✎导 读
设备云的应用使制造过程透明，数控机床不再是传统的机械设备，而变成了一台智能终端，成为新工业革命的基础。本文通过设备云对加工、实时状态、机床坐标、刀具、程序信息、PLC、寄存器的监控及机床利用率与加工效率的分析介绍了设备云的应用。
作者：韩鸿鸾 王建绪 毕美晨
设备云是运用物联网、大数据，通过统计分析等智能化手段提高工效率和质量，提高设备的健康状况，从而提升车间的智能化管理，其典型结构如图1所示。
图1 设备云的结构
1、设备云的作用
1.1 加工状态监控
管理产线机床的运行状态信息，通过平面图或者列表展示等方式，可实时监控机床的当前状态信息。包括模拟车间平面图查看车间机床状态（运行、离线、报警、空闲），并通过不同的颜色灯闪烁显示当前状态。
可以对机床进行查找，包括所属车间、机床型号、数控系统型号、关键字等进行机床快速定位搜索，如图2所示。也可以通过列表形式快速查看机床状态概览，如图3所示。
图2 车间状态
图3 机床状态
1.2 数控系统状态监控
(1)机床实时状态监控
对正在运行的机床关键数据进行监控，包括坐标数据、剩余进给、负载电流、刀具信息、工件加工件数统计信息、当前运行的G代码信息，面板状态信息等，如图4所示。
图4 机床实时状态
(2)坐标信息监控
坐标信息监控，如图5所示。监测机床各部件关键性参数信息，包括机床实际、机床指令、工件实际、工件指令、相对实际、相对指令、剩余进给、编程位置、负载电流、工件零点、电机位置、电机转速、驱动单元电流、额定电流、同步误差、轴补偿值、波形频率、跟踪误差等数据信息。
图5 坐标信息
(3)刀具信息监控
刀具信息监控主要监控当前机床配备的刀具情况，如图6所示。
图6 刀具信息
(4)程序信息监控
如图7所示，程序信息监控主要是监测当前机床运行的G代码信息，包括G代码的名称、整个程序的行数统计、G程序的详细内容、G代码当前运行的行数、指令内容、当前的模态信息、运行的时间、所剩时间等信息。
图7 程序信息
(5)PLC监控
PLC监控如图8所示，主要监控机床当前的PLC梯形图，同时标注了PLC的状态，红色非联通状态、绿色联通状态。也可将梯形图解析成PLC指令代码，如图9所示。
图8 PLC梯图
图9 PLC程序
(6)寄存器监控
寄存器监控如图10所示，主要监控数控系统寄存器实时状态。
图10 寄存器监控
1.3 数控系统参数管理
数控系统参数管理如图11所示，主要对机床状态、NC参数、版本比较等进行管理。
图11 数控系统参数管理
1.4 加工效率统计分析
(1)机床状态统计
机床状态统计列表包括在某一时间段内机床编码、机床型号、数控型号、所属车间等，图12列出了其统计数据，方便用户知晓机床工作状态。
如图13所示，点击某一编码，即可查看该设备的详细信息。同时，也可切换页面查看该机床利用率统计、开机率统计、运行率统计等折现图，并配备相应的列表，明确统计状态时间和各效能效率计算方法，如图14所示。
图12 机床状态统计
图13 机床状态统计详细信息
图14 机床状态统计利用率详细信息
(2)监控机床利用率等
机床利用率、机床开机率、机床运行率、都以列表形式呈现机床运行时间、工厂日历时间、机床总利用率等信息。勾选某几台机床还可以算出平均利用率。在搜索框中输入条件，可以按条件进行筛选，如图15、16、17所示。
图15 机床利用率
图16 机床开机率
图17 机床运行率
(3)机床加工件数
机床加工件数以列表形式呈现机床名称、机床型号、数控型号，所属车间，加工件数等信息。在搜索框中输入条件，如图18所示。
图18 机床加工件数
(4)故障信息
机床故障次数以列表形式呈现机床型号、平均修理时间，平均故障间隔期，上下次维保时间等信息，如图19所示。
图19 机床故障次数
1.5 程序管理
通过对程序仿真数据、工件加工时电流波形数据、以及声音震动数据的分析，判断工件G代码的优劣，并定位可优化的G代码的行号，如图20所示。
图20 程序管理
1.6 视频监控
如图21所示，可通过视频监控查看机床运行状态。同时可进行录制和回放。
图21 视频监控
2、设备云的应用
手机外壳一般采用铝合金、不锈钢等材料通过高速加工而成的，其效果图如图22所示。其加工过程是钻攻中心缺料→感应缺料→ PLC中央控制台 →机器人启动取料→ 上料到1#钻攻中心→上料到2#钻攻中心→ 取1#钻攻中心到3#钻攻中心（取2#钻攻中心到3#钻攻中心）→从3#钻攻中心下料。
图22 效果图
图23 设备云的应用
2.1 组成
如图23所示，设备云是数字化车间中的基础，也是核心模块。其应用顶层是企业管理和产品设计，顶层系统完成任务排程下发和工艺设计，根据加工工艺和生产计划实现智能加工。
(1)智能化设备
由数控机床、机器人、自动料仓组成。
(2)设备云
实现工艺的生产线控制；多生产线单元的统一管理，效率分析，程序管理，监控诊断，智能优化。为ERP/MES CAPP/PLM提供大数据,实现企业信息化连通。
2.2 控制系统
(1) 总控系统
实现对数控机床的状态监控及控制功能，包括报警、报警历史、寄存器、刀补、机床位置、加工程序、进给倍率、快移倍率、主轴倍率等；可监控自动料仓及机器人的实时运行状态，控制各单元之间交互，确保各单元安全、可靠地运行。
(2)总控PLC
总控PLC数控机床、自动料仓、机器人之间交互信号的处理，状态监控、安全保护等；实现各设备的I/O信号，通过总控PLC进行通讯和逻辑运算，协调各设备的动作顺序，确保加工的顺利进行和设备的安全。
(3)上位机
上位机包括总控PLC、人机交互的显示器及上位机控制软件等；可监测数控机床的状态，控制系统各设备信号交互等；主要实现系统的实时监视。通过以太网与数控机床和总控PLC相连接，在线监测并记录机床、机器人、料仓等设备的工作状态、参数、I/O信号等，自动统计加工件数。
生产信息通过网络传送，并记录，可实时查阅，为企业建立MES系统提供了条件，并可进一步实现数据孪生管理。
2.3 操作过程
表 操作过程
3、小结
设备云不仅能服务于零件加工，同时可提供管家式服务，只要点击终端，就可对此进行监控。可实现产品并行设计，缩短研发周期，降低成本；进一步实现产业链上下游信息的共享，支撑企业间的网络化协同发展，形成具有行业特色的知识库，促进资源共享。
参考文献：
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[5] 韩鸿鸾，时秀波，孙林，等. 工业机器人工作站的集成一体化教程[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2022.
[6] 樊留群，张曙. 虚拟数控机床（下）[J]. 机械设计与制造工程，2017（10）：1-6.
转自公众号：MES百科