什么是DNC系统？DNC系统包括哪些硬件和软件组成，各自的功能是什么？

DNC

1 引言

DNC(Distributed Numerical Control)称为分布式数控，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。

目前，DNC系统的研究尚存在以下有待解决的技术问题：①DNC系统体系结构的开放性不强。国内大部分DNC系统局限于单一供应商的制造设备，平台之间可移植性差，不同应用程序互操作能力有待提高，不利于系统集成；②DNC系统通信结构多为点对点式，或采用局域网加点对点式，不能很好地解决通信竞争问题； ③DND系统与NCP和CAD的接口功能还很弱；④DNC系统控制软件可重用性不强，需要进行面向对象设计和实现。本文提出了基于CORBA(通用对象请求代理结构)的车间层控制系统中DNC系统，给上述问题以很好的解答，并实现了软件的编制及联机调式。

2 控制系统体系的结构

DNC系统是基于CORBA车间层控制系统的一个功能单元，现在的企业面对的是一个多变的需求环境，因而车间层控制系统面对的加工任务也是多变的。这种变化包括生产零件的品种、类型、规格、产量和交货期等多个因素的变化以及加工工艺路线随生产任务的不同而变化等。这就需要一个在时间和空间上都开放的车间层控制系统体系结构，以运行于不同硬件环境的异构计算机系统中，同时又能适应新技术的发展，容纳新设备的增加。

在基于CORBA的车间层控制系统中，构造车间信息集成和共享的公共平台是核心问题之一，我们采用基于客户/服务器结构的分布式控制平台(如 Orbix)，既可以将传统的递阶控制结构变换成更适合信息集成的分布或控制结构，又可适应不同产品制造过程(离散制造或连续制造)中统一的生产管理和组织要求。

车间层控制系统总体结构分为三层：底层为系统支持层，由分布式计算环境和异构网络集成系统两个子层构成，提供底层的计算机系统、网络系统和数据系统等系统级功能；中间层为开放式分布处理层，提供统一的集成通信服务，由开放式分布处理平台和应用程序接口组成，最上层为信息集成层，支持多客户/服务器的分布式多数据库集成系统，将现有的应用和数据信息集成到系统中。为实现控制结构的分布、数据库的分布以及系统功能的分布，提出的车间层控制系统软件采用基于 CORBA规范的分布式对象体系结构。

CORBA规范主要特点是实现软件总线结构。所谓软件总线的功能，就是起到类似于计算机系统硬件总线的作用，只要将应用模块按总线规范作成软插件，插入总线即可实现集成运行。实现软件总线的核心系统称为ORB(对象请求代理器)，它不仅支持标准的OMG对象模型，还具有分布进程管理和通信管理功能。此外， CORBA定义了IDL(Interface Definition Language)语言，以描述软件总线上的插销。IDL提供了对成员系统的封装和成员系统之间隔离，任何成员系统作为一个对象，通过IDL对其接口参数进行定义和说明，就可接到ORB上，为其它系统提供服务或向其它系统提出请求，达到即插即用效果。

车间层控制系统划分为许多独立的功能单元，每个功能单元对应于一个包含功能接口定义和实体的抽象对象，每类对象的接口由属性和操作组成，由IDL定义的其它功能单元可以透明访问的服务以调用该对象的私有数据，具体功能的实现被封装在实体里。我们将每类对象按照功能划分成若干个子对象，将其设计成为可以直接插在CORBA软件总线上的对象插件。这些对象插件按照各层客户/服务器结构组成整个平台系统。这种结构可以带来长远的利益，既能迅速增加对新的DBMS 的应用、增加新的用户界面，又能升级支持各种新功能。

3 DNC系统的地位及功能

DNC系统作为车间层控制系统的一个功能单元。

DNC系统功能包括①NC程序及数据的传递，以某种通信协议(如Philip532等)实现通信功能；②机床状态采集和上报；③根据工序计划，自动分配NC程序及数据到相应机床；④刀具数据的分配与传递。

DNC系统软件的功能模型，其中NC数据管理的主要功能是对数控数据进行管理，主要有数控数据的显示、插入、修改、删除、更新、锁定(不允许更改)和打印等操作；NC数据执行的主要功能有：数控数据在计算机和机床之间的传送、删除机床上的数控数据、启动机床上的数控程序、随时从机床设备获得工作状态信息并存入数据库，作为运行数据采集模块评价加工过程的根据；DNC通讯接口通过DNC协议和数据链路协议建立单元控制系统和CNC的连接。

4 DNC系统软件体系结构

基于CORBA的DNC系统软件的实现平台建立在车间层控制系统平台的基础上。我们将DNC系统体系结构划分为三层的客户/服务器结构，以将表示逻辑、业务逻辑和数据处理逻辑明确划分开来。为此，表示层用来表示信息和收集数据，此处为由VB实现的可移植的DNC人机接口；业务层响应用户(或其它的业务服务)发来的请求，执行某种业务任务，此处为由VC＋＋来实现DNC应有程序及NC数据管理应用程序；数据层包括数据的定义、维修、访问和更新以及管理，并响应业务服务的数据请求，此处为经IDL功能接口定义封装的NC局部数据库(Access)服务器。这些层并不一定与网络上的具体物理位置相对应，它们只是概念上的层，借助这些概念可以开发出健壮的、基于组件的应用程序。

使用图3所示模型，可以把应用程序的需求分解成明确定义的服务。在定义了服务之后，需要进一步创建具体的物理组件来实现它们。根据性能和维护的需求、工作量、网络带宽以及其它因素，可以在网络上灵活地部署这些组件。

5 DNC系统软件的数据模型

DNC系统软件中涉及到数据实体包含四类：①与制造设备硬件相关的数据实体(如机床等)；②与人机通讯相关的数据实体(如通讯协议实体和串口通讯实体)； ③数控数据实体(如NC程序号、刀具号、工序号)；④输入操作指令或派工单实体。采用面向对象方法将上述实体抽象成为类，可分为能力单元类、NC机床类、 NC控制器类、通讯协议类、终端服务器类、串口通讯类、NC程序类等。

DNC应用程序中的对象从这些类中继承下来，每个对象的方法即该对象的成员函数根据相应的功能需求来定义。下面以NC机床类的定义为例：

‖ncmach.h -NC Machine Class definations

‖NC Machines are part processors.For this class,a part is loaded,

‖a NC file is downloaded to the device,and the machine is started.

class MACHINE－TOOL｛

char* CurrentNCFile‖currently loaded NC file

int FixtureStatus‖fixture status

public:

MACHINE－TOOL()

char* getCurrentNCFile()

void setCurrentNCFile(char�F)

Int getFixtureStatus()

void setFixtureStatus(int S)

virtual int processPart(char� PartName)

virtual int downloadNCFile(char�File)

virtual int stopMachine()

virtual in graspPart()

virtual int releasePart()

｝；

6 DNC系统的物理配置基本结构

基于CORBA的车间层控制系统需要两种层次的互连。第一层是利用计算机局域网技术和协议软件把由异构计算机组成的车间层控制器、设备控制器等互连起来，第二层是在这一互连的基础上，实现各节点、各被控的异构制造设备(如加工中心、机器人、PLC等)之间的信息交互，这种交互通过制造信息规范(MMS)实现。作为车间层控制系统的一个重要组成部分，本文DNC系统的物理配置基本结构如下图所示，主计算机通过网络介质(具有独立IP地址的终端服务器)分别连接多台CNC系统实现NC程序的装卸、刀具数据的传递、操作命令的下达和状态信息的反馈。这是一种通过局域网连接起来的通信结构，它具有包括物理层、数据链路层、传输层及应用层等的四层结构，其中数据链路层采用LSV2通讯协议，传输层采用DNC协议(如SINUMERIK或PHILIPS协议)。

DNS就是域名解析系统。域名解析系统的作用是把网址转换为数字iP地址，网络间的联系用网址是不能直接联系的，而要经过域名解析系统转化为数字IP才可以联系的。

DNS（Domain Name System，域名系统），因特网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。通过主机名，最终得到该主机名对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）。DNS协议运行在UDP协议之上，使用端口号53。在RFC文档中RFC 2181对DNS有规范说明，RFC 2136对DNS的动态更新进行说明，RFC 2308对DNS查询的反向缓存进行说明。

DNS功能

每个IP地址都可以有一个主机名，主机名由一个或多个字符串组成，字符串之间用小数点隔开。有了主机名，就不要死记硬背每台IP设备的IP地址，只要记住相对直观有意义的主机名就行了。这就是DNS协议所要完成的功能。

主机名到IP地址的映射有两种方式：

1）静态映射，每台设备上都配置主机到IP地址的映射，各设备独立维护自己的映射表，而且只供本设备使用；

2）动态映射，建立一套域名解析系统（DNS），只在专门的DNS服务器上配置主机到IP地址的映射，网络上需要使用主机名通信的设备，首先需要到DNS服务器查询主机所对应的IP地址。

通过主机名，最终得到该主机名对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）。在解析域名时，可以首先采用静态域名解析的方法，如果静态域名解析不成功，再采用动态域名解析的方法。可以将一些常用的域名放入静态域名解析表中，这样可以大大提高域名解析效率。

作为车间信息化建设过程中最基础的应用，DNC系统成为数控编程人员、工艺人员及数控机床操作工不可或缺的“车间助手”。DNC系统不仅帮助企业解决了最根本的程序传输和管理问题，缩短了生产准备时间、提高了设备效率，更为企业打造“数字化工厂”铺好了基石。

一、盖勒普DNC系统主要功能：

实现车间的完全网络化管理，为不同车间生产需求搭建多样的车间网络系统，消除车间数控设备之间的信息孤岛。彻底改变以前数控设备的单机通讯方式，全面实现数控设备的集中管理与控制。

NC程序管理更加规范化。盖勒普DNC系统完善的程序传输流程、严谨的用户权限管理、方便的程序版本管理以及良好的可追溯性，实现对NC程序全生命周期的跟踪管理。

大幅提高数控设备利用率，减少数控设备准备时间。盖勒普DNC系统方便、可靠、全自动的NC程序传输功能，可最大程度地提高数控设备的有效利用率。

产品质量得到进一步提高，明显降低产品废品率。盖勒普DNC系统可从最大程度上避免程序错误，从管理手段与措施上使产品质量有了根本的保障。

明显降低工作人员的劳动强度。服务器端无人职守、设备端全自动远程传输，操作者不用离开设备就能完成程序的远程调用、远程比较和远程上传等全部工作，明显减少了操作者因程序传输而在车间现场来回奔波的时间。

车间现场更加整洁。盖勒普DNC系统实现了NC程序的集中管理与集中传输，车间现场不再需要大量的台式计算机及桌椅板凳，取而代之的是少量美观大方的现场触摸屏，整个车间显得更整洁，更符合车间精益生产管理的要求。

车间生产现场的通讯数据与企业的第三方信息化管理系统集成应用（如：MRPII/ERP/MES/MDC/PDM/PLM /CAPP/CAD/CAM），达到真正高效即时的数据共享。

为企业进一步数字化工厂的建设预留接口，搭建一体式的智能化车间网络管理平台。

二、DNC系统实施前的准备工作

摸清数控设备状况：①对现有数控设备品牌、型号、数控系统进行梳理；②对现有数控设备通讯接口情况进行检查；③对现有数控设备功能进行核实。

了解企业生产现状。实施DNC系统，需要正确的了解企业的实际生产情况，掌握企业自身的特点，因地制宜、因企而异的制定实施策略，是系统成功于否的关键。

需求调研与项目可行性分析

①需求调研。企业实施DNC系统的目的是什么？是需要解决数控设备较多时的程序传输的瓶颈问题？还是需要对数控设备进行集中式的管理？这些问题，都是建立在需求调研上的。

②可行性分析。获取了不同来源的需求后，企业需要结合车间现场的数控设备状况、企业生产特点等因素做出全面的分析判断，进行DNC项目的可行性分析。

4.    实施策略。按阶段制定目标，优先应用企业最迫切的，同时具备实施条件的DNC功能。对于暂不具备条件的部分，制定对应的中期、远期目标，并对实现的充分必要条件进行说明。

三、DNC项目的实施步骤

DNC项目的实施主要包括以下四个阶段：

1.项目施工：对DNC系统的软硬件进行安装，对车间现场进行布线和联网，连接数控设备等。

2.系统测试：对连接好的DNC系统进行测试，包括单点传输测试和综合传输测试，测试管理流程是否通畅、逻辑是否正确等，最终生成测试报告。

3.人员培训：项目实施后期，对企业所有DNC系统的使用人员，如：设备操作人员、工艺人员、系统管理员等进行综合的DNC系统应用培训。

4.项目验收：对整个项目进行验收，除现场检查外，还要对项目报表资料进行核对，签约验收协议。

四、DNC系统与其他系统的集成

盖勒普DNC系统内嵌生产现场及工位数据采集和设备状态监控数据流接口通道，支持Access、SQL Sever和Oracle三大开放式关系型数据库。企业MES系统的生产现场数据采集可以实现通过DNC网络直接进入数据库进行存储。目前盖勒普 DNC系统是国内唯一能够与MRPII/ERP/MES等有真正数据集成技术能力和应用案例的DNC系统。

盖勒普DNC系统实现了对数控设备的联网控制，改变了原有数控设备的管理模式、生产模式、工作模式和加工模式，达到了使车间数控设备增效的作用。统一可集成的基础网络平台建设，必将助力企业打造成为一个真正的“数字化工厂”。

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