连接控制

互联网和基于云的计算正在改变制造商操作数控机床的方式。您的商店准备好了吗？

20 多年前，以太网端口首次出现在 CNC 车床和加工中心上。 MTConnect 机床通信标准在 2010 年芝加哥 IMTS 上正式在美国首次亮相。不久之后，制造商开始谈论云计算和工业物联网 (IIoT)，当德国经济学家 Klaus Schwab 在 2015 年发表论文指出世界已经进入第四次工业革命时，这些术语将成为主流。

欢迎来到 2021 年。机加工车间所有者、CNC 程序员和制造工程师现在应该清楚地看到，在过去的二十年中，机械加工行业发生了巨大变化。 CNC 机床比以前智能得多，能够生成大量关于玻璃背后发生的一切的数据。制造软件也变得更加智能，提供了世纪之交梦寐以求的互操作性和基于云的功能。

所有这些技术魔法是否是一件好事还有待商榷。有人可能会争辩说，车间的生活已经足够具有挑战性了——当一天中几乎没有足够的时间来生产零件时，谁还需要大数据和智能机器？其他人则将工业 4.0 及其所包含的一切视为制造商前进的明确道路，任何不接受它的人很快就会倒闭。

获得焦点

真相介于两者之间。总部位于密歇根州罗切斯特山的 FANUC America Corp. 的 F.A. 工程总监 Paul Webster 指出，自千年虫以来，CNC 机床就已经支持网络和互联网。选择忽略此功能的商店仍然可以正常运行，谢谢，并将在未来几年继续这样做。然而，很少有人会争辩说，机床连接性和由此启用的加工过程的更大可见性绝不是一件坏事，并且可能会在一项有利可图的工作和你很快忘记的工作之间产生差异。

“我们在 90 年代初推出了我们的 FOCAS API（应用程序编程接口），以及光纤和以太网端口，因此连接 CNC 已经很容易了一段时间，”他说。 “困难的部分一直是弄清楚你需要什么数据，以及一旦有了这些数据你将如何处理。”

这些数据包括警报历史、进给率和主轴倍率设置、伺服电机和主轴温度、功耗、宏变量等等，所有这些都可以从机床中连续自动地提取。再加上操作员提供的各种输入（作业编号、生产状态、刀具消耗，甚至零件质量信息），获得车间活动的完整画面并不比查看收集这些数据的任何监控软件的仪表板更困难.

在 FANUC 的案例中，这就是 MT-LINKi，一个与品牌无关的分析平台，能够同时监控 1,000 多台 CNC 机床，以及 FASData，一个生产监控程序。其他控制制造商提供类似的解决方案，许多机床制造商、切削工具供应商和第三方软件开发商也提供类似的解决方案。所有这些都提供了收集公认的海量数据并以对人类有意义的方式呈现的方法，使他们能够在趋势和潜在问题对生产水平产生负面影响之前做出反应。

云难题

那么问题就变成了在哪里存储这些数据并存放用于分析它的软件的最佳位置？两者都应该位于异地托管设施的云中并由专门的硬件和软件专家管理吗？还是“内部”安装更合适，使用商店拥有的任何内部 IT 人才？

韦伯斯特和为本文接受采访的其他人在很大程度上同意，虽然前者通常是更安全、更具成本效益的方法，但许多工厂仍然对离开工厂的零件程序和生产数据感到不安。总部位于伊利诺伊州绍姆堡的 Heidenhain Corp. 机床业务开发总监 Gisbert Ledvon 也是如此。他指出，客户可以在任何地方安装公司的 StateMonitor 软件，但尽可能促进现场安装。

“我们的理念是客户应该保护他们的知识产权，对我们来说，这意味着将他们的机床和软件系统连接到一个适当安全的公司网络，”他说。 “在许多情况下，商店被黑客入侵并被迫支付赎金。当然，这些攻击通常是通过电子邮件而不是通过机床控制来完成的，但这仍然是一个问题。这就是为什么 NTMA（国家工具和加工协会）开始举办研讨会，向制造商展示他们如何保护自己免受此类网络犯罪的侵害。”

尽管如此，Ledvon 承认，云是一种只会获得动力的技术趋势。减轻任何相关风险所需的是良好的 IT 内务管理实践。在商店的网络和外界之间安装强大的防火墙。通过将外部文件、软件程序和补丁下载到安全的内部服务器，然后在分发之前使用防病毒软件检查它们，避免直接连接 CNC 到云。培训所有计算机用户如何管理密码、发现恶意电子邮件和网站以及保护公司信息。名单还在继续。

“考虑到控制是任何机床的神经中枢，我认为云访问的便利性不值得冒险接触互联网，”Ledvon 说。 “然而，这并不能阻止制造商实施工业 4.0 战略。无论如何，他们应该将他们的机床联网并开始收集数据进行分析。这样做将为他们提供所需的信息，以更快地设置机器、缩短循环时间、最大限度地延长刀具寿命，并获得当今 CNC 控制和软件系统提供的所有其他优势。”

本土人才

工业 4.0 的另一个组成部分是数字双胞胎，在这种情况下，它指的是 CNC 机床的虚拟但高度准确和全面的表示。伊利诺伊州埃尔克格罗夫村 Siemens Industry Inc. 机床数字化主管 Vivek Furtado 表示，数字孪生简化了 CNC 机械的设计和部署，最终提高了制造商的效率。

“我们的 SINUMERIK One 控制器被称为数字原生控制器，因为它从头开始构建以支持数字双胞胎和其他支持技术，”他说。 “它使 CNC 机床制造商能够创建包含其所有运动学和操作特性的车床或加工中心的虚拟版本。这大大减少了工程时间和开发成本，并确保产品能够满足最终用户的需求。”

具有数字双功能的控制器有其他用途。他们加快了对新员工的培训，并减少了一个昂贵的机床崩溃的机会。它们允许估算人员更准确地报价工作，工程师开发优化的制造流程，CNC 程序员在将工作发送到车间之前验证 G 代码和切削刀具选择。在那里，它们通过增强的图形和更高的可用性使机床操作更容易。

任何拥有高端 CAM 系统或 PLM 软件的人都可能会说，他们可以在没有高级 CNC 控制的情况下完成大部分工作。尽管近年来这些软件平台和其他软件平台的功能已显着提高，但毫无疑问，参与数字线程的机床为机械车间提供了一种重要工具，它可以增强数据交换并关闭互操作性循环。

适应和克服

除了数字孪生，Furtado 建议 CNC 控制器变得更加智能和用户友好，其功能和特性任何智能手机用户都会识别。 “我们大多数人都记得，我们曾经用手机给别人打电话，”他说。 “今天，他们可以让你监控自己的健康状况、搜索信息、下订单产品等等。新一代控制器提供了类似的功能。他们能够处理信息并准备数据，从而让操作员或其他系统更有效地利用这些数据。”

这种智能也延伸到加工过程。 Siemens、FANUC 和 Caron Engineering 等第三方解决方案提供商提供自适应控制功能，可连续监控主轴和轴负载、机器振动以及影响切削刀具寿命和零件质量的类似因素。然后这些智能系统会实时调整加工参数，优化材料去除并消除潜在问题。

位于伊利诺伊州埃尔克格罗夫村的 Fagor Automation Corp. 是另一家关注工业 4.0 奖项的控制供应商。法格北美总经理 Harsh Bibra 解释说，其 ARFS（自适应实时进给和速度）控制可以完成所有这些以及更多工作，但指出这种基于传感器的技术也可用于预测性维护。

“我们还提供 i4.0 连接包，”他说。 “当然，这允许用户收集加工数据，但也可以通过移动设备或远程计算机执行诸如发送基于条件的警报、调整机床并更新其固件、更改参数设置等操作。”

最大的瓶颈

Bibra 看到了未来的巨大变化。除了在机床中越来越多地使用具有 IIoT 功能的传感器和加速度计，以及更智能的控制器，工厂本身也将变得更加智能。远远超出刚才提到的自适应能力的人工智能 (AI) 将变得普遍，为广泛的熄灯制造所需的自动化决策打开大门。

Bibra 建议，鉴于 5G 蜂窝网络的发展和随后的推出，所有这些都将真正加快速度。这些不仅会增加互联网带宽并减少延迟，而且可能会减轻前面提到的黑客恐惧。 “未来的控制器将配备 5G，然后它们生成的数据可以以高达每秒 10 吉比特 (Gbit/s) 的速度无线发送到所谓的边缘设备，”他说。 “我们预计，在几年内，这项技术将从根本上改变制造商从车间收集信息的方式。”

工业 4.0 的缺点是缺乏能够理解和使用先进技术的熟练工人。 Bibra 表示，随着制造商变得更加精通技术，将需要进行再培训。然而，任何关于部落知识和员工减员和退休导致经验损失的担忧都应该成为古老的历史。

参观商店

位于北卡罗来纳州夏洛特的 Okuma America Corp. 工程和技术副总裁 Jim Kosmala 将当今连接性的提高在很大程度上归功于基于 PC 的控件的使用。 “很多人忘记了大隈不仅是一家机床制造商，而且还制造自己的伺服系统和控制器。它们在 Microsoft Windows 上运行并使用英特尔芯片，两者都提供轻松的连接。”

基于 PC 的控件还可以轻松地将各种软件程序安装到控件上——例如，在 COVID 大流行开始时，Okuma 客户可以使用 Microsoft Teams 与其他人协作、共享屏幕或根据需要向其他人提供远程控制。 “这就是我们 App Store 背后的全部理念，”Kosmala 说。 “用户可以直接在 OSP 控件上下载和安装任何他们需要的东西，无需单独的 PC。它代表了协作和连接的全新可能性。”

其中一款应用程序是 Okuma 的 Connect Plan，它允许用户监控 CNC 机床并收集操作数据。它适用于大多数任何品牌或年份的机床以及机器人和其他形式的自动化。然而，根据 Kosmala 的说法，Connect Plan 使用 AI 算法来查看可用信息并识别人类可能错过的趋势。

考虑一个车削部门的经理，他在查看数据收集报告和仪表板数周后注意到，由于操作员的咖啡习惯，或者由于操作员的咖啡习惯，或者研磨机上的主轴温度最接近每次打开装货门时，运输部门都会下降。 Kosmala 解释说，人工智能比人类更快地了解这些趋势，使主管能够更快地解决潜在的问题领域。更重要的是，这些信息都存储在数据库中，所以当主管离开公司时，知识不会丢失。

“戴明告诉我们，没有数据，你只是另一个有意见的人，”科斯马拉说。 “IIoT 和工业 4.0 是关于收集数据并加以利用，最终将其转化为知识。这是任何人踏上这段旅程的第一步。我们现在拥有虚拟会议，能够从任何地方检查机器状态或生产水平，并访问简化自动化的远程工具。如果您无需进入工厂就可以做到这一点，那就更好了。这一切都是为了提高效率和机器正常运行时间，使用现代 CNC 控制器可以更轻松地实现这两个目标。”