思考型数控系统

HEATS

21世纪已经进入了第五年，制造业正在面临着一个大的转换期。在激烈的全球竞争中，利用信息技术和CAD/CAM的制造知识，追求具有更高附加价值的产品， 这样一个新时代的制造技术正在诞生中。例如，为了提高装配效率，部件变得越来越复合化和复杂化。因此，机床的复合化和复杂化也随之而来，使得加工准备时间越来越长，缩短加工时间也变得越来越困难。为了解决这些课题，迄今为止的服从型数控系统已经走到了极限， 开始产生了思考型的崭新的数控系统，所谓开始进入了思考型数控系统的时代。针对此新的时代：

·客户想要做什么?
·厂家应该向客户提供什么?
·客户应该如何行动?

有关这些问题，以大隈的最新技术为例，本文简单介绍一下目前世界上的最新技术动态。

1 目的

在此大转换期之际，再次回到原点重新察看是非常重要的。作为厂家来说，为了向客户提供生产手段，必须不断地把握客户的最新需求和潜在要求，钻研最新技术，为客户提供“多快好省”的生产手段。生产手段的原点是“除了创造附加价值的时间，其他时间均为损失时间，目的要最大限度的减少损失时间”。站在此观点上，我们必须要在正确把握客户的最新需求和潜在要求的基础上，才能开发新技术。

如图1所示，如何缩短“等待和停机的损失、加工准备时间损失、速度的损失、次品的损失”，最大限度的增加标准开机时间，这是在机床制造业百年多的历史中，我们机床界的同行门不断钻研最新技术的目标。走在世界机电一体化的最前列的日本大隈公司的“OSP-P200”最新数控系统，正在向思考型数控系统阔步迈进。通过正确的操作和正确的控制，能够充分发挥机床性能的OSP-P200， 向客户提供一个制造唯一(Only one)控制系统和唯一机床(Only one)的 整体解决方案。

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图1 新技术开发观点：削减制造成本的损失
———最大限度减少时间损失

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在这里以大隈公司为例，介绍一个有趣的插曲。大隈公司在一百多年前创业时，是以制造民以食为天的面条机开始的。为了制造面条机的齿轮刀棍，开发了专用车床。2004年年底日本的NHK在一个介绍日本机床业最新技术的特别节目中，报道了这样一个例子：大隈60多年前生产的一台面条机，60多年来一直默默不停地工作着，客户至今仍然非常珍惜。大隈的机床制造技术就是这样在面条机的制造中磨练出来的。

2 思考型数控系统

那么，思考型数控系统到底是怎样的呢? 它又如何思考呢? 具有数控系统使用者和制造者双重立场的大隈公司，带着独自的理念在不断地回答上述问题的同时，向客户不断地提供各种新技术和新产品。这就是，从机电一体化的二维平面到生产第一线活用信息技术的三维立体“IT广场”(见图2)。

图2 IT广场概念

 IT广场是由?个基本轴组成的，利用同时进行产品设计和制造工艺设计的并行工程技术，目标大幅度缩短从制造规划到制造准备为止的开发时期的“设计过程管理(纵轴)”：为了及时快速响应市场的急剧变化，追求零等待时间，目标大幅度缩短从签单到出厂为止的生产周期的“生产过程管理(横轴)”：为了提高制造业的附加价值，在“设计过程管理(纵轴)”和“生产过程管理(横轴)” 的基础上， 促进技术和技能的共享、传授和创新的“知识管理(进深轴)”。

2）思考切削最佳化的Super-NURBS

加工技术“含金量”最高的模具加工总是最先使用新的数控技术。大隈的Super-NURBS功能超出了现有数控系统的范畴，开始覆盖CAM领域。现在一般的数控系统，严格按用户指令的轨迹和速度，控制机床的运动。一般的模具加工用的数控系统，按用户指令的轨迹，自动确定合理的速度控制机床的运动。而具有Super-NURBS功能的数控系统，根据用户的指令轨迹，自动再现原来曲线后，自动以最高速度控制机床运动。大幅度地提高加速度，提高复杂形状的过渡速度(在程序段的接合处，不减速，按最佳速度平滑地过渡)，可以大大地缩短加工时间。由CAD / CAM生成的微小直线程序段，在数控系统中经过思考，再现原来的曲线，以最佳速度直接控制伺服电机，实现了高质量的高速切削。

2）思考缩短从设计到加工为止的准备时间的ADMAC-P arts

利用ADMAC-Parts，工艺设计人员可以在CAD图 纸数据上，通过指定工件的加工特征追加加工知识，活用数字化技术技能， 自动确定加工工序、加工顺序、使用刀具、切削条件等加工信息，不仅自动制作机床所需的加工程序，并立即生成工人操作所需的加工工序表、刀具表、加工指示图等信息，瞬时正确地传达到加工车间。同时，现场的工人也可以使用ADMAC-Parts的对话功能，在没有CAD图纸的情况下， 直接将加工图对话输入，同样实现从图纸到加工的一气呵成的直接加工。这是一个具有从CAD或图纸直接到加工的一气呵成的直接加工功能的CAD/CAM软件包。

这里的“直接加工” 是一个全新的观念，其表现为，在“设计过程管理(纵轴)”上， 使得以往分散的CAD部件设计与利用CAM的工艺设计可以同时并行处理，并且将工艺设计人员的数字化加工知识具体反映在加工工序表、刀具表和加工指示图之中，利用网络瞬时正确地将这些加工信息传送给机床操作工，大大提高了以往凭手工作业和感觉的工艺设计和加工作业的精度，实现作业的高精度化和标准化。

3）思考提高生产效率的MacMan

MacMan是必要时生产必要数量的车间级生产管理系统，可以与上层资源管理系统实现无缝连接。针对订货数量和交货期，根据生产计划，起草加工工艺计划，通过网络直接将加工计划指示到各机床。这样，加工车间可以严格地按生产管理部门的计划直接进行加工。

并且，生产管理部门可以通过网络及时获取机床的运行率和加工实际成绩，根据加工计划进度和各机床的负荷情况，修改计划，或制订新订货的加工计划。同时，由于直接可以看到运行率和计划加工进度，可以调整提高各机床的运行率(个体最佳)，消除整个加工过程中的瓶颈难题(整体最佳)。使得车间的加工情况一目了然，是一个车间级的生产现状测量系统。通过此测量系统，可以直接看到需要改善的瓶颈，及时调整，保证整个车间整体生产的最佳状态。

如上所述，MacMan帮助缩短“生产过程管理(横轴)”上的生产周期，不仅具有运行管理、工序管理等功能，还可以与具有订货、报价、成本管理功能和ERP的基干系统建立接口联网，根据工厂规模、生产管理水平、投资额等，由下至上地导入系统，取得与投资相符的经济效果。

4）思考加工经验的KCMAC

为了维持和提高产品的高质量，工人的技术技能的共享、传授和创新才是制造业的关键所在。产品生产的主角既不是机床，也不是CAD / CAM，更不是生产管理系统，而利用这些工具从事生产活动的人和组织才是真正的主角。KCMAC在“知识管理(进深轴)”上以知识加工为新观念，提供一种简单方便的实施方法，将日常生产活动中积累的各种加工知识数字化，以便组织内的知识共享和熟练工向非熟练工的知识传授。同时，在知识共享和传授的组织中，不仅在横向和纵向展开，并且为促进新技术技能的创造，极力寻求具有更高附加价值的加工方法。

具体表现为，利用ADMAC-Parts可以简单地存储数字化的加工技术，提供可以简单检索、再利用和参照的方法，使得现有的加工技术成为最佳经验，用于知识的共享和传授，并进一步刺激新的加工技术的创新活动。利用MacMan可以简单地存储数字化的生产调度经验，同样提供可以简单检索、再利用和参照的方法，不断优化现有的生产调度经验，共享、传授和创新的经验，提高车间的整体生产效率。

5）思考缩短加工准备时间的防碰撞功能

在自动运行加工或加工准备作业中使用手动操作时， “防碰撞系统”功能在机床实际动作之前，使数控系统本身自动进行刀具、工件、夹具、机床本体的干涉检查，实现在碰撞之前自动地安全停止机床运行。在12m/min的高速运行时，当检测到碰撞时，在10ms之内(2mm的距离内)，停止机床的运行。主要具有以下功能：

手动操作时的干涉回避功能

在加工准备作业频繁使用的手动操作中，预先实时地检查动作方向是否有可能发生干涉，在检测到干涉的方向上自动停止机床动作。这样，我们在加工准备作业过程中， 不必使用从前降低速度的操作方式，可以放心大胆地进行高速操作，大大缩短加工准备的操作时间。

自动运行时干涉程序段的停止功能

在自动运行加工程序时，预先实时地检查加工程序中程序段指令方向是否有可能发生干涉，在检测到干涉的程序段之前自动停止机床动作。这样，我们在第一次验证程序正确性时， 不必降低速度进行验证，直接使用加工速度验证程序的正确性，大大缩短加工程序验证时间。

6）思考实现稳定的高精度加工的“热变位共存”功能

迄今为止，为了消除机床加工中发热所引起的加工精度的误差，在发热部位安装冷却装置，是最普通的热变位对策。但是，随着加工的高速化，热变位对策越来越困难。同时，为了实现高精度加工，不得不使用高价的恒温车间，排除外界气温变化带来的热变位。

大隈公司在进行了大量的实验后，得到了一个启发，那就是在尽量采取降低发热量技术的同时，既然无法消除发热，那么就老老实实地接受这些热量。这样就产生了与热量共存的设想。具体来说就是，使用可以预测热变位的机械结构，通过补偿消除热变位的影响。也就是说：①采用易于预测热变位的简单形状的机械结构：②考虑热源的分布和温度平衡：③实时地补偿预测的热变位。其中的①和②，采用传热均等的铸件，合理布局防护和电柜的位置等手段，尽量实现热平衡结构，提高热变位预测精度。通过③的环境热变位补偿系统TAS-C(Thermo-Active Stabilizer Construction)， 在外界气温有8℃变化时，实现了保持加工精度在10Sm以内的高精度加工。

3 结束语

迄今为止的服从型数控系统就这样正在向思考型数控系统变化。厂家在使用思考型数控系统时，应该积极地充分发挥自己的特长，与系统有机地结合，实现真正的机电一体化。
但是，仅仅使用思考型数控系统还是不够的。只有思考型厂家将自己的机床有机地融合思考型数控系统后，才能实现思考型机床。经过思考型客户使用此思考型机床，才能实现多快好省的生产。这样的“思考”联锁是得到制造精髓的关键。

最后引用一句大隈公司的口号“要造物，先造人”。在使用搭载思考型数控系统的思考型机床之前，必须要最大限度地发挥生产第一线工人的智慧。“十年树木，百年树人”，持续不断的培育人才才是至关重要的百年大计。