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基于无线的 DNC系统数据管理平台设计
施吉祥 陈建松 张远明
( 东南大学机电综合工程训练中心，江苏 南京 210096)
摘 要:阐述了基于无线的 DNC系统数据协同管理平台的设计，在底层车间搭建无线局域网络，并将该网
络与机电综合训练中心主干网络连接，实现了各类数控机床与 DNC 服务器的网络连接及数据交
换。同时在数据库技术、一体化的 DNC通信软件、管理软件及 CAD、CAM、CAPP 软件的基础上搭
建了数据协同管理平台，实现产品设计、工艺及制造等部门之间数据的交流以及信息的集成，完成对
产品的全生命周期的管理。最后阐述了该系统的应用状况。
关键词: DNC 串行数据通信 机床无线通信网络 产品全生命周期管理( PLM)
中图分类号: TP393 文献标识码: A
Design of the data manage platform of DNC system based on wireless communication
SHI Jixiang，CHEN Jiansong，ZHANG Yuanming
( Mechatronics Training Centre，Southeast University，Nanjing 210096，CHN)
Abstract: This paper presents the design of the data manage platform of DNC network system ，by the communica-
tion technology based on wireless ethernet，WLAN in the workshop was constructed and connected with
the LAN of training center，on account of which the connection between DNC server and CNC machine
was built，so was their data transmission． The data manage platform consists of database，communica-
tion software，management software，CAD，CAM，CAPP and so on． Data of the designation，manufac-
turing and technics can be transmitted mutually in each department，so we can achieve the information
integration and PLM finally． In the end this paper also introduces its current application．
Keywords: Distributed Numerical Control ( DNC ) ; Serial Data Transmission; CNC Network System Based on
Wireless Communication; the Product Life Management ( PLM)
数控机床在加工领域已普遍应用，伴随我国由制
造大国向制造强国的转变，对于数控机床又提出了更
高的要求。首先作为执行部门的制造车间与其他的部
门数据交流存在困难，数控机床想要更高效地使用，就
必须和 CAD、CAM系统相联系，改变传统的编程操作
等方式，并且实施DNC系统，
实现加工程序的共享与
2 手动数据采集
手动数据采集分为: 条形码扫描采集、计算机终端
采集、手持 PDA终端采集和机床终端手动反馈。
针对使用硬件传感器对生产信息的采集不是很详
尽的情况，可以采用手动数据采集的方式进行补充，如
在安装硬件传感器的每台设备上再辅助安装一个条码
扫描设备，通过操作员将工单上的条码在扫描仪上进
行扫描操作收集各种信息，可以自定义条码格式及内
容，通过条码打印机统一输出。例如，一个具备 15 位
长度的条码 1100CC805226768，其可以表示几条信息
如工号、班组、程序代号、批次等信息。
通过手动采集方式可采集的数据:员工信息;报警
信息;加工的程序名 /图号; 加工的开始 /结束时间; 生
产准备的各种状态记录;其他生产信息。
无论采用自动采集还是手动采集，或者通过串口
代码反馈进行机床设备数据采集，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 等其他
系统使用。
CAXA针对数字化车间进行的机床设备数据采
集，可以将生产信息和设备信息的相关数据传入到数
据管理平台，与基于这个数据平台上的各个单元模块
和其他管理系统共同组成完整的企业信息化系统。
( 编辑 孙德茂) ( 收稿日期: 2010 － 12 － 10)
文章编号: 110537
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传输。其次从管理角度出发，管理人员需要很方便地
了解设计部门、制造车间所需的各类产品文件信息，完
成产品设计、工艺、制造计划任务的发放、任务的执行、
监控和调整，确保计划任务的完成，实现管理目标。这
些都可以借助于网络化制造管理软件、产品数据管理
平台实现。本文将详细阐述东南大学机电综合工程训
练中心 DNC系统及其数据管理平台的建设。
1 企业主干网络设计及组建
东南大学机电综合工程训练中心现有管理部门、
设计部门、工艺部门、服务器室以及数控车和加工中心
等制造车间，其中硬件设施有服务器、网路交换机、计
算机、数控车床及加工中心等，数控车床 44 台，系统涉
及 FANUC、SIEMENS、三菱和华中;加工中心 13 台，系
统为 FANUC、SIEMENS、FAGOR、哈斯等，软件有:
CAXA DNC传输软件、CAXA 协同管理软件及 CAXA
二维电子图板、三维实体设计、工艺图表及制造工程师
等软件。现根据中心各部门实现的功能、运行情况、软
硬件状况设计 DNC 网络结构如图 1。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 +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。车间层采用
星型结构，避免了某一台设备的故障影响其他设备。
车间内的数控机床通过无线设备接入主干网络，
最终与 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、管理到最后发送到机床进行加工，由 CAXA 数
据协同管理软件、DNC 传输软件进行统一管理，软件
驻存在 DNC服务器内，实现 NC数据的管理和通信。
协同管理系统采用客户端 /服务器( Client /Server)
体系结构和面向对象( Object Oriented) 的设计方法，以
Microsoft的 SQL Server 2000 作为系统的后台数据库，
主要任务是存贮管理各部门相关数据，并借助网络技
术提供数据的传输和通信，以实现产品全生命周期的
信息管理( PLM) ，协调控制工作流程和项目进展，在
各部门间建立一个并行化的产品生产协助环境。
2 数控机床无线通信网络接入设计
网络 DNC系统实现的基础步骤为数控机床与远
程管理端服务器数据的传输，但由于双方接口不同无
法直接通信。解决方案为首先对数控机床完成串口以
太网口转换，其次数控机床配合无线网络节点接入网
桥组成无线局域网，并最终接入主干以太网络中。
2． 1 串行通信与以太网接口间的转换
国内现行主流数控机床的通讯接口仍为 RS232C
串行接口，串行通信由于受现场干扰信号和 RS232C
驱动能力的限制，数据传输距离只能在 15 m 之内，所
以有必要对数控机床的通讯接口进行转换，提高 NC
数据传输的速率、稳定性以及距离。
如图 1 所示，机床通过智能终端直接连入以太网
络，其中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 RS232 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。数据从服务器到机床前的传输速
率可达到 10 M，甚至 100 M。对于无线局域网络接入
方式，其服务器到微缩智能终端的通信速率可达到 11
M左右，也远远大于标准串行通信接口。
2． 2 通信测试
由于数控机床与智能终端是基于 RS232C 标准连
接的，RS232C收发数据的工作过程是在各条控制线的
状态( “ON”为逻辑“0”，“OFF”为逻辑“1”) 有序地配
合下进行的。为实现 CNC与 PC串行通信，笔者将 SI-
EMENS的 DB － 9FEMALE 和智能终端 DB － 9MALE
用网络线连接，根据 RS232C接口通信的规程特性，接
线方式如图 2。
物理连接实现后必须进行通讯测试，通讯测试主
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要是确认机床和标准 PC( 笔记本) 串口间是否能够进
行 RS232C 通信。串行通信参数包括: 波特率、数据
位、奇偶校验、停止位数、反馈字符、握手方式、结束代
码和换行符等。调试时要求相应参数必须和数控设备
自身的串口通信参数相同，否则无法进行数据传输。
不同的数控系统需分别测试。采用 CAXA DNC 软件
来实现 DNC传输，界面设置如图 3。测试完成后每台
数控机床的参数需输入至服务器的传输软件中，从而
保证网络 DNC功能的实现。
2． 3 机床通信无线局域网络设计
机床无线通讯网络的组建是通过数控机床智能终
端接入就近的无线接入点( Access Point) ，经无线接入
点的控制器根据寻址转交相应的无线网桥，最后传入
主干有线网络。无线接入点选用 D － Link公司的 DWL
－3200AP作为中心无线访问点，放置在车间顶部，DWL
－3200AP的输出功率是 802． 11 g 21 dBm( 128 mW) /
802． 11 b 22 dBm( 160 mW) ，覆盖范围可达 300 m，提供
中心有线局域网络的连接和自身无线覆盖区域的无线
终端接入。机床端相连的无线接入点选择 DWL －
2100AP。DWL －2100AP功率稍低为 15 dBm( 32 mW) ，
每台机床顶部放置 1台，通过中心无线访问点连接 DNC
服务器所在的局域网。车间层布局如图 4。
数控机床作为制造终端，与服务器之间的通讯主
要为接受工艺和制造部门生成的 NC 代码，并且可以
传输刀具补偿文件、系统参数等数据。同时结合相关
管理及组态软件，可以实现对底层设备运行状况的监
控及数据采集，如机床负荷、故障信息等。车间层采用
无线传输的方式具有很强的拓展性，实施和维护方便，
并且后期能够向异地协同制造等方向进行拓展。
3 企业内部数据流管理
在车间层数控机床实现与服务器通讯的基础上，
便可以搭建数据管理平台( 图 5) 。企业内部数据流的
管理包括两个方面，首先对于管理部门和管理人员而
言借助于网络和管理软件将任务发放至各个部门，并
使之信息相互交换。在任务的进程中实时地了解机床
人员负荷、产品进度等汇总统计情况;其次设计、工艺、
制造等部门中的成员登录系统，接受管理员或上级领
导赋予的权限，根据管理员制定的产品流程完成自己
分配的任务并提交，系统将任务转交至工作流所设置
的下一人员，从而实现对产品全生命周期的管理。
系统采用 CAXA 协同管理软件完成工作流的管
理，软件为客户端 /服务器( Client /Server) 的工作方式，
以 MS SQL Server 数据库作为后台数据库支持，完成对
用户信息、产品信息、零件图纸、工艺图纸、NC 程序等
数据的管理。最后通过 CAXA DNC 传输软件实现机
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床通信管理。
首先管理人员登录系统中根据产品开发情况进行
任务的分配，如图 6。产品的设计、工艺的编制在数控
加工企业中通常具有不同的状态，如设计、校对、标准
化和审核等。设计或工艺人员登录系统中，查看自己
当前的任务，在所设定期限内完成任务后并提交，如遇
到突发情况，可以将任务委托给其他人员。
产品设计完成后，通过网络提交至 CAM部门进行
数控加工程序的编制及仿真，CAM部门中不同角色的
人员对不同状态下的数控程序具有不同的操作权限，
且可以对数控程序的审批流程和人员权限进行定义和
管理。网络 DNC是 CAM部门设计的数据传输至加工
设备、加工成实物的关键。CAM系统生成的数控程序
经仿真无误后提交至服务器，并存储在机床的文件夹
中。所有的加工程序均集中在服务器上，把机床只是
作为 1 个终端用于加工作业，数控设备基本无需存贮
数控程序，加工过程中数控程序的输入可以通过网络
DNC直接调用。制造车间人员只需要编写简单的调
用程序就可以下载数控代码至机床进行加工，同时也
可以实现上传数控程序至服务器完成共享或备份。传
输过程如图 7。
网络 DNC系统协同管理平台采用服务器 /客户端
方式进行数据通讯与管理。所有被管理数据均置于服
务器数据库中。机床通过智能终端转换器将 RS232
串口方式改为以太网络的 RJ45 方式，每台机床具有 1
个独立的 IP地址。实现更灵活、安全、快速、可靠的机
床网络化管理。该系统在具有机床通信、管理的基础
功能上，还具备了用户、产品、文档 /代码、流程等管理
功能，能实现人员负荷、产品进度及产品数据汇总统计
等功能。同时着眼于车间的信息集成，针对车间的生
产计划、技术准备和加工操作等基本作业进行集中监
控与分散控制，把生产任务通过局域网分配给各个加
工单元，并使之信息相互交换。能够为 CAD /CAM /
CAPP系统及制造车间提供 1 个系统集成化的平台。
该平台将设计、工艺信息数字化延伸到生产加工车间
提供了完整的解决方案。
4 结语
东南大学机电综合工程训练中心网络化制造实验
室的建设参考了国内外多种网络化制造系统的运行模
式，结合东南大学数控培训中心的实际，融合了网络化
制造中的关键通信技术、网络 DNC、一体化设计制造、
制造车间信息管理等多项技术。网络化制造实验室现
运行稳定，在教学实习中发挥了极为重要的作用，具有
一定的先进性，为东南大学数控技术优化教学模式奠
定了良好的基础，对理工类院校数控实训实验室的建
设、工厂的协同设计制造信息集成及数控车间集成化
控制与管理也具有一定的参考价值。
参 考 文 献
［1］刘燕，罗治平，朱建军．基于 DNC无线网络的车间信息化系统的研
究［J］．制造业自动化，2009，31( 11) : 51 － 54．
［2］闫伟国，等．基于以太网和 TCP /IP 的 DNC 通信技术研究［J］． 大连
理工大学学报，2003，43( 1) : 77 － 80．
［3］易红，倪中华．适用于网络化制造模式的数控系统的研究［J］． 东南
大学学报，2002，32( 3) : 387 － 391．
［4］倪中华，易红，汤文成．基于 WEB 的数控编程系统的研究［J］． 计算
机集成制造系统 － CIMS，2002，8( 5) : 419 － 422．
［5］伍小虎．基于网络的数控加工信息管理系统的研究与实现［D］． 北
京:北京航天航空大学，2004．
［6］A' LVARES A J，FERREIRA J C E，Web － machining: Implementa-
tion of a collaborative CAD /CAPP /CAM system for e － manufacturing
through the internet［J］． The 38th CIRP – International Seminar on
Manufacturing Systems． Florianopolis，SC，2005，54( 2) ．
［7］周本华，杨华馥．基于 PDM的数控机床网络管理 DNC［J］．制造技术
与机床，2004( 5) : 78 － 81．
第一作者:施吉祥，男，工程师，硕士，主要研究方
向为数控技术和网络化制造，已发表文章 3 篇。
( 编辑 李 静)
( 收稿日期: 2010 － 12 － 15)
文章编号: 110538
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