風馳電掣，澎湃動力
作為中國的支柱性產業(yè)之一，汽車制造行業(yè)在過去的數(shù)十年里一直引領著工廠自動化領域的前沿技術。
近幾年來，汽車行業(yè)盡管面臨著銷量持續(xù)下滑的態(tài)勢，競爭環(huán)境日益激烈，但隨著工業(yè)4.0和中國制造2025的提出，如何利用先進的自動化和數(shù)字化技術，提升制造效率、優(yōu)化生產質量并降低相應成本，開始成為當前汽車及零部件制造行業(yè)的關注焦點。
在汽車制造邁向工業(yè)4.0的道路上，沒有一套固定的模式可以照搬。不過，對于數(shù)字化轉型的目標來說，數(shù)據顯然是至關重要的。尤其對于汽車變速器這樣的重資產生產企業(yè)而言，通過機床狀態(tài)數(shù)據的實時采集與監(jiān)控，實現(xiàn)加工設備狀態(tài)的透明化和預測性維護能力，正是當前利用數(shù)據力量邁向數(shù)字化轉型目標的切實可行途徑。
因此，長城汽車徐水變速器工廠開始攜手ifm（易福門），為其大約200臺機床部署設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，力求通過改造升級為其注入“智能工廠”血液。
超級工廠，運行無憂
作為長城汽車旗下全資子公司，蜂巢傳動科技河北有限公司在河北保定徐水擁有一個“超級工廠”——年產能超過100萬臺的變速器生產廠，為H6/F7/WEY等多款長城汽車熱銷車型提供7DCT濕式雙離合變速箱。
面對如此巨大的產量，確?，F(xiàn)場機床設備的穩(wěn)定運行，并且有針對性地安排現(xiàn)場設備的維修維護，是徐水變速器工廠維修工程師團隊所期待的。因為對于工廠的200多臺機床而言，設備在運行過程中必須要有一定的監(jiān)控，監(jiān)控設備健康狀態(tài)，從而及時作出維修和保養(yǎng)計劃，提高設備壽命，才能避免機床運行時出現(xiàn)突發(fā)性的故障和風險，減少設備故障損失，節(jié)省硬件成本。
針對機床設備的核心部件，徐水變速器工廠對于機床主軸部件的加工狀態(tài)監(jiān)控尤為關注。主軸系統(tǒng)通常由主軸、軸承和傳動件（齒輪或帶輪）等組成，主要用以支撐齒輪、帶輪等傳動零件，實現(xiàn)運動及扭矩作用的傳遞，也是機床設備的易損易耗部件。在機床運行過程中，往往會面臨主軸突然撞擊、主軸軸承磨損、老化等故障，這些突發(fā)和潛在的風險都會影響變速器零件的加工精度，嚴重影響生產效率并帶來成本的損失。
為了保障這些“工業(yè)母機”、“加工重器”始終能夠安穩(wěn)、健康地運行，徐水工廠決定全面采用ifm提供的機床設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。
狀態(tài)監(jiān)測，防患未然
基于汽車行業(yè)幾十年的應用經驗，ifm為長城汽車徐水變速器工廠提供了一整套機床設備狀態(tài)監(jiān)控方案，包括傳感器、數(shù)據采集、數(shù)據交互支持、軟件平臺和預警系統(tǒng)：
該監(jiān)控方案主要針對客戶現(xiàn)場的KAPP磨齒機床，通過在機床主軸加工端安裝振動傳感器探頭，再通過邊緣計算數(shù)據采集模塊實現(xiàn)智能分析和數(shù)據篩選。
ifm邊緣計算數(shù)據采集模塊具有三個網絡接口：兩個接口支持Profinet、Ethermet IP、Modbus TCP等工業(yè)現(xiàn)場總線，另外一個接口是普通TCP/IP接口。
通過現(xiàn)場和PLC的協(xié)議互通，振動數(shù)據采集模塊不僅僅采集振動數(shù)據，而且可以直接將現(xiàn)場關鍵的生產工藝參數(shù)和振動數(shù)據進行匹配分析。下圖是分析軟件結合現(xiàn)場主軸電流以及刀具位置信息進行數(shù)據分析的歷史趨勢展示：
在機床生產加工過程中，主軸突發(fā)撞擊和主軸軸承故障往往是徐水工廠最為頭疼的問題。以下我們將通過實例詳細說明ifm振動傳感器如何預測現(xiàn)場的設備故障。
下圖為工廠現(xiàn)場一段設備狀態(tài)歷史趨勢圖，生產過程前期設備運行較平穩(wěn)，到了后期設備振動值呈逐漸上升趨勢。
通過顯微鏡拍攝軸承滾動體對比發(fā)現(xiàn)，其根本原因在于滾動體的磨損。下方左圖是主軸軸承滾動體磨損照片，右圖是滾動體未磨損照片。
對此，ifm振動傳感器在第一時間給出報警提示，避免了后續(xù)零件加工的誤差增大，減少了不良品。那么振動傳感器是如何發(fā)現(xiàn)軸承滾動體早期磨損的呢？
?。?）首先明確客戶現(xiàn)場主軸軸承品牌屬于FAG，型號71916。通過ifm振動分析軟件軸承數(shù)據庫添加對應軸承并確定特征頻率，其中滾動體特征頻率因子為10.812。
（2）確認現(xiàn)場機床當時的加工速度大約是4,900rpm，即振動分析基頻為81.67Hz。經過振動分析的經驗公式（故障頻率=基頻*頻率因子）得出，在4,900RPM轉速下的滾動體故障頻率點大約在883Hz。
?。?）通過分析H-FFT頻譜（如下圖），可以很清晰地看到低頻有諧波產生，并且在軸承對應的損壞頻率處可以看到峰值，屬于軸承故障的早期階段。
?。?）通過對頻譜的放大查找，可以看到對應886.154Hz處有明顯的峰值，和之前確定的滾動體特征頻率頻率883Hz非常接近（如下圖）。
在振動數(shù)據采集和通訊的基礎上，ifm機床狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進一步幫助蜂巢傳動徐水工廠實現(xiàn)了機床狀態(tài)的實時數(shù)據顯示與可視化分析。
依托ifm邊緣計算網關所內嵌的LR agent接口技術，現(xiàn)場機床的監(jiān)控數(shù)據通過網絡直接傳輸?shù)焦S服務器，在服務器端安裝有ifm LR Smartobserver軟件，支持工廠辦公室任何一臺聯(lián)網設備直接訪問/讀取現(xiàn)場設備監(jiān)控數(shù)據，并實時查看運行趨勢。此外，利用該軟件的多功能歷史數(shù)據記錄功能，用戶還可以將不同參數(shù)（曲線顏色不同）在同一坐標系下進行分析（如下圖）。
通過ifm機床設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，長城汽車徐水變速器工廠現(xiàn)在不但可以在設備異常振動時發(fā)現(xiàn)并快速停機、檢測主軸故障原因，而且可以提前監(jiān)測主軸故障，預先實施維修和保養(yǎng)或進行加工過程的優(yōu)化，從而大大增加了主軸使用壽命，實現(xiàn)了機床設備的預測性維護。
事實上，ifm機床設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)不僅是針對機床主軸，還可以對機床不同部件實現(xiàn)多功能全方位的狀態(tài)監(jiān)測，譬如對滾珠絲桿主軸進行狀態(tài)監(jiān)控、過程及負載控制；對車床設備進行過程監(jiān)控、顫振監(jiān)測和平衡監(jiān)控；對研磨設備進行切割刀/工件監(jiān)測、刀具磨損檢測和平衡監(jiān)控等等。
如今，長城汽車徐水變速器工廠的維護工程師們終于可以放下心來，因為他們可以隨時隨地獲得機床狀態(tài)信息從而提前采取行動，變被動為主動，為保障變速器產品的及時快速交付提供可靠保障。
