数控机床远程维修维护系统平台设计

［ １ ２ ０ ］ 第３ ７ 卷 第１ ０ 期
２ ０ １ ５ －１ ０ （ 下）
实 际 生产 中得 到 了应 用 ，考 虑 到我 国 开放 式 、网络 化 数
控装 备 的发 展现状 ，开发基 于Ｗｅ ｂ 的具有广泛 应用性 、高
１ － ２ 系统架构总体设计 系统总体设计 ，首先考虑 系统的网络体系结构 ，
管 理 用 户 、人 员 、设 备 、权 限 及 安 全 等 方 面 的 内 容
采集设备 的运行信息 、参数 等，并 划分为不同的信息种类 对采集到的数据进行预处理 ，包括格 式转化、编码、时域分析等处理 可进行实时报警处理 ，及 时准确 说明运行设备当前运行状况 用 户及诊 断专家可以通过ｗｅ ｂ 访 问，并进行一定的查询 、调 整等工 作 及时 更新 和完善相应的数据，使得系统时效性更强
５ ）可 维护 性和 开 放 性 。便 于系 统 功 能 的拓 展 ，可
以根 据不 同设 备 ，灵 活选 用不 同的故 障诊 断 方式 ，并根
据不 同单位的情况选择不同的网络通讯技术 ，另外还可
以推广 于 数控 机床 以外 的其他 机 电一 体化 设备 ；
２ 系统详细设计及相关技术
２ ． １ 系统模块设计
远程 维 修维 护系 统 的总 体结 构 主要 有 ：数据 采 集模
６ ）经 济性 。保 证 系 统 的 开发 、使 用 、 维护 成 本 不
至 于 过高 ，降低 企业 的运 营成 本 。
表１ 远程维修维护 系统 的功 能需求
功 能 需 求 说 明
系统管理功能 数据采集功能 数 据分析处理功能 实时故障诊断功能
数控机床远程维修维护系统平 台设计
Ｄｅｓｉ ｇｎ ｏ ｆ ｒ ｅｍ ｏｔ ｅ ｒ ｅｐａｉ ｒ ｉ ｎ ｇ ａｎｄ ｍ ａｉ ｎｔ ａｉ ｎｉ ｎｇ ｓ ｙｓ ｔ ｅｍ ｐｌ ａｔ ｆ ｏｒ ｍ ｏｎ ＣＮ Ｃ ｍａ ｃｈｉ ｎｅ ｔ ｏｏｌ ｓ
宋 豪杰 ，汪 惠芬 ，刘庭 煜
有效 减 少系 统 停机 时间和 维 护 响应 时 间 ，客户 通 过Ｅ 一
化 ，从 而对 现 有数 控机 床 向高端 制造 装备 的转 化提 出了 更 高 的要求 。因此 ，数控 机床 的网络 化 、智能 化 改进迫 不 及待 ，而 数控 机床 的远 程维 修 维护 系统 则是 数控 机床 向“ 智 能机床 ”发 展不 可或 缺 的一 部分 。 当前 ，远程 检测 和 故障诊 断 系统 的研 究 已经成 为 国 际 上 的 研 究热 点 ，基 于Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 的远程 故 障 诊 断 技 术是 复 杂设 备故 障诊 断 的最 新动态 。在 上世 纪９ ０ 年 代 ，美 国 ＷＨＣ Ｃ（ 西 屋 ）公 司 己开发 出 网络 化 的汽 轮发 电机 组智 能 化故 障诊 断专 家系 统 、美 国斯坦 富大 学和 麻 省理 工学 院合 作 开发 了基于 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 技 术 的下一 代远 程诊 断示 范系
Ｄｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ｃ ￣ Ｉ ／ Ｊ ． １ ８ ８ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４． ２ ０ １ ５ ． ２ ０ ． ３ ５
０ 引言
德国制造业是世界上最具竞争力的制造业之一 ， ２ ０ １ １ 年德国 “ Ｈ ａ ｎ ｎ ｏ ｖ ｅ ｒ Ｍｅ ｓ ｓ ｅ ２ ０ １ １ ”上提 出 了工业４ ． ０ 的概 念 ， 即是 以 “ 智 能 制 造 ”为 主 导 的第 四 次 工 业 革
Ｓ ＯＮ Ｇ Ｈａ ｏ － ｊ ｉ ｅ 。Ｗｒ ＡＮ Ｇ Ｈｕ ｉ － ｆ ｅ ｎ 。Ｌ ｌ Ｕ Ｔ ｉ ｎ ｇ ． ｙ ｕ
摘 （ 南京理工大学 机械工程学院 ，南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ） 要 ：在制造业数字化、网络化和智能化的背景下， “ 智 能制造 ”成为制造业的发展趋 势 ， 数控机床 作为 制造业的核心 组成部分 ，迫切需要 一种基于网络 的远 程维修维 护系统 ，以提供 网络化 、 智 能化的远程 监测 、设备维 护、故障预报分 析和信息化 管理服务 。通过 对数控机床结 构及维 修要 求的分析 ，采用多源异构分布式数据处理 技术和基于知识库的多源信息融合技术 ， 构建了 Ｂ ／ Ｓ 与Ｃ ／ Ｓ 相结合的混合异构模式的远程维修维护系统 ，设计 了系统管理、实时预警 、维护管 理 、运行管理 、辅 助功 能和 接口设置等系统 功能模块 。该系统能较 好的适应网络化 制造 技术 和数 控机床智 能制 造下的机床 维修与维护 工作 ，提高 了数 控机床的 智能性 ，使设备 的故 障率 和停机时间显著减少 ，同时提高了设备 的使用寿命 。 关键词 ：数控机床 ；智能制造 ；远程维修维护 ；系统平 台设计 中圈分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ — ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ （ 下） 一 ０ １ ２ ０ — ０ ４
即系 统 的软件 架 构 。Ｂ ／ Ｓ 结构模 式 和Ｃ ／ Ｓ 结构 模式 是 两种 较 为 典型 和 常用 的软 件 体系 结构 。在 数据 量 大 、交 互性 强 、安全 性 要求 高 、应用 范 围小 等情 况 下一 般优 先采 用 Ｃ ／ Ｓ 模 式 ，而 功 能 复杂 、 应用 地 域 广 、仅 用 于 信 息发 布 及用 户 浏 览 的情 况 则 一 般会 采 用 Ｂ ／ Ｓ 模 式 。本 系 统 将两 者构 建在 一 个系 统 里面 ，将 两 者 的优 点整合 在 一起 ，采 用基 于 Ｃ ／ Ｓ 模 式 和Ｂ ／ Ｓ 模 式 的混 合三 层 结 构 体系 。如 图 １
设备，符合实际情况，便于用户理解和操作，减少系统
的推 行 阻力 ：
图１ 混合 模式系统三层架构示意图
用 户应 用 层 主要 是Ｗｅ ｂ 浏览 器和 客 户端 应用 程 序 。
３ ）可 靠 性 。 系统 的运 行 需 要具 有 较 高 的 可 靠度 ， 可 以抵抗 一 定程度 的干扰 ； ４ ）安 全 性 。保 证 收 集 到 的数 据 只 能 对 权 限 内 的用 户 可 见 ， 防止 用户 的信 息 泄露 ，另外 对 数控 机床 实 施工 作 状 态监 测 不 能影 响 正常 的 生产 工作 ， 并且 不对 机床 造
集 ，使用 Ｓ ｏ ｃ ｋ ｅ ｔ 和 多线程 技 术完 成 数据 上传 和 数据 库 的
存取 工作 ，通过ｗ ｅ ｂ 服 务 响应Ｗｅ ｂ 页面 控制 请 求产 生控 制命令 嗍。 数控 机床 的远 程维 修维 护 系统 结合 了数据 挖掘 与分 析技 术 、专 家系统 、传 感器 网 、生产 设 备预见 性维 护技 术及 产 品生命 周期 管理 技术 于一 体 ，一方 面 能及 时获取 其产 品在 用户 单位 的使 用状 态 ，为进 一步 改进 产 品提供 依据 ；另 一方 面也 为用 户实 时监 控设 备状 况 ，及 时发现
有 以下 六 点： １ ）准 确 性 。系 统 的运 行 应 符合 实 际情 况 ， 能准 确
数据 库 服务器屎
Ｗｅ ｂ ／ 应用 服 务器层
ｉ 匦 搿
二 手 ～
国
务器
数据 厍服务器
ห้องสมุดไป่ตู้
记 录 反映 机床 状 况 的信息 ，运 行 结果 应 能保证 准确 性 ； ２ ）实 用 性 。 系统 设 计 针 对 具体 的生 产 者及 具体 的
工程，构建 了基于网络化信息交互的云制造服务试验平 台，并对基于本体的装备服务能力技术进行了探索和研 究［ ２ 】 ；上海 电气集 团中央 研 究 院设 计 了基 于Ｏ Ｐ Ｃ 技 术 的
设备故障点，在其产品出现故障前提供维护计划，在其 产 品出现故障后提供维修方案。 目前，基于Ｗｅ ｂ 的远程
所示 。
性能的数控系统远程支持系统是当前的主要研究方向。
１ 系统 需求分析与总体设计
１ ． １ 系统 需求 分析 数 控机 床 远程 维 修维 护 系统 是在 机 床带 负荷 运 行或 基 本 不 卸载 的情况 下 ，通 过状 态 参数 的检测 与分 析 ，判
定 是否 存在 异 常及 其 发生 的位 置 和 原 因，并 对数 控 机床
命 。工 业４ ． ０ 的两 大 核 心 主题 为 “ 智 能 工 厂 ”和 “ 智 能 生产 ” ，即通 过不 同层 面 的智 能化变 革实 现全 局 的智 能
数控 机床 远程 监控 系统 ，规 范接 口函数 ，无需 增加 额外 的数据 采 集装 置 ，即可 实现 对使 用不 同数 控系 统 的数控 机床 的 集 中管理 和 远程 实 时监 控 口 ］ ；湖 南大 学 与三 一 重
状 态监 测 与故 障诊 断系 统正 向着 可视 化方 向发 展 ，并在
收稿 日囊 ：２ ０ １ ５ － ０ ６ － ０ １ 基金项 目：总装备部武器装备预研项 目 （ ５ １ ３ １ ８ Ｏ １ ０ １ ０ ４ ） 作者简介 ：宋豪杰 （ １ ９ ９ １ 一），男 ，山东莱芜人 ，硕 士研 究生 ，研 究方 向为工业工程 、生产与制造系统工程 。
未来 的状况 进 行预 测 ，进 而提 供 可行 的、个 性化 的远程 维修 方 案和 维 护计 划 。通 过 数控 机床 的结构 分 析和 故 障 诊 断维修分 析 ，得 出了该系 统的功 能需求 ，如表 １ 所示。
数控机床远程维修维护系统 的设计 目 标是开发具有
人 性化 、便 于 使用 的操作 界 面 、实 时远 程数 据传 输 与 处 理 功能 能 力 、可靠 性 和稳 定 性 良好 的 系统平 台 ，该系统 的 应用 对 象涉 及 到机 床制 造 商 、用 户 的管理 人 员 、维修 人 员 、设 备操 作人 员 以及 故 障诊 断专 家 等 。 由于其 广泛 的应 用 范 围 ，因此 需 要较 高 的设 计 需求 。具 体 设计 需求
统 、澳 大利 亚联 邦科 技 与工业 研 究组 织 （ ＣＳ Ｉ ＲＯ）将 远
服务 平 台获 得快 速 和 高质 量 的产 品售 后服
； 中 国科
学 院沈 阳 计算 技 术 研 究所 针 对 数 控 机 床 远 程监 控 的 需 求 ，设计 了基于Ｗｅ ｂ 环境 的 数控机 床远 程 监控 系统 ，该 系统 通过 无线 传感 器 网络和 现场 总线 对监 测数 据进 行采
程 诊 断技术 纳 入 “ 智 能制造 系统 计划— — 面 向２ ｌ 世 纪 的 全 球制 造 ”项 目。 近 年 来 ，国 内相关 高校 和科 研 院所针 对数 控机 床 的 远 程维 修 维护 系统 及相 关技 术 开展 了大量 研 究 。重庆 大 学 机械 传 动 国家重 点实 验室 针对 机床 装备 及其 加工 运行
工结合Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 远程数据传输技术与远程故障诊断技术，
构 建 了基 于Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 网络 的数 控机 床 远程 监 控 系统 ，具 有 采集 精度 高 、数据 传输 实 时性 强、 可靠 性高 的特 点 ，提 高 了故 障诊 断 的及 时性 】 ； 华 中科技 大 学针 对 数控 系统 的售 后服 务与技 术支 持 问题 ，提 出基于Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 的数 控设 备Ｅ 一 维 护系 统 ，以 “ 数据 移 动 ”代 替 “ 人 员移 动 ”，
成损害；
客户端应用程序主要用于安全性能要求高、数据处理量 大以及面对管理人员等特定人群的系统管理模块 ，在生 产现场的底层设备和管理部 门的计算机上运行客户端应 用程序，与应用程序服务器进行数据交换；另外，在数
据 实 时性 要 求不 高 、用 户范 围较 广 的数 据查 询 处理 等模 块 上 ，用户 可 以通 过Ｗ ｅ ｂ 浏 览器 与ｗ ｅ ｂ 服 务 器进 行 数据 交互 ， 向系 统录 入 或 查 询数 据 ，这样 可 以充 分发 挥 Ｂ ／ Ｓ 模式 结 构灵 活 、简便 的优 点 。