MES環(huán)境下刀具數(shù)據(jù)的采集與處理

■ 中國重汽集團濟南橋箱有限公司 （山東濟南 250022） 劉勝勇

高級工程師 劉勝勇

基于日新月異的科技進步和不斷增長的用戶需求，工業(yè)化的智能制造已不再是半自動化的流水線生產(chǎn)，而是離散式智能化生產(chǎn)系統(tǒng)；不再是孤立HMI和單一PLC的交互控制，而是立足MES環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化控制；已不再是動作節(jié)拍的純自動化控制，而是云計算平臺下海量數(shù)據(jù)后續(xù)處理。這一新形勢對切削刀具的應(yīng)用和發(fā)展提出了更高的要求。

1. 智能制造發(fā)展新形勢

現(xiàn)今乃至未來一段時間內(nèi)，制造業(yè)的項目會圍繞“淘汰落后產(chǎn)能和陳舊工藝，引入離散型智能制造，推廣工業(yè)信息化”目標，建設(shè)基于MES對接的工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)（見圖1），深度挖掘生產(chǎn)現(xiàn)場具有海量、多樣、高速和易變特點的工業(yè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建云計算的大數(shù)據(jù)中心，使公司全價值鏈上的數(shù)據(jù)由資源變?yōu)橘Y產(chǎn)、由資產(chǎn)轉(zhuǎn)為價值，使數(shù)據(jù)流通下的產(chǎn)品智造不斷衍生新品、產(chǎn)生高效率和釋放大智能。

圖1 基于MES對接的工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)示意

（1）工業(yè)現(xiàn)場可視化管理進一步深入 工業(yè)可視化管理會將機床狀態(tài)、產(chǎn)品尺寸、物料供應(yīng)及夾持、立體倉庫料位、程序上傳及調(diào)用、工裝夾具流轉(zhuǎn)等多變信息，以數(shù)字化電信號形式迅捷地實時傳遞至管理后臺，設(shè)備運轉(zhuǎn)、產(chǎn)品控制、生產(chǎn)動態(tài)和器具調(diào)轉(zhuǎn)均會圖形化直觀呈現(xiàn)于用戶面前。可視化手段主要有打標機、讀碼器、非接觸式斷刀檢測、機內(nèi)在線監(jiān)測、工業(yè)照相機、電磁流量計和刀桿振動監(jiān)測等，可視化效果有機床效率柱狀圖（見圖2）、生產(chǎn)現(xiàn)場運行圖和產(chǎn)品Cpk制程圖等。

（2）網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)面向客戶端 基于Visual Studio環(huán)境，研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)更加面向用戶。它能夠借助程序主窗體、運行狀態(tài)控件、任務(wù)信息控件、產(chǎn)量統(tǒng)計控件、報警信息控件和用戶設(shè)定控件等畫面，實時采集運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫搭建（見圖3），將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，后續(xù)分析并生成用戶個性化報表。

（3）數(shù)據(jù)采集分析管理軟件集合度高 面向FANUC、SINUMERIK和MITSUBISHI等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析管理軟件，是為配合現(xiàn)場離散型智能化生產(chǎn)線的運行而開發(fā)，其主要功能有產(chǎn)量統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控、生產(chǎn)工件在線測量結(jié)果保存以及根據(jù)測量結(jié)果進行自動刀具補償、生產(chǎn)工件的上下線時間及工序等數(shù)據(jù)存儲。同時，軟件集成SPC模塊，經(jīng)讀碼器識別上、下線及中間環(huán)節(jié)零件的二維碼，經(jīng)測量機檢測產(chǎn)品的長度、直徑和幾何公差 ，生成Cpk制程圖（見圖4）等。

圖2 機床效率柱狀圖示意

圖3 網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)框架示意

（4）工控機CNC和PLC間互聯(lián)互通強 自動化生產(chǎn)現(xiàn)場既會集成機器人，又會添置/改造CNC裝備，還有安裝3D識別；既會優(yōu)化刀具壽命管理，又會開通線外補償，還會嵌入SPC工作站；既會新增倉管物聯(lián)網(wǎng)，又會開發(fā)中控軟件，還會AGV物流輸送。這些均要基于研華等工控機、FANUC或SINUMERIK等系統(tǒng)、S7-1200或MELSEC等PLC，進行握手協(xié)議的一致性網(wǎng)絡(luò)組態(tài)（見圖5），實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，使員工掃碼上線、開工要貨、完工交產(chǎn)、刀條掃碼流轉(zhuǎn)、坯料識別跟蹤、產(chǎn)品項點全數(shù)檢測及刀具數(shù)據(jù)實時補償?shù)冗^程實現(xiàn)控制數(shù)字化、操作無人化、管理精細化與生產(chǎn)自動化，進而實現(xiàn)MES環(huán)境下計劃、調(diào)度、設(shè)備、生產(chǎn)和能效的全過程閉環(huán)管理。

2. 刀具及其數(shù)據(jù)的采集處理

圖4 產(chǎn)品Cpk制成圖示意

圖5 輸入軸智能化生產(chǎn)線的網(wǎng)絡(luò)拓撲示意

在智能制造發(fā)展新形勢下，刀具生產(chǎn)商應(yīng)當面向客戶為導(dǎo)向，提供個性化定制刀具，滿足智能化無人值守和長時間大壽命切削的產(chǎn)線要求；刀具供應(yīng)商應(yīng)當充分利用海量數(shù)據(jù)，全面調(diào)度，協(xié)同銷售，迅捷服務(wù)，滿足刀具用戶個性化產(chǎn)品加工的快變需求；刀具用戶應(yīng)當構(gòu)建云平臺，建設(shè)離散型智造系統(tǒng)，致力挖掘現(xiàn)場刀具壽命數(shù)據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量特性，實時共享MES環(huán)境下刀具效能，及時發(fā)布個性化刀具信息，快速調(diào)整產(chǎn)線狀態(tài)，適應(yīng)市場訂單需求；智造系統(tǒng)供方務(wù)必緊扣智能制造脈搏，透析產(chǎn)線建造的工業(yè)信息化要求，運用先進儀器、高端裝備和實時MES，研制具有集成性、實時性、可視化、精益化和自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等特點的智造工廠，滿足制造業(yè)管理技術(shù)、軟件技術(shù)和信息化技術(shù)的不斷發(fā)展需求。

（1）刀具生產(chǎn)商的個性化供應(yīng)策略 規(guī)模大小不一的刀具生產(chǎn)商，其產(chǎn)品適應(yīng)特點有著較大差異，面向的客戶也會豐富多彩，個性化的供應(yīng)策略隨之截然不同。

在減材制造領(lǐng)域內(nèi)，山特維克可樂滿公司基于刀具大數(shù)據(jù)平臺，圍繞刀具簡便快捷多樣一體化的發(fā)展要求，向用戶直銷式推出在線刀具組裝器（見圖6），用以幫助施工員優(yōu)選適合刀具，快裝完整刀具，明晰刀具價格，查看三維造形，生成圖形文件，兼容CAM軟件，提高仿真精度。

硬質(zhì)合金刀具制造商之一的山高刀具借助微信公眾號“金屬加工”和抖音號“MW1950”，向用戶提供刀片崩裂、梳狀微崩、難斷屑和表面精加工等問題的創(chuàng)新解決方案，用以優(yōu)化刀具生產(chǎn)率。

有的刀具廠商會借助各省份及全國性職業(yè)技能大賽，免費提供車刀、鉆頭和絲錐等個性化刀具，并以賽前實訓(xùn)平臺打包銷售形式，推廣刀具個性化服務(wù)，拓展院校應(yīng)用市場。

（2）刀具供應(yīng)商的協(xié)同性銷售手段 隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)與產(chǎn)業(yè)融合的發(fā)展程度日益加深。刀具供應(yīng)商應(yīng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，借助共享數(shù)據(jù)，采取協(xié)同性銷售手段，與客戶建立自然和有價值的微營銷關(guān)系，從先前的藝術(shù)性人際關(guān)系處理向互聯(lián)網(wǎng)屬性的科學(xué)性知識交互轉(zhuǎn)變，從而適應(yīng)新形勢的刀具市場營銷變化。這一點可以充分借鑒高端機床的銷售經(jīng)驗：A有客戶，B有資源，C有情報，D買裝備，也就是（A＋B＋C）→D。

（3）刀具用戶的海量數(shù)據(jù)采集共享 在今后基于MES環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)中，用戶產(chǎn)線均會具備5個過程：數(shù)據(jù)采集→統(tǒng)計分析→系統(tǒng)協(xié)調(diào)→自適應(yīng)自學(xué)習(xí)→人工智能。于是，刀具用戶便會借助數(shù)據(jù)采集分析軟件，獲取刀具切削力曲線，經(jīng)由宏程序讀取當前刀具地址來判斷換刀狀態(tài)以及新刀具自動退刀補加工，通過產(chǎn)品在線測量結(jié)果自動進行刀具補償，最終刀具數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、機床數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化共享。數(shù)據(jù)采集分析軟件及刀具補償源代碼如圖7所示。

圖6 在線刀具組裝器示意

圖7 數(shù)據(jù)采集分析軟件及刀具補償源代碼

（4）智造系統(tǒng)供方的全局服務(wù)意識 正如金屬加工直播“沒到過馬扎克的工廠，你無法想象制造業(yè)的未來將會是…”，未來智造系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備將會全部聯(lián)網(wǎng)，采用CPC生產(chǎn)管理軟件和工藝管理系統(tǒng)CAPP，配置產(chǎn)品型數(shù)據(jù)庫管理PDM，運用質(zhì)量管理數(shù)據(jù)平臺DDES，大量使用智能化的柔性制造FMS等裝備。基于MES環(huán)境的制造業(yè)會被挖掘出全面有用的信息，并被快捷、高效處理，進而釋放出數(shù)據(jù)的價值，獲知彼此間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)流程和組織結(jié)構(gòu)四要素的互動創(chuàng)新和持續(xù)優(yōu)化。為此，智造系統(tǒng)供方應(yīng)立足于全方位服務(wù)，向用戶提供涵蓋面廣、兼容性強、數(shù)據(jù)量大、共享度寬和智能化深的產(chǎn)線建設(shè)方案，做到創(chuàng)新發(fā)展、智能發(fā)展和綠色發(fā)展，不斷滿足用戶日益增長的個性化定制需求。

3. 結(jié)語

2020年，多地區(qū)會以“實施萬項技改、推進萬企轉(zhuǎn)型、完成數(shù)千億元”為目標，密集釋放一系列技改政策紅利。刀具生產(chǎn)商、刀具供應(yīng)商和智造系統(tǒng)供方務(wù)必抓住各大用戶產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的技術(shù)改造契機，提供產(chǎn)品全生命周期式智能化建設(shè)服務(wù)，滿足工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)采集處理要求，實現(xiàn)云平臺的生產(chǎn)、財務(wù)、質(zhì)量和機床等信息的共享。