FANUC数控系统的可靠性

发布日期：2011-11-25 兰生客服中心浏览：2315

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振兴数控机床工业，实现产业化是发展我国机械制造业的必由之路：数控系统产业化是达到这个目标的关键之一。数控机床由数控系统控制，它的运动由数控系统的伺服装置驱动，所以数控系统是数控机床的大脑。又是数控机床运动的原动力；而且数控系统不同于家电，它是生产资料，不是消费资料，要耐受各种恶劣工亚环境的考验，所以，数控系统的可靠性非常重要。另外，数控系统的可靠比也是用户的要求，特别是在现代化生产线上采用的数控系统更是如此，设想在一条24h连续运转的生产线上如果有一台不可靠的数控系统在工作．经常停机修理．因而影响整条生产线的正常工作，用户怎么能受得了？市场要求数控机床长期正常工作，这首先就要求数控系统要长期地可靠工作。可靠性在数控系统产品的研发、设计及制造链中最综合地体现质量及水平，包括技术及管理水平。目前，世界著各的数控制造商家都非常重视数控系统的可靠性。本文以日本FANUC公司为例，说明由于该公司对数控系统可靠性的重视，因而其产品受到用户的欢迎。

FANUC公司是以生产工厂自动化相关产品为主的公司。其主要产品为机床数控系统和机器人。FANUC集中全部雇员的三分之一致力于研究和开发工作。当前，与数控机床配套的数控系统的市场占有率，FANUC在日本约占70% ，在世界上约占50%以上。FANUC公司的产品是怎样得到世界机床工业推祟的呢？

1 商品开发和验证

首先，FANUC公司明确制定商品开发的方针为：(1)高性能：系统采用最新、最先进的技术，以满足用户对高性能的要求。(2)高质量：首先是高可靠性，以保证商品可以安全地在世界任何地方工作。(3)低成本：可以使用户获得很高的经济效益，使用户的产品可以在国际市场上具有竞争力。如图1所示。

用户购买FANUC的商品使用在生产线上的目的是为了实现机器的最佳性能，为了更好地满足用户的要求，FANUC把同类的产品也装在自己的生产线设备上，最大限度地使用、考验这些产品，尽量发挥和使用该产品的技术先进性以证明产品可靠和耐用。FANUC相信，在自己的工厂里，由于自动生产过程的机器人化(即生产过程无人化，基本由机器人进行)，可以对产品进行高强度的考验，比如，FANUC新的伺服电动机工厂只有43名操作者、288台机器人和1个自动仓库，其控制系统基本采用FANUC自己的系统。在该工厂里，所有生产过程从电动机零件的运输、装配、测试、包装到出厂的所有过程，其操作人员与机器人的比例为1:6.7 。在FANUC的重型机械工厂中，运用了FANUC自己的控制系统CELL 60进行生产，它可以连续72h运转，包括星期六和星期日。在FANUC的所有工厂里，现共有430名操作者和922台机器人。操作人员与机器人的比例为1:2.1。所有这些机器人化的工厂都遵从ISO9001国际标准进行生产。为了保证在用户生产线上使用的FANUC商品总处在最佳的状态，FANUC提供了全球范围的维修和服务网络，这些服务包括现场安装、调试、测试、定期维修、故障诊断和修理，并且提供维修备件。这样，只要用户的生产线在工作，就可以对FANUC商品提供服务。FANUC的维修服务支持系统称为CS24，它通过计算机与通信网络连接在一起，该系统所提供的详细服务记录对于改善系统的可靠性产生了巨大作用。

2 高可靠性设计的目标

FANUC在商品开发时，其项目负责人负责对产品的商业化：满足用户的需要、提出产．洁性能档次的计划、评估和选择元器件，以达到高可靠性，实现成本和制造目标。从市场的需要到制造系统的每一件事情，项目开发的负责人都要熟悉，才能设计制造出高质量和高可靠性的产品。

无庸赘述，在商品开发中，可靠性的设计是非常重要的。FANUC严格按照设计标准化的规定，制定尽量多的设计和生产标准，而对于元器件的选择，则要于方百计确认它们的可靠性，比如热、振动特性等，以便对它们进行全面评估。另外，FANUC提出了“减少零件数量”，作为每种产品的设计目标以保证产品的可靠性。在FANUC研究所的入口处．挂着一条标语“Weniger Teile”，就是要求开发人员在设计商品时要运用“较少的零件”概念。它也表示，减少元器件的数量也可以提高生产率、降低成本和减少维修。

对于产品的开发，FANUC采用产品的故障率作为可靠性的量化目标。比如，CNC系统，包括电动机和伺服系统的目标故障率是0.01次/台·月，这个比率表示每月每台CNC 的平均故障为0.1次，也就是每100个月有1次故障。为了更明确公司对商品负责，FANUC自行开发和制造了独家的主要零配件，如印刷电路板和伺服电动机。尽管FANUC的专用芯片由专门厂家制造，但为了保证性能和可靠性，FANUC也在公司内进行设计。这就是FANUC对可靠性进行管理的方法。

3 高可靠性设计的要点

环境

最小化

CNC系统、与FA有关的产品以及机器人的设计首先要考虑的是环境，通过持续的可靠性运转让产品在严酷的环境(如经受温度、湿度、振动和含有油雾的环境)下安全地使用是非常重要的。在产品设计时，关于产品的可靠性着重要对元件和产品本身对环境的耐受力进行评估。

对于FANUC，主要的可靠性评估项目为对热、冷、潮湿、振动、耐久性、噪声、尘埃、切削油和静电的耐受性，也评估电子元件的材料和结构耐受高温切削油浸渍的能力，以确认在加工时腐蚀对暴露在切削油中元件的影响，而且对大多数常用的切削油都进行评估。

FANUC产品正朝着CNC小型化工艺发展，同时还充分关注有关小型化中的可靠性问题。

电子元件引线距的缩小 一般IC的引线距为2.54mm，目前已减小到0.5mm甚至更小。导电线间的小距离在恶劣的环境中可能会通过电容产生漏电而使CNC系统出现故障，因此在印刷板上涂敷某些绝缘材料作成的涂层就可以避免这种故障。

印刷板 在采用微细电路元件时，为了保证可靠性，也采取了一些措施。
- 选择耐潮湿、耐切削油的最佳材料。
- 选择最佳芯片焊接区，保证足够的焊接强度和焊接生产率。
- 对于大尺寸的表面安装元件，要尽量选择印刷板材料的膨胀系数接近元件的膨胀系数，以防止由于膨胀系数的不同而引起的焊接接点质量变坏。
- 由于电子元件的故障率随着温度的增加而增加，因此，为了降低由于高密度安装而产生的热量并保持低的温升，在运转期间对元件周围的温度以及半导体的结点温度设定一个允许的上限，以降低热损耗。
- 为了防止因接触器小型化和多引线引起的电气故障，如表面接触压力减少、接触面异物引起的接触不良，采用2点接触以保证接触表面的干净。

4 高可靠性的制造

在商品开发中，负责人在设计时就要考虑整个生产制造的过程，而且要确保质量。稳定的制造和可靠性由采用机器人、自动化的设备保证。FANUC对制造过程中的可靠性非常注意，通过对元部件的老化和性能的试验，消除次品。这样，运行初期失效和故障在用户的设备上就不会产生。比如在兀器件接受检查期间对元器件在高温下进行老化；在性能试验前以高温对印刷板进行老化，对装配完的CNC 进行高温运转测试，对所有的机械单元，如机器人在出厂前进行100h运转试验等。所有测试和老化的记录都存储在可靠性的数据库里，使用这些数据，对改进FANUC产品的可靠性起了很大作用。图2为CNC的制造过程。

图3 FANUC系统的故障率

5 高可靠性的维修和可靠性相关工作

维修数据库 FANUC非常重视服务和维修。它把提供给用户的详细服务及支持的任务按时间顺序存放在维修的数据库里。FANUC存储了发生在用户设备上的有关故障状态，其总数约刀刃项，如用户名称、接到电话的日期、修理的日期、模块名称、系列号码、故障单元的规格、维修的内容、故障的起因等。这个数据库存储的所有故障信息，已经成为用户查询故障历史的数据源。这些项目的信息也被用来每月统计器件、单元、部件故障率的变化情况，用以改善和提高开发和制造部门以及维修部件的可靠性，同时也被FANUC用以进行质量管理。