基于集成_DN_C_技术的车间运行模式研究
基于集成DN C 技术的车间运行模式研究3
张旭梅 讲师
张旭梅 刘 飞 但 斌
摘要 在提出集成DN C 概念的基础上, 建立了4种不同规模和层次的
基于集成DN C 技术的车间运行模式。2层运行模式适合于只需对车间局部
进行DN C 控制的场合; 3层运行模式适合于没有单元层设置, 并且集成控制
管理功能要求较高的车间; 4层运行模式适合于有单元层设置的车间; 跨车间
运行模式具有与工厂层和 Internet 的信息通道, 是一种面向21世纪的敏捷制
造车间运行模式。本研究为我国机械制造车间实施集成DN C 和选择适合的
车间运行模式提供了理论基础。
关键词 DN C 运行模式 集成 敏捷制造
中国图书资料分类法分类号 TH 78
3 国家“863”高技术资助项目(863—511—9608—009) 与国家
自然科学基金资助项目(59789502)
收稿日期: 1998—06—29
为适应制造业发展的需要, 新一代的 C IM 理
论竞相提出, 制造车间作为整个制造过程的最终
执行者和实时信息的采集者, 在制造系统中是一
个重要环节。以往的 C IM S 技术研究, 更多地把注
意力放在工厂运行模式的研究上, 近年来加强了
对车间运行模式的研究。如美国国家标准与技术
研究所 (N IST ) 的 SON 计划、德国研究与技术部
的WO P 计划、欧洲5478车间控制计划[1 ] 等均把
制造车间作为研究对象, 探索适应制造业发展需
要的新的车间运行模式。随着先进制造技术革命
和信息时代的到来, 传统的车间运行模式已不能
满足要求, 研究一种适合我国国情、技术先进的车
间运行模式已势在必行。
1 集成DN C 概念
DN C 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。关于 DN C 的研究
始于本世纪60年代, 后来由于 CN C 和 FM S 技术
的发展, 人们将注意力更多地转向了对单台数控
系统和 FM S 的研究。近年来, 随着计算机网络和
通讯技术的发展以及制造自动化的需要, 单台数
控设备联网运行的要求越来越迫切,DN C 因其投
资少、规模小、见效快等优点重新引起国内外的重
视,DN C 比 FM S 更适合我国国情。但是随着社会
的发展和技术的进步, 传统的 DN C 已不能完全
满足制造业的需要, 必须扩展 DN C 的管理功能
和与DN C 系统外的信息集成。鉴于此, 笔者在文
献 [ 2 ]中提出了集成 DN C 概念并将其定义为:
“集成 DN C 是现代化机械加工车间的一种运行
模式, 它以数控技术、通讯技术、控制技术、计算机
技术和网络技术等先进技术为基础, 把与制造过
程有关的设备(如数控机床等) 与上层控制计算机
集成起来, 从而实现制造车间制造设备的集中控
制管理以及制造设备之间、制造设备与上层计算
机之间的信息交换”。针对车间的不同规模和大
小, 集成DN C 的控制结构区别于传统的DN C, 可
以有①工作站层和设备层2层控制结构。②车间
层、工作站层和设备层3层控制结构。③车间层、单
元层、工作站层和设备层4层控制结构。④跨车间
控制结构。除车间内部的4层控制结构外, 车间还
可通过工厂局域网由工厂层控制或通过 Internet
由其它企业控制。
2 基于集成DN C 技术的车间运行模式
对应于集成 DN C 的控制结构, 基于集成
DN C 技术的车间运行模式可分为4种。
2. 1 2层运行模式
该运行模式的控制结构只有工作站层和设备
层2层, 是最简单的一种 (见图1)。集成DN C 主机
集 DN C 控制和多种管理功能为一体, 如通讯管
理、系统信息管理、N C 程序管理、工艺信息管理、
制造资源管理、生产计划、生产调度、生产监控等。
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基于集成DNC 技术的车间运行模式研究——张旭梅 刘 飞 但 斌
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此 外, 集 成 DN C 主 机 一 般 还 具 有 与 CAD、
CA PP、CAM 和M R P II 等系统的接口 (磁盘文件
读取方式) , 如果集成 DN C 主机的存贮能力足
够, 甚至可以将这些系统的全部或部分集成到集
成DN C 主机内。
图1 2层运行模式
这种运行模式具有结构简单、功能集中、投
入少、易实现等特点, 适合于只需对车间局部进行
DN C 控制的场合。
2. 2 3层运行模式
该运行模式的控制结构包括车间层、工作站
层和设备层3层, 是一种中等规模的运行模式 (见
图2)。集成 DN C 主机只负责与数控设备的通讯
控制和通讯管理以及数控设备的状态信息采集,
产品设计、工艺设计、N C 程序生成、生产计划、生
产调度和其它信息的管理则由 CAD、CA PP、
CAM 、M R P II 工作站和车间服务器完成, 从而减
轻了集成 DN C 主机的负担。所有的工作站和数
据库都挂在车间局域网上, 可以方便地通过网络
交换各种制造信息。如果车间有物料贮运工作站
或测量清洗工作站等辅助设备, 也可对其进行控
制管理。
随着网络技术的发展, 车间局域网的建立已
非常现实易行, 而大部分的工厂和企业还不可能
很快就建立起企业网, 因而该运行模式可以说是
目前较适合我国国情的一种, 适合于没有单元层
设置且集成控制管理功能要求较高的车间。
2. 3 4层运行模式
该运行模式与3层运行模式的区别是增加了
单元层管理 (见图3)。由于增加了单元层, 各单元
内部的生产管理功能模块均放在各单元内, 和各
图2 3层运行模式
图3 4层运行模式
单元都有关的功能模块则放在车间层, 通过车间
局域网与各制造单元交换信息。单元控制器主要
进行本制造单元的生产计划和生产调度等管理工
作, 集成DN C 主机负责N C 程序传送和设备状态
采集, 并通过单元控制器从车间层获取产品制造
信息 (工程图纸、工艺文件、生产计划、N C 程序
等)。在制造单元和工作站的数目不多的情况下,
可以将单元控制器和工作站直接挂在车间局域网
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中国机械工程第10卷第3期1999年3月
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上, 在网上进行单元的逻辑构造。这种网络结构反
而更有利于单元重构, 当以前的单元结构不适应
新的生产要求时, 不变动工作站和设备的空间位
置就可以在网络上进行单元的逻辑重构。
该运行模式适合于有单元层设置的车间。
2. 4 跨车间运行模式
随着 C IM S 技术和信息技术的发展, 与外界
不能直接进行信息交换的前面3种运行模式已不
能完全满足社会发展的需要, 车间应该有与工厂
层的信息交换通道。另外, 随着敏捷制造等先进制
造技术的提出和实践, 为适应未来制造业发展的
需要, 车间还应建立与 Internet 的接口, 以便车间
作为制造单元加入虚拟企业。目前在技术上已不
成问题, 通过计算机局域网和 Internet, 跨车间、
跨工厂、跨地域甚至跨国域的制造信息的交换已
经可以实现。
图4所示的跨车间运行模式把车间作为一个
图4 跨车间运行模式
制造单元, 可以通过工厂局域网从本企业的工厂
层获取制造信息, 也可以通过 Internet 从本地、外
地甚至外国的其它企业、公司或车间获取制造信
息, 并进行信息交换。
该运行模式的车间内部通讯结构由车间局域
网和现场总线网2层组成。单元控制器和工作站同
时挂在车间局域网上以利于单元重构; 集成DN C
主机作为连接车间局域网和现场总线网的桥梁;
数控设备通过现场总线与集成 DN C 主机相连,
文献[3 ]中通过采用软插件技术和 CANBU S 现
场总线使得当数控系统改变时, 只需要将新的数
控系统的通讯协议以软插件形式在线下载到
CANBU S 的前端主控卡就可控制新的数控系统,
从而使数控设备的重构变得简单易行。
图4所示的跨车间运行模式实际上是一种面
向敏捷制造的车间运行模式, 可实现敏捷制造企
业的车间重组和动态联盟, 这种面向21世纪的车
间运行模式对于改造和搞活国有大中型企业、充
分利用和发挥我国企业的优势、增强企业竞争能
力具有十分重要的意义。这种基于集成 DN C 技
术, 具有敏捷制造能力的车间运行模式是一种适
合我国国情、技术先进、具有推广价值、适应激烈
市场竞争、满足信息时代要求的车间运行模式。
图1～ 图4的 CAD、CA PP、CAM 、M R P II 等
模块的位置可根据实际情况设置。
3 结论
集成 DN C 概念是在 DN C 内涵和功能不断
演变和扩展的基础上提出来的, 基于集成 DN C
技术的车间运行模式是既适合我国国情又满足信
息时代要求的车间运行模式。上述4种不同规模和
层次的车间运行模式, 其中跨车间的运行模式是
一种面向21世纪的敏捷制造车间运行模式, 对我
国的制造车间适应未来制造业的发展具有十分重
要的意义。
图2所示的运行模式已在重庆长安汽车有限
责任公司模具车间得到实际应用, 基于该应用背
景的国家“863”?C IM S 项目已通过国家“863”?
C IM S 专家组组织的验收和原国家教委主持的鉴
定, 鉴定结论为“国际先进”, 图4所示的运行模式
在国家自然科学基金资助项目“敏捷制造的理论
体系和关键技术”中正在实施。
参 考 文 献
1 张曙. 中国机械工程, 1995, 6(1): 1～ 5
2 张旭梅, 刘飞, 王时龙等. 计算机集成制造系统,
1998, 4(1): 32～ 35
3 张旭梅. 集成DNC 运行模式及通讯技术研究:〔博士
学位论文〕. 重庆: 重庆大学, 1998. (编辑 马尧发)
张旭梅 女, 1966年生。重庆大学 (重庆市 400044) 机械工程一
系讲师、博士。研究方向为制造自动化和 C IM S。发表论文21篇。
刘 飞 但 斌 重庆市 400044 重庆大学
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基于集成DNC 技术的车间运行模式研究——张旭梅 刘 飞 但 斌
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locity field co incides w ith that in the actual situation.
F rom the velocity field, theo retical exp ressions relating to
the geom etric param eters of the convergence cham ber and
the homogeneity of the m etal flow are put fo rw ard. The
op tim al geom etric param eters of the convergence cham 2
ber w hich satisfy homogeneity of defo rm ation are deter2
m ined. It p rovides theo retical basis fo r the determ ination
of the geom etric param eters of the die cham ber.
Key words: continuous extrusion cladding veloci2
ty field cham ber design the dividing line of the
m etal flow
An Electrophoresis Grinding Process and It′s Application
Peng W ei ( Zhejiang U niversity of Techno logy,
Hongzhou, China) Xu Xuefeng He X ingshu Chen Zi2
cen p 3172320
Abstract: A new grinding p rocess app lying elec2
tropho retic depo sition in2p rocess is called electropho resis
grinding. By studying of the features of the ultra fine
abrasive layer, the m echanism of electropho resis grinding
p rocess is described. In addition, an self2feeding p rocess is
introduced in w hich the dep th2feeding is realized by
grow ing of the abrasive layer. F inally the app lication re2
sults of electropho resis grinding is show n in various ex2
perim ents. Bo th theo retical analysis and experim ental
study show that no t only the roughness on the wo rked
surface are badly imp roved but also the chipp ing is re2
duced in the cutting of brittle m aterial.
Key words: grinding electropho resis su2
perfine abrasive brittle m aterial
Study on Operation M ode of W orkshop Based on Inte-
grated DNC Technology Zhang Xum ei(Chongqing U 2
niversity, Chongqing, China) L iu Fei Dan B in p 3212
323
Abstract: O n the basis of integrated DNC concep t
p resent by the autho rs, four operation modes of integrat2
ed DNC wo rk shop are built. They have different scales
and hierarchies. The operation mode of two hierarchies
includes wo rkstation hierarchy and device hierarchy
w hich is suited to the occasion that only a part of the
wo rk shop needs to be contro lled through DNC; The op2
eration modes of three hierarchies include shop hierar2
chy, wo rkstation hierarchy and device hierarchy w hich
are suited to the shop w ithout cell hierarchy, because it
needs mo re functions of contro l and m anagem ent. The
operation mode of four hierarchies are suited to the shop
w ith cell hierarchy. The cro ss - shop operation mode
po ssesses comm unication function to facto ry netwo rk and
Internet. The cro ss- shop operation mode is one of the
operation modes of agile m anufacturing shop and is o ri2
ented to 21 century. This paper p rovides the theo retical
basis fo r imp lem enting integrated DNC in China and
choo sing suitable operation mode of the shop.
Key words: DNC operation mode integration
agile m anufacturing
Visualization for CFD on Computer Conf iguration Simu-
lation of Automobile“W ind Tunnel” Gao Feng (L u2
oyang Institute of Techno logy, L uoyang, China) W ei
Daofu Xu Ying X ie J infa (L uoyang Institute of Tech2
no logy) p 3242325
Abstract: The paper p resents the po st2p rocessing
part of the research p ro ject——“Computer Configuration
Sim ulation of V ehicle‘W ind Tunnel’”suppo rted by N a2
tional N atural Science Foundation. V arious w ays fo r dis2
p laying various flow functions are described, especially
the p lo t m ethods of p ressure contour line and stream line
. The paper show s friendly m an- m achine interfaces fo r
the CFD V isualization Softw are.
Key words: automobile w ind tunnel visual2
ization flow fields
Establishment of Standard Parts L ibrary Based on Tabu-
lar Layouts of Article Characteristics Zhang Yan
(Zhejiang U niversity, Hangzhou, China) Tan J ianrong
W ei X iuting Chen Hongliang p 3262329
Abstract: Establishm ent of standard parts library
based on tabular layouts of article characteristics is de2
scribed in this paper . It app lies data base、param etric
draw ing and extended entity data techniques to design of
standard parts library. F riendly interface, p review of da2
ta base and standard parts draw ings are p rovided. The
standard parts library is easy to expand and suppo rts
part's global recognition in assem bly design.
Key words: tabular layouts of article characteristics
database param etric drafting globe recognition
Development of Ceram ic -M etal Bonding for Heat -Resis-
tant Application Zou Guisheng (T singhua U niversity,
Beijing, China) W u A ip ing Ren J ialie p 3302333
Abstract: B razing、diffusion bonding and transient
liquid phase bonding have been used to obtain heat2resis2
tant ceram ic2m etal jo ints in general. In this paper, bond2
—32—
MA IN TO P ICS, ABSTRACTS & KEY WORDS
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