Числовое программное управление (ЧПУ) уже стало основным оборудованием механообрабатывающих цехов; в типичном небольшом цехе ЧПУ количество инструментов достигает нескольких тысяч единиц, а с учётом сопутствующих комплектующих их общее число превышает десять тысяч, при этом ассортимент насчитывает свыше ста наименований. По мере резкого увеличения числа и разнообразия инструментов на производственных участках параллельно существуют как стандартные, так и нестандартные инструменты различных типов и размеров, что приводит к частому перемещению и обмену большого количества инструментов между инструментарной складской базой и станками, а также между различными станочными агрегатами. В настоящее время отечественные механообрабатывающие цехи в основном осуществляют управление инструментами вручную и с использованием бумажных штрих-кодов. Однако в условиях загрязнённой маслом среды бумажные штрих-коды легко повреждаются, а срок службы инструмента определяется исключительно на основе практического опыта. Недостаток инструментов часто приводит к остановке целых технологических процессов, а операторам станков приходится тратить значительное время на их поиск. С ростом разнообразия станков с ЧПУ и появлением новых видов продукции существующие решения по управлению инструментами перестали удовлетворять потребности, поэтому была внедрена радиочастотная идентификация (RFID).

　　RFID — это бесконтактная технология автоматической идентификации, возникшая в 1990-х годах, обладающая такими преимуществами, как высокая скорость сканирования, компактность, устойчивость к загрязнению и высокая долговечность, возможность многократного использования, способность к сквозному и безбарьерному считыванию, большая ёмкость памяти данных и высокий уровень безопасности; благодаря этим характеристикам она обладает огромным потенциалом применения в сборе производственных данных, мониторинге и передаче информации. В настоящей статье, опираясь на технологии радиочастотной идентификации, чип RFID устанавливается на хвостовик режущего инструмента, что позволяет осуществлять сбор и управление информацией о инструменте и снижать совокупные производственные затраты.

   +

　　1. Текущее состояние и потребности отрасли управления режущим инструментом

　　Специалисты, занимающиеся исследованием управления режущим инструментом как в стране, так и за рубежом, разработали множество программного обеспечения для управления режущим инструментом, однако оно не способно полностью удовлетворить все требования к такому управлению; в настоящее время при управлении режущим инструментом существуют следующие проблемы:

　　① Невозможно проанализировать записи и данные о полном жизненном цикле инструмента — осуществляется лишь сбор и мониторинг информации об инструменте в отдельные моменты времени, при этом невозможно получить данные до начала обработки.

　　② В традиционном управлении режущим инструментом отсутствует межмашинный обмен информацией M2M (Machine to Machine), что не позволяет осуществлять интегрированное управление;

　　③ Существующие программы управления режущим инструментом ориентированы на удовлетворение производственных потребностей и не учитывают затраты на весь жизненный цикл инструмента.

　　Для решения вышеуказанных проблем и достижения цели повышения интеллектуализации и автоматизации производственного процесса крайне необходимо внедрить новые технологические решения для управления информацией о режущих инструментах. Компания Balluff предлагает интеллектуальное управление использованием режущих инструментов на станках: параметры инструментов передаются на станок, после чего инструмент помещается в инструментальный магазин станка и становится доступным для вызова в программе обработки. По завершении обработки время производства инструмента записывается в его RFID-метку, что обеспечивает сбор информации о состоянии инструмента в режиме реального времени и отслеживание его текущего состояния.

2 Сбор и настройка параметров системы управления информацией о режущем инструменте

　　Система управления информацией о режущем инструменте представляет собой комплекс, основанный на взаимодействии станочного оборудования внутри производственного подразделения (такого как станки с ЧПУ, устройства для настройки инструмента и др.) и RFID-считывателей; при этом используются технологии радиочастотной связи, а также последовательная коммуникация между системой ЧПУ и RFID-считывателями, что позволяет осуществлять мониторинг информации о режущем инструменте на протяжении всего его жизненного цикла и вести его информационное хранение и управление. Общий жизненный цикл режущего инструмента, как правило, включает такие этапы, как планирование, закупка, маркировка, поступление на склад, выдача в пользование, сборка, эксплуатация, возврат, переточка и утилизация.

　　Предпосылкой управления режущими инструментами станка является их предварительная группировка и выполнение настройки инструмента с использованием инструментального измерительного устройства. Для обеспечения соответствующей функциональности инструментов необходимо провести инициализацию инструментального магазина станка и записать время обработки инструмента в RFID-метку хвостовика инструмента. Поскольку дальность чтения и записи данных высокочастотных RFID-меток относительно невелика, при считывании/записи информации с RFID-метки хвостовика инструмента антенну следует подводить к метке с помощью пневматического привода.

　　(1) Инициализация станочного инструментального магазина

　　Для реализации интеллектуальной передачи информации о режущем инструменте ЧПУ необходимо прежде всего опираться на станки с числовым программным управлением. Чтобы обеспечить автоматическое размещение инструмента в инструментальном магазине при его загрузке в станок и считывание параметров инструмента с RFID-метки в инструментальный магазин станка, требуется выполнить процедуру инициализации инструментального магазина; подробное описание процесса приведено ниже:

　　①При смене инструментов на станке необходимо обеспечить поворот инструментального диска на один полный оборот (см. рис. 2), чтобы перезагрузить все инструменты в инструментальный магазин станка;

　　②Для каждого инструмента необходимо выполнить следующие операции: ЧПУ по команде приводит в действие пневмоцилиндр, поднимающий RFID-считыватель; после установки пневмоцилиндра в рабочее положение ЧПУ определяет состояние датчика индуктивного переключения и запускает работу RFID-считывателя/записывателя; состояние пневмоцилиндра удерживается в течение 500 мс, после чего ЧПУ посредством последовательной связи управляет RFID-считывателем/записывателем для чтения данных с RFID-чипа рукоятки инструмента; затем пневмоцилиндр возвращается в исходное положение, и после проверки ЧПУ наличия сигнала от магнитного индуктивного переключателя пневмоцилиндра инструмент продолжает работу.

　　③ Необходимость управления: на панели управления ЧПУ устанавливается кнопка; при каждом нажатии этой кнопки шпиндельный револьвер совершает один полный оборот, что обеспечивает поворот на один оборот при каждой смене инструмента и выполнение инициализации инструментального магазина станка; запрещается непосредственная установка инструмента в держатель инструмента инструментального магазина станка.

　　(2) Запись времени производства режущего инструмента

　　При снятии (или сборке) инструмента его производительность (время обработки) записывается в систему управления инструментами. Процедура записи времени обработки станком в RFID-метку хвостовика инструмента выглядит следующим образом:

　　① Перед снятием инструмента с станка или после его комплектования станок фиксирует используемые инструменты, вращает инструментальный барабан и поочерёдно записывает время обработки каждого инструмента;

　　② Состояние цилиндра поддерживается в течение 500 мс; ЧПУ посредством последовательной связи управляет RFID-считывателем и выполняет запись на RFID-чип державки инструмента.

　　③ Возврат цилиндра: после проверки ЧПУ о том, что магнитный индуктивный выключатель цилиндра сработал, роторная головка продолжает вращаться.

　　Для обеспечения бесперебойного выполнения описанной выше процедуры необходимо добавить на панель управления ЧПУ дополнительную кнопку: перед снятием инструмента или после его комплектования следует один раз нажать эту кнопку, чтобы станок совершил один полный оборот и был записан соответствующий срок эксплуатации инструмента, что в конечном итоге позволит осуществлять контроль за ресурсом инструмента. При выполнении операций по данной процедуре следует строго соблюдать установленные правила эксплуатации.

　　(3) Хранение данных о режущем инструменте в RFID-чипе

　　Код инструмента является важной информацией, определяющей его уникальную идентичность; этот код записывается в RFID-метку, что позволяет управлять каждым инструментом на основе его кода. При разработке соответствующих программ можно на основе типоразмера инструмента определить его номинальный диаметр, номинальную длину и соответствующую программу, а затем, с учётом реальных условий, внести необходимые поправки по диаметру и длине. Поскольку один и тот же инструмент может устанавливаться на разных станках, а один и тот же станок — обрабатывать различные изделия, при обработке также могут возникать нештатные ситуации; поэтому во время обработки необходимо отображать вышеперечисленную информацию о процессе. С помощью программного управления в ходе обработки можно динамически выводить на экран отчёты, включающие код инструмента, обрабатываемое изделие, количество изделий, сведения о нештатных ситуациях, а также такие данные из RFID-записи, как код инструмента, срок службы инструмента и время его эксплуатации.

　 　3 Состав аппаратной системы и разработка программного обеспечения

　　Аппаратное обеспечение состоит из радиочастотных меток (RFID), антенн, считывателей-записывателей и соответствующих интерфейсов передачи данных. RFID-метка выступает в качестве носителя данных и состоит из микросхемы и элементов связи; каждая RFID-метка имеет уникальный электронный код. Антенна RFID-метки является антенной ответного устройства RFID-метки и посредством радиочастотной связи передаёт беспроводные радиосигналы между меткой и контроллером. Считыватель-записыватель — это устройство, предназначенное для чтения или записи информации на RFID-метку.

　　 Краткое заключение

　　Установка RFID-меток на режущие инструменты позволяет осуществлять идентификацию их жизненного цикла и чтение/запись информации на протяжении всего срока эксплуатации; при этом на базовом оборудовании, включая станки с ЧПУ, монтируются RFID-считыватели, которые выступают интерфейсом обмена данными между RFID-метками и основной системой управления. Используя RFID-метки в качестве носителей информации, обеспечивается взаимодействие между инструментами и базовым оборудованием, а также между самими станками, что позволяет прогнозировать срок службы инструментов. Новое решение позволяет осуществлять полное управление жизненным циклом инструментов, снизить уровень запасов инструментов на 20%, уменьшить их стоимость на 10%, сократить время подготовки на 15%, повысить эффективность оборудования на 10%, сократить сроки поставки на 10% и снизить совокупные затраты более чем на 15%.