面向智能制造的數(shù)字工廠解決方案開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

張曉梅

一、新技術(shù)為制造業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

隨著新一輪產(chǎn)業(yè)革命的興起，物聯(lián)網(wǎng)、賽博物理、互聯(lián)網(wǎng)+、數(shù)字雙胞胎和大數(shù)據(jù)處理等新型技術(shù)涌現(xiàn)，全球制造業(yè)格局正在重塑，制造業(yè)面臨著數(shù)字轉(zhuǎn)型的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，迫切需要在新技術(shù)支撐下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)變。

數(shù)字工廠是產(chǎn)品全生命周期過(guò)程中核心價(jià)值鏈的重要組成部分，信息技術(shù)中心（金航數(shù)碼）面向制造環(huán)節(jié)，開(kāi)展制造過(guò)程中產(chǎn)品、資源與工廠等模型化表達(dá)及工藝設(shè)計(jì)、工廠布局和資源管理的可視化研究，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝、制造數(shù)字量連續(xù)傳遞與制造過(guò)程可驗(yàn)證、可預(yù)測(cè)以及可優(yōu)化，形成面向智能制造的數(shù)字工廠解決方案和最佳實(shí)踐，并在行業(yè)內(nèi)外推廣應(yīng)用，以滿足國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展要求，促進(jìn)企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型。

二、面向智能制造的數(shù)字工廠整體解決方案開(kāi)發(fā)與技術(shù)攻關(guān)

信息技術(shù)中心（金航數(shù)碼）面向智能制造的數(shù)字工廠整體解決方案，如圖所示，在工程應(yīng)用層主要形成了基于三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制、基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字化模擬工廠、基于制造過(guò)程管控與優(yōu)化的數(shù)字化車(chē)間三個(gè)模塊，并在MBD技術(shù)、基于模型的工藝設(shè)計(jì)和管理、基于仿真技術(shù)的工藝/工廠仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)、基于制造過(guò)程管控與優(yōu)化的數(shù)字化車(chē)間的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用等單點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。

1、MBD技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

深入開(kāi)發(fā)MBD技術(shù)，建設(shè)MBD規(guī)范建模及質(zhì)量控制系統(tǒng)，包括MBD技術(shù)注釋庫(kù)、模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)、典型零件及特征模板庫(kù)系統(tǒng)和航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)與設(shè)計(jì)軟件無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)環(huán)境下MBD技術(shù)注釋快速標(biāo)注、MBD模型自動(dòng)檢查、典型特征及零件參數(shù)化驅(qū)動(dòng)應(yīng)用以及航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化應(yīng)用審核。

2、基于模型的工藝設(shè)計(jì)和管理

構(gòu)建MBD工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)：包含創(chuàng)建工藝結(jié)構(gòu)、工藝規(guī)劃、工藝資源調(diào)用、工序模型創(chuàng)建、PMI標(biāo)注、三維工藝展示、流程審批和工藝規(guī)程修訂等功能，建立了基于MBD的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)及仿真系統(tǒng)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化系統(tǒng)，符合用戶工藝設(shè)計(jì)要求。

多工具多平臺(tái)集成化應(yīng)用：突破了三維工藝設(shè)計(jì)、三維工藝仿真與驗(yàn)證、三維AO/FO編制、現(xiàn)場(chǎng)可視化和集成應(yīng)用等技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)集成工作，保證數(shù)據(jù)流暢及共享，促進(jìn)業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化。

消耗式工藝設(shè)計(jì)和管理：基于完整的全機(jī)MBOM自頂向下消耗式構(gòu)建全機(jī)MBOM數(shù)據(jù)，在裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，消耗對(duì)應(yīng)MBOM中數(shù)據(jù)，確保MBOM及裝配指令中裝機(jī)清單的數(shù)據(jù)一致性、完整性。

工藝指令動(dòng)態(tài)化發(fā)布：實(shí)現(xiàn)工藝指令動(dòng)態(tài)化發(fā)布，AO/FO中包含有三維簡(jiǎn)圖、裝配動(dòng)畫(huà)和工藝數(shù)模等，向制造端發(fā)布圖文并茂的工卡。

3、基于仿真技術(shù)的工藝/工廠仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)

工藝仿真技術(shù)的開(kāi)發(fā)包括：裝配模擬仿真、數(shù)控加工仿真和管路制造仿真等，實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。

通過(guò)數(shù)字化工廠布局設(shè)計(jì)和可視化技術(shù)，審視工廠設(shè)計(jì)、布局和安裝流程，數(shù)字化展示工廠的各種資源，包括機(jī)床設(shè)備、傳送帶、通道、AGV、起重機(jī)、集裝箱和操作人員等，優(yōu)化工廠布局設(shè)計(jì)。

4、基于制造過(guò)程管控與優(yōu)化的數(shù)字車(chē)間

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化技術(shù)，如安燈技術(shù)、設(shè)備互聯(lián)互通技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)字雙胞胎技術(shù)和信息顯示技術(shù)等，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況和生產(chǎn)執(zhí)行狀態(tài)，及時(shí)處理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題。

通過(guò)大數(shù)據(jù)分析計(jì)算和仿真優(yōu)化，進(jìn)行多維度復(fù)雜數(shù)據(jù)分析，挖掘數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)間的隱形關(guān)聯(lián)關(guān)系，準(zhǔn)確找到當(dāng)前生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提供解決措施，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程管控，優(yōu)化數(shù)字化車(chē)間。

三、面向智能制造的數(shù)字工廠推進(jìn)及應(yīng)用成效

基于MBD技術(shù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)，已開(kāi)發(fā)出MBD技術(shù)應(yīng)用規(guī)范，MBD技術(shù)注釋庫(kù)，模型質(zhì)量檢查規(guī)范和系統(tǒng)，典型特征及零件模型參數(shù)數(shù)據(jù)、航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化集中管理環(huán)境等。

制造過(guò)程管理、三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)和管理已實(shí)現(xiàn)了基于模型的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)和管理、消耗式工藝設(shè)計(jì)和管理和設(shè)計(jì)制造一體化產(chǎn)品研制，提高了制造的工藝質(zhì)量，降低了工程更改的成本。

設(shè)備互聯(lián)互通、可視化看板、關(guān)鍵工序自動(dòng)檢測(cè)、安燈呼叫按鈕和二維碼數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備互聯(lián)、動(dòng)態(tài)感知、健康預(yù)測(cè)和智能決策。采集設(shè)備包含工藝設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備和量具量?jī)x，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析和上傳功能，具備與MES系統(tǒng)信息交互與集成的能力，在制品在生產(chǎn)過(guò)程中記錄了包含工單信息、任務(wù)信息、批次信息、物料信息、制造過(guò)程信息、設(shè)備信息、自動(dòng)判定信息及人員信息的完整追溯單元。

四、數(shù)字工廠推進(jìn)建議

為了更好地在行業(yè)內(nèi)外推廣應(yīng)用面向智能制造的數(shù)字工廠整體解決方案，促進(jìn)制造企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型，建議一是基于用戶的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和解決方案設(shè)計(jì)，在具體產(chǎn)品項(xiàng)目中推廣應(yīng)用解決方案，形成滿足業(yè)務(wù)需求的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和最佳實(shí)踐，樹(shù)立行業(yè)標(biāo)桿，支撐最佳實(shí)踐的推廣應(yīng)用，推動(dòng)同行業(yè)或相似行業(yè)的生產(chǎn)模式及管理模式的轉(zhuǎn)變;二是在推廣應(yīng)用中完善解決方案，在新技術(shù)和新產(chǎn)品項(xiàng)目業(yè)務(wù)需求下，不斷完善和充實(shí)方案，讓解決方案來(lái)自于實(shí)踐應(yīng)用于實(shí)踐，在實(shí)踐中不斷完善，在實(shí)踐中給用戶帶來(lái)更多的價(jià)值。