840DSL 數(shù)控系統(tǒng)刀具設(shè)定狀態(tài)防錯(cuò)策略研究

張 輝，侯明洋，張 飛

（上汽通用汽車(chē)有限公司武漢分公司，湖北武漢 430200）

0 引言

在某汽車(chē)廠(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目期間，由于人為誤操作導(dǎo)致一把原本有刀具折斷檢測(cè)功能的刀具被取消了刀檢功能，而這把刀具在加工過(guò)程中損壞。生產(chǎn)操作工在不知情的情況下批量加工工件，待測(cè)量發(fā)現(xiàn)工件不合格后才進(jìn)行質(zhì)量追溯，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了大批量的工件報(bào)廢，浪費(fèi)了大量的人力，還導(dǎo)致了嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

刀具折斷檢測(cè)功能位于840DSL 系統(tǒng)中的刀具管理界面，為機(jī)床制造供應(yīng)商二次開(kāi)發(fā)的功能，但是通常設(shè)備制造商沒(méi)有設(shè)置畫(huà)面加密保護(hù)或是在程序中設(shè)置防錯(cuò)報(bào)警。勾選和取消刀檢功能不需要輸入任何密碼或插入西門(mén)子專(zhuān)用的權(quán)限鑰匙，而且取消刀具檢測(cè)設(shè)定狀態(tài)后HMI 上沒(méi)有任何提示[1]。當(dāng)人為誤操作將刀具折斷檢測(cè)功能取消后，就會(huì)存在較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)分析研究，基于西門(mén)子840DSL 數(shù)控系統(tǒng)本文提出了在刀具管理界面加密保護(hù)人為誤操作和創(chuàng)建防錯(cuò)報(bào)警程序兩種策略，最終實(shí)現(xiàn)有效規(guī)避該類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)再次發(fā)生的功能。

1 策略分析及論證

如圖1 所示，西門(mén)子840DSL 標(biāo)準(zhǔn)的刀具管理信息中不包含刀具折斷檢測(cè)和刀具內(nèi)冷的相關(guān)設(shè)定和狀態(tài)信息。若要讀取更多的刀具相關(guān)參數(shù)需要用到用戶(hù)自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，西門(mén)子840DSL 系統(tǒng)默認(rèn)用戶(hù)最多可以自定義10 個(gè)特殊的用戶(hù)數(shù)據(jù)。用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明如圖2 所示。

圖1 西門(mén)子840DSL 標(biāo)準(zhǔn)刀具管理信息

圖2 西門(mén)子系統(tǒng)用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明

為了增加其他需要的用戶(hù)設(shè)定，需要增加一個(gè)用戶(hù)配置腳本文件“SLTMLISTCONFIG.XML”，通過(guò)這個(gè)腳本文件用戶(hù)可以對(duì)需要增加的刀具管理設(shè)定進(jìn)行定義和描述，最終這些規(guī)定好的刀具用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)的內(nèi)容會(huì)隨同系統(tǒng)自帶的刀具管理信息一同顯示在對(duì)應(yīng)的刀具管理界面。HMI 用戶(hù)配置腳本文件如圖3 所示。

圖3 840DSL HMI 用戶(hù)配置腳本文件

由刀具管理數(shù)據(jù)用戶(hù)配置腳本文件可知，刀具自定義數(shù)據(jù)1 為刀具折斷檢測(cè)功能開(kāi)啟和關(guān)閉設(shè)定，數(shù)據(jù)類(lèi)型為BOOL 量，設(shè)定方式為CheckBox 勾選和取消；自定義數(shù)據(jù)2 為刀具內(nèi)冷壓力設(shè)定值，數(shù)據(jù)類(lèi)型為整數(shù)型，設(shè)定方式為輸入整數(shù)型數(shù)值。在“sltmlistdialog_eng.ts”文件中定義了這些自定義數(shù)據(jù)類(lèi)型的顯示位置及相應(yīng)的描述，如圖4 所示。

2 畫(huà)面加密保護(hù)策略

為了防止用戶(hù)數(shù)據(jù)設(shè)定誤修改，首選的策略就是將刀具設(shè)定狀態(tài)畫(huà)面加密后再進(jìn)行顯示，即用戶(hù)只能通過(guò)輸入口令或插入專(zhuān)用權(quán)限的鑰匙才能解鎖，這樣能有效避免低權(quán)限用戶(hù)對(duì)關(guān)鍵用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

圖4 HMI 腳本文件中的刀具自定義數(shù)據(jù)描述

畫(huà)面加密保護(hù)具體實(shí)現(xiàn)方法為：修改原始HMI 用戶(hù)配置腳本文件，在ToolBrokencheck 列中添加權(quán)限函數(shù)＜AccessLevel value=‘5’type=‘uint’/＞。如下圖所示，圖5 為原始HMI 用戶(hù)配置腳本文件，圖6 為添加權(quán)限函數(shù)后的HMI 腳本文件。

如圖6 所示，給刀具折斷檢測(cè)畫(huà)面增加密碼保護(hù)，密碼權(quán)限等級(jí)設(shè)置為西門(mén)子5 級(jí)，僅當(dāng)用戶(hù)輸入的密碼等級(jí)不低于此權(quán)限等級(jí)時(shí)，才能激活刀具折斷檢測(cè)修改設(shè)定值功能[2]。增加了畫(huà)面密碼保護(hù)后的刀具折斷檢測(cè)畫(huà)面如圖7 所示，當(dāng)用戶(hù)登錄權(quán)限低于刀檢密碼保護(hù)權(quán)限時(shí)，BK 一列的刀檢狀態(tài)設(shè)定一欄選項(xiàng)顯示為灰色，表示當(dāng)前權(quán)限下無(wú)法對(duì)刀具折斷檢測(cè)設(shè)定狀態(tài)進(jìn)行修改。

圖5 原始HMI 用戶(hù)配置腳本文件

圖6 添加權(quán)限函數(shù)后的HMI 腳本文件

圖7 增加密碼保護(hù)后的刀具折斷檢測(cè)畫(huà)面

完成了刀具檢測(cè)設(shè)定畫(huà)面加密功能之后，可在很大程度上減少低權(quán)限用戶(hù)對(duì)刀具設(shè)定等關(guān)鍵性的參數(shù)進(jìn)行修改和誤操作的可能性；但從另外的角度去考慮：即使對(duì)刀檢功能設(shè)定畫(huà)面進(jìn)行了加密保護(hù)，也不能完全保證該畫(huà)面解鎖后沒(méi)有人為的誤操作行為，因此畫(huà)面加密保護(hù)策略?xún)H作為基礎(chǔ)方案，要尋求從根本上解決問(wèn)題的方案。

3 創(chuàng)建防錯(cuò)程序策略

本策略是將刀具的刀檢設(shè)定狀態(tài)和內(nèi)冷壓力設(shè)定值讀取出來(lái)并創(chuàng)建防錯(cuò)程序。通過(guò)使用系統(tǒng)變量$TC 將刀庫(kù)里每把刀具的刀檢設(shè)定狀態(tài)和內(nèi)冷壓力設(shè)定值讀取出來(lái)并存儲(chǔ)在用戶(hù)變量中，然后同時(shí)在NC 和PLC 程序中將讀取出來(lái)的設(shè)定值與固化（原始）的狀態(tài)設(shè)定值作對(duì)比邏輯判斷，若出現(xiàn)不匹配狀況，則在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)就觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警，提示相關(guān)操作人員檢查對(duì)應(yīng)刀具的設(shè)定是否正確，匹配若不正確故障無(wú)法消除。

首先，在MDA 方式下使用R 參數(shù)對(duì)刀具用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取測(cè)試，如圖8 所示。通過(guò)設(shè)定將讀取測(cè)試結(jié)果值儲(chǔ)存在相應(yīng)的R 參數(shù)中以便核對(duì)。

如圖8 所示，其中R2、R4、R5 分別讀取刀具1、刀具2 和刀具3 的刀檢設(shè)定狀態(tài)，R6、R7 分別讀取刀具1、刀具3 的內(nèi)冷壓力設(shè)定值。將讀取出來(lái)的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際的刀具刀檢設(shè)定狀態(tài)和內(nèi)冷設(shè)定值進(jìn)行一一對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果顯示讀取測(cè)試的存儲(chǔ)值與實(shí)際設(shè)定值完全一致。滿(mǎn)足測(cè)試預(yù)期的結(jié)果。

3.1 NC 報(bào)警實(shí)現(xiàn)

在NC 程序里定義相應(yīng)的防錯(cuò)變量，如圖9 所示。在DEF程序中定義報(bào)警變量，并設(shè)置其在 PLC程序中的輸出字節(jié)和相應(yīng)的位信息，如圖10 所示。在NC 程序中編寫(xiě)刀具用戶(hù)數(shù)據(jù)讀取判斷程序和相關(guān)的報(bào)警邏輯，如圖11 所示。

圖8 對(duì)用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取測(cè)試

圖9 在NC 程序中定義防錯(cuò)變量

圖10 在DEF 程序中設(shè)置報(bào)警變量的PLC 輸出地址

圖11 NC 程序中的刀具用戶(hù)數(shù)據(jù)讀取報(bào)警邏輯

3.2 PLC 報(bào)警實(shí)現(xiàn)

在PLC 程序中，根據(jù)NC 發(fā)送過(guò)來(lái)的刀檢和刀具內(nèi)冷設(shè)定值判斷狀態(tài)，編輯相關(guān)的報(bào)警邏輯（具體的判斷條件可根據(jù)實(shí)際情況做相應(yīng)的調(diào)整），如圖12 所示。

3.3 制作HMI 報(bào)警文本

最后，還需要制作相應(yīng)的HMI 報(bào)警文本，輸出對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息，HMI 報(bào)警文本如圖13 所示。如圖13 所示，當(dāng)?shù)毒哒蹟鄼z測(cè)和刀具內(nèi)冷實(shí)際狀態(tài)與設(shè)定狀態(tài)不一致時(shí)，PLC 程序中將輸出報(bào)警信號(hào)，并在機(jī)床HMI 畫(huà)面上顯示“刀具折斷檢測(cè)狀態(tài)判斷故障”或“刀具內(nèi)冷壓力設(shè)定狀態(tài)判斷故障”報(bào)警信息，提示用戶(hù)進(jìn)行確認(rèn)[3]。

相比于畫(huà)面加密保護(hù)策略，創(chuàng)建防錯(cuò)程序策略對(duì)操作和修改參數(shù)的人員的安全依賴(lài)性大大降低，徹底防止了人為誤操作的可能性，顯著提高了加工中心刀具管理系統(tǒng)的安全性與可靠性。目前，兩種防錯(cuò)策略都已在該箱體加工線(xiàn)所有加工中心上實(shí)施，并取得了良好的效果。

圖12 PLC 程序中的刀具設(shè)定狀態(tài)報(bào)警邏輯

圖13 HMI 報(bào)警文本

4 結(jié)論

本文提出的畫(huà)面加密保護(hù)和創(chuàng)建防錯(cuò)程序兩種策略，徹底防止了人為誤操作，顯著提高了加工中心刀具管理系統(tǒng)的安全性與可靠性，降低了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和工廢成本，同時(shí)對(duì)于其他加工中心設(shè)備也有一定的借鑒意義。