一種項目型產品加工工藝大數據支持系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，包括：物聯網模塊、數據采集模塊、數據管理模塊、數據實時分析模塊和應用模塊，其中：物聯網模塊用于識別跟蹤產品加工過程涉及到的加工資源；數據采集模塊用于在加工過程實時采集過程監測數據；數據管理模塊用于整理和存儲數據采集模塊采集到的過程監測數據；數據實時分析模塊用于實時分析處理數據管理模塊中保存的數據；應用模塊用于與系統的使用人員進行人機交互，根據使用人員工作內容的差異提供不同的交互形式和權限。本發明能夠識別、跟蹤、區分加工資源，能夠實現數據迭代優化，并提供不同的交互形式和權限。
【專利說明】
一種項目型產品加工工藝大數據支持系統
技術領域
[0001]本發明涉及智能制造領域，具體的，涉及一種項目型產品加工工藝大數據支持系統。
【背景技術】
[0002]項目型機械產品零件價值高，結構復雜，加工質量要求高，而且多采用典型難加工材料，切削加工性較差，并且其加工質量與加工工藝的選擇有密切關系，選擇合理的加工工藝有助于提高產品加工質量和效率;不合理的工藝則容易導致工件報廢，刀具急劇磨損，甚至損傷數控機床，造成重大的經濟損失。因此，選擇合理的加工工藝對此類機械產品的加工具有重要意義。
[0003]經對現有技術的文件檢索發現，專利CN104267676A，申請號201410457991.6，
【申請人】:北京航空航天大學，公開了“一個面向工程應用的通用數控切削工藝參數管理系統”，所述系統包括用戶信息管理子系統、數控切削工藝參數子系統、典型零件工藝子系統和后處理子系統;各個子系統之間既能夠相互獨立運行，又能夠在統一的數據庫平臺中實現數據共享。該發明所述系統可以方便使用者有效管理完整的數控切削加工工藝參數信息，協助工藝人員快速制定工藝參數，并在此機床基礎上，利用計算機技術，在系統中集成了切削動力學仿真及高效切削參數優化模塊，輔助生產加工，確保加工的效率及參數的實用性。
[0004]但是，該專利涉及的技術主要存在以下缺陷和不足:
[0005](I)所述系統沒有將切削工藝數據關聯到實際加工的數控機床和刀具，在實際加工過程中，機床和刀具的性能退化，即便相同類型的機床和刀具，實際性能也存在著較大的差異;
[0006](2)所述系統只是一個靜態切削工藝數據庫，不具備工藝參數的自我分析比較、自動更新的功能；
[0007](3)所述系統沒有加工過程監測模塊，缺乏加工過程的在線監控數據、刀具磨損、修磨和加工質量等信息，無法實現加工工藝的客觀評價。
【發明內容】
[0008]針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，所述系統利用物聯網技術識別跟蹤產品加工過程涉及到的機床、刀具、工裝、操作人員、切削參數的所有資源，并且可以區分多個相同類型資源;所述系統可以通過傳感器實時采集加工過程數據，并且實時分析監控數據，得到加工進度等信息，同時與歷史數據進行對比，若表現異常則進行報警，并且可以不斷更新數據庫，實現數據迭代優化;所述系統包含應用模塊，使以上所述各種信息均可通過電腦終端、手機終端、平板終端或者網絡終端查看。
[0009]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0010]本發明提供一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，所述系統包括:物聯網模塊、數據采集模塊、數據管理模塊、數據實時分析模塊和應用模塊，其中:
[0011]所述物聯網模塊，用于識別跟蹤產品加工過程涉及到的加工資源；
[0012]所述數據采集模塊，用于在加工過程實時采集過程監測數據，并且在采集過程監測數據前，需要通過物聯網模塊獲取加工資源的信息，從而將過程監測數據與機床、操作人員、工件材料、工裝、量具和刀具信息這些加工資源對應；
[0013]所述數據管理模塊，用于整理和存儲數據采集模塊采集到的過程監測數據，數據管理模塊采用非關系型數據庫技術完成過程監測數據的組織與存儲；
[0014]所述數據實時分析模塊，用于實時分析處理數據管理模塊中保存的過程監測數據并輸出結果;所述分析的方法為統計分析方法和基于深度神經網絡的模式識別方法;所述輸出結果為機床占用率、工件的加工進度、工作人員的工作情況、當前數據與歷史數據或者標準數據對比是否屬于正常加工范圍；
[0015]所述應用模塊，用于與所述系統的使用人員進行人機交互，根據使用人員工作內容的差異，應用模塊提供不同的交互形式和權限。
[0016]優選地，所述的物聯網模塊，包括:RFID信息讀取裝置、激光打標裝置、二維碼掃描裝置，其中:
[0017]所述RFID信息讀取裝置用于讀取操作人員的員工卡；
[0018]所述激光打標裝置用于在刀具、工裝、量具上面標刻二維碼，該二維碼包含唯一的序列號信息，從而將所有相同或不同的刀具、工裝、量具區別開；
[0019]所述二維碼掃描裝置用于掃描刀具、工裝、量具上的二維碼，由此實現刀具、工裝、量具的跟蹤。
[0020]優選地，所述的數據采集模塊采集到的過程監測數據，包括:機床主軸功率數據，加工過程中的聲發射數據、振動數據，工件的質量數據，刀具的使用、更換和磨損數據；其中:
[0021 ]所述機床主軸功率數據用于間接表征切削力；
[0022]所述振動數據、聲發射數據用于表征切削過程是否平穩；
[0023]所述工件的質量數據用于表征工件的加工質量；
[0024]所述刀具的使用、更換和磨損數據用于預測刀具的剩余壽命。
[0025]優選地，所述數據管理模塊采用非關系型數據庫技術完成過程監測數據的組織與存儲，具體的:
[0026]機床主軸功率數據、聲發射數據、振動數據屬于數據流數據，工件的質量數據以及刀具的使用、更換數據屬于數字型數據，刀具的磨損數據屬于圖片型數據。
[0027]優選地，所述的數據實時分析模塊，實時分析處理數據管理模塊中保存的過程監測數據，是指:通過分析機床主軸功率的變化情況得出機床的占用率，通過分析刀具使用或更換情況得出工件加工進度，同時得到操作人員的工作情況;通過分析機床主軸功率、振動、和聲發射的變化規律，并與歷史數據或者標準數據對比，得出當前加工情況是否屬于正常加工范圍，若出現異常情況則通過聲光報警的方式提醒操作人員注意。
[0028]優選地，所述的應用模塊，包括:操作端和管理端，其中操作端用于加工現場的操作人員進行加工記錄和操作;管理端用于管理人員發送訂單信息、查看工件的加工進度和質量情況。
[0029]與現有技術相比，本發明具有如下有效益果:
[0030](I)本系統可以利用物聯網模塊將切削數據庫中所有的工藝參數和過程監測數據關聯到加工資源的最小單位，包括具體的操作人員，使用刀具和機床等。由于不同操作人員的技能等級差異，刀具狀態的差異，機床性能差異的客觀存在，將工藝參數和過程監測數據關聯到加工資源的最小單位對數據的有效性和準確度具有重要意義；
[0031](2)本系統可以實時監測工件的加工過程，將加工過程中實際的切削參數和過程監測數據與歷史數據進行對比、分析，同時本次加工也將形成新的數據，錄入數據庫作為下次加工的歷史數據，即可以實現工藝參數的自我分析比較、自動更新功能；
[0032](3)本系統可以通過對過程監測數據的實時分析，得出工件的加工進度、操作人員的加工工時、加工質量、機床的占用率等信息，并且可以發現當前加工出現的異常情況，通過聲光報警的方式提醒操作人員和管理人員。
【附圖說明】
[0033]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0034]圖1為本發明一實施例的系統結構框圖；
[0035]圖2為本發明一實施例的工作流程圖；
[0036]圖中:物聯網模塊I，數據采集模塊2，數據管理模塊3，數據實時分析模塊4，應用模塊5;
[0037]RFIDl I，二維碼12，掃碼槍13，激光打標機14;
[0038]機床主軸功率監測系統21，聲發射監測系統22，振動監測系統23，刀具/刀片磨損量測量系統24，粗糙度測量儀25 ；
[0039]數據流型31，數字型32，文本型33，圖片型34;
[0040]工時計算子模塊41，進度計算子模塊42，機床占用率計算子模塊43，異常預警子模塊44;
[0041 ] 電腦端51，移動端52，平板端53，網絡端54。
【具體實施方式】
[0042]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0043]如圖1所示，為本實施例所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統的結構框圖，所述系統包括:物聯網模塊1、數據采集模塊2、數據管理模塊3、數據實時分析模塊4、應用模塊5。
[0044]本實施例中，所述的物聯網模塊I用于識別跟蹤產品加工過程涉及到的加工資源；包括RFIDl 1、二維碼12、掃碼槍13、激光打標機14，其中:
[0045]RFIDll為RFID讀卡器和RFID型員工卡，每一個員工擁有唯一與之對應的員工卡，在進行加工操作之前，先用RFID讀卡器讀取員工信息；激光打標機14用于在刀具、刀片、工裝、量具的資源上標刻二維碼12，二維碼12包含唯一的序列號信息，相當于刀具、刀片、工裝、量具的資源的“身份證號”，使用掃碼槍13掃描后即可對相應資源的使用情況進行跟蹤。
[0046]作為一優選的實施方式，本實施例中，所述的激光打標機14采用Automator納米級激光打標設備;所述的二維碼12的最小尺寸可達3 X 3_，可標刻在在8 X 16 X 16_含孔的刀片側面，并且不影響刀刃的切削性能;所述的掃碼槍13采用COGNEX DM8500型掃碼槍。
[0047]本實施例中，所述的數據采集模塊2用于在加工過程實時采集過程監測數據;數據采集模塊2包括:機床主軸功率監測系統21、聲發射監測系統22、振動監測系統23、刀具/刀片磨損量測量系統24、粗糙度測量儀25，其中:
[0048]所述機床主軸功率監測系統21，可以實時監測機床主軸功率，機床主軸功率的大小可以間接表征切削力的大小；
[0049]所述聲發射監測系統22，可以監測加工過程中因塑性變形或微裂紋擴展發出的聲發射信號，聲發射信號的強弱可以表征切削過程是否平穩；
[0050]所述振動監測系統23，可以監測機床或工件的振動情況；
[0051]刀具/刀片磨損量測量系統24，可以在加工完成之后檢測刀具/刀片的磨損/破損情況，從而評估刀具/刀片的剩余壽命；
[0052]所述粗糙度測量儀25，可以測量工件的表面粗糙度，確保工件符合質量要求。
[0053]作為一優選的實施方式，本實施例中:
[0054]所述的機床主軸功率監測系統21采用通過電流互感器安裝在機床電氣柜中的嵌入式功率監測系統，安裝方便，無需破壞機床線路；
[0055]所述的聲發射監測系統22采用雙通道聲發射監測系統，最高采樣率可以達到20MHz；
[0056]所述的刀具/刀片磨損量測量系統24采用日本基恩士公司的VHX500F型超景深數碼顯微鏡；
[0057]所述的粗糙度測量儀25采用日本三豐SJ-210便攜式表面粗糙度儀。
[0058]本實施例中，所述的數據管理模塊3用于整理和存儲數據采集模塊2采集到的數據，包括數據流型31，數字型32，文本型33，圖片型34;其中:
[0059]數據流型31是數據流形式的數據，包括機床主軸功率數據，加工過程中的聲發射數據、振動數據；
[0060]數字型32是數字形式的數據，包括切削參數、工件的質量數據，刀具的使用、更換數據；
[0061]文本型33是文本形式的數據，包括工藝描述、特殊情況說明；
[0062]圖片型34是圖片形式的數據，包括刀具/刀片的磨損/破損情況測量數據。
[0063]作為一優選的實施方式，本實施例中:
[0064]所述的數據流型31是最高可達20MHz采樣率的聲發射數據流；
[0065]所述的數字型32包括多種切削參數，例如理論計算的切削參數、供應商推薦的切削參數和實際加工的切削參數；
[0066]本實施例中，所述的數據管理模塊3是采用非關系型數據庫技術的數據庫，可以完成海量異構數據的組織和存儲。
[0067]本實施例中，所述的數據實時分析模塊4用于實時分析處理數據管理模塊3中保存的過程監測數據;數據實時分析模塊4包括:工時計算子模塊41，進度計算子模塊42，機床占用率計算子模塊43，異常預警子模塊44;其中:
[0068]所述工時計算子模塊41，根據機床主軸功率監測系統21采集的機床功率數據計算操作人員工作的時間；
[0069]所述進度計算子模塊42，根據刀具/刀片的使用情況計算出工件加工進度；
[0070]所述機床占用率計算子模塊43，根據機床主軸功率監測系統21采集的機床功率數據計算機床處于正常加工的時間；
[0071]所述異常預警子模塊44，將機床主軸功率監測系統21、聲發射監測系統22、振動監測系統23采集的現有機床主軸功率數據、聲發射數據、振動數據與歷史數據對比，從而得出現有加工過程是否正常進行，若發現異常則發出警報。
[0072]作為一優選的實施方式，本實施例中，所述異常預警子模塊44可以通過模式識別的方法，比對當前加工所產生的信號和歷史信號，如果發現異常，則通過聲音和紅光警示的方式提醒操作人員。
[0073]本實施例中，所述的應用模塊5用于與該系統的使用人員進行人機交互，包括電腦端51、移動端52、平板端53、網絡端54，其中:
[0074]電腦端51是用于Windows系統的PC應用程序；
[0075]移動端52是用于1S或者Android系統的手機應用程序；
[0076]平板端53是應用于WindowslO系統的平板應用程序；
[0077]網絡端54是可通過網絡瀏覽器訪問的網頁。
[0078]作為一優選的實施方式，所述的電腦端51用于管理人員下達生產工單、查看工件的加工進度和加工質量信息;所述的移動端52和網絡端54用于管理人員隨時查看加工進度信息;所述的平板端53用于在車間與機床配合使用，并且配有RFID讀卡器和掃碼槍13，加工現場的操作人員通過平板端53進行相關記錄和操作。
[0079]基于以上【具體實施方式】形成的實施例，可以實現以下工作流程(如圖2所示):
[0080]在工件開始加工時，將通過物聯網模塊I獲取加工資源的詳細信息，包括操作人員數據、機床數據、刀具類型數據等;然后通過數據采集模塊2采集加工過程中的過程監測數據和工件的質量數據，包括機床主軸功率數據、聲發射數據、振動數據、刀具更換數據、工件質量檢查數據等，將以上數據采集并錄入到數據管理模塊3;以上由操作人員通過應用模塊5，具體的是通過應用模塊5的平板端53進行操作。
[0081 ]在加工過程中，數據實時分析模塊4實時分析過程監測數據，包括過程監測數據是否與標準數據一致、是否與歷史數據存在明顯差異，如果發生異常則通過異常預警子模塊44的聲光報警方式提醒管理人員和操作人員采取措施，管理人員或操作人員查找異常原因，通過改變工藝參數等方式消除異常，保證加工順利完成；同時，本實施例還可以實時分析工件加工進度、機床占用率等信息，管理人員可據此優化加工效率；以上由管理人員或者操作人員通過應用模塊5進行操作。
[0082]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述系統包括:物聯網模塊、數據采集模塊、數據管理模塊、數據實時分析模塊和應用模塊，其中: 所述物聯網模塊，用于識別跟蹤產品加工過程涉及到的加工資源； 所述數據采集模塊，用于在加工過程實時采集過程監測數據，并且在采集過程監測數據前，通過物聯網模塊獲取加工資源的信息，從而將過程監測數據與機床、操作人員、工件材料、工裝、量具和刀具信息這些加工資源對應； 所述數據管理模塊，用于整理和存儲數據采集模塊采集到的過程監測數據，數據管理模塊采用非關系型數據庫技術完成過程監測數據的組織與存儲； 所述數據實時分析模塊，用于實時分析處理數據管理模塊中保存的過程監測數據并輸出結果;所述輸出結果為機床占用率、工件的加工進度、工作人員的工作情況、當前數據與歷史數據或者標準數據對比是否屬于正常加工范圍； 所述應用模塊，用于與所述系統的使用人員進行人機交互，根據使用人員工作內容的差異，應用模塊提供不同的交互形式和權限。2.根據權利要求1所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述的物聯網模塊，包括= RFID信息讀取裝置、激光打標裝置、二維碼掃描裝置，其中: 所述RFID信息讀取裝置用于讀取操作人員的員工卡； 所述激光打標裝置用于在刀具、工裝、量具上面標刻二維碼，該二維碼包含唯一的序列號信息，從而將所有相同或不同的刀具、工裝、量具區別開； 所述二維碼掃描裝置用于掃描刀具、工裝、量具上的二維碼，由此實現刀具、工裝、量具的跟蹤。3.根據權利要求1所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述的數據采集模塊采集到的過程監測數據，包括:機床主軸功率數據，加工過程中的聲發射數據、振動數據，工件的質量數據，刀具的使用、更換和磨損數據;其中: 所述機床主軸功率數據，用于間接表征切削力； 所述振動數據、聲發射數據，用于表征切削過程是否平穩； 所述工件的質量數據，用于表征工件的加工質量； 所述刀具的使用、更換和磨損數據，用于預測刀具的剩余壽命。4.根據權利要求3所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述數據采集模塊包括:機床主軸功率監測系統、聲發射監測系統、振動監測系統、刀具/刀片磨損量測量系統、粗糙度測量儀，其中: 所述機床主軸功率監測系統，實時監測機床主軸功率； 所述聲發射監測系統，監測加工過程中因塑性變形或微裂紋擴展發出的聲發射信號； 所述振動監測系統，監測機床或工件的振動情況； 刀具/刀片磨損量測量系統，在加工完成之后檢測刀具/刀片的磨損/破損情況，從而評估刀具/刀片的剩余壽命； 所述粗糙度測量儀，測量工件的表面粗糙度，確保工件符合質量要求。5.根據權利要求3所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述數據管理模塊采用非關系型數據庫技術完成過程監測數據的組織與存儲，是指: 機床主軸功率數據、聲發射數據、振動數據屬于數據流數據； 工件的質量數據以及刀具的使用、更換數據屬于數字型數據； 刀具的磨損數據屬于圖片型數據。6.根據權利要求1-5任一項所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述的數據實時分析模塊，實時分析處理數據管理模塊中保存的過程監測數據，是指:通過分析機床主軸功率的變化情況得出機床的占用率，通過分析刀具使用或更換情況得出工件加工進度，同時得到操作人員的工作情況;通過分析機床主軸功率、振動和聲發射的變化規律，并與歷史數據或者標準數據對比，得出當前加工情況是否屬于正常加工范圍，若出現異常情況則通過聲光報警的方式提醒操作人員注意。7.根據權利要求6所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述的數據實時分析模塊包括:工時計算子模塊、進度計算子模塊、機床占用率計算子模塊和異常預警子模塊;其中: 所述工時計算子模塊，根據采集的機床功率數據計算操作人員工作的時間； 所述進度計算子模塊，根據刀具/刀片的使用情況計算出工件加工進度； 所述機床占用率計算子模塊，根據采集的機床功率數據計算機床處于正常加工的時間； 所述異常預警子模塊，將采集的現有機床主軸功率數據、聲發射數據、振動數據與歷史數據對比，從而得出現有加工過程是否正常進行，若發現異常則發出警報。8.根據權利要求1-5任一項所述的一種項目型產品加工工藝大數據支持系統，其特征在于，所述的應用模塊，包括:操作端和管理端，其中操作端用于加工現場的操作人員進行加工記錄和操作;管理端用于管理人員發送訂單信息、查看工件的加工進度和質量情況。
【文檔編號】G05B19/418GK106020158SQ201610575055
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月20日
【發明人】胡小鋒, 孫世旭, 崔馬馳宇, 劉穎超
【申請人】上海交通大學