目录
2017年第3期(发布时间: Sep 25, 2017 发布者:icad)  下载: 2017年第3期.doc       全选  导出
1   2017-09-25 10:29:41.213 高档数控机床实现了技术工艺的突围 (点击量:33)

无论是将一块钢板变成形状复杂的齿轮,还是将高性能纤维材料做成流线型的车辆外壳,抑或只是对某种坯料进行精细化切割,都离不开机床。这种用来制造机器的机器被称为工业的“母机”,随着工业化进程的发展,其控制方式实现了数字控制。可以说,数字机床是实现工业现代化的基石,其技术水平代表着一个国家的综合竞争力。

  为了夯实我国的工业之基,缩小我国数控机床领域与国际上的差距,2009年,我国正式启动实施“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项。8年多来,专项取得了丰硕成果,新增产值约706亿元,我国高端数控机床技术水平不断提高,重点领域国产制造装备生产制造支撑强劲有力,高档数控机床实现了国产化突围。

  制造能力显著提升

  通过对进口量大、市场需求面广的数控车床进行研发,我国机床企业拥有了可以与进口设备比肩的自主研发产品,设计制造能力得到提升。

  “在一台机床上,X轴的运动可以加工线条,加上Y轴可以加工面,有了Z轴可以加工一个立体的东西,但是这还远远不够。”机械科学研究总院院长王德成告诉记者,“工业上往往要加工更为复杂的曲面,舰艇、飞机、火箭、卫星、飞船中许多关键零件的材料、结构、加工工艺都有一定的特殊性和加工难度,用传统加工方法无法达到要求,必须采用多轴联动、高速、高精度的数控机床才能满足加工要求”。

  王德成所说的多轴联动是数控机床中一项关键技术,它可以实现在一台机床的多个坐标轴上同时运动,刀具或工件可在数控系统控制下同时协调运动,从而完成复杂形状的加工。虽然我国是当今世界第一制造大国,但是这样的高档数控机床缺乏,导致我国在高端制造领域受制于人。

  “以前我国做不了五轴联动机床,所使用的数控系统也是国外制造的。曾经为了制造大型船只上的一个设备,许多厂商争先恐后抢着使用仅有的一台进口机床。而对于航空航天企业而言,国外高档数控机床不仅对我们限制进口,即使进口了,其数控系统也留有信息后门,对于国防安全是一个很大的隐患。”专项技术总师、中国工程院院士卢秉恒说。

  随着我国航空航天、船舶制造、能源电力、国防军工、汽车和工程机械等行业的迅猛发展,对大型、重型、复合、高精度高档数控机床的需求急剧增加。改变高档数控机床领域掣肘的现状迫在眉睫。

  对此,“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项重点对进口量大、市场需求面广的加工中心和数控车床的研发进行了部署。机床企业开发出了一大批适应市场需求的新产品,龙门式加工中心、五轴联动加工中心等制造技术趋于成熟,重型锻压装备性能接近国际先进水平,精密卧式加工中心形成具有自主知识产权的柔性制造系统核心技术。至“十二五”时期末,我国机床企业的产品设计制造能力得到显著提升,高档数控机床和装备的国际竞争力不断增强。

  在高档数控机床领域,我国终于拥有了可以与进口设备比肩的自主研发的产品,8万吨大型模锻压力机和万吨级铝板张力拉伸机等重型锻压及数控冲压设备的成功研制,填补了国内航空领域大型整体成形技术空白;大型贮箱成套焊接装备成功应用于长征五号等新一代火箭研制,在航天领域建立了首条采用国产加工中心和数控车削中心的生产示范线,已应用于新一代运载火箭、对接机构、探月工程差动机构等100余种、10000余件关键复杂零部件的加工,取得了显著的经济效益和社会效益;数控锻压成形设备的产业化成效显著,其中汽车覆盖件冲压线国内市场占有率超过70%,全球市场占有率已超过30%,有力推动国产汽车装备自主化,并向美国成功出口9条汽车生产线。

  技术标准逐步完善

  我国机床行业形成一大批技术标准和规范,部分技术标准被列入国际标准,行业国际竞争优势显著增强,对产品研发提供有力支撑

  “高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项实施以来,行业技术水平明显提升。卢秉恒介绍,我国研制的精密卧式加工中心等30多类重点产品达到国际先进水平。其中,25米数控立柱移动立式铣车床是国家重大工程项目建设的急需、替代进口的高端产品,其技术参数、技术等级均处于世界领先地位,机床规格、承载重量世界最大,代表了国家高档数控重型机床最高水平。

  最值得一提的是,我国机床行业的自主创新和可靠性水平提升显著,标准和技术规范逐步完善。通过专项实施,推动国内机床骨干企业联合高校、用户联合开发,积极组织数控机床可靠性评定国家/行业标准的编制并在机床行业内推广应用。机床主机平均无故障时间从专项实施前的400到500小时已普遍提升至1200小时左右,部分产品已达到国际先进的2000小时。

  卢秉恒介绍,专项成果形成一大批技术标准和规范,部分技术标准受到国际同行重视,并被列入国际标准,行业国际竞争优势显著增强,对产品研发提供有力支撑,也对国家装备制造业持续发展能力的提升起到保障作用。

  2016年底,我国自主提出的用于检测五轴联动机床精度的S形试件标准已通过国际标委会审定,成为我国在高档数控机床设计、检测领域的首项标准,实现了“零”的突破。

  此外,专项实施8年多来,累计申请发明专利3956项,立项国家及行业标准407项,研发新产品、新技术2951项。在行业研究机构、重点企业建设了18项创新能力平台、部署了70个示范工程,培养创新型人才5500余人。

  国产“大脑”补齐短板

  数控系统实现了从模拟式、脉冲式到全数字总线的跨越,初步具备与国外同类产品的竞争能力,突破了制约我国数控机床行业发展的瓶颈

  数控系统是机床装备的“大脑”,是决定数控机床功能、性能、可靠性、成本价格的关键因素,也是制约我国数控机床行业发展的瓶颈。而基础薄弱、“缺心少脑”一直是“中国制造”的短板。

  专家表示,数控系统、伺服电机、伺服驱动等是制造装备最重要的关键基础部件。要实现“中国制造2025”的目标,形成“中国智造”的核心竞争力,离不开数控系统包括伺服驱动、伺服电机等关键技术的创新。

  为了补齐短板,“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项部署实行全产业链布局,国产数控系统实现部分技术的原创超越。企业掌握了数控系统的软硬件平台设计与批量生产技术,在多通道、多轴联动、高速插补等关键技术指标方面达到国际主流产品技术水平。

  通过专项的支持,我国数控系统实现了从模拟式、脉冲式到全数字总线的跨越,已初步具备与国外同类产品的竞争能力。高档数控系统、功能部件与主机产品配套研发,初步实现与高档数控机床的批量配套。据工业和信息化部装备工业司副司长罗俊杰介绍,2016年,数控机床专项支持研发的高档数控系统已累计销售1000余套,国内市场占有率由专项启动前的不足1%提高到了5%左右。

  目前,国产高档数控系统已与10多类600多台高档数控机床配套,开始在航空航天重点企业示范应用。“功能部件企业产品质量水平稳步提高,品种系列不断完善,滚动功能部件检测装备从无到有,静刚度等关键技术指标和测试设备水平已跻身国际先进行列。截至目前,滚动功能部件在中高端数控机床市场占有率达20%,较2009年专项实施前提升4倍,品种满足度为80%。”罗俊杰说。

  卢秉恒表示,我国数控机床将聚焦航空航天、汽车两大重点用户领域,共性技术研究和重点领域工艺验证并重,关键核心部件研发与产业化发展并行,加快创新能力平台和示范工程建设,加强创新人才培养和高端人才引进,着力解决数控系统与功能部件、可靠性和精度保持性、加工效率与工艺水平提升等3方面问题,实现专项成果在重点领域规模化、成套化的示范应用,为全面实施“中国制造2025”提供支撑。

  下一步,数控机床专项将与国家其它科技项目和地方科技项目紧密衔接、形成合力,共同致力于国家高档数控机床及基础制造装备科技创新竞争力的跨越式发展。

2   2017-09-25 10:19:18.177 世界数控机床新技术及装备发展特征 (点击量:20)

数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了条件。为了满足市场的需要,达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求,当前,世界数控技术及其装备的发展主要体现为以下几方面技术特征:

  1、高速、高效

  机床向高速化方向发展,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

  20世纪90年代以来,欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床,加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴,转速15000-100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60~120m/min,切削进给速度高达60m/min)、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破,达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具,大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决,为开发应用新一代高速数控机床提供了技术基础。

  目前,在超高速加工中,车削和铣削的切削速度已达到5000~8000m/min以上;主轴转数在30000转/分(有的高达10万r/min)以上;工作台的移动速度(进给速度):在分辨率为1微米时,在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率为0.1微米时,在24m/min以上;自动换刀速度在1秒以内;小线段插补进给速度达到12m/min。

  2、高精度

  从精密加工发展到超精密加工,是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(<10nm),其应用范围日趋广泛。

  当前,在机械加工高精度的要求下,普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm;精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm,提高到±1~1.5μm,甚至更高;超精密加工精度进入纳米级(0.001微米),主轴回转精度要求达到0.01~0.05微米,加工圆度为0.1微米,加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴(电机与主轴一体化),主轴径向跳动小于2μm,轴向窜动小于1μm,轴系不平衡度达到G0.4级。

  高速高精加工机床的进给驱动,主要有“回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。此外,新兴的并联机床也易于实现高速进给。

  滚珠丝杠由于工艺成熟,应用广泛,不仅精度能达到较高(ISO3408 1级),而且实现高速化的成本也相对较低,所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min,加速度1.5g。

  滚珠丝杠属机械传动,在传动过程中不可避免存在弹性变形、摩擦和反向间隙,相应地造成运动滞后和其它非线性误差,为了排除这些误差对加工精度的影响,1993年开始在机床上应用直线电机直接驱动,由于是没有中间环节的“零传动”,不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快,可以达到很高的速度和加速度,而且其行程长度理论上不受限制,定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平,是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208 m/min,加速度2g,并且还有发展余地。

  3、高可靠性

  随着数控机床网络化应用的发展,数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言,如果要求在16小时内连续正常工作,无故障率在P(t)=99%以上,则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对一台数控机床而言,如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时,而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。

  当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上,驱动装置达30000小时以上,但是,可以看到距理想的目标还有差距。

  4、复合化

  在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上,为了尽可能降低这些无用时间,人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上,因此,复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。

  柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后,机床便能按照数控加工程序,自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工,以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就棱体类零件而言,加工中心便是最典型的进行同一类工艺方法多工序复合加工的机床。事实证明,机床复合加工能提高加工精度和加工效率,节省占地面积特别是能缩短零件的加工周期。

  5、多轴化

  随着5轴联动数控系统和编程软件的普及,5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点,由于在加工自由曲面时,5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单,并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速,从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率,而在3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削,因此,5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。

  最近,国外还在研究6轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心,虽然其加工形状不受限制且切深可以很薄,但加工效率太低一时尚难实用化。

  6、智能化

  智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工,它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动,以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:

  为追求加工效率和加工质量的智能化,如自适应控制,工艺参数自动生成;

  为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;

  简化编程、简化操作的智能化,如智能化的自动编程,智能化的人机界面等;

  智能诊断、智能监控,方便系统的诊断及维修等。

  世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多,其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。

  7、网络化

  数控机床的网络化,主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网,然后再经由因特网通向企业外部,这就是所谓Internet/Intranet技术。

  随着网络技术的成熟和发展,最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造,又称“e-制造”,是机械制造企业现代化的标志之一,也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用,越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的基础上,越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有“人性化”。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件,正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下,通过流程再造和信息化改造,ERP等一批先进企业管理软件已经脱颖而出,为企业创造出更高的经济效益。

  8、柔性化

  数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是:从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展,另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网和集成为目标;注重加强单元技术的开拓、完善;CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展;数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结,向信息集成方向发展;网络系统向开放、集成和智能化方向发展。

  9、绿色化

  21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置,即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上,这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康,又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行,但也包括在特殊气体氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过,对于某些加工方式和工件组合,完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用,故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。目前在欧洲的大批量机械加工中,已有10~15%的加工使用了干和准干切削。对于面向多种加工方法/工件组合的加工中心之类的机床来说,主要是采用准干切削,通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区。在各类金切机床中,采用干切削最多的是滚齿机。

  总之,数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件,促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。可以预见,随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用,制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。

做好产业规划 推动产业升级.

3   2017-09-25 10:20:12.327 全球十大机床市场最新运行情况分析 (点击量:18)

2016年,全球十大机床市场的发展情况各不相同。亚洲区域市场不得不应对中国市场疲软状态所带来的效应。尽管如此,但还是不能动摇亚洲在全球机床市场中的领军位置。

机床制造者无法将2016年的全球行业水平保持在2015年的水准上。2012年的创纪录成绩也成为了遥不可及的历史。全球机床产量在去年下降了2.2%,产量总值下降至676亿欧元。德国机床行业在2016年保持着较高的水准以及十分稳定的市场数额,并且预期可在2017年仍旧获得强有力的增长(参见S16),但是全球其余机床市场的发展十分不平衡。

特别是位于亚洲的行业竞争者——日本、韩国以及中国台湾,不得不应对2016年巨大的市场下行压力。在瑞士,机床市场也出现了下滑。而与此同时,中国却建立了其在全球市场中的领军地位。

几乎占据全球市场份额的三分之一

根据VDW在其2016年市场报告中的描述,2016年中国的机床设备产量增加了12%,当前总产值达到了171亿欧元,(德国111亿欧元),占据全球市场的25.2%。中国机床市场的需求率高达31.9%,或者说市场需求份额为216亿欧元,这说明中国对机床的需求仍然保持高位。总之,世界机床市场的主要需求(54.1%或者表示为366亿欧元的需求份额)仍在亚洲。随着市场不断需求更高品质以及更大自动化程度产品,德国机床制造商将会从中获得更大利益。

中国在成型制造技术领域的产品十分强大,这一点可以从中国占据全球成型技术市场份额的33.4%(或者表示为69亿欧元)得到验证。相比之下,位于第二位置的德国,其产量总值要远低于中国,为29亿欧元。在切削技术领域,中国已经提升了自身的实力。2016年全球切削行业产量总值为471亿欧元。一直以来,切削技术领域全球排名第一的位置是日本,但是2016年,中国以占据世界市场21.7%的份额以及102亿欧元的产量总值,首次超越了日本。日本以94亿欧元的产量总值以及19.9%的全球市场份额跌落到第二的位置。

日本制造商损失惨重

日本机床总产值在2016年出现严重下滑,从2015年的120亿欧元下降至2016年的110亿欧元。因此,在全世界最大机床制造国的排名中,日本的第二名排位也让给了德国。日本的制造商正在遭受亚洲机床销售市场疲软的严重影响。

但是随着中国市场需求量的复苏,这一状况应该会在来年得到改观。切削机械设备订单出现增加,例如在2016年整体下滑16%之后,2017年第一季度的切削设备订单量增加了12%。其他国家也将会感受到由于亚洲国内市场疲软而带来的影响。韩国切削机械设备的产量下降了五分之一,也因此跌落到全球排行第六名的位置。机床产品的消费额也同样从2015年的40亿欧元下降到2016年的32亿欧元。韩国在过去的15年里实现了机床生产制造能力的显著提升,2011年韩国的机床产量达到了历史最高值。如今造成韩国无法重现2011年产量水平与中国经济发展减缓有关。韩国2016年机床设备的产量与2011年相比,下降了21%。

同样地,中国台湾行业数据也出现了较大下滑,产量总值从2015年的37亿欧元下降到2016年的34亿欧元。据悉,瑞士也经历了相同的情况。这个全球排名第八的机床制造商,在2016年的机床产品总值为26亿欧元,而这一数据在2015年为28亿欧元。

中国以216亿欧元的消费总量,目前成为机床产品的最大消费国(产量减去出口量加上进口量)。德国机床产品全球出口冠军

在机床产品出口方面,日本不得不承认德国制造商的实力,德国制造商在2016年拿下了全球机床产品出口冠军的头衔。由于亚洲市场的疲软,日本机床产品出口额下降了18%,而德国机床产品出口额为76亿欧元,略微下降3%,德国也因此占据了全球机床产品出口量第一的位置。意大利以30亿欧元的出口额,名列第三。

在机床产品的进口与消费方面,美国是全球第二大市场,机床产品消费总量不及第一名中国的三分之一。2016年美国的机床产品消费总额下降了1%,跌至78亿欧元。与此同时,美国机床产品的进口量也下降了8%,这一点令德国的出口商相当失望。从2015年到2016年,美国机床产品进口量从47亿欧元下降至43亿欧元。在美国,主要是国内机床产品的销售额支撑机床产品市场,机床产品在美国国内的消费额占据国内机床产品总产值的60%。尽管如此,自2012年以来美国机床产品市场的营业额始终保持着较高的水平。

意大利国家计划正逐步收获成效

意大利机床、机器人与自动化制造商协会(Ucimu)指出,意大利机床行业取得了令人欣喜的发展。这向机床、机器人以及自动化领域的专业协会提供了各季度的订单指数,数据结果显示意大利2017年第一季度的机床订单总量较同期相比增加了5.1%。

与2016年同期相比,绝对指数值稳定在187.7,远高于2010年的平均值100。据协会告知的信息,国内市场的需求量出现强劲增长,订单量增加了22.2%。但是据了解,国外市场的情形仍大致保持不变,相应指数值增加了0.3%。

Ucimu注意到了意大利工业4.0国家计划的实施,对全国机床行业所带来的积极发展作用。据所获信息,在经历过2016年第四季度的走低之后,意大利对设备生产系统的市场需求目前已经得到了明显的复苏,这也印证了意大利国内市场出现了积极发展的趋势,而这也可进一步利用一些重要的税收优惠政策,例如政府税收大幅度减少。

在全球最大机床生产国的世界排名中,意大利得以超过韩国跻身到第五名的位置。意大利南方邻国的全球机床设备生产总值为50亿欧元,占据全球总额的7.4%。根据德国机床制造商协会(VDW)的数据,意大利机床产品的消费额也实现增长,占据全球机床产品消费额的4.7%(同样也处于第五名的位置),仅超出韩国100万欧元。

在成型制造技术领域,意大利位列全球第三的位置。机床生产以及配件市场中的绝对领军者仍然是中国。

墨西哥、印度以及俄罗斯的机床技术行业现状,VDW的一项市场研究报道称,墨西哥的机床行业进口额也实现了增长。墨西哥重点发展汽车工业,且该国机床设备的进口额从20亿欧元增加至21亿欧元。在机床产品的消费方面,墨西哥以22亿欧元的消费额占据全球第七的位置,排在韩国之后。

在印度,与意大利的情况类似,其国内改革初见成效。印度机床产品的消费量从15亿欧元增加至17亿欧元。

俄罗斯是2016年全球机床市场竞争中的失败者。俄罗斯机床产品的消费额持续走低,下降16%,消费额为13亿欧元左右。相比之下,该国在2014年的机床产品消费额为18亿欧元。俄罗斯在全球十大机床市场中排名最后。

4   2017-09-25 10:18:26.823 经济型数控机床网络通讯及控制技术研究分析 (点击量:14)

近年来,随着计算机和网络通讯为代表的信息技术的飞速发展和广泛应用,制造业无论是观念,还是技术都发生了很大的变化。传统的以相对固定的机器和生产场所为中心,由上至下进行管理控制的大批量制造生产模式正逐步向以人为中心,基于技术的先进制造生产模式转变。 全球制造的思想就是利用异地的资源(设备、知识、人力)来制造市场所需产品,从而加工单元的远程监控技术就成为它的重要组成部分。要实现加工单元的远程监控,首要解决的问题是数控机床的网络通讯和控制技术问题。   

  

本项目就是解决传统经济型的数控机床的网络通讯和控制技术问题,通过网络来实现NC程序的中央服务器集中管理及网络通讯。从而适应现代先进制造技术的发展。   

1、需求分析   

1.1 传统经济型数控机床存在的问题   

  

传统经济型的数控加工设备按数控系统分类主要有:FANUC系统(其中包括3T、7M、HC-6、6MB等)、AB公司系统、国产3B线切割系统等:按数控程序输入/输出通讯接口类型分有三类:一类为仅有RS232/RS422串行口,二类为仅有纸带阅读机8/5单位并行口,三类同时包括前两类接口。这三类机床同时还存在同样的问题就是:内存容量较小,不适应复杂、大型面、高精度、长程序零件的加工:它们的对外接口能力差,没有DNC功能,不能实现在线加工以及网络控制等问题。   

1.2 希望的解决方案   

  

本着满足最基本的应用需求、且留有一定的可扩充性及性能提高的潜力的前提,来改善数控加工技术应用环境。就此提出了以下解决方案:机床通讯接口的硬件改造,针对各类机床设计相应的通讯接口板卡:通讯控制软件的开发,以实现各机床的单机通讯功能:开发其它辅助功能(如:数控程序中加工信息的提取、数控程序图形模拟、长程序的在线加工等),弥补和增强原数控系统功能:网络体系的选择与通讯协议的定义及网络系统控制软件的开发,实现数控程序的中央服务器集中管理和网络通讯。   

2、系统结构   

2.1 网络系统构成及功能   

  

整个网络系统是由中央服务器、网络接口、双向数据转换器、现场服务器、1分N口并行数据收发器、数据接收器以及经济型数控机床等组成。

  

中央服务器是整个网络的中枢部分,它主要完成的是对各级服务器的整体控制。它采用后台中断工作模式,不需要人的干预,而且其前台还可以进行其他工作。   

  

现场服务器是客户端,既担任起数控服务器的功能,又具有强大的网络通讯功能,它接受中央服务器下达的各项任务:从网络上获取由中央服务器传来的数控加工程序的数据信息,并把这些数据信息传送到NC文件库:将已加工过的数控程序反馈到中央服务器。能从系统的NC文件库中提取相应的数控代码,并从中提取有关的加工零件数据和信息,对其进行处理,实现NC程序的图形模拟等工作。另外,对需用长程序的零件加工,现场服务器还完成长程序的在线加工任务。   

  

现场服务器可同时服务于多台数控设备,根据需要在车间一定的空间范围内(比如:一个小的工作间,一个小的局部区域)设置网络节点,放置一台PC机作为现场服务器,一台服务器根据实际需要靠选用1分N口并行数据收发器来服务于多台数控设备。   

2.2 系统网络体系结构及通信协议的选择   

  

系统中的各种信息都是通过网络来传输的。在计算机网络发展上,影响较大的网络体系主要有:OSI七层参考模型和TCP/IP体系结构模型。OSI参考模型是ISO7498国际标准。TCP/IP体系结构是当前流行的Internet网络所使用的体系结构,尽管它不是国际标准,但在计算机网络体系结构中却占有非常重要的地位。这是因为虽然OSI的体系结构从理论上讲比较完整,其各层协议也考虑得很周全,但事实上,完全符合OSI各层协议的商用产品却极少进入市场,远远不能满足各种用户的需求。然而使用TCP/IP协议的产品却大量涌入市场,几乎所有的工作站都配有TCP/IP协议,并已成为计算机网络事实上的标准,通称“工业标准”。为此,我们在数控机床的网络通讯系统中,采用的是TCP/IP的网络体系结构,该体系把计算机网络分为四层,即应用层、传输层、网络层和网络接口层。   

  

TCP/IP体系结构为传输层制定了两种协议即:传输控制协议(TCP)和用户数据包协议(UDP),UDP为用户提供进程无连接的数据报协议,数据包以独立包的形式传送,服务不提供无错保证,数据可能丢失、重复或失序:数据包的长度也受一次处理最大长度的限制(默认值为8192字节,最大值为32768字节),不进行包的拆分和重组操作:而TCP协议是一个可靠的全双工的字节流的面向连接的协议,TCP和UDP相比传输可靠、数据无差错、无重复,可按发送顺序接收,数据为字节流,其长度不受限制,为用户提供虚电路服务,并为数据的可靠传输提供检验。根据数控加工的特点,尽管数据包在传输量小于2048个字节时UDP可靠性更好,但数据包服务是单包、无序传送,而系统的网络通信显然不能保证所有传输的信息都小于2048个字节,因此,只能选用TCP作为系统的传输层协议。   

  

应用层的通讯协议的选择既要考虑到数控加工的特点又要具备实时性、可靠性以及数据传输量大等特点。本系统另行开发了基于TCP/IP协议族的相应协议,制定了应用进程之间传输的信息的特殊含义。   

2.3 通讯协议的实现   

  

系统协议,就是保证客户端和服务器端的应用线程之间能相互准确、及时、有序地传送信息,并能彼此毫无差错地对信息进行语法分析和解释。   

  

对于网络控制系统,其传输信息有自己独特的含义。在客户端和中央服务器间传递的信息,主要有客户端的请求信息、数据信息和中央服务器端的状态信息。   客户端的控制信息又分为两种:网络控制信息和加工控制信息:服务器端的状态信息也分为两种:连接状态信息和客户端的状态信息。   

  

在系统的协议中,这些信息都规定了相应的格式规范,客户端的网络控制信息主要用于与服务器连接的建立、维持和释放。加工控制信息由控制命令字、控制参数组成。网络通讯协议格式为:“cmd,1byte命令代码,1byte命令长度,命令参数,4字节的校验码(XC)”。‘cmd’为命令引导码,用以标识命令的开始:‘命令长度’只包括命令参数及校验码的长度。若无命令参数,则为4,校验码将无意义也不被检验,但还是必须发送。   

  

传输的数据包的末尾4字节为校验码。前3字节为该包的所有字节的和,第4字节为所有字节的异或值。若发送过程中有数据发生错误,则第4字节的校验码一定不正确。因此,靠监测第4字节校验码来保证通讯数据的可靠性。   

3、硬件设计原理   

  

系统在服务器端使用2/4/8口RS422A接口卡进行转接,进入现场后采用RS-422/RS-485双向数据转换器转接至现场服务器。2/4/8口RS422A接口卡与RS-422/RS-485双向转换器均采用工业控制标准接口板卡。   

  

当现场服务器服务于多台数控机床时,采用“1分N口并行数据收发器”分接于多台机床。“数据接收器”是专门针对仅有纸带阅读机8/5单位并行口的机床(如线切割机)而设计的。它完成机床与PC机的通讯以及实现数控程序的在线加工。使用数据接收器时,在机床接线上要作相应改动,即:在原纸带阅读机的输出信号线上通过三态门并入相应的3B代码数据信号,将原系统发送给纸带阅读机的步进信号作为控制系统写入数据的定时信号。系统设计时,设置了控制开关,用于选择使用原纸带阅读机还是使用数据接收器。   

4、软件开发原理   

  

系统的软件由两部分组成,一是网络控制系统的控制软件,再一个就是现场服务器与各类机床的通讯软件。   

  

网络控制系统控制软件的开发原理   

  

网络控制系统的控制软件安装于中央服务器中,其设计原理是:中央服务器不停地接收并分析从各端口送来的请求、命令、信息等数据包。当一个数据包接收完毕后,它将首先通过包中的校验码进行验证该包在传送过程中是否出错。若出错,它将发出“重发”命令给原发客户端:若正确则进行相应的处理。   

  

现场服务器与各类机床的通讯软件开发原理   

  

针对各类机床与现场服务器的通讯,软件开发的基本原理是:要将数控程序传入数控机床,首先将数控程序转换为机床能识别的代码EIA码或ISO码,然后以数据包的方式读入现场服务器内存,再逐字节地向数控机床控制系统发送,同时计算机不停地监测机床接口的状态寄存器的状态。从机床传出数据,通讯控制软件总是从其程序代码的末端开始至常规内存的顶端(0A0000H)作为接收数据的缓冲区。 .

5   2017-09-25 10:21:14.633 “自动化技术方案+机器人”可提高机床生产率 (点击量:1)

自世界机器人报道发布以来,有关越来越多的机器人将会进入到工人队伍中去并在若干年后与工人们一起确定生产规划的信息已经众所周知了。尽管人们对于两位数百分比的增长速度已经不会感到惊讶,但是自动化技术仍然是生产领域的核心竞争力。

  数十年来,机床一直处于不断改进之中,生产效率也在持续提高。但在最近几年里,生产率的提升受到了制约,这是因为相衔接的作业流程,例如装卸和物流等,并没有以相似的速度在增长。在整体生产率提升方面,机床设备的自动化装卸和工件输送是一个必然的滞后环节。

  自世界机器人报道发布以来,有关越来越多的机器人将会进入到工人队伍中去并在若干年后与工人们一起确定生产规划的信息已经众所周知了。尽管人们对于两位数百分比的增长速度已经不会感到惊讶,但是自动化技术仍然是生产领域的核心竞争力。从2015——2019年这段时间里,机器人行业进入快速发展通道。根据IFR的数据,到2019年为止,全球投入使用的工业机器人数量将会增长到大约290万台,比创纪录的2015年大约增加了100万台。

  一种自动化技术方案的机器人

  工业机器人、服务机器人、协助机器人和类人机器人的出镜率越来越高。现在机器人也可作为机床领域的直接的自动化技术方案而存在。虽然机床的自动化技术并非是一个新的领域,但是在最近一届的AMB展会上它还是成为了一颗耀眼的新星。Mazak、Schuler、Vollmer、Trumpf、Matsuura和DMGMORI等均是市场上的知名品牌,无一例外地加强了把自动化技术集成到其各自产品里的力度。

  对自动化技术日益增长的需求源自何方?斯图加特研究所机构(IfW)的高级工程师ThomasStehle博士表示:“在自动化技术背后存在着一种需要进一步提高制造流程的效率和经济性的愿望或要求。同时也应该看到这方面的技术优势,例如可以达到更高的加工精度、缩短主要生产时间和生产辅助时间和提高设备安全性等。”

  但是,用户的这种要求也并非是在最近一届AMB展会上才提出的。恰恰相反,因这种热门展示几乎令人产生某种疑惑,即这种对机床设备自动化技术越来越高的关注度似乎来得太迟了。

  “数十年来,机床一直处于不断改进之中,生产效率也在持续提高。但在最近几年里,生产率的提升受到了制约,这是因为相衔接的作业流程,例如装卸和物流等,并没有以相似的速度在增长。在整体生产率提升方面,机床设备的自动化装卸和工件输送是一个必然的滞后环节。”弗劳恩霍夫制造工程与自动化公司(IPA)的机器人与辅助系统部门的项目经理UlrichSchneider这样描述机床与其环境之间的发展差距。

  产品越来越受到市场追捧,由此也可验证自动化机床技术的发展趋势。kuka公司是一家机器人与设备及系统技术的供应厂商。“多年以来,Kuka公司在机床自动化技术领域的年增长率达到了50%,而我们这才算是刚刚开始。在许多制造环节中还隐藏着能够提升生产率而未被利用的潜力。机床制造厂商把握住这种发展趋势并与我们加强了合作,以便能够向用户提供全套技术方案。”Kuka公司机床自动化市场经理AndreasSchuhbauer说道。

  MazakIntegrex型机床上的Kuka机器人

  可以反映出这种技术发展趋势的是,机床设备制造厂商Mazak公司在AMB展会上首次展出了与Kuka公司的合作成果。这项技术成果源于该公司的用户对一种整体技术解决方案的要求,它在特性数据方面可以与MazakIntegrex-i系列机床产品达到极佳的匹配。自19世纪70年代以来,Mazak公司在生产自动化技术方面已经拥有很强的实力并可提供成熟的自动化系统产品,例如针对加工中心的Palletech系统产品。在新的全自动技术方案上,Kuka公司可以为MazakIntegrex-i系列设备提供硬件,在Mazak公司自己的设计部门里可以编制出生产程序和接口与流程程序。

  “带有机器人的Integrex技术方案的一个特点便是极佳的灵活性。Integrex系列设备以其对工件的全能加工能力展示出极大的灵活性并达到很高的质量水平,即使是小批量生产,亦是如此,因此很适合于今天的制造要求。我们在这方面看到了很明显的增长潜力,并于2015年与在德国新成立的设计部门一起扩展了我们的能力,来配合此类技术解决方案。”YamazakiMazak德国公司市场营销经理JohannesBurkart解释说。通过Mazak机床设备与机器人的结合使用,可以生成一个完整的技术包,因为机器人不仅可以搬运工件,同时也可以被扩展到对刀具的搬运上。

  

  集成在MazakIntegrex设备上的Kuka机器人不仅可承接工件传送任务,同时也可扩展到对刀具搬运的功能

  此外,在机器人工作站里还可以安装各种各样的特殊功能,例如安装一个光学或激光系统或一个去毛刺的加工站。

  自动化技术也往往会牵涉到一个成本的问题。“当然,机器人工作站的投资成本对于机床来说可能会翻倍,因此许多最终用户在过去往往会不愿意在自动化技术上进行投入。但是,市场上存在着对供货期更短和加工批量更小等方面的要求,加上企业员工工资与物流成本的日益增长,这使得越来越多的用户相信在自动化技术上投入的必要性。由于机床的利用率得到了提高,因此在自动化技术上的投资常常可在不到两年的时间里得到回收。”Schuhbauer为尚未作出决定的企业做说服工作。他表示:“当所加工的部件品种繁多时,使用机器人就是划算的。这是因为机器人可以有效利用生产辅助时间并可实施镗孔、梳刷和去毛刺等项工作,以实现比手工作业更高的质量。同时,机器人还可以协助机床工作,这样可以提高机床的产量,并由此缩短设备的投资回收期,有时可以缩短至一年以内。”Kuka公司则属于少数几家既可以从机器人的专有技术,也可以从系统与设备专有技术中获利的企业之一。企业内部各部门的紧密合作阐明了机床自动化领域的一个例子,即KukaSystems部门的Flexfellow型机床和KukaRobotics部门的LBRiiwa型机器人对KukaIndustries部门的摩擦焊接设备进行装料和卸料。

  

  在Merz机床制造厂里,一台KukaKR-Fortec型机器人可以连接四台加工中心

  如同所有的技术整合一样,自动化机床也提出了有关合适的接口和界面方面的问题。“机床自动化的最大障碍在于与现有设备的相互对接。在现有的机床上加装自动化技术装备往往会因缺少软件界面和因特殊匹配造价高等问题而遭受失败。特别是在板材加工方面,机床的使用寿命很长,而与之匹配的采用现有技术工艺的其他辅助设备则相反。接口问题往往成为设备进入市场时的一种障碍。在数据流和材料流方面均缺少可以使自动化技术方案在无需特别匹配情况下即可实现广泛应用的统一标准。”IPA公司的Schneider明确地说道。

  把机器人与机床相连接的做法在日本的fanuc公司那里的应用似乎更接近于成功,因为它已经设立了相应成熟的且标准化了的连接界面。因此,这家CNC系统、机器人和生产设备的制造厂商卓有成效地成为了工厂整体自动化技术方面的合作伙伴。

  通过简单的IO连接,Fanuc-CNC设备即可实现与Fanuc机器人相对接。对此,只要采用安全的插头连接方式,其他设备均可实现互联。通过机床与机器人的此类关联方式,可以在CNC机床的操作界面上直接查看机器人的工作状态,或者相反:因为有了这种“简单连接”的功能,可以通过机器人控制系统上的i-Pendant手动操控仪来查询CNC机床数据。通过IO链接方式实现I/O信号交换,通过以太网实现数据传送,由此即可实现简单的设备组合和有意义的设备对接,例如机器人与机床的对接。

  最近,Fanuc公司机器人拥有了一个FL-Net接口和一个以太网接口,由此可以毫无问题地实现与上一级网络的对接。这对于较大型的机床来说很有意义,因为将会有多台CNC机床与机器人相互通信。

  一旦Fanuc-CNC与Fanuc机器人相连接,即可在CNC控制系统的操作界面上查询机器人的工作状态,反之亦可,因为Easyconnection功能也允许通过机器人控制系统来对CNC数据进行查询。

  为了进一步简化对机床和机器人系统的操作,Fanuc公司开发出了RobotConnection(机器人连接)功能。一旦机器人被设立到整个系统里去的话,机床操作人员即可利用这个功能在CNC控制系统里调出一个能够向他提供有关机器人状态的所有重要信息(如维护任务或警报信息)的菜单来。他还可以选择程序,并对机器人进行控制,而无须通过单独的控制系统去操作机器人。

  在机床自动化技术方面,除了接口匹配问题之外,被纳入到连接范围之内的所有零部件之间的最佳协调也是非常重要的。自20世纪80年代以来,机床制造厂商Vollmer公司就已经在从事自动化设备之间相互协调的工作。

  大约20年以来,ND系列机器人系统就已经投入使用。通过此类装料系统,用户不仅可以提高生产率,同时还可以对诸如专业人员短缺等问题作出反应。Vollmer公司以其Vgrind360型设备在上届AMB展会上展出了针对自动化机床的新的技术解决方案。“Vollmer公司的技术开发同我们与用户的沟通和对话紧密相连。Vgrind360型设备自动化的思路就是来源于这类对话。然后我们把对话的结果与我们的技术经验结合起来。现在有了Vgrind360型设备,刀具制造厂商即可对日益增长的硬金属刀具的需求作出反应并可实现连续生产,可达到很高的生产产量。”Vollmer公司总经理StefanBrand博士说道。针对刀具加工上的操作简便化、运刀路径精确化和位置闭锁稳定化的问题,该公司可以将其在线切割设备上的工作经验纳入到自动化技术里来。在线切割设备上,各部分之间的相互协调需要达到微米级的精度。这种技术工艺可直接被整合到Vgrind360型机床设备的研发上来。

  减轻专业人员的工作负担

  Schuler在AMB展会上也介绍了其在自动化领域里的多年工作经验。作为LoadMaster装料系统的一个扩展,该企业推出了LoadMasterAssist机器人装置。“自动化程度越高,则生产效率也就越高,尤其是对于那些采用LoadMaster装料系统来实现链接的机床设备来说,更为如此。LoadMasterAssist机器人操作间作为托盘与货物载体的装料系统的一个功能扩展,承接了以往设备操作人员所承担的任务。”Schuler公司产品经理AlexanderHergl说道。由此可以减轻专业人员的工作负荷,使之可以处理其他任务。

  Trumpf公司也意识到机床设备自动化是引领未来的一个话题,并委托IPA公司通过合作的方式对相关技术和方案进行开发。“开发的目标便是机床设备在信息流和物料流方面的全自动连接。为了能够在板材加工中对繁杂而多样的生产环境提供有效的技术解决方案,Trumpf公司和IPA公司也对部分自动化的过渡性技术方案进行了探索,即操作人员在其工作中可以通过信息连接而获得支持,现有的生产流程在无需昂贵的自动化技术的情况下也能得到改善。”IPA公司的Schneider如是说。两家公司的合作期限为五年。除了直接合作的方式之外,对公共资助的研究项目框架内的协作也进行了探讨。IfW公司也在积极探索自动化机床领域的课题,既有基础性的方面,也有与工业口合作伙伴直接合作的方面,例如机床制造企业和机器人制造企业、搬运装置供应商和设备使用单位等。如果说从最初看来还缺少合适的连接界面和需要较高的投资成本这些因素成为了最大的障碍的话,在Kuka公司Schuhbauer看来,其实还存在着其他一些障碍。最大的挑战在于各个项目合作伙伴之间的工作协调。在项目初期往往还不太清楚必须要做哪些工作,而当项目行将结束时却不再有很多时间来完成设备配备和测试了。

  通过技术优势来说服用户

  为了减轻项目合作单位的工作强度,Kuka公司参与了VDW工作组的通用接口规范化工作。Kuka公司自己的技术包(如ready2grip)应该也可以为用户赢得更多时间,即在Kuka公司那里的集成商可以直接订购带有抓爪的机器人,而机器人设备运抵使用现场之后便可直接投入使用。鉴于自动化技术的复杂性而向用户提供的这种前瞻性的支持可以成为用户决定选用自动化机床的极具说服力的理由。

  “从障碍角度上看,我认为目前的紧迫性工作更应该放在设备与机器人制造厂商这边,因为他们要让(尤其是中小产量的)用户们信服拥有适当自动化程度的自动化机床的诸多好处。”IfW公司Stehle这样总结说。同样具有说服力的还有这样一个事实,即拥有自动化机床设备的用户更接近于同样具有决定未来意义的工业4.0的表征。“自动化技术方案不仅仅是要更快、更灵活和更具经济性地集成到机床设备上,同时也要实现数字网络化。在这里,我们可以看出从工业4.0角度积极参与到生产规划中去的机床设备所具有的潜力。由于具备很多认知系统,因此一台‘一起思考’的机器人可以扩大机床设备的视野,但这还仍然只是未来的一个梦想。”Vollmer公司的Brand总结说道。

6   2017-09-25 10:22:06.767 机床联网项目与MES系统集成 (点击量:2)

机床联网项目的实施,为设备层级的有效管控提供了技术支撑,作为底层设备的信息化,是实施数字化制造的基础手段是公司推行数字化制造技术的基础, 为公司推行的数字化工厂的建设起到举足轻重的作用。

机床联网项目在于搭建一个设备层(数控机床)的车间级分布式控制网络,并且实时采集机床数据和其它生产类数据,实现数控程序及相关联的生产要素(零件图纸、加工工艺、刀夹量具列表等)的有效管理,同时实现机床状态等的可视化展示等,将为接下来MES平台的有效搭建奠定下良好的基础,因此先行实施。

机床联网项目概述

机床联网项目的实施,为设备层级的有效管控提供了技术支撑,作为底层设备的信息化,是实施数字化制造的基础手段是公司推行数字化制造技术的基础, 为公司推行的数字化工厂的建设起到举足轻重的作用。

机床联网项目,一般包含四大系统:DNC(Distributed Numeric Control分布式控制网络)系统、MDC(Manufacturing Data Collection 生产数据采集)系统、NC(Numerical Control数字控制,简称数控)程序管理系统、可视化数据展示系统。

(一)核心功能DNC(Distributed Numeric Control分布式控制网络)系统。DNC系统是用于生产设备及工位智能化联网管理的系统。机床联网项目所采用的DNC系统赋予了比以往工业传统DNC (程序传输)更深更广的意义:不仅能够联网所有的CNC数控加工设备,同时还能对自动化生产线PLC工作中心和其他所有的普通工位及测量工位进行联网管理。

DNC系统所采用的网络连接方案:在车间每台数控设备内部都配备一个“串口联网设备”,通过每个数控设备内部的串口联网设备,将数控设备的程序传输数据流、条码传输数据流、以及MDC信号反馈数据流都汇总成一个TCP/IP协议数据传输线,然后通过公司车间内部光线机柜再汇总到公司的企业内网中。方案优点:无视数控设备相互之间的间隔距离,无论设备分隔有多远都能够用最直接的网络布线方式解决,并且传输稳定,适用于车间设备比较离散的企业。DNC服务器也能够远离车间现场。方案缺点:每个串口联网设备都需要配备一个IP地址,比较浪费网络IP资源。

DNC系统所采用的条码使用方案:为每台数控设备配备条码枪,通过操作人员在机床端用条码枪扫描条码的方式来调用程序。做法是在已有的派工单上,在程序名称(程序名称与零件、工序等任务信息是相关联的)旁增加对应条形码。在生产过程中由设备操作人员根据实际情况,用条形码扫描枪扫描条形码,扫描到的命令即可通过DNC网络传送到服务器,此时服务器会自动将与其相关的程序及生产要素(零件图纸、加工工艺、刀夹量具列表等)发送给现场设备端,现场操作员此时只需按设备控制系统上的“接收”按钮即可。

(二)MDC系统是一套通过多种灵活方法采集生产现场的实时状态数据(包括设备、人员和生产任务等),将其存储在Access、SQL或Oracle等数据库中,并以先进的精益制造管理理念为基础,结合自带的专用计算、分析和统计方法, 以报表和图表直观反映当前或过去某段时间车间的详细制造数据和生产状况的系统。

MDC系统通过向决策者提供真实的车间数据报表和图表,来帮助企业生产部门做出科学和有效的决策,帮助企业改善生产制造过程。

MDC系统解决方案的整个系统网络是基于机床联网项目的DNC和TCP/IP网络的。系统采用了多种生产数据采集方式:有标准条码采集、设备PLC自动数据采集、国际标准OPC接口自动采集。

MDC系统通过实时采集到的生产数据,可以监控机床的实时工作状态(包括装夹调试、加工、停机、空闲等),并生成图报表,便于计划调度人员安排生产计划;对生产率、工作时间、设备利用率、生产趋势及生产计划执行度等进行分析并生成报表,帮助负责生产和设备管理的决策者回答很多现场制造方面的疑难问题,从而帮助改善和优化生产工艺过程。

(三)NC(Numerical Control数字控制,简称数控)程序管理系统。

NC程序管理系统能够实现对于数控程序编制、上传、审查、校对、批准、版本升级、覆盖和重命名、备份、加工现场调用等流程的管理。另外,系统还可以把数控程序及其说明文档进行集中管理,更好的保证了两者的同步性。可以把生产要素(零件图纸、加工工艺、刀夹量具列表等)集中管理、安全存储、部门共享、方便查阅。为车间流程无纸化管理奠定基础,消除或减少部分纸制文档管理,提高效率。

(四)可视化数据展示

在实现机床数据实时采集的基础上,对车间机床进行三维建模,实时三维展示机床状态。通过动态浏览该界面,用户还可以轻而易举地了解整个车间的生产状况,还能定位到指定的一台设备,查询有关这台设备的生产细节。

车间还配置了大屏幕和触摸屏等展示设备,实时展示设备状态、机床开机率、零件完工率等。每台数控设备旁配置的触摸屏工控机,还可以作为MDC系统数据采集的补充备用手段,设备操作人员还可以利用其查询现场数据反馈的正确与否,以及用其在现场无纸化查询浏览加工作业指导书(程序、图纸、刀具清单、装夹图示等。

应用系统集成

MES(制造执行系统)作为一种业务性很强的管理系统,需要无数来自底层的数据支撑。工单、零件、工序、设备、人员等所有和现场有关的数据首先通过DNC-MDC系统的整合,采集得到真正和现场生产有关的数据,通过多种集成手段对数据进行客户化的分类汇总,最终反馈到MES中。

在集成过程中,DNC-MDC系统将接收来自MES系统的生产任务。新的生产任务被识别时,首先在DNC-MDC系统内建立新的生产任务以及对应的零件信息和工序信息,然后以工单(工票)的形式被派发到现场,最后通过设备操作人员扫描工票上的条码来实现数控程序调用、对任务的跟踪,并实时把任务的进度反馈回MES(例如:工单实际开始、结束时间等数据)。

实施难点

NC程序错综多样:主体生产模式是以车间加工人员为生产中心,技术开发部为辅,几乎所有的NC程序的管理都是发生在车间现场。这就导致了在机床内部存贮有大量的NC程序。我公司的新老产品交替重叠,也致使机床内的NC程序错综多样,只有加工人员自己了解每个程序的加工内容。

综上所述,机床联网项目所采用的管理方案是将现场设备内所有的NC程序通过DNC网络统一归档至NC程序管理系统服务器进行有效管理。为此提出了三项管理措施:

1.NC程序命名必须遵守公司统一制定的NC程序命名规则。

2.将NC程序的标准命名,添加到程序内部的备注中,这样当程序完成加工回传到DNC服务器进行备份、统一管理时,DNC系统将自动以该备注的标准名进行保存。

3.在完成前两项措施的基础上,逐步将现场数控设备内固化的NC程序进行备份、导出。统一由NC程序管理系统进行管理、调配。

机床项目的实施完成了以下目标:

1.DNC系统:建立覆盖加工车间的分布式控制网络,实现NC程序的有效调用、稳定有效传输和在线加工等,实现刀补参数文件从对刀仪到机床端的有效传输。

2.MDC系统:实现对数控机床的实时数据和其它生产类数据的有效采集,并将采集的数据以报表或统计图表的形式供决策者参考分析。同时采集的数据对以后MES平台的生产调度和管理起到有效地指导作用。

3.NC程序管理系统:实现对NC程序的统一流程管理,并且在系统内实现NC程序与其关联生产要素文件统一管理。

4.可视化数据展示:在实现机床数据采集的基础上,对车间机床进行三维建模,通过现场的展示大屏幕、数控设备旁的触摸屏以及相关管理人员的PC终端对设备状态、设备开机率、零件完工率等进行有效展示。

综上所述,机床联网项目的建设,是推行数字化制造技术的基础,对数字化工厂的建设起到举足轻重的作用。

7   2017-09-25 10:22:32.273 市场需求回暖 上半年我国机床行业业绩稳健增长 (点击量:1)

2017年上半年以来,在市场需求逐步回升的支撑下,机床工具市场和行业运行呈现回暖和趋稳的局面。国家统计局数据显示,2017年上半年,全行业主营收入5058亿元,同比增长12.2%;利润总额315亿元,同比增长23.6%。

  受下游汽车、工程机械、电力设备和航天军工产品需求增长的拉动,上半年我国机床企业交出了年中成绩单,其中秦川机床、华中数控、山东威达等公司业绩都稳中回升。

  市场出现回暖信号

  根据中国机床工具工业协会的统计数据,上半年机床工具消费呈现小幅增长的状态。2017年上半年金属加工机床(含金属切削机床和金属成形机床)消费额136亿美元,同比增长3.8%。其中,金属切削机床消费90亿美元,同比下降2.2%;金属成形机床消费额46亿美元,同比增长17.9%。2017年上半年工具(含切削刀具和量具量仪)消费额为25亿美元,同比增长25.0%。协会表示,金属切削机床消费额小幅下降主要是由于人民币汇率下降、国内总产出持平、出口增长而进口下降等因素共同影响导致。

  与此同时,国内机床工具生产呈现同比增长状态。2017年上半年金属加工机床产出113亿美元,同比增长7.4%。其中,金属切削机床产出69亿美元,同比持平;金属成形机床产出44亿美元,同比增长21.5%。2017年上半年工具产出29亿美元,同比增长20.8%。金属成形机床和工具产品领域的生产呈现显著回升状态。

  机床工具领域外贸形势更是呈现趋稳向好的态势,2017年上半年机床工具出口明显回升,出口额54亿美元,同比增长10.3%;机床工具进口则实现增速“由负转正”,进口额69亿美元,同比增长5.4%。贸易逆差15亿美元,同比下降8.3%。

  具体来看,金属加工机床出口额15亿美元,同比增长8.5%;金属加工机床进口额38亿美元,同比下降3.4%。

  上市公司业绩企稳

  华中数控半年报业绩扭亏为盈。华中数控业绩预告称,公司预计2017年1~6月归属上市公司股东的净利润145万~645万元,同比变动104.03%至117.91%,通用设备行业平均净利润增长率为26.49%。

  根据该公司半年报数据显示,一季报,华中数控仍处于亏损状态,该公司2017年1~3月实现营业收入1.81亿元,同比增长45.47%;通用设备行业平均营业收入增长率为-3.15%;归属于上市公司股东的净利润-870.63万元,同比增长59.26%,通用设备行业平均净利润增长率为-0.82%。

  秦川机床去年上半年净利润巨亏5517.69万元,今年上半年度公司业绩预告称或将盈利。公司1~3月实现营业收入7.42亿元,同比增长29.45%;通用设备行业平均营业收入增长率为-3.15%;归属于上市公司股东的净利润483.99万元,同比增长116.26%,通用设备行业平均净利润增长率为0.68%。

  秦川发展办公室有关人士表示,公司目前订单饱满。今年将进一步扩大磨齿机在轿车领域的市场份额,同时将加大复合加工中心的销售力度,也有一些新产品会推出。此外,公司还将加大与机床制造相关的服务型业务拓展。这些都是公司的新增利润增长点。

  山东威达一季报预告显示,公司预计2017年第一季度盈利2627.01万~3502.68万元,比上年同期增长50%~100%。随着公司各子公司经营逐渐步入正轨,公司全年业绩有望保持较快增长。

  问题犹存

  2017年下半年,经济运行的压力仍然很大,投资波动和市场需求的不确定性将对机床工具企业下半年的运行产生直接影响。中国机床工具工业协会通过对机床工具领域内外资企业进行问卷调查,当前企业经营中遇到的突出问题主要集中在以下九个方面:同类产品竞争(占14.4%)、市场需求不足(占13.4%)、经营成本过高(占12.3%)、人力资源不足(占9.9%)、人力成本增长(占9.0%)、产能不足(占7.8%)、国际市场开拓不足(占5.4%)、市场需求升级(占5.2%)和市场开发不足(占3.5%)。从上述数据看,制约企业发展的主要问题中与市场相关的占到41.9%,与经营和成本相关的占到20.1%,与人力资源相关的占到18.9%。

  同时,该调查问卷中也反映出企业为了应对上述问题所采取的相应措施。从这些措施的分布情况看,与近期市场和行业运行的一些趋势性特征基本一致。企业采取的主要措施有以下六个方面:控制成本(占22.6%)、加强研发和技改投入(占17.9%)、加强细分市场开拓(占16.0%)、引进和开发新产品(占12.4%)、减员增效(占8.1%)和扩大产能(占7.9%)。

  综上所述,对今年机床工具消费市场和产业运行的预期,较去年年底的预测结果有所调高。同时,考虑到下半年经济环境和市场需求变化的不确定性,预计2017年机床工具消费额将呈现同比小幅增长或持平的状态。

8   2017-09-25 10:23:54.407 工夹具及机床附件类进出口数据出台 (点击量:6)

2017年6月份工夹具及机床附件类进出口数据如下:

  1、进口数据:

  工夹具及机床附件类进口额:16718万美元 累计同比增速:21.4%

  工夹具及机床附件类进口量:6796918千克 累计同比增速:39.48%

  2、出口数据:

  工夹具及机床附件类出口额:9712万美元 累计同比增速:25.15%

  工夹具及机床附件类出口量:32960672千克 累计同比增速:33.75%.

9   2017-09-25 10:26:17.227 五轴加工助力机床制造业的可持续发展 (点击量:6)

当前,劳动力成本不断提升,全球范围内制造业的竞争也变得越发激烈,如何在激烈的市场竞争中占领一席之地,五轴加工就成为了各企业争先发展的技术之一。五轴加工中心以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目,开创了机械产品向机电一体化发展的先河,因此五轴加工中心成为先进制造技术中的一项核心技术。

  格劳博中国通用机型销售经理 任瞳先生

  另一方面,五轴加工中心是机床制造业重要基础装备,它的发展一直备受人们关注。近年来我国机床制造业既面临着制造装备发展的良机,也遭遇到市场竞争的压力。从技术层面上来讲,加速推进五轴加工中心将是解决机床制造业持续发展的一个关键。

  五轴加工中心正逐步向可靠性最大化、数控编程最大化、智能化、控制系统小型化、多功能化、高速高精化等方向发展。尤其是智能化,随着大家对于中国制造2025和工业4.0的深入了解,“机床加工智能化”现在已经成为了人们最感兴趣的课题,机床行业的智能化水平,建立适应性强、资源效率高及符合人机工程学的智慧工厂,运用机床的智能加工将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化,降低生产成本,提高生产效率,以达到快速、有效、个性化的产品供应。基于以上几点,机床在智能制造领域已经变得越来越重要。我们预计在未来的五到十年中,智能化机床将会成为社会的主流产品,需求量也会超过市场总需求的80%以上。

  我们也正在将一些列智能功能赋予现代五轴加工中心,让加工效率更高、加工更精确。比如,自适应控制技术的引进,根据切削条件的变化,机床可以自动调节工作参数,使加工过程中能保持最佳工作状态,从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度,同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自我诊断、自我修复功能,在整个工作状态中,系统随时对硬件本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时,立即采用停机等措施,并进行故障报警,提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机,而接通备用模块,以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求,其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。

  目前,格劳博的五轴加工中心已经实现了“人机对话”功能,完全实现设备的远程监控,并能通过智能传输设备及时将信息传递给各职能部门,随时根据状态给出解决问题的方法和答案,以提高生产效率,减少机床停机时间和不必要的损失,做到“人机合一”,不断向机床的智能制造方向迈进。格劳博五轴联动万能加工中心GA系列就是其中的代表产品。

  GA系列五轴联动万能加工中心的研发初衷,就是针对自动化解决方案进行设计,因此能够满足不同客户的各种需求。GA系列注重工艺稳定性、高效性及耐久性,可为用户带来巨大的收益。GROB五轴联动万能加工中心具有特有循环的软件解决方案,可实现模拟车削PLUS功能,包括与B轴非同轴的车削加工。可使用快速供应的新刀具,也可以使用现有标准刀具,从而达到节约成本的目的,是样机生产和小批量生产的理想选择。

  如今,中国正在经历从制造大国向制造强国的转变,越来越多的企业开始意识到,设计生产技术创新的、高附加值的产品是走向世界并在国际竞争中获胜的根本,五轴加工中心在其中起到的作用不容忽视。在当下这个创新制胜的竞争时代,GROB不断地拓展机床产品,准确的定位,过硬的产品,持续为用户提供高性能的五轴加工中心以及各项服务,力求为中国制造业创造更多价值!

10   2017-09-25 10:30:12.817 数控机床重大专项:用90亿撬动 (点击量:5)

8万吨大型模锻压力机和万吨级铝板张力拉伸机等“大国重器”的成功研制,标志着我国航空型材制造步入世界先进行列;用于检测五轴联动机床精度的S形试件标准通过国际标委会审定,我国在高档数控机床检测领域标准实现“零”的突破……

  这只是“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(简称“数控机床专项”)斩获突破的一个缩影。科技日报记者26日从科技部获悉,2009年—2016年,数控机床专项共安排课题562项,中央财政资金投入91.14亿元,累计申请发明专利3956项,立项国家及行业标准407项,研发新产品、新技术2951项,新增产值约706亿元。

  机床是用来制造机器的机器,数控系统是机床装备的“大脑”。8年来,专项实行全产业链布局,坚守数控系统、部件的创新之路,聚焦服务用户,使得重点领域装备保障能力不断提升,国产数控系统实现部分技术的原创超越。

  专项技术总师卢秉恒院士表示,通过专项的引领和带动,形成了涵盖航空航天、汽车、机床等重点领域的十大标志性成果,基本代表了我国高档数控机床与基础制造装备研发与应用的最高水平,先后为核电、大飞机等国家重大专项,以及新型战机、运载火箭等国家重点工程提供关键制造装备。

  2016年,数控机床专项支持研发的高档数控系统累计销售1000余套,国内市场占有率由专项启动前的不足1%提至约5%;中档数控系统实现批量生产,国内市场占有率从10%增至25%;形成3家产业化生产基地,专项支持的数控系统已销售近40亿元。

  提及今后发展,工信部装备工业司副司长罗俊杰说,数控机床专项将围绕产业链部署创新链,围绕创新链完善资金链,全面提升以数控系统为代表的关键零部件的研发、制造和产业化水平,着力攻克机床可靠性和精度保持性技术。同时,加大应用验证和示范,为全面实施“中国制造2025”提供支撑。