思考型數(shù)控系統(tǒng)

    21世紀已經(jīng)進入了第五年，制造業(yè)正在面臨著一個大的轉(zhuǎn)換期。在激烈的全球競爭中，利用信息技術(shù)和CAD/CAM的制造知識，追求具有更高附加價值的產(chǎn)品， 這樣一個新時代的制造技術(shù)正在誕生中。例如，為了提高裝配效率，部件變得越來越復(fù)合化和復(fù)雜化。因此，機床的復(fù)合化和復(fù)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(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)走到了極限， 開始產(chǎn)生了思考型的嶄新的數(shù)控系統(tǒng)，所謂開始進入了思考型數(shù)控系統(tǒng)的時代。針對此新的時代：

·客戶想要做什么?

·廠家應(yīng)該向客戶提供什么?

·客戶應(yīng)該如何行動?

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

1 目的

    在此大轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shù)，為客戶提供“多快好省”的生產(chǎn)手段。生產(chǎn)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(chǔ)上，才能開發(fā)新技術(shù)。

    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(shù)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(shù)控系統(tǒng)，正在向思考型數(shù)控系統(tǒng)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(tǒng)和唯一機床(Only one)的 整體解決方案。

圖1 新技術(shù)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(shù)的特別節(jié)目中，報道了這樣一個例子：大隈60多年前生產(chǎn)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(shù)就是這樣在面條機的制造中磨練出來的。

2 思考型數(shù)控系統(tǒng)

    那么，思考型數(shù)控系統(tǒng)到底是怎樣的呢? 它又如何思考呢? 具有數(shù)控系統(tǒng)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(shù)和新產(chǎn)品。這就是，從機電一體化的二維平面到生產(chǎn)第一線活用信息技術(shù)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(chǎn)品設(shè)計和制造工藝設(shè)計的并行工程技術(shù)，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(shè)計過程管理(縱軸)”：為了及時快速響應(yīng)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(chǎn)周期的“生產(chǎn)過程管理(橫軸)”：為了提高制造業(yè)的附加價值，在“設(shè)計過程管理(縱軸)”和“生產(chǎn)過程管理(橫軸)” 的基礎(chǔ)上， 促進技術(shù)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(shù)“含金量”最高的模具加工總是最先使用新的數(shù)控技術(shù)。大隈的Super-NURBS功能超出了現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的范疇，開始覆蓋CAM領(lǐng)域。現(xiàn)在一般的數(shù)控系統(tǒng)，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(shù)控系統(tǒng)，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(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)用戶的指令軌跡，自動再現(xiàn)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(fù)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(shù)控系統(tǒng)中經(jīng)過思考，再現(xiàn)原來的曲線，以最佳速度直接控制伺服電機，實現(xiàn)了高質(zhì)量的高速切削。

2）思考縮短從設(shè)計到加工為止的準備時間的ADMAC-P arts

    利用ADMAC-Parts，工藝設(shè)計人員可以在CAD圖 紙數(shù)據(jù)上，通過指定工件的加工特征追加加工知識，活用數(shù)字化技術(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)為，在“設(shè)計過程管理(縱軸)”上， 使得以往分散的CAD部件設(shè)計與利用CAM的工藝設(shè)計可以同時并行處理，并且將工藝設(shè)計人員的數(shù)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(wǎng)絡(luò)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(shè)計和加工作業(yè)的精度，實現(xiàn)作業(yè)的高精度化和標準化。

3）思考提高生產(chǎn)效率的MacMan

     MacMan是必要時生產(chǎn)必要數(shù)量的車間級生產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以與上層資源管理系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接。針對訂貨數(shù)量和交貨期，根據(jù)生產(chǎn)計劃，起草加工工藝計劃，通過網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)管理部門的計劃直接進行加工。

    并且，生產(chǎn)管理部門可以通過網(wǎng)絡(luò)及時獲取機床的運行率和加工實際成績，根據(jù)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(diào)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(chǎn)現(xiàn)狀測量系統(tǒng)。通過此測量系統(tǒng)，可以直接看到需要改善的瓶頸，及時調(diào)整，保證整個車間整體生產(chǎn)的最佳狀態(tài)。

    如上所述，MacMan幫助縮短“生產(chǎn)過程管理(橫軸)”上的生產(chǎn)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(tǒng)建立接口聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)工廠規(guī)模、生產(chǎn)管理水平、投資額等，由下至上地導(dǎo)入系統(tǒng)，取得與投資相符的經(jīng)濟效果。

4）思考加工經(jīng)驗的KCMAC

    為了維持和提高產(chǎn)品的高質(zhì)量，工人的技術(shù)技能的共享、傳授和創(chuàng)新才是制造業(yè)的關(guān)鍵所在。產(chǎn)品生產(chǎn)的主角既不是機床，也不是CAD / CAM，更不是生產(chǎn)管理系統(tǒng)，而利用這些工具從事生產(chǎn)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(chǎn)活動中積累的各種加工知識數(shù)字化，以便組織內(nèi)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(shù)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(xiàn)為，利用ADMAC-Parts可以簡單地存儲數(shù)字化的加工技術(shù)，提供可以簡單檢索、再利用和參照的方法，使得現(xiàn)有的加工技術(shù)成為最佳經(jīng)驗，用于知識的共享和傳授，并進一步刺激新的加工技術(shù)的創(chuàng)新活動。利用MacMan可以簡單地存儲數(shù)字化的生產(chǎn)調(diào)度經(jīng)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(xiàn)有的生產(chǎn)調(diào)度經(jīng)驗，共享、傳授和創(chuàng)新的經(jīng)驗，提高車間的整體生產(chǎn)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(tǒng)”功能在機床實際動作之前，使數(shù)控系統(tǒng)本身自動進行刀具、工件、夾具、機床本體的干涉檢查，實現(xiàn)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(nèi)(2mm的距離內(nèi))，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(yù)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(yù)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(chǎn)生了與熱量共存的設(shè)想。具體來說就是，使用可以預(yù)測熱變位的機械結(jié)構(gòu)，通過補償消除熱變位的影響。也就是說：①采用易于預(yù)測熱變位的簡單形狀的機械結(jié)構(gòu)：②考慮熱源的分布和溫度平衡：③實時地補償預(yù)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(xiàn)熱平衡結(jié)構(gòu)，提高熱變位預(yù)測精度。通過③的環(huán)境熱變位補償系統(tǒng)TAS-C(Thermo-Active Stabilizer Construction)， 在外界氣溫有8℃變化時，實現(xiàn)了保持加工精度在10Sm以內(nèi)的高精度加工。

3 結(jié)束語

    迄今為止的服從型數(shù)控系統(tǒng)就這樣正在向思考型數(shù)控系統(tǒng)變化。廠家在使用思考型數(shù)控系統(tǒng)時，應(yīng)該積極地充分發(fā)揮自己的特長，與系統(tǒng)有機地結(jié)合，實現(xiàn)真正的機電一體化。

但是，僅僅使用思考型數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)后，才能實現(xiàn)思考型機床。經(jīng)過思考型客戶使用此思考型機床，才能實現(xiàn)多快好省的生產(chǎn)。這樣的“思考”聯(lián)鎖是得到制造精髓的關(guān)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(shù)控系統(tǒng)的思考型機床之前，必須要最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)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(guān)重要的百年大計。