? 随着经济全球化、信息和服务网络化，网络化设计制造已代替技术手段落后、生产效率低、管理维护费用高的单机生产及管理模式而成为当前制造业的主要生产形式。为此，企业需要大量熟悉并掌握现代网络化设计和制造的工程技术人才，而我国的高等工程教育存在明显的结构性矛盾。如学生的专业训练与企业人才需求不匹配，学校缺乏符合现代先进制造要求的真实教学和实训环境等。本文结合工程训练中心建设的实际，提出了基于局域网的数控实习基地方案，旨在为学生提供一个真实的场景，为中小企业的信息化发展提供合作平台。
1 网络设计制造及DNC概述
1．1 网络化设计制造
网络化设计制造从广义上讲是指按照敏捷制造的思想，由多种、异构、分布式的制造资源，以一定互联方式、利用internet技术组成的、开放式的、多平台的、相互协作的、能及时灵活地响应市场需求变化的新模式。本文所涉及网络化制造是一种狭义上的定义，表现为企业内部的网络化，即将企业内部的管理部门、设计部门、生产部门在网络、数据库技术支持下进行的设计制造及管理系统信息集成。
1．2集成DNC
DNC(direct numerical control或distributed numerical control)是用一台计算机对多台数控机床进行集成化控制管理的一种方式。按其内涵可分为直接、分布、柔性、网络、集成和智能DNC等。其中集成DNC系统目前应用较为广泛，它以数控、计算机、控制、通讯和网络等先进技术为基础，把与制造过程有关的设备与上层控制计算机集成起来，从而实现制造车问制造设备的集成控制管理及制造设备之间、制造设备与上层计算机之间的信息交换。它是制造业自动化的重要模式，是实现网络化设计制造、MES等系统的重要组成部分。
1．3集成DNC的网络运行模式
根据实习(生产)车间的不同规模和大小，集成DNC的控制结构可有多种形式，对应于这些形式，实习(生产)车问又有多种网络运行模式。
(1)二层运行模式(见图1)。集成DNC主机集DNC控制和多种管理功能为一体，同时还具有与CAD，CAPP，CAM，ERPⅡ等系统的接口。适合于对加工车间局部进行DNC控制。
图1二层运行模式
Fig．1 Two-layer operating model
(2)三层运行模式(见图2)。具有车间、工作站和设备3层结构。这里DNC主机仅负责与数控设备的通信控制和通信管理及数控设备的状态信息采集、生产计划、生产调度、NC程序生成等，而其它信息的管理则由相应工作站和车间服务器来完成。
图2三层运行模式
Fig．2 Three-layer operating model
(3)四层运行模式(见图3)。与(2)的区别在于增加了单元层管理，各单元内部的生产管理功能模块均放在单元内，而与各单元有关的功能模块放在车间层，通过车间局域网与各制造单元交换信息。
(4)五层运行模式(跨车间运行模式)，如图4所示。前3种运行模式的共同特点是不能与外界直接进行信息交换。现代制造业的发展趋势要求加工车间不仅应与企业管理层建立信息交换通道，车间还应通过局域网和internet建立跨车间、跨企业、跨地域甚至跨国界的制造信息交换通道。跨车间运行模式正是基于未来制造业发展趋势而产生的。
图3四层运行模式
Fig．3 Four-layer operating model
图4五层运行模式
Fig．4 Five-layer operating model
2 基地网络平台设计
2．1 现状
高校工程训练中心主要承担大学生的工程训练、创新实践、相关课程的实习及科研任务，配有多种工业用数控加工设备和数控系统。近几年又引进了一体化的设计制造软件，逐步实施了CAD／CAM／CAPP等系统，它们在教学和生产中发挥了重要作用。但目前这些软件和设备均处于单机运行的“孤岛”状态，利用率低，管理困难，严重滞后于先进制造技术的发展步伐，对教学科研影响较大。
2．2总体方案设计
根据实际情况，本方案采用3层运行模式。在网络控制模式上，目前主要有基于CAN总线的DNC网络模式和基于以太网的DNC网络模式。前者具有实时性强、可靠性高、通讯速率快、总线协议具有完善的错误处理机制、灵活性高等优点，其技术优势明显，但过多的协议层次将增加整个系统的复杂程度和开发难度。而以太网作为一种网络技术已发展成能在不同平台问进行广泛便捷信息访问的重要手段，它能在需要的时间和地点传递正确的信息，并进行控制。同时以太网的抗干扰设计保证了在实习和生产车间恶劣环境下的通信畅通及实时性，且易于与管理层集成。因此方案中选择基于以太网的DNC网络模式。图5为平台总体网络结构，分为信息交流层、中央管理层和加工设备层。
图5平台总体结构
Fig．5 Platform structure
2．3 系统信息工作流程
基于以太网的DNC通信系统的信息流动模型见图6。DNC转换器相当于数控机床信息中转站，同时又是嵌入式web服务器，实时发布机床状态信息。DNC服务器负责与DNC串口转换器间数控程序的交换。数据库服务器负责存储机床事件和信息管理。而中心服务器和学校网络中心服务器作为训练中心局域网和互联网的网关，转发机床实时信息，从数据库中提取机床事件日志并进行分析后，供校外企业及相关用户使用，实现信息共享。
3 系统的主要功能
(1)联网机床信息管理功能。如管理人员可以增加、删除、修改联网机床信息、设置机床通讯参数等，并能根据不同机床发送的不同请求，自动回送其所需要的程序代码，真正做到计算机端无人值守。
(2)NC程序管理功能。如通过目录和文件管理对不同类型NC程序进行分类管理，包括数控程序的上传、编辑、模拟和查询及处理机床上传至计算同名NC程序，及时向机床回发错误提示信息等。
(3)在线加工功能。如多台机床可同时查询、上传、下载NC程序，互不干扰，并能边下载边加工。
(4)机床任务管理功能。如可提供每台机床的实习(加工)任务管理，中心指导教师和网内获得权限的成员可以对机床的加工任务进行添加、删除和任务查询，还可以把每日实习(加工)任务生成任务单下达给机床操作人员。
(5)机床状态分析功能。如通过DNC获得机床运行状态日志，提供对其分析对比，了解机床的工作效率，同时为管理人员提供相关运行基本数据，以便及时了解整个系统的运行情况，方便管理。
(6)用户权限管理功能。如提供对中心(车间)内部人员和其它相关人员的账号和工作权限的管理，部分工作由系统管理员完成。
(7)信息共享功能。如为制造网内的各个用户或部门提供加工任务信息发布、CAD／CAM设计信息以及各种相关技术信息的共享和交流使用。
图6 DNC通信系统工作流程
Fig．6 DNC communications System working flow
4 结语
工程训练中心集成网络DNC实习基地建设融合了网络DNC、一体化设计制造、车间信息管理等多项技术，不仅为学生提供了一个认识和体验现代制造企业网络制造模式的真实环境，缩短了学生与企业对接的时间，而且这种集协同设计制造信息集成及数控车间集成化控制与管理为一体的网络化平台对中小企业的信息化也具有一定的参考价值。
(审核编辑: 智汇小新)
