英格索兰:CAXA数控车间解决方案的顶层应用

2008-08-27    作者:    来源:caxa

公司简介

英格索兰(Ingersoll Rand)有着悠久而成功的历史。自1871年公司成立以来,英格索兰就已经成为建筑机械和工业设备等产业领域的领头羊。如今,英格索兰已发展为一家全球性多元化的工业企业,致力于为食品与其它易腐货物的运输和保存、家庭和商业财产的安全方面提供产品、服务和解决方案,并促进工业生产力与效率的提高。

1996年5月,英格索兰(中国)投资有限公司成立。现在,英格索兰将继续拓展在中国这个极其重要且不断成长的市场中的参与,并坚持不懈地为客户提供多样化的产品和服务。目前,公司在中国拥有4600名员工。

解决方案项目综述

2007年,英格索兰(常州)决定与北京数码大方科技有限公司(以下简称CAXA)合作,一起完成“数字化车间”项目。

这个项目的宗旨是为了提高英格索兰(常州)现有数控车间的生产效率。每个企业的领导都希望能够通过合理的手段提高企业的生产效率,而这是一个综合性的问题,包括了从生产计划的合理定制到计划按时完成的全过程控制。其中,数控设备的工作效率是这个环节中的重中之重,它是保证生产计划按时完成的基本条件。所以,如何提高数控设备的工作效率是每个企业领导必须关心的问题。

在现有的数控车间的解决方案中,数控设备的生产效率是依据数控设备的工作状况计算出来的,它的基础数据来源于实际生产过程。也就是说,企业的领导只有看到了数控设备的实际工作状态才可以真正了解设备的生产效率。实际的生产数据可以通过多种方式获得,在CAXA数控车间解决方案中,一共提供了五种获得实际数据的方法,根据英格索兰(常州)的数控设备情况,在这个项目中,采用了其中的两种方式:串口宏程序和网口采集。本文将在后面篇幅中具体论述这两种方式的具体实施过程。

信息采集与分析主要包括以下几类

1.加工(零件)信息分析

每个零件全部加工完成需要的实际时间

实际完成任务的进度

2.机床设备信息分析

机床的开机率

机床的实际加工时间

主轴转速

进给速度

3.机床非正常工作状态信息分析

机床保养

机床报警及维修

4.加工相关信息分析

刀具寿命管理

量具、夹具管理

各个班组操作工的任务管理(任务分派、统计)

文档管理(派工单、工艺文档等)

要准确得到以上分析结果,基础的分析数据必须是系统自动采集的实际加工信息。在这个过程中,应尽量避免人为干预,以免造成数据的不准确。

实现数据采集的方法

目前已经实现的数据采集的方法有很多种,每种方式各有不同的实施方法,一般是根据数控设备状况的不同,匹配不同的硬件及软件解决方案。英格索兰(常州)的设备中有一部分是具有串口传输的FANUC和MITSUBISHI系统,对于这些系统直接采用串口宏程序的采集方式实施。另一部分是具有网络传输功能的数控系统,可以直接采用网口采集的方式,以下分别叙述。

1.采用宏程序的方式

采用宏程序的方法是在零件的加工代码中增加信息反馈宏指令,利用机床可以自动执行宏指令的特性完成信息采集。这种方式适用于具有反馈宏指令的数控系统,例如FANUC、MITSUBISHI、HAAS等。

具体实现方法是:在零件的加工代码中增加执行“串口打印”命令的宏指令,如DPRNT命令(下图所示),当机床加工到程序的宏指令时,机床会自动执行DPRNT的命令,将DPRNT指令后面的信息输出到机床的RS232口,这部分信息通过底层的网络传输到CAXA网络DNC的通信模块,系统自动识别该信息并将记录保存在系统的数据库中。英格索兰(常州)使用的是SQL Server数据库,CAXA还支持其它数据库如ACCESS、Oracle。

上图中反色的部分是串口打印命令在程序中的实例,其中,在CAXA网络DNC通信模块中的系统设置接收指令起始字符为“Q”,接收指令终止字符为“V”、指令内容分割字符为“*”, 数控系统的串口打印命令为“DPRNT”,则反馈的通用格式定义如下:

DPRNT[Q6*提示信息1*提示信息2*提示信息3*提示信息4*提示信息5*提示信息6*状态V]

提示信息1:字符串,256位

提示信息2:字符串,128位

提示信息3:字符串,32位

提示信息4:数字(双精度浮点),32位

提示信息5:字符串,32位

提示信息6:数字(双精度浮点)

状态:数字(整形)

CAXA在系统中规定了提示信息1-6中内容的格式及字长,用户按照这个格式来定义需要反馈的任意信息。一般来说,提示信息1中存放当前加工的“零部件号”,提示信息2中存放当前“程序号”;提示信息3和4、5和6分为两组,分别存放需要反馈的内容名称和内容值。例如,提示信息3中为“T”,提示信息4中为数值“5”,这一组的含义既为:“第5号刀具”。提示信息5中为“L”,提示信息6中为“30”,那么这一组的含义为“长度补偿L值为30”。

如果反馈的指令是:DPRNT[Q6X-001-003*MPF0012*T*5*L*30.18*8V]的含义是:当前加工的零部件号为X-001-003,程序号为MPF0012,当前开始调用第5号刀具,长度补偿值为30.18。

下图是英格索兰(常州)机加车间一台三菱的床子反馈回CAXA网络DNC的实验数据:

除以上部分,反馈信息中还包括:序号、机床ID、机床名、机床IP、反馈时间,这些信息是自动反馈并记入数据库中的。其中,“机床ID、机床名、机床IP”由系统自动提取CAXA网络DNC通信模块中设置的对应项的值反馈回数据库,“反馈时间”为网络DNC通信服务器的系统时间。

2.具有以太网络传输功能的机床信息采集

英格索兰(常州)有部分机床是具有以太网络传输功能的数控系统,对于这部分数控系统的信息采集,可以采用CAXA网络采集模块来实现。

用户在网络采集模块中配置机床的相关信息,系统可以自动采集机床的开关机时间、加工程序的名称、刀具使用情况、工件名称、主轴负荷、进给速度、报警信息、机床状态等等。

英格索兰(常州)“数字化车间”项目实施的层次

CAXA在英格索兰(常州)的数字化车间项目实施从低到高分为几个层次:

1.联网——数控设备联网,这是英格索兰(常州)数字化车间解决方案的物理层,是方案实施的基础。通过“联网”,将企业原来孤立的数控设备接入到企业的网络中,将设备加工的代码在网络上实现传输、管理。

2.采集——数控设备的信息采集,这是解决方案的第二层。有了底层的联网,再通过相应软件及硬件的配合,我们就可以了解设备的更多信息。英格索兰(常州)项目的信息采集采用两种形式:串口反馈和网口采集。通过搭建底层的网络,企业的数控设备的工作状态、报警信息、刀具使用状况等等都可以在网络上实现传输。企业领导由此可以实时了解各个设备的具体情况,掌控整体生产情况,合理安排生产计划。下图是机加车间部分数控设备的实时信息统计。

3.管理——企业的生产信息/设备信息统计回来之后,我们得到了一系列数据,这些数据大多是多台数控设备混杂在一起的,而且是各种信息混合在一个数据库中。企业的上层领导其实并不关心这些孤立的数据,而是要了解数据统计分析的结果。所以,采集回来的数据还必须经过统计和分析,形成各种报表或图表,供企业领导察看。

4.优化——企业的领导只有充分了解了企业的生产状况才能对现有的生产计划做出优化。CAXA数控车间解决方案用实际的加工数据作为统计依据,代替以往人为统计生产情况的方式,以减少出错环节。而且,所有的数据都是从数据库中提炼出来的,所有的数据来源是上下连贯的,都是可追溯的。企业的领导随时都可以了解目前的生产状况,对于不合理的环节,可以迅速调整。

 

英格索兰(常州)“数字化车间”项目实施的效果

英格索兰(常州)“数字化车间”项目的实施也是从基础的联网开始的。实施第一步,CAXA的工程师在英格索兰(常州)机加单元和装配单元的数控设备上进行布线联网,安装智能终端设备,将企业的底层网络平台搭建起来。实施完成之后的效果非常明显。以前,操作工需要在机床上用手工进行代码输入,或者是用软盘(U盘)拷贝加工代码。这两种方式都会造成数控设备使用时间大量浪费而且代码出错率极高,因为机床长期在加工车间中,键盘上有油污,按键也不是很好用,操作工手工输入代码之后必须认真校验才可以开始加工。还有部分大程序是操作工使用软盘或U盘拷贝,这就需要操作工在工艺室和车间之间跑来跑去,浪费很多时间,而且软盘频繁使用也很容易损坏。通过CAXA的工程师布线联网之后,每台数控机床以独立的IP地址接入英格索兰(常州)的局域网内,加工代码全部在网络上传输,操作工只需要在机床上输入简单命令,就可以调用到需要加工的代码,代码的传输迅速而且准确,大大提高了数控机床的使用效率,对提高企业的生产效率起到关键性的保障作用。

当底层的联网实现了对数控设备的物理链路连接之后,CAXA网络DNC系统就可以拓展到对于数控系统的信息采集层面,进而可以根据采集回的信息分析出企业领导关心的生产效率问题。这是英格索兰(常州)“数字化车间”项目的实施的第二步。通过本文叙述的两种采集方法,将联网的数控设备的工作状态、加工零件名称、起始和结束加工的时间点等信息反馈回数据库,再通过CAXA的软件对这些数据统计分析,以报表或图表的方式展现在负责生产计划的企业领导面前,企业的领导就可以根据这些图表了解数控设备的生产状况,从而对生产中的非正常状况及时做出相应反应,调整生产计划,以最快的速度解决问题。以前,英格索兰(常州)的设备信息由车间工段长人为统计,数据的准确性没有保障,而且主管生产的领导需要过一段时间才能得到相应的统计数据,设备的报警或维修也不能及时处理,延误了生产。而当领导追查没有按期完成生产计划的原因时,经常出现互相推诿的情况,责任不好判定。在CAXA的数控车间解决方案实施之后,所有的采集数据来源于设备自动反馈,减少了人为参与的过程,而企业的主管生产领导随时可以了解数控设备的生产状况,机床已经加工的零件数量是根据设备反馈的数据实时统计的,数据准确可靠。企业的主管领导可以随时根据这些实时数据调节每台设备的生产计划,从而保证整个车间的生产计划得以按时完成。

从英格索兰(常州)“数字化车间”整个项目来看,CAXA数控车间解决方案的实施效果是非常明显的,从底层的联网到数控设备的信息采集与统计分析的整体应用在英格索兰(常州)这个项目中起到促进生产、提高数控设备使用效率的作用。CAXA数控车间解决方案是一套完整的企业车间信息化解决方案。一般企业的项目实施都是从底层的联网开始,之后逐渐扩展到应用层的数据采集与统计分析,进而给企业的生产优化提供实际数字依据,最终目的是提高车间的生产效率。

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