借助 MTConnect 标准,可以轻松创建机器活动的时间线,并使用它来发现改进操作的方法。一个例子是如何减少设置时间。

Trak 机器操作员 Tim 手持现场工装夹具站在 Mazak 车铣床前的照片

作为我们最好的操作员之一,Tim 有良好的习惯,使他的设置高效且有效,从而最大限度地提高了这款 Mazak MYS 多任务机器的生产力。在这里,他正在检查一个带电的工具夹具,然后再将其安装到炮塔中。图片来源:西南工业

Trak Machine Tools是Southwestern Industries的一个部门,是专为多品种、小批量生产而设计的机床供应商。它在加利福尼亚州 Rancho Dominguez 的总部设有小型专属加工设施,该设施还具有多品种、小批量生产的特点。该工厂拥有一个功能强大的机加工车间,其中包括立式加工中心、CNC 车床、卧式机床、车铣复合机和磨床。这些机器支持公司工具室立式铣床和卧式车床系列的生产,以及公司标志性的 ProtoTrak 控制装置,这些控制装置以其对话式编程能力而著称。

作为 Trak 的运营副总裁 40 年,我一直参与管理这家加工设施并尽可能保持其生产力。在这个职位上,我亲身体验了监督各种机床和 20 名车间人员所面临的挑战。在一个典型的一周里,大约有 50 个不同的工作通过这家商店。

凭借我的工程背景和车间管理经验,我对数字化发展产生了浓厚的兴趣,它有望更容易地将数据用作在这样的车间中就加工过程和整体运营做出合理决策的基础。这种兴趣促使我加入志愿者团队,帮助开发和扩展 MTConnect 数据标准在机床上的应用。该标准规定了基于 XML 和 HTTP 互联网技术的开源、免版税通信协议,用于在机床和计算机系统等车间设备之间进行实时数据共享。MTConnect 为机床生成的数据的含义提供了一个带有标准化定义的通用词汇表,使数据可以被软件应用程序解释。目前,

今天,我担任 Trak 的首席技术官,负责开发机器数据以供我们的客户实际使用。特别是,我专注于将机器数据用于小型操作,在这些操作中,成熟的机器监控系统会增加不必要的网络基础设施和系统开销。我渴望利用的支持技术是 MTConnect,因为该标准旨在格式化机器数据,以便可以捕获它进行分析。

我想要我们的许多客户也想要的东西——一种简单但有效的方法,可以使用机器数据来识别进行增量改进的机会。我为此创建的工具是从机器控制单元生成的数据派生的时间线,并使用普通的网络浏览器进行可视化。以 MTConnect 格式生成的数据最容易为此目的提取和组织,尽管通过一些额外的努力,机床制造商可以利用以机器的本机格式提供的数据。

仔细观察这个数字工具,可以看出数据驱动方法在监控和改进机器操作方面的价值。它展示了即使是基本的、带时间戳的数据(例如程序运行时间和零件数量)也可以揭示有用的见解。就我而言,我们正在使用这个工具来查明和跟踪我们团队中在加工操作的一个特定方面效率最高的操作员:设置。

我的目的是记录这个运营商的表现并将其用作基准。通过识别他并调查他的方法和实践,我们能够将它们传递给其他操作员,我们只是要求他们效仿他的榜样。拥有数据来观察和衡量由此产生的改进可以验证这种非侵入性、非强制性的活动,以减少设置时间、增加机器正常运行时间并避免错误或其他质量问题。

Southwestern Industries 运营副总裁 Tom Copeland 和 Trak 机器操作员 Tim 检查通过 MTConnect 制作的时间表的照片

通过指出似乎最重要的特定设置事件,我可以轻松地与蒂姆进行有意义的对话。这段事件记录是一种简单而精确的方式来唤起他的记忆,以解释他此刻的确切程序。蒂姆的意见至关重要。它让我全面了解了他所运用的技能和专心——任何监控系统都无法仅从数据中推断出的洞察力。图片来源:西南工业

认识蒂姆

每个商店都可以挑选出最擅长运行机器的员工。通常,在将工作转移到车间时,它们具有最低的废品率和最快的吞吐量。为了他的隐私,我会打电话给其中一位员工蒂姆。蒂姆是我们店里真正的人,他为自己的工作感到自豪。要赞美蒂姆,你必须赞美他的工作。否则,他不会寻求太多关注。

像大多数商店经理一样,我问自己:“我在哪里可以找到更多喜欢 Tim 的人?” 我发现一个更好的问题是“我们怎样才能让店里的其他人更像蒂姆?”

我想以中立的客观性来回答这个问题,这样我的决定就不会因个性或偏袒而出现偏见。为此,我需要数据——我可以跟踪和验证的事实和测量结果。我需要数据提供的可信度,不仅要说服其他操作员遵循更像蒂姆的程序,还要让我自己确信我们正朝着正确的方向前进。我相信,专注于机器数据会使注意力集中在程序和结果上,而不是个人行为的比较上。

首先,我选择了一个简单的情况,使用一台 Tim 操作的机器。要收集的数据的数量和类型是可控的。更重要的是,数据显示的内容相对容易辨别。我希望这种可视化能够带来洞察力,并没有失望。

工具

正如我之前所说,我的“工具”只是所选机器活动的时间线。因为感兴趣的机床(带有实时刀具和棒料进给器的车铣复合机)有一个 CNC 可以选择生成 MTConnect 格式的数据,我可以将其设置为每五秒采样一次数据并将其记录在数据库中. 该数据库只是一个标准文本文件,格式为在可免费下载的 JavaScript 时间线组件中查看。作为一个文本文件,一台机器一个月的数据会消耗我们服务器中大约 1.5 MB 的内存。

我创建了一个自定义显示,使我能够绘制可按月、周或天显示的可扩展时间线。使用此工具,我可以查看一整月的活动或一直缩小到一秒。我可以捕获事件,例如新零件何时加载到机器中、何时运行、何时停止运行或被中断,以及何时从设置过渡到生产。下图是一个示例,显示了加载新程序、设置机器和随后的生产运行,总共持续了 3 天 13 小时 37 分钟。稍后我将解释为什么放大以检查特定事件和模式很重要。

使用 MTConnect 数据制作的时间线的部分屏幕截图,显示了文章中描述的工作的概述

我用于捕捉 Tim 设置期间发生的事情的数字工具是一个时间线,其中包含机器控制单元以 MTConnect
格式实时生成的顺序事件记录。我仔细选择事件,为我提供我自己检查和解释所需的数据。此屏幕显示某项作业正在运行的三天的概览。 图片来源:西南工业

为了了解机器在做什么,以及暗示是什么让 Tim 的活动如此有效,我只需要捕获 CNC 生成的几种类型的数据。这些类型包括机器的模式(手动或自动)、其状态(运行或停止)、正在运行的程序编号和零件计数(可用于确定单个零件的循环时间)。机器数据的类型显示在上图所示屏幕的最左列。

虽然我称这个自定义显示器为应用程序,但我并没有进行任何原始计算机编程。无需创建将算法应用于机器数据的代码。我只想看看机器在做什么。这就是为什么我称其为“原始机器数据”。数据没有经过处理,可以说是创建各种类型的报告、触发警报、与其他商店程序交互等等。

市场上有各种用于这种更高级机器数据收集、分析和报告的商业系统。我的时间线应用程序并不打算替代这种机器监控,尽管我的简单创建是兼容的,并且可以与成熟的、全店范围的监控系统一起工作。

我的工具的主要价值只是作为可视化的辅助工具。它让我可以根据机器记录的事实准确了解流程。但是,此概述只是完整图片的一部分。我需要的其余信息必须来自蒂姆。这种“合作调查”的框架是机器数据的记录。在我们讨论特定事件及其背后的原因时,总是很清楚我们在谈论什么。结果,他的解释对我来说更有意义,因为数据给了他们一个精确的背景。这种清晰性特别有价值,因为英语是蒂姆的第二语言,沟通不畅可能会阻碍我们。

这种数据和讨论的结合帮助我们了解了很多关于最佳实践以及如何将它们传递给车间团队其他成员的知识。

专注于设置

设置是机加工车间中最困难的任务之一,尤其是在复杂的机床上,例如车铣复合机。优秀的机器操作员可以高效、高效地处理设置。他们执行程序几乎没有延迟,以找到工具组件或测量设备,并正确、彻底和迅速地执行这些程序,因为马虎或草率的设置可能会导致超出规格的功能或其他质量问题。当然,在没有紧迫感的情况下进行设置只是徒劳的停机时间。

使用 MTConnect 数据制作的时间线的第二部分屏幕截图,其中数据放大了一个特定时期。

时间线的好处之一是能够放大某个特定时期,以便仔细查看记录的事件以及这些事件所暗示的相关活动。在设置过程中检查时间线是我了解 Tim
效率的主要来源。我们可以查看每分钟甚至每秒的设置活动视图。图片来源:西南工业

蒂姆的设置总是有适当的平衡。我试图观察他的设置并在他工作时做笔记并不是特别成功。以这种方式几乎不可能确定每个步骤所需的步骤顺序和时间。机器数据时间线帮助解决了这个问题,因为机器按照动作发生的顺序记录动作,并带有时间戳来捕捉某事何时开始和何时停止。例如,使用此时间线,我可以放大以查看新程序何时加载,然后在运行的第一个小时内查看一系列程序的启动和停止。这是上图中显示的视图。

缩小,我可以看到生产运行如何延长正常轮班时间和夜间无人值守时间(熄灯时间)。

关闭循环

下一步是从蒂姆那里得到故事的其余部分。拥有时间线相关时期的硬拷贝使我能够与他坐下来了解他在特定日期和时间的行为。在这种情况下,我们将机器多次启动和停止的时间归零,如下图所示。

使用 MTConnect 数据制作的时间线的第三部分屏幕截图,显示了在很短的时间范围内多次开始和停止的时期

对设置期的回顾显示,蒂姆以相当快的速度连续多次启动和停止机器。Tim
一直在努力进行停止检查,以便在他开始工作之前,切削工具将处于公差限制的正确一侧。这些停止检查和偏移调整有助于确保零件在为期三天的作业中符合规格。图片来源:西南工业

蒂姆的解释很中肯。他正在将新工具装入零件的转塔和加工部分,以确保偏移量可以使工具在生产指定公差内的零件时连续运行三天。然后,他将使用千分尺或卡尺检查特征尺寸并将它们与标称偏移进行比较以进行调整。

我获得的一个见解是蒂姆在机器上的经验是至关重要的。他知道哪些工具需要比其他工具更仔细地检查转塔站。通过观察蒂姆对测量设备的细致一致的使用,我获得了另一个见解,以最大限度地减少可能影响他的偏移值调整的变化。

还有其他主题有待探索。由于 Tim 对车铣复合机床的设置非常有效,因此他能够运行多达三台辅助机床。我相信他所有机器的共同点是蒂姆的良好设置习惯。尽管可以审查和加强好的程序,但养成应用它们的习惯是一个不同的培训挑战。但是,我有一个前进的框架。

借助详细的 MTConnect 数据,我可以确定在操作员回答他们如何工作的问题时可能被忽视的主题。与蒂姆这样的操作员会面时,会发现仅用机器数据可能会忽略的细节。通过这两种方式,Ican 制定全面的培训计划以及可达到的时间标准,这些标准由 mybest 运营商提供的可靠数据定义。

我们计划扩展这个工具,让我们车间和其他制造领域的其他人更容易使用它。我们的战略是让员工挑战自我,知道什么是可能的。

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