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近几年在先进制造技术领域，网络化制造成为研究的热点。一些高校为了满足先进制造技术教学的需要，建立了CAD/CAM实验室和数控机床实验室。以设立在我校的江苏省数控技术教学实验中心为例，该中心拥有用于设计NC程序、加工图纸和三维建模等的局域网以及各个孤立的数控加工设备。学生设计好的NC程序只能通过软盘拷贝到加工设备上去，效率低下。各个加工设备的加工过程不能被管理员所了解，缺乏一种控制机制。如何利用网络技术，并按照有效的集成机制，将数控设备和CAD/CAM局域网集成起来，最终构成一个初步适应网络制造的实验环境，是一个急需解决的问题。本文构建了网络化制造实验系统，对系统的信息交互模型功能作了分析，对网络化制造实验系统的关键技术——任务管理和设备监控作了开发研究。
1 网络化制造实验系统的结构
1) 系统网络化结构 本实验系统的结构见图1。它由三部分组成：设计子网、服务器、设备子网。设计部门（CAD/CAM实验室） 的局域网称为设计子网。设备子网由底层的各个加工设备用Ethernet网连接而成。底层设备选用有代表性的数控设备(或制造系统)，它们是：柔性生产线(其监控软件基于组态王5.1设计)、加工中心(采用PC数控系统)、数控铣床和数控车床(均采用西门子802D数控系统)。底层设备可扩充。 （图片）
图1 系统网络结构 设计子网与设备子网用服务器作为一个网关连接起来，形成网络化制造实验系统。网络化制造过程如下：管理职能部门接到订单后，通过网络下达任务到设计部门，设计部门对产品进行工程设计和工艺设计，然后通过网络反馈到管理职能部门。经管理部门审核后，认为设计方案可行，通过网络服务器下达任务到设备子网实施加工。服务器根据车间的实际生产情况，通过网络将任务分配到各个加工设备。网络化制造实验系统中的服务器完成任务调度(作业调度)、作业管理、设备监控、设备管理、网络通信服务等功能。其中任务调度和设备监控是核心。
2) 信息交互模型 系统中设计方、调度方(服务器)、设备方(执行方)的信息交互模型如图2 所示。（图片）
图2系统信息交互模型 设计方 设计人员(学生)完成产品设计并生成NC程序后，同时确定该任务的状态(分紧急、普通)、任务处理时间(即该NC程序加工工件时所用时间)、任务完成时间(即零件的交货期)、完成该任务所需的加工设备(数控铣床、数控车床、加工中心、柔性生产线)。启动设计方的任务发送软件，将任务属性(状态、处理时间、完成时间、加工设备)和对应的NC程序发送到调度方。
调度方 运行在服务器上的调度方软件接受各个设计客户机发送来的加工任务，同时确定该任务的所有属性。调度方按调度策略为每个加工设备建立一个任务队列。任务调度策略为：按任务的状态，紧急的排前，普通的排后；按接受的时间，先来的排前；按处理时间，最短的排前；按完成时间，最急迫的排前。
设备方(执行方) 设备方在一个任务完成以后，向调度方申请下一个任务，等任务下发后，设备方软件将提示“有新任务下发”，并给出NC程序的存储路径和其它相关信息，向调度方返回一个确认信息。
2 网络化制造实验系统关键技术开发
任务调度和设备监控是网络化制造实验系统实现的关键技术。其功能软件用VB6.0 实现。
1) 任务调度模块的开发 由系统信息交互模型知道，信息从设计方到设备方，涉及任务发送、任务排队、任务接受三阶段，所以任务调度涉及设计方、调度方和设备方。下面分三方面阐述任务调度软件开发。
设计方软件开发 设计方软件也称“任务传送器”，向调度方发送经过封装的作业。封装的作业内容包括：任务状态、任务处理时间、任务完成时间、任务加工设备、NC程序的存储路径。设计方软件流程如图3。（图片）
图3 设计方软件流程 调度方软件开发 调度方软件是任务调度模块的核心，包括：调度方和设计方的通信、调度方与设备方的通信、作业调度(作业分检、队列插入、队列排序)和保存作业队列等。下面以调度方与设计方通信模块为例介绍软件设计工作过程：首先是监听通讯端口，等待设计方客户机的连接；设计方客户机连接到调度方后，就开始传送文件，此时调度方接受设计方客户机发送过来的文件，并且把文件存到设定的目录；接下来就封装作业信息并将其存入动态数组，等待调度；最后向设计方客户机发送确认信息，以确认已经接受完作业。其它模块的实现由于篇幅有限不再介绍。调度方和设计方的通信软件流程如图4，调度方软件界面如图5所示。（图片）
图4 调度方与设计方通信软件流程 （图片）
图5 调度方软件界面 设备方软件开发 设备方软件主要完成任务的申请和接受，又称“ 任务申请器”，设备方软件流程如图6所示。（图片）
图6 设备方软件流程 2) 设备监控模块的开发 设备监控指服务器端对远程加工设备的监控，采用客户/服务器模式。远程监控通过屏幕截取、坐标转换法实施。客户端不断地把屏幕图像发送到服务器端，并接收来自服务器端的鼠标操作命令；服务器则显示客户端的屏幕图像，在用户点击图像时，获取其鼠标坐标，经转换后发送到客户端。服务器与远程设备方(客户)的TCP连接用VB6.0中的Winsock控件编程实现。服务器端程序先运行，在指定的端口进行侦听，当客户提出连接请求时，则建立两者之间的连接。服务器发出“开始监控”命令时，客户端调用API函数截取整个屏幕，保存为BMP位图文件，并把其文件大小(字节数)发给服务器。由于屏幕的分辨率和颜色值固定时，保存下来的位图文件的大小也固定，故只需发送一次文件大小即可。服务器收到以后发给客户一个确认信号，客户才开始发送位图文件的内容。由于位图文件较大，Winsock控件能自动把它分成多个数据包发送。服务器在接收完整个位图文件后，再发给客户一个确认信号，客户再开始下一个屏幕图像的发送，如此重复实现屏幕图像的不断传送。服务器接收到位图文件后，显示在一个图片框里，用户可以在这个图片框里模拟点击客户机的屏幕。客户端要对服务器端的鼠标点击产生响应，必须调用API函数在相应的点击位置产生模拟鼠标事件。这涉及到的API函数有两个，一个是SetCursorPos，该函数用来设置鼠标指针在屏幕像素坐标系统中的X、Y位置。另一个是mouse-event，该函数用来产生模拟鼠标事件。
3 结束语
网络化制造涉及面很宽，本文开发的网络化制造实验系统集成了设计与制造两大方面，但对企业管理和市场网络化没有涉及，这是本系统需进一步研究和完善的。该系统已在本院数控实习中心得以应用，运行正常，达到设计要求。
本文作者:南京工程学院 朱晓春
1/5/2005
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