0 引言
重型機(jī)床是高端裝備的重要組成部分,是振興裝備制造的重點(diǎn)之一,廣泛應(yīng)用于能源、交通、船舶、工程機(jī)械、冶金、航空航天、軍工等重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域。重型機(jī)床種類多、數(shù)量多、生命周期長(zhǎng)、階段復(fù)雜:機(jī)床數(shù)據(jù)包括設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行環(huán)境、狀態(tài)、使用等數(shù)據(jù);機(jī)床數(shù)據(jù)在生命周期各階段不斷變化,特別是運(yùn)行過程和運(yùn)行環(huán)境。重型機(jī)床數(shù)據(jù)數(shù)量大、種類多、動(dòng)態(tài)性強(qiáng),具有大數(shù)據(jù)特點(diǎn)_。近年來,我國(guó)重型機(jī)床行業(yè)在設(shè)計(jì)制造能力和產(chǎn)品智能化方面都有長(zhǎng)足進(jìn)步,但是在全生命周期管理方面還有很大不足,如重型機(jī)床生命周期數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)利用效率,運(yùn)行維護(hù)管理以及基于數(shù)據(jù)的反饋設(shè)計(jì)等。
通過行業(yè)分析與典型企業(yè)調(diào)研,重型機(jī)床業(yè)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)維修和大數(shù)據(jù)管理等方面還存在五個(gè)方面的顯著需求:(1)管理生命周期數(shù)據(jù),反饋到設(shè)計(jì)端,驗(yàn)證原始設(shè)計(jì)的正確性,并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì):(2)提取制造過程中的關(guān)鍵要素,形成加工資源庫(kù),為重型機(jī)床加工使用提供參考:(3)建立MRO數(shù)據(jù)平臺(tái),分析健康度、診斷故障,實(shí)現(xiàn)MRO智能化管理;(4)追蹤和回溯白身信息,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、使用維護(hù)、服務(wù)一體化集成;(5)建立面向重型機(jī)床的共性知識(shí)服務(wù)體系,整合行業(yè)創(chuàng)新資源,解決重型機(jī)床發(fā)展中的共性、關(guān)鍵技術(shù)問題。
為有效管理重型機(jī)床生命周期大數(shù)據(jù),用生命周期后期階段數(shù)據(jù)反饋于生命周期前期階段,指導(dǎo)重型機(jī)床設(shè)計(jì)、加工服務(wù)和MRO智能服務(wù),需要研究與構(gòu)建重型機(jī)床閉環(huán)產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)模型及其關(guān)鍵技術(shù)。
1 智能閉環(huán)PLM模型
國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)閉環(huán)PLM系統(tǒng)做了一些研究,Kiritsis以通訊技術(shù)和智能產(chǎn)品為基礎(chǔ),提出了相應(yīng)閉環(huán)管理的框架。Matsokis建立了以本體為基礎(chǔ)的支持閉環(huán)PLM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和知識(shí)管理語義對(duì)象模型。重慶大學(xué)的王旭教授對(duì)此進(jìn)行過綜述研究,提出:閉環(huán)PLM是一種有效管理產(chǎn)品生命周期活動(dòng)的信息化戰(zhàn)略,通過獲取全生命周期內(nèi)與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成、轉(zhuǎn)化和分享實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)跨組織問信息流的閉環(huán)管理_,F(xiàn)階段,針對(duì)閉環(huán)PLM系統(tǒng)的研究也集中于綜述以及階段性的閉環(huán)系統(tǒng),沒有建立從產(chǎn)品MRO到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的大閉環(huán)模型,更沒有相關(guān)的技術(shù)研究,提出實(shí)際的企業(yè)應(yīng)用方案。
結(jié)合重型機(jī)床裝備的行業(yè)需求、PLM發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì),本文提出一種新型的基于MRO的閉環(huán)PLM系統(tǒng)模型(如圖1所示),實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的產(chǎn)品全生命周期過程精細(xì)化、智能化管控。集成機(jī)床全生命周期大數(shù)據(jù),進(jìn)行分類管理和使用目標(biāo)性管理。
圖1 基于MRO的三重閉環(huán)PLM模型
(1)重型機(jī)床運(yùn)行智能閉環(huán)模型
針對(duì)重型機(jī)床運(yùn)行工況復(fù)雜、環(huán)境對(duì)產(chǎn)品性能影響大、產(chǎn)品對(duì)環(huán)境感知能力差、白適應(yīng)和白調(diào)整能力不足的特點(diǎn),建立運(yùn)行智能閉環(huán)。通過有效的反饋機(jī)制,機(jī)床數(shù)據(jù)反作用于機(jī)床運(yùn)行過程,根據(jù)加工環(huán)境和加工狀態(tài),進(jìn)行白調(diào)整和白適應(yīng),保證設(shè)備和人員安全以及加工精度和加工質(zhì)量,提高重型機(jī)床的加工穩(wěn)定性。
(2)重型機(jī)床維護(hù)智能閉環(huán)模型
針對(duì)重型機(jī)床裝配調(diào)試難度大、故障損失影響大、使用壽命艮、可靠性要求高、故障診斷困難、人工干預(yù)能力差、故障預(yù)警能力低等特點(diǎn),建立維護(hù)智能閉環(huán)。整理融合機(jī)床生命周期各階段數(shù)據(jù)、故障診斷知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù),形成基于知識(shí)的MRO服務(wù)體系,進(jìn)行健康度分析和故障診斷,提供機(jī)床維護(hù)維修計(jì)劃,提高機(jī)床運(yùn)行可靠性及無故障運(yùn)行時(shí)間,延長(zhǎng)使用壽命。
(3)基于MRO的設(shè)計(jì)閉環(huán)模型
重型機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)運(yùn)行使用、維護(hù)維修及故障分析考慮不足,缺少對(duì)原始設(shè)計(jì)的驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn).難以滿足重型機(jī)床單臺(tái)套定制化設(shè)計(jì)、高精度和高可靠性要求;缺少對(duì)機(jī)床使用階段的工藝設(shè)計(jì)和指導(dǎo),缺乏機(jī)床操作使用標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)劃參考。針對(duì)這一特點(diǎn),建立基于MR0數(shù)據(jù)反饋的設(shè)計(jì)閉環(huán)。機(jī)床數(shù)據(jù)反作用于機(jī)床設(shè)計(jì),支持機(jī)床優(yōu)化和創(chuàng)新,更好地為機(jī)床開發(fā)服務(wù)。
2 閉環(huán)PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)上述基于MRO的重型機(jī)床裝備閉環(huán)PLM系統(tǒng),提出了如圖2所示的面向重型機(jī)床裝備的閉環(huán)PLM系統(tǒng)構(gòu)架,包括基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)集成層、平臺(tái)功能層和產(chǎn)品應(yīng)用層。
圖2 閉環(huán)PLM系統(tǒng)架構(gòu)
基礎(chǔ)資源層。系統(tǒng)構(gòu)架的最底層,由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和集成開發(fā)環(huán)境組成。采集機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)集成層。提供數(shù)據(jù)和知識(shí)支持。運(yùn)用數(shù)據(jù)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成,并采用知識(shí)獲取、知識(shí)識(shí)別等技術(shù),提取機(jī)床的各階段知識(shí)并與專家系統(tǒng)有效地整合在一起,形成覆蓋機(jī)床全生命周期的知識(shí)體系。平臺(tái)功能層。將知識(shí)數(shù)據(jù)功能化,提供各項(xiàng)服務(wù)功能,包括機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控、機(jī)床知識(shí)服務(wù)、機(jī)床設(shè)計(jì)反饋、遠(yuǎn)程故障診斷、維修維護(hù)計(jì)劃、維修執(zhí)行監(jiān)控、機(jī)床操作指導(dǎo)和加工工藝制定等。產(chǎn)品應(yīng)用層。將閉環(huán)PLM系統(tǒng)付諸實(shí)踐的過程,結(jié)合機(jī)床共性和不同機(jī)床的特性,構(gòu)建不同機(jī)床系列的閉環(huán)PLM體系,實(shí)現(xiàn)機(jī)床全生命周期的數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)反饋,提高運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3 關(guān)鍵技術(shù)分析
3.1系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)
系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)包括數(shù)據(jù)接入與感知技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與處理技術(shù)、產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理技術(shù)和知識(shí)服務(wù)技術(shù)。獲取重型機(jī)床生命周期各階段的復(fù)雜、動(dòng)態(tài)以及分散的數(shù)據(jù):根據(jù)數(shù)據(jù)特性,分析處理后實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理;結(jié)合云計(jì)算和云制造的思想,整合機(jī)床業(yè)分布的知識(shí)資源,將整合后的知識(shí)資源發(fā)布出去,提供知識(shí)服務(wù)。
3.2 系統(tǒng)開發(fā)專項(xiàng)技術(shù)
1.運(yùn)行智能閉環(huán)關(guān)鍵技術(shù)
應(yīng)用傳感器和ECU模塊,感知機(jī)床所處環(huán)境狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài),通過白檢測(cè)技術(shù)、白調(diào)整與白適應(yīng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行閉環(huán)功能。
重型機(jī)床ECU白監(jiān)測(cè)技術(shù)。針對(duì)實(shí)時(shí)故障診斷難、安全預(yù)警需求強(qiáng)、突發(fā)狀況處理及時(shí)性要求高等特點(diǎn),運(yùn)用嵌入式ECU系統(tǒng),實(shí)時(shí)獲取機(jī)床加工狀態(tài),鑒別機(jī)床當(dāng)前工作狀態(tài),對(duì)非安全狀態(tài)提出預(yù)警;對(duì)處于突發(fā)異常狀態(tài)的機(jī)床采取自處理措施,智能控制機(jī)床的啟停狀態(tài),切換機(jī)床的工作模式。
重型機(jī)床ECU白調(diào)整與白適應(yīng)技術(shù)。重型機(jī)床的加工性能受到工作環(huán)境、工作狀態(tài)及加工對(duì)象的影響較大,通過分析機(jī)床所處環(huán)境信息、運(yùn)行信息、關(guān)鍵零部件壽命信息,形成基于設(shè)備ECU智能控制系統(tǒng),根據(jù)環(huán)境情況調(diào)整機(jī)床參數(shù)。
2.維護(hù)智能閉環(huán)關(guān)鍵技術(shù)
基于知識(shí)的健康狀態(tài)分析與故障診斷技術(shù)。提取設(shè)備狀態(tài)特征,確定狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),評(píng)價(jià)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)及健康度,預(yù)測(cè)其變化和發(fā)展趨勢(shì)。及時(shí)正確地對(duì)異常狀態(tài)或故障狀態(tài)做出預(yù)警,診斷出引起狀態(tài)變化的本質(zhì)原因,定位故障位置和失效模型,并提出合理的維修方案。
基于知識(shí)的MR0管理體系與技術(shù)。將MRO各管理模塊結(jié)合起來,形成管理框架,調(diào)用診斷知識(shí)數(shù)據(jù),為MRO決策提供數(shù)據(jù)支持;同時(shí),決策產(chǎn)生的維修數(shù)據(jù)也可以反饋到知識(shí)庫(kù),使知識(shí)不斷豐富。主要包括MRO需求管理模塊、MRO過程管理模塊、過程優(yōu)化模塊、服務(wù)評(píng)價(jià)模塊和備品備件管理模塊。
3.基于MRO反饋的設(shè)計(jì)閉環(huán)關(guān)鍵技術(shù)
從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對(duì)重型機(jī)床進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高設(shè)計(jì)可靠性,同時(shí)提高重型復(fù)雜機(jī)床的無故障運(yùn)行時(shí)間,延長(zhǎng)使用壽命。
基于故障數(shù)據(jù)反饋的d-FMEA產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù),通過對(duì)故障數(shù)據(jù)的分析,確定產(chǎn)品故障的類型:由設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的故障、由產(chǎn)品壽命導(dǎo)致的故障、由顧客誤用所導(dǎo)致的故障,根據(jù)不同的故障類型,采取相應(yīng)的措施,進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn),避免故障再次發(fā)生;谶\(yùn)行數(shù)據(jù)反饋的工程設(shè)計(jì)技術(shù),針對(duì)運(yùn)行環(huán)境和機(jī)床加工對(duì)象的差異性,進(jìn)行輔助工藝編制和產(chǎn)品加工,提供關(guān)鍵工藝的工程設(shè)計(jì)服務(wù),保證設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)。
4 結(jié)束語
隨著重型機(jī)床設(shè)備業(yè)的不斷發(fā)展,用戶對(duì)于機(jī)床的定制化、個(gè)性化需求越來越強(qiáng)烈,同時(shí)對(duì)于機(jī)床大數(shù)據(jù)管理、維護(hù)維修要求也越來越高,基于MRO的閉環(huán)PLM系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品大數(shù)據(jù)管理,運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控,提供維護(hù)服務(wù),反饋產(chǎn)品設(shè)計(jì),將越來越受企業(yè)的青睞。本文在深入分析重型機(jī)床的行業(yè)大數(shù)據(jù)管理、智能設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)需求,行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,提出基于MR0的重型機(jī)床裝備閉環(huán)PLM系統(tǒng);描述了閉環(huán)PLM理論模型和系統(tǒng)架構(gòu):然后詳細(xì)闡述了實(shí)施閉環(huán)PLM系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)和專項(xiàng)技術(shù)。為重型機(jī)床生命周期管理提供新的方向,同時(shí)也為閉環(huán)PLM系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)踐提供了詳細(xì)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題:基于MRO的重型機(jī)床閉環(huán)PLM模型及關(guān)鍵技術(shù)研究
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