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：2022

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振興數(shù)控機(jī)床工業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是發(fā)展我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的必由之路：數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化是達(dá)到這個(gè)目標(biāo)的關(guān)鍵之一。數(shù)控機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)控制，它的運(yùn)動(dòng)由數(shù)控系統(tǒng)的伺服裝置驅(qū)動(dòng)，所以數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的大腦。又是數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)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(fèi)資料，要耐受各種惡劣工亞環(huán)境的考驗(yàn)，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(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線上如果有一臺(tái)不可靠的數(shù)控系統(tǒng)在工作．經(jīng)常停機(jī)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(chǎng)要求數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)期正常工作，這首先就要求數(shù)控系統(tǒng)要長(zhǎng)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(jì)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(shuō)明由于該公司對(duì)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(dòng)化相關(guān)產(chǎn)品為主的公司。其主要產(chǎn)品為機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)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(dāng)前，與數(shù)控機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)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(jī)床工業(yè)推祟的呢？

1 商品開發(fā)和驗(yàn)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(jìn)的技術(shù)，以滿足用戶對(duì)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(jì)效益，使用戶的產(chǎn)品可以在國(guó)際市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力。如圖1所示。

用戶購(gòu)買FANUC的商品使用在生產(chǎn)線上的目的是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)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(yàn)這些產(chǎn)品，盡量發(fā)揮和使用該產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)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(dòng)生產(chǎn)過程的機(jī)器人化(即生產(chǎn)過程無(wú)人化，基本由機(jī)器人進(jìn)行)，可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行高強(qiáng)度的考驗(yàn)，比如，F(xiàn)ANUC新的伺服電動(dòng)機(jī)工廠只有43名操作者、288臺(tái)機(jī)器人和1個(gè)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)，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(dòng)機(jī)零件的運(yùn)輸、裝配、測(cè)試、包裝到出廠的所有過程，其操作人員與機(jī)器人的比例為1:6.7 。在FANUC的重型機(jī)械工廠中，運(yùn)用了FANUC自己的控制系統(tǒng)CELL 60進(jìn)行生產(chǎn)，它可以連續(xù)72h運(yùn)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(tái)機(jī)器人。操作人員與機(jī)器人的比例為1:2.1。所有這些機(jī)器人化的工廠都遵從ISO9001國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(chǎng)安裝、調(diào)試、測(cè)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(duì)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(jì)算機(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起，該系統(tǒng)所提供的詳細(xì)服務(wù)記錄對(duì)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(jì)的目標(biāo)

FANUC在商品開發(fā)時(shí)，其項(xiàng)目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)對(duì)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(jì)劃、評(píng)估和選擇元器件，以達(dá)到高可靠性，實(shí)現(xiàn)成本和制造目標(biāo)。從市場(chǎng)的需要到制造系統(tǒng)的每一件事情，項(xiàng)目開發(fā)的負(fù)責(zé)人都要熟悉，才能設(shè)計(jì)制造出高質(zhì)量和高可靠性的產(chǎn)品。

無(wú)庸贅述，在商品開發(fā)中，可靠性的設(shè)計(jì)是非常重要的。FANUC嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，制定盡量多的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)于元器件的選擇，則要于方百計(jì)確認(rèn)它們的可靠性，比如熱、振動(dòng)特性等，以便對(duì)它們進(jìn)行全面評(píng)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(jì)目標(biāo)以保證產(chǎn)品的可靠性。在FANUC研究所的入口處．掛著一條標(biāo)語(yǔ)“Weniger Teile”，就是要求開發(fā)人員在設(shè)計(jì)商品時(shí)要運(yùn)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(duì)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(biāo)。比如，CNC系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)和伺服系統(tǒng)的目標(biāo)故障率是0.01次/臺(tái)·月，這個(gè)比率表示每月每臺(tái)CNC 的平均故障為0.1次，也就是每100個(gè)月有1次故障。為了更明確公司對(duì)商品負(fù)責(zé)，F(xiàn)ANUC自行開發(fā)和制造了獨(dú)家的主要零配件，如印刷電路板和伺服電動(dòng)機(jī)。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(jìn)行設(shè)計(jì)。這就是FANUC對(duì)可靠性進(jìn)行管理的方法。

3 高可靠性設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

環(huán)境

最小化

CNC系統(tǒng)、與FA有關(guān)的產(chǎn)品以及機(jī)器人的設(shè)計(jì)首先要考慮的是環(huán)境，通過持續(xù)的可靠性運(yùn)轉(zhuǎn)讓產(chǎn)品在嚴(yán)酷的環(huán)境(如經(jīng)受溫度、濕度、振動(dòng)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(jì)時(shí)，關(guān)于產(chǎn)品的可靠性著重要對(duì)元件和產(chǎn)品本身對(duì)環(huán)境的耐受力進(jìn)行評(píng)估。

對(duì)于FANUC，主要的可靠性評(píng)估項(xiàng)目為對(duì)熱、冷、潮濕、振動(dòng)、耐久性、噪聲、塵埃、切削油和靜電的耐受性，也評(píng)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(rèn)在加工時(shí)腐蝕對(duì)暴露在切削油中元件的影響，而且對(duì)大多數(shù)常用的切削油都進(jìn)行評(píng)估。

FANUC產(chǎn)品正朝著CNC小型化工藝發(fā)展，同時(shí)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(huì)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(xì)電路元件時(shí)，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(qiáng)度和焊接生產(chǎn)率。
- 對(duì)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(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)期間對(duì)元件周圍的溫度以及半導(dǎo)體的結(jié)點(diǎn)溫度設(shè)定一個(gè)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(diǎn)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(fù)責(zé)人在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮整個(gè)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(jī)器人、自動(dòng)化的設(shè)備保證。FANUC對(duì)制造過程中的可靠性非常注意，通過對(duì)元部件的老化和性能的試驗(yàn)，消除次品。這樣，運(yùn)行初期失效和故障在用戶的設(shè)備上就不會(huì)產(chǎn)生。比如在兀器件接受檢查期間對(duì)元器件在高溫下進(jìn)行老化；在性能試驗(yàn)前以高溫對(duì)印刷板進(jìn)行老化，對(duì)裝配完的CNC 進(jìn)行高溫運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，對(duì)所有的機(jī)械單元，如機(jī)器人在出廠前進(jìn)行100h運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)等。所有測(cè)試和老化的記錄都存儲(chǔ)在可靠性的數(shù)據(jù)庫(kù)里，使用這些數(shù)據(jù)，對(duì)改進(jìn)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(kù) FANUC非常重視服務(wù)和維修。它把提供給用戶的詳細(xì)服務(wù)及支持的任務(wù)按時(shí)間順序存放在維修的數(shù)據(jù)庫(kù)里。FANUC存儲(chǔ)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(xiàng)，如用戶名稱、接到電話的日期、修理的日期、模塊名稱、系列號(hào)碼、故障單元的規(guī)格、維修的內(nèi)容、故障的起因等。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)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(xiàng)目的信息也被用來(lái)每月統(tǒng)計(jì)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(shí)也被FANUC用以進(jìn)行質(zhì)量管理。