为了使磨床达到最佳的运行经济性，就需要使其动力性能达到与流程条件相匹配的程度。实现这一目标的一种选择，便是采用现代化的调节电路方案，来扩展常规的工艺数据采集系统功能。由此可以使磨床、研磨机和抛光机在波动的稳定限度内运行。

题图 如果要想使磨床（如半导体加工）达到其最佳的运行经济性的话，就必须从动力性能上匹配其工艺参数。通过采用现代化的调节电路方案来扩展工艺数据采集系统功能，即可实现这个目标

现代化的磨床、研磨机和抛光机（图1）即使在连续变化的要求和环境条件下，也可以在其动力性能上，达到长期的最佳经济性的运行效果。对此，可以结合使用高效能的和带有数字优化、统计及样本识别功能的数据采集系统。传统的工艺数据采集系统（PDR）可以扩展并添加现代化的调节电路方案，以便得到更高层面的设备控制最优化和资源保护效果。

图1  诸如Peter Wolters AC 1000-F型的现代化磨床、研磨机和抛光机可以应对不断变化的要求和环境条件，在动力状态上达到长期的最佳经济性的运行

通过系列试验即可得出载荷状态

在采用行星齿轮驱动进行精磨、研磨和抛光作业时，批量加工的工件可以达到很高的平面度、平行度和厚度误差（图2）。设备的装备允许工件向刀具做外摆和内摆的相对运动（图3）。为了达到所需质量，除了有稳定的机身之外，还需要有能够塑造行星动力性的成熟的控制技术。在现有的设备调节功能上，很少可以为磨削刀具预测出直观的载荷曲线。在实际工作中，此类调节可以通过耗时量大的系列试验得以实现，并达到良好的经济性。这种人工最佳化调节的结果，需要设备控制系统在批量加工中持之以恒地加以维持。但是，在实际工作中，工艺成果（如工件质量和刀具磨损等）会受到持续波动的环境影响因素的极大影响。仅那些实时的参数变化曲线（如环境温度）就可以明显地影响到设备作业的经济性。

图2  采用行星齿轮驱动的磨床、研磨机和抛光机时，在所谓的批量加工流程中，工件的品质要求很高

图3  行星齿轮驱动的机床允许工件向刀具做出外摆（a）和内摆（b）的相对运动

经济潜力未被利用

如今的设备技术方案都带有足够的余量，以便在所有可以设想到的状态下确保工件的品质。但是，这种作业方式从经济性角度上看，自然是浪费资源，同时磨床也并非以一种比较经济的、可以达到波动稳定极限的状态运行所给定的工艺流程。

目前的设备都已经集成了各式各样的调节方案，例如通过工艺负荷对切削率进行调节。针对此类设备控制，需要在先进磨削设备上配置各种可以收集力矩、转矩、温度和流量等数据并在必要时加以调节的传感元件。相关的实际值可以作为时间序列，被保存在PDR系统上，供人工分析之用（图4）。

图4  对不同载荷和设备的工艺数据分析，是机床与最佳工艺参数自动匹配的其中一步

如今首次采用Peter Wolters公司新的Data Care系统，可以为研发行星齿轮驱动的磨床、研磨机和抛光机的综合自动调节技术创造条件。在这方面，也需要顾及以往必须单独收集或不易得到的一些信息。作为半导体工业的系统供应厂商的Novellus Systems公司的一家子公司，Peter Wolters公司所提供的Data Care系统上汇集了汽车零部件行业和半导体行业的诸多要求。

磨削过程需要重视辅助信息

此类系统除了PDR系统常见的功能之外，还可实现实时数据显示和元数据管理。由此，可以在每个批次的工艺流程中，保存有关所使用的刀具（如磨片）或被加工的工件（如工件的材料和尺寸）等方面的信息。这种信息维护可以达到每批的每个工件的层面，若干年后可以实现明确的工件跟踪。这种功能单单从企业在其他工业行业中对其产品的责任越来越大的角度上看，也显得越来越重要。

刻度可以实现经济最佳化

通过同样可以保存在Data Care系统上的经济刻度指标，可以实现工艺流程的经济最佳化。由此，可以维持每个工件所发生的制造成本，并对各个不同工艺流程的经济性进行对比。这里不仅可以在工艺开发中简单地识别出经济最佳流程，同时也可以对所采用的工艺流程进行经济品质方面的分析。通过Data Care系统上可供使用的通往设备控制系统的辅助反馈通道，并在结合采集传感器信息的情况下，这种分析即可被有效利用，以达到磨削工艺流程更加密集地维持在经济稳定极限上。但是，这种旨在变更工艺方案的直接干预，要求储存空间需求维持在极低水平，而要求的数据密度却要达到很高的水平。

Data Care系统以合适的扫描时间间隔，对各种不同传感器的测量值进行显示。精磨设备的转速、转矩和工艺载荷等数据可以以毫秒的时间间隔被记录下来。而对于温度和流量等信息，则可以以秒的时间间隔进行记录。针对这种扫描形式，系统采用了五种不同的扫描速率，因此即便是连续的数据显示，在常规的PC硬盘上也可以保存两年的数据量。

为了在任何应用场合中都能够实现这种性能，确保系统达到充足的利用率，针对Data Care系统，每台机床设备均各自配备了一台专用的PC，通过直接的物理接口，与设备的控制系统进行通信（图5）。在这台电脑上即可进行简单的时间序列分析并保存工艺流程的元数据。这些元数据也有可能来自于后端的测量仪器，因此工艺流程的结果（如工件质量、厚度误差、表面质量、平面度和平行度等）均可被写入到系统里。

图5  每一台机床都配备一台PC，并通过直接的物理连接，与设备控制系统进行通信

由此，磨床设备可以通过一种常规的以太网络结构与上一级计算机进行连接并实现跨设备的比较。在发生故障的情况下，这种功能可以达到快速的故障排查，从而极大提高设备的可利用率。例如，不久前在采用这种系统进行现场勘察时，即可对热交换机组进行快速的最优化调节。对核心设备的排查，只有使用了Data Care系统，才能实现排查目标。这极大降低了服务费用。

通过以太网对多台设备的控制

在上一级计算机的层面上，将来会有很多不同的功能可供使用，从简单的时间序列分析开始，一直到描述性的统计方法和内容广泛的样本识别。该系统的模块化结构可以允许在运行过程中添加任何的新功能和执行客户所需的分析功能。例如，可加装的软传感器可以对无法直接通过设备测量装置进行测量的工艺流程数据进行评估。

Peter Wolters公司也可以向客户推荐合身的系统标准配置，而无需另外专注于客户的工艺流程知识。从所收集的设备历史数据中，即可在上一级计算机层面上通过样本识别的数字方式并依据经济性评定的方法，得出相应的合乎设备经验数值的技术方案。由此，在磨床上所积累的全部工艺流程经验，可以以经济评价的方式，简单而明了地为用户所利用。