数控加工走向提高机床生产率的网络化

    将数控系统上网不是新鲜事。但是，以往理解上网是为了向数控系统传输加工程序，特别是大容量程序，实现远程诊断和远程维修服务等。而在IMTS2000上，日本大隈(Okuma)机床公司展出的“ITplaza”(信息技术广场，以下称“IT广场”)，日本Mazak(山崎)公司展出的“CyberProductionCenter”(智能生产控制中心，以下简称“CPC”)，日本日立精机公司展出的SEIKIFlexLink(精机柔性联接)，美国Hardinge机床公司与GEFanuc两家展台相配合展出的“OpenFactoryCNC”(开放工厂CNC)以及Simens公司倡导的“OpenManufacturingEnvironmert”(开放制造环境)等都强调联网是为了进一步提高机床生产率。大隈说，仅有好的机床和好的数控系统，还不足以适应当前激烈的市场竞争，只有“进入”他们的“IT广场”才能在竞争中取胜。Mazak说，在多品种小批量的条件下，一台数控冲床实际上只有25%的时间在切削，在创造价值，而余下的75%时间不创造价值。他们认为只有将机床联网，且与他们的CPC联接，才有可能将切削时间由25%提升至65%。Simens公司说，要使机床得到最大的利用率，需要在其数控系统的HMI(人机接口)中装上以太网通讯卡与工厂智能网络连接。

    Mazak认为，由于以下五方面的因素，使得机床利用率只有25%。

    ①编程、程序编辑和试切。

    ②测量、输入和管理刀具数据。

    ③由于生产计划改变，机床的重新调整。

    ④对机床生产的数量和运转情况向上级报告和监控。

    ⑤对工件安装方法作出决策和寻找夹具。

    针对以上5个因素，其CPC中将以下4个软件模块无缝地集成在一起。

    ①计划调度模块(Scheduler)

    通过仿真提出最佳的多品种零件加工计划。急件插入时，进行更改计划的再次仿真，找出最佳方案进行调度。既可作出快速反应又不造成生产混乱，从而使资源得到优化使用。此外，该模块还可对车间数据进行采集和分析。

    ②工夹具管理模块(ToolManagerment)

    使得刀具、夹具得到最优的应用和成本最低。对每一种工件列出刀具、夹具清单。

    ③机床监控模块(MachineMonitor)

    在线监控每台机床运转情况，易于在办公室或通过因特网实现远程监控。

    ④编程及程序优化模块(Camware)

    人机交互式编程和程序的优化。

    Mazak将其CPC称为“数字制造解决方案”(TheDigitalManufacturingSolution)，作为独立的产品在IMTS2000上展出。其样本中列出了3家用户对其功能作出的满意评价，并且称其在中国工厂(即银川“小巨人”公司)的30台机床均由其CPC直接控制。

    大隈将其“IT广场”别称为“大隈网络工厂”(OkumaNetFactory)。意思是将信息技术(IT)与加工技术融合在一起。认为仅靠先进加工技术，还不能在激烈竞争中“存活”，必须应用IT来“增速”和扩大“商机”。

    “IT广场”概念用图形表达是一个立体球，球心是数控(CNC)系统。在球体上的三个圆周平面(一个水平平面和两个互成90°的垂直平面)的圆周上，分布六个小球，分别代表人、机床、三个软件模块和一个因特网门户网站，这六个小球指向球心(CNC系统)并起交互作用。

    三个软件模块的功能为：

    ①“MacMan”——网络生产管理系统

    大隈认为，当今是这样一个时代，一家公司能否接到下一订单，取决于其生产管理系统能否适应交货期短和任务多变的要求。为此，其MacMan系统通过企业内部网(intranet)随时监视生产现场情况和采集现场数据进行最优的计划和调度。当生产任务突然改变时，几乎不会造成任何损失。该系统还有远程诊断和维修功能；其ERP(企业资源规划)功能可以使销售信息、财务会计和生产得到统一的控制，通过从根本上缩短生产周期和维持理想的库存水平而达到大幅度降低成本的目的。

    ②“KCMAC”——操作工人技艺数据库

    大隈认为，通过丰富经验和直觉形成的技艺是一个重要的资源。将这些技艺数字化，不断积累并和全公司共享可实现高效、高质量加工。“KCMAC”。可使这些技艺得到充分的运用，变成宝贵的知识财富，因此可创造新工艺、新知识和新诀窍。

    ③ADMAC——大隈新的CAD/CAM系统

    ADMAC将CAD数据迅速转变为加工程序、工具清单、工艺卡和加工工艺图纸，实现并行工程来缩短生产周期，与KCMAC协同运行得到优化的加工程序。

    ④OSPmerit.com——IT广场通向因特网的门户网站。通过它与外界联接，既可与客户联系，为每一个客户设立一个窗口，快速反应其要求，又可与加工设备、刀具、夹具供应商联系，得到最新的信息。

    ⑤OSO-P—－为大隈自制的CNC系统OSP-P100的缩写。大隈自行开发和生产自用的CNC系统已有40余年历史。OSP-P100为基于PC的系统。使用WindowsNT4.0和IMtime(一种实时操作系统的商业名称，为美国Radisys公司产品)，内置以太网通信卡通向内部，将人、机和网络有机地融合在一起而成为IT广场的核心。大隈还在OSP-P100样本的最后标明：根据日本政府有关法律，该系统为战略物资。

    球的水平平面圆周将人、MacMan、KCMAC和Ospmerit.com四个小球连在一起。目的在于为确立优化的生产过程而采集数据。

    球的一个垂直平面圆周将机床、MacMan、ADMAC、Ospmerit四个小球连在一起，目的是使生产效率最大化。

    球的另一个垂直平面圆周将人、机床、KCMAC和ADMAC四个小球连在一起，目的是在全公司内充分共享含有工人技艺和诀窍的数据库。

    六个小球均有两个圆周交叉经过且都于球心处交互起作用，构成IT广场。

    日立精机的SEIKIFLexLink的实质内容，大体与IT广场类似，这里不再赘述。

    美国Hardinge机床公司展出的三台数控车床全部配备了GEFanuc公司的OpenFactoryCNC系统，用以太网与一台服务器连结，并且与GEFanuc的展台相连结。除在Hardinge展台上显示如何通过联网获得好处外，还在GEFanuc展台上显示对这三台机床实现远程数据访问等功能。

    据称，嵌入了工业PC的OpoenFactoryCNC系统将PCD硬件的柔性和一系列基于Wimdows的应用软件和对机床的控制结合在一起，使CNC系统成为高性能的信息中心(H9ingh-PerformancelmformationCenter)，从而使生产率提高得到最大化，以满足交货期最短和成本最低的需求。

    GEFanuc公司OpenFacroryCNC的概念，不仅包含了装在机床上的CNC功能，还包括通过以太网连接服务器后新增加的一些功能，如可获得有关机床、CNC、生产计划调度以及加工工件全部有关的文件和资料，使用“车间编程”(“ShopFloorProgramming”，为美国一家CAM专业公司—－Gibbs公司的软件产品)软件进行编程、可视化DNC、可视化MEM(MachineEventMonitoring)机床事件监视及局部硬盘、PCMCIA标准闪速存储卡等硬件。

    整个网络通向主管生产的经理、总经理和维修经理，使这些人员随时掌握现在情况。

    对现有旧机床也可以联网。不管这些机床装备的是GEFanuc以前出厂的系统，还是其他公司的数控系统，GEFanuc公司均可将其联网。据称其方法是用“两个螺钉”拧上一台工业PC。如果是该公司以前的产品，还需再加上一块HSSB(HighSpeedSerialBus，高速串行总线)板。此外，GE公司还和世界闻名的网络设备制造商CISCO公司联合组成GECISCO工业网络公司，承担工业部门任何一个级别的建网工作，小到一个车间，大到一个工厂以及公司全球业务的联网工作。我们还发现有专门从事将CNC联网的公司，如e-ManufcturingNetworkslnc.等。

    从以上介绍的三家公司的产品，我们可以看到：

    (1)以往机床公司只卖机床，数控系统公司只卖系统，现在一些机床和系统公司将其产品连同网络(包括配套的软件)一起卖了。原因就是Mazak讲的，在多品种、单件小批生产(机械工业中，这种生产模式占到总产值的约70%)条件下，机床切削时间只有25%，也即75%的时间未得到利用。若只注意单台机床、单个系统的效率，只是在25%上作文章。只有联网才有可能将25%提升到65%(Maxak观点)。可见联网不是目的，而是提升生产效率的手段。

    这也是一种“成套”的概念，不过是加工信息化高层次的成套，而不同于以往的成套供应。

    (2)只联网而没有相应配套的软件模块不能有所作为，软件功能低下也不可能将切削时间提升到65%，可见软件——浓缩的知识的重要性。前述有关的软件模块(特别是大隈公司的KCMAC模块包含有数字化的工人技艺，可不断累积进而创造新的技艺、新的诀窍等。)以及它与生产管理模块的结合等意味着以往的数据处理在向知识处理过渡，将网上大量信息的内容和意义作深入的处理，转变成可直接运用的知识，这属于计算机高层次的应用。从而说明整个制造业的信息化正在由低层次的数据处理向高层次的知识处理过渡。

    (3)Mazak、大隈既生产机床又自制数控系统(Mazak采取硬件由专业厂——三菱电机公司提供，自己集中精力开发有特色的软件的做法)，而且主要精力放在机床的制造上。因此，联网配套的主要软件模块几乎全是为了自己应用而开发且在使用中不断完善的。对其成熟度他们自己充满信心。而GEFanuc配套的软件模块含有市场上较为成熟的第三方软件，如前面提到的Gibbs公司的CAM软件。但也含有他们自己开发的软件，如采集车间数据的CIMPLICITY软件。无论Mazak、大隈还是GEFanuc的系统均含有PC(分别称之为：融合PC、基于PC和嵌入PC)，为采用第三方软件、标准硬件、接口等提供了极好的条件。

    (4)大隈把CNC系统作为“IT广场”的核心，GEFanuc将其CNC称为高性能信息中心。可见联网后CNC系统在其中起的重要作用。

    (5)机械加工高层次信息化成套的实质是从最基层装备自下而上地构筑CIMS系统，以提高生产率为目的。它与自上而下地构筑CIMS系统孰优孰劣，似乎值得探讨。