基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制技術(shù)

柳 敏

(北京中色建設(shè)機(jī)電設(shè)備有限公司，北京 100029）

基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制技術(shù)

柳 敏

(北京中色建設(shè)機(jī)電設(shè)備有限公司，北京 100029）

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日漸激烈，生產(chǎn)型企業(yè)為了占具市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，必須在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)縮短制造周期，而工藝裝備的運(yùn)動(dòng)精度和自動(dòng)化程度對(duì)此產(chǎn)生直接影響，所以一直受到廣泛關(guān)注。為提升復(fù)雜產(chǎn)品制造過(guò)程的生產(chǎn)效果，需要在工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)其工藝裝備自動(dòng)控制體系進(jìn)行系統(tǒng)研究，通過(guò)對(duì)提供的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，構(gòu)建以工裝自動(dòng)控制工藝為對(duì)象的產(chǎn)業(yè)信息模型，形成以工藝裝備自動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的控制管理平臺(tái)，在保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，推動(dòng)其自動(dòng)化、數(shù)字化發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制體系的研究，并結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)形成的相關(guān)工藝信息模型和工藝裝備自動(dòng)控制技術(shù)展開(kāi)系統(tǒng)分析，為提高生產(chǎn)型企業(yè)的生產(chǎn)能力提供依據(jù)。

工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 工藝裝備 自動(dòng)控制技術(shù)

工藝裝備是實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)程所需的各種刃具、夾具、量具、模具、輔具、工位器具的統(tǒng)稱，是制造產(chǎn)品過(guò)程中必不可少的重要工具，其對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)率、改善勞動(dòng)條件等具有重要作用，但隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)工藝裝備的使用已無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)需要，而基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制體系

產(chǎn)品的制造過(guò)程決定工藝裝備的運(yùn)動(dòng)、控制要以工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。工藝數(shù)據(jù)既是以工藝裝備自動(dòng)控制為對(duì)象的工藝信息模型搭建的主要依據(jù)，又是健全工藝裝備自動(dòng)控制體系，滿足工藝裝備運(yùn)行精確度需求，提升制造過(guò)程生產(chǎn)效率的可靠標(biāo)準(zhǔn)。在生產(chǎn)型企業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中形成以運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)據(jù)采集調(diào)理模塊為主的、受系統(tǒng)總線作用的工藝裝備控制管理系統(tǒng)及工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并建立以產(chǎn)品、工藝、工藝裝備、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、用戶、資源、日志等信息組建的，面向工藝裝備自動(dòng)化控制的，工藝信息模型共同搭建的，基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制體系，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)工藝信息模型缺乏工藝裝備信息的局面，并在工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中明確顯示工藝裝備的驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)精度等信息。在具體加工過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)控制模塊可依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中提供的信息參數(shù)發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制命令，利用運(yùn)動(dòng)控制器轉(zhuǎn)換得到的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)工藝裝備運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，運(yùn)動(dòng)控制模塊的控制過(guò)程需要數(shù)據(jù)采集調(diào)理模塊參與，通過(guò)其傳感器信號(hào)獲取工藝裝備的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，當(dāng)參數(shù)表明工藝裝備達(dá)到預(yù)定位置，其可利用運(yùn)動(dòng)控制鎖鎖定工藝裝備，經(jīng)人工處理，避免不必要的損失[1]。

2 以工藝裝備自動(dòng)控制為對(duì)象的工藝信息模型搭建

在工藝裝備自動(dòng)控制體系中占有重要地位的工藝信息模型，主要包含工藝裝備信息及其驅(qū)動(dòng)時(shí)所設(shè)定的控制、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等，是對(duì)產(chǎn)品制造過(guò)程、工藝數(shù)據(jù)、工藝裝備關(guān)系的概括性顯示。而以信息模型主體的PBOM，不僅涵蓋產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息，而且包括產(chǎn)品構(gòu)成的各零部件的工藝信息，如零部件加工方法設(shè)計(jì)信息，具體選取的工藝裝備型號(hào)，設(shè)計(jì)的加工參數(shù)等。除PBOM外，以工藝裝備自動(dòng)控制為對(duì)象的工藝信息模型還包括資源信息、工藝信息、工序、工步、機(jī)床設(shè)備信息、日志信息、用戶信息、刀具信息、零件配套信息、工藝裝備信息、驅(qū)動(dòng)設(shè)備信息等[2]，對(duì)工藝自動(dòng)控制進(jìn)行了更加全面詳細(xì)的信息描述。在具體工藝編制過(guò)程中，工藝人員可根據(jù)其所提供的信息確定工藝裝備類(lèi)型，甚至對(duì)其加工的具體步驟、運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)參數(shù)等信息進(jìn)行準(zhǔn)確判讀。在實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中，利用工藝控制管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工藝裝備運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并與設(shè)定信息對(duì)比，分析完成自動(dòng)控制，以此保證生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

3 以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的工藝自動(dòng)控制技術(shù)分析

在面向工藝裝備的自動(dòng)控制工藝信息傳輸至企業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)后，會(huì)對(duì)工藝裝備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，在對(duì)其流程、用戶、日志進(jìn)行管理的同時(shí)，完成設(shè)備的自檢，并將相關(guān)信息參數(shù)反傳于企業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)。而由工藝裝備等構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)控制模組、數(shù)據(jù)信息調(diào)理模塊與運(yùn)動(dòng)控制檢測(cè)過(guò)程又會(huì)同時(shí)反饋到系統(tǒng)總線，由此構(gòu)成以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的工藝裝備自動(dòng)控制管理平臺(tái)[4]。由此可見(jiàn)，其可分為數(shù)據(jù)、功能、硬件三個(gè)主要層次，其中，數(shù)據(jù)層主要指有工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)生成和儲(chǔ)存的以工藝裝備自動(dòng)控制為對(duì)象的工藝信息，其主要依靠管理平臺(tái)讀取企業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，在集中處理后，可作為工藝裝備自動(dòng)控制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。而由運(yùn)動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、設(shè)備自檢、流程日志管理等模塊構(gòu)成的功能層，其不僅可以對(duì)工藝裝備實(shí)現(xiàn)位置、速度、驅(qū)動(dòng)力等方面的運(yùn)動(dòng)控制，而且可以利用數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)等實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合所獲取的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。為使控制過(guò)程靈活化，可將其運(yùn)動(dòng)控制模塊分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種形式，這在一定程度上對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量具有一定的推動(dòng)作用。而由安裝于工藝裝備上的驅(qū)動(dòng)設(shè)備、設(shè)備驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制模組、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)傳感器、遠(yuǎn)程變送器、數(shù)據(jù)采集調(diào)理模塊等共同搭建的硬件層，為工藝裝備的運(yùn)行提供了有效的驅(qū)動(dòng)力，在常規(guī)情況下，驅(qū)動(dòng)裝備有電力、氣壓、液壓等多種動(dòng)力源形式，傳動(dòng)系統(tǒng)也分為齒輪、鏈、帶、摩擦、連桿、液壓等多種運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)形式，以保證驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中對(duì)速度的調(diào)節(jié)。需要注意的是，驅(qū)動(dòng)設(shè)備自身的驅(qū)動(dòng)仍需依靠外力，目前，較常用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器形式也比較多樣，例如，具有驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作性能的變頻調(diào)速器，伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)氣壓馬達(dá)或液壓馬達(dá)工作性能的比例伺服閥、分流集流閥等。當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器受到控制模塊發(fā)出的啟動(dòng)、暫停、減速等控制命令時(shí)，會(huì)直接將生成的信號(hào)傳輸至驅(qū)動(dòng)器，使驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作出相應(yīng)調(diào)整，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)調(diào)整后產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化會(huì)形成新的信號(hào)，傳輸于數(shù)據(jù)采集調(diào)理模塊，并在其對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等操作處理后，利用系統(tǒng)總線傳輸至運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊，為運(yùn)動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)施提供新依據(jù)。在以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的工藝裝備自動(dòng)控制管理平臺(tái)中，需要注意其自身具有用戶管理和日志記錄的功能，只允許有特定權(quán)限的操作人員對(duì)系統(tǒng)的設(shè)置信息進(jìn)行更改、調(diào)整，這在一定程度上保證了自動(dòng)控制技術(shù)的安全性，使自動(dòng)控制過(guò)程更加規(guī)范化，而其日志記錄功能不僅包括工藝裝備故障及不穩(wěn)定相關(guān)信息，更包括其日常操作的時(shí)間、用戶、事件、結(jié)果等信息，為解決企業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題提供重要依據(jù)。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制技術(shù)的出現(xiàn)是生產(chǎn)型企業(yè)為滿足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果，其不僅有利于企業(yè)保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，提升單位時(shí)間的生產(chǎn)數(shù)量，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，而且對(duì)企業(yè)縮減人工成本，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，縮短產(chǎn)業(yè)鏈，加快縱向發(fā)展等方面具有重要作用。

[1]李洲洋，谷文韜，郝丁，等．基于工藝數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝裝備自動(dòng)控制技術(shù)[J]．制造業(yè)自動(dòng)化，2011，（11）：114-118．

[2]張建寶．復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶控制及工藝關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．南京：南京航空航天大學(xué)，2010．

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通過(guò)上例可看到，G71不適合加工內(nèi)凹處，可用G73加工內(nèi)凹處，這樣綜合運(yùn)用兩個(gè)復(fù)合循環(huán)簡(jiǎn)化了編程，并減少了空刀量，提高加工效率。

參考文獻(xiàn)

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Abstract:CNC turning program ming instructions used in combined cycle can si mplify procedures, re duce the memory occupied by the program, but of ten people in appl ication of composite cycle G71, G 72, G 73, the emergence go empty knife or tool collision when many other accidents. This paper analyzes the compound cycle G71, G 72, G 73 Characteristics and common mistakes when applying through a flexible application examples illustrate several complex cycles.

Key words:CNC turning, combined cycle, applications

Automatic Control Technology of Process Equipment Based on Process Data Driven

LIU Min
(Beijing CNFC Equipment CO. Ltd.,Beijing 100029)

With the increas ingly fierce m arket competition, production-oriented enterprises to occupy market advantage have to improve product quality and shorten the manufacturing cycle, and the m ovement precis ion of industrial equipment and important influence on the degree of automation, so has been widely followed, for promoting the manufacture process of complex product production effect, n eed to process on the bas is of data driven system study of its process equipment automatic control system, through the analys is of process data pr ovided by the system, building equipment automatic control technology for object information model of industry, formed on the bas is of the pr ocess equipment automatic control technology to control the management platform, to guarantee the production quality of the products at the same time, promote the development of the automation, digital, this paper based on the technology of data dr iven process equipment automatic control s ystem of res earch, form the relevant proces s information model and process equipment automatic control technology, combined with personal experience for application authentication, in an effort to prom ote manufacturing production capacity.

process da ta driven, process e quipment, automatic control technology

Some of the CNC Turning Instruction Combined Cycle Applications

ZHANG Jiling
(Changzhou Institute of Mechatronic Technology,Changzhou 213164)