劉 清，王浩宇

（中國石油集團濟柴動力有限公司成都壓縮機分公司，四川成都 610100）

0 引言

數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)重要基礎(chǔ)。它為國民經(jīng)濟各個部門的發(fā)展提供高效、高質(zhì)的技術(shù)裝備。NC（Numerical Control System，數(shù)控系統(tǒng)）是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的高配置的大腦，是決定機床裝備性能、功能、可靠性和成本的關(guān)鍵因素。國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性上和國外的數(shù)控系統(tǒng)存在著較大差距。特別是“高、精、尖”的數(shù)控機床配套的數(shù)控系統(tǒng)90%以上是國外的系統(tǒng)，而國外企業(yè)在數(shù)控系統(tǒng)方面，仍對我國進行技術(shù)封鎖限制。造成數(shù)控機床在使用過程中的運行和維修成本居高不下。

收集整理企業(yè)內(nèi)部采集到的數(shù)控機床維修數(shù)據(jù)，通過FMECA（Fault Mode Effects And Criticality Analysis，故障模式影響及其危害性分析）分析計算方法，找到數(shù)控系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，了解各個故障模式對數(shù)控系統(tǒng)的整體影響程度，突出數(shù)據(jù)丟失對數(shù)控系統(tǒng)的危害，強調(diào)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份作為應(yīng)對該故障的積極手段，具有重要意義。通過以某公司數(shù)控機床的維修數(shù)據(jù)作為研究對象，收集到公司為期3年的數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過對該數(shù)據(jù)進行詳細(xì)分析，找出機床數(shù)控系統(tǒng)易發(fā)生故障的具體原因，并針對分析結(jié)果提出相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理策略，以保障數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，提高數(shù)控機床的運行可靠性。

1 數(shù)控系統(tǒng)的FMECA分析

在系統(tǒng)可靠性分析中，采用以下最常用的兩種分析方法：

（1）FMEC分析計算方法。利用FMEC分析方法，對數(shù)控機床可靠性進行研究，找出數(shù)控系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

（2）RPN（Risk Priority Number，風(fēng)險優(yōu)先數(shù)）可以衡量系統(tǒng)的危害程度，RPN由“嚴(yán)酷度S”“檢測難度D”和“發(fā)生率O”三者乘積組成。RPN值越大，則發(fā)生該故障對機床數(shù)控系統(tǒng)的危害度就越大。

根據(jù)收集到的維修數(shù)據(jù)，整理數(shù)控系統(tǒng)的FMECA報告見表1，RPN分析見表2。按照傳統(tǒng)的RPN分析方法從表2可得故障模式危害度：F1＞F6＞F2＞F3＞F4＞F5＞F7，但是S、O、D三個參數(shù)取值受主觀因素影響比較大，不能客觀公正評價每個故障模式的危險性，為了進一步驗證所得出的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用改進的RPN分析方法進行再次驗證。通過采集分析數(shù)控機床的故障數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出每項故障模式發(fā)生的次數(shù)，并且統(tǒng)計出該故障發(fā)生所產(chǎn)生的停工時間，用故障次數(shù)乘以多次故障平均停機時間，來替代S、D兩個參數(shù)。因為，檢測方法越復(fù)雜，查找故障原因，制定維修方案的時間就會越長，故障嚴(yán)酷度越高，維修難度也會越高，兩者都會影響機床的停機時間。停機時間越長，對公司的損失就會越大，危害度也會越大。統(tǒng)計各個故障模式，在3年內(nèi)對應(yīng)的故障次數(shù)及每次故障停工檢修時間，改進后的RPN分析見表3。

表1 數(shù)控系統(tǒng)的FMECA報告

表2 傳統(tǒng)RPN分析

表3 改進后RPN分析

通過改進RPN法[4]計算可得故障模式危害度：F1＞F6＞F2＞F4＞F3＞F5＞F7，兩次分析數(shù)據(jù)基本吻合，與現(xiàn)場實際生產(chǎn)過程中的故障情況相吻合，即“系統(tǒng)硬件無法啟動”與“干擾信號”兩個故障模式對數(shù)控系統(tǒng)的安全性和可靠性影響最大，應(yīng)該優(yōu)先考慮必要的防范措施，以便提高數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這兩個故障模式產(chǎn)生的危害最大的根本原因，是造成數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部程序和參數(shù)大量丟失、恢復(fù)難度大、時間長，給企業(yè)造成的損失也大。

2 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份的意義

通過對維修數(shù)據(jù)FMECA分析可知，數(shù)控系統(tǒng)的故障原因，除了硬件方面的損壞以外，其余的多是因為外界原因（人或者環(huán)境）造成數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)和程序丟失，使數(shù)控系統(tǒng)不能正常運行，這種故障占比達到85%以上。

如果個別參數(shù)被更改，可以根據(jù)系統(tǒng)報警，查找系統(tǒng)參數(shù)，再對比原來的備份，將參數(shù)進行調(diào)整，就能消除報警；如一臺KVC1400MA的立式加工中心，由于操作者不慎修改刀庫參數(shù)，造成刀庫數(shù)據(jù)混亂，換刀時，機械手和刀具發(fā)生碰撞，造成一定的經(jīng)濟損失。查找到相關(guān)參數(shù)，修改為出廠設(shè)置，機床恢復(fù)正常。

如果丟失的參數(shù)和程序太多，只能將數(shù)控系統(tǒng)進行NC和PLC總清，用備份數(shù)據(jù)進行回裝。一般情況都能解決問題。如一臺TK6516型數(shù)控刨臺臥式鏜銑床，由于系統(tǒng)接地老化，在一次運行過程中，受到外部高頻干擾，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部程序丟失，無法開機。在處理好系統(tǒng)接地，并作好系統(tǒng)的保護屏蔽后，重新回裝機床數(shù)據(jù)，機床恢復(fù)正常。如果再嚴(yán)重一點，比如出現(xiàn)CF卡損壞、PCU系統(tǒng)崩潰藍屏的極端情況（圖1），只要數(shù)控機床有相關(guān)數(shù)據(jù)的備份，更換硬件、回裝數(shù)據(jù)，就能很快恢復(fù)機床運行。一臺CK43160C數(shù)控曲軸連桿軸頸車床采用SIEMENS 802D系統(tǒng)，由于長時間斷電，造成數(shù)據(jù)完全丟失，數(shù)控系統(tǒng)黑屏，無法開機。該機床由于沒有做數(shù)據(jù)備份。最后只能花高額的維修費用，找專業(yè)人士編寫程序和設(shè)置參數(shù)，機床停機時間長達數(shù)月，給公司造成不小的損失。

圖1 數(shù)控系統(tǒng)PCU藍屏

所以做好數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份和保管的基礎(chǔ)工作，對數(shù)控機床具有重要意義。

3 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理策略

數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對于數(shù)控機床非常重要。為加強數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案管理，完整保存并科學(xué)管理數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案，保證數(shù)控設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，提高設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備停機時間，需要制定完備的數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案管理策略。

3.1 數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案管理原則

數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案工作實行集中、統(tǒng)一管理的原則，以維護檔案的完整、準(zhǔn)確、系統(tǒng)和安全，以便長久保存和利用。

3.2 數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)歸檔范圍

數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案指企業(yè)購進的各種數(shù)控設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件資料，包括數(shù)控設(shè)備的隨機光盤、U盤、CF卡、移動硬盤及其他移動存儲設(shè)備，內(nèi)容包括：①數(shù)控系統(tǒng)NC與PLC數(shù)據(jù)；②數(shù)控系統(tǒng)PCU備份文件；③可編程控制器的內(nèi)部程序；④數(shù)控系統(tǒng)自帶的CF卡數(shù)據(jù)；⑤其他數(shù)控系統(tǒng)正常運行需要的電子程序文件。

3.3 數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)歸檔時間與要求

（1）歸檔時間：購進的設(shè)備，由使用單位在設(shè)備到場，完成數(shù)控設(shè)備調(diào)試、驗收后，通知設(shè)備管理部門，與生產(chǎn)商機床調(diào)試人員對接，清點數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)資料，完成數(shù)據(jù)備份及保存工作，并做好記錄，參加人員對數(shù)據(jù)資料逐一進行確認(rèn)并簽字。

（2）設(shè)備安裝、調(diào)試、維修、保養(yǎng)、事故處理、調(diào)撥、改裝及企業(yè)自制設(shè)備的所有數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)資料，在項目完成后一個月內(nèi)歸檔。

（3）歸檔要求：設(shè)備管理部門要將整理完畢的數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案及時向辦公室移交，各類歸檔資料經(jīng)確認(rèn)無誤，方可進行歸檔工作。歸檔資料要求一式兩套，用來存儲歸檔數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備必須貼有標(biāo)簽，標(biāo)簽上須注明清楚數(shù)據(jù)信息，包括設(shè)備名稱、資料編號、登記時間等，數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案進行移交時，必須充分保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、有效性。

3.4 數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)管理和利用

（1）建立數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案臺帳，做到帳、物相符，便于及時檢索，提供利用，確保設(shè)備檔案的完整性。

（2）檔案室要設(shè)置專門的防磁信息安全柜（圖2），電子檔案庫房應(yīng)遠(yuǎn)離強磁場、強熱源，并與有害氣體隔離。

圖2 防磁信息安全柜

（3）檔案管理人員要認(rèn)真保管檔案，嚴(yán)防各種損毀檔案的因素產(chǎn)生，做好防磁、防盜、防火、防光、防潮、防塵及有害生物等安全措施，維護檔案的完整與安全。

（4）數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)資料由設(shè)備管理部門，每年組織專業(yè)技術(shù)人員對所有的數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)備份和更新，并作好登記。

（5）設(shè)備維修需借用或復(fù)制數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)檔案的，必須嚴(yán)格履行查（借）閱手續(xù)，按照企業(yè)要求辦理，方可復(fù)制或借閱。

4 結(jié)語

數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過高效的運算能力和可靠的處理能力，將數(shù)控機床的電氣部分和機械部分完美結(jié)合，發(fā)揮出數(shù)控設(shè)備的最大潛能。通過對數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計計算，編制出統(tǒng)計數(shù)據(jù)表格，利用FMECA與RPN系統(tǒng)危害性的綜合分析的方法，直觀地反映出數(shù)控系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，強調(diào)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份的重要性，并對數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理制定詳細(xì)的策略，對數(shù)控機床的使用和管理，有重要的指導(dǎo)作用。