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近幾年科研生產任務量逐年增加,然而設備和人員卻不可能無限制的增加。如何提高現有加工中心設備的利用率來提高產量并且滿足精益生產的要求,已成為一個棘手的問題。對所有加工中心利用率進行分析,尋找影響加工中心使用效率的原因并采取針對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計工作目前只能通過粗略的人工統計方式進行,實時性、準確性均難以滿足要求。
隨著網絡技術、信息技術和大數據技術在商業及工業領域的大量使用,這些技術的應用效果越來越顯著,對提高銷量或產量有著極大的推動作用。因此應當將這些技術應用到數控加工生產中去,建立起一套基于MDC (生產數據采集)技術的數宇化、網絡化的加工中心運行監控管理系統來輔助管理和決策部門合理安排生產,最終實現生產效率提升。鑒于目前市場上仍然缺乏此類成熟產品,而且難以給出適應西安飛行自動控制研究所實際情況的解決方案來,因此本文主要以加工中心運行時間采集系統作為研究對象,對相關技術進行應用試驗和驗證,嘗試開發適合所內現狀的數控加工中心運行時間采集管理系統。
1數控加工中心運行時間自動采集方法
加工中心利用率數據是由加工中心運行時長與開機時長的比值確定^比值越小就說明加工中心真正用于加工的時間越短。開機時長是指加工中心通電后的持續時間長度,反映出加工中心是否可用。包含了準備時間、等待時間、運行時間等。運行時長為加工中心實際加工所用時間長度,可等效為執行自動程序所用時間。
針對這兩個時間的自動采集方法主要有兩種,_種是通過與加工中心數控系統通信的方式直接采集,另一種是通過外部儀器設備捕捉加工中心運行時產生的特征信息間接
采集。
直接采集需要通過數控系統提供的通信端口并結合相應的軟件或硬件才能實現。由于數控系統一般都不是開放的,通信協議也不同,想要通過一個平臺直接訪問多個品牌的數控系統內的變量是很困難的。據調研,國內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系統解決方案,但是價格高昂,并且不一定能滿足我所實際需求。與數控系統通信會帶來信息泄露和數控系統被惡意破壞的安全風險,另外,由于直接采集要使用數控系統通信端口,使用中有可能會因為雷電、電網波動等原因燒壞通信端口甚至是數控系統(已有此類故障發生。其次,直接采集方式對于沒有數控系統或類似控制器的普通加工中心、特種設備和其它科研生產設備都無法應用,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控系統軟件和硬件的限制,不會對加工中心及控制系統產生任何影響。通過附加的裝置采集能夠反映加工中心運行狀態的信號,這些裝置又可以連接成網絡,并由上位機統_記錄數據和監控管理。該方法的優勢在于成本低,容易實現,通用性、擴展性強。國內已經有多個企業在嘗試用該方法研發設備運行時間采集系統。據悉,有公司通過采集加工中心加工時的負載電流這一特征信號實現對加工中心運行時間的采集。因此本文最終選擇間接采集方式。
要實現間接采集,最關鍵的一點就是找到能夠反映加工中心運行狀態的特征信號,這個信號能夠在加工中心開始加工零件的時候出現,還能在加工完畢時消失。總結日常維修改造的經驗,本文認為采用加工中心加工負載電流作為加工中心運行特征信號存在較多缺陷,比如每臺加工中心的電流閥值都不相同,需要逐臺進行標定;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,本文選取了所內30余臺典型的數控加工中心作為研究對象(見表fi。經過逐臺對比分析,發現加工中心內部的直流電源的輸出端或者通電時間計時器可以反映出加工中心是否通電,而加工中心自帶的自動程序運行時間計時器或者指示自動程序正在運行的指示燈可以反映出加工中心是否處在運行狀態,以這些開關量信號作為特征信號,不需要模數轉換,因此更易實現且可靠性高。
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結束語:
經過前期調研和多項試驗驗證,證明了通過采集能夠反映加工中心運行狀態的開關量特征信號,可以實現對加工中心是否運行進行判斷。以此方法建立的數控加工中心運行時間采集系統能夠實現加工中心運行時間的采集和記錄,并且可以進行聯網和集中監控。優勢:投入成本低,容易實現;每臺加工中心都是一個獨立子系統,可以按需配置、靈活調整,不受加工中心自身軟硬件條件限制;PLC和人機界面功能豐富,可以擴展多種監視和控制功能,還能夠擴展應用到普通加工中心和其它科研生產設備中;通過以太網可實現大規模集中監控。不足:采集精度仍需提高。自動程序運行中包含了換刀、測量和其他非加工時間,目前采集到的時間仍然不能完全反映純粹的加工時間,因此還需要作進一步研究;對于沒有計時器或運行指示燈的加工中心不適用,還要尋找新的解決辦法。總之,經過后期的改進完善,該采集系統即可投入使用。如果全面應用,將成為生產管理部門和決策層的重要管理工具。
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