机床监控与数据采集的整个加工都是经过执行工件的加工程序来实现的。因此加工程序编制的好坏直接影响工件终究的加工精度和加工效率。而工件加工程序编制的条件是工艺组织的确认。本文就简略介绍一下，机床监控与数据采集高效数控加工应当遵从的工艺准则，期望对咱们有些帮助。咱们知道，机床监控与数据采集是一种高度复合型的加工设备，在工件加工程序编制前，要根据其图纸的设计要求和加工内容，确认好其加工工艺。一般来说，  

加工工艺的确认准则应当遵从一下几个基本准则：  

一、先粗后精的加工准则一般情况下，为了确保工件终究的加工质量，咱们将工件加工划分为粗加工和精加工两个阶段，关于加工精度较高的工件还添加一道半精加工阶段。在机床监控与数据采集进行数控加工时也应当遵从这一准则。机床监控与数据采集车削加工工件粗加工时可快速切除大部分加工余量、尽可能削减走刀次数，缩短粗加时刻；精加工时主要确保工件加工的精度和外表质量，故一般精加工时工件的终究概括应由最终一刀连续精加工而成。  

二、一次装夹定位的准则一次装夹实现工件多工序加工是机床监控与数据采集的基本加工特色。因此在确认工件加工工艺时，应当最大极限的集中各加工工序。尽可能的削减装夹次数，以削减不必要的定位误差和重复装夹进程。  

三、先内后外的加工准则当待加工工件既有内外表又有外外表需要加工时，在组织加工顺序时，应当先进行工件的内外表加工后进行外外表，如进行分阶段加工，也应先进行内外外表粗加工，后进行内外外表的精加工。  

四、先面后孔的加工准则前面咱们说过，机床监控与数据采集是一种复合型的加工机床，它不仅能够进行车削也可进行镗削加工。关于待加工工件上既有平面也有孔时，应当先车平面后镗孔的顺序进行、由于车平面时切削力较大，工件易发作变形，先车面后镗孔，使其有一段时刻康复，待其康复变形后再镗孔，有利于确保孔的加工精度。

数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。随着微处理器的不断发展，诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类：  

1、起动诊断  

起动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如CPU、存储器、I／O等单元模块，以及MDI／CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。此时起动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。  

2、在线诊断  

在线诊断是指通过CNC系统的内装程序，在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及CNC装置相连的各个伺服单元、伺服电机、主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。  

在线诊断一般包括自诊断功能的状态显示有上千条，常以二进制的0、1来显示其状态。对正逻辑来说，0表示断开状态，1表示接通状态，借助状态显示可以判断出故障发生的部位。常用的有接口状态和内部状态显示，如利用I／O接口状态显示，再结合PLC梯形图和强电控制线路图，用推理法和排除法即可判断出故障点所在的真正位置。故障信息大都以报警号形式出现。一般可分为以下几大类：过热报警类；系统报警类；存储报警类；编程／设定类；伺服类；行程开关报警类；印刷线路板间的连接故障类。  

3、离线诊断  

离线诊断是指数控系统出现故障后，数控系统制造厂家或专业维修中心利用专用的诊断软件和测试装置进行停机（或脱机）检查。力求把故障定位到尽可能小的范围内，如缩小到某个功能模块、某部分电路，甚至某个芯片或元件，这种故障定位更为精确。  

4、现代诊断技术  

随着电信技术的发展，IC和微机性价比的提高，近年来国外已将一些新的概念和方法成功地引用到诊断领域。  

（1）通信诊断  

也称远程诊断，即利用电话通讯线把带故障的CNC系统和专业维修中心的专用通讯诊断计算机通过连接进行测试诊断。如西门子公司在CNC系统诊断中采用了这种诊断功能，用户把CNC系统中专用的“通信接口”连接在普通电话线上，而两门子公司维修中心的专用通迅诊断计算机的“数据电话”也连接到电话线路上，然后由计算机向CNC系统发送诊断程序，并将测试数据输回到计算机进行分析并得出结论，随后将诊断结论和处理办法通知用户。  

通讯诊断系统还可为用户作定期的预防性诊断，维修人员不必亲临现场，只需按预定的时间对机床作一系列运行检查，在维修中心分析诊断数据，可发现存在的故障隐患，以便及早采取措施。当然，这类CNC系统必须具备远程诊断接口及联网功能。  

（2）自修复系统  

就是在系统内设置有备用模块，在CNC系统的软件中装有自修复程序，当该软件在运行时一旦发现某个模块有故障时，系统一方面将故障信息显示在CRT上，同时自动寻找是否有备用模块，如有备用模块，则系统能自动使故障脱机，而接通备用模块使系统能较快地进入正常工作状态。这种方案适用于无人管理的自动化工作场合。  

需要注意的是：机床在实际使用中也有些故障既无报警，现象也不是很明显，对这种情况，处理起来就不那样简单了。  

另外有此设备出现故障后，不但无报警信息，而且缺乏有关维修所需的资料。对这类故障的诊断处理，必须根据具体情况仔细检查，从现象的微小之处进行分析，找出它的真正原因。要查清这类故障的原因，首先必须从各种表面现象中找山它的真实故障现象，再从确认的故障现象中找出发生的原因。

由于数控机床故障比较复杂，同时数控系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行测试，往往是一个报警号指示出众多的故障原因，使人难以入手。下面介绍维修人员任生产实践中常用的排除故障方法。  

1、直观检查法  

直观检查法是维修人员根据对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，确定故障范围，可将故障范围缩小到一个模块或一块电路板上，然后再进行排除。一般包括：  

A。询问：向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果等；  

B。目视：总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态，各电控装置有无报警指示，局部查看有无保险烧断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等；  

C。触摸：在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线的联接状况以及用手摸并轻摇元器件，尤其是大体积的阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一些断脚、虚焊、接触不良等故障；  

D。通电：是指为了检查有无冒烟、打火，有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。如果存在破坏性故障，必须排除后方可通电。  

2、初始化复位法  

一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障。若系统工作存贮区由于掉电、拨插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。  

3、自诊断法  

数控系统已具备了较强的自诊断功能，并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态。利用自诊断功能，能显示出系统与主机之间的接口信息的状态，从而判断出故障发生在机械部分还是数控部分，并显示出故障的大体部位（故障代码）。  

A。硬件报警指示：是指包括数控系统、伺服系统在内的各电气装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法；  

B。软件报警指示：系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及排除方法。  

4、功能程序测试法  

功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上，如纸带和磁带等。在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。  

功能程序测试法常应用于以下场合：  

A。机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起；  

B。数控系统出现随机性故障，一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性个好；  

C。闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。  

5、备件替换法  

用好的备件替换诊断出坏的线路板，即在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。并做相应的初始化起动，使机床迅速投入正常运转。  

对于现代数控的维修，越来越多的情况采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系统正常工作。尽最大可能缩短故障停机时间，使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态下进行，还要仔细检查线路板的版本、型号、各种标记、跨接是否相同，若不一致则不能更换。拆线时应做好标志和记录。  

一般不要轻易更换CPU板、存储器板及电地，否则有可能造成程序和机床参数的丢失，使故障扩大。  

6、交叉换位法  

当发现故障板或者个能确定是否是故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换，从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅要硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。  

7、参数检查法  

系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。发生故障时应及时核对系统参数，参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的CMOSRAM中，一旦电池电量不足或由于外界的干扰等因素，使个别参数丢失或变化，发生混乱，使机床无法正常工作。此时，可通过核对、修正参数，将故障排除。  

数控机床联网是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的高效的自动化机床，综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。不同的数控机床联网系统虽然在结构和性能上有所区别，但在故障诊断上有它的共性，现结合工作实际谈一下数控系统故障分析和维修的一般方法。  

数控机床联网系统故障维修通常按照：现场故障的诊断与分析、故障的测量维修排除、系统的试车这三大步进行。  

在故障诊断时应掌握以下原则：  

1、先外部后内部  

现代数控机床联网系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。由于数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能。系统外部的故障主要是由于检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起的。  

2、先机械后电气  

一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。  

3、先静态后动态  

先在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。  

4、先简单后复杂  

当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

机床作为工厂制造中精密加工的最重要设备，但设备通讯接口封闭、加工程序不能集中高效管理，生产管理者无法及时了解设备运行状态信息、无法准确记录刀具及加工过程信息、无法及时获取生产信息，往往成为了生产管理过程中的“信息孤岛”。这也导致了生产效率低、换线部署周期长、设备维保不及时、设备运转效率低等一系列问题。  

因此，通过与机床数控系统实时通讯，实现设备数据与生产数据关联、实现生产全流程有效监控，发现生产过程瓶颈、提高生产效率、提升管理决策效率、降低生产成本，提升企业核心竞争力。但机床信息化缺面临着很多问题：  

1）数据采集难：设备品类繁多，年代跨度大，协议接口封闭，传统数据采集方式产量数据不准、无法实现设备数据与生产数据关联。  

2）生产管理难：设备状态、生产信息不能实时掌控，人与机器的协同效率；新品上线部署时间长，维保不及时不合理，异常停机时间长，设备稼动率低；生产管理决策缺乏有效的数据支撑，生产效率低。  

享控智能科技面向机床行业推出系列产品，机床监控与数据采集硬件和软件，可解决数控机床监控与数据采集及生产管理功能需求等问题。  

机床监控与数据采集硬件：  

1)无需授权协议即插即用；  

2)兼容99%的机床设备；兼容常见机床的通讯协议，如西门子、FANUC、三菱、广数、华中数控等品牌。  

3)支持边缘计算，采集数据更加准确、并可挖掘更多可用数据价值；  

4)支持程序下发；  

5)支持数据分频传输，数据高效应用，减轻服务器后台数据处理负荷；  

6)兼容性好，可接入周边其他设备，包括空压机、压铸机、切割机等。  

机床生产管理软件：  

通过边缘计算网关与数控系统进行实时通讯，结合工业生产管理工具，为客户提供从机床监控与数据采集、边缘计算分析、数据应用，实现对生产订单管理、效率管理、质量管理、刀具管理、能耗管理、维保管理等：  

1)设备管理：设备监控、生产监控、效率监控、数据录入、参数监控、异常报警、实时曲线、设备定位；  

2)故障报警：报警提醒、短信报警、微信报警；  

3)刀具管理：刀具寿命监控、刀具更换提醒、刀具质量评估；  

4)历史数据：数据储存与查询、数据历史曲线与excel导出；  

5)维保管理：设备台账、设备维保记录、维保计划、维保提醒；  

6)能耗管理：能耗监控、分项计量、生产能耗、单品能耗、班次能耗、待机能耗、能耗统计分析；  

7)任务管理：计划管理、工单管理、预计完成时间、生产节拍；  

8)品质管理：工艺管控、不良品、工艺参数修改报警、实时数据监控超限不良品预标记；  

9)报表管理：生产、品质、能耗、报警报表；  

10)角色分发：管理者、车间主任、调机员、操作员、品质、计划、维保维修、销售，根据不同角色的需求，呈现不同数据内容。

机床在生产加工过程中通常分为连续型加工和离散型加工两种类型。连续型加工的特点是长时间的单一循环过程的加工，如汽车发动机生产线等，其机床的加工工艺和过程几乎是从不改变的，主要应用于大规模的批量生产;离散型加工则见也小批量和单件加工，工艺和程序更换频繁，生产过程不易控制。

典型离散型工业拥有大量的各种数控机床和设备，包括不同时期、不同种类的和不同配置的机床，因而数据采集的方法也就不同。另一方面由于离散型加工的特点，从生产管理和控制上的需要，则要采集尽可能多的数据，如加工的程序(意味着当前正在加工什么工件)，主轴运转状态，机床运转状态，主轴/进给倍率多少，报警状态等等与生产管理相关的信息。

综合而言，机床监控与数据采集具有以下特点：

1、 采集方式的多样性

针对不同数控系统，不同通信协议和连接方式(以太网、串口、PLC、工控机和传感器等)采用相匹配的方式或者混合方式达到采集数据的最大化。

2、采集数据的定制性

针对数控机床的具体配置和设置，获得所需定义最准确的数据。每一台机床可能都具有其特殊性。如同样的数控系统，采用数字主轴和模拟主轴，其采集的数据也有所差异。又如在很多磨床中，主轴(砂轮)要求始终不能停止，无论机床是否在运行或停止，因此主轴负载一直是存在的;而其他机床通常在机床停止时主轴也停止了，主轴负载为0。

3、 采集数据的统一性

由于数控系统和机床设计的差异，其状态的定义也各不相同，如西门子系统中操作方式包括手动、自动、MDA，而FANUC系统的操作方式则有MDI、自动运行、存储器编辑、手轮、JOG手动等定义，但在上层管理应用上则应规范和统一定义，才能在企业管理层统一应用。

机床监控与数据采集软件一般称为MDC系统软件(Manufacturing Data Collection & Status Management System)，即制造数据采集与状态管理系统，主要是对车间数控机床和其他智能设备的运行数据进行实时采集，实现对设备的实时监视与控制，并对数据分析及处理，为其他信息化软件比如 MES系统 、ERP系统提供数据支持。

如何进行工业生产设备机床监控与数据采集?  

机床监控与数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。  

工业生产设备机床监控与数据采集是利用泛在感知技术对各种工业生产设备进行实时高效采集和云端汇聚。通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，采集大范围、深层次的工业生产设备数据，以及异构数据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础。  

工业生产设备机床监控与数据采集的重要性和难点  

工业大数据的采集为工业创新以及战略性发展提供数据基础，也是打造数字化工厂实现智能制造，迈向工业4.0的必经之路。工业生产设备作为工业生产最为重要的一部分，其各种数据直接关系着产品和工厂管理。  

数字化工厂不等于无人工厂，产品配置，制造流程越复杂越多变，越需要人的参与;在数字化工厂当中，工人更多地是处理异常情况，调整设备。但机床监控与数据采集一直是困扰着所有制造工厂的传统痛点，自动化设备品牌类型繁多，厂家和数据接口各异，国外厂家本地支持有限，不同采购年代。即便产量停机数据自动采集了，也不等于整个制造过程数据都获得了，只要还有其他人工参与环节，这些数据就不完整。  

工业生产设备机床监控与数据采集方式  

工业生产设备机床监控与数据采集有三种方式：分别是数据系统直接联网通信，通过工业网关进行采集和通过远程IO进行采集。  

1.直接联网通信  

直接联网是指借助数控系统自身的通信协议、通信网口，不添加任何硬件，直接与车间的局域网进行连接，与数据采集服务器进行通信，服务器上的软件进行数据的展示、统计、分析，一般可实现对机床开机、关机、运行、暂停、报警状态的采集，及报警信息的记录。  

高端数控系统都自带有用于进行数据通信的以太网口，通过不同的数据传输协议，即可实现对数控机床运行状态的实时监测。发那科0i\31i\18i系列的数控系统在操作面板背面都配置有网口，通过发那科的FOCAS协议，就可以进行直接联网通信;西门子840D系统，PCU50版本以上的也可以通过OPC协议进行设备的直接联网通信。  

2.工业网关采集  

对于没有以太网通信接口，或不支持以太网通信的数控系统，可以借助工业以太网关的方式连接数控机床的PLC控制器，实现对设备数据的采集，实时获取设备的开机、关机、运行、暂停、报警状态。  

工业通信网关可以在各种网络协议间做报文转换，即将车间内各种不同种类的PLC的通信协议转换成一种标准协议，通过该协议实现数据采集服务器对现场PLC设备信息的实时获取。  

3.远程IO采集  

对于不能直接进行以太网口通信，又没有PLC控制单元的设备，可以通过部署远程IO进行设备运行数据的采集，通过远程IO的方式可以实时采集到设备的开机、关机、运行、报警、暂停状态。  

远程IO模块，是工业级远程采集与控制模块，可提供了无源节点的开关量输入采集，通过对设备电气系统的分析，确定需要的电气信号，连接入远程IO模块，由模块将电气系统的开关量、模拟量转化成网络数据，通过车间局域网传送给数据采集服务器。  

自动化设备数据采集系统特点：

(1)自动化程度高。每一个系统的电子部件能够监控自己计划和任务，并及时的对错误信息作出反馈，以便于技术人员的信息核对。

(2)工作效率高。此系统的各电子部件能够相互之间协作，以完成共同的计划和任务，对工作中出现的错误或故障采取一些自动化应急措施。

(3)开放性。此系统可以允许其他新的电子系统的加入，原有的具有其他功能的电子系统的移除或功能上的更新对整个自动化数据采集系统不会产生很大的影响，同时只需要很少的人工参与进行一些校对，并且此系统针对不同的服务对象拥有不同的数据处理功能。

工业生产设备数据采集有三种方式：

分别是通过工业网关进行采集，数据系统直接联网通信和通过远程IO模块进行采集。

1、工业网关采集

对于没有以太网通信接口，或不支持以太网通信的设备，可以借助工业以太网关的方式连接设备的PLC控制器，实现对设备数据的采集，实时获取设备的开机、关机、运行、暂停、报警状态。

工业通信网关可以在各种网络协议间做报文转换，即将车间内各种不同种类的PLC的通信协议转换成一种标准协议，通过该协议实现数据采集服务器对现场PLC设备信息的实时获取。

2、远程IO模块采集

对于不能直接进行以太网口通信，又没有PLC控制单元的设备，可以通过部署远程IO模块进行设备运行数据的采集，通过远程IO的方式可以实时采集到设备的开机、关机、运行、报警、暂停状态。

远程IO模块，是工业级远程采集与控制模块，可提供了无源节点的开关量输入采集，通过对设备电气系统的分析，确定需要的电气信号，连接入远程IO模块，由模块将电气系统的开关量、模拟量转化成网络数据，通过车间局域网传送给数据采集服务器。

3、直接联网通信

直接联网是指借助设备系统自身的通信协议、通信网口，不添加任何硬件，直接与车间的局域网进行连接，与数据采集服务器进行通信，服务器上的软件进行数据的展示、统计、分析，一般可实现对设备的开机、关机、运行、暂停、报警状态的采集，及报警信息的记录。

深圳市老狗科技有限公司是一家专注于工业互联网、设备云、工业大数据技术研究开发服务的高科技企业，核心团队从事军用控制系统研究开发近20年，产品广泛应用于军工、航空、兵器、装备制造、高铁、交通、水务等300多个行业，承担实施过国内众多大型物联网项目。公司自主开发的极简工业平台，是一套工业互联网云操作系统，包含6个系列硬件，8套工具化SaaS软件，构建成一个IT、OT、DT融合的工具平台。

自动化设备数据采集系统就具有成本低，自动化程度高、效率高的优势，并且它的应用的前景广阔，与传统的一些应用程序相比有自己独特的优势。目前仍有许多工厂或企业生产指挥管理采用一种基于人工方式的报账手段，对生产过程中一些重要数据采集系统依靠岗位工的手工记录，形成日报表上报，这样的传统的纯依靠人工的方式报账系统有以下几方面的弊端：

(1)数据记录欠完整。即数据量不可能很大，且很多数据不可能同时采集，时效性不强。

(2)数据采集实时性差。有些生产状态数据如温度、压力，浓度等将直接影响产品质量，需在出现异常时快速做出反应，却没有被人及时的记录下来，造成了对这些有用数据的分析困难，不准确，信息失效的缺点。

(3)宏观调控能力弱。目前生产指挥部门对生产状况了解主要依赖日报表。数据少且上报速度慢，无法迅速掌握全厂生产情况，及时下达调整指令，难以保证全厂各个生产环节运行在最优状态，不能确保领导作出合理有效的决策，影响企业的发展，甚至影响社会经济的健康有序发展。

(4)生产数据汇总和分析功能弱：生产数据无法及时的与管理系统相结合，而延误了管理信息的及时反馈，影响管理层作出进一步的决策变更，进而影响整个企业的发展。

而应用自动化设备数据采集系统具有准确性高，节省人力成本，节省财力资本，及时的采集到所需要的信息资源，提高上级部门的办公效益的优势。

深圳市老狗科技有限公司是一家专注于工业互联网、设备云、工业大数据技术研究开发服务的高科技企业，核心团队从事军用控制系统研究开发近20年，产品广泛应用于军工、航空、兵器、装备制造、高铁、交通、水务等300多个行业，承担实施过国内众多大型物联网项目。公司自主开发的极简工业平台，是一套工业互联网云操作系统，包含6个系列硬件，8套工具化SaaS软件，构建成一个IT、OT、DT融合的工具平台。