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淺談FANUC數(shù)控系統(tǒng)的可靠性

   2012年02月22日 14:45  
  摘要:振興數(shù)控機(jī)床工業(yè),實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是發(fā)展我國機(jī)械制造業(yè)的必由之路,數(shù)控系統(tǒng)的可靠比也是用戶的要求,特別是在現(xiàn)代化生產(chǎn)線上采用的數(shù)控系統(tǒng)更是如此,市場要求數(shù)控機(jī)床長期正常工作,這首先就要求數(shù)控系統(tǒng)要長期地可靠工作??煽啃栽跀?shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計及制造鏈中zui綜合地體現(xiàn)質(zhì)量及水平,包括技術(shù)及管理水平。本文以日本FANUC公司為例,說明由于該公司對數(shù)控系統(tǒng)可靠性的重視,因而其產(chǎn)品受到用戶的歡迎。
  
  FANUC公司是以生產(chǎn)工廠自動化相關(guān)產(chǎn)品為主的公司。其主要產(chǎn)品為機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)器人。FANUC集中全部雇員的三分之一致力于研究和開發(fā)工作。當(dāng)前,與數(shù)控機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)的*,F(xiàn)ANUC在日本約占70%,在世界上約占50%以上。FANUC公司的產(chǎn)品是怎樣得到世界機(jī)床工業(yè)推祟的呢?
  
  圖1FANUC公司的開發(fā)方針
  
  1、商品開發(fā)和驗證
  
  首先,F(xiàn)ANUC公司明確制定商品開發(fā)的方針為:(1)高性能:系統(tǒng)采用、的技術(shù),以滿足用戶對高性能的要求。(2)高質(zhì)量:首先是高可靠性,以保證商品可以安全地在世界任何地方工作。(3)低成本:可以使用戶獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益,使用戶的產(chǎn)品可以在市場上具有競爭力。如圖1所示。
  
  用戶購買FANUC的商品使用在生產(chǎn)線上的目的是為了實現(xiàn)機(jī)器的*性能,為了更好地滿足用戶的要求,F(xiàn)ANUC把同類的產(chǎn)品也裝在自己的生產(chǎn)線設(shè)備上,zui大限度地使用、考驗這些產(chǎn)品,盡量發(fā)揮和使用該產(chǎn)品的技術(shù)*性以證明產(chǎn)品可靠和耐用。FANUC相信,在自己的工廠里,由于自動生產(chǎn)過程的機(jī)器人化(即生產(chǎn)過程無人化,基本由機(jī)器人進(jìn)行),可以對產(chǎn)品進(jìn)行高強(qiáng)度的考驗,比如,F(xiàn)ANUC新的伺服電動機(jī)工廠只有43名操作者、288臺機(jī)器人和1個自動倉庫,其控制系統(tǒng)基本采用FANUC自己的系統(tǒng)。在該工廠里,所有生產(chǎn)過程從電動機(jī)零件的運(yùn)輸、裝配、測試、包裝到出廠的所有過程,其操作人員與機(jī)器人的比例為1:6.7。在FANUC的重型機(jī)械工廠中,運(yùn)用了FANUC自己的控制系統(tǒng)CELL60進(jìn)行生產(chǎn),它可以連續(xù)72h運(yùn)轉(zhuǎn),包括星期六和星期日。在FANUC的所有工廠里,現(xiàn)共有430名操作者和922臺機(jī)器人。操作人員與機(jī)器人的比例為1:2.1。所有這些機(jī)器人化的工廠都遵從ISO9001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。為了保證在用戶生產(chǎn)線上使用的FANUC商品總處在*的狀態(tài),F(xiàn)ANUC提供了范圍的維修和服務(wù)網(wǎng)絡(luò),這些服務(wù)包括現(xiàn)場安裝、調(diào)試、測試、定期維修、故障診斷和修理,并且提供維修備件。這樣,只要用戶的生產(chǎn)線在工作,就可以對FANUC商品提供服務(wù)。FANUC的維修服務(wù)支持系統(tǒng)稱為CS24,它通過計算機(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起,該系統(tǒng)所提供的詳細(xì)服務(wù)記錄對于改善系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生了巨大作用。
  
  2、高可靠性設(shè)計的目標(biāo)
  
  FANUC在商品開發(fā)時,其項目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)對產(chǎn)品的商業(yè)化:滿足用戶的需要、提出產(chǎn).潔性能檔次的計劃、評估和選擇元器件,以達(dá)到高可靠性,實現(xiàn)成本和制造目標(biāo)。從市場的需要到制造系統(tǒng)的每一件事情,項目開發(fā)的負(fù)責(zé)人都要熟悉,才能設(shè)計制造出高質(zhì)量和高可靠性的產(chǎn)品。
  
  無庸贅述,在商品開發(fā)中,可靠性的設(shè)計是非常重要的。FANUC嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定,制定盡量多的設(shè)計和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),而對于元器件的選擇,則要于方百計確認(rèn)它們的可靠性,比如熱、振動特性等,以便對它們進(jìn)行全面評估。另外,F(xiàn)ANUC提出了“減少零件數(shù)量”,作為每種產(chǎn)品的設(shè)計目標(biāo)以保證產(chǎn)品的可靠性。在FANUC研究所的入口處.掛著一條標(biāo)語“WenigerTeile”,就是要求開發(fā)人員在設(shè)計商品時要運(yùn)用“較少的零件”概念。它也表示,減少元器件的數(shù)量也可以提高生產(chǎn)率、降低成本和減少維修。
  
  對于產(chǎn)品的開發(fā),F(xiàn)ANUC采用產(chǎn)品的故障率作為可靠性的量化目標(biāo)。比如,CNC系統(tǒng),包括電動機(jī)和伺服系統(tǒng)的目標(biāo)故障率是0.01次/臺·月,這個比率表示每月每臺CNC的平均故障為0.1次,也就是每100個月有1次故障。為了更明確公司對商品負(fù)責(zé),F(xiàn)ANUC自行開發(fā)和制造了*的主要零配件,如印刷電路板和伺服電動機(jī)。盡管FANUC的芯片由專門廠家制造,但為了保證性能和可靠性,F(xiàn)ANUC也在公司內(nèi)進(jìn)行設(shè)計。這就是FANUC對可靠性進(jìn)行管理的方法。
  
  3、高可靠性設(shè)計的要點
  
  環(huán)境
  
  CNC系統(tǒng)、與FA有關(guān)的產(chǎn)品以及機(jī)器人的設(shè)計首先要考慮的是環(huán)境,通過持續(xù)的可靠性運(yùn)轉(zhuǎn)讓產(chǎn)品在嚴(yán)酷的環(huán)境(如經(jīng)受溫度、濕度、振動和含有油霧的環(huán)境)下安全地使用是非常重要的。在產(chǎn)品設(shè)計時,關(guān)于產(chǎn)品的可靠性著重要對元件和產(chǎn)品本身對環(huán)境的耐受力進(jìn)行評估。
  
  對于FANUC,主要的可靠性評估項目為對熱、冷、潮濕、振動、耐久性、噪聲、塵埃、切削油和靜電的耐受性,也評估電子元件的材料和結(jié)構(gòu)耐受高溫切削油浸漬的能力,以確認(rèn)在加工時腐蝕對暴露在切削油中元件的影響,而且對大多數(shù)常用的切削油都進(jìn)行評估。
  
  zui小化
  
  FANUC產(chǎn)品正朝著CNC小型化工藝發(fā)展,同時還充分關(guān)注有關(guān)小型化中的可靠性問題。
  
  電子元件引線距的縮小一般IC的引線距為2.54mm,目前已減小到0.5mm甚至更小。導(dǎo)電線間的小距離在惡劣的環(huán)境中可能會通過電容產(chǎn)生漏電而使CNC系統(tǒng)出現(xiàn)故障,因此在印刷板上涂敷某些絕緣材料作成的涂層就可以避免這種故障。
  
  印刷板在采用微細(xì)電路元件時,為了保證可靠性,也采取了一些措施。
  
  選擇耐潮濕、耐切削油的*材料。
  
  選擇*芯片焊接區(qū),保證足夠的焊接強(qiáng)度和焊接生產(chǎn)率。
  
  對于大尺寸的表面安裝元件,要盡量選擇印刷板材料的膨脹系數(shù)接近元件的膨脹系數(shù),以防止由于膨脹系數(shù)的不同而引起的焊接接點質(zhì)量變壞。
  
  由于電子元件的故障率隨著溫度的增加而增加,因此,為了降低由于高密度安裝而產(chǎn)生的熱量并保持低的溫升,在運(yùn)轉(zhuǎn)期間對元件周圍的溫度以及半導(dǎo)體的結(jié)點溫度設(shè)定一個允許的上限,以降低熱損耗。
  
  為了防止因接觸器小型化和多引線引起的電氣故障,如表面接觸壓力減少、接觸面異物引起的接觸不良,采用2點接觸以保證接觸表面的干凈。
  
  圖2FANUCCNC控制器制造過程
  
  4、高可靠性的制造
  
  在商品開發(fā)中,負(fù)責(zé)人在設(shè)計時就要考慮整個生產(chǎn)制造的過程,而且要確保質(zhì)量。穩(wěn)定的制造和可靠性由采用機(jī)器人、自動化的設(shè)備保證。FANUC對制造過程中的可靠性非常注意,通過對元部件的老化和性能的試驗,消除次品。這樣,運(yùn)行初期失效和故障在用戶的設(shè)備上就不會產(chǎn)生。比如在兀器件接受檢查期間對元器件在高溫下進(jìn)行老化;在性能試驗前以高溫對印刷板進(jìn)行老化,對裝配完的CNC進(jìn)行高溫運(yùn)轉(zhuǎn)測試,對所有的機(jī)械單元,如機(jī)器人在出廠前進(jìn)行100h運(yùn)轉(zhuǎn)試驗等。所有測試和老化的記錄都存儲在可靠性的數(shù)據(jù)庫里,使用這些數(shù)據(jù),對改進(jìn)FANUC產(chǎn)品的可靠性起了很大作用。圖2為CNC的制造過程。
  
  圖3FANUC系統(tǒng)的故障率
  
  5、高可靠性的維修和可靠性相關(guān)工作
  
  維修數(shù)據(jù)庫FANUC非常重視服務(wù)和維修。它把提供給用戶的詳細(xì)服務(wù)及支持的任務(wù)按時間順序存放在維修的數(shù)據(jù)庫里。FANUC存儲了發(fā)生在用戶設(shè)備上的有關(guān)故障狀態(tài),其總數(shù)約刀刃項,如用戶名稱、接到的日期、修理的日期、模塊名稱、系列號碼、故障單元的規(guī)格、維修的內(nèi)容、故障的起因等。這個數(shù)據(jù)庫存儲的所有故障信息,已經(jīng)成為用戶查詢故障歷史的數(shù)據(jù)源。這些項目的信息也被用來每月統(tǒng)計器件、單元、部件故障率的變化情況,用以改善和提高開發(fā)和制造部門以及維修部件的可靠性,同時也被FANUC用以進(jìn)行質(zhì)量管理。
  
  可靠性預(yù)測以上的數(shù)據(jù)庫也用來進(jìn)行高可靠性的設(shè)計,例如,預(yù)測新產(chǎn)品的可靠性等。
  
  *FANUC已在1993年6月獲得ISO9002的認(rèn)證;1997年7月獲得ISO9001的認(rèn)證。
  
  FANUC系統(tǒng)的可靠性進(jìn)展FANUC產(chǎn)品的故障率如圖3所示。從圖中可以看出,F(xiàn)ANUC產(chǎn)品的可靠性逐年提高。

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