能，更能把客户端计算机 连接到p r e d a t o rd n c 服务器上，实现p r e d a t o rd n c 客户端用户在全 1 0 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 世界的任何地方都可以连接到d n c 服务器上。p r e d a t o rd n c 软件功 能强大，操作简便，性价比高，深受世界各国大机床制造企业的青睐。 1 5 本课题的主要研究内容 本课题通过对当前国内外数控技术发展、d n c 技术的现状研究， 采用串口联网服务器，设计了基于局域网的d n c 网络联网方案，实现 数控机床联网。并能与企业内部的局域网融为一个统一的系统，其维 护与管理将变得更为快捷方便，能使企业提高管理效率，降低管理成 本，让先进制造装备更好地发挥作用。具体研究主要内容如下： ( 1 ) 本课题分析了网络协同设计与制造的必要性，探讨了国内 外数控技术发展现状及发展趋势先进制造技术及制造业自动化的变 革。 ( 2 ) 分析了国内几种典型的d n c 通讯结构、串口通信等技术，采 用串口联网服务器为通讯设备，设计了基于局域网的d n c 网络联网方 案，实现了数控机床与d n c 主机，主机与局域网乃至互联网的通讯。 ( 3 ) 本文重点研究d n c 与m e s 系统的集成，完成d n c 系统总体 方案设计，设计出了能与d n c 与m e s 系统集成构架图，完成了数控机 床监控与数据采集系统的方案设计。使用多线程技术对加工设备的加 工状态进行显示，实息录入数据库的功能。使用动态链接库技术，实 现主计算机能与多台数控机床进行同时通讯。 ( 4 ) 以v i s u a lc + + 6 0 为开发工具，数据库采用s o ls e r v e r 2 0 0 0 ，利用模块设计思想，开发出了由系统配置、程序管理、设备管 理、任务管理、实时通信、系统仿真六个模块组成的数字化车间d n c 网络管理系统，并给出了各功能模块的运行界面。 ( 5 ) 应用本论文提出的理论和方法，建立了一套具有示范作用和 中职教师在职硕士学位论文 推广应用价值的数字化车间d n c 网络管理系统，该系统易于实现数据 共享与系统集成。 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 第二章数控机床联网的关键技术 2 1 计算机网络基础 2 1 1 计算机网络 微电子技术、光电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展是 计算机网络发展的物质基础，计算机网络是指把分布在不同地点的计 ，算机物理上相互连接，按照共同的网络协议相互联网通信，达到用户 间信息互换和共享数据、软件和硬件等为目标的系统。这一定义包 含了以下3 个主要含义n 利： ( 1 ) 计算机网络是指自主计算机的互联集合。两台计算机如能 互相交换信息即称为互联，互联既可使用铜缆、光纤等有线传输介质、 也可借助于微波、卫星等无线介质。自主计算机这一概念排除了网络 系统中的主从关系，如果一台计算机可以强制地启动、停止或控制另 一台计算机，这些计算机就不能是自主的，也不构成计算机网络。 ( 2 ) 互联必须遵循约定的通信协议，并通过相应的软、硬件实 现。互联的计算机要互相交换信息就需要实现不同系统中的实体通 信，为了成功地通信，它们必须遵从互相能接受的某种规则，这些规 则的集合称通信协议。 ( 3 ) 计算机网络可以实现交互通信、资源共享、信息交换、协 同工作以及在线处理等功能。以i n t e r n e t 为代表的计算机网络是近 1 0 多年来发展最迅速、应用最广泛的技术，这对当今社会政治、经 济和文化产生了深远的影响，改变着人们的生活方式、工作方式和思 维方式。 中职教师在职硕士学位论文 现代计算机网络采用分层的体系结构，即将计算机网络按照功能 分成不同的层次，各层有自己的特定功能，层之间通过接口相互连接、 请求和提供服务。开放系统互连( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c ti o n ，o s i ) 参考模型是国际标准化组织( i s o ) 提出和定义的网络体系结构，是一 种连接异构系统的分层模型框架，为连接分布式应用处理的开发系统 提供了基础。o s i 参考模型共7 层：物理层、数据链路层、网络层、 传输层、会话层、表示层、应用层。 2 1 2 计算机网络在制造业中的应用 如今，计算机网络技术在制造业中已经得到了广泛的应用，而且 其技术更新换代速度很快，制造企业与外界的信息交往十分密切。制 造业中的计算机网络的共性需求包括异构系统互连、资源共享、实时 通信等副。 在计算机网络基础上建立起来的企业资源计划e r p ( e n t e r p r is e r e s o u r c ep l a n n i n g ) 、产品数据管理p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 、 客户关系管理c r m ( c u s t o m e rr e l a ti o n s h i pm a n a g e m e n t ) 、虚拟制造 ( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g )、敏捷制造a g il em a n u f a c t u r i n g ) 1 6 3 等 企业管理信息系统，这些系统与生产车间的现场控制网络互连并联接 上互联网，实现与外界信息相互沟通，形成了不同类型的企业网络。 2 2 串口通信技术 2 2 1 串行接口 串行通信接口也称串行接口，简称串口( 即c o m 接口) 。串行接 口按电气特性标准及协议来划分为r s 一2 3 2 、r s 一4 2 2 、r s 4 8 5 等接口形 式。串行通讯是指一条信息的各位数据逐位按顺序传送的通讯，串行 通讯的特点是：发送端的数据一位一位的按顺序传输到接收端，只需 数字化车间d n c 网络管理系统的研究 一根传输线即可完成，成本低、传送速度较慢，传输距离从几米到几 千米不等。 图2 - 1 典型串口形式 ( 1 ) r s 一2 3 2 接口 r s 一2 3 2 接口啦标准串口，是最常用的一种串行通讯接口。传 统的r s 一2 3 2 一c 接口标准有2 2 根线，采用标准2 5 芯d 型插头座( d b 2 5 ) ， 后来使用简化为9 芯d 型插座( d b 9 ) ，传统的2 5 芯插头座现在已经 很少采用。r s - 2 3 2 接口的传送距离最大约为1 5 米，它只适合本地设 备之间的通信。 ( 2 ) r s 一4 2 2 接口 r s 一4 2 2 接口全称为“平衡电压数字接口电路的电气特性 ，典 型的r s 一4 2 2 是四线接口。r s - 4 2 2 四线接口采用单独的发送和接收 通道，不必控制数据方向，各装置之间信号交换可按软件方式 ( x o n x o f f 握手) 或硬件方式( 一对单独的双绞线) 进行。接收 器采用高输入阻抗和发送驱动器比r s 2 3 2 更强的驱动能力，允许在相 同传输线上连接多个接收节点，最多可接1 0 个节点，即一个主设备， 中职教师在职硕士学位论文 其余为从设备，从设备之间不能通信，r s 一4 2 2 支持点对多的双向通 信。r s - 4 2 2 采用差模传输，抗干扰能力强，最大传输距离为1 2 0 0 米，最大传输速率为l o m b s 。 2 2 2m s c o m m 控件 m i c r o s o f tc o m m u n i c a ti o nc o n t r o l ( 简称m c s o m m ) 是m i c r o s o f t 公司出品的一种a c t i v e 控件，该控件可以为w i n d o w s 应用程序提供 串口通信功能n 7 1 。 ( 1 ) m c s o m m 控件的5 个常用属性 c o m m p o r t 属性：设置或者获取当前使用的串行端口