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數(shù)控加工中心運(yùn)行時(shí)間采集系統(tǒng)研究
閱讀：416 發(fā)布時(shí)間：2020-8-11文章預(yù)覽：
近幾年科研生產(chǎn)任務(wù)量逐年增加，然而設(shè)備和人員卻不可能無限制的增加。如何提高現(xiàn)有加工中心設(shè)備的利用率來提高產(chǎn)量并且滿足精益生產(chǎn)的要求，已成為一個(gè)棘手的問題。對(duì)所有加工中心利用率進(jìn)行分析，尋找影響加工中心使用效率的原因并采取針對(duì)性措施是解決這一問題的重要方法。但是加工中心利用率的統(tǒng)計(jì)工作目前只能通過粗略的人工統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行,實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性均難以滿足要求。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)在商業(yè)及工業(yè)領(lǐng)域的大量使用，這些技術(shù)的應(yīng)用效果越來越顯著，對(duì)提高銷量或產(chǎn)量有著極大的推動(dòng)作用。因此應(yīng)當(dāng)將這些技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控加工生產(chǎn)中去，建立起一套基于MDC (生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集)技術(shù)的數(shù)宇化、網(wǎng)絡(luò)化的加工中心運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)來輔助管理和決策部門合理安排生產(chǎn),終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升。鑒于目前市場(chǎng)上仍然缺乏此類成熟產(chǎn)品，而且難以給出適應(yīng)西安飛行自動(dòng)控制研究所實(shí)際情況的解決方案來，因此本文主要以加工中心運(yùn)行時(shí)間采集系統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)和驗(yàn)證，嘗試開發(fā)適合所內(nèi)現(xiàn)狀的數(shù)控加工中心運(yùn)行時(shí)間采集管理系統(tǒng)。
1數(shù)控加工中心運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)采集方法
加工中心利用率數(shù)據(jù)是由加工中心運(yùn)行時(shí)長與開機(jī)時(shí)長的比值確定^比值越小就說明加工中心真正用于加工的時(shí)間越短。開機(jī)時(shí)長是指加工中心通電后的持續(xù)時(shí)間長度,反映出加工中心是否可用。包含了準(zhǔn)備時(shí)間、等待時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間等。運(yùn)行時(shí)長為加工中心實(shí)際加工所用時(shí)間長度，可等效為執(zhí)行自動(dòng)程序所用時(shí)間。
針對(duì)這兩個(gè)時(shí)間的自動(dòng)采集方法主要有兩種，_種是通過與加工中心數(shù)控系統(tǒng)通信的方式直接采集，另一種是通過外部?jī)x器設(shè)備捕捉加工中心運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的特征信息間接
采集。
直接采集需要通過數(shù)控系統(tǒng)提供的通信端口并結(jié)合相應(yīng)的軟件或硬件才能實(shí)現(xiàn)。由于數(shù)控系統(tǒng)一般都不是開放的，通信協(xié)議也不同，想要通過一個(gè)平臺(tái)直接訪問多個(gè)品牌的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的變量是很困難的。據(jù)調(diào)研，國內(nèi)很少有成熟的解決方案。國外也非常少,蓋勒普公司有一套完整的MDC系統(tǒng)解決方案,但是價(jià)格高昂，并且不一定能滿足我所實(shí)際需求。與數(shù)控系統(tǒng)通信會(huì)帶來信息泄露和數(shù)控系統(tǒng)被惡意破壞的安全風(fēng)險(xiǎn)，另外，由于直接采集要使用數(shù)控系統(tǒng)通信端口，使用中有可能會(huì)因?yàn)槔纂姟㈦娋W(wǎng)波動(dòng)等原因燒壞通信端口甚至是數(shù)控系統(tǒng)（已有此類故障發(fā)生。其次，直接采集方式對(duì)于沒有數(shù)控系統(tǒng)或類似控制器的普通加工中心、特種設(shè)備和其它科研生產(chǎn)設(shè)備都無法應(yīng)用，使用范圍有限。因此本文不傾向于直接采集方式。
間接采集可以不受數(shù)控系統(tǒng)軟件和硬件的限制，不會(huì)對(duì)加工中心及控制系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。通過附加的裝置采集能夠反映加工中心運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)，這些裝置又可以連接成網(wǎng)絡(luò),并由上位機(jī)統(tǒng)_記錄數(shù)據(jù)和監(jiān)控管理。該方法的優(yōu)勢(shì)在于成本低，容易實(shí)現(xiàn),通用性、擴(kuò)展性強(qiáng)。國內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)企業(yè)在嘗試用該方法研發(fā)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間采集系統(tǒng)。據(jù)悉,有公司通過采集加工中心加工時(shí)的負(fù)載電流這一特征信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工中心運(yùn)行時(shí)間的采集。因此本文終選擇間接采集方式。
要實(shí)現(xiàn)間接采集,關(guān)鍵的一點(diǎn)就是找到能夠反映加工中心運(yùn)行狀態(tài)的特征信號(hào)，這個(gè)信號(hào)能夠在加工中心開始加工零件的時(shí)候出現(xiàn)，還能在加工完畢時(shí)消失。總結(jié)日常維修改造的經(jīng)驗(yàn)，本文認(rèn)為采用加工中心加工負(fù)載電流作為加工中心運(yùn)行特征信號(hào)存在較多缺陷，比如每臺(tái)加工中心的電流閥值都不相同，需要逐臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定;模擬量采集有誤差;存在較多干擾因素等。
為了尋找并確定合適的特征信號(hào)，本文選取了所內(nèi)30余臺(tái)典型的數(shù)控加工中心作為研究對(duì)象(見表fi。經(jīng)過逐臺(tái)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)加工中心內(nèi)部的直流電源的輸出端或者通電時(shí)間計(jì)時(shí)器可以反映出加工中心是否通電，而加工中心自帶的自動(dòng)程序運(yùn)行時(shí)間計(jì)時(shí)器或者指示自動(dòng)程序正在運(yùn)行的指示燈可以反映出加工中心是否處在運(yùn)行狀態(tài)，以這些開關(guān)量信號(hào)作為特征信號(hào)，不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換,因此更易實(shí)現(xiàn)且可靠性高。
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結(jié)束語：
經(jīng)過前期調(diào)研和多項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了通過采集能夠反映加工中心運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)量特征信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工中心是否運(yùn)行進(jìn)行判斷。以此方法建立的數(shù)控加工中心運(yùn)行時(shí)間采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)加工中心運(yùn)行時(shí)間的采集和記錄，并且可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)和集中監(jiān)控。優(yōu)勢(shì):投入成本低，容易實(shí)現(xiàn);每臺(tái)加工中心都是一個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng),可以按需配置、靈活調(diào)整,不受加工中心自身軟硬件條件限制;PLC和人機(jī)界面功能豐富，可以擴(kuò)展多種監(jiān)視和控制功能，還能夠擴(kuò)展應(yīng)用到普通加工中心和其它科研生產(chǎn)設(shè)備中;通過以太網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集中監(jiān)控。不足:采集精度仍需提高。自動(dòng)程序運(yùn)行中包含了換刀、測(cè)量和其他非加工時(shí)間，目前采集到的時(shí)間仍然不能*反映純粹的加工時(shí)間，因此還需要作進(jìn)一步研究;對(duì)于沒有計(jì)時(shí)器或運(yùn)行指示燈的加工中心不適用，還要尋找新的解決辦法。總之,經(jīng)過后期的改進(jìn)完善，該采集系統(tǒng)即可投入使用。如果全面應(yīng)用，將成為生產(chǎn)管理部門和決策層的重要管理工具。