FANUC數(shù)控系統(tǒng)的可靠性

發(fā)布日期：2011-11-25 蘭生客服中心瀏覽：2021

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振興數(shù)控機床工業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是發(fā)展我國機械制造業(yè)的必由之路：數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化是達到這個目標的關(guān)鍵之一。數(shù)控機床由數(shù)控系統(tǒng)控制，它的運動由數(shù)控系統(tǒng)的伺服裝置驅(qū)動，所以數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的大腦。又是數(shù)控機床運動的原動力；而且數(shù)控系統(tǒng)不同于家電，它是生產(chǎn)資料，不是消費資料，要耐受各種惡劣工亞環(huán)境的考驗，所以，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性非常重要。另外，數(shù)控系統(tǒng)的可靠比也是用戶的要求，特別是在現(xiàn)代化生產(chǎn)線上采用的數(shù)控系統(tǒng)更是如此，設(shè)想在一條24h連續(xù)運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線上如果有一臺不可靠的數(shù)控系統(tǒng)在工作．經(jīng)常停機修理．因而影響整條生產(chǎn)線的正常工作，用戶怎么能受得了？市場要求數(shù)控機床長期正常工作，這首先就要求數(shù)控系統(tǒng)要長期地可靠工作。可靠性在數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計及制造鏈中最綜合地體現(xiàn)質(zhì)量及水平，包括技術(shù)及管理水平。目前，世界著各的數(shù)控制造商家都非常重視數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。本文以日本FANUC公司為例，說明由于該公司對數(shù)控系統(tǒng)可靠性的重視，因而其產(chǎn)品受到用戶的歡迎。

FANUC公司是以生產(chǎn)工廠自動化相關(guān)產(chǎn)品為主的公司。其主要產(chǎn)品為機床數(shù)控系統(tǒng)和機器人。FANUC集中全部雇員的三分之一致力于研究和開發(fā)工作。當前，與數(shù)控機床配套的數(shù)控系統(tǒng)的市場占有率，F(xiàn)ANUC在日本約占70% ，在世界上約占50%以上。FANUC公司的產(chǎn)品是怎樣得到世界機床工業(yè)推祟的呢？

1 商品開發(fā)和驗證

首先，F(xiàn)ANUC公司明確制定商品開發(fā)的方針為：(1)高性能：系統(tǒng)采用最新、最先進的技術(shù)，以滿足用戶對高性能的要求。(2)高質(zhì)量：首先是高可靠性，以保證商品可以安全地在世界任何地方工作。(3)低成本：可以使用戶獲得很高的經(jīng)濟效益，使用戶的產(chǎn)品可以在國際市場上具有競爭力。如圖1所示。

用戶購買FANUC的商品使用在生產(chǎn)線上的目的是為了實現(xiàn)機器的最佳性能，為了更好地滿足用戶的要求，F(xiàn)ANUC把同類的產(chǎn)品也裝在自己的生產(chǎn)線設(shè)備上，最大限度地使用、考驗這些產(chǎn)品，盡量發(fā)揮和使用該產(chǎn)品的技術(shù)先進性以證明產(chǎn)品可靠和耐用。FANUC相信，在自己的工廠里，由于自動生產(chǎn)過程的機器人化(即生產(chǎn)過程無人化，基本由機器人進行)，可以對產(chǎn)品進行高強度的考驗，比如，F(xiàn)ANUC新的伺服電動機工廠只有43名操作者、288臺機器人和1個自動倉庫，其控制系統(tǒng)基本采用FANUC自己的系統(tǒng)。在該工廠里，所有生產(chǎn)過程從電動機零件的運輸、裝配、測試、包裝到出廠的所有過程，其操作人員與機器人的比例為1:6.7 。在FANUC的重型機械工廠中，運用了FANUC自己的控制系統(tǒng)CELL 60進行生產(chǎn)，它可以連續(xù)72h運轉(zhuǎn)，包括星期六和星期日。在FANUC的所有工廠里，現(xiàn)共有430名操作者和922臺機器人。操作人員與機器人的比例為1:2.1。所有這些機器人化的工廠都遵從ISO9001國際標準進行生產(chǎn)。為了保證在用戶生產(chǎn)線上使用的FANUC商品總處在最佳的狀態(tài)，F(xiàn)ANUC提供了全球范圍的維修和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，這些服務(wù)包括現(xiàn)場安裝、調(diào)試、測試、定期維修、故障診斷和修理，并且提供維修備件。這樣，只要用戶的生產(chǎn)線在工作，就可以對FANUC商品提供服務(wù)。FANUC的維修服務(wù)支持系統(tǒng)稱為CS24，它通過計算機與通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起，該系統(tǒng)所提供的詳細服務(wù)記錄對于改善系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生了巨大作用。

2 高可靠性設(shè)計的目標

FANUC在商品開發(fā)時，其項目負責人負責對產(chǎn)品的商業(yè)化：滿足用戶的需要、提出產(chǎn)．潔性能檔次的計劃、評估和選擇元器件，以達到高可靠性，實現(xiàn)成本和制造目標。從市場的需要到制造系統(tǒng)的每一件事情，項目開發(fā)的負責人都要熟悉，才能設(shè)計制造出高質(zhì)量和高可靠性的產(chǎn)品。

無庸贅述，在商品開發(fā)中，可靠性的設(shè)計是非常重要的。FANUC嚴格按照設(shè)計標準化的規(guī)定，制定盡量多的設(shè)計和生產(chǎn)標準，而對于元器件的選擇，則要于方百計確認它們的可靠性，比如熱、振動特性等，以便對它們進行全面評估。另外，F(xiàn)ANUC提出了“減少零件數(shù)量”，作為每種產(chǎn)品的設(shè)計目標以保證產(chǎn)品的可靠性。在FANUC研究所的入口處．掛著一條標語“Weniger Teile”，就是要求開發(fā)人員在設(shè)計商品時要運用“較少的零件”概念。它也表示，減少元器件的數(shù)量也可以提高生產(chǎn)率、降低成本和減少維修。

對于產(chǎn)品的開發(fā)，F(xiàn)ANUC采用產(chǎn)品的故障率作為可靠性的量化目標。比如，CNC系統(tǒng)，包括電動機和伺服系統(tǒng)的目標故障率是0.01次/臺·月，這個比率表示每月每臺CNC 的平均故障為0.1次，也就是每100個月有1次故障。為了更明確公司對商品負責，F(xiàn)ANUC自行開發(fā)和制造了獨家的主要零配件，如印刷電路板和伺服電動機。盡管FANUC的專用芯片由專門廠家制造，但為了保證性能和可靠性，F(xiàn)ANUC也在公司內(nèi)進行設(shè)計。這就是FANUC對可靠性進行管理的方法。

3 高可靠性設(shè)計的要點

環(huán)境

最小化

CNC系統(tǒng)、與FA有關(guān)的產(chǎn)品以及機器人的設(shè)計首先要考慮的是環(huán)境，通過持續(xù)的可靠性運轉(zhuǎn)讓產(chǎn)品在嚴酷的環(huán)境(如經(jīng)受溫度、濕度、振動和含有油霧的環(huán)境)下安全地使用是非常重要的。在產(chǎn)品設(shè)計時，關(guān)于產(chǎn)品的可靠性著重要對元件和產(chǎn)品本身對環(huán)境的耐受力進行評估。

對于FANUC，主要的可靠性評估項目為對熱、冷、潮濕、振動、耐久性、噪聲、塵埃、切削油和靜電的耐受性，也評估電子元件的材料和結(jié)構(gòu)耐受高溫切削油浸漬的能力，以確認在加工時腐蝕對暴露在切削油中元件的影響，而且對大多數(shù)常用的切削油都進行評估。

FANUC產(chǎn)品正朝著CNC小型化工藝發(fā)展，同時還充分關(guān)注有關(guān)小型化中的可靠性問題。

電子元件引線距的縮小 一般IC的引線距為2.54mm，目前已減小到0.5mm甚至更小。導(dǎo)電線間的小距離在惡劣的環(huán)境中可能會通過電容產(chǎn)生漏電而使CNC系統(tǒng)出現(xiàn)故障，因此在印刷板上涂敷某些絕緣材料作成的涂層就可以避免這種故障。

印刷板 在采用微細電路元件時，為了保證可靠性，也采取了一些措施。
- 選擇耐潮濕、耐切削油的最佳材料。
- 選擇最佳芯片焊接區(qū)，保證足夠的焊接強度和焊接生產(chǎn)率。
- 對于大尺寸的表面安裝元件，要盡量選擇印刷板材料的膨脹系數(shù)接近元件的膨脹系數(shù)，以防止由于膨脹系數(shù)的不同而引起的焊接接點質(zhì)量變壞。
- 由于電子元件的故障率隨著溫度的增加而增加，因此，為了降低由于高密度安裝而產(chǎn)生的熱量并保持低的溫升，在運轉(zhuǎn)期間對元件周圍的溫度以及半導(dǎo)體的結(jié)點溫度設(shè)定一個允許的上限，以降低熱損耗。
- 為了防止因接觸器小型化和多引線引起的電氣故障，如表面接觸壓力減少、接觸面異物引起的接觸不良，采用2點接觸以保證接觸表面的干凈。

4 高可靠性的制造

在商品開發(fā)中，負責人在設(shè)計時就要考慮整個生產(chǎn)制造的過程，而且要確保質(zhì)量。穩(wěn)定的制造和可靠性由采用機器人、自動化的設(shè)備保證。FANUC對制造過程中的可靠性非常注意，通過對元部件的老化和性能的試驗，消除次品。這樣，運行初期失效和故障在用戶的設(shè)備上就不會產(chǎn)生。比如在兀器件接受檢查期間對元器件在高溫下進行老化；在性能試驗前以高溫對印刷板進行老化，對裝配完的CNC 進行高溫運轉(zhuǎn)測試，對所有的機械單元，如機器人在出廠前進行100h運轉(zhuǎn)試驗等。所有測試和老化的記錄都存儲在可靠性的數(shù)據(jù)庫里，使用這些數(shù)據(jù)，對改進FANUC產(chǎn)品的可靠性起了很大作用。圖2為CNC的制造過程。

圖3 FANUC系統(tǒng)的故障率

5 高可靠性的維修和可靠性相關(guān)工作

維修數(shù)據(jù)庫 FANUC非常重視服務(wù)和維修。它把提供給用戶的詳細服務(wù)及支持的任務(wù)按時間順序存放在維修的數(shù)據(jù)庫里。FANUC存儲了發(fā)生在用戶設(shè)備上的有關(guān)故障狀態(tài)，其總數(shù)約刀刃項，如用戶名稱、接到電話的日期、修理的日期、模塊名稱、系列號碼、故障單元的規(guī)格、維修的內(nèi)容、故障的起因等。這個數(shù)據(jù)庫存儲的所有故障信息，已經(jīng)成為用戶查詢故障歷史的數(shù)據(jù)源。這些項目的信息也被用來每月統(tǒng)計器件、單元、部件故障率的變化情況，用以改善和提高開發(fā)和制造部門以及維修部件的可靠性，同時也被FANUC用以進行質(zhì)量管理。