CN117226530A - 一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造技术领域，涉及生产线数控设备运行状态数据自动采集技术，具体涉及一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法以及用于实现该方法的自动采集系统。所述自动采集方法，一方面，通过预先配置待监测电流信号的采集条件和采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数以及设置启停指令，形成的电流数据采集程序能够自动检测电流数据，无需配置额外的电流传感器也不需要配置DNC系统；另一方面，根据生产任务和数据采集任务协同排程，从而实现多任务多约束条件下的生产线数控机床各轴电流数据的自动采集。

Description

一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法及系统

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，涉及生产线数控设备运行状态数据自动采集技术，具体涉及一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法以及用于实现该方法的自动采集系统。

背景技术

智能化生产需求催生了无人生产线的大规模应用，无人生产线在飞机结构件的生产能力和生产质量方面效果显著，是先进战机高效生产的利器。数控机床是无人生产线的基本组成单元，为提高设备可靠性、保障产品质量，定期提取反映数控机床健康状态的信号进行监测很有必要。电流信号揭示数控机床电机功率信息，可在一定程度上反映负载情况，如传动链磨损、轴承松动等原因引起的负载突变，可通过电流信号来判断进给轴的健康信息。

目前，国外先进数控机床大多通过监测电流数据来对切削过程中的异常负载进行监测和识别，并进行报警，在刀具保护、设备稳定运行方面效果明显。由此可见，监测电流数据对提升生产线的可靠性和产品质量很有必要。

现有技术中公开了多种电流数据监测的技术方案。

现有技术1：专利（申请）号为CN201110131129.2的中国发明专利，通过触头触发信号、手动运行模式启动而触发自动测试程序停止的技术方案获取了相关数据，整个过程是一个半自动化的过程。

现有技术2：专利（申请）号为CN201811069400.2的中国发明专利，通过传感器采集了主轴电流信号。但该技术方案需要安装额外的电流传感器，增加设备投入成本。

现有技术3：专利（申请）号为CN202010242224.9的中国发明专利，通过DNC系统采集进给轴的电流数据。但该方法仅能用于连接了DNC系统的设备。再者，该方案采集频率低，电流数据无法用于后续进给轴健康状态分析。

现有技术4：专利（申请）号为CN201911012085.4的中国发明专利，通过NC代码触发进行数控机床数控系统数据和外加传感器数据采集。该方法并不能实现在多任务多约束条件下的生产线各数控机床上实现电流数据的高效自动采集。

由于无人生产线存在“设备数量多、任务繁重、条件复杂”的特性，上述现有技术都不适用无人生产线中数控机床各进给轴运行过程中的电流数据采集的需求，需要提出更符合无人生产线特性的数控机床各进给轴电流数据采集方案。

发明内容

本发明针对现有技术不适用无人生产线中数控机床各进给轴运行过程中的电流数据采集需求的不足，提出一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法以及用于实现该方法的自动采集系统，一方面，通过预先配置待监测电流信号的采集条件和采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数以及设置启停指令，形成的电流数据采集程序能够自动检测电流数据，无需配置额外的电流传感器也不需要配置DNC系统；另一方面，根据生产任务和数据采集任务协同排程，从而实现多任务多约束条件下的生产线数控机床各轴电流数据的自动采集。

本发明具体实现内容如下。

一、本发明提供了一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法。

首先，预先配置待监测电流信号的采集条件和采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，将采集条件形成电流信号采集配置文件，将各进给轴对应的轨迹参数编译成运行轨迹程序段，设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令，并将启停指令嵌入运行轨迹程序段的起点和终点，形成电流数据采集程序，并将电流数据采集程序发送给生产线管控系统进行统筹调度。

然后，在多任务多约束条件下，以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，制定数据采集排程计划，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床。

数控机床收到电流数据采集程序后，自动执行该电流数据采集程序，驱动各进给轴按照既定的轨迹参数运动，同时采集数控机床各进给轴运动过程对应的电流数据，一系列电流数据存储为电流数据文件并上传至生产线管控系统。

进一步地，所述采集条件包括轴信息、数据名称、触发方式、采集频率、存储量；其中，采集频率为500Hz。

进一步地，所述轨迹参数包括运行范围、运行速度、联动方式。

进一步地，所述启停指令包括用于启动配置文件加载及数据采集的启动指令M32和用于停止配置文件加载及数据采集的停止指令M33。所述启动指令记为M32，嵌入运行轨迹程序段的起点；所述停止指令记为M33，嵌入运行轨迹程序段的终点。

进一步地，所述生产线运行状态包括已完成生产任务状态、新派发生产任务状态、插单生产任务状态、工装安装状态、数据采集任务状态、设备故障状态。

为了更好的说明本发明，进一步地，所述自动采集方法中，在制定数据采集排程计划时，采用下列四个约束条件获取生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间的最优值；

约束条件一：任意时刻在一台数控机床上只能执行一个任务的一个工序；

约束条件二：每个任务可以被生产线内任一数控机床加工；

约束条件三：各任务之间相互独立，没有先后顺序要求；

约束条件四：每个工作日内生产线每台数控机床需完成一次电流数据采集任务。

为了更好的说明本发明，进一步地，所述自动采集方法中，判断某一数控机床是否满足电流信号采集要求时，从数控机床的性能参数和数控机床的运行状态两大方面来判断。

也就是说，满足电流信号采集要求的数控机床，其数控机床的性能参数满足电流信号采集配置文件中包含的采集条件，数控机床的运行状态至少具备以下三个条件：

条件一：当前数控机床没有执行相关生产计划；

条件二：当前数控机床工作台上没有相关工装干涉；

条件三：当前数控机床没有处于不能运动的故障状态。

进一步地，采用迭代优化的方法获取数据采集排程计划。

二、本发明还提供了一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集系统。

所述自动采集系统作为生产线管控系统的一个配套系统，与生产线管控系统配合，共同实现对无人生产线中数控机床各进给轴电流数据的自动采集。

所述自动采集系统包括数据交互的电流数据采集模块、采集任务管控模块，并通过采集任务管控模块与生产线管控系统进行数据交互；

所述采集任务管控模块，用于在多任务多约束条件下统筹调度，以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，制定数据采集排程计划，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床；

所述电流数据采集模块，用于设置并保存数据采集配置文件、数据采集运行轨迹、数据采集启停指令，生成并保存电流数据采集程序。

为了更好的说明本发明，进一步地，所述采集任务管控模块包括生产线运行状态监测模块、数据采集任务统筹调度模块、数据采集任务执行管控模块；

所述生产线运行状态监测模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床的生产任务派发和执行情况；

所述数据采集任务统筹调度模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床的生产任务和数据采集任务，并根据生产任务与数据采集任务协同排程；

所述数据采集任务执行管控模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床是否满足电流信号采集要求，以及向满足电流信号采集要求的数控机床发送电流数据采集程序，在既定的运行轨迹下采集数控机床各进给轴的电流数据。

为了更好的说明本发明，进一步地，所述电流数据采集模块包括数据采集配置模块、各轴运行轨迹管理模块、数据采集启停控制模块；

所述数据采集配置模块，用于配置电流数据采集条件；

所述各轴运行轨迹管理模块，用于配置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，并形成运行轨迹程序段；

所述数据采集启停控制模块，用于将启停指令嵌入运行轨迹程序段，启动或停止加载配置文件和采集数据。

本发明具有以下有益效果。

（1）本发明所述的无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，通过设置电流数据自动采集的启动指令和停止指令，实现采集配置文件的自动加载和采集任务的自动启动和停止，不需要额外配置电流信号采集传感器和DNC系统。

（2）本发明所述的无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，通过预设置各进给轴电流数据采集时的运动轨迹，规范了电流数据采集各轴运行轨迹，保证每次电流数据采集都是在相同的条件下进行，且都包含了各进给轴的主要运动范围。将自动采集启停指令嵌入运行轨迹程序段中，即可在运行过程中实现电流数据的自动采集。

（3）本发明所述的无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，将数据采集任务与生产任务进行协同排程，在多任务多约束条件下实现了协同任务耗时最短，而且设置了数控机床执行各轴电流数据采集程序的条件，当生产线管控系统识别到满足采集条件的机床时，随即向该机床发送电流数据数据采集程序，并启动机床进行电流数据采集。

（4）本发明所述的无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，整个数据采集过程均由生产线管控系统统一排程、统一控制，避免了人工干预，采集的便捷性更高、数据的规范性更强，采集完成的电流数据自行保存并上传至生产线管控系统，该方法尤其适用于在生产线繁重的生产任务和高昂的停工成本环境中进行电流数据采集。

附图说明

图1是生产线电流数据采集系统结构图。

图2是生产线电流数据采集方法流程图。

图3是电流数据采集任务执行计划甘特图。

图4是电流数据采集时直线轴运动轨迹图。

图5是旋转轴C的结构示意图。

图6是电流数据采集时旋转轴C轴运动轨迹图。

图7是电流数据采集时旋转轴A轴运动轨迹图。

其中，1、机床的坐标系原点；2、机床工作空间；3、刀具运动路线轨迹；4、X轴运动范围；5、Y轴运动范围；6、Z轴运动范围；

D1、刀具往Z正方向运动；D2、刀具在X和Y轴的联动下往正向面对角线运动；D3、刀具在X和Y轴的联动下往负向面对角线运动；D4、刀具往Z负方向运动；D5、刀具往Z正方向运动；D6、C轴按顺时针方向从0°运动至360°；D7、C轴按逆时针方向从360°运动至0°；D8、A轴从0°运动至+100°；D9、A轴从+100°运动至-100°；D10、A轴从-100°运动至0°。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例为了解决无人生产线中数控机床各进给轴电流数据自动采集的技术问题，提出一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，具体内容如下。

首先，预先配置待监测电流信号的采集条件和采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，将采集条件形成电流信号采集配置文件，将各进给轴对应的轨迹参数编译成运行轨迹程序段，设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令，并将启停指令嵌入运行轨迹程序段的起点和终点，形成电流数据采集程序，并将电流数据采集程序发送给生产线管控系统进行统筹调度。

然后，在多任务多约束条件下，以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，制定数据采集排程计划，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床。

数控机床收到电流数据采集程序后，自动执行该电流数据采集程序，驱动各进给轴按照既定的轨迹参数运动，同时采集数控机床各进给轴运动过程对应的电流数据，一系列电流数据存储为电流数据文件并上传至生产线管控系统。

本实施例通过预先配置待监测电流信号的采集条件和采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数以及设置启停指令，形成的电流数据采集程序能够自动检测电流数据，再根据生产任务和数据采集任务协同排程，从而实现多任务多约束条件下的生产线数控机床各轴电流数据的自动采集。本实施例自动获取无人生产线设备各进给轴的电流数据的实用性和有效性已经在某无人生产设备上进行了验证。

本实施例相对于现有技术存在的不足进行了技术攻坚，针对未安装电流传感器、未安装DNC系统的数控机床，通过配置待监测电流信号的采集条件、采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数、启停指令，并配合生产线管控系统的统筹优化调度，即可实现数控机床各进给轴电流数据自动采集。该方法适用于无人生产线中设备数量多、任务繁重、条件复杂的特性。

需要说明的是，本发明中所述无人生产线中设备主要是指数控机床设备。

在另一具体实施方式中，所述采集条件包括轴信息、数据名称、触发方式、采集频率、存储量。

为了在自动采集的基础上进一步实现高频采集，设定采集频率为500Hz。

在另一具体实施方式中，所述轨迹参数包括运行范围、运行速度、联动方式。

在另一具体实施方式中，所述启停指令包括用于启动配置文件加载及数据采集的启动指令M32和用于停止配置文件加载及数据采集的停止指令M33。所述启动指令记为M32，嵌入运行轨迹程序段的起点；所述停止指令记为M33，嵌入运行轨迹程序段的终点。

在另一具体实施方式中，所述生产线运行状态包括已完成生产任务状态、新派发生产任务状态、插单生产任务状态、工装安装状态、数据采集任务状态、设备故障状态。

在另一具体实施方式中，所述自动采集方法中，在制定数据采集排程计划时，采用下列四个约束条件获取生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间的最优值；

约束条件一：任意时刻在一台数控机床上只能执行一个任务的一个工序；

约束条件二：每个任务可以被生产线内任一数控机床加工；

约束条件三：各任务之间相互独立，没有先后顺序要求；

约束条件四：每个工作日内生产线每台数控机床需完成一次电流数据采集任务。

在另一具体实施方式中，所述自动采集方法中，判断某一数控机床是否满足电流信号采集要求时，从数控机床的性能参数和数控机床的运行状态两大方面来判断。也就是说，满足电流信号采集要求的数控机床，其数控机床的性能参数满足电流信号采集配置文件中包含的采集条件，数控机床的运行状态至少具备以下三个条件：

条件一：当前数控机床没有执行相关生产计划；

条件二：当前数控机床工作台上没有相关工装干涉；

条件三：当前数控机床没有处于不能运动的故障状态。

在另一具体实施方式中，采用迭代优化的方法获取数据采集排程计划。

实施例2：

本实施例提供了一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集系统。

如图1所示，所述自动采集系统包括数据交互的电流数据采集模块、采集任务管控模块，并通过采集任务管控模块与生产线管控系统进行数据交互。所述电流数据采集模块中存储有数据采集配置文件、数据采集运行轨迹、数据采集启停指令。所述采集任务管控模块主要负责生产线运行情况监测、采集任务统筹调度、采集任务执行管控等。所述采集任务管控模块与某一生产线的生产线管控系统数据交互或嵌入该生产线管控系统，派发数据采集任务时，采集任务管控模块从电流数据采集模块中调用电流数据采集程序并发送至该生产线中满足采集要求的机床进行对应设备的进给轴电流数据自动采集，采集到的电流数据再上传至采集任务管控模块进行汇总，以便于后续的分析处理、可视化展示等。

如图2所示，所述采集任务管控模块，获取生产线任务状态，以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，制定数据采集排程计划，实现生产任务与数据采集任务的协同排程；然后，判断生产线中机床是否满足数据采集要求，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床，即向指定机床派发数据采集任务；指定机床执行电流数据采集程序，获取各进给轴对应的电流数据，上传电流数据文件，从而实现进给轴电流数据的自动采集。其中，电流数据文件采用统一命名以后再上传。

所述电流数据采集模块，用于设置并保存数据采集配置文件、数据采集运行轨迹、数据采集启停指令，生成并保存电流数据采集程序。如图2所示，电流数据采集程序：Automatic current data acquisition.MPF。

进一步地，所述采集任务管控模块包括生产线运行状态监测模块、数据采集任务统筹调度模块、数据采集任务执行管控模块；所述电流数据采集模块包括数据采集配置模块、各轴运行轨迹管理模块、数据采集启停控制模块。

所述生产线运行状态监测模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床的生产任务派发和执行情况。

所述数据采集任务统筹调度模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床的生产任务和数据采集任务，并根据生产任务与数据采集任务协同排程。

所述数据采集任务执行管控模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床是否满足电流信号采集要求，以及向满足电流信号采集要求的数控机床发送电流数据采集程序，在既定的运行轨迹下采集数控机床各进给轴的电流数据。进一步地，所述数据采集任务执行管控模块，还用于将采集到的一系列电流数据存储为电流数据文件后上传至生产线管控系统。

所述数据采集配置模块，用于配置电流数据采集条件。

所述各轴运行轨迹管理模块，用于配置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，并形成运行轨迹程序段。

所述数据采集启停控制模块，用于将启停指令嵌入运行轨迹程序段，启动或停止加载配置文件和采集数据。

所述自动采集系统作为生产线管控系统的一个配套系统，与生产线管控系统配合，共同实现对无人生产线中数控机床各进给轴电流数据的自动采集。当然所述自动采集系统也可以作为生产线管控系统的一个嵌入式的子系统，与生产线管控系统其他子系统配合，共同实现对无人生产线中数控机床各进给轴电流数据的自动采集。

实施例3：

本实施例在实施例1、实施例2的基础上提出一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，包括步骤S1-步骤S3。

步骤S1：根据电流数据分析应用的需要，由数据采集配置模块预先配置待监测电流信号的采集条件，形成电流信号采集配置文件；由各轴运行轨迹管理模块设置电流信号自动采集时各轴运动轨迹，规定电流数据采集时各进给轴的运动范围和进给速度，将各进给轴对应的运动轨迹参数编译成运行轨迹程序段；由数据采集启停控制模块设置电流信号配置文件加载及采集启停指令，得到配置文件加载及数据采集的启停指令分别为启动指令M32和停止指令M33，将该启停指令嵌入各轴运动轨迹对应的运行轨迹程序段的起点和终点，得到电流数据采集程序，并将电流数据采集程序发送给生产线管控系统进行统筹调度。

步骤S2：由生产线运行状态监测模块获取生产线任务派发和执行情况；在多任务多约束条件下，由数据采集任务统筹调度模块以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，统筹制定相应的数据采集排程计划；设置机床执行电流数据采集程序的条件；数据采集任务执行管控模块判断生产线各机床数据采集条件，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床。

以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，对生产线管控系统优化排程的目标函数和约束条件进行规定。

设定1：生产线内共有m台机床且对所有机床依次编号，其中一台机床的编号为i；i、m均为正整数，且i=1,2,…,m；

设定2：生产线的加工任务总量是n个并对所有任务依次编号，其中一个任务的编号为j；j、n均为正整数，且j=1,2,…,n；

设定3：一个任务包含l个工序，对l个工序依次编号，其中一个工序的编号为q；q、l均为正整数，且q=1,2,…,l。

目标函数以生产线预定任务执行最大完工时间最短为优化目标。

约束条件主要为以下四点。

约束条件一：任意时刻在一台数控机床上只能执行一个任务的一个工序；

；

；

其中，表示任务j的第q个工序是否正在i机床上加工。

约束条件二：每个任务可以被生产线内任一数控机床加工；

其中，表示任务j的第q个工序能否在i机床上加工。

约束条件三：各任务之间相互独立，没有先后顺序要求。

约束条件四：每个工作日内生产线每台数控机床需完成一次电流数据采集任务。

适应度函数为：

其中，T为生产线预定任务的总完工时间；作为每一次生产线数据采集任务管控模块排程结果优劣的评判条件，k为排程计划优化迭代次数，若/>则表示k次排程结果优于第k-1次，保留第k次排程结果，用作下一次迭代优化，反之则舍去第k次排程结果，继续进行排程改进。排程计划优化迭代次数的最大值记为t，具体数值可以人为设定。

步骤S3：相关数控机床收到电流数据采集程序后，自动执行该电流数据采集程序驱动各进给轴按既定轨迹运动，同时采集机床各进给轴的电流数据；并将采集到的数据以“数据类型_生产线名称_机床名称_采集时间”的格式存储为电流数据文件，一系列电流数据存储为电流数据文件并上传至生产线管控系统。

本实施例的其他部分与实施例1或实施例2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在实施例1-实施例3任一项的基础上，结合具体数据进行更详细的说明。

一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，包括步骤S1-步骤S3。

步骤S1：根据电流数据分析应用的需要，由数据采集配置模块预先配置待监测电流信号的采集条件，形成电流信号采集配置文件；由各轴运行轨迹管理模块设置电流信号自动采集时各轴运动轨迹，规定电流数据采集时各进给轴的运动范围和进给速度，将各进给轴对应的运动轨迹参数编译成运行轨迹程序段；由数据采集启停控制模块设置电流信号配置文件加载及采集启停指令，得到配置文件加载及数据采集的启停指令分别为启动指令M32和停止指令M33，将该启停指令嵌入各轴运动轨迹对应的运行轨迹程序段的起点和终点，得到电流数据采集程序，并将电流数据采集程序发送给生产线管控系统进行统筹调度。

所述步骤S1中设置数据的采集条件并形成电流信号采集配置文件、设置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数、设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令这几个关键内容并没有绝对的先后顺序，可以同时进行也可以先后进行。作为一种具体实施方式，通常采用的是先设置数据的采集条件并形成电流信号采集配置文件，然后设置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，最后设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令。也可以先设置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，再设置数据的采集条件并形成电流信号采集配置文件，最后设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令。还可以设置数据的采集条件并形成电流信号采集配置文件、设置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数同时进行，然后设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令。

一、根据数据采集需要，设置数据的采集条件，并形成电流信号采集配置文件。所述采集条件包括：轴信息、数据名称、触发方式、采集频率、存储量大小等；其中，轴信息为X轴、Y轴、Z轴、A轴、B/C轴；数据名称为Torque-prod.curr.act.val.i(q)；触发方式为变量触发；采集频率为0.02ms（500HZ）；存储量大小为≥5MB。对应的待监测数据，包括：X轴电流数据、Y轴电流数据、Z轴电流数据、A轴电流数据、B/C轴电流数据。电流信号采集配置文件名为：Automatic current data acquisition filesetup。

二、设置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数。所述轨迹参数包括运行范围、运行速度、联动方式等内容，直线轴和旋转轴的运动轨迹信息分别如图4、图6、图7所示。

（1）直线轴运动轨迹

根据电流数据采集需要，设计了各直线轴的运动轨迹，如图4所示为X、Y、Z三个直线轴的运动轨迹图，图4中示意了机床的坐标系原点1、机床工作空间2、刀具运动路线轨迹3、X轴运动范围4、Y轴运动范围5、Z轴运动范围6。

图4中还示意了刀具的具体运动顺序为：D1为刀具往Z正方向运动；D2为刀具在X和Y轴的联动下往正向面对角线运动；D3为刀具在X和Y轴的联动下往负向面对角线运动；D4为刀具往Z负方向运动；D5为刀具往Z正方向运动。

（2）旋转轴运动轨迹

图5所示为旋转轴C的结构，图6、图7所示为旋转轴C和A两个旋转轴的运动轨迹图，刀具轨迹运动顺序与直线轴运动轨迹连续，图中：D6为C轴按顺时针方向从0°运动至360°；D7为C轴按逆时针方向从360°运动至0°；D8为A轴从0°运动至+100°；D9为A轴从+100°运动至-100°；D10为A轴从-100°运动至0°。

三、设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令，主要用于启动或停止对配置文件的加载和数据的采集。设定配置文件加载及数据采集启动指令为M32，电流数据采集停止指令为M33，将M32和M33指令分别嵌入各轴运行轨迹电流数据采集的起点和终点处，最终形成的电流数据采集程序为：Automatic current data acquisition.MPF。

步骤S2：由生产线运行状态监测模块获取生产线任务派发和执行情况；在多任务多约束条件下，由数据采集任务统筹调度模块以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，统筹制定相应的数据采集排程计划；设置机床执行电流数据采集程序的条件；数据采集任务执行管控模块判断生产线各机床数据采集条件，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床。

所述步骤S2具体包括以下步骤。

步骤2.1、通过生产线运行状态监测模块，对当前生产线内各机床所执行的已完成任务、新派发的生产任务、数据采集任务、插单任务、设备故障等状态进行监测，作为后续步骤执行的条件。

步骤2.2、通过数据采集任务统筹调度模块，读取生产线运行状态监测模块相关信息，对各种拟派发的新任务、插单任务、数据采集任务、设备故障等信息进行统筹协调，在多任务多条件约束下，由数据采集任务统筹调度模块以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，制定数据采集排程计划。

以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，对生产线管控系统优化排程的目标函数和约束条件进行规定。

设定1：生产线内共有m台机床且对所有机床依次编号，其中一台机床的编号为i；i、m均为正整数，且i=1,2,…,m；

设定2：生产线的加工任务总量是n个并对所有任务依次编号，其中一个任务的编号为j；j、n均为正整数，且i=1,2,…,n；

设定3：一个任务包含l个工序，对l个工序依次编号，其中一个工序的编号为q；q、l均为正整数，且q=1,2,…,l。

目标函数以生产线预定任务的总完工时间T最短为优化目标。

约束条件主要为以下四点。

约束条件一：任意时刻在一台数控机床上只能执行一个任务的一个工序；

；

其中，表示任务j的第q个工序是否正在i机床上加工。

约束条件二：每个任务可以被生产线内任一数控机床加工；

其中，表示任务j的第q个工序能否在i机床上加工。

约束条件三：各任务之间相互独立，没有先后顺序要求。

约束条件四：每个工作日内生产线每台数控机床需完成一次电流数据采集任务。

适应度函数为：

；

其中，T为生产线预定任务的总完工时间；作为每一次生产线数据采集任务管控模块排程结果优劣的评判条件，k为排程计划优化迭代次数，若/>则表示k次排程结果优于第k-1次，保留第k次排程结果，用作下一次迭代优化，反之则舍去第k次排程结果，继续进行排程改进。排程计划优化迭代次数的最大值记为t，具体数值可以人为设定。

在目标函数、约束条件以及适应度函数的共同作用下，制定出最优的生产排程计划，如图3所示为某天内生产任务和采集任务统筹下的最优排程计划。

步骤2.3、通过数据采集任务执行管控模块，对数据采集排程计划的实施进行管控，根据生产线运行状态的监测，选择满足数据采集条件的机床，并触发数据采集模块将数据采集程序发送至指定的机床。

满足电流信号采集要求的数控机床，其数控机床的性能参数满足电流信号采集配置文件中包含的采集条件，数控机床的运行状态至少具备以下三个条件：

条件一：当前数控机床没有执行相关生产计划；

条件二：当前数控机床工作台上没有相关工装干涉；

条件三：当前数控机床没有处于不能运动的故障状态。

步骤S3：相关数控机床收到电流数据采集程序后，自动执行该电流数据采集程序驱动各进给轴按既定轨迹运动，同时采集机床各进给轴的电流数据；并将采集到的数据以“数据类型_生产线名称_机床名称_采集时间”的格式存储为电流数据文件，一系列电流数据存储为电流数据文件并上传至生产线管控系统。

本实施例的其他部分与上述实施例1-实施例3任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，

首先，预先配置待监测电流信号的采集条件和采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，将采集条件形成电流信号采集配置文件，将各进给轴对应的轨迹参数编译成运行轨迹程序段，设置用于启动或停止加载配置文件和采集数据的启停指令，并将启停指令嵌入运行轨迹程序段的起点和终点，形成电流数据采集程序，并将电流数据采集程序发送给生产线管控系统进行统筹调度；

然后，在多任务多约束条件下，以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，制定数据采集排程计划，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床；

数控机床收到电流数据采集程序后，自动执行该电流数据采集程序，驱动各进给轴按照既定的轨迹参数运动，同时采集数控机床各进给轴运动过程对应的电流数据，一系列电流数据存储为电流数据文件并上传至生产线管控系统。

2.根据权利要求1所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，所述采集条件包括轴信息、数据名称、触发方式、采集频率、存储量；其中，采集频率为500Hz。

3.根据权利要求1所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，所述轨迹参数包括运行范围、运行速度、联动方式。

4.根据权利要求1所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，所述启停指令包括用于启动配置文件加载及数据采集的启动指令M32和用于停止配置文件加载及数据采集的停止指令M33；所述启动指令嵌入运行轨迹程序段的起点；所述停止指令嵌入运行轨迹程序段的终点。

5.根据权利要求1所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，所述生产线运行状态包括已完成生产任务状态、新派发生产任务状态、插单生产任务状态、工装安装状态、数据采集任务状态、设备故障状态。

6.根据权利要求1所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，制定数据采集排程计划时，采用下列四个约束条件获取生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间的最优值；

约束条件一：任意时刻在一台数控机床上只能执行一个任务的一个工序；

约束条件二：每个任务可以被生产线内任一数控机床加工；

约束条件三：各任务之间相互独立，没有先后顺序要求；

约束条件四：每个工作日内生产线每台数控机床需完成一次电流数据采集任务。

7.根据权利要求1所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，满足电流信号采集要求的数控机床，其数控机床的性能参数满足电流信号采集配置文件中包含的采集条件，数控机床的运行状态至少具备以下三个条件：

条件一：当前数控机床没有执行相关生产计划；

条件二：当前数控机床工作台上没有相关工装干涉；

条件三：当前数控机床没有处于不能运动的故障状态。

8.根据权利要求1所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集方法，其特征在于，采用迭代优化的方法获取数据采集排程计划。

9.一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集系统，作为生产线管控系统的一个配套系统与生产线管控系统配合，共同实现如权利要求1所述的方法，对无人生产线中数控机床各进给轴电流数据进行自动采集；其特征在于，所述自动采集系统包括数据交互的电流数据采集模块、采集任务管控模块，并通过采集任务管控模块与生产线管控系统进行数据交互；

所述采集任务管控模块，用于在多任务多约束条件下统筹调度，以生产任务和数据采集任务协同执行所耗费的时间最短为优化目标，制定数据采集排程计划，并根据生产线运行状态将电流数据采集程序发送至满足电流信号采集要求的数控机床；

所述电流数据采集模块，用于设置并保存数据采集配置文件、数据采集运行轨迹、数据采集启停指令，生成并保存电流数据采集程序。

10.根据权利要求9所述的一种无人生产线设备进给轴电流数据自动采集系统，其特征在于，所述采集任务管控模块包括生产线运行状态监测模块、数据采集任务统筹调度模块、数据采集任务执行管控模块；所述电流数据采集模块包括数据采集配置模块、各轴运行轨迹管理模块、数据采集启停控制模块；

所述生产线运行状态监测模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床的生产任务派发和执行情况；

所述数据采集任务统筹调度模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床的生产任务和数据采集任务，并根据生产任务与数据采集任务协同排程；

所述数据采集任务执行管控模块，用于从自动采集系统获取当前生产线内各数控机床是否满足电流信号采集要求，以及向满足电流信号采集要求的数控机床发送电流数据采集程序，在既定的运行轨迹下采集数控机床各进给轴的电流数据；

所述数据采集配置模块，用于配置电流数据采集条件；

所述各轴运行轨迹管理模块，用于配置采集电流信号时各进给轴对应的轨迹参数，并形成运行轨迹程序段；

所述数据采集启停控制模块，用于将启停指令嵌入运行轨迹程序段，启动或停止加载配置文件和采集数据。