MTConnect是为真正的生产加工

GE航空公司的想法很简单——收集一组机床上CNC单元产生的警报和信息，然后将这些信息与当时正在执行的加工过程相关联。这个试点项目在GE航空的两家制造工厂进行，目的是开发一种通信工具，使制造单元的领导、机器操作员和维护人员能够更好地了解他们的机器实际运行情况。这将有助于他们发现修复或改进机器和流程的机会。

在2009年6月启动的这个试点项目中，使用和测试的关键“使能技术”是MTConnect (mtconnect.org)，这是一种标准化的通信协议，旨在更容易地收集、传输和利用来自CNC机床等离散设备的数据。“我们怀疑我们的加工工艺计划和加工结果之间存在差距。Jim Dolle是GE航空公司总部位于俄亥俄州辛辛那提市Evendale工厂的金属加工与制造技术工程集团的负责人，他说:“缩小车间和生产单元的这些差距将大大提高机器利用率，减少维护停机时间和制造成本。”多尔领导的团队正在带头开展这个试点项目，这是通用航空提高机加工能力的更大努力的一部分。Dolle先生说:“我们希望开发一种工具，使制造单元能够轻松地测量实际零件生产时间，包括所有计划外事件，与计划时间相对照，并在常规基础上进行测量。”MTConnect可以帮助他们做到这一点。

该标准使以可保存、组织和分析的格式收集cnc产生的警报和消息的数据成为可能。“将警报类型和时间戳记录在电子表格中，有助于我们了解某些机器运行不正常的原因。更重要的是，我们可以开始量化正在发生的事情的影响，”多尔先生解释说。他说:“当一个细胞领导者可以指着机器上的一个黏着工具更换器，并为损失的周期时间贴上价格标签时，它真的会引起人们的注意。”Dolle先生补充说，小区领导可以利用这类信息来帮助确定维护活动的优先次序，并证明资本设备改进的必要性。

这仅仅是个开始。MTConnect试点项目的初步结果非常令人鼓舞，因此单元领导和方法工程师已经确定了需要监测的其他机器，并将新功能纳入系统。“MTConnect将使我们的大多数数控机床有可能将性能数据输入过程监控系统，”负责该项目的初始阶段开发工作的软件工程小组的高级技术专家雷•彼得森(Ray Peterson)表示。“MTConnect使这种连接在机床层面变得相当简单和低成本。挑战将是处理所有可用的数据并支持数据的用户，”他说。

Remmele Engineering公司也报告了类似的经验和结果。Remmele工程公司是明尼苏达州明尼阿波利斯地区一家知名的多元化工作场所。这家工厂的试点项目在两种截然不同的机床上使用了MTConnect——一种是十工位旋转转移机床，另一种是大型五轴HMC。Remmele CAM/EDI中心经理Mark Conley解释说:“我们想看看从用于医疗部件的大批量生产机器以及用于航空部件的小批量、高混合机器中获取过程和利用数据将如何帮助我们。”他说，在这两种情况下，操作人员和生产经理都可以获得对这些机器性能的重要见解。

当然，GE航空和Remmele并不是目前在某种程度上实施MTConnect的唯一终端用户。然而，这两个用户的代表性经验强烈地说明了MTConnect的开发人员和支持者一直在鼓吹的东西:它创建了一个有效的桥梁，通过它，来自制造设备的数据可以轻松地跨越到应用程序中，从而使工厂范围或商店范围的集成成为可能。

John B. Byrd III是新成立的MTConnect研究所的主席，也是amt -制造技术协会(amtonline.org)的前任主席，在他的领导下，该协会为MTConnect的开发工作提供了重要的支持。他说:“MTConnect已经开始运行。”“越来越多的设备供应商正在提供符合mtconnect标准的产品。同样，应用程序开发人员正在创建使用MTConnect数据进行分析和报告的软件。与此同时，最重要的是，终端用户正在接受它。”伯德表示，MTConnect背后积聚的势头至关重要。“标准失败的一个原因是供应商在等待用户需求的实现，而用户则在等待是否有足够的符合标准的产品和应用程序准备好让他们加入。如今，两个阵营都凭借MTConnect取得了成功。”

Remmele先进制造工程总监雷德•海特坎普(Red Heitkamp)在谈到MTConnect的前景时更为直接。他说:“这将改变制造业的未来。”

总得有人去做

MTConnect起源于AMT。这个组织的成员和管理者代表着机床制造商和其他制造技术供应商，当来自计算机行业的专家被邀请在2006年秋季的成员年会上讨论制造业的需求时，他们开始意识到互操作性的必要性。这些专家直言不讳地表示:除非机床和其他类型的计算机化制造设备能够随时以标准格式传输关键数据，否则该行业无法以足够快的速度实现自动化，以跟上全球需求。在车间进行集成将是困难的，甚至是不可能的。提高生产率和降低成本方面的进展将受到阻碍。

对这一警钟的回应是MTConnect项目，AMT在2007年1月为此提供了100多万美元的种子资金。该委员会的成立是为了推动这一倡议，汇集了来自加州大学伯克利分校、佐治亚理工学院和其他机构的计算机科学研究人员，构思、设计和开发一项通信标准草案。AMT负责技术和MTConnect开发委员会联络的副总裁Paul Warndorf回忆了那次开发工作的亮点。“一开始我们就知道标准必须是开放和可扩展的;使用现有的标准，例如从互联网借用的XML或HTTP;易于理解和实施;并且不会与现有的专有通信技术相冲突。所以我们就是这么做的。”

MTConnect标准的工作草案于2008年夏天提出，至少有24家设备制造商及时在9月份的IMTS 2008上展示的机器上实施了该标准。所有这些都连接到一个网络应用程序，该应用程序立即显示任何选定机器的运行状态。这次成功的演示是展会新兴技术中心的核心。参展商的快速反应不仅证明了这个概念是有效的，而且也证明了保持概念简单的重要性。

在IMTS取得成功之后，该标准于2008年12月正式发布。实际上，MTConnect建立了格式化、标记和传输由设备上的处理器生成的数据的规范。它还指定了一种数据格式，该格式描述了可用的数据以及设备的结构。这使设备和应用程序能够了解机器的功能，并自动识别可以通信的数据。

正如沃恩多夫所指出的，“重要的是要明白，MTConnect并不意味着数据可能被如何使用。这取决于设备供应商、软件开发商和最终用户。MTConnect使数据可访问，并能够以中立的格式共享。”他强调MTConnect不是一个应用程序，它不是一个“能做点什么的”软件。该标准旨在使设备和系统更容易相互通信。在这些设备或系统上运行的软件如何处理这些数据则留给了开发人员的独创性。有了MTConnect，将计算机化的制造设备连接到监控系统或让机器和配件相互作用的系统，变得非常接近“即插即用”的场景。

用更好的数据变得更聪明

数据可访问性是促使GE航空密切关注MTConnect的因素。GE航空公司的主要任务是为商业和军事客户制造喷气发动机，在全国各地的众多工厂中拥有1000多台机床。这些机器通过中央DNC系统连接，该系统由负责定义和实施最新加工技术的同一工程小组支持。使用MTConnect来增强DNC系统的机器状态和报警监控功能是一个自然的扩展。

MTConnect试点项目是支持GE航空不断努力部署其所谓的智能加工技术的重要一步。这项工作包括优化切削刀具、改进的刀具路径规划、最佳实践加工参数、简化的设置程序和全面的监控系统。目标是将有效周期时间减少多达30%。根据Dolle先生的说法，智能加工的两个挑战是开发更有效的加工工艺，并确保在使用的机器能够在可接受的工艺窗口内运行，以正确生产零件。Dolle先生说:“我们想要一种客观、无偏见的方法，让工厂可以用它来评估机器的能力，识别机会，并衡量加工过程的改进。”“我们相信，来自机床的性能数据可以为他们提供这一信息——如果这些数据可以访问的话。”因此，开发一种监测机床健康和状态的系统是当务之急。最终，该计划要求实时数据诊断，即显示机器运行情况的即时反馈。彼得森先生在2007年初参加了一个关于MTConnect的信息会议，他看到了这个通信标准如何促进他们正在寻求的机器监控系统的发展。

“MTConnect标准的初稿包括警报和错误信息的定义，”彼得森回忆起他对MTConnect的了解时说。他说:“我们看到了一个机会，可以创建一个应用程序，从机床cnc收集警报和信息数据，并将它们保存在数据库中。”这个应用程序可以在现有的一组应用程序中进行内部开发，这是Peterson先生承担的任务。这个基于java的应用程序是在2009年仲夏之前编写并安装在Evendale设施的网络文件服务器上的。它是一个正常运行的机器监控系统的基础。

在试验项目中选择了八台机器进行监测。其中包括在一个工厂的四个五轴vmc和在几个州以外的另一个工厂的四个车削/铣床。每组机器几乎相同，并配备相同型号的CNC:分别是Fanuc 15s和Fanuc 30s。彼得森先生为每种类型的控制开发了一个MTConnect适配器。这个适配器在连接到每个控制单元的PC机上运行，“用其本地协议与控制单元对话，然后将数据传递给MTConnect代理，”Peterson先生说。彼得森先生还开发了MTConnect代理，用XML格式格式化数据，并与数据库服务器上的应用程序接口。代理为将来创建的任何适配器提供通用接口。

一旦这些碎片就位，该小组就开始收集数据。最初，适配器被设计为只传递与CNC生成的警报和消息相关的数据。告警类型、发生时间和持续时间记录在SQL数据库中。可以使用各种常见的数据库分析工具来查询该数据库，以创建直方图或帕累托图。数据也可以导入电子表格应用程序和文字处理文档。

彼得森说:“这些数据立即让我们对这些机器的表现有了更全面的了解。”由于每一组都由相同类型的机器组成，因此在循环时间、利用率和可靠性方面的差异变得明显。例如，一台机器上的黏贴换刀器很容易被发现。然而，将警报和消息数据与加工过程时间戳相关联更能说明问题。“现在我们可以看到某些事件对生产率的影响，”彼得森说。

该试点项目证明了将MTConnect作为数据收集推动者实施的可行性。目前正在评估若干后续步骤。“通过修改MTConnect适配器，我们可以提取其他数据，例如当应用馈电速率覆盖时。我们还在考虑将目前用于闭环加工系统的探测数据提取出来，”Peterson先生说。

工作车间的可见性

Remmele工程公司对MTConnect感兴趣的原因与GE航空公司的很多原因相同。例如，该公司需要真实的数据，而不是猜测，以制定有关制造工艺和机床性能的决策。与通用电气一样，Remmele也启动了一个试点项目，使用MTConnect作为使机床数据可访问的推动者。结果非常积极。康利先生负责监督Remmele如何使用制造软件，他说MTConnect“揭开了以前无法获得的制造数据的面纱”。

然而，这两个试点项目存在显著差异，这进一步凸显了MTConnect对终端用户的价值。最引人注目的是第三方软件应用程序开发人员的参与。尽管Remmele是一家非常有能力的合同制造公司，而且规模相当大(拥有4家工厂和约500名员工)，但它不像通用航空那样拥有广泛的信息技术资源。为了加快MTConnect的试点实施，Remmele引入了System Insights, Inc (Berkeley, California)，这是一家软件开发公司，最近由Will Sobel和Athulan Vijayaraghavan成立，他们是创建AMT原始MTConnect规范的团队成员。然而，这一步骤并未限制该公司的选择。Remmele试点项目的管理员Bill Blomquist解释说:“MTConnect的美妙之处在于数据总是保持中立的格式。有了MTConnect，我们不再依赖于一个软件开发商或应用程序供应商。”Remmele说，他与几家软件提供商合作，这些软件提供商的应用程序可能会从访问机床性能数据中受益。中立的数据格式在这个多供应商环境中保持了灵活性。

另一个不同之处在于Remmele为试点项目选择了旋转转移机和五轴HMC。这些截然不同的机器反映了它作为一家为不同行业的客户提供服务的车间的特殊需求。它们还提供了在不同上下文中测试机器监控的机会。例如，由于该公司依靠旋转转接机(Hydromat AT)进行关键医疗部件的大批量生产，因此保持所有10个加工工位的最佳性能是重中之重。单个站点出现维护问题或经历计划外停机可能会中断生产并危及产品的及时交付。

最后，Remmele对不属于CNC系统的机器传感器的数据非常感兴趣。在试点研究中，使用MTConnect兼容温度传感器来测量工件温度。它工作得很好。

在旋转传输机上实现MTConnect需要Hydromat公司(St. Louis, Missouri)和System Insights公司的专家共同努力。在这种情况下，Hydromat电气工程总经理Tom Hansen开发了MTConnect适配器。它位于连接到中央处理单元的PC机上，中央处理单元协调每个工位独立控制的加工路径。按照设计，这个适配器被配置为只选择特定类型的数据进行MTConnect格式化。确定适配器将从所有机加工站传递警报消息，循环开始和循环停止(带有其时间戳)。它还将传递来自第一站的真实位置反馈，在那里建立了机械精度。适配器还必须根据产生数据的站点标记数据。同样，适配器可以识别哪个站点有馈线器、部件收集器或其他外围设备，因为与这些设备相关的报警消息也传递给MTConnect代理。
Remmele计划在这台机器的冷水机上安装一个温度传感器，通过MTConnect进行监控。

System Insights的首席技术官Vijayaraghavan先生配置了MTConnect代理，以确保适配器传递的数据符合MTConnect标准，并且可以被机器监控系统检索。System Insights开发的应用软件是定制的，以适应Remmele对试点项目的规范。该软件对来自旋转机床和五轴加工中心的MTConnect数据进行整理和分析。

该加工中心是一台丰田FA630，位于该公司位于明尼苏达州大湖的航空航天和国防部门。该机床专门用于商用和军用飞机的大型复杂工件。虽然完整的零件在几秒钟内从旋转转移机床上掉下来，但在HMC上加工的工件通常需要多达六个小时的连续机器时间。System Insights开发了MTConnect适配器，并为该机器配置了代理，该机器配备了发那科CNC。

Remmele的试点项目于2009年4月正式启动，到8月，适配器、代理和机器监控应用程序开始运行。

查看一下为Remmele创建的机器监视应用程序，可以得出一些重要的观察结果。如前所述，MTConnect数据通过MTConnect代理从机床控制器“输入”到该应用程序。应用程序依次“消化”数据以供用户使用。MTConnect标准没有以任何方式解决这个过程。System Insights开发了监控系统，以便以适合支持不同类型的可视化和分析的方式组织和呈现数据。例如，Remmele发现根据公司ERP系统中设定的目标跟踪传输机器的数据是非常有价值的。相反，来自HMC的数据可以帮助公司根据每个零件号的工艺计划中设定的目标跟踪多个操作。正如System Insights首席执行官Will Sobel所解释的那样，“有关机器性能的数据必须以特定用户可以解释和使用的方式组织和呈现。根据个人在组织中的角色不同，这些需求可能会有很大的不同。挑战在于如何将数据转化为信息，并使其对用户有价值。”

Remmele Engineering仍处于辨别如何以最佳方式使用这些信息的早期阶段。然而，即使在最初的开发阶段，机器监控系统也可以帮助公司了解被监控机器的真实情况。“每个人都明白这种沟通的价值，”康利说。“对于运营商来说，有客观的数据来解释车间的结果是有帮助的。”他还报告说，制造工程师对能够验证工艺计划和客观评价工艺创新的前景非常感兴趣。

布洛姆奎斯特说，该系统提供的机器性能可见性为公司提供了机器运行状况的可靠快照。“如果一台机器闲置了，或者一个中转站落后了，我们就能更好地找到原因。”

在边缘

通用电气航空公司和Remmele工程公司的MTConnect试点项目使两家公司都处于更广泛实施机器监控系统的边缘。两家公司都打算扩大从cnc中提取的数据种类。同样，两家公司都设想了使用MTConnect集成其加工操作的其他方法。

两家公司都积极参与MTConnect标准的开发，作为技术咨询小组的成员，并在MTConnect工作组中服务。工作组由咨询小组成员公司的代表组成，他们对提高标准的各个领域特别感兴趣。由于MTConnect被设计为可扩展的，因此当相关方达成一致意见时，可以很容易地将其命名、标记和定义约定应用于多种制造设备。目前的工作组正在解决有关复杂机床的支持问题，如车铣和多任务机床、合规性测试/认证、机器人和工具预置器或其他“移动资产”的集成。

MTConnect也被设计成一个开源标准。因此，鼓励用户和开发人员与其他用户和开发人员自由地共享他们的MTConnect软件实用程序和工具包。例如，System Insights正在开发一种高速数据存储工具，以便在不影响机床控制器功能的情况下，对大量数据进行近乎实时的归档和分析。该公司计划一旦完成这个工具，就可以从他们的网站(systeminsights.com)上免费下载。

那么，MTConnect的下一步是什么?设备供应商和最终用户的活动表明，该标准确实即将将制造业带入自动化和集成的新水平。来自计算机行业的外部观察者和来自制造业的内部专家将不得不同意“是时候了”。伯德对MTConnect的前景尤为大胆。
他说:“MTConnect对21世纪制造业的影响将超过数控对20世纪制造业的影响。”

MTConnect是真的

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