面向航空零備件數字化制造的DNC集成模式探討

趙倩

[摘? ? 要] 隨著航空裝備零備件制造任務的日益增加，圍繞航空裝備零備件制造運營過程，基于其多品種、小批量、高質又高量的運營特點，建立覆蓋零備件制造全過程的數字化信息平臺，實現人、設備和數據之間的全方位協同，顯著提升業務流程運行效率和資源配置有效性，是提高航空裝備零備件制造保障能力的有效手段。文章針對零備件制造信息平臺建設過程中，涉及的DNC、CAPP、MES等信息系統集成模式進行了分析探討。對類似制造行業關于零備件制造信息平臺建設具有借鑒和參考意義。

[關鍵詞] 零備件制造;信息平臺;DNC;CAPP;MES;集成模式

0? ? ? 引? ? 言

航空裝備零備件制造具有多品種、小批量、高質又高量的業務運營特征，基于該業務特征建立的零備件數字化制造信息平臺，不僅需要業務層面覆蓋零備件制造全過程，同時也需要通過零備件制造信息平臺的構建與應用，連接零備件制造過程中的核心要素：人、設備以及推動業務運營過程的數據，并結合數據的利用與分析，提升制造業務流程的運行效率和資源的有效性，持續保障航空裝備零備件制造核心競爭力。DNC系統在零備件數字化制造信息平臺中，承擔著制造過程中MES、CAPP與生產現場的底層數控設備、加工中心之間的通信交互責任，是零備件數字化制造信息平臺與加工設備之間的橋梁。在一定的業務運營場景中，如何搭建這一溝通橋梁，且確保零備件制造過程順暢、高效，是本文重點分析探討的內容。

1? ? ? 航空裝備零備件制造信息平臺框架

零備件數字化制造平臺主要包含CAPP（計算機輔助工藝規劃）、MES（制造執行系統）和DNC/MDC（分布式數控/制造數據采集和狀態管理）三大子系統。

CAPP子系統從上游PLM系統接收零備件物料數據的新增或變更，確保設計物料的單一數據源。管理零備件制造工藝的結構化編制和在線審簽，并與MES子系統集成，將工藝路線、工藝資源需求等信息推送給MES子系統。與DNC子系統集成，推送物料、下達NC編制任務。MES子系統接收ERP系統下達的制造訂單后，自動驅動工藝準備、材料準備、工時定額等生產準備活動，然后基于訂單優先級、資源匹配度等業務規則進行自動排產，生成工序級作業計劃，下達到各個工作中心，并與DNC子系統集成，通知對應設備下載加工代碼。現場作業人員和檢驗人員通過無紙化終端，接收作業指令、查詢工藝信息、反饋作業進度和檢驗結果、提交異常問題。調度和管理人員可通過系統實時掌控進度、質量、資源使用等數據和信息。DNC子系統建立了面向零備件制造生產現場的設備網絡平臺，實現了生產現場現有數控加工設備聯網，對設備基本運行狀態信息進行采集與展現，為優化產能和后續的設備選型提供數據支撐。零備件數字化制造平臺框架如圖1所示。

2? ? ? DNC與CAPP、MES集成模式

2.1? ?DNC、CAPP、MES系統的管理對象

基于上述航空零備件數字化制造信息平臺框架，零備件制造過程中的零備件設計信息統一納入PLM系統管控，包括創建與更改過程。工藝路線既是零備件設計與零備件制造之間的紐帶，也是指導零備件數字化制造的技術依據。以工藝路線為基礎，派生出的數控程序操作指導書，建立了工藝路線與NC程序之間的關聯。工藝路線、數控程序操作指導書、前置程序統一納入CAPP系統管控，包括設計、評審、發布與更改過程。DNC系統主要以產品樹、設備樹、文檔樹為組織形式，管控生產現場設備、NC程序的評審、發布、更改以及NC程序編程任務的接收、執行與派發過程，打通了零備件設計、零備件制造依據與生產現場加工制造的連接。MES系統通過管控零備件制造訂單的接收、生產準備與執行監控過程，使得零備件數字化制造信息系統整體聯動，高效有序地服務于零備件數字化制造業務運營過程。

2.2? ?DNC與CAPP、MES的集成模式

2.2.1? ?DNC與CAPP的集成模式

航空零備件數字化制造信息平臺中，DNC與CAPP之間的集成內容主要包括物料（主要指零備件制造過程中涉及的產品、零件、標準件等）、已發布工藝屬性、NC編制任務、已發布NC代碼屬性。

CAPP系統中工藝首次或因變更產生了新版工藝發布，一是將與該工藝關聯的物料信息推送至DNC系統的產品樹;二是通過讀取工藝中的設備組（即工作中心）信息，下發NC編制任務。CAPP系統向DNC系統推送的物料信息，既有物料設計屬性，也有與之關聯的工藝屬性（工藝編號、工藝版本、工序號、設備組）。NC編制任務的下發則是按照預先設置的規則（即明確需要編制NC代碼的設備組）判斷是否需要編制NC代碼，當判斷結果為“是”時，CAPP系統向NC代碼編制負責人/角色下達編制任務。編制任務體現工藝編號、工序號，以便任務執行人清楚任務來源。編制執行人收到任務后，自行依據工藝內容等信息，在CAPP系統編制、評審、發布操作指導書、前置程序。操作指導書、前置程序的編號規則為：工藝編號+工序號。

數控程序操作指導書、前置程序的驗證環節，NC編制任務執行人將編制好的NC代碼提交至DNC系統產品樹的對應物料節點進行評審，同時維護對應屬性信息（例如：工藝編號、工藝版本、工序號、設備組），NC代碼在DNC系統發布時，觸發將發布狀態的NC代碼信息推送給CAPP系統。此時驗證環節執行人在數控程序操作指導書中進行NC程序、子程序名稱與版本的選擇。

數控程序操作指導書、前置程序、NC代碼的變更來源有兩種：第一種是新版工藝發布引起的變更，第二種是編制人員直接發起的變更。無論何種來源，均在CAPP系統中進行變更執行。操作指導書、前置程序、NC代碼的版本始終同步。

2.2.2? ?DNC與MES的集成模式

航空零備件數字化制造信息平臺中，DNC與MES系統之間的集成內容主要包括需數控加工制造的生產指令、NC程序、設備狀態、設備維護保養信息。

MES系統排產結束后，將需要數控加工制造任務號、物料圖號、物料版本、工藝編號、工藝版本、工序號、設備組（工作中心）、設備編號傳遞給DNC系統，DNC系統依據上述信息，將產品樹中符合條件（零件圖號、零件版本、工藝編號、工藝版本、工序號、設備組、設備編號）的NC程序指派給指定（設備類型、設備編號）的設備。操作者按照數控程序操作指導說明書中程序名、程序版本，將程序下載到設備進行制造加工。其中，在NC程序提交評審時，在其屬性中維護工藝信息、適用設備信息。

生產任務執行的過程中，DNC系統獲取MES系統中設備當前的生產任務，并在DNC系統的設備布局圖上顯示，而MES系統通過集成獲取DNC系統提供的設備狀態、設備維護信息，不僅用于生產計劃排產，而且結合加工設備調用的加工代碼名稱和代碼內部的描述信息，定位跟蹤生產項目進度，是對生產任務執行情況的一個真實反饋。為全面掌控整個生產現場運作情況、異常問題處理、管理決策提供依據。

3? ? ? 結? ? 語

面向航空零備件數字化制造的信息平臺，以信息技術與制造業務深度融合為主線，將數字化、網絡化、自動化技術應用于航空零備件制造的關鍵過程。既為未來零備件制造的轉型升級奠定了基礎，也是走近智能制造的一次探索。基于這一建設目標，平臺建設過程中，尋求合理優化的綜合建設思路，將涉及的軟件、硬件、網絡通信技術等進行集成，使平臺建設成本可控，整體運行順暢、高效，具備良好的可擴展性和可維護性是關鍵所在。DNC系統與CAPP、MES系統的集成只是該平臺眾多集成中的一個代表，在實現集成的過程中，需要將信息技術、業務運營模式、信息系統功能、業務與信息系統數據等進行充分整合優化，使其在相互關聯、統一的信息平臺中進行共享、互動，最終借助信息平臺，管控、知曉業務的運營情況和趨勢，從而為航空零備件制造更加科學、高效的運營和管理提供指導。