数控系统数据备份重要性分析及管理策略

刘 清，王浩宇

（中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司，四川成都 610100）

0 引言

数控机床是现代制造业重要基础。它为国民经济各个部门的发展提供高效、高质的技术装备。NC（Numerical Control System，数控系统）是数字控制系统的简称。数控系统是数控机床的高配置的大脑，是决定机床装备性能、功能、可靠性和成本的关键因素。国产的数控系统在可靠性、稳定性上和国外的数控系统存在着较大差距。特别是“高、精、尖”的数控机床配套的数控系统90%以上是国外的系统，而国外企业在数控系统方面，仍对我国进行技术封锁限制。造成数控机床在使用过程中的运行和维修成本居高不下。

收集整理企业内部采集到的数控机床维修数据，通过FMECA（Fault Mode Effects And Criticality Analysis，故障模式影响及其危害性分析）分析计算方法，找到数控系统的薄弱环节，了解各个故障模式对数控系统的整体影响程度，突出数据丢失对数控系统的危害，强调数控系统的数据备份作为应对该故障的积极手段，具有重要意义。通过以某公司数控机床的维修数据作为研究对象，收集到公司为期3年的数控机床数控系统故障统计数据，通过对该数据进行详细分析，找出机床数控系统易发生故障的具体原因，并针对分析结果提出相应的数据管理策略，以保障数控系统数据的安全性，提高数控机床的运行可靠性。

1 数控系统的FMECA分析

在系统可靠性分析中，采用以下最常用的两种分析方法：

（1）FMEC分析计算方法。利用FMEC分析方法，对数控机床可靠性进行研究，找出数控系统的薄弱环节。

（2）RPN（Risk Priority Number，风险优先数）可以衡量系统的危害程度，RPN由“严酷度S”“检测难度D”和“发生率O”三者乘积组成。RPN值越大，则发生该故障对机床数控系统的危害度就越大。

根据收集到的维修数据，整理数控系统的FMECA报告见表1，RPN分析见表2。按照传统的RPN分析方法从表2可得故障模式危害度：F1＞F6＞F2＞F3＞F4＞F5＞F7，但是S、O、D三个参数取值受主观因素影响比较大，不能客观公正评价每个故障模式的危险性，为了进一步验证所得出的数据的准确性，采用改进的RPN分析方法进行再次验证。通过采集分析数控机床的故障数据，统计出每项故障模式发生的次数，并且统计出该故障发生所产生的停工时间，用故障次数乘以多次故障平均停机时间，来替代S、D两个参数。因为，检测方法越复杂，查找故障原因，制定维修方案的时间就会越长，故障严酷度越高，维修难度也会越高，两者都会影响机床的停机时间。停机时间越长，对公司的损失就会越大，危害度也会越大。统计各个故障模式，在3年内对应的故障次数及每次故障停工检修时间，改进后的RPN分析见表3。

表1 数控系统的FMECA报告

表2 传统RPN分析

表3 改进后RPN分析

通过改进RPN法[4]计算可得故障模式危害度：F1＞F6＞F2＞F4＞F3＞F5＞F7，两次分析数据基本吻合，与现场实际生产过程中的故障情况相吻合，即“系统硬件无法启动”与“干扰信号”两个故障模式对数控系统的安全性和可靠性影响最大，应该优先考虑必要的防范措施，以便提高数控系统的稳定性，这两个故障模式产生的危害最大的根本原因，是造成数控系统的内部程序和参数大量丢失、恢复难度大、时间长，给企业造成的损失也大。

2 数控系统数据备份的意义

通过对维修数据FMECA分析可知，数控系统的故障原因，除了硬件方面的损坏以外，其余的多是因为外界原因（人或者环境）造成数控系统的参数和程序丢失，使数控系统不能正常运行，这种故障占比达到85%以上。

如果个别参数被更改，可以根据系统报警，查找系统参数，再对比原来的备份，将参数进行调整，就能消除报警；如一台KVC1400MA的立式加工中心，由于操作者不慎修改刀库参数，造成刀库数据混乱，换刀时，机械手和刀具发生碰撞，造成一定的经济损失。查找到相关参数，修改为出厂设置，机床恢复正常。

如果丢失的参数和程序太多，只能将数控系统进行NC和PLC总清，用备份数据进行回装。一般情况都能解决问题。如一台TK6516型数控刨台卧式镗铣床，由于系统接地老化，在一次运行过程中，受到外部高频干扰，数控系统内部程序丢失，无法开机。在处理好系统接地，并作好系统的保护屏蔽后，重新回装机床数据，机床恢复正常。如果再严重一点，比如出现CF卡损坏、PCU系统崩溃蓝屏的极端情况（图1），只要数控机床有相关数据的备份，更换硬件、回装数据，就能很快恢复机床运行。一台CK43160C数控曲轴连杆轴颈车床采用SIEMENS 802D系统，由于长时间断电，造成数据完全丢失，数控系统黑屏，无法开机。该机床由于没有做数据备份。最后只能花高额的维修费用，找专业人士编写程序和设置参数，机床停机时间长达数月，给公司造成不小的损失。

图1 数控系统PCU蓝屏

所以做好数控系统的数据备份和保管的基础工作，对数控机床具有重要意义。

3 数控系统数据的管理策略

数控系统的数据对于数控机床非常重要。为加强数控设备数据档案管理，完整保存并科学管理数控设备数据档案，保证数控设备的正常运转，提高设备使用寿命，减少设备停机时间，需要制定完备的数控设备数据档案管理策略。

3.1 数控设备数据档案管理原则

数控设备数据档案工作实行集中、统一管理的原则，以维护档案的完整、准确、系统和安全，以便长久保存和利用。

3.2 数控设备数据归档范围

数控设备数据档案指企业购进的各种数控设备的数控系统的数据文件资料，包括数控设备的随机光盘、U盘、CF卡、移动硬盘及其他移动存储设备，内容包括：①数控系统NC与PLC数据；②数控系统PCU备份文件；③可编程控制器的内部程序；④数控系统自带的CF卡数据；⑤其他数控系统正常运行需要的电子程序文件。

3.3 数控设备数据归档时间与要求

（1）归档时间：购进的设备，由使用单位在设备到场，完成数控设备调试、验收后，通知设备管理部门，与生产商机床调试人员对接，清点数控设备数据资料，完成数据备份及保存工作，并做好记录，参加人员对数据资料逐一进行确认并签字。

（2）设备安装、调试、维修、保养、事故处理、调拨、改装及企业自制设备的所有数控设备数据资料，在项目完成后一个月内归档。

（3）归档要求：设备管理部门要将整理完毕的数控设备数据档案及时向办公室移交，各类归档资料经确认无误，方可进行归档工作。归档资料要求一式两套，用来存储归档数据的存储设备必须贴有标签，标签上须注明清楚数据信息，包括设备名称、资料编号、登记时间等，数控设备数据档案进行移交时，必须充分保证数据的准确性、完整性、有效性。

3.4 数控设备数据管理和利用

（1）建立数控设备数据档案台帐，做到帐、物相符，便于及时检索，提供利用，确保设备档案的完整性。

（2）档案室要设置专门的防磁信息安全柜（图2），电子档案库房应远离强磁场、强热源，并与有害气体隔离。

图2 防磁信息安全柜

（3）档案管理人员要认真保管档案，严防各种损毁档案的因素产生，做好防磁、防盗、防火、防光、防潮、防尘及有害生物等安全措施，维护档案的完整与安全。

（4）数控设备数据资料由设备管理部门，每年组织专业技术人员对所有的数控设备数据进行数据备份和更新，并作好登记。

（5）设备维修需借用或复制数控设备数据档案的，必须严格履行查（借）阅手续，按照企业要求办理，方可复制或借阅。

4 结语

数控系统数据通过高效的运算能力和可靠的处理能力，将数控机床的电气部分和机械部分完美结合，发挥出数控设备的最大潜能。通过对数控机床的数控系统数据的收集和统计计算，编制出统计数据表格，利用FMECA与RPN系统危害性的综合分析的方法，直观地反映出数控系统的薄弱环节，强调数控系统数据备份的重要性，并对数控系统的数据管理制定详细的策略，对数控机床的使用和管理，有重要的指导作用。