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摘 要：介绍网络化制造的内涵以及我院工程训练中心网络化制造实验室的建设状况，阐述网络化制造实验室中的关键技术。在我院工程训练中心网络制造实验室实施完成的基础上，阐述该实验室的应用状况和软件实现体系，并对优化教学模式进行探索。
关键词：网络制造；实验室；建设；优化
近几年来，国家加大了对教育的投入，使批量的教学设备进入了实验室，华中科技大学、湖北工业大学等相继组建网络加工实验室，我校机电综合工程训练中心也引进了许多先进的数控设备用于教学实习。随着数控设备数量和品种的增加，如何加强对这些设备的管理进行合理配置在数控技术教学过程中使学生能与时俱进、满足未来信息化的要求方面己成为目前面临的重要课题。
一、国内外研究现状
60年代后期工艺设计系统的研究开始兴起，1969年挪威推出第一个工艺设计系统即AUTOPROS系统，1973年正式推出商品化AUTOPROS系统。美国是1960年左右开始的工艺设计系统研究，1976年CAM-l公司推出了CAM-I系统，在工艺设计系统发展史具有里程碑式的意义。随着计算机及其相关技术的发展，新技术如AI、神经网络算法、推理机等不断地被应用在工艺设计系统的研发。同时以三维实体建模技术、CAM ，CAE为代表的设计、制造、分析和管理单元产品的发展与成熟，使工艺设计系统开始朝着集成化与并行化、网络化、智能化、工具化、体系结构分布式和构件化的方向发展。
我国对工艺设计系统的研究始于20世纪80年代初，1982年同济大学推出了辰生式系统TOJICAPP。随后在国家863/CIMS计划及“甩图板”工程的支持推动下，掀起了国内研究LAPP的热潮，相继推出了多款成熟的LAPP产品，随着三维设计与制造技术的普及和广泛应用，二维工艺设计系统己经不能够满足工艺设计与管理的需要，基于产品三维模型的工艺设计与优化、工艺过程仿真与可视化己经成为企业的迫切需求。
二、实验室现状及建设构想
目前我校机电综合工程训练中心有数控车床、车削中心、数控铣床、钻铣削中心以及加工中心等多种数控设备，近几年来逐步实施了CAD 、CAM/CAPP等系统，它们在教学和生产过程中发挥了重要作用。但是，我们在不断的应用和实践中也发现了一些问题：车间层与CAD/CAM/CAPP相对独立。一些重要的信息资源不能快速传递；NC程序的管理和通讯比较混乱；数控车床程序的编写和输入状况主要还是手工编程和手动输入，方式较原始，加工中心的数控程序采用CAM自动编程，使用计算机通过RS232C串口传输NC程序，但会出现数据传输不稳定、易受干扰等问题。
以上状况在实际运行时严重影响了工作效率和各部门的管理，并且在对学生数控技术培训时也难以满足未来信息化系统的要求。根据实际情况提出以下设想：
（1）采用抗干扰性能强的以太网络代替原有的RS23 2C串行通信，使系统数据传输的稳定性得到保证并延长了传输距离。
（2）对数控设备的加工代码统一管理，所有的程序均集中在服务器上，把机床只是作為一个终端用于加工作业。
（3）考虑到车间内部的建筑结构、减少施工布线，并且具有灵活性和扩展性的要求，数控机床通信网络采用无线局域网接入方式，实现计算机与数控机床间通讯无线化。
三、中心实验室网络结构
根据我中心各部门实现的功能、运行状况设计DNC网络结构，系统以工业以太网为网络平台，工业以太网的抗干扰设计保证了在车间恶劣环境下的通信畅通及实时性，且易于与管理层集成。系统采用“总线十星型”的拓扑结构，企业主干网采用总线结构，易于组成冗余环网。
车间内的数控设备通过智能终端与DNC服务器相连，并由DNC服务器统一控制和管理数控程序经CAD/CAM系统产生后，从编辑、仿真、管理到最后通过串口发送到机床进行加工，由一体化的软件进行统一管理。
其中的智能终端也叫终端服务器、异步串口服务器，是一个带有CPU和嵌入式OS及完整TCP/ IP协议栈的独立智能设备，作用是将数控设备的RS—232C接口转换为以太网络的RJ45接口，完成串行数据和网络IP包之间的数据转换。
无线接入点是用于组建无线局域网，并将智能终端有线网络连接到无线网络的设备。机床通过智能终端接入无线局域网，使得服务器到微缩智能终端的通信速率可达到11M bps远远大于标准串行通信接口。
四、特色与管理应用
与其他理工类院校同类实验室以及一些企业中的集成化设计制造车间相比，该实验室具有以下特色：①具有一体化的软件实现从设计、工艺、制造等产品全生命周期的管理（PIM）；②多品种数控系统，使学生了解各种系统间的差异，满足社会对不同数控技能人才的需求；③基于网络，中心内各部门的数据信息通过主干网络进行流转和交流。同时把孤立的系统或部门联系起来，达到高效集成；④很强的灵活性和开放性，数控机床通信网络采用无线局域网接入方式，实现计算机与数控机床间通讯无线化，具有很强的灵活性和扩展性
使用DNC网络管理系统，更大程度上实现了数控程序及数控设备管理的功能，并提高生产各部门协同工作效率。从而满足高自动化生产的要求、学校资源共享的要求。机电综合工程训练中心网络化制造实验室的建设成果主要有：①CAD/CAM/CAPP/DNC的高效集成；②合理分配及最大限度利用现有数控设备资源；③网络集中管理；④实现权限管理；
五、实施后预期效果
通过对我校机电综合工程培训中心数控网络化的实施，主要预期收获如下：①提高了生产制造部工作效率。机床操作人员在机床数控端就可以自动调用服务器上的加工程序，同时可以将重要的程序保存到服务器中，使学生感受到了工作的高效率；②实现了高度的资源共享。系统信息、NC程序、工艺信息、生产计划和生产调度等各种信息贮存在DNC服务器中，通过相应的接口与CA D/CA M/CAPP整体集成实现各系统间无缝结合；③提高了教学管理水平。通过网络DNC能够系统的管理所有的设备，使学生的实训得到了有效的管理和控制，保证了整个实训过程及设备的安全。同时使学生更好的理解了网络DNC的真实应用场景。
六、结语
本系统实施参考了国内集成DNC系统的多种运行模式，结合我校数控培训中心的实际充分考虑系统的适用性、先进性和扩展性等功能指标。系统已经成功应用于多所高校的机电综合工程训练中心网络制造实验室，运行稳定、实用强、便于整体扩展，具有一定的先进性。该系统为我校数控技术优化教学模式奠定了良好的基础，对工厂的设计制造信息集成和柔性化生产建立实用的数控车间集成化控制与管理应用系统也具有很强的参考价值。
参考文献：
[1] 刘练志、任祖平.网络制造实验室的DNC系统通信技术研究[J].现代制造工程，2009，17
[2] 杨延清、任祖平.无线Intranet的网络制造实验室DNC系统通信技术研究[J].现代制造工程，2008，21
[3] 王月英、施吉祥，任祖平，等.网络化制造实验室探索与研究[J].实验室研究与探索，2008，2
关键词：网络制造；实验室；建设；优化
近几年来，国家加大了对教育的投入，使批量的教学设备进入了实验室，华中科技大学、湖北工业大学等相继组建网络加工实验室，我校机电综合工程训练中心也引进了许多先进的数控设备用于教学实习。随着数控设备数量和品种的增加，如何加强对这些设备的管理进行合理配置在数控技术教学过程中使学生能与时俱进、满足未来信息化的要求方面己成为目前面临的重要课题。
一、国内外研究现状
60年代后期工艺设计系统的研究开始兴起，1969年挪威推出第一个工艺设计系统即AUTOPROS系统，1973年正式推出商品化AUTOPROS系统。美国是1960年左右开始的工艺设计系统研究，1976年CAM-l公司推出了CAM-I系统，在工艺设计系统发展史具有里程碑式的意义。随着计算机及其相关技术的发展，新技术如AI、神经网络算法、推理机等不断地被应用在工艺设计系统的研发。同时以三维实体建模技术、CAM ，CAE为代表的设计、制造、分析和管理单元产品的发展与成熟，使工艺设计系统开始朝着集成化与并行化、网络化、智能化、工具化、体系结构分布式和构件化的方向发展。
我国对工艺设计系统的研究始于20世纪80年代初，1982年同济大学推出了辰生式系统TOJICAPP。随后在国家863/CIMS计划及“甩图板”工程的支持推动下，掀起了国内研究LAPP的热潮，相继推出了多款成熟的LAPP产品，随着三维设计与制造技术的普及和广泛应用，二维工艺设计系统己经不能够满足工艺设计与管理的需要，基于产品三维模型的工艺设计与优化、工艺过程仿真与可视化己经成为企业的迫切需求。
二、实验室现状及建设构想
目前我校机电综合工程训练中心有数控车床、车削中心、数控铣床、钻铣削中心以及加工中心等多种数控设备，近几年来逐步实施了CAD 、CAM/CAPP等系统，它们在教学和生产过程中发挥了重要作用。但是，我们在不断的应用和实践中也发现了一些问题：车间层与CAD/CAM/CAPP相对独立。一些重要的信息资源不能快速传递；NC程序的管理和通讯比较混乱；数控车床程序的编写和输入状况主要还是手工编程和手动输入，方式较原始，加工中心的数控程序采用CAM自动编程，使用计算机通过RS232C串口传输NC程序，但会出现数据传输不稳定、易受干扰等问题。
以上状况在实际运行时严重影响了工作效率和各部门的管理，并且在对学生数控技术培训时也难以满足未来信息化系统的要求。根据实际情况提出以下设想：
（1）采用抗干扰性能强的以太网络代替原有的RS23 2C串行通信，使系统数据传输的稳定性得到保证并延长了传输距离。
（2）对数控设备的加工代码统一管理，所有的程序均集中在服务器上，把机床只是作為一个终端用于加工作业。
（3）考虑到车间内部的建筑结构、减少施工布线，并且具有灵活性和扩展性的要求，数控机床通信网络采用无线局域网接入方式，实现计算机与数控机床间通讯无线化。
三、中心实验室网络结构
根据我中心各部门实现的功能、运行状况设计DNC网络结构，系统以工业以太网为网络平台，工业以太网的抗干扰设计保证了在车间恶劣环境下的通信畅通及实时性，且易于与管理层集成。系统采用“总线十星型”的拓扑结构，企业主干网采用总线结构，易于组成冗余环网。
车间内的数控设备通过智能终端与DNC服务器相连，并由DNC服务器统一控制和管理数控程序经CAD/CAM系统产生后，从编辑、仿真、管理到最后通过串口发送到机床进行加工，由一体化的软件进行统一管理。
其中的智能终端也叫终端服务器、异步串口服务器，是一个带有CPU和嵌入式OS及完整TCP/ IP协议栈的独立智能设备，作用是将数控设备的RS—232C接口转换为以太网络的RJ45接口，完成串行数据和网络IP包之间的数据转换。
无线接入点是用于组建无线局域网，并将智能终端有线网络连接到无线网络的设备。机床通过智能终端接入无线局域网，使得服务器到微缩智能终端的通信速率可达到11M bps远远大于标准串行通信接口。
四、特色与管理应用
与其他理工类院校同类实验室以及一些企业中的集成化设计制造车间相比，该实验室具有以下特色：①具有一体化的软件实现从设计、工艺、制造等产品全生命周期的管理（PIM）；②多品种数控系统，使学生了解各种系统间的差异，满足社会对不同数控技能人才的需求；③基于网络，中心内各部门的数据信息通过主干网络进行流转和交流。同时把孤立的系统或部门联系起来，达到高效集成；④很强的灵活性和开放性，数控机床通信网络采用无线局域网接入方式，实现计算机与数控机床间通讯无线化，具有很强的灵活性和扩展性
使用DNC网络管理系统，更大程度上实现了数控程序及数控设备管理的功能，并提高生产各部门协同工作效率。从而满足高自动化生产的要求、学校资源共享的要求。机电综合工程训练中心网络化制造实验室的建设成果主要有：①CAD/CAM/CAPP/DNC的高效集成；②合理分配及最大限度利用现有数控设备资源；③网络集中管理；④实现权限管理；
五、实施后预期效果
通过对我校机电综合工程培训中心数控网络化的实施，主要预期收获如下：①提高了生产制造部工作效率。机床操作人员在机床数控端就可以自动调用服务器上的加工程序，同时可以将重要的程序保存到服务器中，使学生感受到了工作的高效率；②实现了高度的资源共享。系统信息、NC程序、工艺信息、生产计划和生产调度等各种信息贮存在DNC服务器中，通过相应的接口与CA D/CA M/CAPP整体集成实现各系统间无缝结合；③提高了教学管理水平。通过网络DNC能够系统的管理所有的设备，使学生的实训得到了有效的管理和控制，保证了整个实训过程及设备的安全。同时使学生更好的理解了网络DNC的真实应用场景。
六、结语
本系统实施参考了国内集成DNC系统的多种运行模式，结合我校数控培训中心的实际充分考虑系统的适用性、先进性和扩展性等功能指标。系统已经成功应用于多所高校的机电综合工程训练中心网络制造实验室，运行稳定、实用强、便于整体扩展，具有一定的先进性。该系统为我校数控技术优化教学模式奠定了良好的基础，对工厂的设计制造信息集成和柔性化生产建立实用的数控车间集成化控制与管理应用系统也具有很强的参考价值。
参考文献：
[1] 刘练志、任祖平.网络制造实验室的DNC系统通信技术研究[J].现代制造工程，2009，17
[2] 杨延清、任祖平.无线Intranet的网络制造实验室DNC系统通信技术研究[J].现代制造工程，2008，21
[3] 王月英、施吉祥，任祖平，等.网络化制造实验室探索与研究[J].实验室研究与探索，2008，2