基于軍工制造特點(diǎn)的數(shù)字化車間系統(tǒng)構(gòu)建

何疌舟 蔡輝 李波

[摘 要] 本文介紹了數(shù)字化車間在數(shù)字化制造系統(tǒng)中的重要性，分析了軍工制造企業(yè)打造數(shù)字化企業(yè)的必要性，提出了建設(shè)數(shù)字化車間的整體框架，并對(duì)數(shù)字化車間各功能模塊進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)軍工制造企業(yè)建設(shè)數(shù)字化車間具有一定的借鑒意義。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字化；車間；系統(tǒng)；軍工；制造

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 035

[中圖分類號(hào)] F270.7；TP315 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）17- 0059- 03

數(shù)字化制造是傳統(tǒng)的制造業(yè)依托高性能計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品需求分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零件加工制造、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)以及整個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)信息管理、過(guò)程控制[1]。數(shù)字化車間可以有效降低生產(chǎn)成本、縮短產(chǎn)品研制周期，解決軍工制造企業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中的瓶頸問(wèn)題。

1 對(duì)軍工特色數(shù)字化車間的思考

1.1 數(shù)字化車間概述

數(shù)字化車間是指以制造資源、生產(chǎn)操作和產(chǎn)品為核心，將數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)有實(shí)際制造系統(tǒng)的數(shù)字化現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化的虛擬制造方式[3]。數(shù)字化車間將傳統(tǒng)車間的生產(chǎn)系統(tǒng)、工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)、質(zhì)量信息系統(tǒng)以及其他管理系統(tǒng)信息集成為DNC、ERP、MES系統(tǒng)，形成自動(dòng)化制造體系， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、管理、制造一體化，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，縮短制造周期，降低生產(chǎn)成本，對(duì)企業(yè)有非常重要的意義。

1.2 軍工生產(chǎn)企業(yè)打造數(shù)字化車間的必要性

（1）軍工企業(yè)產(chǎn)品具有批量小、種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)交付節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格等特點(diǎn)[4]，產(chǎn)品依據(jù)車間制造能力進(jìn)行路線劃分、資源配置，產(chǎn)品零件分散到各個(gè)車間、工位，這對(duì)車間的零件調(diào)配、設(shè)備使用的靈活性提出了更高要求，車間信息不暢通，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃不能按時(shí)完成，生產(chǎn)質(zhì)量也得不到保證，融入信息化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、物料、工裝、刀具等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，相關(guān)人員通過(guò)終端系統(tǒng)可以掌握產(chǎn)品生產(chǎn)、工裝、設(shè)備的使用情況。

（2）軍工企業(yè)接收緊急任務(wù)。軍工制造車間可能突然接收一些產(chǎn)品的緊急生產(chǎn)任務(wù)，在傳統(tǒng)的制造模式下只能停止現(xiàn)有的生產(chǎn)任務(wù)，打亂了原有的生產(chǎn)計(jì)劃安排。引入先進(jìn)的制造信息平臺(tái)，可以根據(jù)現(xiàn)在車間的生產(chǎn)情況及生產(chǎn)設(shè)備的占用情況進(jìn)行分析，及時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)估插入任務(wù)對(duì)其他生產(chǎn)任務(wù)的影響，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行拆分、合并、外協(xié)加工等排產(chǎn)調(diào)整，優(yōu)化車間配置資源，在影響原有生產(chǎn)計(jì)劃最小的情況下完成插入任務(wù)。

（3）軍工企業(yè)產(chǎn)品要求質(zhì)量具有可追溯性。軍工產(chǎn)品零件質(zhì)量要求具有可追溯性，傳統(tǒng)操作方式是將數(shù)據(jù)人工記錄，這種方式耗時(shí)且容易出錯(cuò)；引入條碼掃描機(jī)、觸摸屏、視頻系統(tǒng)等信息采集方式后，將每件產(chǎn)品每道工序產(chǎn)生唯一條碼，只需掃描條碼，即可調(diào)出零件相關(guān)數(shù)據(jù)，為相關(guān)人員提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)零件可追溯性。

（4）軍工企業(yè)制造資源利用率低。每個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)涉及現(xiàn)場(chǎng)操作人員、物料準(zhǔn)備、設(shè)備準(zhǔn)備、刀具準(zhǔn)備等，傳統(tǒng)制造模式由于信息不夠暢通，使部分設(shè)備、工裝閑置，而另外一些任務(wù)排滿；通過(guò)信息化手段可提高車間現(xiàn)場(chǎng)資源利用率及資源優(yōu)化配置，管理人員在最短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)大屏幕、PC終端等顯示設(shè)備掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的情況，以便做出準(zhǔn)確的判斷，采取有效措施，保證生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。

（5）軍工企業(yè)技術(shù)文檔管理難度大。車間技術(shù)文檔、產(chǎn)品文檔資料多，且很多為秘密材料，管理難度大，需要引進(jìn)信息化技術(shù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)技術(shù)文檔資料版本的嚴(yán)格控制及方便工人查詢?yōu)g覽。軍工企業(yè)傳統(tǒng)制造模式已經(jīng)滿足不了需求，亟需引進(jìn)信息化手段、打造數(shù)字化車間來(lái)解決矛盾。

2 數(shù)字化車間構(gòu)造

2.1 數(shù)字化車間的整體構(gòu)架

數(shù)字化車間是一個(gè)龐大的具有信息化特點(diǎn)的制造系統(tǒng)，是基于傳統(tǒng)制造業(yè)與信息化技術(shù)平臺(tái)建立起來(lái)的，其整體框架如圖1所示。

2.2 數(shù)字化車間的模塊分析

數(shù)字化車間以MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)為核心，充分利用ERP、PDM等平臺(tái)，依據(jù)車間自身特點(diǎn)，搭建系統(tǒng)應(yīng)用的軟硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝、制造一體化的數(shù)字化生產(chǎn)模式，數(shù)字化車間打造基于以下信息化平臺(tái)。

2.2.1 數(shù)字化車間MES系統(tǒng)

數(shù)字化車間打造MES系統(tǒng)，改變了制造企業(yè)傳統(tǒng)的單一信息采集方式，通過(guò)動(dòng)態(tài)采集產(chǎn)品在制造過(guò)程中設(shè)備占用情況、生產(chǎn)進(jìn)度、完成質(zhì)量等數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析，形成整體解決方案，確保將信息準(zhǔn)確、及時(shí)地反饋給相關(guān)人員，為任務(wù)排產(chǎn)、決策提供依據(jù)。

2.2.2 數(shù)字化車間生產(chǎn)管理平臺(tái)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)如圖2所示，生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到車間后，車間工位生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)將工位資源數(shù)據(jù)反饋給ERP系統(tǒng)，通過(guò)物料計(jì)劃計(jì)算后，生產(chǎn)計(jì)劃員根據(jù)將生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)給相關(guān)的工藝、設(shè)備管理、物料管理人員，相關(guān)人員根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行準(zhǔn)備，生產(chǎn)計(jì)劃員根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行派工，系統(tǒng)具有生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視以及生產(chǎn)調(diào)度指揮功能。調(diào)度系統(tǒng)的高效運(yùn)作，避免了車間資源的浪費(fèi)，縮短了型號(hào)產(chǎn)品的研制生產(chǎn)周期。

2.2.3 制造資源管理平臺(tái)

制造資源管理模塊流程如圖3所示。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)建立資源庫(kù)將可以管理制造資源如刀具、設(shè)備、工裝等，工藝人員可以根據(jù)需要添加、刪減資源庫(kù)中的內(nèi)容，也可以及時(shí)查找各種工序需要的機(jī)床、刀具、量具相關(guān)數(shù)據(jù)以及占用情況，計(jì)劃員也可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)核算產(chǎn)品制造消耗和占用資源的成本。

2.2.4 物料配管模塊

產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中需要大量物料、工裝等，由于車間制造現(xiàn)場(chǎng)空間、資源有限，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物料、配套產(chǎn)品及使用工具等物件進(jìn)行嚴(yán)格控制管理，建立物料配給管理機(jī)制，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃查詢物料需求計(jì)劃，并及時(shí)調(diào)整；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端查詢庫(kù)房庫(kù)存情況，利用電子標(biāo)簽撿貨系統(tǒng)指引快速取貨，能夠利用條碼掃描終端自動(dòng)記錄物料信息，保證了庫(kù)房物料信息的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)數(shù)字化車間的闡述及對(duì)軍工企業(yè)特點(diǎn)的分析，論述了傳統(tǒng)軍工企業(yè)引進(jìn)信息化技術(shù)打造數(shù)字化車間的必要性。數(shù)字化車間通過(guò)建立MES系統(tǒng)，提高了車間信息交流的暢通性和設(shè)備使用的靈活性。通過(guò)建立IPT協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使得產(chǎn)品研制效率提高，縮短了產(chǎn)品研制周期。通過(guò)建立數(shù)字化生產(chǎn)管控系統(tǒng)，顯現(xiàn)了管控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整、任務(wù)監(jiān)督、資源調(diào)配的便利性；建立物料配管模塊，提高了物料、工裝、產(chǎn)品管理管控工作的效率；建立質(zhì)量管理模塊，通過(guò)先進(jìn)的檢測(cè)、記錄設(shè)備使產(chǎn)品質(zhì)量可方便快捷追溯。

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