杜彥斌，李 博，何國華，吳國奧

(1.重慶工商大學(xué) 制造裝備機構(gòu)設(shè)計與控制重慶市重點實驗室，重慶 400067； 2.重慶工商大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400067)

0 引言

機床是“工作母機”，代表著企業(yè)的加工能力與技術(shù)水平。我國機床保有量上千萬臺，其中一批高技術(shù)水平、高價值的精密數(shù)控機床或重型超重型機床，承擔著我國重大工程或重要項目關(guān)鍵、瓶頸工序的加工任務(wù)[1]。這些重要裝備如果出現(xiàn)精度退化、功能喪失等問題或發(fā)生故障，無法滿足加工要求或造成突發(fā)性的停工，將給企業(yè)的生產(chǎn)計劃造成影響，并可能帶來訂單無法按時交付的重大損失。機床用戶關(guān)注的重點是機床制造能力能否滿足加工要求，使得機床的整個服役周期為企業(yè)創(chuàng)造最大的收益。為保障企業(yè)的制造能力，針對故障機床或老舊機床，需要通過維修、翻新改造、再制造等各種方式恢復(fù)其功能及性能。機床再制造可利用高新技術(shù)修復(fù)破損零部件，并利用最新的數(shù)控、智能化等新技術(shù)對機床進行升級，使得再制造機床的性能和質(zhì)量達到甚至超過新機床，實現(xiàn)機床制造能力與技術(shù)水平的恢復(fù)以及服役周期的延長[2-3]。

目前，國內(nèi)外提供機床再制造服務(wù)的企業(yè)主要包括兩類：①機床制造企業(yè)，即原始設(shè)備制造商(Original Equipment Manufacturer, OEM)，將再制造作為企業(yè)售后服務(wù)以及開展生產(chǎn)商責任制的一種模式，而相比于新機床產(chǎn)品的高利潤，這些企業(yè)開展再制造的積極性并不高[4]；②第三方機床再制造企業(yè)，可針對各種品牌、型號、規(guī)格的機床開展再制造業(yè)務(wù)。美國再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界首位，其中機床再制造是其重要組成部分，有300多家專門從事機床再制造的公司，可針對各種類型的機床開展業(yè)務(wù)[5]。英國機床再制造年營業(yè)額超過4 500萬英鎊，并主要以價值高于25 000英鎊的精密或大重型機床為主[6]。我國從事機床再制造的企業(yè)超過2 000多家，主要以第三方機床再制造企業(yè)為主，規(guī)模不大。

再制造的實施模式或商業(yè)模式直接影響再制造的效益以及實施主體的積極性，尤其是機床OEM廠商、第三方機床再制造商往往采用不同的模式。很多文獻對再制造模式進行了研究，從再制造毛坯來源的角度，可分為：回購型、服務(wù)合同型、“以舊換再”、押金型等，并從回收策略、逆向供應(yīng)鏈、生產(chǎn)計劃與控制等方面進行了詳細分析[7-8]。文獻[9]通過分析OEM廠商與第三方再制造商的競爭形勢，得出在一定情況下，OEM廠商從事再制造是有利的;文獻[10]探討了OEM廠商應(yīng)采取的再制造參與策略和再制造模式，并通過比較不同的再制造參與策略的影響，得出了原始設(shè)備制造商、合同制造商和第三方再制造商的最優(yōu)響應(yīng);文獻[11-12]從產(chǎn)品全生命周期的角度出發(fā)，提出一種主動再制造模式，并對主動再制造設(shè)計、主動再制造時機判斷等進行了深入研究;文獻[1,13]提出了機床裝備在役再制造的定義、內(nèi)涵及實施模式，并建立了機床裝備在役再制造的技術(shù)體系框架。很多文獻在再制造中融入了產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)(Product Service System, PSS)商業(yè)模式，形成了基于PSS理念的再制造實施模式[14-15]。文獻[16]確定了再制造PSS模式運行成功的關(guān)鍵取決于產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)，模塊化設(shè)計是一種有助于改進再制造PSS模式的產(chǎn)品開發(fā)策略;文獻[17]將PSS模式引入機床再制造，提出一種具有可持續(xù)性、資源節(jié)約及高附加值回收等特征的機床在役再制造模式。

通過調(diào)研國內(nèi)外的機床再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機床維修或再制造是一種“事后”修復(fù)模式，無法事前避免或減少突發(fā)性停工損失。為此，需要將機床再制造與狀態(tài)監(jiān)測與診斷、故障預(yù)測與健康管理等融合，形成一種“事前”型的預(yù)測性再制造模式，保障企業(yè)的制造能力。而數(shù)字孿生作為一種以數(shù)字化方式拷貝并模擬物理對象行為的新模式，可實現(xiàn)機床裝備全生命周期過程狀態(tài)的虛擬空間映射，通過虛擬的方式實現(xiàn)機床運行狀態(tài)的監(jiān)測與診斷，實時反映機床服役狀態(tài)，可以為機床預(yù)測性再制造的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐[17-20]。

基于以上背景，本文以數(shù)字孿生技術(shù)在機床全生命周期的應(yīng)用為前提，以機床制造能力保障為目標，將機床故障預(yù)測與健康管理(Prognostics and Health Management, PHM)融入再制造，建立數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)體系，為制造企業(yè)保障機床的制造能力、避免突發(fā)故障停機，實現(xiàn)再制造時機的智能判斷提供支撐。

1 數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造的內(nèi) 涵及體系構(gòu)架

1.1 機床預(yù)測性再制造新模式的提出

不同于傳統(tǒng)維修、翻新和一般再制造的“事后”修復(fù)模式，機床預(yù)測性再制造(Predictive Remanufacturing, PdR)融入了機床故障預(yù)測與健康管理(PHM)的理念，是以在役機床運行狀態(tài)為依據(jù)而實施的一種主動再制造模式。在役機床運行時，采用傳感器或其他數(shù)據(jù)采集裝置對其關(guān)鍵部位進行連續(xù)(或定期)的狀態(tài)監(jiān)測與診斷，判定機床的運行狀態(tài)、未來趨勢及可能的故障模式，預(yù)先制定預(yù)測性再制造的設(shè)計方案及實施計劃，確定在役機床再制造的時間、內(nèi)容、方式等，形成一種“事前”的再制造模式。

機床預(yù)測性再制造實施的關(guān)鍵是采集機床運行狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)與信息，并進行數(shù)據(jù)處理與分析，用于再制造時機的預(yù)測與分析。將數(shù)字孿生技術(shù)融入預(yù)測性再制造過程，可利用在役機床所對應(yīng)的數(shù)字孿生體獲得直觀的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并結(jié)合在役機床實體傳感器等采集數(shù)據(jù)，判定機床的性能狀態(tài)并預(yù)測分析；若機床運行狀態(tài)存在潛在的故障或者未來不能滿足加工要求的問題，則需要實施預(yù)測性再制造，利用再制造的技術(shù)手段實現(xiàn)在役機床性能提升與制造能力保障。數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造模式具有以下內(nèi)涵：

(1)由于加工工件、操作工人、車間環(huán)境等不確定性因素，機床運行過程及其狀態(tài)存在很大的不確定性。為此，機床數(shù)字孿生體與機床物理實體應(yīng)具備信息實時交互功能，具有加工前驗證、加工后反饋、孿生體與物理實體同步更新等特點。

(2)機床預(yù)測性再制造強調(diào)預(yù)測性，實施對象是在役機床而并非故障或廢舊機床，其目的是通過數(shù)字孿生體對其運行狀態(tài)進行預(yù)測分析，避免發(fā)生故障損失，并利用再制造的技術(shù)手段恢復(fù)機床的功能及性能，保障在役機床的制造能力。

1.2 數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造的體系構(gòu)架

基于上述分析，本文提出如圖1所示的數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造模式的體系架構(gòu)。

通過數(shù)字孿生技術(shù)和數(shù)據(jù)采集裝置，如傳感器等對在役機床的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測并收集相關(guān)數(shù)據(jù)。利用故障模式分析，確定影響機床運行狀態(tài)的參數(shù)，對收集到的數(shù)據(jù)進行處理，對機床核心零部件的運行狀態(tài)進行診斷。結(jié)合數(shù)據(jù)采集及數(shù)字孿生體并充分利用機器學(xué)習(xí)等智能算法，構(gòu)建在役機床未來運行狀態(tài)的預(yù)測模型。根據(jù)模型的預(yù)測結(jié)果，并結(jié)合在役機床個性化的加工需求，分析一定時間內(nèi)機床運行狀態(tài)是否滿足加工要求，若不滿足則需要進行再制造與升級。在實施再制造前，可以利用數(shù)字孿生體對不同的再制造方案進行模擬，選擇最優(yōu)的停工時間和再制造工藝流程。實施再制造的過程中，數(shù)字孿生體同步更新，同時儲存歷史數(shù)據(jù)用于未來的建模和預(yù)測。經(jīng)過預(yù)測性再制造，機床不僅延長了其生命周期，還降低了再制造的不確定性帶來的停工損失。

2 數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造關(guān)鍵技術(shù)

2.1 機床數(shù)字孿生體構(gòu)建技術(shù)

為機床構(gòu)建數(shù)字孿生體應(yīng)充分利用已有的歷史數(shù)據(jù)庫、知識庫和各類信息化開發(fā)工具，面向機床的全生命周期，實現(xiàn)機床實體和數(shù)字孿生體之間的信息交互，如圖2所示。構(gòu)建在役機床數(shù)字孿生體的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

(1)實體機床生產(chǎn)運行的數(shù)字化技術(shù) 包含物聯(lián)網(wǎng)支撐的數(shù)據(jù)獲取與傳輸技術(shù)、傳感器測量及優(yōu)化布置技術(shù)、異構(gòu)多源數(shù)據(jù)封裝與發(fā)布技術(shù)等[21]。在實體車間布置物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對在役機床的運行情況及工作環(huán)境進行實時感知與數(shù)據(jù)采集。通過規(guī)范化的數(shù)據(jù)標準、接口和傳輸協(xié)議，結(jié)合大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的分析、處理和應(yīng)用。采用云計算、云儲存將數(shù)據(jù)實時上傳至網(wǎng)絡(luò)備份，確保與機床制造相關(guān)的物料、質(zhì)量參數(shù)、工藝參數(shù)可追溯[22]。

(2)數(shù)字孿生機床管控技術(shù) 主要包含在計算機平臺構(gòu)建機床實體的虛擬模型及對虛擬模型的管理分析技術(shù)。實體機床的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化處理傳輸至數(shù)據(jù)管理平臺，然后進行數(shù)據(jù)處理及關(guān)鍵信息提取。綜合運用三維建模等軟件構(gòu)建機床及其關(guān)鍵零部件的三維模型，同時可通過VR/MR(virtual reality/mix reality)等技術(shù)以及一些數(shù)字仿真平臺構(gòu)建與實體共存的數(shù)字化模型[23]。通過模型的初步構(gòu)建，將重要的信息反饋至實體機床，優(yōu)化各階段實際實施過程及傳感器的布置。

(3)虛實系統(tǒng)信息交互技術(shù) 機床實體和機床的數(shù)字孿生體是雙向高保真映射的，要實現(xiàn)實體與孿生體的融合主要涉及知識庫/模型庫管理、數(shù)字孿生分布式數(shù)據(jù)模型仿真與集成、功能結(jié)構(gòu)虛實迭代與優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)[24]。

2.2 基于多傳感器與數(shù)字孿生的機床運行多狀態(tài) 監(jiān)測與診斷技術(shù)

對在役機床運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和診斷是機床預(yù)測性再制造的核心技術(shù)，其中包括機床運行狀態(tài)的多源數(shù)據(jù)采集與處理、基于運行數(shù)據(jù)的狀態(tài)監(jiān)測、基于運行狀態(tài)的機床故障診斷等內(nèi)容。

(1)機床運行狀態(tài)多源數(shù)據(jù)采集。基于數(shù)字孿生的機床運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，對于機床設(shè)計數(shù)據(jù)(如機床結(jié)構(gòu)、機床功能、機床裝配、主要零部件尺寸等)可直接從數(shù)字孿生體中獲取。對于機床的運維數(shù)據(jù)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為在役機床配備傳感器、射頻識別、光學(xué)檢測等感知設(shè)備，將物理車間的運行狀況實時傳輸?shù)綌?shù)字孿生體，直接輸出在役機床環(huán)境參數(shù)(如溫度、濕度等)、加工毛坯的質(zhì)量參數(shù)(如材料性能參數(shù)、尺寸參數(shù)等)和機床運行狀態(tài)參數(shù)(切削速度、切削力、刀具磨損等)。

(2)在役機床數(shù)字孿生體與實體機床之間實時交互、反饋與狀態(tài)調(diào)整。實體機床運行數(shù)據(jù)通過MQTT、Modbus等協(xié)議方式傳輸至數(shù)字孿生體。由于數(shù)據(jù)來源多樣性、采樣頻率高、車間環(huán)境惡劣等因素影響，此時的數(shù)據(jù)往往存在缺失、異構(gòu)等異常問題；為保障數(shù)據(jù)具有真實性，必須要對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，進而將處理后的數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫中。運行數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生體存儲數(shù)據(jù)進行比較，指導(dǎo)在役機床數(shù)字化模型的優(yōu)化與狀態(tài)調(diào)整。同時，數(shù)字孿生體中包含的機床設(shè)計數(shù)據(jù)、加工工藝數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)等通過相似協(xié)議傳輸至實體車間，實時調(diào)控加工過程，實現(xiàn)在役機床與數(shù)字孿生體信息交互融合[25]。

(3)機床運行狀態(tài)監(jiān)測與診斷分析。在役機床實體與數(shù)字孿生體運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，將被傳輸至云平臺或其他管理信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理與分析，在經(jīng)過數(shù)據(jù)篩查、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)標準化等數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，采用大數(shù)據(jù)分析及主成分分析等傳統(tǒng)統(tǒng)計分析方法完成數(shù)據(jù)的特征提取，選出與故障直接聯(lián)系的運行參數(shù)來進行智能決策與分析。數(shù)據(jù)處理模塊將采集的數(shù)據(jù)進行處理，保存到數(shù)據(jù)庫中，并通過對機床運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合加工需求判斷在役機床運行是否正常。基于數(shù)字孿生的機床故障智能診斷，可以利用獲取的大量數(shù)據(jù)結(jié)合多種仿真模型與算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于案例推理及粒子群算法等方法，既能確保在復(fù)雜環(huán)境下故障診斷的準確率，快速處理常規(guī)故障，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)推算新型故障的處理方法[26]。

2.3 數(shù)字孿生驅(qū)動的機床故障預(yù)測與健康管理技術(shù)

機床故障預(yù)測與健康管理(PHM)基于機床運行多狀態(tài)信息對機床整機或部件的功能運行情況進行預(yù)測性診斷，并結(jié)合當前加工狀況及未來發(fā)展需求，對可能發(fā)生的故障提供決策與措施，強調(diào)從機床運行狀態(tài)的監(jiān)測與診斷轉(zhuǎn)變至機床的健康管理。機床PHM系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)(信號)處理模塊、特征提取與選擇模塊、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、健康狀態(tài)評估及壽命預(yù)測模塊及專家系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括傳感器和新型檢測技術(shù)、故障預(yù)測技術(shù)、信息融合技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘等關(guān)鍵技術(shù)，如圖3所示。

引入數(shù)字孿生技術(shù)，可將超寫實的機床數(shù)字模型與影響機床運行的結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素模型相結(jié)合，模擬機床未來運行狀態(tài)和不同的運行環(huán)境，系統(tǒng)地分析機床所有的故障模式。通過故障模式分析，可獲得對機床運行狀態(tài)有影響的故障模式以及相關(guān)組件的運行指標。在機床服役期間，從機床提取到的產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、運行環(huán)境數(shù)據(jù)等以及機床實際運行參數(shù)會實時反映到機床數(shù)字孿生體中。數(shù)字孿生體結(jié)合歷史檔案數(shù)據(jù)，機床的健康狀態(tài)、故障信息和關(guān)鍵零部件的剩余壽命可以實現(xiàn)實時預(yù)測；利用機器學(xué)習(xí)如監(jiān)督學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可實現(xiàn)在役機床的故障診斷和故障定位。當監(jiān)測到的信號或者數(shù)據(jù)變化過大或超出設(shè)置的正常值范圍時，則意味著可能存在潛在的故障，監(jiān)測平臺會收到故障預(yù)警的信號，來判定機床的狀態(tài)及其再制造時機。

2.4 數(shù)字孿生驅(qū)動的機床再制造時機決策技術(shù)

機床在運行過程中，不可避免會發(fā)生故障。預(yù)測性再制造就是利用先進的技術(shù)將傳統(tǒng)的“事后”再制造轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆虑啊痹僦圃?，實施的關(guān)鍵就是在役機床再制造時機的判斷與決策。針對機床再制造時機決策，目前的研究主要采用兩類方法：①通過關(guān)鍵零部件的再制造優(yōu)化設(shè)計來改善產(chǎn)品的可再制造性，并主要通過分析零部件性能退化規(guī)律并分析設(shè)定閾值來判定再制造最佳時機；②面向機床全生命周期的能耗、環(huán)境排放、服役成本及加工效率等因素，對在役機床及其零部件的再制造時機進行預(yù)測，主要涉及到生命周期評價、智能算法、決策理論、系統(tǒng)理論與方法等[11,27]。在役機床再制造時機決策需要關(guān)注機床的制造能力能否滿足加工需求以及未來發(fā)展需求，要考慮故障損失與不同時間的停工損失和再制造成本的關(guān)系。將數(shù)字孿生運行數(shù)據(jù)用于在役機床再制造時機決策，可從再制造綜合經(jīng)濟效益、在役機床性能狀態(tài)與產(chǎn)品加工要求或轉(zhuǎn)型需求的匹配性方面對機床最佳再制造時機進行決策與判斷。

2.5 在役機床再設(shè)計與再制造工藝技術(shù)

將機床數(shù)字孿生體引入再設(shè)計與再制造過程，可減少傳統(tǒng)的機床再制造過程存在的高度不確定性，對機床狀況更加了解，有助于提高機床再制造的效率及成功率?；跀?shù)字孿生的在役機床再設(shè)計與再制造過程，如圖4所示。

長期服役的機床經(jīng)過診斷和預(yù)測后，若未來運行狀態(tài)不能滿足加工需求，甚至發(fā)生故障，則需要針對潛在的問題制定再制造設(shè)計方案。首先，分析在役機床潛在的問題，如電機損壞、數(shù)控系統(tǒng)落后等，結(jié)合具體的加工需求確定再制造對象，對其進行優(yōu)化分析并確定再制造設(shè)計方案。在整個過程中，可通過數(shù)字孿生體實時更新三維設(shè)計模型、產(chǎn)品制造信息和關(guān)聯(lián)屬性。最后，將再設(shè)計階段所形成的方案、模型、數(shù)據(jù)、信息等傳遞至再制造工藝階段。

機床預(yù)測性再制造的工藝過程不同于傳統(tǒng)的針對老舊、報廢機床的再制造模式，具有高度個性化、定制化的特點，以解決在役機床潛在問題來滿足企業(yè)的制造能力為目標。為滿足機床新的加工需求，機床領(lǐng)域許多最新的功能、技術(shù)、配置將應(yīng)用于機床再制造過程，實現(xiàn)機床性能的全面提升。

3 案例應(yīng)用

某公司是國內(nèi)重要的水力發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，擁有七軸五聯(lián)動數(shù)控加工中心、15米數(shù)控重型臥式車床、數(shù)控落地鏜銑床等上百臺高技術(shù)含量、高附加值的機床裝備。作為車間瓶頸設(shè)備的部分機床裝備加工任務(wù)重，隨著服役時間的增加，這些機床容易出現(xiàn)精度退化，自動化水平及生產(chǎn)效率低，故障頻發(fā)，嚴重影響訂單準時交付。針對傳統(tǒng)的“事后”型機床維修模式存在的維修時間長、技術(shù)水平低、影響正常生產(chǎn)等問題，為避免因設(shè)備故障或停工造成企業(yè)的損失，該公司探索一種提前獲取或預(yù)判機床狀態(tài)、智能決策再制造時機、提前制定再制造計劃的“事前”型再制造新模式。下面以TCA 125重型臥式車床為例，說明數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造新模式的實施過程及效益。

TCA 125重型臥式車床主要承擔著車間大直徑重型機械零部件的切削加工任務(wù)。經(jīng)監(jiān)測狀態(tài)及仿真模擬分析發(fā)現(xiàn)，該機床由于長期服役，機械部分磨損比較嚴重，幾何精度超差，車削加工零部件內(nèi)、外圓的表面粗糙度只能達到Ra6.3；經(jīng)過狀態(tài)診斷與故障分析，預(yù)估該機床兩個月后可能滿足不了加工要求。為此，通過綜合分析當前機床加工任務(wù)及再制造成本，確定該機床需要立即采取再制造的方式恢復(fù)其性能，并制定個性化的再設(shè)計與再制造方案：更換機床主軸的滑動軸承及滾動軸承，更換尾座頂尖主軸軸承，修復(fù)機床的出廠精度；主電機由交流異步電機改為交流變頻調(diào)速電機驅(qū)動，電氣控制系統(tǒng)更新，采用PLC實現(xiàn)機床邏輯控制；精磨該機床的床身各導(dǎo)軌面；采用西門子828Dsl數(shù)控系統(tǒng)對刀架進行數(shù)控技術(shù)改造，縱向Z軸采用滾珠絲桿或齒輪齒條傳動，橫向X軸采用滾珠絲桿傳動；修復(fù)并改造刀架大拖板/中拖板機械部分，修復(fù)小拖板及刀臺拖板，提高配合精度。經(jīng)過三個多月的再制造工期，該重型臥式車床的各項功能及幾何精度、位置精度等性能指標得到了恢復(fù)，滿足了企業(yè)的加工要求。如圖5所示為再制造后的重型臥式車床。

通過實施機床預(yù)測性再制造，該企業(yè)的制造能力得到了穩(wěn)定、可靠的保障，使得機床整個服役周期為企業(yè)帶來了更多的收益。

(1)在役機床經(jīng)過再制造之后，功能及性能得到提升，延長了機床的使用壽命；自動化及智能化水平得到明顯提升，生產(chǎn)效率提高；能效提升平均15%左右，減少油霧、油污、粉塵、冷卻液等現(xiàn)場污染排放，明顯改善車間環(huán)境和個人勞動條件。

(2)預(yù)測性再制造通過對機床狀態(tài)的判斷，不僅能識別當前的狀態(tài)以及故障，還可以預(yù)測機床未來的狀態(tài)及可能發(fā)生的故障，可以避免突發(fā)故障或停工給企業(yè)帶來的重大損失。

(3)數(shù)字孿生體可通過虛擬的方式實時反映機床的運行狀態(tài)，與機床運行采集數(shù)據(jù)相融合實現(xiàn)虛實結(jié)合，可以提高機床的監(jiān)控精度，更為準確地預(yù)測機床未來的運行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本文從機床全生命周期的角度出發(fā)，針對傳統(tǒng)“事后”型機床再制造模式存在的短板，將故障預(yù)測與健康管理、數(shù)字孿生技術(shù)融入再制造，提出一種數(shù)字孿生驅(qū)動的“事前”型機床預(yù)測性再制造模式。

(1)傳統(tǒng)的機床再制造主要針對故障機床或報廢機床，而預(yù)測性再制造不強調(diào)再制造的技術(shù)屬性，而是再制造的服務(wù)屬性，針對的是正常運行的在役機床，在機床未發(fā)生故障之前實施“事前”、預(yù)測性的再制造，快速恢復(fù)在役機床的制造能力，為機床用戶提供了全過程的機床運行保障服務(wù)方案。

(2)機床預(yù)測性再制造引入數(shù)字孿生技術(shù)，可實現(xiàn)對在役機床服役全過程狀態(tài)的實時監(jiān)測與記錄，獲取機床運行過程各種信息，準確識別機床的狀態(tài)特征，尤其是預(yù)測性故障部位及故障特征，為實施機床再制造提供關(guān)鍵決策信息，可大大提高機床再設(shè)計與再制造的效率。

(3)機床預(yù)測性再制造是一種新型的再制造模式，涉及在役機床數(shù)字孿生體構(gòu)建、機床運行狀態(tài)監(jiān)測與診斷、機床故障預(yù)測與健康管理、機床再制造時機決策、機床再設(shè)計與再制造等多項技術(shù)、環(huán)節(jié)的集成。實施機床預(yù)測性再制造要考慮的因素眾多，實施難度比傳統(tǒng)機床再制造更大。

作為一項探索性研究工作，數(shù)字孿生驅(qū)動的機床預(yù)測性再制造還處于理論探索與模式初步實踐階段，未形成成熟的應(yīng)用案例(案例部分僅對預(yù)測性再制造的實施思路進行了驗證，而數(shù)字孿生驅(qū)動還缺乏實際工程應(yīng)用)，本文僅從體系架構(gòu)、實施思路等角度對所提新模式及技術(shù)框架進行了闡述。后續(xù)研究將重點在機床數(shù)字孿生體構(gòu)建、機床運行狀態(tài)監(jiān)測與診斷、機床故障預(yù)測與健康管理、機床再制造時機決策等關(guān)鍵技術(shù)方面形成突破，并形成工程應(yīng)用，為實施機床預(yù)測性再制造提供理論與技術(shù)支撐。