數控設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

（中國石油集團濟柴動力有限公司，山東 濟南 250306）

數控設備屬于典型的機電一體化設備，集成化程度較高，由硬件系統與軟件系統組成。主要圍繞控制系統，將編程器、操作臺、視覺系統、FM-NC數據系統、反饋傳感器、安全檢測與報警、伺服系統、壓縮空氣閥組管路、調姿結構等進行全面關聯后，對其進行應用。從應用效果看，此類設備運行速度快，使用效率高，對故障的自動化監測、預警、識別、分析，大幅度提高了運維管理效率，在現代機械零部件生產制造中發揮了巨大作用。下面先對數控設備技術特點做出說明。

1 數控設備技術特點分析

1.1 高效化

現代數控設備中，以數控機床技術、電氣自動化技術、機電一體化技術等聯合應用為主，既降低了加工成本，也在保障零部件表現質量與精度的同時，提高了加工效率。以機床加工中的車銑加工為例，應用數控設備進行控制后，主軸轉速、加工速度均有了明顯提升。從現階段的研發設計與實踐經驗看，在超級精密加工領域，已經較好地促進了主軸旋轉速度的改進，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勢。雖然從數控設備的生產制造、安裝調試方面看，需要投入大量資源，但是，當其投入運行后，其應用效率相對較高。

1.2 多軸化

數控設備中應用了編程軟件，加上五軸聯動技術的日益成熟，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，以及數值模擬，可以確保工件達到高精度水平。比較三軸聯動控制與五軸聯動控制可以看出，后者的比較優勢十分突出。一方面，能夠推動大型數控機床的研發設計；另一方面，可以從整體上推進制造業產業向著高質量發展方向升級，為我國“智能制造”提供技術支持。

1.3 智能化

目前，數控設備中對智能化技術的應用相對增多。例如，在原有的數據庫技術與大數據技術應用條件下，增加了SQL數據庫技術、數字網絡技術，建立了數據管理中心，能夠更好地對數控設備做深度的智能處理。以當前實踐情況看，在連接性能、驅動性能、加工工藝參數自動生成、設備運行狀態自動監測、故障智能診斷方面，借助配置的網絡模型與專家系統，可以較好地實現數控設備智能化控制。尤其在人機交互過程中，操作界面的簡化與音頻化發展，為遠程控制奠定了堅實基礎，有利于真正推進“無人職守”目標的實現。

2 數控設備日常運維管理的必要性

2.1 從生產角度分析

新時代我國政府提出了總體經濟學理論，通過發揮市場在資源配置中的基礎性作用，加大了技術要素配置比例，制造業行業的全要素生產率獲得了較大提升。在這種背景下，機械設備及其零部件的生產加工中，需要提高生產效率。

數控設備作為實現高效生產的重要工具，只有保障其處于良好運行狀態，才能達到預期的生產目標。因此，從生產角度看，需要增強對此類設備的運維管理。尤其在進入“十四五”建設時期后，突出了高質量發展主題，制造業企業為了通過數字化技術為自身的生產“賦能”，增加了對智能化技術的運用，并且將PC端的數據管理中心、數控設備控制系統、移動客戶端應用程序進行了關聯，在這種情況下加強日常運維管理，有利于促進數控設備智能化發展及應用。

2.2 從效益角度分析

傳統時期，制造業企業將追求經濟利益最大化作為根本目標。近年來，經過實施企業治理，落實生態文明思想，此類企業在追求經濟利益的同時，增加了對社會效益、生態效益的關注，預期通過生產經營管理，產出綜合效益。因而，從效益角度看，企業需要借助日常運維管理，一方面，保障數控設備安全可靠運行，使企業獲得經濟效益。另一方面，應增強對此類設備的環境影響評價，控制其在運行過程中產生的污染。尤其在安全生產管理與職業衛生環境管理方面，此類企業生產制造過程中，會產生相應的重金屬與有機廢氣，以及生產廢水，當其中的揮發性有機污染物、無機污染物、重金屬等長期存在于生產環境、排放到自然環境后，會造成一定的危害。此時，企業需要從綜合效益產出出發，擴展日常運維管理內容，提升其運維管理水平。

3 數控設備日常運維管理措施分析

3.1 結合標準化管理需求，完善運維管理方案

從表面上看，數控設備標準化屬于此類設備產品設計與生產制造中方面的問題。深入一步看，發現在新時期數控設備改造翻新、智能升級、運維管理中，由于對標準化的重視度不足，造成了一系列質量隱患。當前階段，多數數控設備已經基本完成了改造，重點集中到了對新型數控設備的研發設計、生產應用、運維管理方面。建議將按照現代數控設備生產制造產業鏈條，將設計→采購→制造→訂單→營銷→售后→運維全面關聯起來，建立標準化運維管理理念，然后圍繞該理念，完善現有運維管理方案。具體如下：

（1）應梳理標準化方面存在的一些不足，包括亂接中線到PE、非單一電源設置、電氣柜防護等級不足、數控設備欠保護、控制線路隱患、安全操作保護功能不完備、警示標志不完善等。然后，根據標準化運維管理需求，對其中的問題進行針對性解決。操作時，一方面，應從文件及軟件出發，將其作為其中的重要組成部分，整理出與數控設備相關的資料與應用技術。另一方面，需要在標準化管理認知明確的情況下，根據標準規定設置器件標識，盡可能對其進行編碼與分類。

（2）應該根據數控設備控制系統散熱、電池定期更換、數據備份、定人定機使用，做好相關的日常運維管理工作安排。例如，在FANUC數控系統中，數據種類繁多，具體包括宏程序數據、系統參數數據、系統配置數據、螺距誤差補償數據、刀具補償數據、主軸與伺服維護數據、PLC編程控制數據、FLASH ROM存儲數據等。此時，需要先做好分類設置，再選擇合適的軟件或數據庫進行備份，確保后續檢查、測定、維保、故障診斷及處理時的有序性與精準性。另外，在配套制度方面，應結合數控設備標準化使用程序，設置運維管理監督流程。為了保障運維管理方案的有效運行，應利用權責機制，對各崗位中的職能與責任進行對等設置，通過責任追究方式，約束運維管理人員的行為。尤其需要結合當前數控設備更新換代與智能化發展現狀，配套開展專項培訓工作，確保運維管理人員綜合素質與實際工作需求相符合。

3.2 利用指標化管理方法，開展檢查測定工作

數控設備運維管理的標準化，要求在實際檢查測定工作中，條分縷析設置一系列運維管理指標，以保障整個運維管理方案從設計階段到實施階段獲得最大程度的落實。從當前實踐經驗看，應吸收大型制造業企業應用的全要素分析方法。具體如下：

（1）應結合數控設備的初始資料，對數控設備種類、數量、規格、型號進行分類，如新購設備、普通機床數控改造設備、數控系統升級改造設備等，需要分門別類進行列舉，并在此基礎上對各項參數資料進行檢查。操作時應遵循規定，配套做好防塵、防潮、防高溫，以及運行環境等檢查，確保數控設備始終處于良好狀態。

（2）應對以往維修數據進行整理，并制定數據系統FMECA報告。例如，當前普遍采用FMECA分析計算方法，進行故障模式影響及危害分析，明顯優于傳統時期的RPN分析法。建議根據該分析計算方法，根據F1～F7，分別對系統無法啟動、系統電源輸入異常、系統電池電量低、誤操作、操作不規范、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所致，當發生誤操作后，系統會進行自動報警并顯示部分功能無法使用，按照嚴酷度等將其設置為III級后，可以選擇人工檢測方法進行檢查。以此類推，結合數據設備系統FMECA報告，可以保障檢查與測定工作的指標化，從而達到日常檢查與定期測定時的有效性。

3.3 發揮數字化技術優勢，增強故障智能診斷

現用數控設備運維管理系統，主要按照數據采集→數據清洗→數據存儲→數據提取→數據分析→生成報表→利用報表的基本流程運行，重點集中在數據采集系統、數據分析系統、數據記錄系統。在這種情況下，應充分發揮數字化技術優勢增強故障智能診斷水平。

例如，當前數控設備故障診斷中，以常規檢測法、診斷備件替代法、參數檢查恢復法、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。建議吸收前期實踐經驗，遵循“先外部后內部”“先主機后電氣”“先靜態后動態”原則，劃分出硬件故障、軟件故障、干擾故障、次生故障（如參數故障、PCB板元器件故障、機械部位次生故障等）。然后，借助當前應用較多的SQL數據庫技術建立“故障范例庫”，當運維管理系統完成數據提取后，可以通過對比故障范例庫異常數據范圍，實現對故障的監測、預警、數據抓取與對比，并在確定故障類型后，分門別類進行針對性處理（如圖1）。

圖1 數控設備故障智能診斷流程示意

4 結語

總之，數控設備在制造業企業中發揮著重大作用，在新時期高質量發展階段，應持續增強對此類設備的日常運維管理工作。結合上述分析可以看出，數控設備技術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，擴大了其作用及其應用范圍。另外，當前制造業企業在追求生產效率、追求綜合效益方面邁出了較大步伐，需要進一步深化日常運維管理內容，制定綜合舉措。建議吸收前期實踐經驗，一方面，增加人、機、技、材、錢等要素配置；另一方面，則結合數控設備常見故障，制定行之有效的檢查、監測、診斷、處理措施，全面提升數控設備的使用效果。