设备云在制造企业中的应用
设备云在制造企业中的应用
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编者按
本文从设备云对加工、实时状态、机床坐标、刀具、程序信息、PLC和寄存器的监控及机床利用率与加工效 率的分析等方面介绍了设备云的应用 。 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 是变成了一台智能终端 。
1 序言
设备云是运用物联网、大数据，并通过统计 分析等智能化手段提高加工效率、产品质量和设备 健康状况，从而提升车间智能化程度的网络管理技 术，其典型结构如图 1 所示。 利用设备云，通过计划 工单智能化、工作流程系统化、核算成本自动 化、 维护事件可追溯以及操作维护可交互，可实现管理部 门无缝衔接，集成工程项目设计，提升整体制造工程 效率，统一制造工程数据管理，提升制造质量 [1] 。
图 1 设备云的结构
随着车间数字化的进一步发展，设备云可实现 规划、生产和运营的全流程数字化管理； 建立生产 过程数据采集和分析系统，可充分采集制造进度、 现场操作、质量检验和设备状态等生产现场信息； 实现车间制造执行系统（ MES ），完成计划、排 产、生产及检验的全过程闭环管理，并与企业资源 计划管理系统（ ERP ）集成； 建立车间级的工业通 信网络，系统、装备、零部件以及人员之间的信息 互联互通和有效集成； 实现经营、 管理和决策的智 能优化 [2-5] 。
本文主要介绍了设备云对加工状态的监控，包 括程序、刀具、利用率和故障信息等，还简单介绍 了视频管理与效率统计分析等。
2 车间状态监控
车间状态监控界面如图2所示，可以管理产线机 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。 也可模拟车 间平面图查看车间机床状态（运行、离线、报警或 空闲），并通过不同的颜色灯闪烁显示当前状态。 另外还能对机床进行查找，通过所属车间、机床型 号、数控系统型号以及关键字等进行机床快速定位 搜索。
图2 车间状态监控界面
3 加工状态监控
3.1 机床实时状态监控
可以通过设备云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 码信息以及面板状态信息等，监控界面如图 3 所示。
图3 机床实时状态监控界面
3.2 坐标信息监控
坐标信息监控界面如图4所示。可以监测机床各 部件关键性参数信息，包括机床实际坐标、机床指 令、工件 实际坐标、工件指令、相对实际坐标、相 对指令、剩余进给、编程位置、负载电流、工件零 点、驱动单元电流、额定电流、同步误差、轴补偿 值、波形频率和跟踪误差等。
图4 坐标信息监控界面
3.3 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，包括刀号、刀具类型和几何参数等，监控界面 如图 5 所示。
图5 刀具信息监控界面
3.4 程序信息监控
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、运行的时间以及所剩时 间等，监控界面如图 6 所示。
图6 程序信息监控界面
3.5 PLC梯图监控
PLC梯图监控界面如图7所示，可以实时监控机 床当前的 PLC 梯形图，同时标注了 PLC 的状态，红 色为非联通状态，绿色为联通状态。
图7 PLC梯图监控界面
3.6 寄存器监控
寄存器监控界面如图8所示，主要监控数控系统 寄存器实时状态。
图8 寄存器监控界面
3.7 数控系统参数管理
数控系统参数管理界面如图9所示，主要对机床 状态、 NC 参数和版本比较等进行管理。
图9 数控系统参数管理界面
3.8 视频监控
视频监控界面如图10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10 视频监控界面
4 加工效率统计分析
4.1 机床状态统计
机床状态统计界面如图11所示，列表包括在某 一时间段内的机床编码、机床型号、数控型号和所 属车间等信息，方便用户知晓机床工作状态。
图11 机床状态统计界面
4.2 机床利用率等的监控
设备云可对机床利用率、机床开机率以及机床 运行率进行监控，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 。 机床运行率监控界面 如图 12 所示。
图12 机床运行率监控界面
4.3 机床加工件数
机床加工件数以列表形式呈现，包括机床名 称、机床型号、数控型号、所属车间以及加工件数 等信息。 监控界面与机床状态统计界面类似，在搜 索框中输入条件可以进行筛选。
4.4 机床故障信息
机床故障信息监控界面如图13所示，包括机床 型号 、平均修理时间、平均故障间隔期以及上次、 下次维保时间等信息。
图13 机床故障信息监控界面
4.5 程序管理
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振动数据的分析，判断工件 G 代码的优劣，并定位可优化的 G 代码的行号，界面 如图 14 所示。
图14 程序管理界面
5 结束语
设备云不仅能服务于零件加工，而且可提供管 家式服务，只要点击终端，就可对加工全流程进行 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。
[1] 张曙. 混合加工挑战传统[J]. 现代制造，2015（51）： 10-13.
[2] ROMBOUTS M, MAES G, HENDRIX W, et al. Surface finish after laser metal deposition[J]. Physics Procedia, 2013, 41 （ 1 ）： 810-814.
[3] WANG Z, LIU R, SPARKS T, et al. Stereo vision based hybrid manufacturing process for precision metal parts[J]. Precision Engineering, 2015 （ 42 ）： 1-5.
[4] 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.
[5] 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.
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