一．实施背景
　　哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，已经发展成为一个以设计、制造大型火电汽轮机、船用汽轮机和重型燃气轮机为主的国家重点大型骨干企业。形成了批量生产30万千瓦、60万千瓦汽轮机，30万千瓦、60万千瓦直接空冷气轮机，60万千瓦超临界汽轮机，百万千瓦以上的超超临界汽轮机、百万千瓦等级的核电汽轮机、舰船主动力蒸汽轮机和重型燃气轮机组，年1200万千瓦的生产制造能力。

　　哈尔滨汽轮机厂有限责任公司现有职工5,500 人，其中工程技术人员1,200 余人，高级技术人员400余人，在国内汽轮机制造行业中具有一流的科研开发能力和实力。主要生产设备1,789台，其中精、大、稀设备244台，大型进口设备100余台，并拥有亚洲最大的高速动平衡机和真空电子束焊机，整体装备水平在国内处于领先地位

　　随着计算机技术、网络通讯技术的不断发展，数控技术在机械制造类的生产车间得到了普遍的使用，由此带动了DNC技术的不断发展，目前市面上也出现了多款优秀的DNC网络通讯方面的产品。但由于技术的限制，绝大多数DNC产品目前还仅限于DNC程序通讯、在线加工等较基本的通讯应用，离真正的分布式控制还具有很大的距离。而目前在生产管理方面，虽然人们已经投入了大量的精力，也出现了很多的成果，但恰恰在最基础的信息采集方面缺乏有利的支持，大量的生产管理信息还需要人工汇总统计，一方面影响汇总统计的数据的真实、准确性，另一方面也大大影响了生产的效率。窃以为，要想在生产过程中对设备和物料信息的进行采集与监视，并反馈到生产计划系统进行控制，就必须将生产管理系统建立在DNC的基础上，并将其扩张至广义DNC的水平，使其成为管理层和设备层之间的桥梁，设备状态和物料加工信息向上传送，修改过的作业计划和工艺规程向下传送，这样形成一个闭环系统，以达到对车间生产灵活管理的目的。广义DNC系统除了在NC程序的网络通讯方面表现优秀外，还必须具备强大的数据采集功能，能为生产管理系统采集大量的生产数据，如加工工时，加工产量，刀具使用时间和次数，生产停机（包括设备故障等）等，从而使其成为车间信息集成的桥梁，广义DNC在车间信息集成中的桥梁作用如下图所示。
 

图一 DNC网络拓扑示意图

 
　　通过对制造类车间的分类，我们发现，在一些大、中型制造企业中，根据生产的需要和数控机床的特点，形成多种生产组织管理模式的制造系统，简单说主要分两种：

　　（1）单件小批：此类车间主要是一些模具企业、中小批量生产企业等，这类企业的生产变化比较大，NC程序服务需求比较多，对基本DNC的需求比较多。

　　（2）大批量生产线：主要是一些汽车、液压气动等大批量生产企业等，这类企业生产相对固定，NC程序变化较少，NC程序服务需求相对较少，但他们一般对生产信息的需求比较迫切。

　　为此，近年来，一些技术优秀的DNC厂商在充分满足NC程序服务请求外，还不断加强了在信息采集方面的开发，目前，以有一些成熟的产品已得到国际知名企业的使用，下面就此问题大家作一个简单的介绍，以期取到抛砖引玉之效。

　二．车间信息采集

　　（1）功能需求

　　一般来说，广义DNC应用的对象比较广泛，大批量生产比较多，程序变换较少，对DNC程序的通讯需求不是很强烈，但要求统计生产加工工时和产量。在使用广义DNC之前，一般要求各操作员上报当班产量，由专人统计零件产量，仅此一项任务就非常繁琐，如果还要求管理人员定期上报刀具使用情况，各类停机事件，以便计算机床的使用率，故障率和运转率等，那么，每到月底，生产管理人员为了上报这几种报表，常常需要调动多人忙碌数日，效率非常低，自然希望能通过计算机自动采集加工产量，并自动统计这些报表。

　　（2）车间信息采集原理

　　目前，机床信息的采集主要有串口方式、局域网方式和现场总线方式等，但由于后两种方式虽然效果比较好，但对数控系统的硬件要求比较高，目前还不宜普遍采用，而串口方式以其简单实用的特点得到广泛的使用，目前，我们在串口方式下发展了如下两种方法，分别说明如下：

　　1) RS-232+宏程序

　　通过机床的RS-232C和机床内部宏程序可以在机床进行加工时输出机床的多种状态，如机床坐标信息、位置信息、加工开始、加工结束和换刀等信息。

　　以日本FANUC公司的0-M系统为例，在程序中加入下列加重和下划线的语句：

%
O1000
POPEN
DPRNT [START]
N1200G0X34.0Z3.0
….
DPRNT [END]
PCLOS
M30
%

　　则在程序开始加工时从机床串口输出字符串“START”，在程序结束加工时从机床串口输出字符串“END”。其它在需要输出相关信息的地方加上相应的宏程序，如换刀时间，关键坐标位置处等（其它类型的数控系统也都有相应的宏变量输出功能，只是格式有些差别，在此不再说明。）这些机床输出信息我们都保存在数据库中，通过对这些数据的查询统计处理，我们就可以得到机床的加工时间，空闲时间，换刀次数，换刀时间，加工件数，机床利用率等。

　　这些宏变量输出语句可以手工加入，也可以通过我们设计的后置处理程序自动处理生成。由于宏变量输出语句只能在机床加工时才能输出，而且基于机床内部宏程序的限制，它所能输出的信息还是很有限，也只限于对机床状态的监视，还无法对机床状态进行控制。

　　2) RS232+NC报表

　　对于没有宏变量输出功能的机床，我们可采用报表输出方式来采集机床状态信息。报表输出文件名称固定为RULE.NC，其结构以FANUC为例说明如下：

%
O5555
/N00M0RULE（此行告诉上位机：当前程序为状态上报文件）
/PNXXXX（XXXX为程序号）
/BDXXXX（XXXX为开始日期）
/BTXXXX（XXXX为开始时间）
/EDXXXX（XXXX为结束日期）
/ETXXXX（XXXX为结束时间）
/TLXXXX（XXXX为用刀情况）
/CLXXXX（XXXX为材料使用情况）
/ERXXXX（XXXX为故障情况）
……… （在此还可以加入其它状态的信息上报）
M30
%

　　上述文件需要操作工在数控机床端手工输入，并将其发送给上位计算机，上位计算机接收到此文件后将相关内容送入数据库，通过对这些数据的查询统计处理，我们也可以得到机床的加工时间，空闲时间，换刀次数，换刀时间，加工件数，机床利用率等。

（3）广义DNC车间信息采集功能介绍

　　信息采集由以下几个部分组成：

　　A.数控系统宏变量定义

　　B.数控程序后置处理

　　C.数控程序上传下送

　　D.零件工艺定义（包括零件标准用时，刀具使用定义等）

　　E.加工信息实时采集

　　F.加工信息汇总统计

　　由于宏变量输出的语法虽然比较简单，但如果手工加入毕竟有些繁琐，故广义DNC系统一般还设计了宏变量自动变换模块，该模块可以根据用户的具体需要自动对NC程序进行变换。后置处理完成的NC程序可以通过广义DNC强大的通讯功能下发到数控机床，由于此部分内容在其它相关参考文献中已有详细说明，在此篇文章中不再重复说明。

　　加工信息采集上来后，还需要对这些信息进行相关处理，此类处理的功能需求分三类，即:

　　A.零件工时和产量

　　B.机床停机

　　C.刀具需求

　　由于每个加工程序所使用的刀具是固定的，在广义DNC系统中建立了零件的加工工艺表，其中包含了各零件加工所需的刀具信息，所以根据程序和刀具的对应关系，由零件的产量就可以推导出刀具的使用情况，故实际需要采集的加工信息只有两种：零件加工工时和机床停机，在本系统中通过采集此两类信息，最后统计完成如下任务：

　　1)产量统计：

　　可以统计任意时间段内各机床、各零件的产量和工时情况，具体说有如下几种统计内容：

　　零件工时：统计各零件在生产过程中的加工件数，加工时间，最长用时，最短用时，平均用时，加工效率，均方差等。

　　机床工时：统计各机床在生产过程中的程序加工次数，加工时间，最长用时，最短用时，平均用时，均方差等。

　　零件加工分布：统计各零件在各机床加工的分布情况，包括加工次数和加工工时两方面的分布情况。

　　机床加工分布：统计各机床加工各NC程序的分布情况，包括加工次数和加工工时两方面的分布情况。

　　机床利用率：统计各机床加工使用效率。其计算公式为：

　　机床利用率=加工时间/作业时间*100%

　　作业时间=统计时间-休息时间

　　统计时间=统计开始时间-统计结束时间

　　故障时间=发生故障的净时间，不包括休息时间。

　　休息时间=法定的节假日，工休日，厂休日等，可由企业自由设定。

　　其中加工效率代表单位时间内加工零件的件数，均方差反映的是各零件加工工时的变化情况，而加工件数，加工时间，最长用时，最短用时，平均用时的含义很明确，在此就不用解释了。

　　广义DNC系统对于各种统计结果设计了多种输出方式，如打印报表输出、导出为其它文件格式输出和图形输出等，其中其它格式主要有文本格式和EXCEL文档，图形输出主要有饼图、矩形图和折线图等几种，如图所示。

图2   饼图输出
 

图3  折线图输出

　  2)停机统计

　　可以统计任意时间段内各机床出现的各种停机事件发生情况，其中包括故障事件，具体说有如下几种统计内容：

　　停机事件：统计各种停机事件在生产过程中的发生次数，占用时间，最长用时，最短用时，平均用时，发生频率，均方差等。

　　机床停机事件：统计各机床在生产过程中的停机事件发生次数，占用时间，最长用时，最短用时，平均用时等。

　　停机事件分布：统计各停机事件在各机床的分布情况，包括发生次数和停机用时两方面的分布情况。

　　机床停机事件分布：统计各机床加工过程中停机事件的分布情况，包括停机次数和占用工时两方面的分布情况。

　　机床完好率：机床在统计过程中状态完好的比例，计算公式如下：

　　机床完好率=（统计时间-故障时间）/统计时间*100%

　　设备运转率：机床在统计过程中正常运转的比例，计算公式如下：

　　机床完好率=（作业时间-故障时间）/作业时间*100%

　　3) 刀具统计

　　可以统计任意时间段内各机床的刀具使用情况，具体说有如下几种统计内容：

　　刀具用量统计：统计各种刀具在生产过程中的使用次数。

　　机床刀具用量统计：统计各机床在生产过程中的各刀具的使用次数。

　　三．总结

　　总之，通过宏变量输出功能和报表输出功能，广义DNC在车间信息集成方面可以为你提供基本桥梁，结构简单实用，无需添加其它硬件，如果你不需要对车间设备进行实时控制，那么此种方式就是信息采集的首要选择。在此基础上，你可以根据自己的特殊需要，再扩展其它新的功能，我们将为你提供持续的完善的服务。让我们携起手来，为创造美好的明天而奋斗吧！