針閥偶件配磨系統方案
2013-12-21 來源：無錫油泵油嘴研究所 作者：張寶田 張麗敏
針閥偶件是柴油機噴油器三對精密偶件之一，其加工能力和產品質量直接影響噴油器的生產能力和性能，從而影響到整機的產能和性能。目前為滿足針閥偶件的大批量生產需求，主要采用偶件配磨工藝，配磨工藝具有高效、高精度的特點，但配磨過程中加工、檢測等環節相互獨立，未能進行資源的有效整合，自動化、信息化程度不高。為進一步提高加工效率和加工質量，實現配磨自動化，減少人為因素，本文對針閥偶件配磨系統進行了研究。
針閥偶件配磨策略
針閥偶件配磨策略是實現配磨系統的基礎，研究配磨系統需要對配磨過程進行梳理，合理有序地組織加工過程。
具體配磨策略為：針閥體和針閥完成偶件面精加工前道工序，操作者接到生產任務單，首先領料。采用中孔座面磨床加工針閥體中孔及座面，設備具備單機自動上下料功能，加工完成后對中孔進行線后檢測，并將檢測結果反饋給操作者，用于加工質量的判定，合格則加工偶件配磨工序，不合格則存放至不合格品區。根據檢測結果對中孔磨削過程進行控制，針閥偶件配磨時采用外圓磨床，具備單機自動上下料功能，依據中孔尺寸配磨針閥外圓，同時進行在線檢測，保證配副質量，實現針閥偶件一一配對。
針閥偶件配磨系統設計
1.配磨系統需求分析
目前針閥偶件配磨的自動化、信息化程度不高，配磨過程各環節相對獨立，未能實現過程的高度自動化，也未能與MES（制造執行系統）、CAPP（計算機輔助工藝過程設計）系統進行信息共享，缺少對加工過程質量的控制，制約了產能和質量的提升，增加了企業的生產成本。
基于企業提升產能和質量的迫切需求，本文提出了一種針閥偶件配磨系統，對針閥偶件配磨過程進行優化，實現偶件自動化配磨，與現有的MES、CAPP系統進行集成，并對加工過程質量進行控制反饋，減少人工參與環節。
2.配磨系統總體方案設計
研究針閥偶件配磨系統的目標是實現高度自動化配磨加工，以現行配磨策略為基礎，最大限度地整合資源，提升信息化、自動化水平，系統方案如圖1所示。
圖1 針閥偶件配磨系統方案
針閥偶件配磨系統開發采用三層架構，分為表示層、業務邏輯層和數據訪問層。表示層為最上層，主要為用戶請求的接受和數據的返回；業務邏輯層位于表示層與數據訪問層中間，負責對數據層的操作；數據訪問層是對原始數據的操作層，實現數據的增刪改查。層與層之間依賴關系是向下的，上層設計的改變對底層不產生任何影響，增強了系統的安全性，便于系統進行擴展和移植。針閥偶件配磨系統總體架構如圖2所示。
圖2 針閥偶件配磨系統總體架構
3.配磨系統功能模塊設計
針閥偶件配磨系統依據需求可劃分為六個主要功能模塊：配磨任務管理模塊、配磨加工管理模塊、加工質量管理模塊、運行狀態監控模塊、偶件BOM管理模塊和用戶管理模塊，如圖3所示。
圖3 針閥偶件配磨系統功能結構設計
（1）配磨任務管理模塊 與MES系統集成，獲取生產任務單，并對任務單進行管理，實時更新加工完成情況。配磨計劃是配磨系統數據的源頭，是其他模塊數據的基礎。
（2）配磨加工管理模塊 根據生產任務單與CAPP系統集成，獲取偶件配副加工工藝。根據偶件加工要求設定針閥體、針閥加工參數，包括砂輪轉速、修整頻次、工件轉速等，并能根據檢測結果自動修正加工參數，確保偶件配副質量。
（3） 加工質量管理模塊 對針閥體和針閥加工質量數據進行采集，并進行SPC統計過程控制，利用控制圖進行過程監控，對加工過程進行分析評價，適時修正加工參數，使加工過程更加穩定，同時完成針閥偶件數據的配對工作，將成功配副數量和質量信息反饋至任務單。
（4）運行狀態監控模塊 實現對加工機床本體、檢測裝置、自動上下料裝置、冷卻裝置等硬件工作狀態的監控，并對異常狀態進行緊急處置，同時將狀態信息反饋至MES系統，實現信息共享。
（5）偶件BOM管理模塊 可查詢針閥偶件的工藝BOM，通過與CAPP系統集成獲取針閥偶件工藝BOM，并隨CAPP系統自動更新數據。
（6）用戶管理模塊 主要功能包括新用戶添加、用戶信息維護、用戶刪除和登錄管理。系統管理員可進行用戶的添加、修改、刪除，用戶的角色權限由管理員分配，并配置相應的菜單。用戶通過登錄進行身份驗證，確認權限加載相應菜單，可修改個人密碼和維護個人基本信息。
4.配磨系統數據庫設計
數據庫是邏輯上相關的數據的集合，它通常是為了實現某一目的、具有特定用戶的、反映真實世界的數據聚集。配磨系統的數據庫是實現數據管理、完成配磨自動化、提升加工效率的基礎，設計一個好的數據庫可極大的提高配磨系統的性能，同時也便于系統開發和后續系統升級維護。
針閥偶件配磨系統數據庫設計主要圍繞生產任務單展開，其基礎信息來源于MES和CAPP系統，通過集成技術獲取任務單及其相關的加工工藝信息，并由此獲取加工機床、上下料機構、檢測裝置、砂輪等硬件的工作參數和狀態。系統中每條生產任務單對應一條或多條加工參數，根據需要選擇合適的加工參數進行加工，加工后會產生多條對應的質量數據，作為配磨的依據，通過對質量數據的分析反饋，進行加工過程控制。同時通過數據庫的查詢功能可獲取所有與生產任務單相關聯的數據信息，如參與配磨的所有硬件的狀態，以便系統及時進行相應處置。
針閥偶件配磨系統的實現
針閥偶件配磨系統采用B/S分層體系架構，應用代碼分離技術，將后臺代碼與頁面代碼分離，確保系統運行安全，服務器端操作系統采用Windows Server 2003，客戶端采用Windows XP，數據庫使用SQL Server 2005，開發工具選用Visual Studio 2005，編程語言使用C#，瀏覽器采用IE6.0以上版本。
采用Web Service訪問技術實現MES、CAPP系統的集成，將需要集成的部分封裝成Web Service，偶件配磨系統通過特定的API進行訪問，以XML格式作為中間格式進行數據交換，實現跨平臺信息共享。
為提升偶件配磨系統的開發效率，使用OR－Mapping組件以面向對象的方式操作數據，從而無需關心底層數據的存儲方式和SQL語句，極大地簡化了代碼開發工作，同時也方便了后續的擴展維護工作。
結語
針閥偶件配磨系統與現有的MES、CAPP系統進行了集成，對MES系統的功能進行了進一步擴展，對配磨過程中各個相對獨立的環節進行整合，使配磨過程自動化，并充分利用測量數據進行加工過程質量控制。適時修正加工參數，實現配磨過程閉環控制，減少了配磨過程中的不穩定因素，有利于精密偶件的大批量生產。不僅節約了成本，而且提升了產能，對企業實施信息化和自動化具有一定的參考意義。
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