设备云的应用

发布时间:2022-09-05
作者:韩鸿鸾 王建绪 毕美晨
关键词:设备云 设备监控  设备管理 智能化设备
来源:e-works
设备云的应用使制造过程透明,数控机床不再是传统的机械设备,而变成了一台智能终端,成为新工业革命的基础。本文通过设备云对加工、实时状态、机床坐标、刀具、程序信息、PLC、寄存器的监控及机床利用率与加工效率的分析介绍了设备云的应用。通过设备云的应用介绍了其应用方式。
       设备云是运用物联网、大数据,通过统计分析等智能化手段提高工效率和质量,提高设备的健康状况,从而提升车间的智能化管理,其典型结构如图1所示。
 
设备云的结构
图1  设备云的结构

       1. 设备云的作用

       1.1 加工状态监控

       管理产线机床的运行状态信息,通过平面图或者列表展示等方式,可实时监控机床的当前状态信息。包括模拟车间平面图查看车间机床状态(运行、离线、报警、空闲),并通过不同的颜色灯闪烁显示当前状态。

       可以对机床进行查找,包括所属车间、机床型号、数控系统型号、关键字等进行机床快速定位搜索,如图2所示。也可以通过列表形式快速查看机床状态概览,如图3所示。
 
车间状态
图2 车间状态
 
机床状态
图3 机床状态

       1.2 数控系统状态监控

       (1)机床实时状态监控

       对正在运行的机床关键数据进行监控,包括坐标数据、剩余进给、负载电流、刀具信息、工件加工件数统计信息、当前运行的G代码信息,面板状态信息等,如图4所示。
 
机床实时状态
图4 机床实时状态

       (2)坐标信息监控

       坐标信息监控,如图5所示。监测机床各部件关键性参数信息,包括机床实际、机床指令、工件实际、工件指令、相对实际、相对指令、剩余进给、编程位置、负载电流、工件零点、电机位置、电机转速、驱动单元电流、额定电流、同步误差、轴补偿值、波形频率、跟踪误差等数据信息。
 
坐标信息
图5 坐标信息

       (3)刀具信息监控

       刀具信息监控主要监控当前机床配备的刀具情况,如图6所示。
 
刀具信息
图6 刀具信息

       (4)程序信息监控

       如图7所示,程序信息监控主要是监测当前机床运行的G代码信息,包括G代码的名称、整个程序的行数统计、G程序的详细内容、G代码当前运行的行数、指令内容、当前的模态信息、运行的时间、所剩时间等信息。
 
程序信息
图7 程序信息

       (5)PLC监控

       PLC监控如图8所示,主要监控机床当前的PLC梯形图,同时标注了PLC的状态,红色非联通状态、绿色联通状态。也可将梯形图解析成PLC指令代码,如图9所示。
 
PLC梯图
图8  PLC梯图
 
PLC程序
图9  PLC程序

       (6)寄存器监控

       寄存器监控如图10所示,主要监控数控系统寄存器实时状态。
 
寄存器监控
图10 寄存器监控

       1.3 数控系统参数管理

       数控系统参数管理如图11所示,主要对机床状态、NC参数、版本比较等进行管理。
 
数控系统参数管理
图11  数控系统参数管理

       1.4 加工效率统计分析

       (1)机床状态统计

       机床状态统计列表包括在某一时间段内机床编码、机床型号、数控型号、所属车间等,图12列出了其统计数据,方便用户知晓机床工作状态。

       如图13所示,点击某一编码,即可查看该设备的详细信息。同时,也可切换页面查看该机床利用率统计、开机率统计、运行率统计等折现图,并配备相应的列表,明确统计状态时间和各效能效率计算方法,如图14所示。
 
机床状态统计
图12 机床状态统计
 
机床状态统计详细信息
图13 机床状态统计详细信息
 
机床状态统计利用率详细信息
图14 机床状态统计利用率详细信息

        (2)监控机床利用率等

       机床利用率、机床开机率、机床运行率、都以列表形式呈现机床运行时间、工厂日历时间、机床总利用率等信息。勾选某几台机床还可以算出平均利用率。在搜索框中输入条件,可以按条件进行筛选,如图15、16、17所示。
 
机床利用率
图15 机床利用率
 
机床开机率
图16 机床开机率
 
机床运行率
图17 机床运行率

       (3)机床加工件数

       机床加工件数以列表形式呈现机床名称、机床型号、数控型号,所属车间,加工件数等信息。在搜索框中输入条件,如图18所示。
 
机床加工件数
图18 机床加工件数

       (4)故障信息

       机床故障次数以列表形式呈现机床型号、平均修理时间,平均故障间隔期,上下次维保时间等信息,如图19所示。
 
机床故障次数
图19 机床故障次数

       1.5 程序管理

       通过对程序仿真数据、工件加工时电流波形数据、以及声音震动数据的分析,判断工件G代码的优劣,并定位可优化的G代码的行号,如图20所示。
 
程序管理
图20 程序管理

       1.6 视频监控

       如图21所示,可通过视频监控查看机床运行状态。同时可进行录制和回放。
 
视频监控
图21 视频监控

       2. 设备云的应用

       手机外壳一般采用铝合金、不锈钢等材料通过高速加工而成的,其效果图如图22所示。其加工过程是钻攻中心缺料→感应缺料→ PLC中央控制台 →机器人启动取料→ 上料到1#钻攻中心→上料到2#钻攻中心→ 取1#钻攻中心到3#钻攻中心(取2#钻攻中心到3#钻攻中心)→从3#钻攻中心下料。
 
效果图
图22 效果图
 
设备云的应用
图23  设备云的应用

       2.1 组成

       如图23所示,设备云是数字化车间中的基础,也是核心模块。其应用顶层是企业管理和产品设计,顶层系统完成任务排程下发和工艺设计,根据加工工艺和生产计划实现智能加工。

       (1)智能化设备

       由数控机床、机器人、自动料仓组成。

       (2)设备云

       实现工艺的生产线控制;多生产线单元的统一管理,效率分析,程序管理,监控诊断,智能优化。为ERP/MES CAPP/PLM提供大数据,实现企业信息化连通。

       2.2 控制系统

       (1) 总控系统

       实现对数控机床的状态监控及控制功能,包括报警、报警历史、寄存器、刀补、机床位置、加工程序、进给倍率、快移倍率、主轴倍率等;可监控自动料仓及机器人的实时运行状态,控制各单元之间交互,确保各单元安全、可靠地运行。

       (2)总控PLC

       总控PLC数控机床、自动料仓、机器人之间交互信号的处理,状态监控、安全保护等;实现各设备的I/O信号,通过总控PLC进行通讯和逻辑运算,协调各设备的动作顺序,确保加工的顺利进行和设备的安全。

       (3)上位机

       上位机包括总控PLC、人机交互的显示器及上位机控制软件等;可监测数控机床的状态,控制系统各设备信号交互等;主要实现系统的实时监视。通过以太网与数控机床和总控PLC相连接,在线监测并记录机床、机器人、料仓等设备的工作状态、参数、I/O信号等,自动统计加工件数。

       生产信息通过网络传送,并记录,可实时查阅,为企业建立MES系统提供了条件,并可进一步实现数据孪生管理。

       2.3 操作过程
 
表 操作过程
操作过程

       设备云不仅能服务于零件加工,同时可提供管家式服务,只要点击终端,就可对此进行监控。可实现产品并行设计,缩短研发周期,降低成本;进一步实现产业链上下游信息的共享,支撑企业间的网络化协同发展,形成具有行业特色的知识库,促进资源共享。

参考文献:
[1] 张曙. 混合加工挑战传统[J]. 现代制造现代金属加工,2015(12):9-11.
[2] Rombouts M, Maes G, Hendrix W, et al. Surface Finish after Laser Metal Deposition[J]. Physics Procedia, 2013, 41(1):810-814.
[3] Wang Z, Liu R, Sparks T, et al. Stereo vision based hybrid manufacturing process for precision metal parts[J]. Precision Engineering, 2015(42):1-5.
[5] 韩鸿鸾,时秀波,孙林,等. 工业机器人工作站的集成一体化教程[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2022.
[6] 樊留群,张曙. 虚拟数控机床(下)[J]. 机械设计与制造工程,2017(10):1-6.