數(shù)控機(jī)床MDC網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備管理中的應(yīng)用

劉 清，楊麗茹

（1.中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動力有限公司成都壓縮機(jī)分公司，四川成都 610100；2.中國石油西南油氣田公司輸氣管理處，四川成都 610213）

1 車間現(xiàn)狀

1.1 車間數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀

公司曲軸作業(yè)線有10臺大型的數(shù)控機(jī)加工設(shè)備，包括5臺數(shù)控龍門鏜銑床、2臺進(jìn)口數(shù)控隨動磨床和3臺進(jìn)口數(shù)控車銑復(fù)合中心。這批設(shè)備是曲軸加工車間的主力設(shè)備，同時也標(biāo)志著公司和世界接軌，逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工自動化。這些設(shè)備均采用SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模塊化、開放、靈活的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，CNC（Computer Numerical Control，計算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床）、HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面）、PLC（Pro原grammable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、驅(qū)動閉環(huán)控制和通信模塊集成于1個SINUMERIK NCU（Numerical Control Unit，數(shù)控單元）中。結(jié)構(gòu)緊湊、高功率密度的SINAMICS S120驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)合SIMATIC S7-300 PLC系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大而完善的機(jī)械加工功能。機(jī)床采用DRIVE-CLiQ通信方式，不僅能顯著降低設(shè)備的布線成本，還能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)集成性能。通過DRIVE-CLiQ通信方式連接的機(jī)床各個關(guān)鍵電氣元件，可以將元件信息傳回NCU，就能通過機(jī)床的操作界面直觀、主動地了解機(jī)床重要電氣元器件的工作情況?，F(xiàn)在車間里的每臺數(shù)控設(shè)備都是獨(dú)立存在的，雖然有先進(jìn)的加工性能，但是沒有進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控設(shè)備，在功能實(shí)現(xiàn)上會受到很大限制。

1.2 數(shù)控機(jī)床MDC網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的基礎(chǔ)

10臺機(jī)床均采用SINUMERIK 840D sl數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有基于以太網(wǎng)的通信方案和強(qiáng)大的PLC通信功能，在技術(shù)層面完全支持信息共享，這是數(shù)控機(jī)床MDC（Meta Data Con原troller，元數(shù)據(jù)控制器）網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的基礎(chǔ)。聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接口參數(shù)：Sinumerik 840D SL系統(tǒng)，RJ45接口，網(wǎng)卡連接，采集方式Ma原chine link V1.0。

2 數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)及原則

2.1 數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)

網(wǎng)絡(luò)建成后，可以逐步完善數(shù)控設(shè)備的各項(xiàng)使用功能，除了可以完成數(shù)控機(jī)床的程序和刀具管理外，在設(shè)備管理和維護(hù)方面可以實(shí)現(xiàn)大量功能：設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、控制、程序傳輸、軟件升級、設(shè)備臺賬管理及維修記錄等，從而最大限度發(fā)揮數(shù)控設(shè)備使用效能。

（1）本次實(shí)施聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程，構(gòu)建基于以太網(wǎng)的車間專用網(wǎng)絡(luò)，全面實(shí)現(xiàn)機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)管理與信息監(jiān)控，機(jī)床由以前的獨(dú)立存在轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€工廠的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的完全信息化管理。

（2）通過強(qiáng)大的機(jī)床數(shù)據(jù)采集和實(shí)時分析功能，可進(jìn)行實(shí)時的機(jī)床各種數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計，從而有利于生產(chǎn)和設(shè)備管理部門科學(xué)安排生產(chǎn)計劃、采取正確措施，提高設(shè)備的使用效率。

（3）建立一套設(shè)備維護(hù)派工、維修記錄平臺，使維修工作更加快捷、高效，并解決紙張記錄不易保存和統(tǒng)計、維修缺乏統(tǒng)計分析等問題。

（4）維修工程師可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和維修，極大提高維修效率，并可通過網(wǎng)絡(luò)獲得技術(shù)支持及軟件升級。

（5）系統(tǒng)能讓設(shè)備管理人員及時掌握機(jī)床的運(yùn)行情況和各種故障報警信息，對機(jī)床信息作到實(shí)時采集，便于維修與管理。

（6）可實(shí)現(xiàn)程序和刀具管理。

2.2 數(shù)控機(jī)床MDC網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)原則

數(shù)控設(shè)備組網(wǎng)是為了實(shí)現(xiàn)打造數(shù)字化工廠的原則，根據(jù)實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有資源，保證機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，便于日后擴(kuò)展，以達(dá)到成本經(jīng)濟(jì)的目的。因此要求系統(tǒng)具有可靠性、可擴(kuò)展性、兼容性、易操作，同時要具有較高的運(yùn)行性價比。

3 設(shè)備管理與維修方面對平臺的要求

（1）要求網(wǎng)絡(luò)可兼容西門子、發(fā)那科及國內(nèi)知名的數(shù)控廠家機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。

（2）必須保證每臺設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)的安全獨(dú)立性，在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，每臺設(shè)備應(yīng)該能保持獨(dú)立正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）設(shè)立必要的安全網(wǎng)關(guān)和登錄權(quán)限，保證系統(tǒng)安全。

（4）操作界面應(yīng)該簡潔、直觀、形象，能在一定程度上反應(yīng)出設(shè)備的運(yùn)行狀況和故障狀況，點(diǎn)擊故障設(shè)備，可查看故障報警信息。

（5）系統(tǒng)可配套西門子相關(guān)軟件，STEP 7-MicroWIN V4.0、step7 v5.5 sp4（中文帶仿真）、WinCC v7.3、TIA V15（直裝版）。

（6）通過系統(tǒng)平臺，運(yùn)用西門子S7軟件，可登錄每臺設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)，查看設(shè)備運(yùn)行情況及各種系統(tǒng)參數(shù)。

（7）如果要更改機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，必須要最高系統(tǒng)授權(quán)。且在修改時，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要給出警告信息。

（8）要求留置網(wǎng)絡(luò)接口，便于遠(yuǎn)程診斷。

（9）主機(jī)能自動定期備份數(shù)控設(shè)備的NC和PLC數(shù)據(jù)。

（10）留置網(wǎng)絡(luò)接口，便于后期添加其余的數(shù)控設(shè)備。

（11）主機(jī)存儲每臺設(shè)備電子文檔資料及電氣、機(jī)械圖紙。

（12）要求有西門子公司的硬件查詢和故障代碼查詢功能。

（13）設(shè)備維護(hù)派工、維修記錄平臺要求運(yùn)行平穩(wěn)，系統(tǒng)在每月底能自動生成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維修報告，并給出設(shè)備的完好率報表。

4 數(shù)控機(jī)床MDC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本次MDC項(xiàng)目的實(shí)施，根據(jù)公司數(shù)控車間的實(shí)際情況，公司數(shù)控車間的10臺數(shù)控機(jī)床組成一個內(nèi)部局域網(wǎng)，通過交換機(jī)和光纖收發(fā)器連接到MDC服務(wù)器上。MDC服務(wù)器設(shè)置雙網(wǎng)卡，內(nèi)部網(wǎng)卡連接機(jī)床內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，外部網(wǎng)卡連接到公司辦公網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)將機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)集中在一個網(wǎng)絡(luò)平臺，方便技術(shù)中心對服務(wù)器的集中管理。通過1臺服務(wù)器作為機(jī)床監(jiān)控的應(yīng)用服務(wù)器，服務(wù)器上需要安裝數(shù)據(jù)庫ORACLE11g，對于MDC系統(tǒng)分配表空間和用戶名。數(shù)控車間DNC（Distributed Numerical Con原trol，分布式數(shù)控）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)控車間DNC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5 數(shù)控車間DNC網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備管理上的應(yīng)用

數(shù)控車間DNC網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備維護(hù)上的運(yùn)用包括了設(shè)備實(shí)時監(jiān)控管理、設(shè)備遠(yuǎn)程診斷和檢修、設(shè)備臺賬管理、設(shè)備故障報修管理、設(shè)備保養(yǎng)管理及點(diǎn)檢管理等子模塊。

5.1 設(shè)備實(shí)時監(jiān)控管理

數(shù)控車間DNC網(wǎng)絡(luò)可以通過SIEMENS系統(tǒng)機(jī)床自帶的網(wǎng)卡采集實(shí)時信息，如機(jī)床開機(jī)關(guān)機(jī)時間、空閑時間、空轉(zhuǎn)時間、加工時間、報警時間等機(jī)床的工作狀態(tài)信息。然后通過連接在網(wǎng)絡(luò)上的終端機(jī)，可以實(shí)時查看機(jī)床當(dāng)前所處的工作狀態(tài)、程序信息、機(jī)床轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、倍率、主軸負(fù)載、坐標(biāo)信息等。對設(shè)備維修特別重要的報警信息，能準(zhǔn)確的查看報警號及報警內(nèi)容，并提供故障處理建議。通過電子看板能顯示車間每一臺網(wǎng)卡采集機(jī)床的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行、空閑、報警、關(guān)機(jī)），機(jī)床運(yùn)行的程序名，機(jī)床正在加工的生產(chǎn)訂單號、模具代號、零件號、工序號，以及機(jī)床的主軸功率，機(jī)床的F/S值，可以為機(jī)床的故障診斷提供參考。

5.2 設(shè)備遠(yuǎn)程診斷和檢修

數(shù)控車間DNC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在維修辦公室的網(wǎng)絡(luò)終端，裝載西門子相關(guān)工業(yè)應(yīng)用軟件，如利用STEP7，WinCC等，借助網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的功能，可以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程在線診斷和維修，使維修作業(yè)更加直觀、快捷。

5.3 設(shè)備臺賬管理

設(shè)備臺賬管理模塊主要為生產(chǎn)和設(shè)備管理部門提供各個分廠的設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。設(shè)備的基本信息包括設(shè)備名稱、設(shè)備編碼、規(guī)格型號、自編號、出廠編號、出廠時間、投產(chǎn)時間、安裝地點(diǎn)、制造廠家和檔案編號等信息。設(shè)備管理人員可以通過DNC網(wǎng)絡(luò)配套臺賬管理模塊輸入、查看、設(shè)置各臺設(shè)備基本信息，并可對全公司的設(shè)備進(jìn)行分組、分類、分工段管理。公司上層管理人員可隨時查詢設(shè)備的檔案、維修保養(yǎng)計劃，以判斷生產(chǎn)計劃的合理性，并可為績效評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。設(shè)備檔案管理還包括：設(shè)備明細(xì)表；設(shè)備報廢、報損、移機(jī)；設(shè)備主要備件情況；其他設(shè)備相關(guān)資料。

5.4 設(shè)備故障報修管理

設(shè)備故障報修模塊主要用于管理設(shè)備故障報修的整個工作業(yè)務(wù)流程。整個業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 設(shè)備故障網(wǎng)絡(luò)報修流程

（1）已聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，可以直接通過MDC網(wǎng)絡(luò)自動保修；未聯(lián)網(wǎng)的機(jī)床操作者發(fā)現(xiàn)機(jī)床發(fā)生故障后，首先自己判斷能否處理，如果不能處理，必須要進(jìn)行機(jī)床故障報修時，操作者可以按下安裝在機(jī)床旁邊的紅色按燈按鈕進(jìn)行保修。以上2種情況都會讓機(jī)床進(jìn)入“故障報警”狀態(tài)。

（2）同時位于分廠維修班組值班室的機(jī)床故障報警燈也會處于紅色閃爍狀態(tài)，而且伴隨有報警鈴聲，維修主管部門辦公室也會收到類似的聲光報警。分廠設(shè)備管理人員收到機(jī)床故障報警信息后，可以登錄設(shè)備管理系統(tǒng)，向設(shè)備維修主管部門領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行設(shè)備故障報修的匯報。

（3）設(shè)備維修主管接收到報修請求后，可以在設(shè)備管理系統(tǒng)中指派維修任務(wù)給設(shè)備維修人員。設(shè)備維修人員到現(xiàn)場進(jìn)行機(jī)床故障維修。按下黃色按燈按鈕，機(jī)床狀態(tài)變更為“維修中”，如果經(jīng)過簡單維修能處理完機(jī)床故障，則通知機(jī)床操作者進(jìn)行機(jī)床試車和維修驗(yàn)收。如果需要購買維修備件的話，則該機(jī)床暫時處于故障待修狀態(tài)，設(shè)備維修人員登錄系統(tǒng)，向維修部門主管反饋機(jī)床故障原因和需要采購維修備件的請求。等待維修備件到貨后機(jī)床維修人員再進(jìn)行該機(jī)床的故障維修。設(shè)備維修完畢后，再通知機(jī)床操作者進(jìn)行機(jī)床試車和維修驗(yàn)收。

（4）如果設(shè)備維修人員到現(xiàn)場判斷機(jī)床故障廠內(nèi)無法維修時，可以登錄系統(tǒng)，向設(shè)備維修主管領(lǐng)導(dǎo)匯報，由主管領(lǐng)導(dǎo)通知外協(xié)單位來進(jìn)行設(shè)備維修，設(shè)備維修完畢后，再通知機(jī)床操作者進(jìn)行機(jī)床試車和維修驗(yàn)收。

（5）設(shè)備維修完畢，機(jī)床操作者驗(yàn)收合格后，由機(jī)床操作者按下按燈綠色按鈕，機(jī)床狀態(tài)恢復(fù)為“機(jī)床正?！?，同時分廠維修班組值班室和維修主管部門辦公室的機(jī)床狀態(tài)燈也會恢復(fù)為綠色正常狀態(tài)。

（6）設(shè)備維修人員可以在設(shè)備管理系統(tǒng)中對設(shè)備維修記錄進(jìn)行錄入和維護(hù)，設(shè)維修記錄包括了所維修的設(shè)備名稱、設(shè)備編號、設(shè)備維修開始時間、設(shè)備維修結(jié)束時間、設(shè)備維修人員名稱、設(shè)備故障基本情況記錄、設(shè)備維修處理方法，是否更換了維修備件，是否聯(lián)系外協(xié)單位維修等信息。

5.5 設(shè)備保養(yǎng)及點(diǎn)檢管理設(shè)備保養(yǎng)

設(shè)備保養(yǎng)及點(diǎn)檢管理設(shè)備保養(yǎng)一般分為一級保養(yǎng)、二級保養(yǎng)。一級保養(yǎng)和二級保養(yǎng)的內(nèi)容、時間、規(guī)則可自定義設(shè)置，也可設(shè)置周期性保養(yǎng)或自定義保養(yǎng)提醒規(guī)則，并根據(jù)設(shè)備近期運(yùn)行狀況進(jìn)行保養(yǎng)提醒，由設(shè)備計劃申請?zhí)峤缓?，進(jìn)行審核確定。到了設(shè)備保養(yǎng)的時間，系統(tǒng)自動提示需要進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)，相關(guān)人員根據(jù)設(shè)備保養(yǎng)計劃進(jìn)行日常保養(yǎng)，登記保養(yǎng)記錄。提供設(shè)備點(diǎn)檢計劃的維護(hù)和管理功能，對于已經(jīng)制定的點(diǎn)檢計劃，在操作員打開系統(tǒng)時自動彈出點(diǎn)檢提示，根據(jù)點(diǎn)檢項(xiàng)目及點(diǎn)檢頻率，系統(tǒng)自動對設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢提示，點(diǎn)檢結(jié)束后將點(diǎn)檢結(jié)果錄入到系統(tǒng)中。

6 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床MDC網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備管理與維修上的運(yùn)用，只是實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、信息化、集成化的小一部分功能，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的迅猛發(fā)展以及工廠網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來有效地收集、處理工廠設(shè)備信息，建立以信息化為核心的管理體制，減輕設(shè)備管理人員和維修人員的負(fù)擔(dān)，極大提高設(shè)備管理與維修的效率己經(jīng)成為當(dāng)今社會的潮流。在不久的將來，將得到全面的普及和推廣，為工廠和社會創(chuàng)造巨大的價值。