本文介紹了思考型數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。

　　21世紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入了第五年，制造業(yè)正在面臨著一個(gè)大的轉(zhuǎn)換期。在激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)中，利用信息技術(shù)和CAD/CAM的制造知識(shí)，追求具有更高附加價(jià)值的產(chǎn)品， 這樣一個(gè)新時(shí)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(jī)床的復(fù)合化和復(fù)雜化也隨之而來，使得加工準(zhǔn)備時(shí)間越來越長，縮短加工時(shí)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(jìn)入了思考型數(shù)控系統(tǒng)的時(shí)代。針對(duì)此新的時(shí)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(dòng)?

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

　　1 目的

　　在此大轉(zhuǎn)換期之際，再次回到原點(diǎn)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(diǎn)是“除了創(chuàng)造附加價(jià)值的時(shí)間，其他時(shí)間均為損失時(shí)間，目的要最大限度的減少損失時(shí)間”。站在此觀點(diǎn)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(jī)的損失、加工準(zhǔn)備時(shí)間損失、速度的損失、次品的損失”，最大限度的增加標(biāo)準(zhǔn)開機(jī)時(shí)間，這是在機(jī)床制造業(yè)百年多的歷史中，我們機(jī)床界的同行門不斷鉆研最新技術(shù)的目標(biāo)。走在世界機(jī)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(jìn)。通過正確的操作和正確的控制，能夠充分發(fā)揮機(jī)床性能的OSP-P200， 向客戶提供一個(gè)制造唯一(Only one)控制系統(tǒng)和唯一機(jī)床(Only one)的 整體解決方案。

圖1 新技術(shù)開發(fā)觀點(diǎn)：削減制造成本的損失

———最大限度減少時(shí)間損失

　　在這里以大隈公司為例，介紹一個(gè)有趣的插曲。大隈公司在一百多年前創(chuàng)業(yè)時(shí)，是以制造民以食為天的面條機(jī)開始的。為了制造面條機(jī)的齒輪刀棍，開發(fā)了專用車床。2004年年底日本的NHK在一個(gè)介紹日本機(jī)床業(yè)最新技術(shù)的特別節(jié)目中，報(bào)道了這樣一個(gè)例子：大隈60多年前生產(chǎn)的一臺(tái)面條機(jī)，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(jī)床制造技術(shù)就是這樣在面條機(jī)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(chǎng)的大隈公司，帶著獨(dú)自的理念在不斷地回答上述問題的同時(shí)，向客戶不斷地提供各種新技術(shù)和新產(chǎn)品。這就是，從機(jī)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(chǎng)”(見圖2)。

圖2 IT廣場(chǎng)概念

　　IT廣場(chǎng)是由?個(gè)基本軸組成的，利用同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝設(shè)計(jì)的并行工程技術(shù)，目標(biāo)大幅度縮短從制造規(guī)劃到制造準(zhǔn)備為止的開發(fā)時(shí)期的“設(shè)計(jì)過程管理(縱軸)”：為了及時(shí)快速響應(yīng)市場(chǎng)的急劇變化，追求零等待時(shí)間，目標(biāo)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(jià)值，在“設(shè)計(jì)過程管理(縱軸)”和“生產(chǎn)過程管理(橫軸)” 的基礎(chǔ)上， 促進(jìn)技術(shù)和技能的共享、傳授和創(chuàng)新的“知識(shí)管理(進(jìn)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(yán)格按用戶指令的軌跡和速度，控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。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(dòng)確定合理的速度控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。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(dòng)再現(xiàn)原來曲線后，自動(dòng)以最高速度控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。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(shí)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(jī)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的高速切削。

　　2)思考縮短從設(shè)計(jì)到加工為止的準(zhǔn)備時(shí)間的ADMAC-P arts

　　利用ADMAC-Parts，工藝設(shè)計(jì)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(shí)，活用數(shù)字化技術(shù)技能， 自動(dòng)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(dòng)制作機(jī)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(shí)正確地傳達(dá)到加工車間。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的工人也可以使用ADMAC-Parts的對(duì)話功能，在沒有CAD圖紙的情況下， 直接將加工圖對(duì)話輸入，同樣實(shí)現(xiàn)從圖紙到加工的一氣呵成的直接加工。這是一個(gè)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(gè)全新的觀念，其表現(xiàn)為，在“設(shè)計(jì)過程管理(縱軸)”上， 使得以往分散的CAD部件設(shè)計(jì)與利用CAM的工藝設(shè)計(jì)可以同時(shí)并行處理，并且將工藝設(shè)計(jì)人員的數(shù)字化加工知識(shí)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(shí)正確地將這些加工信息傳送給機(jī)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(jì)和加工作業(yè)的精度，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的高精度化和標(biāo)準(zhǔn)化。

　　3)思考提高生產(chǎn)效率的MacMan

　　MacMan是必要時(shí)生產(chǎn)必要數(shù)量的車間級(jí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以與上層資源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接。針對(duì)訂貨數(shù)量和交貨期，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，起草加工工藝計(jì)劃，通過網(wǎng)絡(luò)直接將加工計(jì)劃指示到各機(jī)床。這樣，加工車間可以嚴(yán)格地按生產(chǎn)管理部門的計(jì)劃直接進(jìn)行加工。

　　并且，生產(chǎn)管理部門可以通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)獲取機(jī)床的運(yùn)行率和加工實(shí)際成績(jī)，根據(jù)加工計(jì)劃進(jìn)度和各機(jī)床的負(fù)荷情況，修改計(jì)劃，或制訂新訂貨的加工計(jì)劃。同時(shí)，由于直接可以看到運(yùn)行率和計(jì)劃加工進(jìn)度，可以調(diào)整提高各機(jī)床的運(yùn)行率(個(gè)體最佳)，消除整個(gè)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(gè)車間級(jí)的生產(chǎn)現(xiàn)狀測(cè)量系統(tǒng)。通過此測(cè)量系統(tǒng)，可以直接看到需要改善的瓶頸，及時(shí)調(diào)整，保證整個(gè)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(yùn)行管理、工序管理等功能，還可以與具有訂貨、報(bào)價(jià)、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(jì)效果。

　　4)思考加工經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(dòng)的人和組織才是真正的主角。KCMAC在“知識(shí)管理(進(jìn)深軸)”上以知識(shí)加工為新觀念，提供一種簡(jiǎn)單方便的實(shí)施方法，將日常生產(chǎn)活動(dòng)中積累的各種加工知識(shí)數(shù)字化，以便組織內(nèi)的知識(shí)共享和熟練工向非熟練工的知識(shí)傳授。同時(shí)，在知識(shí)共享和傳授的組織中，不僅在橫向和縱向展開，并且為促進(jìn)新技術(shù)技能的創(chuàng)造，極力尋求具有更高附加價(jià)值的加工方法。

　　具體表現(xiàn)為，利用ADMAC-Parts可以簡(jiǎn)單地存儲(chǔ)數(shù)字化的加工技術(shù)，提供可以簡(jiǎn)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(yàn)，用于知識(shí)的共享和傳授，并進(jìn)一步刺激新的加工技術(shù)的創(chuàng)新活動(dòng)。利用MacMan可以簡(jiǎn)單地存儲(chǔ)數(shù)字化的生產(chǎn)調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，同樣提供可以簡(jiǎn)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(yàn)，共享、傳授和創(chuàng)新的經(jīng)驗(yàn)，提高車間的整體生產(chǎn)效率。

　　5)思考縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間的防碰撞功能

　　在自動(dòng)運(yùn)行加工或加工準(zhǔn)備作業(yè)中使用手動(dòng)操作時(shí)， “防碰撞系統(tǒng)”功能在機(jī)床實(shí)際動(dòng)作之前，使數(shù)控系統(tǒng)本身自動(dòng)進(jìn)行刀具、工件、夾具、機(jī)床本體的干涉檢查，實(shí)現(xiàn)在碰撞之前自動(dòng)地安全停止機(jī)床運(yùn)行。在12m/min的高速運(yùn)行時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到碰撞時(shí)，在10ms之內(nèi)(2mm的距離內(nèi))，停止機(jī)床的運(yùn)行。主要具有以下功能：

　　手動(dòng)操作時(shí)的干涉回避功能

　　在加工準(zhǔn)備作業(yè)頻繁使用的手動(dòng)操作中，預(yù)先實(shí)時(shí)地檢查動(dòng)作方向是否有可能發(fā)生干涉，在檢測(cè)到干涉的方向上自動(dòng)停止機(jī)床動(dòng)作。這樣，我們?cè)诩庸?zhǔn)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(jìn)行高速操作，大大縮短加工準(zhǔn)備的操作時(shí)間。

　　自動(dòng)運(yùn)行時(shí)干涉程序段的停止功能

　　在自動(dòng)運(yùn)行加工程序時(shí)，預(yù)先實(shí)時(shí)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(cè)到干涉的程序段之前自動(dòng)停止機(jī)床動(dòng)作。這樣，我們?cè)诘谝淮悟?yàn)證程序正確性時(shí)， 不必降低速度進(jìn)行驗(yàn)證，直接使用加工速度驗(yàn)證程序的正確性，大大縮短加工程序驗(yàn)證時(shí)間。

　　6)思考實(shí)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(jī)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(duì)策。但是，隨著加工的高速化，熱變位對(duì)策越來越困難。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高精度加工，不得不使用高價(jià)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(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)后，得到了一個(gè)啟發(fā)，那就是在盡量采取降低發(fā)熱量技術(shù)的同時(shí)，既然無法消除發(fā)熱，那么就老老實(shí)實(shí)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(cè)熱變位的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過補(bǔ)償消除熱變位的影響。也就是說：①采用易于預(yù)測(cè)熱變位的簡(jiǎn)單形狀的機(jī)械結(jié)構(gòu)：②考慮熱源的分布和溫度平衡：③實(shí)時(shí)地補(bǔ)償預(yù)測(cè)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(hù)和電柜的位置等手段，盡量實(shí)現(xiàn)熱平衡結(jié)構(gòu)，提高熱變位預(yù)測(cè)精度。通過③的環(huán)境熱變位補(bǔ)償系統(tǒng)TAS-C(Thermo-Active Stabilizer Construction)， 在外界氣溫有8℃變化時(shí)，實(shí)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(shí)，應(yīng)該積極地充分發(fā)揮自己的特長，與系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正的機(jī)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(jī)床有機(jī)地融合思考型數(shù)控系統(tǒng)后，才能實(shí)現(xiàn)思考型機(jī)床。經(jīng)過思考型客戶使用此思考型機(jī)床，才能實(shí)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(hào)“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(jī)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(jì)。