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数控车间现场数据采集系统研究和应用

摘要：
随着世界经济的快速发展，制造业这一传统行业在国家经济发展中占据不可或缺的地位，它是一个国家发展的垫脚石，也是国家经济竞争的基础。制造业发展至何种程度也意味着这个国家经济发展的程度。作为传统行业，制造业关乎着国家竞争力的提升与世界的进步。然而，紧跟世界格局的不断变化、经济的飞速发展，制造业也不可抵制的在不断改革变化，传统的手工制造渐渐被电子所取代，人类操作也逐渐发展为电子操作。如此，数控操作已成为制造业的焦点，数控车间也在此行业中如雨后春笋遍布每个制造工厂。然而，要想更好的操作数控车间，电子控制必不可少，信息化在制造行业的经营管理中想当然的发挥着不可或缺的作用[1]。
为了适应电子化操作，信息化管理这一系列流程，企业必须采纳适合自身制作发展的生产管理系统来进行整个数控车间的管理。这样各种生产管理系统自然而然的被研究、开发，并在市场中蔓延开来，并在以数控车间为主的制造行业带来一定的效果。但是，市场经济发展速度有如光速般，一成不变的只采用单一的一种系统根本跟不上市场经济的发展速度，企业需不断的更新、推进其信息化的进程来提高制造、生产水平，并利用先进的信息化来加强生产管理。
系统的更新和发展不能只是想要做或者必须做，而需企业更好的了解底层数据，分析数控车间的监控是否到位，生产层和管理层的联系是否发展密切，只有这样，系统的应用才能够更合理，才能对生产车间监控更加全面，并且对数据的采集分析更详细[2]。数控车间的数据采集系统主要是利用计算机，通过人工或者机器到现场采集各个实际数据并做详细的记录，然后通过系统传输至总部，以便于生产的管理人员进行监督检查，也为车间操作人员提供便利。数据采集不仅为企业提供基础、基层的数据，更是企业上下层级工作的核心，是制造业发展的基础和关键。经济的发展对我国制造业的格局变化产生重大影响，以至于各大制造行业企业把数控车间的数据采集作为其研究的重点和核心。
现今的制造企业逐渐呈现高技术含量，资金集中，利用数控机床进行制造态势，而数控机床的运用越广范，数控车间在企业的比重也越大。企业开始把重点转向数控车间的研究和发展，并把数控车间现场数据的采集系统的研究和应用作为焦点。本文主要通过对数控车间的数据采集进行分析来研究数据采集系统的功能和重要性。

关键字：数控车间 数据采集系统 研究和应用

1、数据采集系统
数据采集简单讲是通过人工搜集、整理数据，或通过电子录入、扫描并整合到一起进行分析等一系列的过程[3]。数据采集系统主要通过网络形式把采集到的数据运用电子报表、计算机数据填报、数据审核等提高工作效率，扩大数据采集范围，使企业在管理上更加全面、规范、科学等。数据采集系统是数控车间操作管理系统的核心，随着信息网络科技的广泛应用和迅速发展，数据采集技术也在不断提升，并转化至第四代分布式的采集方式，使信息监视技术和其他技术应用得到很大的提高，更使各制造行业的产品质量得到大大提高，为全世界提高高质量产品和服务，还有更重要的一点使企业从数控机床上得到的数据将更有效、全面，精准，切特别及时，是生产信息得到最迅速、准确的反映，确保了生产、制造有效正常的进行[3]。
为了更有效的分析数据采集系统在数控车间的运用，本文主要采纳某汽轮机制造公司数控车间的数据采集和不足做研究来阐述采集系统在制造业的重要性。
1.1 数据采集的缺陷
作为我国大型的工业汽轮机制造厂，其分厂遍布全国各地，我们主要以此制造厂最大、最重的一个分厂作为研究中心。分厂有两个车间，其中一个车间以普通机床为主，而另一车间主要为数控机床。虽然普通机床与数控机床分布不同两个车间，但是企业却对其中哪一个的监控都不理想，甚至是一片空白。而对车间的监控主要以人为主，人为干预特别严重。人们通过传统人工的方式进行车间内现场生产指标、任务、进程的采集，并一层层通过整理数据、分析数据和填报报表等程序完成全部数据收集，最后到达生产管理者手中[4]。但是这些程序却是极其耗费时间的，最后到达管理者手中的数据已经是经过一段时间的原始数据，而非车间最新所出的数据。如此，管理者无法从中得到最新信息，也无法对整个生产过程进行评价，机床操控人员也很难对不同机床的运作进行统计分析并总结经验，吸取教训。而这些问题势必会导致一系列的问题，比如：
机床生产参与者无法对机床的运作进行及时有效的监控操作，也很难对机床的前后运行情况做分析，进而无法及时准确的发现机床所存在的问题。一旦机床的这些潜在隐患出现问题，那对企业将是一笔重大的损失[5]。
生产者来回于每个车间巡视产品加工进程，因期间路程长，耗时大，想要把收集到的数据带回数据库做分析也因时效性弱而缺乏价值，这样的数据就算做了分析也极易产生错误，并且增加了人员的工作量，实属耗时耗力。
产品加工部件存放于存放间和车间两个地方，这在使用上很容易出现错误。车间检查人员在给机床操作工人讲述检查内容时也很容易出现错误，像生产情况，收集数据统计在沟通中出现误差，会让工人对操作出现错误判断而影响整个车间的运作。
在生产车间，工票靠人工发放，车间数据靠人工统计，如此一来对生产的进一步分析产生影响，也阻碍日后的进一步查看追踪，大大降低了起利用性质。
由此可见，企业想要进一步提高生产效益，扩大信息化进程，以上问题必须尽快解决[6]。这些问题与每一车间生产都有密不可分的联系，若想要解决这些问题，关键在于是否获得车间机床、人工和部件等方面的信息很是及时，并利用这些信息做相应的解决方案，更好的完善数据采集、数据分析系统。
1.2 结合现实案例提出研究的主要目的
通过对数据采集系统做详细的研究，可以从所采集到的数据中得出车间每个部件的完工程度，并根据这些情况来调节车间内部机床的运作，以保证最终的数据为最及时、最准确的[7]。如此一来，企业制造的产品也最为精准，进入市场速度快，为企业获得最佳竞争优势，并获得最大利益。
通过数据采集系统进行数据采集，可免去花费大量人工进行这一项繁琐的工作，车间人员减少，人工成本降低，使企业在降低成本的同时得到利润。另一方面, 数据采集系统更体现了数据得到的精准化、时效化，如若车间机床发生问题或即将产生问题，生产者可通过数据采集系统采集的数据第一时间得到问题反映并及时矫正机床问题，这样车间机床可在我障碍的基础上更有效的工作，也降低了资源的浪费率，从而提高了生产效率。
通过对数控车间数据采集系统的研究，可为别的研究这打下一定的基础，使他们利用这一基础进行更深层次的分析研究。也为依旧利用传统人工采集数据的企业指明发展方向，使企业开始认知市场的发展并整改不企业的不足，利用优良的采集系统提高生产效率，获得市场竞争的优先权。
（1）开发条形码数据采集的质量。条形码采集主要是为了防止手工输入时数据信息的遗漏，采集到错误的信息和采集到的信息的缺陷性，且手工输入采集又不方便[7]。条形码的采集程序保证了数据采集的正确性、完整性和方便性。用条形码主要采集工件编号、质检人员的人员编号、工人完成工件数量、完成工件的合格量与报废量以及这些工件报废的原因等等信息。只要把工件编号和质检人员的人员编号做成条形码，在每个工件编号和质检人员的人员编号下输入其所有的信息，然后直接扫描工件编号和人员编号的条形码即可获得他们的所有信息，采集起来快速、方便并且出错率也低。但是当采集的数据还未采集完整就开始发送数据，这样系统状态可视界面便会显示数据不完整信息来提醒人们重新采集。
（2） 数据的发送。手持移动数据采集器在要采集数据时，首先要检查其是否已经连接在上位机上，若已经跟上位机建立了通信连接，然后设置手持移动数据采集器的IP地址，这样手持移动数据采集器就可以开始采集数据，由于车间上位机上是以太网，所以手持移动数据采集器可以通过无线接入点接入车间以太网，如此手持移动数据采集器与车间的通信得以实现。如果系统状态显示框显示网络连接状态就说明两者之间连接成功。如果显示没有连接成功，那么系统状态显示框上就会显示出未连接成功字样并标明没有连接成功的原因，人们可以根据上面显示的原因重新操作直至连接上[8]。等网络之间连接成功后就可以发送数据，传到上位机上的数据一般都是被打包成一条字符串来发送的。
（3）但是发送失败的数据该如何处理呢？为了所以采集到的数据在传输中不被损毁或者因传输失败而丢失，工程师特别对程序设定了一组备份发送失败的数据的功能。采集到的数据在发送到上位机时并不是所有的都可以发送成功，有时候网络出现问题，有时也是人为问题或者其他原因导致上位机无法正常接收手持移动数据采集器传输过来的数据。上位机对其接收到的每一条数据都会进行数据分析，如果能够识别到这条数据，上位机便会对数据进行反馈，这时候手持移动数据采集器上会显示出“success”字样，当人们看到这个字样确定数据发送成功。反之亦然，要是采集器并没有及时接收到这个字样则说明发送失败。发送失败的数据会被程序自动备份一份，人们可以在手持移动数据采集器上查看发送失败的原因并对被备份的数据进行检测然后重新发送。因为发送失败的数据只是暂时被保存且其数据量小，所以人们完全可以把这些数据保存在文本文件里，要是重新发送就可以在这个备份的文本文件中查找出来，等这条数据被发送成功便会自动被在文本文件中删除。

（4）上位机管理系统是一种数据管理平台，其功能主要有数据的接收与处理、车间资源管理、远程监控、参数配置、查询与统计。其中数据接收与处理有对数据的接收与解析、数据存储与回调查询、数据实时显示等。车间资源管理主要是对员工的管理[9]。设备的管理，RFID标签的管理，条形码的管理。远程监控主要监控远程故障报警、远程指令接收与处理。参数配置是对通信参数的配置，对I/Q名称的配置，对设备状态的配置。查询统计功能主要查询历史数据和对设备效能的统计。
（5）上位机管理系统的最主要的功能是收据接收与处理功能，上位机管理系统主要接收嵌入式数据采集终端和手持移动数据采集器两种设备传输上来的数据，并对这些数据进行解析，然后将解析后的结果存储到数据库并与查询功能相连接，把这些结果回调到查询功能上方便人们查询。上位机管理系统还提供一个功能即以图形化界面显示数据方便快捷，数据采集系统与高层的管理系统集成的关键是数据的接收与处理功能。在数控车间，数据的采集主要是针对车间的资源，上位机管理系统也主要负责机床信息的管理、工件的管理、未加工品的功能等。若要对机床的信息进行查询、添加、删除或更新操作都可以在上位机管理系统中得以实现。
（6） 上位机管理系统中的远程监控功能可以将来自嵌入式数据采集终端的故障或报警等信息通过移动GPRS或微博短信服务功能以短信的形式发送到指定的手机上，然后被指定人通过接收到的短信对这些故障报警作出实时处理并对车间进行远程监控[10]。当被指定人将解除故障等策略再以短信形式返回时，工人可从上位机上查询到控制指令然后对故障做处理。
要增强系统的灵活性就得在系统开发时尽量做到可以配置的系统，所以管理系统中的参数也要对应的做成可配置的。在数控车间，机床集采到的数据因机床之间不同而相异，所以每个机床采集的开关量信息也会不同，因此根据设备状态分析所得的I/Q数值和I/Q名称也要被做成可配置的。
上位机管理系统的查询是对历史数据的查询和设备效率的统计，这必然跟时间相联系，若是从所有的数据中一个个查找即耗时也未必能找到，所以系统在对传输上来的数据进行分析与处理后，以时间为节点对所有数据分类，每月每日每时都被运用，人们要是想查询近一月来的数据即可把时间定到这个月再点击查询，那么这个月内所有的数据都会呈现至页面，再经过关键字进行详细查询便可得到自己想要的东西。
（7）上位机与嵌入式数据采集终端以及移动数据采集器之间相互传输数据是通过Socket网络通信实现的，而Socket网络通信又是以TCP为基础的[11]。上位机是TCP的服务器，网络传输时要对被传输上来的数据按照不同格式、不同类型进行解析封装，因为TCP的客户终端是嵌入式数据采集终端盒手持移动数据采集器，而TCP从不同的地方接收数据，有机床开关量数据（此数据是用电气电路方式采集所得），有车间设备中的不同数据信息，也有RFID卡片和RFID标签的信息。所以只有在传输过程中对这些数据封装后，上位机才能够对这些数据按照不同的格式不同的类型进行解析，从中获取可利用信息。
数据的解析实际是对采集到的设备编号、数据类型进行解析后所得的结果，然后根据这些结果得出数据具体的信息并把这些信息保存到数据库。前面我们讲过数据库的数据会被传至可视化界面，所以人们可以经过界面多这些解析得到的信息进行查看。如果这些数据因与特殊情况被要求回调，则上位机子啊接到回调指令后把被要求回调的数据从数据库中查询出来再进行解析封装，然后发给派出回调指令的TCP客户端。
在数控车间的实际操作中，由于企业运用数控机床进行生产，而数控机床又有全自动化功能，所以没必要为每台机床配备一名工人进行监控，这样既节省成本又使机房不会那么拥挤不堪[11]。但是一名工人同时兼顾多台机床会出现一个问题，那就是当其中某台机床出现故障时，工人无法第一时间进行处理。若机床的故障得不到及时处理必然会对企业产生很大经济损失。若果能在机床发生故障那一刻就将信息及时传达给工人或者其他工作人员，那么故障会及时被排除避免不必要的损失。所以以发送手机短信形式的远程报警系统被大大派上用场。短信形式的远程监控有两种方法，即以WEB发送短信和GPRS MODEM发送短信。这两种方法在一定程度上的确起了很大作用，但其不足是WEB必须通过互联网跟网络连接才能发送。GPRS MODEM也需要相应的硬件设施进行支持短信发送[12]。GPRS MODEM提供了串口R232标准接口，直接与用户电脑或者连接了相关设备进行短信收发。
1.3 通过实际案列提出主要研究内容及研究结构
1.3.1 数据采集系统的研究内容
本文通过对工业汽轮机制造厂两个不同车间的人工使用情况、部件分配、机床运作、切割机的使用、生产加工进度及产品质量等各方面所采集到的数据信息进行相关的应用及分析。旨在研究普通车间人工采集数据和数控车间采集系统采集数据的差别。主要针对数控车间的数据信息对数据采集系统的应用展开分析。本论文的难题在于想要得到以上所述的这些信息必定得通过机床信息、人员和工件的相互交叉配合，因为机床信息不是单一的研究机床本身生产状态，更需要研究机床上主要轴部件的运转速度和其他附件的运转情况，更有对机床的操作者的采集信息和切割刀具工作的信息的研究[12]。本文还通过对车间加工的进程及产品质量的信息进行采集研究，而加工进程主要是针对此车间在一定时间内生产出的产品的数量，以计数形式进行统计；产品质量是针对在这一时间内生产出的定量的产品是否达标，是否符合市场企业规定的标准，最准定出合格的总量，以隐性的数据进行统计分析。加工进程和工件质量总的合在一起，才被称作此车间的生产信息。
对车间数据采集的信息研究，可通过对车间机床的运转信息研究和对车间机床生产进程和质量的研究得出最终结果。而机床运转的分析是课题的关键所在，也是最有难度的地方。要是解决了机床信息的这一问题，其他的难点便可逐一展开，一一击破。不过生产速度、生产质量的研究也值得一提，由于生产进程信息是对产品定型的最终环节，所以此部门的研究很有必要。无论是普通车间还是数控车间，机床都不是单一的一个而存在，每个车间里都有很多的机床同时运转，若是对每个机床都派发专人看管，即耗时又耗力，还增加人工成本，生产效率也不高。所以想对这些机床进行集中管理，必须得有符合企业实际情况的系统进行操作。企业可通过网络技术将每个机床端采集到的数据传输至服务器终端，然后通过软件将数据分至各个板块—机床原始数据板块、统计分析板块和反馈板块。生产管理者最终通过反馈板块对车间的生产进行评估并制定有效的解决措施[13]。
1.3.2 对数据采集系统的设计、开发和应用的研究
本文主要通过对数据采集系统的设计、采集的方式、系统的研究开发和实际应用等方面进行分析。首先系统主要结合对机床运作采集的数据和生产进度这两方面得出车间的总体架构和适应哪种系统进行管理做系统设计。并通过系统的应用进行改良设计，使软件的功能和机构上都能更好的体现机床原始数据板块、统计分析板块和反馈板块等各个板块的有效利用。系统设计改良后，观察其工作情况，进一步探讨数据采集的原理，并研究分析数据访问的路径及其特殊性开发新的采集软件，生产电子化、机械化在制造行业得到最广泛的利用，推动制造业在全球的发展。结合本论文所举实际案例—大型工业汽轮机制造厂的车间数据采集，分析此车间的应用环境情况，并示范设计的系统的整体应用情况，得出最终结果[14]。
1.3.3 数控车间现场数据采集未来发展方向
近些年来随着科学技术的大力发展，企业、研究者致力于研究数控机床现场数据采集系统的发展，并取得了很大的成就，尤其在制造行业得到了广泛的应用并取得了良好的效果。但是现场数据采集依然存在着很多的问题，针对这些问题本文在前面已经做了详细罗列。这里主要分析数控车间现场数据采集的未来发展方向。
数据采集系统集采数据的针对性。由于数据采集系统的不统一，致使采集方案出现分化，比如有的方案只针对制造设备运行数据的采集，有些方案针对车间现场生产数据信息的采集，这就导致每种数据采集方案采集数据的局限性，无法采集到全面完整的数据信息。所以未来对数据采集方案的研究方向应注重如何才能兼顾各类信息的采集。另外，当前数据采集仅以实现监视为目的，而忽视了采集到的数据应该如何才能得到更充分、更广泛的分析和利用。所以未来还需要对采集到的数据进行深层次、详细的信息分析，有效利用这些数据来获取更深层次的信息并使之最终转化为有价值的信息成果。
数据采集系统数据采集的依赖性[15]。PC平台对于数据采集系统无疑是最好的平台，其软件资源丰富，处理能力速度快，所以数据采集系统对其依赖性特别强。但是PC平台的缺点也是很明显的。普通计算机不但体积庞大耗能高，安装维护也不方便，尤其是在恶劣的环境下，容易受到外界的干扰，且防尘、防震功能差，重要一点是因其内部信息比较精密，制造起来程序繁多，想要控制成本比较困难。嵌入式系统与PC平台不同，其实时性强、体积小、功耗低、安装维护起来方便快捷，在工业环境中运用最为合适。所以在PC平台之外，嵌入式系统平台的数据采集方案得到越来越广泛的应用。
目前实现CNC开放化的是个人计算机数控，即PC-NC.PC因其高度的可靠性。标准化的硬件设施，且适合于工业环境，所以从产生到现在已经被越来越多的工业企业所使用CNC系统的用户界面、图形显示、动态仿真、数控编程、故障诊断、网络通讯等都可以通过PC软件进行改善。机床制造商可以利用PC软件中强大的开发工具即编程语言编制软件模块来代替原有的模块，方便机床厂制造商和用户添加独具的模块。PC-NC是以PC机硬件平台和操控系统为基础，运用自己研究的软件或者数控商手中的软件来实现数控系统功能的构造。但是现有的PC操作系统有一缺陷，那就是其实时性不高。
数据采集系统数据采集的实时性。因为目前数据采集的实时性比较欠缺，所以大多数据采集只能被用于采集和监视，且应用过程控制也比较低。甚至还有部分数据采集系统在非实时操作系统上运行，因网络阻塞迟缓，数据采集的实时性很难得到保障。所以数据采集系统数据采集的实时性的提高也是一个很重要的课题。
条形码与RFID技术相连接。当今自动识别技术的格局已渐渐趋于条形码技术和RFID技术，条形码技术的广泛应用慢慢代替了传统识别技术，并且条形码技术在制造业的应用已经形成了一定规模。虽然条形码技术被广泛运用，但是它在有些方面依旧存在不足，如信息容量小，在无障碍情况下才得以读取；抗污染能力低，任何的污点都会影响到数据的提取。毫无疑问，这些缺点的存在都会影响到生产管理的效率。RFID技术信息容量大，可以在非接触条件下自动读写，能够实时的识别运动物体并采集信息[16]。但是条形码技术耗费成本低，应用广泛，所以依然在使用上占据主导地位。因此，RFID和条形码可在优势上互补，将二者结合起来使用在制造业中得到良好的应用前景。
2、数控车间数据采集系统的整体设计
依据本文课题研究的方向和要求，确定车间需要采集的数据及分析车间运作状况信息，集中考虑数据的采集合成和传输，并连接网络制定整体方案，设计系统结构，完成一整套数据采集系统。
2.1 数据采集系统设计必备的条件
想要设计一整套即符合企业生产车间运作又有效的采集系统，车间内部各个方面的因素必不可少，而现今车间普遍存在一系列问题，有必要对这些问题进行再次罗列，以引起企业的重视。
机床生产参与者无法对机床的运作进行及时有效的监控操作也很难对机床的前后运行情况做分析，进而无法及时准确的发现机床所存在的问题。一旦机床的这些潜在隐患出现问题，那对企业将是一笔重大的损失。
生产者来回于每个车间巡视产品加工进程，因期间路程长，耗时大，想要把收集到的数据带回数据库做分析也因时效性弱而缺乏价值，这样的数据就算做了分析也极易产生错误，并且增加了人员的工作量，实属耗时耗力。
产品加工部件存放于存放间和车间两个地方，这在使用上很容易出现错误。车间检查人员在给机床操作工人讲述检查内容时也很容易出现错误，像生产情况，收集数据统计在沟通中出现误差，会让工人对操作出现错误判断而影响整个车间的运作。
在生产车间，工票靠人工发放，车间数据靠人工统计，如此一来对生产的进一步分析产生影响，也阻碍日后的进一步查看追踪，大大降低了起利用性质。
企业把解决车间存在的各种问题定为目标，并结合企业管理运行方面的模式和管理层的管理内容为企业决策提供有力的支持[17]。而从以上各问题来讲，建立健全的数据采集系统必须要从基层的机床运行信息、人工操作、零部件的加工速度和质量等方面提取数据，并对此进行统计分析，设计出适合的采集系统。
2.2 数据采集所使用的方式方法
采集数据的方法有很多种，有传统手工采集，也有通过机械进行电器自动采集。手工采集数据相对原始，采集速度慢，数据时效性低，更无法保证采集、输入实时信息的其精确度。而自动化采集比手工采集速度快，精准高且人工干预较少，在控制成本的同时，生产高标准、高质量产品，提高企业所得利润。
2.2.1 分析车间机床数据采集的流程
机床通信所需接口主要有无通信口、串行通信口和以太网通信口。而最早的数控机床就是无通信口，因为其性能、运转等各方面较落后，加之新型的利用串行通信口的机床和以太网通信口的机床广泛使用，这种机床已经基本被淘汰，只有及其少数的生产车间还在使用[18]。随着技术的不断提升，数控机床也从RS232-DB9、RS232-DB25接口向RS422-DB9、RS422-RJ45及RS485-DB9、RS485-RJ45等串口通信转变。以太网IEEE802.3标准的通信口更是被开发和广泛利用。为了验证数控机床数据采集方法的可行性，我们选择了三种不同的机床做详尽分析—无通信接口机床、串行通信接口机床和以太网通信接口机床。
（1）可编程逻辑控制器信息采集
无通信接口的机床因其技术方面落后，性能低，采集数据方法少，只有通过可编程逻辑控制器信号点对机床数据进行采集。因无通信接口机床的数据采集只有通过此种控制器来完成，所以可编程逻辑控制器需要对各个信号点发出的信号进行监控，并对采集到的信号做出相应的处理，然后存储在机械中以便于做分析使用。但无通信接口机床在利用可编程逻辑控制器进行数据采集分析的同时，还存在一个问题，因为没有通信口，用户无法从外部读取数据，但用户可以想办法来利用它的信息。通过对控制器信息点发出信号作分析，结合机床电气图中的说明，从而对数控机床进行监控。数据采集模块通过可编程逻辑控制器直接对机床进行采集，然后以日志的形式对加工程序做汇总，再经过其他链接在一起的端口传输到计算机上。计算机再根据上传的采集信息进行解释和分析，并把分析结果用局域网的形式传达给其他的服务终端[18]。这一系列的方法可方便记录车间机床工作的各类参数，如名称、加工时间、加工进程、机床轴的运转时速等信息。数据采集模块的方法如图所示：

总线接收器

信号与处理和电器隔离

信号

系统采集软件

电源模块

串口输出模块

通过实例，我们可以实现无通信接口的机床在控制器信息点采集数据的使用下，也可以启动主轴，实现机床换刀，加快主轴的速度，或遇突发事件实现机床主轴自主关闭、急速降温并报警，还可对实现机床冷却后，润滑箱紧接打开对主轴进行润滑保养等等工作。但是，这种方法比较复杂，实现起来有一定困难，需开发人员整体提高综合素质以达到能够按流程对机床的应用。
（2）宏指令法运用
跟无通信接口机床相比较，串行通信接口机床可多方面进行机床数据采集，也可以利用可编程逻辑控制器信息点采集的方法。其还具有一独特的方法—宏指令法。所谓的宏指令法主要是通过软件控制，无需针对硬件设施的改良便可以实现数控机床信息的采集和分析，并把这些采集到的数据编写成程序传输至服务器中，并把服务器与机床相连接，如此可实现整套操作过程。
企业若想开发新产品，第一步先行做设计，企业聘请工程师对产品做设计，然后交给加工产品的工艺师傅，工艺师傅在了解设计理念及设计程序后，凭自己多年经验和企业车间实际情况，选择生产产品所需的刀具和各种数控机床上的加工参数。工作站通过网络中的广域网从中获得工艺师选择的这些参数，然后依据参数产生根据实际生产加工需求进行数据更改的代码，然后在这些代码的相互传输下在程序编辑模块中完成产品的加工制造[18]。企业把这种方法叫做宏指令法。当有外部指令被输入程序或者系统出现变量等情况时，数控机床上的软件便会对这种指令进行自动分析然后做出相应的处理。最后这些变更后的数据信息传输并保存到计算机上以供管理者查看。
（3）太网通信接口机床软件的开发利用
以太网通信为接口的机床因其功能强大而使数据采集更加多样化。正是有这个优点，企业管理者可以从数控机床中得到任何需要、想要的信息。这种机床跟电脑一样，只要安装上PCI和网卡便可正常运行，跟普通的PC机一样。机床实操者可以利用这种方法得到最新、最精准的数据信息，还可以对机床的正常运转、机床故障、机床的工作启动时间、主轴工作启动时间、机床工作时的坐标参数、机床的最大使用率、加工部件所耗费的时间等一系列信息进行监控。这种方法同时也适用于最高端数控系统中。一般来说，大型的具有数控车间的制造商都有属于自己的软件来对机床的运作状态进行监控，但是对软件运用、格式或定义的差别决定了其二次开发的差异性。虽然这种软件的价格可观，但二次开发缺相对的简单一些，无需过多的进行分析，只要求按照其预先定义的格式来调节参数就完成了，且保证企业机床管理者得到更大的信息量。
（4）串行通讯
串行通讯是指用一根信号线连接外部设备和电脑来实现数据的传输。其所传输的数据都有固定的时间长度，切且每位数据都在这根信号线上逐为进行传输。在传输过程中，接收方和发送方共同遵守相同的通信协议、数据格式和传输的速度，目的是为了保证传输的数据的准确性和一致性。目前，虽然接口技术发展飞速，出现了很多种更加高超的通信接口，但是中国的制造行业在一定程度上不同与别的企业，其特殊性决定了串口通信在国内这些制造行业中依然占据主导地位，而且越来越多的企业开始采用串口接口，这使得串口在国内自动控制领域中扮演着很重要的角色。
串行接口在国内计算机中使用的标准配置是RS-232C,RS-232C、RS422、RS485串行接口被国内大多数数控系统使用。由于电脑和数控机床分别使用的接口RS-232C和RS-232都依照相同的数据通信协议，所以只要有RS-232C就可以使他们之间互相通信，且DNC主机也能实现对数控机床的DNC控制。
2.3 采集产品加工生产的进度的数据分析
质检是生产车间必不可少的一道程序，通过专人对生产出来的半成品进行逐一检查，达标的进入下一继续加工环节，未达标者再做处理，如此一来，即保证了产品质量，又可以避免工人工作的重复率，提高工人工作效率。但是质检这一程序却对系统自动采集产生一定影响，因为人的干预，实现采集自动化却有点困难。车间手工采集方法主要有通过控制面板进行人工输入数据，运用无线终端系统输入数据，扫描条码输入数据。
2.3.1 通过控制面板人工输入数据
机床操控员或者编译程序的工作人员把数据、程序通过控制面板进行输入，然后服务器将这些数据翻译成机床所需的信息，管理者即可通过这些信息对机床操作实施监控。这种程序有个优点是可以根据用户的所需进行自定义，并且不受数量的限制，从而采集多种数据。
2.3.2 运用无线终端系统输入数据
机床操作者依据数控机床的运行和生产，通过无线数据采集器械把机床生产状态及生产数据输入终端并利用无线网络技术把这些数据传输至数据库保存。这种方式可大力用于传统的无数控系统的就机床中，工作人员通过手工方式采集多种数据信息，但相应的也会增加人员的工作负荷，给操作员增加负担。
2.3.3 扫描条码输入数据
工作人员将每件产品的相关信息都输入计算机，然后将这些产品进行分类数据处理并编译成为条码，然后把这些条码打印在信息片上，等需要输入产品信息时，只需通过条码扫描器扫描条码就可以得到产品的信息。利用这种方法大大节省了操作者的工作时间，减少工作者的工作量。但局限性是只适用于已经被输入数据的产品，而其他的仍需再输入。
2.4 数控机床主要的数据采集方法
数控机床有一大优势便是它自身可以通过检测并反馈机床的工作情况，记录采集具有时效性的数据信息[20]。因数控机床具备这一优势，它可以在无人的情况下进行操作，完全自动化。但是由于企业内部车间生产产品都得过质检这一关，人为干涉多少都对数控机床的全自动化产生影响。虽然无法实现完全自动化，但车间机床操作仍可以运用全自动化这一优点来实现无纸化、半自动化操作，还要改进人工干预质检这一程序，使之更加科学、合理。
2.4.1 什么是数控机床？
所谓数控机床是通过程序控制的自动化机床，这种程序可通过编码、人为指令等方式进行零部件的加工，无需过多人参与，可全自动化操作.就西门子840D系统而言，其优点主要有可视的窗口，通过窗口所显示的数据，操作者可简单、灵活处理机床存在的问题，并且很容易掌握操作方法；具备及其丰富又强大的软件内容，数控机床内安装大容量的PLC系统；可远程进行诊断，使操作者不再车间机床之间来回反复巡查，节约时间也提高数据反映的时效性；高度集成化以及板块设计也是数控机床的一大优点。
MMC-CPU是通信系统的中央处理器，通过它可实现机床与外界和串行通信接口、并行通信接口的联系。操作者可利用OP031操作界面，人工通过显示屏和键盘将采集数据输入进去，中央处理器经过编码将数据转化为代码形式存储至软盘驱动中；或者通过串行接口和并行接口进行全自动采集数据传输并编码；还有就是利用HHU手持单元、MCP机床控制面板、PC编程器进行数据采集到NCU模块中实现转换编译，对机床的主轴驱动系统、进给系统、进给驱动系统通过PLC接口进行监控[20]。
2.4.2 确定数据采集的方法
基于上述三种机床的介绍和详尽的分析，得出最佳选择为可进行软件二次开发的太网式数控机床。此种机床即可利用可编程逻辑控制器信号点实现数据采集，也可进行软件的二次开发。但是这种方法的开发存在一定难度，而且以当前的技术，机床的安全方面存在一定隐患，并且采集到的信息也存在缺陷。对于840D数控软件操作的数控机床，其性能跟计算机可相比较，还可进行软件的二次开发来实现数据信息采集。这种机床还具备可视性窗口，通过窗口进行机床操作更为方便。
从上述研究可知，传统的手工采集、无线采集器采集数据或利用条码扫描采集数据虽然都可以得到生产进度信息数据。但是这三种方式在实际运用上却又很大差别。首先，控制面板手工输入因其难度较低，资金投入也相应的少；手持终端虽然可以采集到更多的数据，但要想采集更多的数据，需花费高额资金购入这种采集器，为此不仅花费高，而且人手一个采集器在车间进行数据采集显得车间拥挤混乱；扫描条码进行数据采集方式跟手持终端无独有偶，也需花费大量资金采购设备，不仅成本高，而且车间秩序混乱，反而降低生产效率。
因840D机床既有可视窗口，又有键盘，相当于一台计算机，所以可以进行开发程序并安装其中[21]。工作人员还可以通过键盘录入数据，利用键盘进行外界与程序的相互交融。此种机床操作简单方便合理，所以生产进度数据采集便是机床开发采集程序。
2.4.3 通过互联网形式进行机床运转分析
通过联网形式建立数控车间数控机床的联系，方便集中管理，也易于通过一台机床数据分析的输入而使其他机床对此信息数据得到共享。
数控车间机床主要是西门子数控系统的机床和串行通信接口的数控机床。为解决这两种接口机床之间的相互联网，硬件连接必不可少。而不同的数控机床接口决定了它的联网方式不同。
计算机
如图1所示和图2，RS232接口的数控设备和RS485接口的数控设备基本运用对称式结构，如使用串口连接的扩展卡或者串口连接服务器。在图1的连接中，使用串口扩展卡使机床和电脑连接，再利用电缆连接各个通信板块。但是这种方法存在一个问题，因需要电缆连接，所以无法远距离进行操控，但是电脑又不能随意挪动，只能放在车间里面，这样若想要兼顾周围的机床，便会显得极其不方便也不灵计算机
活。图2中，计算机并没有被派上用场，而是利用交换机，通过无线局域网形式实现机床与电脑间的联系此种方式比第一种的灵活性更高。
串口扩展

数控设备
数控设备
RS232 RS485 图1

工业以太网

交换机
图2

串口服务器
串口服务器

数控设备
数控设备
RS232

IP地址数据可通过串口通信接口转化为数据流，与此相反，数据流也可被转化为IP协议数据包，在相互转化过程中，实现数据的传输。换句话讲，采集数据信息通过串口服务器，在无线局域网的作用下直接传输至数控机床，并通过数控机床的可视窗口或的任何IP地址，然后分布于其他数控机床，从而使资源得以共享。运用串口服务器转化数据的方法，不仅相互连接更为直接，并且将数控机床与工业以太网相连接，方便数控系统管理集中化，技术开发的扩大化。
以太网机床是现今制造业车间中较为高档的机床，因其与网络连接上方便、快捷，所以成为数控机床系统研究的主要方向。
由于生产车间的特殊性，计算机被安置在车间显然不可取，自然要想使用RS232与服务器连接的可能性也不高。而运用串行通信接口方式，连接中心交换机，通过交换机将串行口转化为以太网口，使机床与以太网口连接，而串口服务器的另一端可与电脑连接，企业只需要在车间放几台交换机便可以使数控机床正常工作，而企业管理人员无需不间断的在车间来回走动监督，只利用计算机可以进行远程操控。这样既让数控机床与计算机之间的连接距离得以延长，也无需购进大量硬件设备，既为企业节省成本，也方便车间管理[22]。本文主要采纳如图所示的单串口服务器展开分析；因为单串口服务器具备较高的灵活性，方便机床分组加工，并且相互之间不受影响，一旦其中一个服务器出现故障，其他服务器仍然可以正常进行运转。

数控车间机床连接图
2.4.4 通信协议
通信协议的研究也是很重要的