1、 从加工中心说起
什么是加工中心？加工中心全称为：Computerized Numerical Control Machine center（简称CNC），是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是能对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。
对于目前大多数制造企业来说，投入了自动化设备，意味着设备整体性能的提高，但是，设备整体性能的提高不意味着生产效率有所提高，仅仅依靠设备整体性能提高所带来的贡献是非常有限的。只有当制造模式和管理模式发生改变，才能让整体的生产效率得到跨越式的提升。但是制造模式的改变，对制造装备本身又提出了新的要求。
今后制造业发展的趋势是大力发展数字化的制造模式。由互联网技术进行支撑并融合信息技术与机械技术，将生产、销售、技术以及管理各部门的数据在一个网络下流动，实现信息完全共享，并能够缩短产品物料生产准备时间、缩短产品交货时间、提高产品的生产效率、降低产品的成本。正是因为这种发展趋势，在数控设备达到一定数量后，就需要引进管理数控设备的系统软件——DNC系统。
2、认识DNC
DNC系统(Distributed Numerical Control)，按照字面意思理解为分布式数控系统，它的主要功能是实现CAD/CAM和计算机辅助生产管理系统集成的纽带，是机械加工自动化的又一种形式。传统的DNC系统仅仅能实现程序传输的功能。随着信息化技术的发展，目前的DNC系统已经发展为可以集成部分制造执行系统 (manufacturing execution system，简称MES）功能的系统软件，具有提供实时收集生产过程中数据的功能，并做出相应的分析和处理，与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成的功能。所以说，DNC系统已经成为制造业企业生产信息化系统中不可缺的一套系统。通过DNC系统能够获取最及时，最准确的生产数据。
3、为什么要实施DNC系统
经过调查发现，对于数控设备较多的企业一般都存在以下几个问题：
（1）以众多数控加工设备为主要资源的生产企业，大量使用数控设备进行加工，但数控设备的生产利用率较低。
（2）生产过程中程序传输频率高。由于等待程序传输而浪费了大量生产加工时间。
（3）频繁的程序传输导致不按规范操作，对通讯接口进行热插拔，使得机床或计算机接口损坏。
（4）公司制定了ISO管理规范，但程序没有集中管理，没有严格的审批流程，一般是编程员自己各自保管。传输程序时，通过内部的共享平台或实时通讯软件，将程序传给程序传输人员或车间相关人员进行点对点的程序传输。
（5）ERP、PDM等上层信息化系统实施较好，但数控设备较多车间内部的信息的传递，依然依靠人工汇总，并手工输入到上层系统的方式来进行操作。
如果企业存在上面的一个或更多的问题，就应该考虑实施应用DNC系统了。
4、DNC系统实施准备
如果企业将要实施DNC系统，那么就应该做好相应的实施系统前的准备工作。
第一，充分进行调研，明确企业内部需求。原始的DNC系统仅仅只有程序传输的功能，目前的DNC系统已经发展成为带有MES功能的一个系统了。如果上层系统，如ERP、PDM等系统都未完全建立成体系，企业是否真正的需要制造执行系统里面的一些功能，是值得考虑的。
第二，做好企业内部数控设备的资料整理工作。一定要明确每台设备的操作系统的厂商，通讯接口的类型，内置功能模块，是否具有宏输入输出功能等与DNC系统紧密相关的参数信息。最好能与数控机床厂商进行联系，提供机床与通讯相关的技术支持。
第三，明确联网数控设备台数。确定每台数控设备的位置，并对以后可能新增的机床位置做出预留，并部署相应的DNC网络。
第四，明确工艺流程，并对物料做相应编码，并在前期准备工作中录入部分数据。由于DNC系统可扩展为制造执行系统的一部分，所以，如果需要实施应用此模块时，必须准备并录入一系列基础数据，部分基础数据是在运用系统之前往往没有或未明确规定的，故需要做大量分析研究的工作。基础数据通常 包括产品结构、物料（包括物料编码规则、零件、毛坯、在制品、刀具、工装、工具、量检具等）、工艺路线、加工工时、物料库存、设备与人员资源、各种例外代 码与原因代码等信息等。
除此之外，在与软件厂商的沟通过程中，注意明确，软件厂商的技术能力是否有足够保证，是否能提供正常的软件维护，能否提供与其他系统之间的系统接口。
5、DNC系统实施步骤
做好了前期的准备工作，只是让我们清楚的对DNC系统有了充分的认识。如果要实施DNC系统，还需要有相应的规划并且要应用现代化的数控设备和网络化的信息系统，才能达到制造过程数字化的较高水平。在实施前，根据自己工厂内的数控设备情况，因地制宜的进行实施。
首先要具备数字化终端，并且能够实现数据的双向通信，如果自身带有智能管理功能实施起来效果会更加的好。
第二，工厂的基础网络能够将所有要建设数字加工中心的位置进行覆盖，能够将自动化化生产设备进行有效链接，接入公司的局域网中。
当具备以上两个条件时，就可以在DNC系统化内使用系统的两个扩展功能，即车间现场管理的功能和数控机床刀具管理功能。这两个主要扩展功能的实施周期相对较短，并且实施起来风险投入较小，最重要的是实施效果非常明显，会给车间现场工作人员的工作带来极大的便利。
如果加工中心内设备的运转状态以及刀具管理及配送信息掌握的非常准确的时候，可以进一步考虑与PDM系统进行集成，并将程序的编辑、生产作业准备、加工工艺信息、零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限等信息进行规范管理。
如果以上这些功能模块的数据能保证十分准确，那么随着机床数量和客户订单的增加，完全可以进一步实施智能排产系统进行统一的生产计划安排，调度指挥。该功能实施完毕后，可以与公司内部实施的MES系统进行集成，达到生产计划向上层系统反馈，使管理人员能够对工作任务进行全方位的管理，方便管理人员进行决策。
6、 DNC实施难点与解决方法
在了解完DNC系统实施准备工作和实施步骤两个要点后，还必须明确的是，在DNC系统实施过程中，不可能一帆风顺，是会有波折的，因此，在实施前，对DNC系统实施的难点要有充分的认识。
DNC系统的实施在技术上难度相对较小，但在企业执行过程中会有一定的阻力，所以在实施DNC系统时，应尽量避免以下问题，如出现了问题，也应耐心的进行解决。
（1）设备功能问题。数控设备是DNC联网的基础，如果数控设备不具备联网的条件，可在权衡利弊后，再实施DNC系统联网工作。避免在最基础的通讯功能上遇到阻力。
（2）工作职责变更问题。在实施的初期，由于系统的实施导致部分与生产先关的员工职责发生改变，会带来不时适应的现象。例如调机员原先是不需要下载程序，是由专人传输好程序后，只进行调机即可。但DNC系统实施后，调机员需通过DNC系统自主的下载程序，在实施初期，调机员可能因为对系统熟悉程度不够，而对系统的效果产生负面的效果。要解决此问题，应在实施过程中，反复对使用系统的员工进行培训，必要时需通过考试，培训合格后方能上岗。
（3）企业流程固化问题。由于实施了DNC系统，原有的企业流程可能无法满足DNC系统的要求。因此，需要对企业的部分流程进行优化。
（4）系统功能重叠系统集成问题。DNC系统是生产车间管理系统，在整个信息流中处于最底层。因此，也兼有制造执行系统的部分功能。因此，在数控车间这部分，实施DNC系统能够实现大部分的制造执行系统的功能。但在数控车间以外，DNC系统就无法顾及，需要实施其他的信息化系统，如制造执行系统来进行管理。
图1 DNC与其他系统间的关系
7 、DNC效益分析
（1）通过DNC系统的实施，利用IT技术有效地利用无效时间，节约工厂成本。可以这么算一笔帐（如下图2 实施系统前后陈本对比表）， 假设数控设备数量为50台，平均每天程序传输1次，每周工作6天，每次人工传输程序时间为5分钟，车间每小时的运行成本为100元，那么一年（按52周计算）下来，因为程序传输而浪费的资金为130000元。DNC传输程序时，根据数据量大小时间会有所不同，大约30秒可传输完毕程序，还是按车间每小时成本100元，50台机床，每周工作6天，每天1次程序传输频率进行计算，每年的成本仅13000元。仅仅为以前的十分之一。假设在程序传输上，系统一次性投资为100000元，仅仅在程序传输方面就可以节约出投入的资金。
图2 实施系统前后陈本对比表
（2）打消了车间与办公室之间的壁垒， 以数字量化工作的整体进度。
（3）通过信息共享从而提高设备运行率，提高全体员工的工作效率。
下面就通过一个简单的案例来讲述一下DNC系统在制造行业比较好的一个应用。
8、数字化加工中心案例
8.1 实施背景
某上市集团公司，经过了几年的信息化规划与实施，已经成功的运用了ERP、PDM等信息化系统，但在车间尤其是加工中心的实时数据的掌控上，有较大的缺陷。为着力打造数字化工厂，规划以DNC系统为加工中心数据基础平台，将生产数据及时、准确、快速的传递到上层系统的ERP等系统中。
在加工中心生产制造的过程中，所有与工艺相关的信息，如图纸、文件、NC程序等信息都存放在PLM系统中。在生产的具体执行过程中，300台的数控系统的程序传输量是相当大的，因此，考虑对生产具体执行过程中的NC程序代码进行管理，达到规范化的操作目的，因此，考虑建立以DNC系统为核心，加工中心数控机床为基础的数字化工厂。
8.2 方案与实施
8.2.1 机床联网
首先要解决的就是程序传输问题。生产部门的加工中心以数控设备为主，数控加工设备总数量约为300台，包含了目前主流的法拉克、三菱、西门子等数控系统，所有设备均带有RS232串口通信接口，通过在每台机床端安装一个串口通讯服务器，即可实现通过协议转换的方式将数控机床接入到DNC网络中。其中有110台设备带有网络接口卡，能够通过将机床网卡直接与现场局域网络的交换机连接实现机床接入到DNC网络中。网络拓扑图如下：
图3 DNC网络示意拓扑图
8.2.2 生产数据采集
由于加工中心内部设备系统的多样性，因此在实施车间生产数据采集时必然要采用多种技术手段才能完整地采集到各种设备、各个质量管理的受控点的信息，因此在实施前制定了生产数据采集的原则：
（1） 采集有用的数据，满足生产管理和设备管理的需要。如，机床的开机、关机、维修等实时信息，供生产管理人员实时监控控制。
（2） 能自动采集的就自动采集，不能自动的就手动采集。如，机床的开关机信息，无需人工干预，通过检测机床网络状态，就能基本准确的知晓机床实时状态。但对于机床待料、机床维修等机床状态信息，需要通过手工操作的方式来进行上报。
（3） 在保证数据完整性的前提下，尽量提高数据的实时性。
（4） 尽量使用现有的DNC网络，通过技术手段，尽量不增加硬件，达到采集到更多的生产信息的目的。
（5） 采集的数据保存在开放的数据库中以供授权的用户调用。即通过DNC系统采集到的生产信息数据能够提供给其他系统，如MES、ERP等系统使用。
图4 各信息系统间信息流动情况
8.3 实施效果
通过DNC系统的实施，在DNC系统的支持下，上层数据系统得到了加工中心实时的生产状态信息。
在生产执行环节中，当工艺程序通过PLM系统导入到DNC系统中，DNC系统通过计划任务，自动分发到相应的数控机床。数控操作工只需在机床端，通过NC程序下载指令，相应需要加工的程序即可自动下载到数控机床中进行加工。如NC程序过大，可临时添加在线加工设备或在扩展槽中插入T-Flash卡，以便扩展机床内存，达到不用对程序进行分段，一次性对程序进行加工的目的。
通过DNC系统的技术处理，能够实时采集到生产上的加工数据信息，能够准确的知晓每个零件的详细信息，如图纸号，工序号，编程人，零件加工时间等信息。
图5 实时生产数据采集
对采集的数据进行汇总处理，与生产计划信息进行比对，形成某个零件某道工序的当前加工进度、该计划当天任务完成进度、该计划总体完成进度的报表信息。
图6 实时生产进度信息
当生产时产生各种不正常的加工时，系统会根据先前制定的各种标准来进行判断，并通过内部及时通讯软件告知相应的负责人进行处理。异常信息并记录到DNC系统中，提供给管理人员事后进行分析处理。
图7 生产异常报警查询
生产现场的状态（数控机床的运行、维修、调机、待料等实时状态）可以通过公司局域网内的任意一台办公进行查看，并且该状态可以在电子看板大屏幕进行展示。
图 8实时监控状态
9、结束语
以上案例与分析仅仅提供了实施DNC的一些思路，还需要根据公司的实际情况，因地制宜、多想办法来进行实施。在实施前，一定要做好信息化系统方面的规划，每实施一部分内容，做一次实施效果的评估，并且做相应的经验总结，这样在实施过程中就不会迷失方向，失去实施DNC系统的信心。
(审核编辑: 智汇小新)
