思考型數控系統

    21世紀已經進入了第五年，制造業(yè)正在面臨著一個大的轉換期。在激烈的全球競爭中，利用信息技術和CAD/CAM的制造知識，追求具有更高附加價值的產品， 這樣一個新時代的制造技術正在誕生中。例如，為了提高裝配效率，部件變得越來越復合化和復雜化。因此，機床的復合化和復雜化也隨之而來，使得加工準備時間越來越長，縮短加工時間也變得越來越困難。為了解決這些課題，迄今為止的服從型數控系統已經走到了極限， 開始產生了思考型的嶄新的數控系統，所謂開始進入了思考型數控系統的時代。針對此新的時代：

·客戶想要做什么?

·廠家應該向客戶提供什么?

·客戶應該如何行動?

    有關這些問題，以大隈的最新技術為例，本文簡單介紹一下目前世界上的最新技術動態(tài)。

1 目的

    在此大轉換期之際，再次回到原點重新察看是非常重要的。作為廠家來說，為了向客戶提供生產手段，必須不斷地把握客戶的最新需求和潛在要求，鉆研最新技術，為客戶提供“多快好省”的生產手段。生產手段的原點是“除了創(chuàng)造附加價值的時間，其他時間均為損失時間，目的要最大限度的減少損失時間”。站在此觀點上，我們必須要在正確把握客戶的最新需求和潛在要求的基礎上，才能開發(fā)新技術。

    如圖1所示，如何縮短“等待和停機的損失、加工準備時間損失、速度的損失、次品的損失”，最大限度的增加標準開機時間，這是在機床制造業(yè)百年多的歷史中，我們機床界的同行門不斷鉆研最新技術的目標。走在世界機電一體化的最前列的日本大隈公司的“OSP-P200”最新數控系統，正在向思考型數控系統闊步邁進。通過正確的操作和正確的控制，能夠充分發(fā)揮機床性能的OSP-P200， 向客戶提供一個制造唯一(Only one)控制系統和唯一機床(Only one)的 整體解決方案。

圖1 新技術開發(fā)觀點：削減制造成本的損失

———最大限度減少時間損失

    在這里以大隈公司為例，介紹一個有趣的插曲。大隈公司在一百多年前創(chuàng)業(yè)時，是以制造民以食為天的面條機開始的。為了制造面條機的齒輪刀棍，開發(fā)了專用車床。2004年年底日本的NHK在一個介紹日本機床業(yè)最新技術的特別節(jié)目中，報道了這樣一個例子：大隈60多年前生產的一臺面條機，60多年來一直默默不停地工作著，客戶至今仍然非常珍惜。大隈的機床制造技術就是這樣在面條機的制造中磨練出來的。

2 思考型數控系統

    那么，思考型數控系統到底是怎樣的呢? 它又如何思考呢? 具有數控系統使用者和制造者雙重立場的大隈公司，帶著獨自的理念在不斷地回答上述問題的同時，向客戶不斷地提供各種新技術和新產品。這就是，從機電一體化的二維平面到生產第一線活用信息技術的三維立體“IT廣場”(見圖2)。

圖2 IT廣場概念

    IT廣場是由?個基本軸組成的，利用同時進行產品設計和制造工藝設計的并行工程技術，目標大幅度縮短從制造規(guī)劃到制造準備為止的開發(fā)時期的“設計過程管理(縱軸)”：為了及時快速響應市場的急劇變化，追求零等待時間，目標大幅度縮短從簽單到出廠為止的生產周期的“生產過程管理(橫軸)”：為了提高制造業(yè)的附加價值，在“設計過程管理(縱軸)”和“生產過程管理(橫軸)” 的基礎上， 促進技術和技能的共享、傳授和創(chuàng)新的“知識管理(進深軸)”。

2）思考切削最佳化的Super-NURBS

    加工技術“含金量”最高的模具加工總是最先使用新的數控技術。大隈的Super-NURBS功能超出了現有數控系統的范疇，開始覆蓋CAM領域�，F在一般的數控系統，嚴格按用戶指令的軌跡和速度，控制機床的運動。一般的模具加工用的數控系統，按用戶指令的軌跡，自動確定合理的速度控制機床的運動。而具有Super-NURBS功能的數控系統，根據用戶的指令軌跡，自動再現原來曲線后，自動以最高速度控制機床運動。大幅度地提高加速度，提高復雜形狀的過渡速度(在程序段的接合處，不減速，按最佳速度平滑地過渡)，可以大大地縮短加工時間。由CAD / CAM生成的微小直線程序段，在數控系統中經過思考，再現原來的曲線，以最佳速度直接控制伺服電機，實現了高質量的高速切削。

2）思考縮短從設計到加工為止的準備時間的ADMAC-P arts

    利用ADMAC-Parts，工藝設計人員可以在CAD圖 紙數據上，通過指定工件的加工特征追加加工知識，活用數字化技術技能， 自動確定加工工序、加工順序、使用刀具、切削條件等加工信息，不僅自動制作機床所需的加工程序，并立即生成工人操作所需的加工工序表、刀具表、加工指示圖等信息，瞬時正確地傳達到加工車間。同時，現場的工人也可以使用ADMAC-Parts的對話功能，在沒有CAD圖紙的情況下， 直接將加工圖對話輸入，同樣實現從圖紙到加工的一氣呵成的直接加工。這是一個具有從CAD或圖紙直接到加工的一氣呵成的直接加工功能的CAD/CAM軟件包。   

     這里的“直接加工” 是一個全新的觀念，其表現為，在“設計過程管理(縱軸)”上， 使得以往分散的CAD部件設計與利用CAM的工藝設計可以同時并行處理，并且將工藝設計人員的數字化加工知識具體反映在加工工序表、刀具表和加工指示圖之中，利用網絡瞬時正確地將這些加工信息傳送給機床操作工，大大提高了以往憑手工作業(yè)和感覺的工藝設計和加工作業(yè)的精度，實現作業(yè)的高精度化和標準化。

3）思考提高生產效率的MacMan

     MacMan是必要時生產必要數量的車間級生產管理系統，可以與上層資源管理系統實現無縫連接。針對訂貨數量和交貨期，根據生產計劃，起草加工工藝計劃，通過網絡直接將加工計劃指示到各機床。這樣，加工車間可以嚴格地按生產管理部門的計劃直接進行加工。

    并且，生產管理部門可以通過網絡及時獲取機床的運行率和加工實際成績，根據加工計劃進度和各機床的負荷情況，修改計劃，或制訂新訂貨的加工計劃。同時，由于直接可以看到運行率和計劃加工進度，可以調整提高各機床的運行率(個體最佳)，消除整個加工過程中的瓶頸難題(整體最佳)。使得車間的加工情況一目了然，是一個車間級的生產現狀測量系統。通過此測量系統，可以直接看到需要改善的瓶頸，及時調整，保證整個車間整體生產的最佳狀態(tài)。

    如上所述，MacMan幫助縮短“生產過程管理(橫軸)”上的生產周期，不僅具有運行管理、工序管理等功能，還可以與具有訂貨、報價、成本管理功能和ERP的基干系統建立接口聯網，根據工廠規(guī)模、生產管理水平、投資額等，由下至上地導入系統，取得與投資相符的經濟效果。

4）思考加工經驗的KCMAC

    為了維持和提高產品的高質量，工人的技術技能的共享、傳授和創(chuàng)新才是制造業(yè)的關鍵所在。產品生產的主角既不是機床，也不是CAD / CAM，更不是生產管理系統，而利用這些工具從事生產活動的人和組織才是真正的主角。KCMAC在“知識管理(進深軸)”上以知識加工為新觀念，提供一種簡單方便的實施方法，將日常生產活動中積累的各種加工知識數字化，以便組織內的知識共享和熟練工向非熟練工的知識傳授。同時，在知識共享和傳授的組織中，不僅在橫向和縱向展開，并且為促進新技術技能的創(chuàng)造，極力尋求具有更高附加價值的加工方法。

    具體表現為，利用ADMAC-Parts可以簡單地存儲數字化的加工技術，提供可以簡單檢索、再利用和參照的方法，使得現有的加工技術成為最佳經驗，用于知識的共享和傳授，并進一步刺激新的加工技術的創(chuàng)新活動。利用MacMan可以簡單地存儲數字化的生產調度經驗，同樣提供可以簡單檢索、再利用和參照的方法，不斷優(yōu)化現有的生產調度經驗，共享、傳授和創(chuàng)新的經驗，提高車間的整體生產效率。

5）思考縮短加工準備時間的防碰撞功能

    在自動運行加工或加工準備作業(yè)中使用手動操作時， “防碰撞系統”功能在機床實際動作之前，使數控系統本身自動進行刀具、工件、夾具、機床本體的干涉檢查，實現在碰撞之前自動地安全停止機床運行。在12m/min的高速運行時，當檢測到碰撞時，在10ms之內(2mm的距離內)，停止機床的運行。主要具有以下功能：

手動操作時的干涉回避功能

    在加工準備作業(yè)頻繁使用的手動操作中，預先實時地檢查動作方向是否有可能發(fā)生干涉，在檢測到干涉的方向上自動停止機床動作。這樣，我們在加工準備作業(yè)過程中， 不必使用從前降低速度的操作方式，可以放心大膽地進行高速操作，大大縮短加工準備的操作時間。

自動運行時干涉程序段的停止功能

    在自動運行加工程序時，預先實時地檢查加工程序中程序段指令方向是否有可能發(fā)生干涉，在檢測到干涉的程序段之前自動停止機床動作。這樣，我們在第一次驗證程序正確性時， 不必降低速度進行驗證，直接使用加工速度驗證程序的正確性，大大縮短加工程序驗證時間。

6）思考實現穩(wěn)定的高精度加工的“熱變位共存”功能

    迄今為止，為了消除機床加工中發(fā)熱所引起的加工精度的誤差，在發(fā)熱部位安裝冷卻裝置，是最普通的熱變位對策。但是，隨著加工的高速化，熱變位對策越來越困難。同時，為了實現高精度加工，不得不使用高價的恒溫車間，排除外界氣溫變化帶來的熱變位。

    大隈公司在進行了大量的實驗后，得到了一個啟發(fā)，那就是在盡量采取降低發(fā)熱量技術的同時，既然無法消除發(fā)熱，那么就老老實實地接受這些熱量。這樣就產生了與熱量共存的設想。具體來說就是，使用可以預測熱變位的機械結構，通過補償消除熱變位的影響。也就是說：①采用易于預測熱變位的簡單形狀的機械結構：②考慮熱源的分布和溫度平衡：③實時地補償預測的熱變位。其中的①和②，采用傳熱均等的鑄件，合理布局防護和電柜的位置等手段，盡量實現熱平衡結構，提高熱變位預測精度。通過③的環(huán)境熱變位補償系統TAS-C(Thermo-Active Stabilizer Construction)， 在外界氣溫有8℃變化時，實現了保持加工精度在10Sm以內的高精度加工。

3 結束語

    迄今為止的服從型數控系統就這樣正在向思考型數控系統變化。廠家在使用思考型數控系統時，應該積極地充分發(fā)揮自己的特長，與系統有機地結合，實現真正的機電一體化。

但是，僅僅使用思考型數控系統還是不夠的。只有思考型廠家將自己的機床有機地融合思考型數控系統后，才能實現思考型機床。經過思考型客戶使用此思考型機床，才能實現多快好省的生產。這樣的“思考”聯鎖是得到制造精髓的關鍵。

    最后引用一句大隈公司的口號“要造物，先造人”。在使用搭載思考型數控系統的思考型機床之前，必須要最大限度地發(fā)揮生產第一線工人的智慧。“十年樹木，百年樹人”，持續(xù)不斷的培育人才才是至關重要的百年大計。