基于物聯(lián)網(wǎng)的菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程維護(hù)策略

吳攀

四川成飛集成科技股份有限公司 四川 成都 610091

引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與發(fā)展，使得傳統(tǒng)工業(yè)制造領(lǐng)域面臨了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。在眾多受益于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)領(lǐng)域中，數(shù)控機(jī)床制造業(yè)可以說是其中的瑰寶。因其精確、高效的特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)[1]。然而，這種高度復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致生產(chǎn)過程的中斷，給企業(yè)帶來巨大損失。因此，如何有效地維護(hù)數(shù)控機(jī)床，成為工業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)等信息載體與互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，其基本理念是通過信息傳感設(shè)備如射頻識別設(shè)備、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等，對任何物品進(jìn)行連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如智能家居、智能交通、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)4.0等，其目標(biāo)是通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取、處理和分析，實(shí)現(xiàn)對物品和環(huán)境的智能管理和控制[2]。

1.2 菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床

菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床是一種具有高精度、高效率的先進(jìn)制造設(shè)備，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、模具制造等領(lǐng)域，其主要特點(diǎn)是利用數(shù)字化技術(shù)對機(jī)床進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。而其核心就是數(shù)控系統(tǒng)，也就是菲迪亞系統(tǒng)，是一種基于電腦數(shù)值控制技術(shù)的先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是具有強(qiáng)大的功能、高精度的控制和便捷的操作界面。菲迪亞數(shù)控系統(tǒng)通過對工件的加工過程進(jìn)行精確的數(shù)字化模擬，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的精確控制，從而提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。菲迪亞系統(tǒng)主軸如圖1所示。

圖1 菲迪亞系統(tǒng)主軸

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過連接各類感知設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而獲取菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟主要包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)規(guī)約等，以便后續(xù)分析使用。以下表格為一次數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理的例子。

通過對表1的分析，可以看出數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟能有效將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適合分析的數(shù)據(jù)格式。例如，數(shù)據(jù)清洗步驟將溫度和壓力數(shù)據(jù)中的單位符號去除，使其變?yōu)榧償?shù)字格式；數(shù)據(jù)規(guī)約步驟將電流數(shù)據(jù)進(jìn)行了四舍五入，簡化了數(shù)據(jù)的復(fù)雜度；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟則將振動數(shù)據(jù)進(jìn)行了量綱變換，使其符合常見的數(shù)據(jù)分析模型的輸入要求。

表1 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理樣本

2.2 數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)通信

數(shù)據(jù)傳輸是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，它需要保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和安全性。網(wǎng)絡(luò)通信則是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞?，包括有線通信和無線通信兩種。以下表格為一次數(shù)據(jù)傳輸過程的例子。

通過對表2的分析，可以發(fā)現(xiàn)無線通信的延時(shí)一般較高，而有線通信的延時(shí)較低。這說明在追求數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的場景中，有線通信可能是更優(yōu)的選擇。

表2 數(shù)據(jù)傳輸樣本

2.3 數(shù)據(jù)存儲與管理

存儲和管理菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠(yuǎn)程維護(hù)策略中的重要環(huán)節(jié)。合理的數(shù)據(jù)存儲和管理策略能夠有效保證數(shù)據(jù)的安全性和可用性。以下表格展示了一次數(shù)據(jù)存儲與管理的例子。

根據(jù)表3，可以觀察到云服務(wù)器的優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和高效處理，而本地?cái)?shù)據(jù)庫則更側(cè)重于數(shù)據(jù)的安全和穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)的存儲方式選擇需要根據(jù)具體應(yīng)用場景進(jìn)行。

表3 數(shù)據(jù)存儲與管理樣本

2.4 數(shù)據(jù)分析與故障預(yù)測

通過對菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以預(yù)測可能出現(xiàn)的故障，從而提前進(jìn)行維護(hù)，避免生產(chǎn)損失。以下表格展示了一次數(shù)據(jù)分析與故障預(yù)測的例子。

對表4的分析表明，通過監(jiān)控菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行溫度、壓力和電流等參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)超過一定閾值時(shí)，可以預(yù)測出可能出現(xiàn)的故障，提前采取維護(hù)措施，避免故障對生產(chǎn)造成影響。

表4 數(shù)據(jù)分析與故障預(yù)測樣本

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程維護(hù)策略

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控就是通過采集并處理設(shè)備運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，對設(shè)備進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控需要通過安裝在設(shè)備上的各種傳感器進(jìn)行，傳感器可以監(jiān)測設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)，如溫度、壓力、振動、聲音等，這些參數(shù)的變化往往可以反映出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)[3]。另一方面，實(shí)時(shí)監(jiān)控策略需要一個(gè)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和處理，這需要依靠高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，以及高效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，如大數(shù)據(jù)處理、流數(shù)據(jù)處理等。例如，在一次實(shí)際運(yùn)行中，維護(hù)人員通過實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)設(shè)備的工作溫度在凌晨4點(diǎn)突然上升到45℃，這超過了設(shè)備的正常工作溫度范圍（通常為20-40℃）。這個(gè)數(shù)據(jù)的異常情況引起了維護(hù)人員的注意，他們立即通過遠(yuǎn)程操作將設(shè)備的工作頻率調(diào)低，以降低設(shè)備的工作溫度。通過這次及時(shí)的維護(hù)操作，設(shè)備的溫度在凌晨4點(diǎn)30分降低到了正常的范圍，從而避免了設(shè)備因過熱而損壞，保障了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

3.2 故障診斷

故障診斷策略的目標(biāo)是通過對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的深入分析，確定設(shè)備的故障類型和故障原因，為維護(hù)決策提供依據(jù)[4]。故障診斷需要依賴于一些先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、數(shù)據(jù)挖掘等。通過這些技術(shù)，可以對設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析和處理，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律和模式，從而確定設(shè)備的故障類型和故障原因。在故障診斷過程中，需要考慮設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備本身的特性等因素，這需要依賴于對設(shè)備的深入理解和專業(yè)知識。同時(shí)，通過對設(shè)備故障的深入分析，可以對設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用提供反饋，不斷優(yōu)化設(shè)備的性能和使用壽命。

3.3 預(yù)測性維護(hù)

基于物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程維護(hù)工作時(shí)，首先需要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)采集。每一個(gè)操作，每一個(gè)參數(shù)，每一個(gè)變化，都會被物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)采集并儲存，這為預(yù)測性維護(hù)提供了大量的原始數(shù)據(jù)。然后，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析，從這些原始數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的信息[5]。通過對機(jī)床的運(yùn)動精度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，可以預(yù)測出何時(shí)機(jī)床的某一部分可能會因磨損而需要更換。通過提前預(yù)測并解決問題，可以避免機(jī)床突然出現(xiàn)故障，從而大大提高生產(chǎn)效率。例如，維護(hù)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在一臺菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床上，每當(dāng)振動頻率達(dá)到60Hz，且持續(xù)時(shí)間超過1小時(shí)，設(shè)備就會在接下來的24h內(nèi)發(fā)生故障。有了這個(gè)發(fā)現(xiàn)，維護(hù)團(tuán)隊(duì)就可以在實(shí)時(shí)監(jiān)控中設(shè)置報(bào)警閾值，當(dāng)振動頻率達(dá)到60Hz，且持續(xù)時(shí)間超過1小時(shí)時(shí)，系統(tǒng)就會自動報(bào)警，提示維護(hù)人員需要對設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)。

3.4 自主維護(hù)

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使機(jī)床具備自我診斷的能力，這需要在機(jī)床中嵌入先進(jìn)的傳感器和控制器。傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)床的各種運(yùn)行參數(shù)，如溫度、振動、聲音等，并將這些信息傳遞給控制器?？刂破鲃t可以根據(jù)這些信息，診斷出機(jī)床是否存在問題，以及問題的可能原因。然后，想要機(jī)床具備自我修復(fù)的能力，就需要在機(jī)床中安裝一些可編程的執(zhí)行器，這些執(zhí)行器可以根據(jù)控制器的指令，自動進(jìn)行一些基本的維護(hù)操作，如調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，或者自動潤滑某些零部件。最后，應(yīng)用自主維護(hù)策略還需要機(jī)床具備一定的智能決策能力，這可能需要引入人工智能技術(shù)，讓機(jī)床可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前情況，做出最優(yōu)的決策。

4 結(jié)束語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程維護(hù)策略中的應(yīng)用有著極其廣闊的前景，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷以及智能優(yōu)化等一系列策略的應(yīng)用，大大提高了菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行效率和使用壽命，對工業(yè)生產(chǎn)效率的提升具有重要意義。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深入和發(fā)展，未來可能會有更多的自動化、智能化的維護(hù)策略被開發(fā)出來，使得菲迪亞系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)工作更加簡單、便捷和高效。