——CAXA 網(wǎng)絡(luò)DNC與PDM、MES的集成

　　1.西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司簡介

　　中國一航西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司(簡稱“西航集團(tuán)公司”)始建于1958年，是中國大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造基地和國家1000家大型企業(yè)集團(tuán)之一。公司現(xiàn)有工程技術(shù)人員2500多名，擁有各種國內(nèi)外先進(jìn)的冷、熱加工設(shè)備和計(jì)量測試設(shè)備4000余臺(tái)（套），先后取得了150多項(xiàng)省、部級以上科研成果獎(jiǎng)。研制生產(chǎn)了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪發(fā)電裝置、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)。公司的質(zhì)量體系通過了ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。公司被列為國家863計(jì)劃CIMS工程應(yīng)用示范企業(yè)。 

　　公司還分別與英國羅羅公司、美國普惠公司和以色列葉片技術(shù)公司、德國巴克杜爾公司建立了三家合資公司；與眾多國際著名的航空企業(yè)建立了穩(wěn)固的合作關(guān)系，外貿(mào)創(chuàng)匯連續(xù)多年位居國內(nèi)同行首位。公司產(chǎn)品開發(fā)形成了以劍桿織機(jī)、高速線材精軋機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、石化設(shè)備、鋁型材等為主導(dǎo)、涉及眾多行業(yè)的高技術(shù)、高附加值、多元化的產(chǎn)品群。公司的質(zhì)量體系通過了ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。公司被列為國家863計(jì)劃CIMS工程應(yīng)用示范企業(yè)。

　　西航集團(tuán)公司在信息化建設(shè)上，已完成企業(yè)專用園區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，接入計(jì)算機(jī)3000多臺(tái)；CAD/CAM/CAPP/CAE數(shù)字化制造技術(shù)已經(jīng)得到深入應(yīng)用；已搭建公司OA系統(tǒng)、車間管理系統(tǒng)等企業(yè)管理信息系統(tǒng)；公司的ERP系統(tǒng)正在分步實(shí)施；PDM系統(tǒng)正在建設(shè)中；AMRO系統(tǒng)一期已經(jīng)實(shí)施完成，目前正在進(jìn)行第二期的實(shí)施工作。DNC系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)已超過300多臺(tái)設(shè)備，目前仍在進(jìn)一步擴(kuò)展。

　　2.西航集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)背景

　　在實(shí)施DNC系統(tǒng)之前，企業(yè)內(nèi)部設(shè)備加工數(shù)據(jù)傳輸/管理存在如下問題：

　　1．傳輸方式落后、傳輸效率低下：1）采用筆記本一對一的傳輸方式；2）采用臺(tái)式計(jì)算機(jī)一對一傳輸方式；3) 傳輸軟件和傳輸介質(zhì)不統(tǒng)一

　　2.數(shù)控程序管理混亂，沒有可追溯性

　　3.無法實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)間的有效集成

　　4.不安全因素多

　　04年公司啟動(dòng)車間DNC系統(tǒng)選型，在經(jīng)過了對多家國內(nèi)外供應(yīng)商比較后，最終與CAXA簽署了第一個(gè)54節(jié)點(diǎn)車間網(wǎng)絡(luò)DNC合同。其后CAXA- DNC系統(tǒng)在公司內(nèi)陸續(xù)擴(kuò)點(diǎn)，到07年底系統(tǒng)集團(tuán)設(shè)備接入DNC系統(tǒng)數(shù)量已經(jīng)超過了300多臺(tái)。

　　3.西航集團(tuán)公司對網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)的需求

　　考慮到公司各部門需求的不同及公司整體信息化的需求，歸納總結(jié)出公司對網(wǎng)絡(luò)DNC的需求：

　　l 加工代碼/設(shè)備參數(shù)等網(wǎng)絡(luò)化傳輸

　　n 實(shí)現(xiàn)一對多的網(wǎng)絡(luò)化傳輸

　　n 實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序傳輸24小時(shí)響應(yīng)

　　n 實(shí)現(xiàn)對葉片的不間斷在線加工

　　n 實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)距離傳輸

　　n 提高數(shù)控的傳輸效率和準(zhǔn)確性

　　l 代碼等文檔的流程化管理

　　n 基于權(quán)限和角色對數(shù)控程序的編制過程進(jìn)行流程化管理

　　n 對數(shù)控程序進(jìn)行版本化管理

　　l 設(shè)備加工信息采集

　　n 對機(jī)床運(yùn)行時(shí)的加工信息進(jìn)行反饋和采集，以便反映出機(jī)床的利用率、加工工時(shí)等關(guān)鍵信息

　　l 網(wǎng)絡(luò)DNC需要支持西航集團(tuán)今后達(dá)到1000臺(tái)數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

　　l DNC系統(tǒng)與PDM（UGS Teamcenter Engineering）、MES（西工大MES）系統(tǒng)的集成

　　本文重點(diǎn)介紹最后一項(xiàng)：DNC系統(tǒng)與PDM、MES系統(tǒng)的集成。

　　4.DNC系統(tǒng)與PDM、MES集成架構(gòu)

　　圖表 2 DNC與PDM、MES集成框圖

　　上圖中，DNC管理模塊、DNC通信模塊、DNC采集模塊、MES系統(tǒng)都屬于服務(wù)器/客戶端的系統(tǒng)。

　　5.系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)

　　5.1  大規(guī)模并行下載問題的解決

　　普通PDM服務(wù)器可支持的并行登陸客戶端理論數(shù)量為數(shù)百人，但在大文檔并行文件傳輸能力上要弱很多。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，一個(gè)企業(yè)中不可能發(fā)生數(shù)百名設(shè)計(jì)員和工藝員同時(shí)上傳或下載大文檔的現(xiàn)象。對于數(shù)控加工來說，這種現(xiàn)象則很常見，如上班的頭1小時(shí)中，所有的數(shù)控機(jī)床操作工同時(shí)從服務(wù)器下載當(dāng)天需要加工程序，這很容易造成網(wǎng)絡(luò)擁堵。CAXA就此問題采用虛擬技術(shù)進(jìn)行過測試，以500點(diǎn)并發(fā)3兆文檔，發(fā)現(xiàn)目前沒有哪種PDM單服務(wù)器系統(tǒng)能夠支撐，多服務(wù)器系統(tǒng)要做到實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)同步也是非常困難。

　　鑒于西航集團(tuán)企業(yè)規(guī)模和數(shù)控機(jī)床未來數(shù)量考量（目前近600臺(tái)，未來肯定超過千臺(tái)的量級），必須要求PDM服務(wù)器與下屬DNC管理服務(wù)器、DNC通信服務(wù)器中的文檔必須實(shí)現(xiàn)單向?qū)崟r(shí)傳遞。這是一種超大規(guī)模的實(shí)施文件同步技術(shù)。屬于目前信息化技術(shù)中的難點(diǎn)！

　  標(biāo)準(zhǔn)DNC、PDM代碼文檔傳遞流程：

圖表 3 標(biāo)準(zhǔn)DNC與PDM之間文檔傳遞流程

　　代碼文檔集中存儲(chǔ)在PDM文檔服務(wù)器。

　　l 工藝員——登陸PDM服務(wù)器，在PDM管理下作代碼編程，代碼文檔上傳機(jī)制只有兩步（PDM客戶端到PDM服務(wù)器端），按企業(yè)工藝人員總數(shù)推算，同時(shí)登陸的人員約30%，如果企業(yè)工藝員500人，30%即150同時(shí)在線，其中按有可能發(fā)生同時(shí)上傳代碼人員最大幾率50%計(jì)算，約75個(gè)并發(fā)上傳任務(wù)。這對PDM服務(wù)器來說負(fù)擔(dān)絕對沒有問題。

　　l 操作工——登陸機(jī)床界面，從PDM服務(wù)器獲取代碼。按千臺(tái)數(shù)控設(shè)備，操作工1000人計(jì)算，每天上班第一件事就是調(diào)用加工代碼，因此同時(shí)從PDM調(diào)用代碼的幾率約90%以上，按90%計(jì)算為900個(gè)點(diǎn)并發(fā)下載任務(wù)。如果每個(gè)操作工任務(wù)平均代碼量為5兆（如果葉片精加工，代碼可達(dá)40兆以上），PDM服務(wù)器將在短時(shí)間內(nèi)將有4.5G的文檔要下載。

　　l 主干網(wǎng)負(fù)擔(dān)——操作工的下載任務(wù)負(fù)擔(dān)+工藝員上傳負(fù)擔(dān)+企業(yè)OA任務(wù)負(fù)擔(dān)+管理人員使用ERP的負(fù)擔(dān)，這樣企業(yè)在上班后的一個(gè)小事內(nèi)主干網(wǎng)堵塞的可能性巨大！這對于靠PDM提供程序加工的大量機(jī)床來說，是非常嚴(yán)重的事情。

　　看來要解決西航集團(tuán)公司主干堵塞的問題，最主要是解決操作工并行下載問題。

　　從工藝人員和機(jī)床操作工數(shù)量比值看，如果將工藝員上傳代碼文檔的路徑延長，如當(dāng)工藝員向PDM服務(wù)器上傳文檔時(shí)，同時(shí)由PDM服務(wù)器自動(dòng)向下級分廠DNC管理服務(wù)器下發(fā)，DNC管理服務(wù)器繼續(xù)向下級車間DNC通信服務(wù)器下發(fā)。這樣當(dāng)操作工需要數(shù)據(jù)時(shí)，直接從距離其最近的車間服務(wù)器下載，這時(shí)數(shù)據(jù)的傳遞已經(jīng)不走企業(yè)主干網(wǎng)，而是車間內(nèi)的局域網(wǎng)。如此可將原來每天上班后1小時(shí)內(nèi)，主干網(wǎng)負(fù)擔(dān)解決。

　　改進(jìn)后DNC、PDM文檔傳遞框圖：

圖表 4 改進(jìn)的DNC與PDM之間文檔傳遞流程

　　從上圖看，由于工藝人員上傳文檔時(shí)，路經(jīng)延伸，似乎對主干網(wǎng)負(fù)擔(dān)加重，但由于工藝員的數(shù)量比操作工少很多、工藝員同時(shí)上傳文檔的幾率比操作工同時(shí)下載的幾率小很多，因此這樣改進(jìn)比較合理。

　　5.2  多服務(wù)器架構(gòu)數(shù)據(jù)同步問題的解決

　　西航集團(tuán)DNC網(wǎng)絡(luò)三級服務(wù)器架構(gòu)，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，以現(xiàn)有的PDM文檔管理技術(shù)解決并不難，困難的是各服務(wù)器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。

圖表 5 多級服務(wù)器架構(gòu)

　　西航集團(tuán)數(shù)控加工中，大多數(shù)操作工只需要下載加工代碼，不需要上傳。因此各服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步可以看作單向同步，即工藝員修改了PDM服務(wù)器上的文檔后，從PDM服務(wù)器向下各服務(wù)器的單向傳遞同步。

　  由于前述并行問題的解決，改變了文檔傳遞流程。當(dāng)PDM服務(wù)器上的代碼文檔發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)導(dǎo)致下屬兩級服務(wù)器發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)變化，最終讓數(shù)千臺(tái)數(shù)控設(shè)備在需要數(shù)據(jù)時(shí)，從就近服務(wù)器上獲得數(shù)據(jù)，這樣才能就保證了數(shù)據(jù)的單向?qū)崟r(shí)同步，操作工下載的永遠(yuǎn)是最新的加工代碼。

　　如果在產(chǎn)品試制階段，需要從機(jī)床回傳代碼到服務(wù)器。機(jī)床回傳的代碼首先到達(dá)DNC通信服務(wù)器，再由DNC通信服務(wù)器自動(dòng)回傳給DNC管理服務(wù)器。由于DNC管理服務(wù)器和DNC通信服務(wù)器的發(fā)送和接收文件夾是分開的，因此機(jī)床回傳的代碼文件不會(huì)覆蓋發(fā)送文件。當(dāng)工藝員核準(zhǔn)回傳的文件無誤，才可以將機(jī)床回傳的文件手動(dòng)上傳PDM服務(wù)器。故從應(yīng)用模式看，回傳文檔沒有同步問題。

　　5.3  服務(wù)器架構(gòu)的數(shù)據(jù)集中與分散機(jī)制（分布式數(shù)據(jù)冗余保證）

　　標(biāo)準(zhǔn)的分布式文檔管理，是將文檔在PDM總服務(wù)器上進(jìn)行虛擬的管理，讓用戶看到的是一個(gè)整體庫，實(shí)際上文檔按區(qū)分布到各個(gè)文檔服務(wù)器上。這種方式總服務(wù)器上只有部分文檔或完全沒有文檔，文檔都分散存儲(chǔ)在各個(gè)服務(wù)器，數(shù)據(jù)不具備冗余性。如果需要冗余，往往只能采用定時(shí)同步以保證數(shù)據(jù)的唯一性。

　　西航集團(tuán)由于其加工零部件的重要性，要求數(shù)據(jù)必須具有冗余，因此在系統(tǒng)集成中，集團(tuán)PDM服務(wù)器上應(yīng)具有全部的數(shù)據(jù)、同時(shí)分廠的DNC管理服務(wù)器上具有集團(tuán)PDM服務(wù)器中該分廠區(qū)塊下的所有數(shù)據(jù)，車間DNC通信服務(wù)器上具有該分廠DNC管理服務(wù)器中該車間區(qū)塊下的數(shù)據(jù)，以此保證整個(gè)企業(yè)三級架構(gòu)中的數(shù)據(jù)冗余。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)丟失，其上下節(jié)點(diǎn)層都還保存有它的完整數(shù)據(jù)。

　　上述多服務(wù)器架構(gòu)原理，已經(jīng)能保證這種數(shù)據(jù)冗余特點(diǎn)。

　　5.4  DNC服務(wù)器與PDM服務(wù)器上的文檔結(jié)構(gòu)樹一致性機(jī)制

　　為保證DNC服務(wù)器與PDM服務(wù)器上文檔的一致，必須在DNC服務(wù)器上建立與PDM服務(wù)器一致的文檔結(jié)構(gòu)樹。一般DNC系統(tǒng)不提供產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹（大多數(shù)屬于文件夾管理模式），而PDM的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因此在DNC和PDM集成中，需要改造DNC的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。

　　CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC管理系統(tǒng)提供產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，且具備批量導(dǎo)入設(shè)計(jì)/工藝文件（DWG、EXB等）并根據(jù)文件屬性自動(dòng)創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的功能。但原始產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的最小節(jié)點(diǎn)為“零件”，這樣必須根據(jù)西航集團(tuán)公司的情況對其進(jìn)行改造。

圖表 6 PDM與DNC產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

　　改造結(jié)果：

　　在DNC的文件中增加工藝規(guī)程版本號、工序號、機(jī)床號屬性。

　　DNC可根據(jù)PDM提供的產(chǎn)品型號、零部件號、工藝規(guī)程版本號、工序號、機(jī)床型號、代碼名稱自動(dòng)創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點(diǎn)和文件屬性。

　　5.5  接口文件更新覆蓋機(jī)制

　　PDM文檔向DNC傳遞時(shí)，DNC需要在DNC接口中開發(fā)兩個(gè)機(jī)制：文件寫入和刪除。

　　文件寫入機(jī)制：

　　l 檢索——需要按型號、部件、零件、代碼文件名稱、工藝規(guī)程版本號、工序號、機(jī)床型號檢索代碼。

　　l 判斷——文檔是否已經(jīng)存在，如不存在需要新建該文檔，并將文檔載入，同時(shí)將將PDM傳遞的文檔路徑、工藝規(guī)程號、工序號、機(jī)床型號作為文檔屬性寫入。

　　l 覆蓋——文檔已經(jīng)存在，按覆蓋載入，同時(shí)將將PDM傳遞的文檔路徑、工藝規(guī)程號、工序號、機(jī)床型號作為文檔屬性寫入。并更新文檔寫入時(shí)間、版本號。

　　刪除機(jī)制：

　　l 檢索——需要按型號、部件、零件、代碼文件名稱、工藝規(guī)程版本號、工序號、機(jī)床型號檢索代碼。

　　l 刪除——?jiǎng)h除文件，同時(shí)在DNC日志中記錄該刪除操作，包含刪除時(shí)間、刪除人。

　　5.6  接口網(wǎng)路傳遞過程保護(hù)及告警機(jī)制

　　PDM文檔修改后，系統(tǒng)將PDM中變化的文檔，向DNC文檔傳輸過程中有多個(gè)問題存在：

　　l 傳輸起始，網(wǎng)絡(luò)故障處理——針對網(wǎng)路臨時(shí)阻塞或長時(shí)中斷的處理

　　l 傳輸起始，對方接口服務(wù)不存在的處理

　　l 傳輸起始，對方接口權(quán)限不足情況處理

　　l 傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)故障處理——針對臨時(shí)中斷或長時(shí)間中斷的處理

　　l 傳輸起始，對方接口服務(wù)不存在的處理

　　針對上述種問題，必須建立一套文檔傳輸保護(hù)及報(bào)警機(jī)制。

　　傳遞過程中，由DNC接口函數(shù)處理網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，返回給PDM網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤信息。如果網(wǎng)絡(luò)正常，進(jìn)入傳輸，傳輸過程中發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，需要在公共中間表中加入未完成信息。

　　DNC接口需要否有未傳輸文檔及傳輸不完全文檔存在，如果有則實(shí)時(shí)監(jiān)測與PDM服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接狀況，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接正常，需要重新觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。

　　同時(shí)需要的功能還有：當(dāng)發(fā)現(xiàn)服務(wù)不存在，還需要重新啟動(dòng)對方接口服務(wù)的機(jī)制以及對方接口權(quán)限不足需要告警的機(jī)制。

　　同理在DNC系統(tǒng)和MES之間也要建立類似的數(shù)據(jù)傳保護(hù)及告警機(jī)制：當(dāng)DNC管理模塊向DNC通信模塊下發(fā)代碼時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，需向MES發(fā)送告警信息，同時(shí)啟用斷點(diǎn)續(xù)傳等功能支持進(jìn)行處理。

　　5.7  DNC傳輸系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換

　　數(shù)據(jù)交換機(jī)理：MES負(fù)責(zé)工序的派工計(jì)劃，當(dāng)車間生產(chǎn)調(diào)度人員將某道工序派往某臺(tái)機(jī)床時(shí)，需要向DNC系統(tǒng)傳送一個(gè)信息：該工序的零件號、工藝規(guī)程編號、工序號、設(shè)備號。DNC接收了該信息后，需要根據(jù)零件號、工藝規(guī)程編號、工序號三個(gè)條件，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹下檢索到該零件節(jié)點(diǎn)，并在該節(jié)點(diǎn)下根據(jù)工藝規(guī)程編號、工序號、設(shè)備號檢索加工代碼（按代碼屬性檢索），檢索到后將這些代碼傳送到DNC通信服務(wù)器相應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)下。

　　DNC系統(tǒng)與MES接口設(shè)計(jì)：

　　圖表 7 DNC與MES接口框圖

　　5.8  DNC數(shù)據(jù)采集模塊與MES的數(shù)據(jù)交換

　　在實(shí)施西航集團(tuán)DNC與PDM、MES集成項(xiàng)目前，CAXA-DNC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集模塊為單機(jī)模式，數(shù)據(jù)庫架構(gòu)如下圖：

　　圖表 8 DNC采集模塊數(shù)據(jù)架構(gòu)

　　可以看出上圖的架構(gòu)雖然適合高速數(shù)據(jù)采集，但不適合西航集團(tuán)的現(xiàn)有的多級分布式架構(gòu)。

　　為適合西航集團(tuán)的大規(guī)模多級分布式架構(gòu)，重新為西航集團(tuán)設(shè)計(jì)采集架構(gòu)：

              圖表 9 DNC采集模塊與MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖

　　采用上述結(jié)構(gòu)后，無論采用網(wǎng)卡采集的機(jī)床、通過加裝硬件傳感器進(jìn)行采集的機(jī)床還是直接使用串口代碼反饋的機(jī)床，都可以將采集到的數(shù)據(jù)寫入統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫并在計(jì)算后提供給MES使用。

　　6.系統(tǒng)集成效果及特點(diǎn)

　　l 實(shí)現(xiàn)了PDM中的加工數(shù)據(jù)與DNC中加工數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)單向同步；

　　l 在大規(guī)模數(shù)控加工中實(shí)現(xiàn)實(shí)際并行300臺(tái)以上，理論并行可達(dá)千臺(tái)。

　　l 在大規(guī)模數(shù)控加工中降低了企業(yè)主干網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，

　　并保證了數(shù)控機(jī)床能夠及時(shí)獲得加工所需數(shù)據(jù)；消除了網(wǎng)絡(luò)擁堵造成的機(jī)床下載遲滯問題以及企業(yè)主干網(wǎng)突發(fā)中斷造成的加工中斷問題！

　　l 獲得了生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)的多級冗余，保證了企業(yè)數(shù)據(jù)安全。

    l DNC與MES的集成實(shí)現(xiàn)了車間計(jì)劃指令與機(jī)床的物理關(guān)聯(lián)，同時(shí)機(jī)床的生產(chǎn)狀態(tài)能及時(shí)反饋給MES，為MES的工序加工計(jì)劃提供可靠的依據(jù)。