自-CAXA网络DNC与PDM、MES的集成

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1、西航:CAXA网络DN C与PDM、MES的集成公司背景中国一航西安航空发动机（集团）有限公司（简称“西航集团公司”）始建于1958年,是中国大型航空发动机制造基地和国家1 0 00家大型企业集团之一。公司现有工程技术人员2500多名,拥有各种国内外先进的冷、热加工设备和计量测试设备4000余台（套），先后取得了 150多项省、部级以上科研成果奖。研制生产了涡轮喷气发动机、涡轮发电装置、涡轮风扇 发动机、燃气轮机。公司的质量体系通过了IS09 0 00系列标准认证。公司被列为国家863 计划CIMS工程应用示范企业。公司还分别与英国罗罗公司、美国普惠公司和以色列叶片技术公司、德国巴克杜尔公司建

2、立了三家合资公司;与众多国际著名的航空企业建立了稳固的合作关系，外贸创汇连续多 年位居国内同行首位。公司产品开发形成了以剑杆织机、高速线材精轧机组、燃气轮机、风力发电机组、石化设备、铝型材等为主导、涉及众多行业的高技术、高附加值、多元化的产品群。公司的质量体系通过了 IS0 900 0系列标准认证。公司被列为国家863计划CIMS工 程应用示范企业。西航集团公司在信息化建设上，已完成企业专用园区网络建设,接入计算机300 0多台;CAD/CAM/CAPP/CAE数字化制造技术已经得到深入应用；已搭建公司OA系统、车 间管理系统等企业管理信息系统；公司的ERP系统正在分步实施；PDM系统正在建设

3、中;A MRO系统一期已经实施完成，目前正在进行第二期的实施工作。DNC系统联网已超过30 0 多台设备，目前仍在进一步扩展。企业需求在实施DNC系统之前，企业内部设备加工数据传输/管理存在如下问题：1.传输方式落后、传输效率低下：1）采用笔记本一对一的传输方式； 2）采用台式计算机一对一传输方式； 3） 传输软件和传输介质不统2 .数控程序管理混乱，没有可追溯性3. 无法实现信息系统间的有效集成4. 不安全因素多0 4年公司启动车间DNC系统选型，在经过了对多家国内外供应商比较后,最终与CAXA签署了第一个54节点车间网络DNC合同。其后CAXA- DNC系统在公司内陆续扩点，到0 7年底系

4、统集团设备接入DNC系统数量已经超过了30 0多台。考虑到公司各部门需求的不同及公司整体信息化的需求，归纳总结出公司对网络DNC的需求：1.加工代码/设备参数等网络化传输2实现一对多的网络化传输3.实现数控程序传输24小时响应4实现对叶片的不间断在线加工5 .实现分布式远距离传输6.提高数控的传输效率和准确性7 .代码等文档的流程化管理8.基于权限和角色对数控程序的编制过程进行流程化管理9对数控程序进行版本化管理10.设备加工信息采集11对机床运行时的加工信息进行反馈和采集，以便反映出机床的利用率、加工工时等关 键信息12.网络DNC需要支持西航集团今后达到100 0台数控设备网络13. DN

5、C 系统与 PDM(UGS Teamce nter En gi neeri ng)、MES (西工大 MES)系统的集成本文重点介绍最后一项:DNC系统与PDM、MES系统的集成。DNC系统与PDM、MES集成架构州先产小搞卷E毎弹号，丄洋号.Q* 号 丰冋釦茹，I.芒IS程細段块DMC采集模址图1 DNC与PDM、MES集成框图上图中，DNC管理模块、DNC通信模块、DNC采集模块、MES系统都属于服务器/客户 端的系统。系统集成关键技术方案实施普通PDM服务器可支持的并行登陆客户端理论数量为数百人，但在大文档并行文件传输能力上要弱很多。因为通常情况下，一个企业中不可能发生数百名设计员和工艺

6、员同时上传或下载大文档的现象。对于数控加工来说，这种现象则很常见，如上班的头1小时中，所有的数控机床操作工同时从服务器下载当天需要加工程序，这很容易造成网络拥堵。CAXA就此问题米用虚拟技术进行过测试，以5 0 0点并发3兆文档，发现目前没有哪种PDM单服务器系统能够支撑，多服 务器系统要做到实时双向数据同步也是非常困难。鉴于西航集团企业规模和数控机床未来数量考量（目前近6 0 0台，未来肯定超过千台的量级），必须要求PDM服务器与下属DNC管理服务器、DNC通信服务器中的文档必须实现单向实时传递。这是一种超大规模的实施文件同步技术。属于目前信息化技术中的难点！标准DNC、PDM代码文档传递流

7、程:一.书曲专冃如丄I旳网O Wit玉CAXflLJNC（T） L图2标准DNC与PDM之间文档传递流程代码文档集中存储在PDM文档服务器。1 工艺员一一登陆PDM服务器，在PDM管理下作代码编程,代码文档上传机制只有两步（PDM客户端到P DM服务器端），按企业工艺人员总数推算，同时登陆的人员约30%,如果企业工 艺员500人，30%即15 0同时在线，其中按有可能发生同时上传代码人员最大几率5 0 %计算，约 75个并发上传任务。这对PDM服务器来说负担绝对没有问题。2操作工一一登陆机床界面，从PDM服务器获取代码。按千台数控设备，操作工100 0人计算,每天上班第一件事就是调用加工代码，

8、因此同时从PDM调用代码的几率约90%以上，按9 0%计算为90 0个点并发下载任务。如果每个操作工任务平均代码量为5兆（如果叶片精加工，代码可达 40兆以上），PDM服务器将在短时间内将有4.5G的文档要下载。3 主干网负担一一操作工的下载任务负担+工艺员上传负担+企业0 A任务负担+管理人员使 用ERP的负担，这样企业在上班后的一个小事内主干网堵塞的可能性巨大!这对于靠PDM提供 程序加工的大量机床来说，是非常严重的事情。看来要解决西航集团公司主干堵塞的问题，最主要是解决操作工并行下载问题。从工艺人员和机床操作工数量比值看,如果将工艺员上传代码文档的路径延长，如当工艺员向 PDM服务器上传

9、文档时,同时由PD M服务器自动向下级分厂DNC管理服务器下发,DNC管理 服务器继续向下级车间DNC通信服务器下发。这样当操作工需要数据时，直接从距离其最近的车 间服务器下载，这时数据的传递已经不走企业主干网，而是车间内的局域网。如此可将原来每天 上班后1小时内，主干网负担解决。改进后DNC、PDM文档传递框图:斗囹am*图3改进的DNC与PDM之间文档传递流程从上图看，由于工艺人员上传文档时，路经延伸，似乎对主干网负担加重，但由于工艺员的数量比操作工少很多、工艺员同时上传文档的几率比操作工同时下载的几率小很多，因此这样改进 比较合理。多服务器架构数据同步问题的解决西航集团DNC网络三级服务

10、器架构，如果要实现数据同步，以现有的PDM文档管理技术解TOM0 UMifllhXA UIImrAXA 再WiWAXA LW3U；CAXACWC-TI!* 衆帶臨L服界卑AW f；： GUM ：汕址* CJiM -；吧罕CMXA Q 号 J设备一；工可土桔千号町r ax小却|鶴弘 匸孰匚S JT巴决并不难，困难的是各服务器数据实时同步。图4多级服务器架构西航集团数控加工中，大多数操作工只需要下载加工代码，不需要上传。因此各服务器的数 据同步可以看作单向同步，即工艺员修改了 P DM服务器上的文档后，从PDM服务器向下各服务 器的单向传递同步。由于前述并行问题的解决,改变了文档传递流程。当P D

11、M服务器上的代码文档发生变化时， 应导致下属两级服务器发生链式反应变化，最终让数千台数控设备在需要数据时,从就近服务器 上获得数据，这样才能就保证了数据的单向实时同步，操作工下载的永远是最新的加工代码。如果在产品试制阶段，需要从机床回传代码到服务器。机床回传的代码首先到达DNC通信 服务器，再由DNC通信服务器自动回传给DNC管理服务器。由于DNC管理服务器和DNC通 信服务器的发送和接收文件夹是分开的，因此机床回传的代码文件不会覆盖发送文件。当工艺员 核准回传的文件无误，才可以将机床回传的文件手动上传PDM服务器。故从应用模式看，回传 文档没有同步问题。服务器架构的数据集中与分散机制（分布式

12、数据冗余保证）标准的分布式文档管理，是将文档在PDM总服务器上进行虚拟的管理，让用户看到的是一个整体库，实际上文档按区分布到各个文档服务器上。这种方式总服务器上只有部分文档或完全 没有文档，文档都分散存储在各个服务器，数据不具备冗余性。如果需要冗余，往往只能采用定时 同步以保证数据的唯一性。西航集团由于其加工零部件的重要性，要求数据必须具有冗余，因此在系统集成中，集团PD M服务器上应具有全部的数据、同时分厂的D NC管理服务器上具有集团P DM服务器中该分厂 区块下的所有数据，车间DNC通信服务器上具有该分厂D NC管理服务器中该车间区块下的数 据，以此保证整个企业三级架构中的数据冗余。任何

13、一个节点出现丢失，其上下节点层都还保存有 它的完整数据。上述多服务器架构原理，已经能保证这种数据冗余特点。DNC服务器与PDM服务器上的文档结构树一致性机制为保证DNC服务器与PDM服务器上文档的一致，必须在DNC服务器上建立与PDM服 务器一致的文档结构树。一般DNC系统不提供产品结构树（大多数属于文件夹管理模式），而P DM的结构很复杂，因此在DNC和P DM集成中，需要改造DNC的产品结构树。CAXA网络DNC管理系统提供产品结构树,且具备批量导入设计/工艺文件（DWG、EXB 等）并根据文件属性自动创建产品结构树的功能。但原始产品结构树的最小节点为“零件”，这样 必须根据西航集团公司的

14、情况对其进行改造。L+兰1脊号XII-K-I图5 PDM与DNC产品结构改造结果:在DNC的文件中增加工艺规程版本号、工序号、机床号属性。DNC可根据PDM提供的产品型号、零部件号、工艺规程版本号、工序号、机床型号、代 码名称自动创建产品结构树的节点和文件属性。接口文件更新覆盖机制PDM文档向DNC传递时，DNC需要在DNC接口中开发两个机制:文件写入和删除。文件写入机制：I检索一一需要按型号、部件、零件、代码文件名称、工艺规程版本号、工序号、机床型号检 索代码。2判断文档是否已经存在，如不存在需要新建该文档，并将文档载入，同时将将PDM传 递的文档路径、工艺规程号、工序号、机床型号作为文档属

15、性写入。3 覆盖一一文档已经存在，按覆盖载入，同时将将PDM传递的文档路径、工艺规程号、工 序号、机床型号作为文档属性写入。并更新文档写入时间、版本号。删除机制:1 检索一一需要按型号、部件、零件、代码文件名称、工艺规程版本号、工序号、机床型号检索代码。2.删除一一删除文件,同时在 DNC 日志中记录该删除操作,包含删除时间、删除人。接口网路传递过稈保护及告警机制PDM文档修改后，系统将PDM中变化的文档，向DNC文档传输过程中有多个问题存在：I传输起始,网络故障处理一一针对网路临时阻塞或长时中断的处理2.传输起始，对方接口服务不存在的处理3传输起始，对方接口权限不足情况处理4传输过程中，网络

16、故障处理一一针对临时中断或长时间中断的处理5. 传输起始,对方接口服务不存在的处理针对上述种问题,必须建立一套文档传输保护及报警机制。传递过程中，由DNC接口函数处理网络状态，如果发现网络故障，返回给PDM网络错误信 息。如果网络正常,进入传输，传输过程中发生网络故障，需要在公共中间表中加入未完成信息DNC接口需要否有未传输文档及传输不完全文档存在，如果有则实时监测与PDM服务器 网络连接状况，当网络连接正常，需要重新触发数据传输。同时需要的功能还有：当发现服务不存在，还需要重新启动对方接口服务的机制以及对方 接口权限不足需要告警的机制。同理在DN C系统和MES之间也要建立类似的数据传保护及

17、告警机制:当DN C管理模块向DNC通信模块下发代码时，如果网络出现故障，需向MES发送告警信息，同时启用断点续传等功 能支持进行处理。DNC传输系统与MES系统的数据交换数据交换机理:MES负责工序的派工计划，当车间生产调度人员将某道工序派往某台机床时, 需要向DNC系统传送一个信息：该工序的零件号、工艺规程编号、工序号、设备号。DNC接 收了该信息后，需要根据零件号、工艺规程编号、工序号三个条件，在产品结构树下检索到该零件 节点，并在该节点下根据工艺规程编号、工序号、设备号检索加工代码（按代码属性检索），检索 到后将这些代码传送到DNC通信服务器相应的设备节点下。DNC系统与MES接口设计

18、：图6 DNC与MES接口框图DNC数据采集模块与M E S的数据交换在实施西航集团DNC与PDM、M ES集成项目前,CAXA-D NC标准数据采集模块为单机模式，数据库架构如下图:图7 DNC采集模块数据架构可以看出上图的架构虽然适合高速数据采集，但不适合西航集团的现有的多级分布式架构。为适合西航集团的大规模多级分布式架构，重新为西航集团设计采集架构：fNW 逼mu fri25cr1r，打 Id.;)1止总團血血也血LlJCiHU!77凹口叱刃立取无St烛鼻色由画兰世壷世世.；：t：Jl tri门:勺亠!Lifc4图8 DNC采集模块与MES系统结构改进图采用上述结构后,无论采用网卡采集的

19、机床、通过加装硬件传感器进行采集的机床还是直接 使用串口代码反馈的机床，都可以将采集到的数据写入统一数据库并在计算后提供给MES使用。方案实施效果I实现了 PDM中的加工数据与DNC中加工数据的实时单向同步；2在大规模数控加工中实现实际并行30 0台以上，理论并行可达千台。3在大规模数控加工中降低了企业主干网络的负担，并保证了数控机床能够及时获得加工 所需数据；消除了网络拥堵造成的机床下载迟滞问题以及企业主干网突发中断造成的加工中断问 题!4获得了生产加工数据的多级冗余，保证了企业数据安全。5.DNC与MES的集成实现了车间计划指令与机床的物理关联，同时机床的生产状态能及时反馈给MES，为MES的工序加工计划提供可靠的依据。