現(xiàn)代車間信息數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢

2013-08-08 by:廣州SolidworksUGCatia培訓(xùn)中心來源:仿真在線

一、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

汽車需求量的爆發(fā)式增長,推動了汽車制造業(yè)的高速發(fā)展,使得汽車制造業(yè)走在信息時代的最前列,同時它也為航空制造的發(fā)展帶來了生機和活力。例如,作為國內(nèi)首座全數(shù)字化工廠,新奧迪總裝車間率先將數(shù)字化管理理念融入到總裝流程的各個部分,包括領(lǐng)先環(huán)保的數(shù)字化廠房規(guī)劃、100%柔性化的數(shù)字化生產(chǎn)、有序高效的數(shù)字化物流、更為可靠的數(shù)字化質(zhì)?！a(chǎn)全線使用了數(shù)字化控制和管理,具有更高的生產(chǎn)精度和生產(chǎn)效率,并真正實現(xiàn)了100%的柔性化生產(chǎn)?！叭珨?shù)字化”新奧迪總裝車間作為奧迪全球最先進(jìn)的工廠,集合了世界最先進(jìn)的汽車生產(chǎn)設(shè)備和制造工藝,并融入了國際領(lǐng)先的精益生產(chǎn)理念和奧迪全球制造基地的建設(shè)經(jīng)驗,通過對規(guī)劃、生產(chǎn)、物流和質(zhì)保的全數(shù)字化管理,將汽車生產(chǎn)帶入了一個更高效、更精準(zhǔn)、更環(huán)保的境界。以下結(jié)合該實例,分析介紹幾種基于信息化手段的現(xiàn)代車間應(yīng)用技術(shù)。

1.生產(chǎn)現(xiàn)場實時監(jiān)控

建立機床監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)及設(shè)備使用情況分析。采集實作工時,為進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)排程準(zhǔn)備準(zhǔn)確數(shù)據(jù),同時細(xì)化管理考核。全面跟蹤管理現(xiàn)場刀、量、夾等器具實物,實現(xiàn)各類物資從購入到報廢的全壽命周期管理。依據(jù)工作隊列和實時工序狀態(tài),按配餐方式提前做好生產(chǎn)準(zhǔn)備,消除停機等待,實現(xiàn)各類產(chǎn)品混流、混批的流水線式生產(chǎn)作業(yè)方式。

2.工裝、刀量具條形碼技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)控刀具、工藝裝備的管理離不開計算機系統(tǒng),為使計算機有效地識別和處理工裝、刀量具,必須賦予工裝、刀量具以特定的編碼,而工裝、刀量具的自動識別一直是困擾管理的問題,隨著條碼技術(shù)的成熟,信息含量大的二維條碼技術(shù)已逐步應(yīng)用到工裝、刀量具自動識別領(lǐng)域。刀量具可用面積很小,表面彎曲且反光,激光光刻技術(shù)是唯一能夠保證條碼圖像質(zhì)量的標(biāo)識技術(shù)手段。因此使用非接觸激光光刻條碼直接標(biāo)識技術(shù),利用二維條碼編碼標(biāo)準(zhǔn),采用適當(dāng)能量的激光系統(tǒng),可在物體表面形成清晰的永久性的條碼圖形,而且利用計算機技術(shù)可對其進(jìn)行追溯性跟蹤。

3.有序高效的數(shù)字化物流

保證大規(guī)模零部件物流體系的有序、可控和高效,體現(xiàn)了“全數(shù)字化”工廠的精益生產(chǎn)理念。通過數(shù)字化的物流管理體系和龐大的物流超市,可打造一個井然有序的零部件物流供應(yīng)體系。

4.更為可靠的數(shù)字化質(zhì)保

飛機的品質(zhì)最終要經(jīng)過質(zhì)量保證體系的考驗。因此對于主機廠總裝車間而言,數(shù)字化質(zhì)保也是其生產(chǎn)流程的核心控制環(huán)節(jié)。因此在總裝車間的生產(chǎn)線按工段布置多個質(zhì)量控制節(jié)點,可對生產(chǎn)過程中的零部件質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析,發(fā)現(xiàn)問題就地解決,避免一個階段的問題流入到下一個階段。

5.節(jié)能環(huán)保

通過先進(jìn)的數(shù)字化規(guī)劃系統(tǒng),在節(jié)能環(huán)保方面,廠房大面積使用了漫反射玻璃,可以充分地利用自然光照明,僅此一項,一個廠房就可以節(jié)省約2/3的照明用電。

6.信息數(shù)字化車間

信息數(shù)字化車間是零部件制造的核心單元,通過不斷提升數(shù)字化制造能力和數(shù)字化協(xié)同水平,建立起適應(yīng)全數(shù)字量傳遞的零件數(shù)字化工藝設(shè)計、數(shù)字化加工、生產(chǎn)現(xiàn)場管理和質(zhì)量檢測綜合自動化集成應(yīng)用環(huán)境。利用三維數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計成果,由PDM導(dǎo)入EBOM和產(chǎn)品、零件的三維數(shù)模信息開始,經(jīng)數(shù)字化制造工藝設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)營信息(包括生產(chǎn)計劃編制、制造數(shù)據(jù)發(fā)布、作業(yè)調(diào)度管理、加工過程控制和質(zhì)量監(jiān)控),直到現(xiàn)場生產(chǎn)狀況數(shù)據(jù)信息采集處理,實現(xiàn)從車間生產(chǎn)經(jīng)營管理,制造技術(shù)準(zhǔn)備、生產(chǎn)計劃管理、制造資源準(zhǔn)備與配送、現(xiàn)場管理、質(zhì)量保證和后勤保障等職能部門間的管理集成。達(dá)到縮短產(chǎn)品制造周期、提高數(shù)控綜合應(yīng)用效率,提高航空結(jié)構(gòu)件制造的快速響應(yīng)能力,實現(xiàn)高動態(tài)性、高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和低成本的產(chǎn)品數(shù)字化制造。圖1就是一個典型的車間信息數(shù)字化結(jié)構(gòu)解決方案。

二、數(shù)字化車間的技術(shù)特點

1.制造信息的數(shù)字化

制造信息的數(shù)字化是通過“P一4C”集成系統(tǒng),即以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM,圖2)為系統(tǒng)集成平臺的數(shù)字化設(shè)計(CAD)、數(shù)字化工藝(CAPP)、數(shù)字化加工(CAM)和數(shù)字化質(zhì)量管理(CAQ)來實現(xiàn)的。數(shù)字化設(shè)計是指飛機設(shè)計部門,采用三維實體造型技術(shù),在生成的三維數(shù)字化結(jié)構(gòu)件模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了零件工藝模型設(shè)計。數(shù)字化工藝采用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝方案和工藝過程設(shè)計,建立典型工藝及工藝知識庫,充分發(fā)揮了典型工藝、規(guī)范化的切削參數(shù)以及系列化的刀具等知識資源的作用,實現(xiàn)工藝設(shè)計過程的數(shù)字化和智能化。數(shù)字化加工是在“P一4C”及各項使能技術(shù)的成功應(yīng)用基礎(chǔ)上,采用實體加工編程技術(shù)進(jìn)行數(shù)控程序設(shè)計,實現(xiàn)數(shù)控程序設(shè)計過程的數(shù)字化和智能化,以及數(shù)字仿真。應(yīng)用高速數(shù)控加工工藝技術(shù),簡化工序工步,減少切削時間,充分發(fā)揮了高速機床的作用,提高零件的加工效率和表面質(zhì)量。數(shù)字化檢測采用三坐標(biāo)測量機進(jìn)行精確檢測,確保零件質(zhì)量。應(yīng)用數(shù)控車間質(zhì)量管理系統(tǒng),實現(xiàn)了數(shù)控零件生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制和管理。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)實現(xiàn)了飛機結(jié)構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化工藝、數(shù)字化加工和數(shù)字化質(zhì)量信息的集成管理。工程制造信息的數(shù)字化促進(jìn)了數(shù)控工藝優(yōu)化、數(shù)控切削參數(shù)優(yōu)化和數(shù)控刀具優(yōu)化,為工藝準(zhǔn)備由串行向并行方式轉(zhuǎn)變,為數(shù)字化集成制造打下了堅實的基礎(chǔ)。

2.生產(chǎn)管理信息的數(shù)字化

生產(chǎn)管理信息數(shù)字化是通過車間生產(chǎn)計劃、單元加工作業(yè)計劃和生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)控管理三級生產(chǎn)管理系統(tǒng)的運行來實現(xiàn)的,實現(xiàn)了車間生產(chǎn)活動中的生產(chǎn)作業(yè)計劃、物料需求計劃、加工作業(yè)調(diào)度、刀具與物料分配調(diào)度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的數(shù)字化管理。

數(shù)字化管理是生產(chǎn)管理方式的一次革命。傳統(tǒng)的人工編制生產(chǎn)作業(yè)計劃、手工統(tǒng)計任務(wù)完成情況、通過各種會議來協(xié)調(diào)解決生產(chǎn)現(xiàn)場問題的生產(chǎn)管理方式正在向計算機輔助作業(yè)計劃編制、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集、可視化甘特圖生產(chǎn)進(jìn)度顯示、計算機自動統(tǒng)計與分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)等先進(jìn)的數(shù)字化生產(chǎn)管理方式轉(zhuǎn)變。管理模式由以調(diào)度為主、計劃服從調(diào)度的傳統(tǒng)模式向以計劃為主、調(diào)度服從并執(zhí)行計劃的模式轉(zhuǎn)變,工作效率明顯提高。原來在人工方式下,編制車間月計劃需要4~7天時間,現(xiàn)在通過計算機生成車間月計劃僅需1天時間,生產(chǎn)計劃更趨于合理。

數(shù)字化管理使制造資源準(zhǔn)備向集中配送方式轉(zhuǎn)變。根據(jù)提前生成的雙日/班生產(chǎn)作業(yè)計劃,可自動生成相應(yīng)的制造資源配送計劃,資源部門因此可提前進(jìn)行刀具、工裝和材料的準(zhǔn)備,并且在規(guī)定的時刻將制造資源送至加工機床旁,減少了數(shù)控機床因等待而出現(xiàn)的無謂停工時間,提高了數(shù)控設(shè)備利用率。

數(shù)字化管理還使數(shù)字化車間的各項經(jīng)營管理指標(biāo)(如零件交付與配套情況、產(chǎn)品工時交付情況、個人工時完成量和定額完成率等數(shù)據(jù))均能通過計算機實時產(chǎn)生,管理人員的工作重點由過去的忙于手工抄寫統(tǒng)計各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到對計算機產(chǎn)生的各種報表數(shù)據(jù)、統(tǒng)計圖表進(jìn)行分析,及時發(fā)現(xiàn)和解決出現(xiàn)的問題。由于有了科學(xué)合理的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)為依據(jù),經(jīng)營管理工作更趨精細(xì)化。

數(shù)字化車間建成了一個連接所有數(shù)控設(shè)備、所有業(yè)務(wù)部門的網(wǎng)絡(luò)集成環(huán)境,各種生產(chǎn)計劃信息、作業(yè)調(diào)度信息、資源需求信息、工藝規(guī)程和NC程序等技術(shù)信息能快速地從上到下分解和傳遞至生產(chǎn)現(xiàn)場。同時,生產(chǎn)現(xiàn)場信息也能快速地從下到上進(jìn)行反饋、統(tǒng)計和分析,數(shù)字化集成制造系統(tǒng)的快速響應(yīng)和應(yīng)變能力明顯提高。

三、中航起信息化發(fā)展現(xiàn)狀與展望

1.基本現(xiàn)狀

2006年,筆者所在公司完成了CAD、CAPP應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化,CAM也在生產(chǎn)制造過程中全方位地應(yīng)用,實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造和分析等的信息化和集成。

其中,Winchill平臺應(yīng)用于設(shè)計文檔的管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享和設(shè)計開發(fā)業(yè)務(wù)的全過程,公司新產(chǎn)品開發(fā)和數(shù)據(jù)管理工作都基于此設(shè)計制造信息化系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和數(shù)據(jù)管理。同時,設(shè)備數(shù)控化工作進(jìn)一步加強,但尚待形成完整企業(yè)集成管理系統(tǒng)。公司所有產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)都已應(yīng)用CAD系統(tǒng),同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計應(yīng)用,建立了CAPP典型工藝數(shù)據(jù)庫,工藝的標(biāo)準(zhǔn)化大大加強。CAM的應(yīng)用普及到生產(chǎn)加工制造的各個領(lǐng)域,在公司全面運用,使大量設(shè)備編程實現(xiàn)了自動化。CAE分析在公司的重點型號中也開始應(yīng)用。在產(chǎn)品設(shè)計制造數(shù)字化應(yīng)用領(lǐng)域,與各主機廠或科研院所協(xié)同設(shè)計、協(xié)同制造,將設(shè)計制造數(shù)字化應(yīng)用延伸到企業(yè)外部,有效縮短新產(chǎn)品開發(fā)制造周期。

依托公司的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如OA辦公系統(tǒng)),實現(xiàn)了與公司各部門間的無紙化辦公。這些方面的應(yīng)用給公司的經(jīng)營、生產(chǎn)、財務(wù)和技術(shù)等管理帶來了極大方便,各項數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確,新品質(zhì)量更加穩(wěn)定,也提高了工作效率。

2.存在不足

目前,筆者所在公司在信息化應(yīng)用方面還存在一些不足:CAPP典型工藝數(shù)據(jù)庫還不完善,工藝、制造過程人工干預(yù),工藝知識沒有得到有效繼承,還沒有建立一套權(quán)威、精準(zhǔn)的工藝知識庫,還沒有實現(xiàn)CAD、CAPP和CAM三個方面的集成應(yīng)用,沒有開發(fā)和應(yīng)用PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、ERP/MRP(物料需求計劃)和MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))等系統(tǒng)。同時,生產(chǎn)現(xiàn)場缺乏計劃編排和調(diào)度軟件工具,信息不能共享,制造資源缺乏合理的作業(yè)指導(dǎo),現(xiàn)場信息采集缺乏有效手段。問題反饋處理不及時。與世界先進(jìn)水平相比較,我們在數(shù)控效率、切削切除率和刀具消耗成本等重要指標(biāo)上,還存在較大差距。同時,沒有建立質(zhì)量信息管理平臺,車間缺乏成本、財務(wù)綜合管理應(yīng)用系統(tǒng)。在仿真技術(shù)方面,NC程序主要限于幾何仿真,即僅僅檢查軌跡的正確性和合理性,防止過切、干涉和碰撞等現(xiàn)象的發(fā)生,應(yīng)該說還停留在質(zhì)量控制的初級階段。據(jù)統(tǒng)計,目前因程序估計錯誤產(chǎn)生的質(zhì)量故障已大幅減少,而由于切削力不穩(wěn)定、零件裝夾狀態(tài)不可靠、刀具結(jié)構(gòu)剛性差和切削參數(shù)不合理等引起的零件質(zhì)量故障、設(shè)備故障卻一直無法得到合理科學(xué)的解決,僅能依靠多次試切、經(jīng)驗評估等方式加以預(yù)防,存在一定的隨意性和盲目性。因此數(shù)控加工過程物理量仿真技術(shù)應(yīng)運而生:開發(fā)面向數(shù)控銑削過程的動力學(xué)仿真軟件,實現(xiàn)對切削過程的切削力、切削扭矩、主軸功率、動態(tài)切削厚度及道具變形等物理量及顫振穩(wěn)定域切削參數(shù)的模擬,才能進(jìn)一步選取優(yōu)化的切削參數(shù)。另外,VERICUT軟件在加工時間仿真上忽略了機床在運行過程中的加減速過程和控制系統(tǒng)特殊指令的影響,造成程序加工時間與現(xiàn)場實際加工時間差異很大。因此開發(fā)加工時間精確仿真系統(tǒng),為工時定額提供一手決策數(shù)據(jù)勢在必行。

3.中航起制造數(shù)字、信息化發(fā)展展望

實施制造數(shù)字化、信息化是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其覆蓋面廣、涉及技術(shù)復(fù)雜、參與單位多、管理難度高且時間跨度大,需要動員各方面的積極參與。需要進(jìn)一步提高對制造業(yè)數(shù)字化、信息化建設(shè)重大意義的認(rèn)識,加大推進(jìn)制造業(yè)信息化建設(shè)的力度。企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身的情況,既要制定總體規(guī)劃,分步實施,循序漸進(jìn),力求實效,又要制定年度目標(biāo)定期考核。最終建成覆蓋公司產(chǎn)、供、銷、人、財、物的

CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成制造系統(tǒng),使公司信息系統(tǒng)成為支撐企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理、支持領(lǐng)導(dǎo)決策的信息平臺。

同時,應(yīng)繼續(xù)加強公司信息化工程高技術(shù)人才的培養(yǎng)和培訓(xùn)工作。開展面向企業(yè)決策層的信息化培訓(xùn)和面向管理人員、科技人員、生產(chǎn)人員及營銷人員的中、高級信息化人才培訓(xùn),形成多元化、多層次的培訓(xùn)體系,以建立一支適應(yīng)企業(yè)應(yīng)用的信息化建設(shè)所需的人才隊伍。

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