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基于数控机床实时数据采集的OEE计算方法研究

陈冉升,叶文华

(南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏南京210016)

摘要:设备停机时间、开动时间、有效运行时间和产量等车间现场数据是设备综合效率(OEE)计算分析的基础。在使用OEE分析设备效率损失时,设备停机时间是首先关注的因素。然而,要准确记录数控机床的停机时间和机床使用过程中的换料换刀等短暂状态的时间通常比较困难,从而造成设备时间损失分析存在偏差。针对这一问题,通过应用数控机床实时数据采集系统来准确获取机床状态数据,提出了一种应用实时状态数据进行OEE计算的新方法。该方法能够客观方便地分析设备的效率损失,并弥补了设备综合效率和设备完全有效生产率在瓶颈设备分析上的不足。

关键词:设备综合效率;设备完全有效生产率;实时数据采集;停机损失

中图分类号:TG659文献标识码:A文章编号:1672-1616(2008)17-0058-05

设备综合效率(Overall Equipment Effective-ness,OEE)是全面生产维护(Total Productive M aintenance,TPM)的重要组成部分,它能够全面地反映设备的有效利用率,并通过时间损失分析为改善生产模式提供必要的信息[1]。然而不同企业间生产设备的使用管理要求有所不同,并且OEE 在实际生产中将与班次、员工、设备、产品规格等各种生产数据紧密联系,而这些数据的采集涉及生产过程的众多部门,所以我国各企业中没有普遍采用OEE指标。另外,各企业采用的生产数据采集方式也有所不同,有些企业采用人工数据采集,有些企业则采用自动数据采集,这将直接影响OEE分析的准确性。目前国际上通行的做法是运用企业制造信息化技术并采用设备综合效率和设备完全有效生产率(Total Effective Equipment of Produc-tion,TEEP)2个指标来全面衡量设备的效率发挥情况,找到影响生产效率的瓶颈,并对其进行跟踪和改进,最终达到提高企业生产效率的目的。

1O EE和T EEP的定义

在批量生产中,一般每台生产设备都有理论产量,要实现这一产量必须保证生产过程中没有任何时间损失和质量损耗。但是,由于车间设备在实际使用过程中常常会受到各种因素的影响,使得设备不能达到最大有效利用率,从而导致实际产量与理论产量之间存在一定的差距[2]。国际上习惯采用OEE指标来反映设备实际生产能力与理论生产能力之间的差别,即OEE=可用率@性能指标@质量指数=(设备实际运行时间/计划生产时间)@ (有效生产时间/设备实际运行时间)@(有价值生产时间/有效生产时间)=有价值生产时间/计划生产时间=(合格产品数量@单件理论生产时间)/计划生产时间。

通常企业定义:计划生产时间=总日历工作时间-计划停机时间;设备实际运行时间=计划生产时间-非计划停机时间-设备准备和调整时间;总日历工作时间是指在一定期间内作业单位的出勤时间中与机器的运转与否无关但要支付工资的时间,例如平常正常出勤8h(480min),而且对于生产计划上的特勤加班追加的情况也适用;计划停机时间是指计划内的非工作时间,比如年修、定修等;非计划停机时间是指设备因故障或事故造成的停机时间;设备准备和调整时间是指设备在生产准备时,包括更换产品、更新工装模具、更换刀具等所耗费的时间。在OEE计算分析时不将计划停机时间列入时间损失范围,从而主要反映设备的6大时间损失[3]:(1)设备故障;(2)准备和调整时间;(3)空转和短时间停机;(4)生产速率下降;(5)试生产造成的产量损失;(6)正常生产中的缺陷产品损失。如图1所示。

收稿日期:2008-07-07

作者简介:陈冉升(1983-),男,湖南衡山人,南京航空航天大学硕士研究生,主要从事制造信息化技术方面的研究工作。

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图1 OEE 与6大损失的关系

但是当这些企业遇到计划停机以外的外部因素,如无订单,停水、电、气、汽,停工待料等因素造成停机损失,常不知把这部分损失放到哪部分去计算。有人把它们列入计划停机,但它们又不是真正意义上的计划停机,如果算作故障停机,但又不是设备本身故障引起的停机[4]。因此,又有学者针对这些企业将所有造成设备停机的因素(包括设备检修保养和非设备因素停机等)均列入时间损失范围,对OEE 进行了一定的修正,提出了TEEP(设备完全有效生产率)的计算公式,从而将6大损失扩展为8大损失。T EEP 的计算公式如下:

T EEP=设备利用率@OEE 其中:设备利用率=(总日历工作时间-计划停机时间-非设备因素停机时间)/总日历工作时间。从而可以看出TEEP 的实质意义为总日历工作时间内实际生产的合格产品数量与理论上可达到的最大生产数量的比值。

由于用总日历工作时间做分母,因而TEEP 指标从全企业的范围来评价设备的效率情况,这对于由于盲目新增设备导致的产量不平衡、辅助动力部门设备管理情况、整个维修团队计划维修效率和频率执行情况等,都可以很好地进行评价[2]

,如图2

所示。

图2 OEE 和T EEP 的关系图

2 2种OEE 原始数据采集的方法

2.1 手工记录

这种方法是指车间工人或数据记录员将生产设备的工作情况,包括停机时间、故障情况、故障维修、产品加工情况等手工录入到预先设定的各类生产报表中,然后使用MS Ex cel 等数据分析工具或者结合数据库的OEE 分析软件对其进行OEE 统计分析[5]

。

有些未建立信息管理系统的企业采用纯手工录入,而有些已经运用ERP 和MES 等信息化管理软件的企业进行计算机辅助录入。但2种录入方式的OEE 报表数据均来源于人工记录数据,故二者没有本质的区别。而一般采用手工记录方式的企业要求员工一边完成自身生产任务一边对设备状态数据进行监控记录,这样的方法对生产人员而言是一种额外的负担,因此员工往往凭借经验对某台设备的各种状态时间用平均值记录,甚至忽略短暂的设备调整时间、待料和换料时间等。

由此可以看出,这种生产数据手工记录方法在实际操作过程中,生产数据容易受到员工主观意识影响产生记录偏差,另外在将生产现场获取的数据输入到计算机上时也容易产生一定的输入误差,从而造成记录的生产数据与实际生产数据间存在较大差异,影响OEE 计算分析的准确性。

2.2 自动记录

自动记录通常是指通过数据采集、数据存储和数据处理等装置,可以实时准确地记录设备各种状态所处的时间,并自动对生产数据进行统计分析[6]。

其中数据采集模块主要是通过数据采集装置获取反映设备状态的开关信号,然后将开关信号转化为状态数据,方便计算机保存处理;数据存储模块主要是将数字信号保存到数据库中,为生产数据

分析提供依据;数据处理模块主要是对数据库中的生产数据进行包括OEE 在内的各种分析,形成各

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类报表。

采用这种方式得到的生产数据受人为因素影响小,从而避免了手工记录时产生的记录偏差和输入误差。同时也可以对OEE 进行方便准确的分析,及时生成OEE 分析报告,包括设备停机时间、停机原因、维修情况、有效生产时间等内容,从而容易找到低效率设备并对症下药。下面对基于自动记录数据采集方式的OEE 方法进行研究。

3 基于机床实时状态数据的OEE 计

算方法研究

3.1 机床实时状态数据采集系统

在批量生产中,数控或自动化生产线可实现实

时状态数据的采集,而基于机床实时状态数据的OEE 计算方法研究也需要机床实时状态数据采集系统的支持。结合OPC(OLE for Process Control,用于过程控制的OLE )技术并外接PLC (Pro -grammable Logic Controller,可编程控制器)组成的机床实时数据采集系统是一种新的机床实时状态数据采集系统。该系统由OPC 和PLC 数据采集、数据存储和OEE 计算分析查询3部分构成,如图3所示。

该系统对数控机床设备的整个采集过程为:当机床的状态发生变化时,如机床通电、开机、主轴启动、NC 程序运行等,电气柜中相应的继电器会产生电压变化,继而使PLC 输入模块信号发生相应的变化,此时OPC 服务器会采集到输入模块

的信

图3 基于机床实时状态数据采集的O EE 计算分析系统结构

号变化,OPC 客户端程序通过OPC 标准接口读取服务器变化的数据,根据信号状态分析出机床的状态,并将机床状态数据实时保存到数据库服务器中供OEE 计算分析查询使用。而OEE 计算分析查询模块采用B/S 结构,通过配置Web 服务器使客户端计算机可对所采集的机床状态数据进行查询、统计分析、计算与管理。同时,通过局域网可与M ES 系统数据库相连接,实现与MES 系统的数据集成。

3.2 设备状态的定义

当设备状态发生变化时,OPC 服务器会有数据变化通知客户程序数据实时采集装置,该装置对接收的数据进行初步处理,将机床的状态分为关

机、待机、手动、运行(自动加工)、换料、断电等6种状态,具体定义见表1。

表1 机床状态定义

机床动作

机床状态机床接通电源,电源指示灯亮(包括一切非断电情况)

关机机床电源指示灯亮,并按下开机按钮,而机床无运动

待机机床开机后,通过机床控制面板,手动调整机床运动

手动机床开机后,机床加工工件(主轴转动,程序运行)

运行(自动加工)机床开机后,机床更换加工零件或更换刀具

换料/换刀机床切断电源(包括正常关机和故障断断电

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数据实时采集装置将这6个相互独立的机床状态数据保存到数据库后,OEE 计算分析查询部分根据时间和班次对这些数据进行累计分析处理,得到具体时间段和班次内6种机床状态的时间。同时,又可将这6种状态时间分为机床断电和通电时间2大类,其中机床通电时间是机床关机、待机、手动、运行和换料5种状态的总时间,而机床断电时间即为机床断电状态的总时间。

3.3 OEE 计算新方法

虽然TEEP 方法已经将对生产能力的评测扩大到了总日历工作时间,但其设备利用率和可用率计算时均涉及到设备停机时间(包括计划停机损失、非设备因素停机损失和故障停机等),而造成停机的原因很多,所以仅靠设备利用率和可用率很难分析出低效率设备停机损失的原因。另外,在数据采集准确的前提下,OEE 和TEEP 的准确与否,还取决于理论加工周期的正确与否,并且在OEE 和T EEP 计算时,企业将一台设备生产产品的理论加工周期视为可以测量得到的一个定值。但往往理论加工周期受到各种因素的干扰不容易被确定,并且一般企业并非生产单一产品,需要对每种规格产品测定相应的理论加工周期,因而在实际操作中容易给企业带来很多不便。

根据数据实时采集系统的特点,本文提出了一种完全基于时间的OEE 计算方法。根据表1所示,按机床的状态可将总日历工作时间分为断电时间、关机时间、待机时间、手动时间、运行时间和换料时间(包括换刀时间)。而在机床关机、待机和断电3种状态中均可能包含机床停机时间。这样在不违背OEE 基本理论的前提下,可在总日历工作时间范围内将考虑停机损失的机床可用率和考虑生产速度损失的机床性能指标完全用机床状态时间来表示;而在分析质量指数时,可以通过MES 等外部信息系统调用产量数据或者完工报表来获取所需的合格品数和实际产量。于是与OEE 分析相关的指标有:停机损失指标、可用率、手动损失指标、换料损失指标、性能指数、质量指数等。主要公式定义如下:

停机损失指标=(断电时间+关机时间+待机时间)/总日历时间

手动损失指标=手动时间/(手动时间+运行时间+换料时间)

换料损失指标=换料时间/(手动时间+运行

时间+换料时间)

可用率=1-停机损失指标

性能指数=1-手动损失指标-换料损失指标质量指数=合格品数/实际产量

OEE=可用率@性能指数@质量指数=(运行时间/总日历时间)@(合格品数/实际产量)

其中,停机损失指标反映日历工作时间内的停机损失,包括一切断电停机和非断电停机事件,例如计划停机、设备故障停机和非设备因素停机(停水、停电、换班和员工例会停机等);手动损失指标反映生产准备和调整带来的损失,包括生产准备和设备调整时间等;换料损失指标反映设备空转和速度降低带来的损失,包括生产时机床处于非零件加工状态下的事件,例如换刀、换料和待料等;质量指数用来考虑质量的损失,主要反映没有满足质量要求的产品损失,包括返工品和废品。如图4所示。

图4 新OEE 计算方法与时间损失的关系图

这样在进行OEE 分析时,不仅避免了计算理论产量的不便,而且充分考虑了总时间内影响生产的全部时间损失,具体可分为断电损失、关机损失、待机损失、手动损失和换料损失等5大损失,例如机床操作人员在领用和搬运刀具、夹具或毛坯时造成机床待料或待机的时间过长,操作人员技术不熟练造成对工件手动调试时间过长等。此外,由于数据采集装置可以获得任何原因引起的机床停机、空转和空闲时间,那么一些在手工记录时容易被忽略的短暂换刀、换料、空转和空闲时间均被自动记录下来,使得OEE 分析更加准确。

然而实际操作过程中,虽然对机床进行OEE 比较分析,能找出制约生产线生产效率的瓶颈机床,但当瓶颈机床的时间损失主要反映在机床可用率上时,由于该方法的断电时间、关机时间和待机时间包含了各种停机损失,而单靠机床可用率来找出具体的停机损失原因较为困难,因此可将由断电时间、关机时间和待机时间组成的机床停机总时间分为计划停机时间(包括机床的年检、定检停机)、

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故障停机时间、非设备因素停机时间等3大停机时

间。其中,计划停机时间、故障停机时间数据分别可根据维修人员在设备维修单上填写的维修类别和维修开始结束时间获得,非设备因素停机则为除计划停机和故障维修之外的其余停机时间,最后3大停机时间均以各自在停机总时间中所占比例来表示相应的停机损失。这样针对瓶颈机床可用率较低的情况,可以方便地找出瓶颈机床的主要停机损失所在。

4 应用实例

基于数控机床实时数据采集的OEE 计算分析

方法已在某离散制造企业进行了应用。该企业需要对由28台数控机床组成的生产线进行监控和OEE 分析,督促车间管理者提高生产效率,同时让企业决策者了解生产线设备的实时状态。该系统采用如图3所示的总体结构,通过对数据库里包括关机时间、待机时间、换料时间、手动时间、运行时间和断电时间在内的生产数据做分析处理,可以结合不同时间段和生产班组信息得到较为全面客观的OEE,并在找到低效率机床之后可通过对该机床的计划停机时间、故障停机时间和非设备因素停机时间进行分析统计找到具体的停机损失原因。如图5,6

所示。

图5

机床日报表

图6 机床O EE 月报表

另外,系统具有系统管理、设备管理、状态数据管理和产量数据管理等模块,其中设备管理中包含设备检修功能,能查询到所有的停机时间段,从而方便设备维修人员填写包括停机开始时间、停机结

束时间、停机原因、设备检修部位、责任部门等在内的维修报表,并为分析低效率设备的停机时间损失提供依据;产量数据管理模块提供了班组完工单录入功能,班组长在交接班时可在完工单中填写当天该班组的实际产量、合格品数、废品数和材料损耗等信息,为OEE 的质量指数计算提供依据。

5 结束语

本文分析了传统的OEE 和T EEP 算法的区别,比较了人工记录与自动记录2种OEE 数据采集方法的优缺点,并在OEE 和TEEP 计算方法的基础上研究了基于机床实时状同数据的OEE 计算方法。该方法可以实时记录由各种原因引起的停机时间以及机床处于加工和非加工零件状态下的时间,从而避免了各种人为因素引起的OEE 计算误差,并能全面客观地反映机床效率损失。同时针对离散制造企业中产品理论加工周期难以确定的问题,提出了以机床状态时间和实际产量为依据的OEE 计算新方法,并且针对低效率机床提出了按计划停机、故障停机和非设备因素停机分类的停机损失分析法。本文所提出的方法已经在某离散制造企业得到应用与验证。参考文献:

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OEE Methodology Based on the Real -Time Data Acquisition of NC Machine Tool

CH EN Ran-sheng ,YE Wen-hua

(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Jiangsu Nanjing,210016,China)

Abstract:Calculation and analysis on overall equipm ent effectiveness (OEE)is based on w orkshop locale infor -mation,such as equipment dow ntime,starting time,the effective running time and production etc.M ean -w hile equipment dow ntime is the primary factors with OEE analysis of equipment efficiency losses.So it is

(下转第66页)

差别,所以该水印嵌入算法对顶点坐标所进行的修改对某些场合的应用而言是透明的。

在水印嵌入后的图形未受到攻击的情况下,按

照一定的水印检测算法对其进行水印提取,提取出的两组水印图像如图3所示。从提取出的水印图像可以看出,其和原始水印图像没有任何区别,它们之间的归一化相关度都为1。因此,在未受攻击的情况下,本算法可以完全提取出水印图像。同时该水印算法在嵌入50@20的二值水印图像时具有很好的透明性,水印对旋转、缩放、平移以及添加实体具有较强的鲁棒性,对删除实体攻击也具有一定

的抵抗能力。

图3 水印检测结果4 结束语

文中算法是通过对二维图纸的几何特征进行信息嵌入,必然会在一定程度上改变模型的形状,这在某些应用场合是切实可行的。但现在许多产

品,特别是高精度数字制造产品,不允许对产品的形状做丝毫的改变,因此在数字水印嵌入时只能利用图纸的重要特征,而不能修改图纸的这些特征[8]。如何利用AutoCAD 图纸中的扩展属性作为数字水印的宿主载体,实现图纸的版权保护是我们今后进一步研究的课题。参考文献:

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Application of Digital Watermarking in C opyright Protection of Engineering Drawing

WANG Dan-mei

(NARI Group,Jiangsu Nanjing,210003,China)

Abstract :Throug h analysis of the characteristics of discrete w avelet transform,it proposes the 2d vector g raphics w atermarking algorithm based on discrete wavelet transform.The algorithm w ithdraw s the vertices and generates some sequences from the 2d vector graphics.The sequences are transformed into different spa -tial and frequency coefficients based on discrete w avelet transform.The algorithm embeds the digital w ater -marks into the 2d vector graphics by modifying the w avelet magnitude coefficients,which enables the trans -formed 2d vector graphics to have enoug h precision.Finally,experiments show the good imperceptibility and robustness under the attacks.

Key words:Copyright Protection;Digital Watermarking;2D Vector Graphics;Wavelet Transform

(上接第62页)

difficult to record the downtime and short-term status time of the NC machine tools,w hich brings on the deviation of the equipment efficiency loss.In order to solve this problem,the accurate data and new methodo-l ogy for calculating OEE are followed w hile applying real-time data acquisition system of NC machine tools.T he m ethod can objectively and simply analyze the efficiency losses of equipment,im prove the method of OEE and TEEP analysis on bottleneck facilities.

Key words:Overall Equipment Effectiveness;Total Effective Equipment of Production;Real-T ime Data Ac -quisition;Dow ntime Losses

FANUC数控系统的机床数据采集

FANUC数控系统的机床数据采集 (2012-05-24 14:13:55) ▼ 分类：机床数据采集及监控标签：发那科 fanuc 数据采集 0i 16i 18i 同西门子数控系统一样，日本发那科（FANUC）生产的数控系统是全球数控机床上装备的主要的系统之一。从上世纪70年代以来，其生产的系统种类较多，较常用的如早期的FANUC 0/6/15/18系统等，后随着数字驱动技术和网络技术等技术的发展，又推出了i系列的系统，如FANUC 0i/15i/16i/18i/21i/31i等数控系统。早期的FANUC系统开放性差，通常使用宏程序和硬件连接方式进行数据采集，但采集的数据比较少，而且实时性差，对加工和操作带来影响。但这类系统目前已逐渐淘汰，使用量比较小。在i系列数控系统中，由于配置的不同，则可使用不同的方法进行数据采集。在配有网卡的数控系统中可利用FANUC系统的数据服务功能实现数据采集。在FANUC的许多系统中网卡都是选件，而在最新的系统上，网卡逐渐变成了标准配置，如FANUC 0i-D等。制造数据管理系统MDC对于具有以太网的FANUC数控系统，可采集的数据量也非常多。典型的数据包括： –操作方式数据：手动JOG、MDA、自动、编辑等 –程序运行状态：运行，停止，暂停等 –主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态 –进给数据：进给速度、进给倍率 –轴数据：轴坐标，轴负载 –加工数据：当前执行的程序号；当前使用的刀具 –报警数据：报警代码、报警和信息容所有数据均实时后台采集，不用任何人工干预。制造数据管理系统M对于不具有以太网的FANUC i系列的数控系统，也可采集大量的数据。典型的数据包括： –操作方式数据：手动JOG、MDA、自动、编辑等 –程序运行状态：运行，停止，暂停等 –主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态 –进给数据：进给速度、进给倍率

数控机床数据采集系统

数控机床数据采集系统功能开发说明书中江联合(北京科技有限公司 2011年9月目录概述 (3 一、架构说明 (4 二、功能描述 (4 1、启动界面 (4 2、主界面介绍 (4 3、机床树操作 (9 4、图表展示 (11 三、开发要求 (15 1、软件协议 (15 2、所需硬件 (15 3、开发环境 (16 4、开发周期 (16 概述

随着大规模工业生产的演进,数控设备上监控技术的重要性逐步被人们认知,而无论是生产管理、零件管理、设备管理、订单管理、还是企业决策,都离不开对现场生产情况的及时把握。由于设备本身的通讯限制,反映生产情况的传统方式还是通过人工记录、汇报和整理来完成;同时,电脑管理的手段,也往往因为相互通讯规格不完善或不匹配等原因,造成相同数据的反复输入输出,导致时效性不强、人力和财力的双重浪费。本资料简单描述了目前国内数控机床数据采集的方式和功能,可以提供给开发人员进行采集软件开发,也可以结合上层模块(MES做综合补充。数控机床采集分为网卡采集和硬件采集。网卡采集是通过数控系统厂家提供的接口协议来做二次开发;硬件采集是在机床电器柜中添加传感器来达到采集效果。那么在做开发之前就必须要购买这些接口协议和硬件。这里不是所有网卡机床都能进行网卡采集,目前能进行网卡采集的数控系统为FANUC0i系列、SIEMENS840D、HEIDENHAIN Tnc530三种系统,至于MITSUBISHI、MAZAK、OKUMA等网卡系统目前厂家没有提供接口协议或还没有开放,所以只能采用硬件方式采集。从目前国内数控机床数据采集软件分析来看,功能基本上都是采集开关机、机床状态、报警信息、主轴功率等信息,在采集的过程中把这些信息写入数据库再加以分析,给客户展现出各种效率图表。下面就具体说明采集软件的功能。一、架构说明 1、系统采用B/S架构,服务器端负责参数设置、访问数据库、人员权限配置、统计分析等操作。 2、客户端上只是浏览机床的状态图、各种效率报表曲线、报警等信息。二、功能描述

数控机床在线监测技术

数控机床在线监测技术数控机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测也称实时检测，是在加工的过程中实时对刀具进行检测，并依据检测的结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序来控制。闭环在线检测的优点是：能够保证数控机床精度，扩大数控机床功能，改善数控机床性能，提高数控机床效率。一、数控机床在线检测系统的组成数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中，系统结构如图1所示。图1 计算机辅助在线检测系统组成数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成： (1)机床本体机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。 (2)数控系统目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。

(3)伺服系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。 (4)测量系统测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，如图2所示。它们用于数控车床、加工中心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。图2 雷尼绍RMP60无线电式测头 (5)计算机系统

DNC数控机床联网数据采集解决方案

DNC数控机床联网、数据采集解决方案苏州摩恩信息技术有限公司

1.DNC的概念 DNC(Distributed Numerical Control)称为分布式数控，是数控机床联网专业术语。DNC数控机床联网解决方案对车间的加工设备进行有效的整合，提高了设备的利用率，减少了机床的辅助时间；实现车间的资源与信息透明化，降低了管理成本及管理难度，解决了过去对设备无法掌控的被动局面。帮助企业有效的优化生产、提高人员工作效率、增强各部门间的协同能力，最终实现企业经济效益的同比显著增长。 2.DNC数控机床联网解决方案 DNC服务器是负责与通讯相关的所有活动的中央数据应用程序，它主要和机床的串口/网口进行通讯，处理机床发送的命令，自动查找匹配的数控程序发送给机床，服务器端实现无人值守，加强了

编程部门和车间设备的连接，使您不再使用CF卡或者U盘满车间跑，逐个机床拷贝程序，编程员只要将编制好的数控程序放在指定的目录即可，操作员只要在机床面板上直接调用相关的数控程序即可，一切变得如此简单。 DNC服务器功能介绍： 1) 一台DNC服务器可管理256 台机床。更新许可证即可增加机床。 2) 批量从机床到电脑上传数控程序和批量从电脑到机床下载数控程序。 3) 自动备份，当机床上传的文件与服务器重复时，自动备份。方便数控程序管理。 4) 操作人员在机床控制面板前就可以完成各种操作，包括查看电脑目录中的数控程序、大小、修改时间等，完成程序的发送与接收，进行双向通讯，无需来回跑动。 5) 所有联网机床可以同时进行双向通讯，互不干扰，支持同时做DNC在线加工。 6) 远程查看服务器程序目录，只要在机床上发个命令就可以查看服务器上目录下面的程序名，程序大小，最后修改日期等。 7) 循环呼叫，在进行批量DNC加工时，实用改功能只要呼叫一次程序即可，换工件后直接进行加工。 8) 呼叫批处理，通过该功能，用户可以直接在机床端，通过修改控制程序中的一行程序，调用电脑上的一批NC程序。

MDC机床监控与数据采集解决方案

工业物联产品设备联网· 数据采集· 产线监控· 智能运维

MDC机床监控与数据采集系统（国内自主知识产权产品） MDC是一套实时的机床数据采集系统，是领先的机床监控与数据采集系统。MDC 提供强大的机床数据实时采集功能，可以显示所有机床的实时状态以及生产完成情况。MDC可提供强大的数据分析能力，可以给您提供机床利用率、机床故障分布等上百种统计图表，可准确地分析出各种生产瓶颈原因、预测机床故障趋势等。 MDC 具有良好的集成性，提供数据库（Mysql、Sqlserver、Oracle）及MQTT 对接方式，可与MES/ERP/工业互联网平台等系统完美集成，为MES/ERP 系统提供实时的生产完工信息，使您的计划更准确、措施更科学。通过 MDC（设备数据采集）实现设备运行数据实时自动采集、存储，实时反馈设备开关机状态、报警信息、当前加工程序、转速、进给、倍率、负载功率、坐标、刀具信息等信息。为车间科学安排生产计划、采取正确措施提供准确、可靠的数据基础。 ●实现对局域网内每台设备的工作负荷、运行时间统计、按照不同的周期，对设备开机时间、有效加工时间、停机时间、故障时间等进行列表和图形化统计。 ●通过自动采集设备的工作状态，并对故障信息、运行信息进行监控分析，为设备部门做出科学有效的保养计划提供基础数据。 ●自动采集设备状态数据，通过系统的业务分析，对设备的违规操作及设备维修做出预警。一、设备采集网络架构

机床数据采集提供了多种采集方式 1、采集网关（双网卡）一对一方式：采集网关直接采集数据通过网卡或者4G与第三方系统对接，提供MQTT方式对接。应用：机床制造商、工业互联网平台采集、第三方采集平台购买网关对接，适合批量业务，系统单一。 2、局域网MDC系统采集通过工控机或者服务器电脑安装MDC采集软件，通过局域网连接机床设备，采集机床数据。应用：机械制造加工设备、生产线购买MDC软件，按设备数量授权使用。数据库接口：数据库（Mysql、Sqlserver、Oracle），提供表定义及边缘计数 MQTT接口：提供对接协议解析其它接口：提供定制化服务数据采集网络示图二、M DC数据采集兼容性

数控机床状态和数据实时采集及分析

数控机床状态和数据实时采集及分析在制造企业数字化工厂的方案设计中，SFC底层数据管理对企业工厂信息化平台的支撑是必不可少的。对于已经具备ERP/MRPⅡ/MES/PDM等上层管理系统的企业来说，迫切需要实时了解车间底层详细的设备状态信息，而盖勒普MDC系统是绝佳的选择。 MDC是一套用来实时采集、并报表化和图表化车间生产过程详细制造数据的软硬件解决方案（Manufacturing Data Collection & Status Management，简称MDC）。在上世纪90年代初，盖勒普最早把MDC以精益制造管理理念及解决方案引入中国，基于全球20多年的技术沉淀和国内近14年的本地应用，真正助力中国离散制造企业的数字化制造集成生产管理落地。盖勒普MDC通过多种灵活的方法获取生产现场的实时数据，结合近100种专用计算、分析和统计方法，直观反映当前或过去某段时间的生产状况，帮助企业生产部门通过反馈信息做出科学和有效的决策。作为生产管理平台（SFC）的重要系统之一，与ERP\MES等系统可实现高效集成。 MDC可以解决如下问题： 1.当前设备是正在加工中、故障还是空闲？ 2.设备停机的原因是什么？ 3.设备停机时间内耗费的成本是多少？ 4.产量是由于哪些原因下降？ 5.谁在进行零件的生产？哪一班组？生产绩效？ 6.生产设备是怎样被利用的？ 7.哪些生产环节可以被改善？ 8.工厂设备现有的生产能力是多少？等等以上所有问题的答案都可以在任何一台MDC系统终端上显示。此外，MDC系统还能够直观反映当前或过去某段时间的设备状态，使企业对工厂的设备状况一目了然。MDC 主要功能如下：一、强大的设备状态采集盖勒普MDC系统提供了与各类设备PLC通讯的数据采集接口，支持Siemens、Fanuc、Heidenhain、Hurco、Mazak、Okuma、Mitsubishi等基本上所有型号的控制系统。对于非数控设备也提供了多种采集方案，针对焊接机、热处理炉、注塑机、温控及测试测量设备等都可以实现组态联网。MDC系统的这一全球领先和实用的集成化技术，将帮助企业在工厂的网络化和数字化管理方面在达到一个新的高度。

FANUC数控系统的机床数据采集

F A N U C数控系统的机床数据采集(2012-05-24 14:13:55) 转载▼ 分类：机床数据采集及监控标签：发那科 fanuc 数据采集 0i 16i 18i 同西门子数控系统一样，日本发那科（FANUC）生产的数控系统是全球数控机床上装备的主要的系统之一。从上世纪70年代以来，其生产的系统种类较多，较常用的如早期的FANUC 0/6/15/18系统等，后随着数字驱动技术和网络技术等技术的发展，又推出了i系列的系统，如FANUC 0i/15i/16i/18i/21i/31i等数控系统。早期的FANUC系统开放性差，通常使用宏程序和硬件连接方式进行数据采集，但采集的数据比较少，而且实时性差，对加工和操作带来影响。但这类系统目前已逐渐淘汰，使用量比较小。在i系列数控系统中，由于配置的不同，则可使用不同的方法进行数据采集。在配有网卡的数控系统中可利用FANUC系统的数据服务功能实现数据采集。在FANUC的许多系统中网卡都是选件，而在最新的系统上，网卡逐渐变成了标准配置，如FANUC 0i-D等。制造数据管理系统MDC对于具有以太网的FANUC数控系统，可采集的数据量也非常多。典型的数据包括： –操作方式数据：手动JOG、MDA、自动、编辑等 –程序运行状态：运行，停止，暂停等 –主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态 –进给数据：进给速度、进给倍率 –轴数据：轴坐标，轴负载 –加工数据：当前执行的程序号；当前使用的刀具 –报警数据：报警代码、报警和信息内容所有数据均实时后台采集，不用任何人工干预。制造数据管理系统M对于不具有以太网的FANUC i系列的数控系统，也可采集大量的数据。典型的数据包括： –操作方式数据：手动JOG、MDA、自动、编辑等 –程序运行状态：运行，停止，暂停等 –主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态 –进给数据：进给速度、进给倍率

机床监控与数据采集系统

机床监控与数据采集系统一、应用背景如何准确统计机床利用率、如何提高机床利用率，如何从海量数据中分析出制约生产的瓶颈？随着计算机技术、网络技术日益普遍应用，网络进入制造中心已是一种趋势。数控机床走向网络化、集成化，帮助企业实现制造信息化、自动化，推动企业进入科学化的量化管理、提质增效、提高企业整体竞争力已成为数控机床发展方向。 “MDC机床监控与数据采集系统”是机床数据采集系统和机床数据分析处理系统的集成，具有数据采集，机床监控，数据分析处理，报表输出等功能，主要用于采集数控机床和其他生产设备的工作和运行状态数据，实现对车间机床的利用率、空闲率、报错率、零件生产量等情况的监视与控制，并对采集的数据进行分析处理，生成相应的报告，为公司领导层开展科学化的量化管理提供数据支持和决策依据，做出针对性的管理措施，提高企业的生产效率。二、功能： 1、实时获取设备状态及加工信息管理人员只需在办公室即可直观、快速了解现场车间所有设备的运行状态（关机、运行、待机、空运行、调试、故障）、产量、稼动率以及加工参数信息（主轴倍率、主轴转速、进给倍率、进给速度、温度、电流等）加工进度等实时监控。

2、各项数据多角度分析呈现能够把采集到的数据按机床、时间、开机率、利用率等条件，以饼图、柱图、折线图、统计表格等多种方式统计、分析数据，并可以输出为EXCEL文档。报表内容包括设备状态、加工产量、设备用时、调机用时、设备报警、设备稼动率、操作人员达成率、工单完成率等报表数据，可根据操作工、设备、班次等信息，按班次、日、周、月、季、年进行报表导出。

3、移动端应用设备数据远程实时监控管理人员通过移动端随时掌握生产现场情况，包括加工进度、任务完成情况、设备运行状态及设备运行效率等状况，现场问题及时获知和处理，降低管理成本。

数控机床数据采集系统.

欢迎阅读数控机床数据采集系统功能开发说明书中江联合(北京科技有限公司 2011年9月目录概述 (3 1 2 3 4 1 2 3 4 概述随着大规模工业生产的演进,数控设备上监控技术的重要性逐步被人们认知,而无论是生产管理、零件管理、设备管理、订单管理、还是企业决策,都离不开对现场生产情况的及时把握。由于设备本身的通讯限制,反映生产情况的传统方式还是通过人工记录、汇报和整理来完成;同时,电脑管理的手段,也往往因为相互通讯规格不完善或不匹配等原因,造成相同数据的反复输入输出,导致时效性不强、人力和财力的双重浪费。

本资料简单描述了目前国内数控机床数据采集的方式和功能,可以提供给开发人员进行采集软件开发,也可以结合上层模块(MES做综合补充。数控机床采集分为网卡采集和硬件采集。网卡采集是通过数控系统厂家提供的接口协议来做二次开发;硬件采集是在机床电器柜中添加传感器来达到采集效果。那么在做开发之前就必须要购买这些接口协议和硬件。这里不是所有网卡机床都能进行网卡采集,目前能进行网卡采集的数控系统为FANUC0i系列、SIEMENS840D、HEIDENHAIN Tnc530三种系统,至于MITSUBISHI、MAZAK、OKUMA等网卡系统目前厂家没有提供接口协议或还没有开放,所以只能采用硬件方式采集。 1 2 1 统。图1 2、主界面介绍主要包括菜单、工具栏、机床树、各种图表展示,如图2所示。下面就每个菜单一一说明。图2

系统菜单,包括“登录、注销、锁定、解锁、退出”五个功能。登录:退出系统,重新登录,用于更换身份。注销:注销当前用户身份,使系统处于登录状态。锁定:限制某些功能不能用,如参数设置、人员权限等。解锁:取消锁定的限制功能。等。情况。班次组织:与实际工厂班次的人员对应。 ●报警菜单:主要用来录入网卡机床的报警信息。 ●报表菜单:包括效率定义和报表样式两个功能。效率定义:定义效率的计算公式。报表样式:选择报表的格式和风格。

数控机床在线监测技术修订稿

数控机床在线监测技术 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】

目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。 (3)伺服系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。 (4)测量系统测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，如图2所示。它们用于数控车床、加工中心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。

数控车床可靠性数据的采集及数据库建立

数控车床可靠性数据的采集及数据库建立 1 前言数控机床是现代制造技术的基础装备，其技术水平高低是衡量一个国家的工业现代化水平的重要标志。数控机床的可靠性是机床质量的关键。目前国产数控机床的可靠性水平与国外相比明显偏低，严重影响了国产数控机床的竞争能力，提高国产数控机床的可靠性已成为当务之急。可靠性分析是以大量的现场数据为基础的，借助有计划、有目的地收集产品寿命周期各阶段的数据，进行分析，发现产品可靠性的薄弱环节，改进设计，从而提高产品质量，所以可靠性数据的收集和分析在可靠性工程中具有重要地位。然而这方面正是国内可靠性研究中的一个薄弱环节。在1996年7月1日至1996年12月31日期间，我们收集了一汽集团长春齿轮厂的42台CNC车床的可靠性数据，并初步建立了数控车床可靠性数据库。以此为例说明数控机床可靠性数据的采集方法及数据库的建立方法。 2 可靠性试验方案的确定可靠性试验是取得可靠性数据的主要方法之一，它是进行可靠性设计和分析的基础。近30年来，可靠性试验方法取得很大发展。可靠性试验既费时又费钱。对于数控车床而言，主要考虑试验场所和试验样本两方面。按试验场所，可靠性试验分为现场试验和实验室试验两种。数控车床由于结构复杂，使用条件中的不确定因素很多，故选用现场试验方法能够采集到真实的可靠性情况。在现场试验中数据可靠性问题是一个关键问题。事先必须制订完善的采集计划，事后应对数据进行处理，以排除不合理因素。可靠性试验按样本大小可以分成全数试验和抽样试验两类。对于数控车床这种批量产品不可能进行全数试验，只能采用抽样定时截尾的试验方法。为了使收集到的数据具有代表性，并且便于数据收集，在选取试验样本时，应选取尽量多的数控车床作为抽样样本，所选取的设备应该比较集中。因此本文选择了数控车床使用量大且设备比较集中的一汽集团长春齿轮厂作为试验基地，将其42台CNC车床作为样本，进行了半年跟踪调查。 3 可靠性数据的采集根据《数控车床可靠性评定方法》，即标准JB/GQ1153-90数控车床的故障判据为： 1.由于数控车床的质量缺陷，在规定条件下、规定时间内不能完成规定功能的事件便成为故障。 2.在用户正常使用之前的早期故障，由于是在规定的截取范围以外，所以不计为故障。 3.与整机功能暂时无关或影响较小的局部微小故障不计为故障。 4.不按规定操作使用而引起的误用故障不计为故障。在进行数据采集之前，必须首先明确数控车床故障模式。我们在参考《数控车床可靠性评定方法》的同时，根据数控车床的本身特点和使用中的实际情况，制定了数控车床故障模式表(表1)。

数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发

南京航空航天大学硕士学位论文数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发姓名：肖士利申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：叶文华 20080501

南京航空航天大学硕士学位论文　摘要　生产现场信息的实时采集、传输、处理和分析是现代制造企业进行快速决策与响应的基础。随着制造自动化和企业信息化的发展，企业对自动采集制造信息的需求越来越强烈，但常常因数控机床的多样性、异构性以及数控系统不开放，使得企业难以实时采集数控机床的现场数据。因此，研究数控机床状态数据的采集具有重要的现实意义。论文首先从信息采集的角度分析了数控机床的机床本体、PLC和CNC之间关系，研究了基于数控机床标准通信接口、基于机床PLC、基于机床电气电路三种数据采集方法的实现技术与优缺点。然后，详细研究了一种基于机床电气电路进行机床数据采集的实现技术——基于外接PLC的采集方法，分析了该方法的实现过程，研究了可从不同OPC服务器读取数据的通用OPC客户端。在此基础上，设计了具有基于数控机床串口和基于外接PLC两种采集功能的机床数据采集与监视系统（NC-SCADA）总体结构，研究了系统实现的若干关键技术，开发与实现了NC-SCADA系统，并在马钢车轮公司的数控生产线上得到成功应用。该系统具有通用、可扩展和可重用的特点。最后，对全文进行总结，并对进一步工作进行了展望。　关键词：数控机床，数据实时采集，OPC，电气电路，宏指令，可编程逻辑控制器

数控机床状态数据实时采集与监视系统的研究开发　 ABSTRACT The real-time acquisition, transmission, processing a nd analysis of shopfloor field data are the foundation of rapid decision-making and response in modern manufacturing enterprises. With the development of manufacture automation and enterprise information, the requirement of automatically collecting production information becomes more and more intense for enterprises. However, the variety, heterogeneity and the closed CNC system of NC machine tools make it difficult for enterprises to automatically collect information at manufacturing spots. Therefore, it will be very meaningful to study the data acquisition of NC machine tool. In this paper, the relations between main body, PLC and CNC of NC machine tool in the perspective of i n formation collecting are analyzed, and the realization technology and the advantages and disadvantages of the three collecting methods are researched, which are basing on standard communication interface、PLC、electrical circuit of NC machine tools. Then one realization technology, the method based on external PLC, which is based on the electrical circuit of NC machine tools is studied in detail, the process realizing data real-time acquisition of processing states of NC machine tools by this technique is analyzed, and general OPC client reading data from different OPC server is researched. Basing on this research, the general structure of Data Real-Time Acquisition and Supervision System of NC Machine Tool(NC-SCADA) is designed in this paper, which has two collecting function including the methods based on RS232 serial and external PLC. Several key techniques in realizing the s ystem are studied, and the NC-SCADA system is developed, which was applied successfully on the production line in Wheel and Tyre Plant of Maanshan Iron & Steel Co. Ltd. This system has characteristics of universality, expansibility and reusability. Finally, the whole paper is summed up and further work is looked forwared as well. Key Words:NC machine tool, Data Real-Time Acquisition, OPC, Electrical Circuit, Macroinstruction, PLC