數(shù)控設(shè)備日常運維管理的必要性及措施

徐全金，王希斌，王翔，喬方明

（中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動力有限公司，山東 濟(jì)南 250306）

數(shù)控設(shè)備屬于典型的機(jī)電一體化設(shè)備，集成化程度較高，由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。主要圍繞控制系統(tǒng)，將編程器、操作臺、視覺系統(tǒng)、FM-NC數(shù)據(jù)系統(tǒng)、反饋傳感器、安全檢測與報警、伺服系統(tǒng)、壓縮空氣閥組管路、調(diào)姿結(jié)構(gòu)等進(jìn)行全面關(guān)聯(lián)后，對其進(jìn)行應(yīng)用。從應(yīng)用效果看，此類設(shè)備運行速度快，使用效率高，對故障的自動化監(jiān)測、預(yù)警、識別、分析，大幅度提高了運維管理效率，在現(xiàn)代機(jī)械零部件生產(chǎn)制造中發(fā)揮了巨大作用。下面先對數(shù)控設(shè)備技術(shù)特點做出說明。

1 數(shù)控設(shè)備技術(shù)特點分析

1.1 高效化

現(xiàn)代數(shù)控設(shè)備中，以數(shù)控機(jī)床技術(shù)、電氣自動化技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等聯(lián)合應(yīng)用為主，既降低了加工成本，也在保障零部件表現(xiàn)質(zhì)量與精度的同時，提高了加工效率。以機(jī)床加工中的車銑加工為例，應(yīng)用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行控制后，主軸轉(zhuǎn)速、加工速度均有了明顯提升。從現(xiàn)階段的研發(fā)設(shè)計與實踐經(jīng)驗看，在超級精密加工領(lǐng)域，已經(jīng)較好地促進(jìn)了主軸旋轉(zhuǎn)速度的改進(jìn)，尤其在加工件的表面粗糙度處理方面顯示了一定程度的優(yōu)勢。雖然從數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試方面看，需要投入大量資源，但是，當(dāng)其投入運行后，其應(yīng)用效率相對較高。

1.2 多軸化

數(shù)控設(shè)備中應(yīng)用了編程軟件，加上五軸聯(lián)動技術(shù)的日益成熟，較好地提高了自由曲面加工。例如，在工件三維表面銑削加工時，對于切削速度的良好控制與對加工精度的精確分析，以及數(shù)值模擬，可以確保工件達(dá)到高精度水平。比較三軸聯(lián)動控制與五軸聯(lián)動控制可以看出，后者的比較優(yōu)勢十分突出。一方面，能夠推動大型數(shù)控機(jī)床的研發(fā)設(shè)計；另一方面，可以從整體上推進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)向著高質(zhì)量發(fā)展方向升級，為我國“智能制造”提供技術(shù)支持。

1.3 智能化

目前，數(shù)控設(shè)備中對智能化技術(shù)的應(yīng)用相對增多。例如，在原有的數(shù)據(jù)庫技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用條件下，增加了SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了數(shù)據(jù)管理中心，能夠更好地對數(shù)控設(shè)備做深度的智能處理。以當(dāng)前實踐情況看，在連接性能、驅(qū)動性能、加工工藝參數(shù)自動生成、設(shè)備運行狀態(tài)自動監(jiān)測、故障智能診斷方面，借助配置的網(wǎng)絡(luò)模型與專家系統(tǒng)，可以較好地實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備智能化控制。尤其在人機(jī)交互過程中，操作界面的簡化與音頻化發(fā)展，為遠(yuǎn)程控制奠定了堅實基礎(chǔ)，有利于真正推進(jìn)“無人職守”目標(biāo)的實現(xiàn)。

2 數(shù)控設(shè)備日常運維管理的必要性

2.1 從生產(chǎn)角度分析

新時代我國政府提出了總體經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，通過發(fā)揮市場在資源配置中的基礎(chǔ)性作用，加大了技術(shù)要素配置比例，制造業(yè)行業(yè)的全要素生產(chǎn)率獲得了較大提升。在這種背景下，機(jī)械設(shè)備及其零部件的生產(chǎn)加工中，需要提高生產(chǎn)效率。

數(shù)控設(shè)備作為實現(xiàn)高效生產(chǎn)的重要工具，只有保障其處于良好運行狀態(tài)，才能達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目標(biāo)。因此，從生產(chǎn)角度看，需要增強(qiáng)對此類設(shè)備的運維管理。尤其在進(jìn)入“十四五”建設(shè)時期后，突出了高質(zhì)量發(fā)展主題，制造業(yè)企業(yè)為了通過數(shù)字化技術(shù)為自身的生產(chǎn)“賦能”，增加了對智能化技術(shù)的運用，并且將PC端的數(shù)據(jù)管理中心、數(shù)控設(shè)備控制系統(tǒng)、移動客戶端應(yīng)用程序進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，在這種情況下加強(qiáng)日常運維管理，有利于促進(jìn)數(shù)控設(shè)備智能化發(fā)展及應(yīng)用。

2.2 從效益角度分析

傳統(tǒng)時期，制造業(yè)企業(yè)將追求經(jīng)濟(jì)利益最大化作為根本目標(biāo)。近年來，經(jīng)過實施企業(yè)治理，落實生態(tài)文明思想，此類企業(yè)在追求經(jīng)濟(jì)利益的同時，增加了對社會效益、生態(tài)效益的關(guān)注，預(yù)期通過生產(chǎn)經(jīng)營管理，產(chǎn)出綜合效益。因而，從效益角度看，企業(yè)需要借助日常運維管理，一方面，保障數(shù)控設(shè)備安全可靠運行，使企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，應(yīng)增強(qiáng)對此類設(shè)備的環(huán)境影響評價，控制其在運行過程中產(chǎn)生的污染。尤其在安全生產(chǎn)管理與職業(yè)衛(wèi)生環(huán)境管理方面，此類企業(yè)生產(chǎn)制造過程中，會產(chǎn)生相應(yīng)的重金屬與有機(jī)廢氣，以及生產(chǎn)廢水，當(dāng)其中的揮發(fā)性有機(jī)污染物、無機(jī)污染物、重金屬等長期存在于生產(chǎn)環(huán)境、排放到自然環(huán)境后，會造成一定的危害。此時，企業(yè)需要從綜合效益產(chǎn)出出發(fā)，擴(kuò)展日常運維管理內(nèi)容，提升其運維管理水平。

3 數(shù)控設(shè)備日常運維管理措施分析

3.1 結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化管理需求，完善運維管理方案

從表面上看，數(shù)控設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化屬于此類設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)制造中方面的問題。深入一步看，發(fā)現(xiàn)在新時期數(shù)控設(shè)備改造翻新、智能升級、運維管理中，由于對標(biāo)準(zhǔn)化的重視度不足，造成了一系列質(zhì)量隱患。當(dāng)前階段，多數(shù)數(shù)控設(shè)備已經(jīng)基本完成了改造，重點集中到了對新型數(shù)控設(shè)備的研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)應(yīng)用、運維管理方面。建議將按照現(xiàn)代數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈條，將設(shè)計→采購→制造→訂單→營銷→售后→運維全面關(guān)聯(lián)起來，建立標(biāo)準(zhǔn)化運維管理理念，然后圍繞該理念，完善現(xiàn)有運維管理方案。具體如下：

（1）應(yīng)梳理標(biāo)準(zhǔn)化方面存在的一些不足，包括亂接中線到PE、非單一電源設(shè)置、電氣柜防護(hù)等級不足、數(shù)控設(shè)備欠保護(hù)、控制線路隱患、安全操作保護(hù)功能不完備、警示標(biāo)志不完善等。然后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化運維管理需求，對其中的問題進(jìn)行針對性解決。操作時，一方面，應(yīng)從文件及軟件出發(fā)，將其作為其中的重要組成部分，整理出與數(shù)控設(shè)備相關(guān)的資料與應(yīng)用技術(shù)。另一方面，需要在標(biāo)準(zhǔn)化管理認(rèn)知明確的情況下，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)置器件標(biāo)識，盡可能對其進(jìn)行編碼與分類。

（2）應(yīng)該根據(jù)數(shù)控設(shè)備控制系統(tǒng)散熱、電池定期更換、數(shù)據(jù)備份、定人定機(jī)使用，做好相關(guān)的日常運維管理工作安排。例如，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)種類繁多，具體包括宏程序數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、螺距誤差補償數(shù)據(jù)、刀具補償數(shù)據(jù)、主軸與伺服維護(hù)數(shù)據(jù)、PLC編程控制數(shù)據(jù)、FLASH ROM存儲數(shù)據(jù)等。此時，需要先做好分類設(shè)置，再選擇合適的軟件或數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份，確保后續(xù)檢查、測定、維保、故障診斷及處理時的有序性與精準(zhǔn)性。另外，在配套制度方面，應(yīng)結(jié)合數(shù)控設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化使用程序，設(shè)置運維管理監(jiān)督流程。為了保障運維管理方案的有效運行，應(yīng)利用權(quán)責(zé)機(jī)制，對各崗位中的職能與責(zé)任進(jìn)行對等設(shè)置，通過責(zé)任追究方式，約束運維管理人員的行為。尤其需要結(jié)合當(dāng)前數(shù)控設(shè)備更新?lián)Q代與智能化發(fā)展現(xiàn)狀，配套開展專項培訓(xùn)工作，確保運維管理人員綜合素質(zhì)與實際工作需求相符合。

3.2 利用指標(biāo)化管理方法，開展檢查測定工作

數(shù)控設(shè)備運維管理的標(biāo)準(zhǔn)化，要求在實際檢查測定工作中，條分縷析設(shè)置一系列運維管理指標(biāo)，以保障整個運維管理方案從設(shè)計階段到實施階段獲得最大程度的落實。從當(dāng)前實踐經(jīng)驗看，應(yīng)吸收大型制造業(yè)企業(yè)應(yīng)用的全要素分析方法。具體如下：

（1）應(yīng)結(jié)合數(shù)控設(shè)備的初始資料，對數(shù)控設(shè)備種類、數(shù)量、規(guī)格、型號進(jìn)行分類，如新購設(shè)備、普通機(jī)床數(shù)控改造設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)升級改造設(shè)備等，需要分門別類進(jìn)行列舉，并在此基礎(chǔ)上對各項參數(shù)資料進(jìn)行檢查。操作時應(yīng)遵循規(guī)定，配套做好防塵、防潮、防高溫，以及運行環(huán)境等檢查，確保數(shù)控設(shè)備始終處于良好狀態(tài)。

（2）應(yīng)對以往維修數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并制定數(shù)據(jù)系統(tǒng)FMECA報告。例如，當(dāng)前普遍采用FMECA分析計算方法，進(jìn)行故障模式影響及危害分析，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)時期的RPN分析法。建議根據(jù)該分析計算方法，根據(jù)F1～F7，分別對系統(tǒng)無法啟動、系統(tǒng)電源輸入異常、系統(tǒng)電池電量低、誤操作、操作不規(guī)范、干擾信號、用戶程序出錯等故障模式，開展故障原因分析，追溯故障影響，劃分出嚴(yán)酷度等級，再制定配套的檢修方法。以誤操作為例，其故障原因多由操作誤刪除或更改軟件參數(shù)所致，當(dāng)發(fā)生誤操作后，系統(tǒng)會進(jìn)行自動報警并顯示部分功能無法使用，按照嚴(yán)酷度等將其設(shè)置為III級后，可以選擇人工檢測方法進(jìn)行檢查。以此類推，結(jié)合數(shù)據(jù)設(shè)備系統(tǒng)FMECA報告，可以保障檢查與測定工作的指標(biāo)化，從而達(dá)到日常檢查與定期測定時的有效性。

3.3 發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢，增強(qiáng)故障智能診斷

現(xiàn)用數(shù)控設(shè)備運維管理系統(tǒng)，主要按照數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)清洗→數(shù)據(jù)存儲→數(shù)據(jù)提取→數(shù)據(jù)分析→生成報表→利用報表的基本流程運行，重點集中在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。在這種情況下，應(yīng)充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢增強(qiáng)故障智能診斷水平。

例如，當(dāng)前數(shù)控設(shè)備故障診斷中，以常規(guī)檢測法、診斷備件替代法、參數(shù)檢查恢復(fù)法、自診斷功能法為主。前兩種方法用于日常檢查、測定、維保中，后兩種以故障智能診斷為準(zhǔn)。建議吸收前期實踐經(jīng)驗，遵循“先外部后內(nèi)部”“先主機(jī)后電氣”“先靜態(tài)后動態(tài)”原則，劃分出硬件故障、軟件故障、干擾故障、次生故障（如參數(shù)故障、PCB板元器件故障、機(jī)械部位次生故障等）。然后，借助當(dāng)前應(yīng)用較多的SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立“故障范例庫”，當(dāng)運維管理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)提取后，可以通過對比故障范例庫異常數(shù)據(jù)范圍，實現(xiàn)對故障的監(jiān)測、預(yù)警、數(shù)據(jù)抓取與對比，并在確定故障類型后，分門別類進(jìn)行針對性處理（如圖1）。

圖1 數(shù)控設(shè)備故障智能診斷流程示意

4 結(jié)語

總之，數(shù)控設(shè)備在制造業(yè)企業(yè)中發(fā)揮著重大作用，在新時期高質(zhì)量發(fā)展階段，應(yīng)持續(xù)增強(qiáng)對此類設(shè)備的日常運維管理工作。結(jié)合上述分析可以看出，數(shù)控設(shè)備技術(shù)特點主要集中在高效化、多軸化、智能化方面，為其賦予了更多功能，擴(kuò)大了其作用及其應(yīng)用范圍。另外，當(dāng)前制造業(yè)企業(yè)在追求生產(chǎn)效率、追求綜合效益方面邁出了較大步伐，需要進(jìn)一步深化日常運維管理內(nèi)容，制定綜合舉措。建議吸收前期實踐經(jīng)驗，一方面，增加人、機(jī)、技、材、錢等要素配置；另一方面，則結(jié)合數(shù)控設(shè)備常見故障，制定行之有效的檢查、監(jiān)測、診斷、處理措施，全面提升數(shù)控設(shè)備的使用效果。