DNC(Distributed Numerical Control) 稱(chēng)為分布式數(shù)控，是網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機(jī)床常用的制造術(shù)語(yǔ)。其本質(zhì)是計(jì)算機(jī)與具有數(shù)控裝置的機(jī)床群使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的分布在車(chē)間中的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō) 就像一個(gè)統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)對(duì)多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動(dòng)態(tài)的分配數(shù)控加工任務(wù)給任一加工設(shè)備。是提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本的有力手段，是未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

DNC的發(fā)展歷史

1.1960~1980年
由于當(dāng)時(shí)的數(shù)控設(shè)備只有容量非常小的磁泡存儲(chǔ)設(shè)備，采用紙帶機(jī)讀取編寫(xiě)的加工程序。而紙帶機(jī)的誤碼率、故障率都很高，為了保證加工的正常進(jìn)行，數(shù)控設(shè)備(NC)直接連接到計(jì)算機(jī)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)加工程序進(jìn)行傳輸。

2.1980~
由于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控設(shè)備也迎來(lái)了飛速發(fā)展期。通過(guò)規(guī)范的統(tǒng)一接口（早期通常是RS-232-C，后期通用以太網(wǎng)接口也廣泛應(yīng)用）將一臺(tái)或者多臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控設(shè)備(CNC)與個(gè)人計(jì)算機(jī)或者小型機(jī)鏈接在一起，對(duì)加工程序進(jìn)行傳輸和管理。

DNC(Direct numerical control)的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1. 一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)床，因而能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能。

2.  把零件加工程序存入直接數(shù)控計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器后，即可由計(jì)算機(jī)直接控制機(jī)床，在整個(gè)加工過(guò)程中不需要讀帶機(jī)參與工作，提高了系統(tǒng)的工作可靠性，因?yàn)樵跀?shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中有75%的故障來(lái)源于讀帶機(jī)。

3. 作為直接數(shù)控計(jì)算機(jī)終端的數(shù)控或計(jì)算機(jī)CNC的臺(tái)數(shù)可隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)作相應(yīng)的增減，并且能使它們同時(shí)加工同一種零件，或分別加工不同的零件，提高了系統(tǒng)的柔性，以適應(yīng)中小批量的生產(chǎn)。加工批量不大，品種規(guī)格繁多是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的一個(gè)明顯特征，且有不斷加強(qiáng)的趨勢(shì)。

4. 對(duì)車(chē)間的加工設(shè)備進(jìn)行有效的整合，提高了設(shè)備的利用率，減少了機(jī)床的輔助時(shí)間。

5. 實(shí)現(xiàn)車(chē)間的資源與信息透明化，降低了管理成本及管理難度，解決了過(guò)去對(duì)設(shè)備無(wú)法掌控的被動(dòng)局面。

6. 在直接數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上易于實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)。

DNC的作用

  設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理通訊，取代了紙質(zhì)數(shù)控程序的傳遞和手動(dòng)輸入程序的低效率。DNC 系統(tǒng)解決方案為企業(yè)搭建車(chē)間設(shè)備聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)，將設(shè)備統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)管理，大大縮短設(shè)備的程序準(zhǔn)備時(shí)間和傳輸時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的程序傳輸，幫助設(shè)備發(fā)揮大價(jià)值。 

1. 實(shí)現(xiàn)車(chē)間的*網(wǎng)絡(luò)化管理，為不同車(chē)間生產(chǎn)需求搭建多樣的車(chē)間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，消除車(chē)間數(shù)控設(shè)備之間的信息孤島。*改變以前數(shù)控設(shè)備的單機(jī)通訊方式，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的集中管理與控制。

蓋勒普DNC系統(tǒng)

2. NC程序管理更加規(guī)范化。DNC系統(tǒng)完善的程序傳輸流程、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠脩?hù)權(quán)限管理、方便的程序版本管理以及良好的可追溯性，實(shí)現(xiàn)對(duì)NC程序全生命周期的跟蹤管理。

3.大幅提高數(shù)控設(shè)備利用率，減少數(shù)控設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)間。DNC系統(tǒng)方便、可靠、全自動(dòng)的NC程序傳輸功能，可大大地提高數(shù)控設(shè)備的有效利用率。

4.產(chǎn)品質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，明顯降低產(chǎn)品廢品率。DNC系統(tǒng)可大大上避免程序錯(cuò)誤，從管理手段與措施上使產(chǎn)品質(zhì)量有了根本的保障。

5.明顯降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。服務(wù)器端無(wú)人職守、設(shè)備端全自動(dòng)遠(yuǎn)程傳輸，操作者不用離開(kāi)設(shè)備就能完成程序的遠(yuǎn)程調(diào)用、遠(yuǎn)程比較和遠(yuǎn)程上傳等全部工作，明顯減少了操作者因程序傳輸而在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)來(lái)回奔波的時(shí)間。

6.車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)更加整潔。DNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了NC程序的集中管理與集中傳輸，車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)不再需要大量的臺(tái)式計(jì)算機(jī)及桌椅板凳，取而代之的是少量美觀(guān)大方的現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏，整個(gè)車(chē)間顯得更整潔，更符合車(chē)間精益生產(chǎn)管理的要求。 

DNC的結(jié)構(gòu)

DNC系統(tǒng)是基于CORBA車(chē)間層控制系統(tǒng)的一個(gè)功能單元，現(xiàn)在的企業(yè)面對(duì)的是一個(gè)多變的需求環(huán)境，因而車(chē)間層控制系統(tǒng)面對(duì)的加工任務(wù)也是多變的。這種變化包括生產(chǎn)零件的品種、類(lèi)型、規(guī)格、產(chǎn)量和交貨期等多個(gè)因素的變化以及加工工藝路線(xiàn)隨生產(chǎn)任務(wù)的不同而變化等。這就需要一個(gè)在時(shí)間和空間上都開(kāi)放的車(chē)間層控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以運(yùn)行于不同硬件環(huán)境的異構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，同時(shí)又能適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，容納新設(shè)備的增加。

在基于CORBA的車(chē)間層控制系統(tǒng)中，構(gòu)造車(chē)間信息集成和共享的公共平臺(tái)是核心問(wèn)題之一，我們采用基于客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的分布式控制平臺(tái)(如Orbix)，既可以將傳統(tǒng)的遞階控制結(jié)構(gòu)變換成更適合信息集成的分布或控制結(jié)構(gòu)，又可適應(yīng)不同產(chǎn)品制造過(guò)程(離散制造或連續(xù)制造)中統(tǒng)一的生產(chǎn)管理和組織要求。

車(chē)間層控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為三層：底層為系統(tǒng)支持層，由分布式計(jì)算環(huán)境和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)兩個(gè)子層構(gòu)成，提供底層的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)等系統(tǒng)級(jí)功能；中間層為開(kāi)放式分布處理層，提供統(tǒng)一的集成通信服務(wù)，由開(kāi)放式分布處理平臺(tái)和應(yīng)用程序接口組成，上層為信息集成層，支持多客戶(hù)/服務(wù)器的分布式多數(shù)據(jù)庫(kù)集成系統(tǒng)，將現(xiàn)有的應(yīng)用和數(shù)據(jù)信息集成到系統(tǒng)中。為實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)的分布、數(shù)據(jù)庫(kù)的分布以及系統(tǒng)功能的分布，提出的車(chē)間層控制系統(tǒng)軟件采用基于CORBA規(guī)范的分布式對(duì)象體系結(jié)構(gòu)。

CORBA規(guī)范主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)軟件總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。所謂軟件總線(xiàn)的功能，就是起到類(lèi)似于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件總線(xiàn)的作用，只要將應(yīng)用模塊按總線(xiàn)規(guī)范作成軟插件，插入總線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)軟件總線(xiàn)的核心系統(tǒng)稱(chēng)為ORB(對(duì)象請(qǐng)求代理器)，它不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的OMG對(duì)象模型，還具有分布進(jìn)程管理和通信管理功能。此外，CORBA定義了IDL(Interface Definition Language)語(yǔ)言，以描述軟件總線(xiàn)上的插銷(xiāo)。IDL提供了對(duì)成員系統(tǒng)的封裝和成員系統(tǒng)之間隔離，若干成員系統(tǒng)作為一個(gè)對(duì)象，通過(guò)IDL對(duì)其接口參數(shù)進(jìn)行定義和說(shuō)明，就可接到ORB上，為其它系統(tǒng)提供服務(wù)或向其它系統(tǒng)提出請(qǐng)求，達(dá)到即插即用效果。

車(chē)間層控制系統(tǒng)劃分為許多獨(dú)立的功能單元，每個(gè)功能單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)包含功能接口定義和實(shí)體的抽象對(duì)象，每類(lèi)對(duì)象的接口由屬性和操作組成，由IDL定義的其它功能單元可以透明訪(fǎng)問(wèn)的服務(wù)以調(diào)用該對(duì)象的私有數(shù)據(jù)，具體功能的實(shí)現(xiàn)被封裝在實(shí)體里。我們將每類(lèi)對(duì)象按照功能劃分成若干個(gè)子對(duì)象，將其設(shè)計(jì)成為可以直接插在CORBA軟件總線(xiàn)上的對(duì)象插件。這些對(duì)象插件按照各層客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)組成整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)可以帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益，既能迅速增加對(duì)新的DBMS的應(yīng)用、增加新的用戶(hù)界面，又能升級(jí)支持各種新功能。

DNC體系結(jié)構(gòu)
基于CORBA的DNC系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)建立在車(chē)間層控制系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上。我們將DNC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)劃分為三層的客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，以將表示邏輯、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)處理邏輯明確劃分開(kāi)來(lái)。為此，表示層用來(lái)表示信息和收集數(shù)據(jù)，此處為由VB實(shí)現(xiàn)的可移植的DNC人機(jī)接口；業(yè)務(wù)層響應(yīng)用戶(hù)(或其它的業(yè)務(wù)服務(wù))發(fā)來(lái)的請(qǐng)求，執(zhí)行某種業(yè)務(wù)任務(wù)，此處為由VC++來(lái)實(shí)現(xiàn)DNC應(yīng)有程序及NC數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)的定義、維修、訪(fǎng)問(wèn)和更新以及管理，并響應(yīng)業(yè)務(wù)服務(wù)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，此處為經(jīng)IDL功能接口定義封裝的NC局部數(shù)據(jù)庫(kù)(Access)服務(wù)器。這些層并不一定與網(wǎng)絡(luò)上的具體物理位置相對(duì)應(yīng)，它們只是概念上的層，借助這些概念可以開(kāi)發(fā)出健壯的、基于組件的應(yīng)用程序。

使用圖3所示模型，可以把應(yīng)用程序的需求分解成明確定義的服務(wù)。在定義了服務(wù)之后，需要進(jìn)一步創(chuàng)建具體的物理組件來(lái)實(shí)現(xiàn)它們。根據(jù)性能和維護(hù)的需求、工作量、網(wǎng)絡(luò)帶寬以及其它因素，可以在網(wǎng)絡(luò)上靈活地部署這些組件。

DNC配置結(jié)構(gòu)
基于CORBA的車(chē)間層控制系統(tǒng)需要兩種層次的互連。第一層是利用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)和協(xié)議軟件把由異構(gòu)計(jì)算機(jī)組成的車(chē)間層控制器、設(shè)備控制器等互連起來(lái)，第二層是在這一互連的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)、各被控的異構(gòu)制造設(shè)備(如加工中心、機(jī)器人、PLC等)之間的信息交互，這種交互通過(guò)制造信息規(guī)范(MMS)實(shí)現(xiàn)。作為車(chē)間層控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，本文DNC系統(tǒng)的物理配置基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，主計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)(具有獨(dú)立IP地址的終端服務(wù)器)分別連接多臺(tái)CNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)NC程序的裝卸、刀具數(shù)據(jù)的傳遞、操作命令的下達(dá)和狀態(tài)信息的反饋。這是一種通過(guò)局域網(wǎng)連接起來(lái)的通信結(jié)構(gòu)，它具有包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層及應(yīng)用層等的四層結(jié)構(gòu)，其中數(shù)據(jù)鏈路層采用LSV2通訊協(xié)議，傳輸層采用DNC協(xié)議(如SINUMERIK或PHILIPS協(xié)議)。

實(shí)際應(yīng)用

電信設(shè)備號(hào)段

中國(guó)移動(dòng)DNC:134~139,159

中國(guó)聯(lián)通DNC:130~132(GSM)

中國(guó)電信DNC:133(C網(wǎng)),189

數(shù)據(jù)模型

DNC系統(tǒng)軟件中涉及到數(shù)據(jù)實(shí)體包含四類(lèi)：
①與制造設(shè)備硬件相關(guān)的數(shù)據(jù)實(shí)體(如機(jī)床等)；
②與人機(jī)通訊相關(guān)的數(shù)據(jù)實(shí)體(如通訊協(xié)議實(shí)體和串口通訊實(shí)體)；
③數(shù)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)體(如NC程序號(hào)、刀具號(hào)、工序號(hào))；
④輸入操作指令或派工單實(shí)體。采用面向?qū)ο蠓椒▽⑸鲜鰧?shí)體抽象成為類(lèi)，可分為能力單元類(lèi)、NC機(jī)床類(lèi)、NC控制器類(lèi)、通訊協(xié)議類(lèi)、終端服務(wù)器類(lèi)、串口通訊類(lèi)、NC程序類(lèi)等。

DNC應(yīng)用程序中的對(duì)象從這些類(lèi)中繼承下來(lái)，每個(gè)對(duì)象的方法即該對(duì)象的成員函數(shù)根據(jù)相應(yīng)的功能需求來(lái)定義。下面以NC機(jī)床類(lèi)的定義為例：

∥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();

}；

地位功能

地位

DNC系統(tǒng)作為車(chē)間層控制系統(tǒng)的一個(gè)功能單元。

功能

DNC系統(tǒng)功能包括：
①NC程序及數(shù)據(jù)的傳遞，以某種通信協(xié)議(如Philip532等)實(shí)現(xiàn)通信功能；
②機(jī)床狀態(tài)采集和上報(bào)；
③根據(jù)工序計(jì)劃，自動(dòng)分配N(xiāo)C程序及數(shù)據(jù)到相應(yīng)機(jī)床；
④刀具數(shù)據(jù)的分配與傳遞；
⑤NC 程序統(tǒng)一管理及追溯；
⑥車(chē)間數(shù)據(jù)智能化共享 。

DNC系統(tǒng)軟件的功能模型，其中NC數(shù)據(jù)管理的主要功能是對(duì)數(shù)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行管理，主要有數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的顯示、插入、修改、刪除、更新、鎖定(不允許更改)和打印等操作；NC數(shù)據(jù)執(zhí)行的主要功能有：數(shù)控?cái)?shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)和機(jī)床之間的傳送、刪除機(jī)床上的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)、啟動(dòng)機(jī)床上的數(shù)控程序、隨時(shí)從機(jī)床設(shè)備獲得工作狀態(tài)信息并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為運(yùn)行數(shù)據(jù)采集模塊評(píng)價(jià)加工過(guò)程的根據(jù)；DNC通訊接口通過(guò)DNC協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議建立單元控制系統(tǒng)和CNC的連接。

 小結(jié)

DNC的發(fā)展?fàn)顩r

目前，DNC系統(tǒng)的研究尚存在以下有待解決的技術(shù)問(wèn)題：
①DNC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性不強(qiáng)。國(guó)內(nèi)大部分DNC系統(tǒng)局限于單一供應(yīng)商的制造設(shè)備，平臺(tái)之間可移植性差，不同應(yīng)用程序互操作能力有待提高，不利于系統(tǒng)集成；
②DNC系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)多為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式，或采用局域網(wǎng)加點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式，不能很好地解決通信競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題；
③DNC系統(tǒng)與NCP和CAD的接口功能還很弱；
④DNC系統(tǒng)控制軟件可重用性不強(qiáng)，需要進(jìn)行面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本文提出了基于CORBA(通用對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu))的車(chē)間層控制系統(tǒng)中DNC系統(tǒng)，給上述問(wèn)題以很好的解答，并實(shí)現(xiàn)了軟件的編制及聯(lián)機(jī)調(diào)式。