在当今“速度经济”时代,迫切要求制造业实现研制手段、生产过程和管理方法的信息化,具备快速响应、柔性生产、精确制造、产品全生命周期质量保障和网络化管理等多方面能力,建立基于数字化技术的生产系统及产品快速响应研制体系已迫在眉睫。2008年,常熟纺织机械厂有限公司中标承担了江苏省科技厅“面向纺织行业的设计数字化集成技术开发与应用”项目的建设,重点解决制约企业信息化发展的瓶颈问题——制造过程的信息化,目前数字化制造体系已初见成效。
1 企业对数字化制造的管理需求
现代制造业除面临市场竞争激烈、节奏变化快、多品种小批量、多样化个性化、定制生产成为主流等问题挑战外,因技术创新引发企业很多管理难题:①文档管理落后;②数据共享程度低,图档检索、统计困难,无法进行有效的版本控制;③信息传递速度慢;④协同工作环境差;⑤数据安全没保障;⑥图档更改困难,容易造成版本不一致等历史遗留问题;⑦配置管理多且难;⑧传统工艺设计,不符合现代化生产设计需要;⑨快速交货和成本的压力;⑩制造资源种类多不易找,对制造设备要求高,随着加工技术要求提高,企业主关键零件加工都采用数控设备实现加工制造等。另外,企业中使用系统存在信息孤岛现象,ERP系统建设遭遇了生产现场实时数据无法准确采集的瓶颈,生产现场管理越来越困难。建立一套完善的数字化制造体系是解决以上所有问题的唯一出路。
2 数字化制造技术可以解决的问题
数字化制造技术主要:强调设计制造过程;强调设计制造知识的处理与应用;强调产品的全生命周期;强调网络化协同设计制造;强调基于网络化的设计制造服务;强调产品的数字化等。
数字化制造可以解决的问题如下:①图文档分散放置,产品数据不能实时有效的共享;解决方法:图文档集中管理,保证产品数据实时有效的共享。②设计人员各自为政,开发效率较低;解决方法:提供统一的工作流引擎推动流程,全面优化流程控制。③图文档使用和变更管理缺乏统一的流程和过程控制;解决方法:通过工作流管理和版本控制实现相关图文档使用和变更的过程管控,减少误差。④图档在个人手中,容易泄密,图档安全无法有效保障;解决方法:图档经过压缩加密集中存放并且提供多级多维的安全机制以保证图档安全。⑤产品设计开发周期长,产品设计成本高;解建立可视化车间调度控制系统决方法:产品结构配置、工程项目管理、工作流管理;⑥工艺文件制作工作量大,不能实现与作业的快速衔接;解决方法:集成的工艺过程规划管理,设备和工模具管理。⑦加工任务量多且品种数多,车间调度管理复杂;解决方法:PDM、CAD、ERP等集成一体,提高车间制造效率和速度。⑧生产能力难以评估,作业执行及质量控制精细化不够;解决方法:自动能力负荷平衡,车间作业计划及作业执行反馈可视化管理等等。
3 数字化制造系统的建设
从纺机行业总体现状出发,在现有的CAD、ERP的应用基础之上,引进先进的管理思想和设计制造方法,系统完整地规划纺机行业的信息化应用解决方案,建立基于产品全生命周期管理的协同设计和制造软件平台,实现全面的数字化制造管理技术的应用。
3.1 数字化制造系统总体目标
建立企业产品数据管理模型;建立企业高效、合理设计过程;建立企业并行工作环境;建立集成工艺过程规划管理;建立可视化车间调度控制系统。
3.2 数字化制造系统建设内容
①建立企业完整产品数据管理模型:首先完成所有产品结构数据管理,建立产品结构参数化管理模式,由产品结构数据组织起所有产品设计文档的管理,支持产品明细数据从设计到工艺、生产管理、制造等部门的转换和传递。②建立企业并行工作环境:推广实施PDM系统,完成系统的环境设置工作,按照企业流程在各部门建立起支持产品数据共享和并行协同工作的环境,完成企业级的电子化审批、更改控制、版本管理等。③建立企业高效合理设计过程:基础是管理企业静态产品数据,更深层是管理动态设计过程,提高设计研发效率,同时引入项目管理思想,尽可能压缩设计研发周期。④建立集成工艺过程规划管理:集成的工艺资源管理,包括设备及工模具管理,方便的工艺文件制作和维护管理,材料和工时定额管理,目标成本管理,工艺报表自动生成及制造BOM管理。⑤建立可视化车间调度控制系统:实现生产调度管理软件MES与ERP软件、设计软件CAD以及数控系统之间的良好集成,自动化的车间作业计划管理,可视化的车间调度管理,动态的车间执行信息反馈及过程控制,车间质量信息采集及控制等。⑥实现与数控加工设备的连接,探索建立无纸化生产的途径。
3.3 数字化制造系统实现
数字化制造业务框架图如图1所示。
图1 数字化制造业务框架图
3.3.1 数字化制造系统主要模块
包括PDM产品数据管理;CAPP工艺过程规划管理;设备、工模具管理;MES车间调度执行管理;数据接口与集成管理。
3.3.2 数字化制造系统实现
1)PDM主要业务模块有:零部件管理;产品结构与配置管理;图档资料管理;工作流程管理;项目管理;安全管理等。如零部件管理:首先PDM提供了一个编码工具,通过混合编码帮助企业进行复杂的编码工作,从而达到企业基本信息的标准化、规范化。然后,对于零部件进行分类管理,通过分类管理使得零部件结构标准化,此外为后面产品的快速设计提供检索。最后通过属性管理,建立零件的特性表,便于进行产品的快速配置。增强的图文档浏览器,采用主副文档存储结构(主文档为CAD设计文件,副文档供浏览),彻底解决了大多数PDM软件不能浏览各种非常规CAD文件的问题。
2)CAPP工艺过程规划管理:提供工艺过程卡片管理、工艺工序卡片管理、工艺资源管理、工艺工时定额计算汇总、NC程序管理等功能。通过对零部件加工工艺及相关数据的管理,为企业实现零部件工艺标准化和规范化管理。
3)MES车间调度执行管理:首先,将ERP的生产计划单导入到MES系统,然后通过MES系统的根据生产能力进行车间作业排产;其次,车间调度员根据作业排产结果结合现场设备情况进行可视化作业调度,对零件加工进行作业安排和下达,然后根据下达作业计划,自动将相关CAPP中的NC程序输出到NC控制台便于调度设备指挥生产;最后,根据生产加工结果在MES上点击完成状态,系统自动生成工票反馈结果,如果设备之间交接要登记工序转移单,这样可方便管理车间动态在制品和作业动态加工状态。可实现的管理改进:加强对车间内部在制品的管理,避免流失和浪费的发生;减少了车间统计和上报各种报表的工作量;物料消耗、能耗、工时、产出等各项信息准确、及时,方便了预算控制和成本核算;可以及时、准确地掌握生产状况,从而使生产调度可以有的放矢,及时性提高;MES系统为车间提供了计划和日常调度有力工具。可以在编制工序进度计划和下达任务时,对物料进行检查;可以为即将开工的车间任务预先分配库存;可以对已下达和加工中的任务进行修改;可以查询生产任务的当前状态;可以管理车间在制品。
图2 MES车间调度执行管理
4)数据接口与集成管理:常熟纺机已经在使用ERP2.0,其他PDM、MES需要与ERP2.0进行数据交互,主要接口内容为:物料信息接口、产品结构信息接口、工艺信息计划、生产计划信息接口。在PDM中提供与ERP2.0的双向数据接口,用于集成物料信息、产品结构信息。
图3 数字化制造数据接口管理
4 结束语
常熟纺机目前数字化制造体系已初见成效,建立了支持数字化制造系统集成运行的网络运行环境;建立了基于产品全生命周期管理的协同设计和制造软件平台;通过自定义可灵活配置的辅助编码工具,建立了科学灵活的产品统一编码体系,提高系统实用性;通过规范产品设计标准、规范图档管理流程,建立了合理的电子化图档管理机制,提高设计研发效率;建立了可视化MES车间调度执行管理系统;提供了数字化制造系统的相关接口管理,实现了产品数据管理与ERP系统集成,探索建立无纸化生产的途径,这些给企业在管理上带来了全面提升。
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本文标题:纺机企业数字化制造平台建构浅探