MDC DNC MES信息化部分解决方案.docx
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MDCDNCMES信息化部分解决方案
一.MDC数据采集(机床部分)
1.1生产设备使用现状
数控机床等自动化设备的普及应用,越来越多的生产设备在生产中发挥着重要的作用,已经形成一定的生产能力,并创造出良好的经济和社会效益。
但这些生产设备的设备状态采集等方面还存在一些不足,制约着生产设备的最大生产能力的发挥,具体表现如下:
●生产设备不能进入企业网络,独立于企业网络之外,形成事实上的信息孤岛。
●随着生产管理的不断深入,迫切需要底层加工设备的各种实时的加工信息,以便及时掌控生产任务的实际执行情况。
1.2MDC系统(机床部分)功能需求
随着生产管理的不断深入,对生产设备的运行时间、停机时间、运行效率需要底层生产设备实时、准确的基础数据作为支撑。
企业需要对设备的运行状态进行实时监测和数据采集,并可将设备的运行状况进行统计分析并得出报表,让企业管理者在第一时间了解设备的利用情况,以便及时进行管理的调整。
具体实现功能如下:
MDC系统(机床部分)提供相关参数及数据,为原有MES系统实现以下功能提供数据保证,此部分相关的MES功能,包括:
●可从网络上的任何PC机上监控所有机床的实时工作状态。
●可统计机床开机关机时间、空闲时间、加工时间、报警时间。
●具有直观的机床状态电子看板,电子看板可以在车间的大显示屏上滚动显示。
●所有机床监控数据可以生成日报、月报、季报、年报等各种统计报告,便于分析机床的利用率,机床的OEE效率可以通过报表进行查询。
●可以以饼图、柱图、折线图、统计表格等多种形式展示机床利用率、机床运行效率、机床开机率、机床故障率等,从而为工厂管理水平的提升、生产效率的提高提供有力的技术支持。
●可以方便查询所有机床的监控数据,运行历史甘特图,机床运行状态分布图,运行走势图。
●以上所有的报表信息,用户可以方便导出成EXCEL格式。
●机床可以提供的信息,MDC系统(机床部分)必须可以收集到。
二.DNC机床程序管理
2.1设备程序使用现状
机床生产设备的程序传输、编辑与仿真、数控程序的管理方面还存在着一些不足,制约着生产设备的最大生产能力的发挥,具体表现如下:
●目前程序传输多为1对1的通讯程序,在进行机床与计算机的通信时,必须一个人在机床前操作机床,另一个人在计算机终端前操作通讯软件,两者交替操作,工作效率低。
●目前机床程序的传输和管理方式,给计算机病毒的大面积感染提供了可乘之机,也存在被非法复制或意外修改或删除的可能,是现场生产管理的一个大的隐患。
●程序没有集中管理,一般是编程员(或者由经验丰富的操作工担当)各自保管,容易丢失或误操作。
关键人员的离职,还会造成软性资产损失。
编程员之间更是缺少交流,无法做到数控加工程序共享,降低了工作效率。
●程序无严格的流程签署,职责不明晰,出了问题之后无法进行追溯。
2.2DNC系统功能需求
目前,连杆车间设备计划实施DNC系统,主要需求为:
NC程序的双向传输,对NC程序严格管理,减少生产准备时间;同时改善企业各部分生产状况同步性差的状况,以提高企业的生产效率。
具体实现功能如下:
●通过机床联网,可对CNC机床的程序上传与下载,实现远程通讯。
●对于并口通讯CNC机床,可以远程进行参数的修改,并备份机床参数。
●多重目录列表功能,DNC系统在机床控制面板上就可以查询DNC服务器上的程序列表,并可直接进行远程调用。
●远程请求,机床操作员直接在机床控制面板上可以下载所需要的加工程序。
2.3DNC设计原则
2.3.1实用性
以用户需求为驱动的理念,不将一些无用的技术作为炫耀,也不能将未经用户验证的功能作为宣传造势。
DNC所有的功能,均是在用户需求中提取,在用户实践中完善。
实用性不仅表现在满足现在的基本需求,更体现在为未来发展打下坚实的基础。
2.3.2易操作性
DNC面向操作工和工艺员所设计的标注方式的下载查询,全面的信息反馈、各种嵌入式功能、符合PDM理念的管理,使得各种操作简单易学。
2.3.3安全性
DNC系统在数据、系统安全方面必须重点保证,采用高质量的硬件设备和额外的串口光隔离放大器对生产设备进行保护,软件方面除具备与其它DNC软件相同的字符级别的多重校验机制外,更有着以下独特的安全机制:
●嵌入式文件比较,DNC通讯安全的最高境界。
●嵌入式DNC在线加工,真正的分布式控制技术,设备在线加工过程与网络无关,是DNC系统零风险的最佳结构。
●双机热备,系统之间的自动切换,保证您的DNC网络无宕机之忧。
●基于数据库的文件管理的自动定期备份与恢复,最可靠的安全机制。
●完善的防病毒机制,杜绝病毒的侵入。
2.3.4扩展性
随着实践的深入与技术的进步,DNC在系统扩展应用方面更要考虑再用户需求之前,各种嵌入式功能设计,基于以太网模式入网模式,各种参数化设计保证您的DNC系统,无论是规模的扩展、还是应用的扩展,它都能应付自如。
2.3.5集成性
统一数据库技术,消息平台机制、接口函数使用,保证DNC系统与其它应用系统的集成可以实现。
2.3.6保密性
基于信息网络,DNC需要建立安全可靠的应用系统运行环境,并根据数据的保密要求,采用以下措施,以保证数据不被他人非法访问:
●数据库的登陆验证机制。
●DNC系统三级权限管理。
●三员管理
●数控程序所有者的密码控制。
●数控端下载操作的口令失效时限。
三.DNC网络拓扑
根据当前的网络分布情况以及将来发展规划的分析,我们建议贵方可以采纳如下网络建设方案,说明如下:
将DNC应用服务器APPServer与DB数据库服务器单独分开,各厂房通过光纤将整个公司联成一个局域网,在各管理终端部署一些客户端即可实时查询、统计设备状态,进行NC程序管理等。
服务器构架如下图所示:
系统总体架构如下图所示:
三.硬件组成:
1MDC、DNC服务器与工控机:
数据库服务器:
序号
品牌
处理器
内存
硬盘
网卡
备注
1
研华
IntelXeon
E5-2600V4系列
CPU双处理器
32GB
1T四块,
RAID5
4
千兆
数据采集服务器。
采用ASMB系列主板。
工控机:
序号
品牌
处理器
内存
硬盘
用途
备注
1
研华
Intel(R)Core(TM)
I7-4770SCPU
@3.10GHz3.10GHz
16GB
1T四块,
RAID5
MES总控室
工控机
MES系统本地备份,转存服务器。
采用ASMB系列主板。
2
研华
Intel(R)Core(TM)
i5-2400CPU
@3.10GHz3.10GHz
8GB
1T
现场工控机
2通讯服务器:
软件特性:
协议:
ICMP,IP,TCP,UDP,DHCP,BootP,Telnet,DNS,SNMP,HTTP,SMTP,SNTP
工具:
NportAdministratorforWindows95/98/ME/NT/2000/XP/2003,RealCOM/TTY驱动,LinuxRealTTY驱动
配置:
浏览器,串口telnetconsole口,或者Windows工具
电源要求
电源输入:
100到240VAC,47到63HZ,或者12-48VDC
电源消耗:
5610-16:
200mAfor100V,130mAfor240V
机械规格
材料:
SECC金属外壳(1mm)
环境
操作温度:
0~55℃,5~95%RH
通过认证:
EMC:
FCC,CE
安全性:
UL,CUL,TǙV
3传输电缆(串行信号的传输介质):
3.1网线采用双屏蔽超五类双绞线(STP)。
3.2现场施工采用标准接口线和工程化装配式连接,无需现场焊接。
3.3DNC网线合理布局,通过桥架或专用电缆管全部接入设备的电气柜,通讯电缆与动力电缆的间距不小于20厘米。
3.4网线的屏蔽接地可以有效地解决车间现场电磁环境对线路产生的干扰,每条网线的两端(设备与Nport5110间)均应有单独的接地点(不可使用电源零线和避雷线),接地电阻应小于0.5Ω。
4交换机
如果交换机放置在车间现场,则推荐使用可靠性较高的企业级可管理交换机,采用级连方式的交换机之间距离不应超过100米,且交换机的级连数不应超过4级。
选用交换机:
序号
品牌
工业等级
类别
用途
备注
1
MOXA
工业级以太网交换机
非网管型
网络端口扩展
端口数量根据现场确定
5RJ45的接口制作严格按照EIA/TIA568A或568B布线标准制作。
568A标准:
绿白-1,绿-2,橙白-3,蓝-4,蓝白-5,橙-6,棕白-7,棕-8
568B标准:
橙白-1,橙-2,绿白-3,蓝-4,蓝白-5,绿-6,棕白-7,棕-8
四.软件平台
1.操作系统:
MicrosoftWindows2000/XP
2.后台数据库:
Oracle9I/10G/11G,MicrosoftSQLServer2X
3.开发工具:
Microsoft.NET
4.局域网络协议:
TCP/IP协议
5.DNC网络协议:
RS-232串口协议、TCP/IP协议
6.应用软件
软件名称
节点数
DNC(程序通讯)
6
mDC(加工采集)
14
NCMS(程序管理模块)
1
STAT(数据统计模块)
1
五.程序通讯部分
NC程序通讯是DNC网络管理的基本功能,也是许多扩展应用的基础,我们的DNC网络监控系统具备以下标准功能和扩展功能,以满足网络监控的现场需求。
标准功能:
1.客户/服务器结构:
NC程序的上传、下载、比较等均在生产设备端完成,相互之间互不干扰;服务器端根据请求提供所有服务,全部实现无人值守,自动运行。
2.后台数据库
NC代码、加工信息等均存储于数据库中,是实现与PDM、MES系统无缝集成的基础,支持SQL、ORACLE、ACCESS等。
3.数量与距离:
采用最先进的通讯技术,每台计算机能管理生产设备的数量已不再受到任何限制(早已突破了XP等系统对串口数量的256的限制),RS-232转TCP/IP也不受通讯距离的限制。
4.交互式事件响应机制:
数控端的每一项操作都会有反馈消息,数控端能够得到最全面的帮助。
程序传输能生成报告,对于远程程序传输,能明确地知道程序是否有效地传到生产设备中。
5.WEB结构的管理模块,可以通过内部网、英特网查询系统运行状态;
6.服务器全局配置功能,在服务器上对各种参数进行修改和其他系统设置,可以在全局范围内发生应用,整个系统都会相应自动更新;
7.数控系统与通讯协议:
支持国内外各种数控系统(如FANUC,SIEMENS,华中数控系统、广州数控、国产线切割,等离子切割,激光切割机等)以及多种常用的串行通讯协议(232/422/485)、TCP/IP、无线通讯等,还可以定制特定的通讯协议。
8.数据通讯安全:
代码校验、字符串匹配、文件完整性检验、嵌入式文件比较、双机热备等多重安全机制,是数据通讯安全级别的最高境界,是数控车间最为实用的功能。
提供错误调试窗口,出现错误可方便进行分析,帮助用户快速解决系统通讯故障。
9.名称与程序号的自动转换:
NC程序名称实现长文件名管理,并嵌入到DNC系统中,在程序传输时与程序号自动转换,实现程序名称规范化管理。
10.查询与下载:
在NC程序中按规定书写注释字符,NC程序从生产设备端上传到服务器时,计算机将自动将此文件按注释符内容进行处理。
支持程序批量下载。
11.数据共享:
操作工可在本地生产设备访问其它生产设备,方便零件的转移加工,收件箱、发件箱、参数箱、分组等满足现场应用。
12.DNC在线加工:
专为在线加工设计的集中管理、分散控制模式的DNC系统,保证DNC系统稳定可靠。
支持多机同时在线加工、多级子程序嵌套调用、断点续传、程序重开。
13.传输内容:
不仅可以传输NC程序,也可以传输设备参数、刀补文件等内容;不仅可以传输ASCII文本文件,还可以传输象DXF、DWG、BMP、WORD等二进制格式化代码文件,大大丰富了DNC系统的功能应用。
14.传输方式:
NC程序的下载方式多种多样,既可以下载设备目录下的NC程序,也可以下载零件程序目录下的NC程序;既可以采用直接方式下载,也可以采用查询方式下载,还可以采用任务队列的方式固定下载,应用灵活方便。
15.条码技术:
支持条码阅读器,可采用条码阅读器请求NC程序下载,方便实用。
16.通讯日志:
服务器端可记录工作者所有传输操作过程,该记录信息可以进行分类查询。
17.系统参数化:
系统全面实现参数化配置,可以通过参数配置的方式实现现场错综复杂的各种应用需求,而无须再去修改系统应用程序。
同时,软件具有全局设计与通讯参数自动备份技术,客户在移机或重装系统时,系统智能恢复。
18.短信通技术:
当系统出现故障,可以通过短信通向相关人员报告;也可以通过短信通请求NC程序的下载。
19.系统集成:
本系统可以方便地与PDM、MES、ERP等系统进行无缝集成,还可以与对刀仪系统(关联到工具管理系统)、三坐标测量机(关联到SPC系统)等系统进行全面的数据集成,目前在这些方面均有成功的典范。
20.嵌入式文件比较:
NC程序上传到数控系统后,在计算机端自动与设备程序库和零件程序库中的同名程序进行内容比较,并将比较结果下传到设备,让操作工在设备端就知道上传正确与否。
21.业务系统与数据库的分离:
真正做到DNC与数据库的分离,DNC服务器与数据库服务器可以是两个不同的服务器,同时考虑了网络不通畅时的应急方案,系统稳定可靠。
22.安全通信策略:
1.DNC网络采取专用网络,与外网隔离。
2.将设备上的U口、光驱等外设禁止使用。
3.DNC服务器安装可靠杀毒软件,设置安全防火墙,条件允许下所有具有局域网络接口的设备安装可靠杀毒软件。
4.不采用文件共享模式来上传下送NC程序,而是采用SOCKET协议来发送。
六.NCMS数控程序集成管理
数控程序是企业非常重要的资源,它是产品数据的一个独特部分,NCMS系统基于PDM的管理概念,抛弃传统过时的文件管理方式,采用完全的数据库管理模式,对NC程序进行全寿命周期管理,对于加工程序,从创建、编辑、校对、审核、试切、定型、归档、使用直到删除,INTEG-NCMS均有详细的记录,进行严格的流程管理,并可进行逆向查询处理。
6.1总体数据架构说明
为了数据的安全控制,DNC数据管理服务功能架构不能使用两层的C/S架构,而要采用三层体系架构:
客户端<->DNC数据管理服务端<->NC源数据库(C1ient-Server-DataBase)。
用户采用客户端程序、DNC数据管理服务端交互,实现对NC源数据库中数据的访问,禁止通过客户端程直接实现对NC源数据库中数据的访问。
6.2NC程序编码系统
NC程序编码是NC程序管理的基础,企业必须首先制定一套NC程序的编码系统,以方便对NC程序进行集中化管理。
目前,我们推荐企业采用零件目录树的方式对NC程序进行编码,其中加入设备类别、工序、工步等信息。
6.3程序编辑管理功能
●程序编辑●程序添加●程序更名●程序删除
●程序比较●程序行号管理●程序字符转换●程序格式自动转换
●程序坐标转换●加工数据提取●程序打印●程序模拟仿真
6.4保密安全管理
6.4.1用户权限管理
用户权限管理主要是给每个用户设置不同的NC程序管理权限,以避免程序管理员对NC的程序进行误编辑、误删除、误查看等,体现责任分清。
本系统的权限是分角色来管理的,可以细致到每种角色可以控制的每台设备程序、每个零件程序的新建、导入、导出、删除、编辑、查看的所有权限,也可以对其对于各种界面菜单功能的操作权限进行设置。
系统涉及的人员信息与组织机构信息可从人力资源系统同步读取,当人力资源系统中人员与组织机构倍息发生变动时,DNC系统中人员与组织机构信息同步更新。
DNC系统人员权限按岗位进行授权,人员与岗位关联,人员到岗自动获取相应权限,人员离岗,自动回收权限。
6.4.2用户身份鉴别与访问控制
●与企业的应用系统门户集成,实现用户身份标识与鉴别。
●具备登录失败处理功能,登录失败次数超过5次,可采取锁定用户和自动退出措施。
●用户应用系统空闲操作的时间(通常为10min以内)超过规定值时,应对用户重新进行身份鉴别。
●用户账号登录系统鉴别尝试失败次数连续达到5次,应将该用户锁定,且将有关信息形成审计事件并告警。
●当用户账号被系统锁定,只能由安全保密管理员解锁,禁止通过其他途径解锁。
●用户权限控制:
授予不同用户完成各自承担任务所需的最小权限,并形成相互制约的关系,限定用户只能执行权限范围内的操作,访问其授权范围内的数据,特别是在禁止高密低传方面,应能禁止低密级人员访问、接收高密级涉密信息。
●会话连接数控制:
采用资源控制技术,限制系统的最大并发会话连接数,及对单个账户的多重并发会话限制。
6.4.3建立三员分权管理
系统内权限设置应当相互独立、相互制约;三员登陆应采用CA证书+PIN码的方式;禁止存在最高权限的超级管理员;三员职责具体如下:
系统管理员权限要求:
负责系统管理工作,即登录到系统内部进行系统管理工作。
1)维护系统普通用户信息(包括组织结构),包括增加、删除、修改用户基本信息,但不能修改普通用户密码。
2)负责系统参数的初始化(如logo、界面风格设置等)。
3)系统基础数据、业务流程、功能的维护,包括上线前的初始化后和运行阶段的变更。
安全保密管理员权限要求:
负责系统日常安全保密管理工作,主要包括系统内部的用户权限分配及调整、系统用户操作日志审计等内容。
1)维护普通用户的权限,包括分配、变更、收回权限。
2)对被系统锁定的用户执行解锁操作。
3)负责应用系统内用户的操作日志审查分析工作。
4)负责对“安全审计员”的操作日志进行审查分析。
安全审计管理员权限要求:
负责对系统管理员、安全保密管理员的操作行为进行审计、跟踪分析和监督检查,以及时发现违规行为。
6.4.4安全日志审计功能
实现安全审计日志对系统内发生的各种与安全有关的活动的相关信息进行识别、记录、存储和分析,能够为安全事件的事后追查提供信息支持。
审计日志至少保存6个月。
具体如下:
1)审计范围应包括:
系统的启动和关闭,以及其他与系统安全有关的事件或专门定义的可审计事件。
2)审计信息齐全,可读性好,审计记录中应包括事件发生的时间、地址、类型、主体、客体和结果(成功或失败)等相关信息。
3)审计记录的行为中应只说明操作人的操作行为,如登录系统、读取文件等,但不应包括具体的内容,如文件内容、登录口令等。
4)审计日志应具备筛选、搜索、排序、各份等功能,方便管理员审计。
5)审计日志至少能保存6个月。
6)对三员行为和操作进行审计的内容应具体包括:
●系统管理员实施的操作:
如用户的创建、修改、注销、删除,系统参数的初始化,系统基础数据、业务流程、功能的定义等。
●安全保密管理员实施的操作:
如用户权限的分配、变更、回收,解除对用户的锁定,对审计日志(一般操作员和安全审计员的操作信息)执行的查询、各份操作。
●安全审计员实施的操作:
如审计日志的查询、备份等操作。
6.5程序流程管理
在本系统中将对NC程序的整个生命周期进行严格的管理,从NC程序的生成开始到NC程序的最终消亡都提供一套严格的管理手段。
包括:
流程元素的定义管理:
系统管理员应根据企业的实际情况,在系统构建时定义适当的流程元素。
流程模板的定义管理:
系统管理员应根据企业的实际情况,在系统构建时定义适当的流程模板。
流程任务模板及执行人:
每个流程执行之前,应选择一个合适的流程模板,并确定流程执行人。
流程任务的执行:
●用户可在“我的任务”内启动流程任务的执行,根据程序检查结果确定此程序是返回给程序的编制人员修改还是继续完成下面的流程。
●一个流程可附带多个NC程序进行审签。
●启动流程审批时,如果没有附属文档,提醒业务人员导入附属文档。
●当执行保密审批流程时,流程结束后,可自动将NC程序传递给隔离交换平台,后续将NC程序能够传递至生产设备网络中。
任务的委托管理:
任务委托:
当任务责任人由于某种原因不能完成此任务,此时他可以使用委托功能,将此任务委托给其它同事处理,委托后,此任务将自动转到被委托人的任务栏内。
任务委托可分为:
●单个任务委托:
任务较多,不能及时完成时使用。
●全部任务委托:
特殊原因不能完成全部任务时使用。
●任务自动委托:
因出差等原因,不能完成任务时使用。
七.远程监控与加工信息采集部分
传统意义上的DNC系统(即狭义DNC)只注重NC程序的传输与管理,而广义DNC的概念是将生产设备作为一个信息的节点,将其纳入到企业整体信息化的管理中,实时、准确、自动的为整个信息系统提供及时、有效、真实的数据,以实现管理层与执行层信息的交流和协同工作。
在应用各类设备加工产品的生产活动中,生产设备发生的典型生产活动事件所花费的时间对生产设备利用率有着直接的影响,因而也就直接影响了生产车间的生产率。
为此,首先应对设备“生产活动时间”和它们之间的关系进行规范与定义:
1)自动采集方式:
根据自动采集方式的差异,简列可实现如下功能:
通讯采集方式
功能要求
业务描述
备注
组态软件
设备状态
关机、空闲、加工、故障
所有带PLC的工控设备均可采用此方式,前提条件是明白PLC中各位置的含义。
运行参数
只要PLC中有此信息即可采集。
各类开关量信息:
如开关切削液,换刀,开关门等。
各类模拟量信息:
如温度,压力,主轴负载(通过主轴负载最大值判断超负荷运转)等。
报警信息
报警:
故障号,故障信息
采集模块
设备状态
关机、空闲、加工、故障
适合特殊的无串口和局域网系统,如焊机、机器人、切割机
运行参数
各类开关量信息:
如开关切削液,换刀,开关门等。
各类模拟量信息:
如温度,压力,主轴负载(通过主轴负载最大值判断超负荷运转)等。
报警信息
报警(无报警号)
八.加工信息统计功能说明
加工统计决策支持系统主要功能如下:
●设备实际循环加工记录查询;见表1。
由此实际加工记录内容,我们可以考察单件实际加工时间、两件间的实际间隔时间(实际就是两件间的准备工时),以及单件加工时间和间隔时间是否稳定,并且可以通过比较与零件标准工时、相同零件在不同设备和不同操作工及不同工作时段间的差异,并由此可以挖掘很多有意义的信息。
此单件工时完全可以作为车间实际工时调整的重要依据。
●设备关机、空闲、加工时间统计,见下图。
其中灰色表示关机状态,黄色代表空闲状态,绿色或蓝色代表运行状态,下同。
由此设备关机、空闲和加工时间矩形图统计显示
可以形象地展示加工时间所占的比例关系。
可以在此图上根据不同设备类型划定一个合格线,高于合格线有奖,低于合格线有罚,由此建立起有效的奖罚管理制度。
●设备利用率、完好率、完好率、合格品率、OEE、OPE等统计;
这几项统计应该是生产决策支持系统最核心的统计内容,特别是OEE的统计是一个追求总体设备效率最为关心的内容,一般来说,OEE的计算公式为:
OEE=时间开动率×性能开动率×合格品率
其实,计算OEE并非本系统的目的,当我们分析OEE的高低时,更
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