一种用于数控切割设备状态监测、故障判断的方法及系统与流程

本发明属于造船企业精益生产领域，尤其涉及一种用于数控切割设备状态监测、故障判断的方法及系统。

背景技术：

钢板切割作业是船舶建造过程中的关键环节。钢板切割质量的优劣对船体装配质量、焊接质量、涂装质量以及外观质量都有着重要的影响，钢板切割方法随着技术进步也在不断改进，由最早的手工切割到半自动切割发展到现在的数控切割，切割效率和切割质量都越来越高。

船体建造所需要的钢板数量庞大，而且受原材料配套、设备场地资源及工序间协同的影响，造船企业生产过程中存在钢板切割信息无法实时采集、切割状态无法实时监控、无法实时判断切割故障、以及生产调度缺乏科学依据等问题，从而影响钢板切割计划的执行及切割作业效率，在一定程度上增加切割零件的缓存量，造成场地占用及资金积压。

技术实现要素：

发明目的：为解决现有技术存在切割信息无法实时采集、切割状态无法实时监控、无法实时判断切割故障等问题，本发明提供一种用于数控切割设备状态监测、故障判断的方法及系统。

技术方案：本发明提供一种用于数控切割设备状态监测、故障判断的方法，应用于切割设备自动切割的情况下，该方法包括如下步骤：

步骤1、将所有不同种类的切割机的g指令进行拆分解析，并将拆分解析后的所有g指令存储至计算机；所述拆分解析后的g指令包括定位指令，移动指令，控制指令，控制轨迹；

步骤2、某种切割机进行一次切割，切割过程中实时采集该种切割机的切割参数，将采集的该种切割机的切割参数转换成预设好的数据格式，并在计算机中显示；所述切割机的切割参数包括：切割机的位置坐标、移动速度、当前动作；

步骤3、实时读取该种切割机的拆分解析后的g指令，并在计算机中显示；

步骤4、根据实时的切割参数和拆分解析后的g指令，判断切割机当前执行到哪一步；并根据切割参数得到切割设备的运行状态，所述运行状态包括：某张钢板的实际切割开始时间、移动/划线/切割时间、中途停顿时间、切割完成时间；

步骤5、根据该次切割时采集的切割机的坐标位置所组成的轨迹与g指令中该次切割的控制轨迹，判断切割机是否故障。

进一步的，采用xml配置，将实时采集到的切割机的参数转换成预设好的数据格式。

进一步的，所述步骤5具体为：切割机进行一次切割，其轨迹为l1，l1由n个连续的切割机的坐标位置组成，l1＝{a1、a2、...ai、...an}，ai为第i个坐标位置，i＝1，2，3，...，n；g指令中与l1相应的切割的轨迹为l2，l2由q个连续的理想坐标点组成，l2＝{b1、b2、...bq、...bq}；点bq为第q个理想坐标；

将l2中相邻的两个点组成一个线段，则l2由q-1个连续的线段组成，依次计算n个坐标位置与每个线段的最短距离；若在n个坐标位置中存在i个位置坐标与任意一条线段之间的最短距离均不在预设的容差range的范围内，则认定切割机故障。

进一步的，所述容差range的范围为[0，10]，单位为mm。

进一步的，i＝10％。

一种用于数控切割设备状态监测、故障判断的系统，其特征在于，该系统包括：数据采集系统、状态监测系统和故障判断系统，所述数据采集系统采集切割机的切割参数，并将该参数转换成预设好的数据格式传送至状态监测系统和故障判断系统；所述数据采集系统还根据切割机的类型实时采集与切割机相应的拆分解析后的g指令，并将该拆分解析后的g指令传送至状态监测系统和故障判断系统；所述状态监测系统根据收到的信息得到切割机的运行状态；所述故障判断系统根据收到的信息判断切割机是否发生故障。

进一步的，所述数据采集系统与状态监测系统之间采用工业级无线ap进行信号传输；述数据采集系统与故障判断系统之间也采用工业级无线ap进行信号传输。

有益效果：本发明通过对钢板车间数控切割设备互联互通，实时采集数控切割设备的运行信息，分析数控切割设备运行状态以及是否故障，从而可以进一步分析数控切割设备的利用率、工作工时等，从而确保钢板的切割效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的流程图；

图3是切割控制机操作界面；

图4是拆分解析前的g指令；

图5是拆分解析后的g指令。

具体实施方式

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

如图1、图2所示本实施例提供一种用于数控切割设备状态监测、故障判断的方法及系统，该系统包括：数据采集系统、状态监测系统和故障判断系统，所述数据采集系统采集切割机的切割参数，并将该参数转换成预设好的数据格式传送至状态监测系统和故障判断系统；所述数据采集系统还根据切割机的类型实时采集与切割机相应的拆分解析后的g指令，并将该拆分解析后的g指令传送至状态监测系统和故障判断系统；所述状态监测系统根据收到的信息得到切割机的运行状态；所述故障判断系统根据收到的信息判断切割机是否发生故障；所述数据采集系统包括:切割设备运行参数采集服务程序和g指令采集程序。

通过截取实际运行过程的动作数据匹配切割设备的切割指令(g指令)来获取。g指令名称需要对应钢材管理系统中每张钢板的唯一编码。

通过开发数控切割设备运行参数采集服务程序，实时获取切割控制界面的相关参数，包括横轴位置x、纵轴位置y、当前动作(移动、划线、切割)、运动速度。

数据采集系统切割机控制机启动一并启动并运行于后台，需要采集的数据类型，包含切割机当前执行的g指令名称，位置数据，操作类型等信息，考虑切割控制机品牌繁多，单个用户可能存在多种类型的控制机，采集服务支持在主流的各种型号的切割机控制机上运行；此外创新使用预设配制的方式，用于适应不同的切割控制机，并可将不同的切割控制机反馈的数据统一标准化成统一类型的数据，方便整体监控厂区切割机运行状态，切割控制机操作界面详见图3所示。

创新使用预设配制的方式为：使用xml配置，将采集的切割控制机的数据与所需标准化成统一类型的数据建立对应关系，配置中包含采集数据的位置，类型等信息，采集中，服务通过winapi接口，按预设配制每秒采集一次切割机控制程序实时数据，记录当前位置；依据采集到的数据计算切割机运行轨迹，运行速率，记录系统留待解析。

数控g指令用一种编码控制切割机的实际操作，g指令示例如图4所示，主要包含定位指令(示例g00),移动指令(示例g01、g02),控制指令(示例m10)等，读取g指令判断当前切割机需要执行的动作及切割路径，但因切割机厂商的切割指令均有自己的标准，g指令采集程序在获取正确的切割指令时需要较大的开发工作且需要定制开发，本实施例重新拆分指令逻辑，提取关键指令类型后对标，并以简易的界面供用户设置，达到统一系统兼容所有切割机厂商标准的功能，具体的配制界面见图5所示。

所述数据采集系统与状态监测系统之间采用工业级无线ap进行信号传输；述数据采集系统与故障判断系统之间也采用工业级无线ap进行信号传输；工业级无线ap，可应对车间内信号干扰，防尘防污。

状态监测系统根据采集到的切割机参数和g指令，得到切割设备的精确运行状态包括：某张钢板的实际切割开始时间、移动/划线/切割时间、中途停顿时间、切割完成时间等；实际算法考虑轨迹类型(即移动、划线、切割)可以实际确认当前切割机的有效运动轨迹，采集服务将切割机数据汇总至应用服务器后，可以提供实时数据用于厂区管理人员监控，

故障判断系统判断切割机是否故障的具体方法为：

获取切割机的实际运行轨迹及切割指令的控制轨迹，可以判断实际轨迹运行到切割指令的哪一步骤，用于反馈实时的切割信息，还可判断切割设备是否故障；具体算法简易描述如下：切割机的实际轨迹l1由n个坐标位置构成l1＝{a1、a2、...ai、...an}，ai为第i个坐标位置，i＝1，2，3，...，n；g指令中与l1相应的切割的控制轨迹为l2，l2由q个连续的理想坐标点组成，l2＝{b1、b2、...bq、...bq}；点bq为第q个理想坐标；简化运行状态后仅考虑相同走向的轨迹；

将l2中相邻的两个点组成一个线段，则l2由q-1个连续的线段组成，依次计算n个坐标位置与每个线段的最短距离d；若在n个坐标位置中存在i个位置坐标与任意一条线段之间的最短距离均不在容差range的范围内(经试验得到i＝10％，容差范围为[0，10]，单位为mm)，则认定切割机故障。最短距离的具体计算公式如下：

bx、bx+1坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)，且(x1≠x2)bx、bx+1均属于l2

bx、bx+1组成直线段的方程为：

(y2-y1)x-(x2-x1)y+x2y1-y2x1＝0

设ai坐标为(x0，y0)，ai∈l1

若ai与bx、bx+1组成线段的垂线的垂足在bx、bx+1组成的线段上，依据是否在bx和bx+1的线段上做不同的处理，设垂足坐标为cx＝(x3，y3)。

线段bxcx+线段cxbx+1＝线段bxbx+1

且

ai到bx、bx+1组成线段的最短距离为其垂线长度，设为d：

若ai与bx、bx+1组成线段的垂线的垂足在bx、bx+1组成的线段外，则比较ai到bx的线段与ai到bx+1的线段长短，两条线段中最短的那条即为点ai到bx、bx+1组成线段的最短距离。

此外实际运动轨迹需要记录切割速度，依据当前位置及上一秒记录位置的及时间差计算当前的实时速率。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。