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【論文摘要】:隨著計算機業(yè)的快速發(fā)展,數(shù)控技術也發(fā)生了根本性的變革,是近年來應用領域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術,文章結合國內外情況,分析了數(shù)控技術的發(fā)展趨勢。
1.引言
數(shù)控技術是一門集計算機技術、自動化控制技術、測量技術、現(xiàn)代機械制造技術、微電子技術、信息處理技術等多學科交叉的綜合技術,是近年來應用領域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術。它是為適應高精度、高速度、復雜零件的加工而出現(xiàn)的,是實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡化的基礎,是現(xiàn)代機床裝備的靈魂和核心,有著廣泛的應用領域和廣闊的應用前景。
2.國內外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況
隨著計算機技術的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革,各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資,對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā),提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中,數(shù)控技術是關鍵技術,它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體,具有高精度、高效率、柔性自動化等特點,對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前,數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革,由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上,數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化;在智能化基礎上,綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術,數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制,加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數(shù),實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。
長期以來,我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構,CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設定,加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié),整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下,加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù),無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整,更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量,因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質量。由此可見,傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構,限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展,己不適應日益復雜的制造過程,因此,大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為我們國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
3.數(shù)控技術的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大,他對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術發(fā)展的趨勢來看,主要有如下幾個方面:
3.1高精度、高速度的發(fā)展趨勢
盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢,但是科學技術的發(fā)展是沒有止境的,高精度、高速度的內涵也在不斷變化,目前正在向著精度和速度的極限發(fā)展。
效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率,提高產(chǎn)品的質量和檔次,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術之一,國際生產(chǎn)工程學會將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領域,年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝,使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。[
3.25軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認為,1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時,5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結構復雜等原因,其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍,加之編程技術難度較大,制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn),使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床(含5面加工機床)的發(fā)展。
3.3智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化,如加工過程的自適應控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。
目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究,數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上,面向機床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結構對象(數(shù)控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng),形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。
4.結束語
隨著人們對數(shù)控技術重視,它的發(fā)展越發(fā)迅速。文中簡要陳述當前的發(fā)展趨勢,另外數(shù)控技術的正不斷走向集成化,并行化,仍有廣闊的發(fā)展空間。
參考文獻
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[2]董淳.數(shù)控系統(tǒng)技術發(fā)展的新趨勢[J].可編程控制器與工廠自動化.2006.
1、高速、高效
機床向高速化方向發(fā)展,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。
20世紀90年代以來,歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床,加快機床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元(電主軸,轉速15000-100000r/min)、高速且高加/減速度的進給運動部件(快移速度60~120m/min,切削進給速度高達60m/min)、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破,達到了新的技術水平
。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具,大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)(含監(jiān)控系統(tǒng))和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術的解決,為開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床提供了技術基礎。
目前,在超高速加工中,車削和銑削的切削速度已達到5000~8000m/min以上;主軸轉數(shù)在30000轉/分(有的高達10萬r/min)以上;工作臺的移動速度(進給速度):在分辨率為1微米時,在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率為0.1微米時,在24m/min以上;自動換刀速度在1秒以內;小線段插補進給速度達到12m/min。
2、高精度
從精密加工發(fā)展到超精密加工,是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級,乃至納米級(<10nm),其應用范圍日趨廣泛。
當前,在機械加工高精度的要求下,普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10μm提高到±5μm;精密級加工中心的加工精度則從±3~5μm,提高到±1~1.5μm,甚至更高;超精密加工精度進入納米級(0.001微米),主軸回轉精度要求達到0.01~0.05微米,加工圓度為0.1微米,加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。這些機床一般都采用矢量控制的變頻驅動電主軸(電機與主軸一體化),主軸徑向跳動小于2µm,軸向竄動小于1µm,軸系不平衡度達到G0.4級。
高速高精加工機床的進給驅動,主要有“回轉伺服電機加精密高速滾珠絲杠”和“直線電機直接驅動”兩種類型。此外,新興的并聯(lián)機床也易于實現(xiàn)高速進給。
滾珠絲杠由于工藝成熟,應用廣泛,不僅精度能達到較高(ISO34081級),而且實現(xiàn)高速化的成本也相對較低,所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。當前使用滾珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min,加速度1.5g。
滾珠絲杠屬機械傳動,在傳動過程中不可避免存在彈性變形、摩擦和反向間隙,相應地造成運動滯后和其它非線性誤差,為了排除這些誤差對加工精度的影響,1993年開始在機床上應用直線電機直接驅動,由于是沒有中間環(huán)節(jié)的“零傳動”,不僅運動慣量小、系統(tǒng)剛度大、響應快,可以達到很高的速度和加速度,而且其行程長度理論上不受限制,定位精度在高精度位置反饋系統(tǒng)的作用下也易達到較高水平,是高速高精加工機床特別是中、大型機床較理想的驅動方式。目前使用直線電機的高速高精加工機床最大快移速度已達208m/min,加速度2g,并且還有發(fā)展余地。
3、高可靠性
隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡化應用的發(fā)展,數(shù)控機床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言,如果要求在16小時內連續(xù)正常工作,無故障率在P(t)=99%以上,則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機床而言,如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級)。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時,而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬小時。
當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上,驅動裝置達30000小時以上,但是,可以看到距理想的目標還有差距。
4、復合化
在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上,為了盡可能降低這些無用時間,人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上,因此,復合功能的機床成為近年來發(fā)展很快的機種。
柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后,機床便能按照數(shù)控加工程序,自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工,以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。就棱體類零件而言,加工中心便是最典型的進行同一類工藝方法多工序復合加工的機床。事實證明,機床復合加工能提高加工精度和加工效率,節(jié)省占地面積特別是能縮短零件的加工周期。
5、多軸化
隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及,5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點,由于在加工自由曲面時,5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單,并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速,從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率,而在3軸聯(lián)動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削,因此,5軸聯(lián)動機床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。
最近,國外還在研究6軸聯(lián)動控制使用非旋轉刀具的加工中心,雖然其加工形狀不受限制且切深可以很薄,但加工效率太低一時尚難實用化。
6、智能化
智能化是21世紀制造技術發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡技術和理論的加工,它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動,以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:
為追求加工效率和加工質量的智能化,如自適應控制,工藝參數(shù)自動生成;
為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;
簡化編程、簡化操作的智能化,如智能化的自動編程,智能化的人機界面等;
智能診斷、智能監(jiān)控,方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
世界上正在進行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多,其中日本智能化數(shù)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。
7、網(wǎng)絡化
數(shù)控機床的網(wǎng)絡化,主要指機床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡連接和網(wǎng)絡控制。數(shù)控機床一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內部的局域網(wǎng),然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部,這就是所謂Internet/Intranet技術。
隨著網(wǎng)絡技術的成熟和發(fā)展,最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造,又稱“e-制造”,是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一,也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用,越來越多的國內用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。機械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的基礎上,越加廣泛地使用數(shù)控加工設備。數(shù)控應用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件,正在成為當代機床發(fā)展的重要趨勢。在數(shù)字制造的目標下,通過流程再造和信息化改造,ERP等一批先進企業(yè)管理軟件已經(jīng)脫穎而出,為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟效益。
8、柔性化
數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是:從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展,另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段,是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢,是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提,以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標;注重加強單元技術的開拓、完善;CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展;數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結,向信息集成方向發(fā)展;網(wǎng)絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。
9、綠色化
1數(shù)控技術的原理
數(shù)控機床使用計算機嵌入式系統(tǒng),能夠在計算機上遠程控制和定位工作臺,還具備了和數(shù)控機床匹配的功能模塊結構,很大程度上提高了工作的效率。對固定工件進行位置處理,能夠保證程序正常運行。使用數(shù)控機床的時候,把每個坐標軸移動分量傳送到驅動光源中,這樣機床的切削運動就可以按照編制的路線進行。使用裝置中的插補功能進行數(shù)據(jù)的記錄,控制系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信號傳送到控制裝置中從而進行管理。中央處理器分析數(shù)據(jù)信息,讓每個部件都可以正常運轉,對零件進行精密加工處理。數(shù)控機床使用的是數(shù)字信息控制運動過程和機械加工。設定編程程序,讓編輯好的程序控制設備。所以數(shù)控技術極大的提高了機械加工的設備的靈活性,促進了加工機床的發(fā)展。在制造行業(yè)中,數(shù)控技術已經(jīng)是加工的主體,數(shù)控技術的高低直接關系到產(chǎn)品的質量。
2數(shù)控技術在制造行業(yè)應用
2.1在機床設備中應用
數(shù)控機床是現(xiàn)代機電的重要組成,能夠有效的提高制造業(yè)的工作效率。數(shù)控機床的應用改變了原來的零件加工方式,能夠使用數(shù)字化技術處理零件的加工工藝,使用編程指令,讓人工操作得到了取代,提高了加工效率。在機床設備中應用數(shù)控技術,能夠讓生產(chǎn)工序和各項設備有機配合,不再調整機床工作臺的位置,能夠實現(xiàn)復雜零件的加工。
2.2在工業(yè)中應用
在工業(yè)中,主要是將數(shù)控技術應用在機械設備生產(chǎn)線上。采用編程方法,把需要的指令輸入到了計算機中,然后通過控制計算機實現(xiàn)機械設備遠程自動化控制技術,不再使用人工控制。數(shù)控技術具有很高的精確度,在保證了加工質量的同時,還能夠提高生產(chǎn)效率,人工工作的環(huán)境也得到了改善。在工業(yè)中應用數(shù)控機床能夠完成復雜的加工任務,在精度方面也有很好的精確度,在工作效率方面更是比人工操作快速。一旦出現(xiàn)了故障,數(shù)控機床的相關傳感和檢測系統(tǒng),就能夠把故障的相關信息傳輸?shù)接嬎阒?,計算機就會停止機床的工作,能夠很好的保護數(shù)控機床設備。這樣能夠很大的節(jié)省人力資源,讓企業(yè)的成本降低。
2.3在機械加工中應用
我國科學技術發(fā)展非常迅速,不進行數(shù)控車床技術的更新就不能跟上時展的步伐。很多的機械制造商已經(jīng)意識到了先進技術的潛力,不斷地引進先進的焊件。數(shù)控氣割技術輕松的解決了單件下料難的問題,在工作的時候,只要保證壓縮接觸面積均勻,就能夠實現(xiàn)很好的密封功能,對于產(chǎn)品的內外環(huán)凹凸面加工提供了保證,實現(xiàn)毛坯到成品持續(xù)加工。數(shù)控技術在機械浮動油封中也得到了很大的應用,能夠將數(shù)控鏜銑床編程和現(xiàn)代機械設備進行結合,通過提前編制好齒形子程序,調整結合角度就可以滿足質量的要求。在機械加工中,使用數(shù)控車床技術,還能夠提高零件焊接的精度,進行密封,能夠從毛坯到成品持續(xù)加工,很大程度上提高了加工效率。
3數(shù)控機床增效措施
數(shù)控機床加工工藝和加工設備中有一些問題,缺乏數(shù)控機床加工工藝的知識庫和數(shù)據(jù)庫,缺乏加工切削參數(shù),缺乏數(shù)字化管理系統(tǒng)和制造系統(tǒng)。數(shù)控機床在加工的時候,需要很長的準備時間和等待時間,發(fā)生故障之后調試的時間也很長,這些都降低了數(shù)控機床的效率。對我國數(shù)控機床加工工藝現(xiàn)狀進行認真分析之后,研究出了一些增加數(shù)控機床效率的方法。
3.1提高自動化程度
數(shù)控技術在發(fā)展過程中,會逐漸的提高自動化程度,這是數(shù)控技術發(fā)展的趨勢,也是制造領域的要求。自動化程度加快之后,能夠減少加工的時間,提高加工的效率。經(jīng)過柔性生產(chǎn)線和柔性制造單元以及復合加工技術,能夠提高數(shù)控技術的自動化和連續(xù)性,這樣可以有效的降低加工所需要的輔助時間,提高了生產(chǎn)效率。
3.2優(yōu)化加工過程
數(shù)控車床加工過程還存在一定的缺陷,通過優(yōu)化生產(chǎn)加工過程,能夠減少加工準備時間。在加工中,使用先進配套的管理方式、生產(chǎn)技術、機械零件制造執(zhí)行系統(tǒng)、刀具自動配送、機械設備管理等,能夠增強設備的開動率和完整性,對于數(shù)控機床的持續(xù)運行和高效管理具有很好的作用。
3.3優(yōu)化加工設計和工藝
數(shù)控機床加工工藝需要優(yōu)化,在保證零件質量的前提下,通過減少加工的時間,提高加工的效率。數(shù)控機床使用先進的刀具或者是高性能的數(shù)控機械機床等,能夠仿真模擬數(shù)控機床的加工,從而優(yōu)化控制數(shù)控機床程序。優(yōu)化加工工藝和加工設計,能夠提高加工的性能,提高切削效率和主軸的加工效率。
4總結
職業(yè)院校學生缺點用一句話進行總結:文化課基礎相對較薄弱;生活備受批評、責備和冷落;學習無興趣。失去自信,厭學、懼學、棄學多有之。“閃光點”也較多,思維活躍,行為好動,靈活,動手能力強,這也是我們職業(yè)院校挖掘的潛能,成就未來的基礎。
二、傳統(tǒng)評價特點
(一)評價目標單一。由于長期受應試教育的影響,知識、理解力、記憶力方面評價較多;交際能力、實踐能力、創(chuàng)造能力、語言表達能力、心理素質以及情緒、態(tài)度和習慣等綜合素質等方面評價甚少。評價內容仍然過多注重學科知識,過分關注認知目標,限制了教師對學生認知能力以外的其他發(fā)展的關注。
(二)評價方法單一。評價方法以傳統(tǒng)的筆試考試為主,過多地注重量化的結果,而很少采用體現(xiàn)新評價思想的、質性的評價手段和方法;
(三)評價主體單一。對學生的評價往往是一種自上而下的評價,主管教育部門或學校制訂評價指標體系,用它去衡量學生,學生較消極被動。沒有形成教師、學生、家長、管理者等多主體共同參與、交互作用的評價模式。因此,評價的導向、激勵、調節(jié)、改進的功能很難得到發(fā)揮;(四)過分關注了形式上的東西,常常使教學忽略了學生學習中的實際需要。
三、課程一體化評價體系構建
(一)評價體系目標。
美國心理學家加德納提出,每一個學生的智力都各具特點,并具有各自獨特的表現(xiàn)形式、學習類型和學習方法,而對學生的評價也應該從智力的各個方面,從各個角度,通過多種方法和渠道進行評價,即多元化評價。隨著一體化課程的開發(fā),教、學、做于一體的教學模式也在部分學校運行,本文探究了一種多元化的一體化評價體系以激發(fā)學生學習的激情。
(二)構建思路。
1.將數(shù)控專業(yè)課程分為四類:一類為基礎課程,包括計算機基礎、CAD/CAM、PROE、斯沃仿真學習等軟件類課程;一類為一體化課程如《數(shù)控機床加工技術》、《數(shù)控操作與編程》、《數(shù)控車床故障與維修》等數(shù)控核心課程;一類為操作課程如《認知實習數(shù)車部分》、《普車實習》、《數(shù)控車床實習》等;最后為設計類課程如課程設計和畢業(yè)設計等。2.為每類課程量身定做評價方式。
(1)基礎課程采取弱化理論知識,加強能力控制。如計算機基礎、CAD/CAM課程去除一紙一筆考核方式,能力決定成績,上機考試,一人一題,對、準、穩(wěn)、快者為優(yōu)秀,這樣閱卷方便,突出能力,達到要求。
(2)一體化課程采用游戲過關,過程控制考核方式。因為一體化課程多運用項目式教學方法,項目由簡入難,如果簡單的項目達不到要求,難的任務更是免談。現(xiàn)在學生上網(wǎng)成風,游戲成癮,過關瘋狂慶祝。而我們的一體化教學每個項目根據(jù)所在課程的分量而劃分分值,每過一項目發(fā)一獎勵標志,標志由教師設計,沒過者不能進入下一項目練習,過者發(fā)過關標志,進行下輪學習,這樣有比較,有提高的進行學習,是一種過關的快樂學習方式。
(3)操作類課程采用技能鑒定方式進行考核,當該課程過關后,發(fā)放系或學院關于該門課程的技能證書,給學生以激勵,讓學生得到鼓勵。
(4)設計類課程采用過程和產(chǎn)品雙考核機制。此類課程筆者認為應發(fā)揮學生的想象力,讓學生親自設計產(chǎn)品,并書寫出設計說明書,加工工藝等資料,最后加工出產(chǎn)品。結果不能由任課教師一人決定,可由教師和學生,或教師組織系部其它教師組成答辯團進行答辯。
首先,在進行上述薄壁零件加工中,由于進行加工制造的薄壁零件為中小型零件,因此其加工制造可以采用工作臺寬度為400mm以內的升降式數(shù)控床進行銑割加工。本文進行零件加工制造的數(shù)控床為XK713型號數(shù)控銑床,其工作臺大小為700mm×300mm,定位精度在±0.05mm以內。
其次,在數(shù)控銑加工中,選擇使用的夾具不僅要實現(xiàn)夾具坐標方向與機床坐標方向之間的相對固定性,同時還需要對于零件和機床坐標系之間的準確尺寸進行確定;在此基礎上,進行零件加工夾具的選擇使用可以結合加工零件的毛料狀態(tài)與數(shù)控銑床的安裝要求進行,既要保證零件的加工質量,同時還要滿足加工制造的相應需求;此外,如果進行生產(chǎn)加工的零件批量相對比較小時,盡量選擇組合夾具、可調夾具或者是其他通用夾具,以裝夾方便為原則。
再次,在進行上圖所示的薄壁零件加工中,由于加工零件的材料為鋁材,因此以白鋼刀和麻花鉆加工為主,并且加工制造中,上述薄壁零件需要進行正反兩面加工,其中先進性B面加工銑割,加工過程中為避免兩面加工的對刀誤差所導致的接刀痕跡,需要在零件B面加工過程中將盡可能多的外輪廓一次裝夾銑割完成,以保證進行另一面加工時有足夠的銑割加工和裝夾位置,從而保證薄壁零件的銑割加工精確度。
最后,在進行上述薄壁零件加工中,為保證零件加工質量,減小加工過程中產(chǎn)生的誤差,還需要結合零件加工的具體步驟情況,選擇合適的銑割刀具。本文中根據(jù)加工零件的工藝步驟不同,主要以立式平底刀、中心鉆、麻花鉆、立式球頭銑刀等刀具應用為主。
數(shù)控技術在機械制造中經(jīng)歷了數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控線切割機床、加工中心、車削中心、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機、數(shù)控折彎機、板材加工中心、數(shù)控齒輪機床、數(shù)控激光加工機床、數(shù)控火焰切割機等多個階段,其的不斷更新與進步促進了機械制造業(yè)向高精度、高效率、柔性自動化的方向發(fā)展。
1)數(shù)控技術帶動汽車工業(yè)發(fā)展
數(shù)控技術在各行業(yè)的生產(chǎn)中起到了重要的作用,通過運用數(shù)控技術,改善勞動者的作業(yè)條件,減少勞動者在高危險環(huán)境中的作業(yè)次數(shù),降低勞動者的作業(yè)強度,實現(xiàn)生產(chǎn)線的機械化甚至自動化。在汽車工業(yè)領域,零部件的制造過程中廣泛使用數(shù)控技術,大大提高了零部件的制造效率,實現(xiàn)標準化生產(chǎn);在汽車行業(yè)的高速加工中心,普遍應用數(shù)控技術,促進汽車制造現(xiàn)代化生產(chǎn)線的構建,滿足產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代的需求,同時保證了產(chǎn)品的質量。數(shù)控技術在汽車工業(yè)的整體運用,提高了汽車行業(yè)的整體效率,促進汽車行業(yè)由傳統(tǒng)的制造業(yè)向現(xiàn)代先進高效的制造業(yè)過渡。
2)數(shù)控技術帶動機床設備的更新
機床設備是制造行業(yè)發(fā)展的重要組成,數(shù)控技術在車床方面的應用直接推動機電一體化的發(fā)展。數(shù)控技術通過計算機控制增強了機床設備的控制能力,準確控制刀具與工件的具置,提高機床運行中的精度,增強了車床的運轉效率,促進車床在高精度、高效率、精細化方面的不斷發(fā)展。
3)數(shù)控技術帶動采煤業(yè)發(fā)展
眾所周知,在采煤過程中,對于采煤機的要求極高,采煤機的狀況直接影響到人工作業(yè)的危險程度及采煤作業(yè)的完成與否。采煤機改變傳統(tǒng)制造的技術工藝,通過數(shù)控技術使用龍骨板進行下料工作,同時,改變采煤生產(chǎn)過程中勞動者的作業(yè)條件,不僅解決了采煤作業(yè)的效率問題,而且提高了采煤作業(yè)的精準程度,將作業(yè)人員處于危險環(huán)境的程度降至較低程度,降低礦難事故的發(fā)生頻率。
2新時期數(shù)控技術在機械制造中的發(fā)展趨勢
新時期數(shù)控技術在工業(yè)各方面得到了普遍的應用,對于提高工業(yè)的效率,增強工業(yè)方面的競爭力發(fā)揮了不可替代的作用,在不久的未來,數(shù)控技術在硬件、程序的編制及結構方面會不斷優(yōu)化,促進數(shù)控技術的發(fā)展,也帶動機械制造行業(yè)的迅速前進。
1)機電一體化結構
優(yōu)化之后的數(shù)控技術在數(shù)控結構方面也將發(fā)生巨大的變化,顯著變化便是實現(xiàn)了機電一體化。通過自動交換刀具、自動交換工件、主軸立臥自動轉換、工作臺立臥自動轉換、主軸帶C軸控制、萬能回轉銑頭、以及“數(shù)控夾盤”、“數(shù)控回轉工作臺”、“動力刀架”和“數(shù)控夾具”等程序的控制,優(yōu)化期機械結構,提高其自動化的效率與效果,使得系統(tǒng)與機床的機電系統(tǒng)實現(xiàn)完美的配合,最終實現(xiàn)機械結構的模塊化發(fā)展。
2)編程系統(tǒng)的優(yōu)化
數(shù)控的編程技術在編程平臺、編程功能及整個編程系統(tǒng)方面將實現(xiàn)高效優(yōu)化。在編程平臺方面,脫機編程可擴展至在線編程,通過CNC裝置將自動編程設備所具備的功能轉移至數(shù)控裝置的計算機之中,實現(xiàn)在線的人機對話。在編程功能方面,不再僅局限于固定循環(huán)與圖形循環(huán),擴展至子程序設計功能,會話式自動編程、藍圖編程等多方面。在整個編程系統(tǒng)方面,可同時處理幾何信息與工藝信息,在選擇刀具及切割量方面實現(xiàn)全自動化。
3)數(shù)控設備的更新
對數(shù)控技術的要求逐漸提高,相應的其硬件設施也要跟得上數(shù)控技術的步伐。電主軸的轉速、CPU的運轉頻率、進給運動部件的位移速度將得到極大的提高,同時在計算機方面,將向基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)不斷更新發(fā)展,以此降低數(shù)控設備的成本,提高機械制造業(yè)的整體水平,增強我國機械制造業(yè)在國際市場中的競爭能力。
3總結
摘要:本文針對我國數(shù)控機床,尤其是經(jīng)濟型數(shù)控機床服務的現(xiàn)狀,提出了構建數(shù)控機床綜合服務體系的意見,以期拋磚引玉。
關鍵詞:數(shù)控機床;普通機床
我國數(shù)控機床在近十余年來已經(jīng)取得了較大的發(fā)展和普及,尤其是經(jīng)濟型數(shù)控機床發(fā)展更快,在一些地區(qū)和行業(yè)初步形成了規(guī)模。然而,其服務與發(fā)展相比還不相稱,明顯滯后于發(fā)展。必須建立系統(tǒng)的綜合服務體系,數(shù)控機床才能健康持續(xù)地發(fā)展。
數(shù)控機床是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的,不妨先看看普通機床的服務。由于普通機床的發(fā)展和使用歷史已經(jīng)悠久,很自然地形成了它的服務體系,而且已經(jīng)是一個成熟的、有效的體系。正因為如此,人們習以為常,反而不覺得它的存在。如果歸納一下,這個體系至少有3個要素:
培訓上崗普通機床的操作者和調試維修人員通常都拜過師傅,由師傅帶教的?!皫煾祹降堋本褪桥嘤?;“滿師”就是考核合格,才有資格上崗。
人員專業(yè)化“機修工”是一個常見的職業(yè)工種,已經(jīng)普及和滲透到企業(yè)、社會。對于普通機床的調試、維修、保養(yǎng)等均有這些專職人員司職。用戶一般可以做到小修大修不出廠,有問題自我消化,很少再找生產(chǎn)廠的。
服務社會化其一是服務機構社會化,“機修廠”是遍布各地的常見單位,它提供各類機床的專業(yè)維修服務,且不受機床的生產(chǎn)廠家、型號規(guī)格的限制;其二是技術教育社會化,各級各類工科技術學校都設置機修專業(yè),輸送合格的通用人才。另外,“師傅帶徒弟”的方式依然存在。
數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品,除普通機床作基礎外,一般配備有數(shù)控系統(tǒng)、自動刀架、編碼器,有的還有變頻器、自動送料裝置等,集中了機械、電子技術于一體。因而數(shù)控機床更加需要完善的、有效的、及時的服務。
然而,我國的數(shù)控機床從機床廠剛出來就有先天不足。這是因為我國的機床廠自身機械技術力量雖然較強,但是電子技術方面較弱,電子類技術人員普遍匱乏,而配套部分又恰恰最需要運用電子技術。機床廠對數(shù)控機床的服務從主觀上和客觀上都沒有做好準備,更加談不上服務體系。數(shù)控機床生產(chǎn)廠無法獨立承擔全面的技術服務,因而配套部分的服務依賴于配套廠就不足為奇了。這樣,一方面把服務體系割裂開來,另一方面只要用戶方面反映一點問題,機床廠就要拉上配套廠一幫人去,結果往往又是一點小問題,勞民傷財,配套廠是“有苦難言”。
數(shù)控機床的用戶,絕大部分屬于機械加工業(yè),客觀上也有電子技術力量薄弱的問題,往往只會簡單操作而缺乏配套部分的維修知識,出現(xiàn)一些故障就束手無策,甚至停機待修,影響生產(chǎn)。中、高擋數(shù)控機床的人員配備相對還好一點,普及的經(jīng)濟型數(shù)控機床的人員配備則不夠理想,不少就是普通機床的操作人員,未經(jīng)過嚴格培訓考核就上機操作。大家都知道沒有經(jīng)過培訓取得“汽車駕駛證”的人是嚴禁開汽車的。對于技術含量很高的數(shù)控機床(即便是經(jīng)濟型)怎么能允許未經(jīng)培訓考核就上崗操作呢?汽車有了故障,駕駛員大多能作前期診斷和處理,汽車修理廠也隨處可見,修理十分方便。而數(shù)控機床有了故障,自己不能處理,還只能找生產(chǎn)廠或配套廠。說到底,還是人們對數(shù)控機床服務的認識沒有到位,觀念沒有更新,服務體系沒有構建起來。
盡管隨著數(shù)控機床的發(fā)展,機床廠也在不斷提高和完善自己的服務,提高自身素質,強調用戶培訓,服務狀況有所改善。但是由于起點不高,認識不深,自身條件不足,還不能從根本上解決服務問題。
因此必須盡快構建與數(shù)控機床發(fā)展相適應的綜合服務體系,才能加快數(shù)控機床的發(fā)展和普及。
根據(jù)我國數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀,參考其他比較成熟的服務體系,我國的數(shù)控機床的綜合服務體系在下列要點上必須達成共識:
1必須由數(shù)控機床廠主動承擔全面服務,即由機床廠承擔包括機床、配套部分在內的全部服務,改變目前機床廠和各個配套廠分散服務的狀況。因為
機床廠是產(chǎn)品的最終完成者,直接面對用戶,承擔全面服務是理所當然。
機床廠既然生產(chǎn)數(shù)控機床,對數(shù)控系統(tǒng)是屬于必須掌握的核心技術,沒有這個基礎是很難參與競爭的;而其他配套件如刀架、傳感器等技術對于熟悉數(shù)控技術的人來說是不難掌握的。機床廠不能長期依賴配套廠服務,否則無從提高自身素質和能力,增強競爭力。
控機床及其配套部分的技術已經(jīng)比較成熟,質量穩(wěn)定提高,用戶反映的問題集中在調試和維修上,由機床廠指導用戶使用和維修是最合適的。
數(shù)控機床使用中反映的問題是相互關聯(lián)和影響的,初期很難判斷問題在那個部分。如回轉刀架動作失靈,就要檢查刀架、數(shù)控系統(tǒng)、機床電器。如果分別由配套廠來檢查和證明自己配套部分沒有問題,或是發(fā)現(xiàn)問題解決了,各自的時間和費用已經(jīng)浪費了。這種看似滑稽的情況,其實是經(jīng)常發(fā)生的。
機床廠實行綜合的全面服務,提高服務人員技術素質后,可以精簡人員,提高效率。同時,減少配套單位的服務,也會得到相應的經(jīng)濟補償,有利于降低成本。機床廠承擔全面服務后,同樣可以協(xié)調與配套單位的相互配合。
2要強調培訓考核后上崗,建立針對不同層面的培訓體系
機床廠自身要培養(yǎng)出一支掌握機電一體化技術的隊伍,以適應生產(chǎn)、檢驗、服務工作。尤其要使服務人員能獨立承擔數(shù)控機床的調試及維修工作。
機床廠要強調對用戶進行培訓,要形成制度。培訓考核合格后方可允許操作數(shù)控機床。培訓要求是使用戶能正確使用、規(guī)范操作、能處理常見故障。擁有數(shù)控機床較多的用戶,應盡量培訓出專職維修人員,能獨立排除故障,做到修理基本不出廠門。
由機床行業(yè)與教育部門協(xié)調,繼續(xù)并加強在各類大、中專學校、技工職業(yè)學校辦好機電一體化專業(yè),為社會輸送和儲備合格人才。不斷補充和完善針對數(shù)控機床服務的內容。已經(jīng)從事此項工作的,要給以再學習的機會和條件。
實踐已經(jīng)證明,誰抓住了培訓誰就主動,誰就發(fā)展得快一點。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家對培訓的認識和行動要早些。而只有機床廠抓住了培訓,才算是數(shù)控機床發(fā)展的關鍵!
3逐步在數(shù)控機床的用戶集中地建立數(shù)控機床維修點
可以由機床廠自己建立,也可以發(fā)動社會力量建立。把分散的數(shù)控機床維修力量集中組織起來,使數(shù)控機床的維修專業(yè)化、社會化,做到就地解決數(shù)控機床的維修和另配件供應。
隨著計算機應用技術和網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的功能極大地提高。由于以太網(wǎng)的前景普遍被看好,各大數(shù)控生產(chǎn)商紛紛推出了具有以太網(wǎng)功能的數(shù)控系統(tǒng)。在DNC(DistributedNumericalControl)領域也出現(xiàn)了一種新型的數(shù)控機床網(wǎng)絡型式――基于以太網(wǎng)絡的DNC。以太網(wǎng)聯(lián)接是指將具有以太網(wǎng)功能的加工中心等數(shù)控機床以以太網(wǎng)的方式組網(wǎng),實現(xiàn)單臺微機對多臺CNC的集中控制,其網(wǎng)絡構成結構如圖1所示。在這種方式下,DNC軟件開發(fā)商通常要根據(jù)數(shù)控生產(chǎn)商提供的開發(fā)軟件包進行二次開發(fā),具體針對不同的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)出各自的通訊接口軟件。本文介紹的基于以太網(wǎng)的數(shù)控機床網(wǎng)絡控制系統(tǒng)JCSDNC(Ethernet)是針對FANUC系統(tǒng)開發(fā)的,適用于配有FANUC0iB/15i/16i/18i/21i,PowerMatei-D/H系統(tǒng)的機床組網(wǎng)。
構建以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡對數(shù)控系統(tǒng)的要求
機床以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡要求數(shù)控系統(tǒng)在硬件上具有以太網(wǎng)功能,即具有以太網(wǎng)卡或快速以太網(wǎng)卡,在“軟件”方面則要求CNC具有內置的以太網(wǎng)函數(shù)。其內部通訊處理機制如圖2所示。對于內置以太網(wǎng)卡,通訊過程的處理是通過CNC的CPU。這就意味著CNC的運行條件會影響內置以太網(wǎng)卡的通訊,相應地,內置以太網(wǎng)卡的通訊狀況也會影響CNC的處理過程。
內置以太網(wǎng)函數(shù)的處理優(yōu)先級低于如下操作:自動循環(huán)或手動方式下每個主軸的運動控制。因此,在自動運行期間,通訊速度將會降低。另一方面,由于內置以太網(wǎng)函數(shù)的優(yōu)先級高于CNC的屏幕顯示操作、C語言執(zhí)行器(除高級任務)、宏命令執(zhí)行器(除執(zhí)行宏)。在執(zhí)行內置以太網(wǎng)的通訊時,這些操作將會被延時處理。
由以太網(wǎng)方式聯(lián)接的網(wǎng)絡傳輸速度明顯地較串口高,每秒傳輸速率可以達到10M、100M。并且,由于加工中心的CNC系統(tǒng)內置了一些函數(shù)接口,使以太網(wǎng)聯(lián)接可以實現(xiàn)控制計算機和數(shù)控系統(tǒng)的直接通訊。也就是說,在這種方式下不但可以實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的快速傳輸,而且可以在主控計算機端自動獲得完全的設備信息、生產(chǎn)信息、遠程控制加工中心,為自動化生產(chǎn)創(chuàng)造更完備的條件。
數(shù)控機床網(wǎng)絡控制系統(tǒng)要更好的適應生產(chǎn)的需要,在傳統(tǒng)DNC軟件的功能基礎上還需具備四個功能模塊:NC程序管理模塊、現(xiàn)場監(jiān)控模塊、遠程監(jiān)控模塊以及基于Internet進行遠程訪問的數(shù)據(jù)通信部分。
功能模塊
NC程序管理模塊
NC程序作為加工過程中重要資源之一,對其進行高效的數(shù)據(jù)化管理已經(jīng)成為DNC軟件不可缺少的一部分。NC程序的管理根據(jù)管理目標對象,分為對程序進行生命周期內的管理和NC程序內部信息管理。
在本模塊中對NC程序的整個生命周期進行了嚴格的管理,從NC程序的生成到消亡都提供一套嚴格的管理手段。在不同時期,對NC程序的狀態(tài)可設置為編輯、審核、定型三種,其工作過程如圖3所示。程序的最初狀態(tài)是可以自由編輯的,經(jīng)過審核後可以開始進行試加工。而程序一旦經(jīng)試切驗證完成后就到達定型狀態(tài),不能再進行編輯,直至消亡。
對NC程序的內部屬性進行管理主要包括程序號、程序注釋、零件圖號、所加工的零件號、加工工序號、加工范圍、機床、用戶信息等進行管理。在本系統(tǒng)中可對程序根據(jù)圖號、零件名稱、工序、機床等進行多種條件的復合查尋,同時對加工程序編輯歷程、所用刀具清單、工藝卡片等進行管理。
現(xiàn)場監(jiān)控模塊
現(xiàn)場監(jiān)控模塊是實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎。通過五類線或超五類線與具有以太網(wǎng)功能的數(shù)控機床直接聯(lián)接,可以實現(xiàn)控制、監(jiān)測和對數(shù)控機床的診斷。此外,目前市場上有一些軟件生產(chǎn)商把只具有串口通訊功能的加工中心以以太網(wǎng)方式甚至是無線方式聯(lián)接。這兩種方式在本質上是區(qū)別于以太網(wǎng)聯(lián)接的,它們只是通過轉接口變換了聯(lián)接方式,將串行數(shù)據(jù)轉變成以太網(wǎng)方式傳輸,其通訊的瓶頸依然存在于串口通訊。但這種做法可以克服工廠施工條件惡劣、布線不便等問題。
本模塊與CNC進行通訊,可以實時采集數(shù)控機床的加工狀態(tài)、聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、刀具信息、操作履歷,以及對刀具壽命進行管理。并且通過一定的權限確認,可以在線修改各種設備參數(shù)和運行參數(shù),從而實現(xiàn)底層設備的完全監(jiān)控。通過對采集到的工況數(shù)據(jù)進行處理,可以及時獲取加工業(yè)績、機床利用率等生產(chǎn)管理所需要的數(shù)據(jù),如圖4所示。
遠程監(jiān)控模塊
遠程監(jiān)控模塊是利用計算機技術和網(wǎng)絡技術,提供廣域范圍內共享資源的平臺,并為實時監(jiān)測監(jiān)控、故障診斷提供支持。用戶可以隨時通過網(wǎng)絡查詢設備運行狀態(tài)以及設備現(xiàn)場的工況,對生產(chǎn)過程進行實時的遠程監(jiān)控,如圖5所示。甚至可以將機床的梯形圖傳送至遠程的控制主機,用梯形圖實施機床故障的遠程診斷。為保證生產(chǎn)的安全性,梯形圖必須用密碼保護,以防無關人員修改。
基于Internet的數(shù)據(jù)通訊模塊
由于生產(chǎn)狀況的千變萬化,生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)很多隨機的情況,因此不同地點、不同部門的專業(yè)人員要對同一設備進行工作,就需要有一個自由交流的平臺,通過網(wǎng)絡實現(xiàn)信息交互、經(jīng)驗交流,最終實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控。本模塊在基于網(wǎng)絡技術的基礎上,為客戶提供了文字交流的平臺,如圖6所示。
FANUC系統(tǒng)的以太網(wǎng)功能是通過以太網(wǎng)卡或FANUC快速以太網(wǎng)卡遵循TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)的。網(wǎng)絡控制軟件要與數(shù)控機床進行正常通訊,需進行以下設置:
設置控制計算機側的TCP/IP協(xié)議;
設置CNC側的以太網(wǎng)卡和內置以太網(wǎng)函數(shù);
物理連接個人計算機和CNC。
JCSDNC(Ethernet)的應用
發(fā)動機裝配技術狀態(tài)數(shù)據(jù)模型的概念
針對航空發(fā)動機型號,現(xiàn)有的PDM技術已經(jīng)可以較好的對其進行技術狀態(tài)管理。由于實際裝配中,單臺航空發(fā)動機技術狀態(tài)強調可追溯性,即對于每一臺發(fā)動機在排故、維修、大修時需要明確其裝配技術狀態(tài)歷史,就必須對單臺發(fā)動機進行裝配技術狀態(tài)管理。進行單臺發(fā)動機裝配技術狀態(tài)管理的基礎是結構化的數(shù)據(jù)模型,裝配環(huán)境下的技術狀態(tài)數(shù)據(jù)可以分為三大部分:物料信息、工藝信息與檢驗信息。這里的物料信息是指產(chǎn)品基本信息及組成產(chǎn)品的各種零/組/部件的信息;工藝信息是指裝配各級物料節(jié)點所執(zhí)行的工藝/工序/工步的信息;檢驗信息是指執(zhí)行裝配的關鍵項進行檢驗,具體表現(xiàn)為相對應的檢驗項的規(guī)定值與實際值。物料信息、工藝信息、檢驗信息都可表示為樹形結構。它們間也具有復雜的對應關系,其中包括:工藝與部件或組件對應、檢驗表與工藝對應、檢驗項與工序對應、子檢驗項與工步對應等。由于航空發(fā)動機的多裝多試的特點,單臺發(fā)動機在其生命周期的多次裝配中會頻繁的發(fā)生物料信息、工藝信息和檢驗信息的改變,集中表現(xiàn)在由于串換件、壽命件的到期等,發(fā)生各級物料(部件/組件/零件)的變化;由于采用不同版次的工藝、針對個別發(fā)動機裝配下發(fā)的技術文件、技術通知、工藝更改單等會產(chǎn)生工藝信息的變化;物料或工藝信息改變同時也伴隨產(chǎn)生了檢驗信息的變化。因此單臺發(fā)動機的裝配技術狀態(tài)不僅與同型號同批次的其他發(fā)動機的技術狀態(tài)不同,在其生命周期內本身的技術狀態(tài)也隨時間變化。所以,航空發(fā)動機裝配技術狀態(tài)數(shù)據(jù)模型必須包含兩個方面,從空間上說,要用盡可能用簡單的模型表示出錯綜復雜的物料、工藝、檢驗信息的對應關系;從時間上說,要準確地刻畫出發(fā)動機裝配技術狀態(tài)隨時間變化的情況。
發(fā)動機裝配技術狀態(tài)數(shù)據(jù)模型的定義
以下對發(fā)動機裝配技術狀態(tài)在時間條件約束下的物料、工藝、檢驗等信息進行定義。定義1:航空發(fā)動機裝配技術狀態(tài)模型,C={M,PAC,R,T}。其中M為物料信息集合、PAC為工檢信息集合、R為關系集合、T為時間。當物料信息集合為整臺發(fā)動機的物料信息時,C表示單臺次發(fā)動機T時刻的技術狀態(tài);當物料信息為整臺發(fā)動機物料信息子集時,C表示相應部件、組件等的技術狀態(tài)。定義2:物料節(jié)點集合M:航空發(fā)動機某一時刻物料集合為:M={m1,m2,m3…,mn},n∈N,N為自然數(shù);mi={IDmi,a1,a2,a3,…,ak},k∈N,mi∈M。M中mi可以是產(chǎn)品、部件、組件或者零件,為產(chǎn)品任意級物料節(jié)點。mi中IDmi為物料節(jié)點的唯一標識,a1,a2,a3,…,ak為這一物料節(jié)點屬性,比如關鍵尺寸、物料壽命、是否為關重件的標識等,可靈活的根據(jù)需要進行實例化。定義3:工檢信息集合PAC:PAC={pac0,pac1,pac2,…,pacl},l∈N;Paci={IDpaci,b1,b2,b3,…,bl},t∈N,paci∈PAC。由上面的分析可知,雖然物料信息和工藝信息節(jié)點不是同級一對一的關系,對于具體的發(fā)動機產(chǎn)品,工藝及檢驗信息節(jié)點也總是伴隨著唯一的物料節(jié)點出現(xiàn),這里不妨將相對應的兩種節(jié)點合并為工藝及檢驗信息節(jié)點,也是適應了許多先進發(fā)動機制造廠商實行的“工檢合一”的需要。對于每一個工藝及檢驗信息節(jié)點paci,IDpaci為工藝及檢驗信息節(jié)點的唯一標識。類似于定義1,b1,b2,b3,…,bt亦為paci(1≤i≤l)工藝信息節(jié)點的屬性,當paci為不同級別的工藝信息節(jié)點時,屬性可以實例化為工藝版本、關鍵工序標識等。當paci為工序級節(jié)點,若bj={IDbj,CheckContentbj,CheckStandardbj,CheckValuebj}表示一個子檢驗項,其中,IDbj唯一標識了該子檢驗項,CheckContentbj為子檢驗項的具體內容,CheckStandardbj為檢驗項的規(guī)定值,CheckValuebj為檢驗項的實際值,該屬性可給出單件產(chǎn)品由于每次裝配產(chǎn)生的檢驗項信息,一般表示執(zhí)行一個工步產(chǎn)生的檢驗信息。定義4:關系集合R=MR∪PR∪MPR其中:MR={r|r=(mi,mj),若堝mi和mj的父子關系,mi,mj∈M};PR={r|r=(paci,pacj),若堝paci和pacj的父子關系,paci,pacj∈PAC};MPR={r|r=(mi,pacj),若堝mi和pacj的對應關系,mi∈M,pacj∈PAC};該集合可以確定出技術狀態(tài)模型中存在的物料信息節(jié)點之間、工藝及檢驗信息節(jié)點之間、物料信息節(jié)點與工藝及檢驗信息節(jié)點之間三種關系。圖2展示了一個簡化了的技術狀態(tài)模型的具體例子,該模型具有三層物料信息結構。左面的部分為單臺發(fā)動機產(chǎn)品的物料狀態(tài),右邊的部分為與之相對應物料的工檢信圖1航空發(fā)動機裝配技術狀態(tài)息,用連線表示存在相關的關系。
發(fā)動機裝配技術狀態(tài)數(shù)據(jù)模型的基本操作
單臺發(fā)動機單次裝配執(zhí)行其間,發(fā)動機裝配技術狀態(tài)會因裝配的執(zhí)行隨時間動態(tài)變化著,表現(xiàn)為技術狀態(tài)模型中各集合元素的變化。集合元素的變化可以歸結為兩種基本操作,令Ci={Mi,PACi,Ri,Ti}為Ti時刻的產(chǎn)品/部件/組件的技術狀態(tài),Ci={Mi+1,PACi+1,Ri+1,Ti+1}為Ti+1時刻的技術狀態(tài),Cpa1={Mpa1,PACpa1,Rpa1,Tpa1}為pa1部件/零件某時刻的技術狀態(tài),用兩種算子進行表示:加法操作算子+:+(Ci,Cpa1)={Mi∪Mpa1,PACi+1,Ri∪Rpa1∪Rst,Ti+1}加法操作為發(fā)動機裝配時增加技術狀態(tài)物料節(jié)點的操作,附帶了工藝節(jié)點的增加和對應關系的增加。減法操作算子-:-(Ci,Cpa1)={Mi-Mpa1,PACi+1,Ri-Rpa1-Rst,Ti+1}減法操作為拆卸發(fā)動機零部件的操作,該操作會產(chǎn)生發(fā)動機技術狀態(tài)物料節(jié)點的減少,而且附帶了工藝節(jié)點的減少和對應關系的消失。由以上的兩種基本操作函數(shù),可以得到更加復雜的技術狀態(tài)改變的操作。例如,對于航空發(fā)動機的換件技術狀態(tài)變化,可視為經(jīng)過了-(Ci,Cpa1)和+(Ci,Cpa2)操作,用pa2替換了pa1部件。對于單臺發(fā)動機的每段或每次裝配,可以認為其技術狀態(tài)經(jīng)歷了數(shù)個加法、減法操作。例如C1為某次裝配前的產(chǎn)品的技術狀態(tài),C1={{m1,m2,m3,m4,m5},{pac1,pac2},({m1,m2),(m1,m3),(m2,m4),(m2,m5),(pac1,pac2),(m1,pac1),(m2,pac2),T1},首先拆卸掉部件,pa1,Cpa1={{m2,m4,m5},{pac2},({m2,m4),(m2,m5),(m2,pac2)},T1},即進行了操作-(C1,Cpa1),得到C1′={{m1,m3},{pac1′},({m1,m3),(m1,pac1′)},T1′};然后進行了操作+(C1′,Cpa2),裝配上部件pa2,pa2的技術狀態(tài)為Cpa2={{m6,m7,m8},{pac6},({m6,m7),(m6,m8),(m6,pac6)},T2};得到C1={{m1,m3,m6,m7,m8},{pac1″,pac6},({m1,m6),(m1,m3),(m6,m7),(m6,m8),(pac1″,pac6),(m1,pac1″),(m6,pac6)},T2};如圖3所示。實際中的操作可能會拆卸到零件級,這里適當簡化為拆卸到部件級。4沿時間軸發(fā)動機裝配技術狀態(tài)快照序列的生成單臺發(fā)動機首次裝配自T0時刻開始,在其生命周期內會經(jīng)歷數(shù)個加法、減法操作,形成關于時間軸TS=(T0,T1,T2,T3,…)的發(fā)動機單機技術狀態(tài)快照序列CS=(C0,C1,C2,C3,…)。首次裝配過程中,零件裝配成組件,組件裝配成部件,進而裝配成發(fā)動機整機,這期間發(fā)生的對裝配技術狀態(tài)的操作體現(xiàn)為大量的加法操作,由零部件的技術狀態(tài)合成為發(fā)動機的技術狀態(tài);非首次裝配,則還會發(fā)生大量技術狀態(tài)減法操作,最終表現(xiàn)為整機技術狀態(tài)隨時間不斷的更新。與其他復雜產(chǎn)品不同,航空發(fā)動機生命周期中要經(jīng)歷多次拆卸-裝配的過程。這樣可以把時間軸劃分為若干個階段,包括新機一裝、新機二裝、舊機排故的一、二裝、舊機大修的一、二裝等。TS中時間Ti的取值不同,會引起技術狀態(tài)記錄詳細程度不同。記錄的密度越大,對技術狀態(tài)追蹤的也就越詳細,但占用的存儲空間就越多。當Ti取值為裝配執(zhí)行過程中若干時刻時,序列CS可以對裝配過程進行記錄?,F(xiàn)設Ti為每次裝配結束的時間,(Ti-1,Ti)時間段則為兩次裝配間的時間段,在本時間段內,假定不對微小的技術狀態(tài)變化進行記錄,得到的覆蓋全時間軸技術狀態(tài)快照序列如圖4所示。