沖壓車間制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究*

周 娟

(江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001)

0 引言

近年來(lái)隨著信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)［1－2］以及制造技術(shù)也發(fā)生了根本性的改變，涌現(xiàn)了一批新技術(shù)、新思想。其實(shí)比較有代表性的先進(jìn)制造技術(shù)主要有:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer aided Design CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(Computer aided process planning CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助工程(Computer aided Engineering CAE)、計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer aided Manufacturing CAM)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management PDM)等［3－4］，這些技術(shù)有力的促進(jìn)了制造業(yè)的快速發(fā)展。但是隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，這些相對(duì)孤立的解決方案，長(zhǎng)久積累下來(lái)的數(shù)據(jù)與軟硬件之間集成性差的缺點(diǎn)就充分暴露出來(lái)了。而基于數(shù)字化技術(shù)的車間制造執(zhí)行系統(tǒng)則能夠有效的解決這一問(wèn)題。

1 數(shù)字化車間內(nèi)涵

數(shù)字化車間［5］從研究方向和應(yīng)用領(lǐng)域分為兩個(gè)方面。廣義來(lái)講就是企業(yè)以提供產(chǎn)品、售后和服務(wù)為核心內(nèi)容的構(gòu)成。其中企業(yè)還包括產(chǎn)品原料提供方，生產(chǎn)制造商、軟件技術(shù)供應(yīng)商以及相配套的輔助企業(yè)。而狹義則是指是指以資源(Resource)、生產(chǎn)(Operation)和產(chǎn)品(Product)為主要內(nèi)容，基于軟件技術(shù)將產(chǎn)品、數(shù)據(jù)、組織方式串聯(lián)起來(lái)，也就是將現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)制造系統(tǒng)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)思維虛擬化以及仿真的生產(chǎn)方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，為了適應(yīng)更加現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造方式，數(shù)字化車間提供了產(chǎn)品生命周期中各個(gè)階段的功能，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組裝、質(zhì)量控制和誤差檢測(cè)等，從而能夠達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提供生產(chǎn)效率以及更加優(yōu)化的生產(chǎn)制造方式、縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率［6－7］。

2 數(shù)字化車間總體架構(gòu)

傳統(tǒng)的制造車間以手工管理為主，隨著生產(chǎn)任務(wù)提升、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)增大和客戶需求日益多樣化、生產(chǎn)管理日益復(fù)雜瑣碎，傳統(tǒng)的手工管理愈加捉襟見(jiàn)肘、無(wú)所適從。因此，本文提出系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集層、管理業(yè)務(wù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展現(xiàn)與發(fā)布層等三層構(gòu)成的數(shù)字化車間總體架構(gòu)。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能層次

本系統(tǒng)主要有六個(gè)子系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、呼叫子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)、模具管理子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理子系統(tǒng))、兩個(gè)平臺(tái)(生產(chǎn)監(jiān)管與信息發(fā)布平臺(tái))和公用引擎組成。

最底層是數(shù)據(jù)采集層，通過(guò)數(shù)字化的傳感器和自動(dòng)化系統(tǒng)，采集模具沖壓次數(shù)、機(jī)床工作次數(shù)與運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)及設(shè)備故障代碼等相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)沒(méi)有數(shù)字化傳感器和自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備，可由人工讀取計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)。沖壓次數(shù)是一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)既可以用于預(yù)測(cè)模具與設(shè)備的維護(hù)周期和壽命，又可以計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)量。各子系統(tǒng)、平臺(tái)及引擎之間的運(yùn)行關(guān)系如圖2。

圖2 系統(tǒng)、平臺(tái)及引擎之間的運(yùn)行關(guān)系

3 系統(tǒng)的主要功能

3．1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集通常有兩種解釋:一種是從數(shù)據(jù)源收集、識(shí)別和選取數(shù)據(jù)的過(guò)程。另一種是數(shù)字化、電子掃描系統(tǒng)的記錄過(guò)程以及內(nèi)容和屬性的編碼過(guò)程。

企業(yè)在面對(duì)復(fù)雜多變的生產(chǎn)車間環(huán)境時(shí)，生產(chǎn)任務(wù)具有來(lái)源復(fù)雜、動(dòng)態(tài)多變的特點(diǎn)，產(chǎn)品品種多、批量小、變化頻繁、車間生產(chǎn)管理工作十分煩瑣，于是對(duì)新的制造執(zhí)行系統(tǒng)提出了新的功能需求，其目標(biāo)是使車間的生產(chǎn)調(diào)度更加合理、使上層管理者能夠?qū)崟r(shí)掌握車間的宏觀情況。由此系統(tǒng)首先需要獲取底層設(shè)備層的數(shù)據(jù)，包括機(jī)床、工人、工件、生產(chǎn)進(jìn)度等實(shí)時(shí)信息，而后在此基礎(chǔ)上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴蠈庸芾硐到y(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行邏輯圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)運(yùn)行邏輯圖

3．2 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

企業(yè)通過(guò)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)能夠隨時(shí)了解生產(chǎn)情況，庫(kù)存存貨情況，自動(dòng)生成生產(chǎn)配料單，跟蹤整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，科學(xué)管理生產(chǎn)物料，同時(shí)還可以幫助企業(yè)管理者有效控制生產(chǎn)成本，及時(shí)了解產(chǎn)品產(chǎn)量及庫(kù)存的業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，避免庫(kù)存積壓，做到快速的市場(chǎng)反應(yīng)。其基本功能包括生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)排成、生產(chǎn)調(diào)度。其中，生產(chǎn)一般來(lái)源于ERP系統(tǒng)，也可從現(xiàn)有的Excel文件導(dǎo)入。生產(chǎn)排成包含指令號(hào)、產(chǎn)品號(hào)、產(chǎn)品數(shù)量、設(shè)備號(hào)、模具號(hào)、工人號(hào)、計(jì)劃完成時(shí)間等。調(diào)度是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)等，分析生產(chǎn)現(xiàn)狀，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)排成作調(diào)整。其運(yùn)行邏輯圖如如圖4所示。

圖4 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)運(yùn)行邏輯

3．3 網(wǎng)絡(luò)方案

為了能夠使上層管理層能夠監(jiān)控底層設(shè)備層，且能夠使數(shù)據(jù)及時(shí)的交互通信，需要建立整個(gè)數(shù)控機(jī)床的聯(lián)網(wǎng)。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展及制造自動(dòng)化的需要，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把與制造過(guò)程設(shè)備如數(shù)控機(jī)床等集成起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)制造車間設(shè)備的集中控制管理以及制造設(shè)備之間、制造設(shè)備與上層計(jì)算機(jī)之間、與其它車間，以及通過(guò)國(guó)際網(wǎng)與其它企業(yè)之間的信息交換［8］。因而，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的車間信息采集與共享方案如圖5所示。

圖5 采用移動(dòng)終端無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

3．4 與其他系統(tǒng)接口

數(shù)字化的車間管理系統(tǒng)主要是為實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)車間的全透明化、可視化遠(yuǎn)程管控能力為目標(biāo)。它既需要其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也可以為其他系統(tǒng)提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，這就需要與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換可以通過(guò)接口。此系統(tǒng)需要從其他系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)主要有:產(chǎn)品清單、生產(chǎn)計(jì)劃、人事數(shù)據(jù)、模具設(shè)計(jì)文檔壽命、保養(yǎng)規(guī)程、設(shè)備與模具運(yùn)維清單、備件清單。向其他系統(tǒng)能夠提供數(shù)據(jù)有產(chǎn)量、不合格品數(shù)量、生產(chǎn)工時(shí)、線邊庫(kù)存量、停機(jī)時(shí)間、生產(chǎn)效益以及事故率等。

4 系統(tǒng)目標(biāo)

本解決方案是根據(jù)實(shí)際需求，結(jié)合數(shù)字化車間最新發(fā)展成果基礎(chǔ)上編制的，其主要目標(biāo)是對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，即時(shí)做出調(diào)整和處理，具體體現(xiàn)在以下方面。

4．1 降低備件庫(kù)存

通過(guò)采集沖壓次數(shù)，能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)設(shè)備與模具保養(yǎng)周期，從而可以做到在不影響生產(chǎn)的情況下，備置最低的備件庫(kù)存。

4．2 降低設(shè)備停機(jī)率

及時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備故障狀況，故障能夠得到快速處理，降低停機(jī)時(shí)間。

4．3 提高產(chǎn)品質(zhì)量與合格率

由于設(shè)備，特別是模具能夠得到及時(shí)合理的保養(yǎng)，故障得到及時(shí)的修復(fù)，極大地降低了當(dāng)設(shè)備，特別是模具存在問(wèn)題時(shí)仍然繼續(xù)生產(chǎn)的概率，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。

4．4 提高管理水平

使得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)、遠(yuǎn)程地全透明化，從而使得管理者能夠準(zhǔn)確及時(shí)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位的管控。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化車間是工業(yè)化和信息化發(fā)展的必然產(chǎn)物，是新時(shí)期工業(yè)化進(jìn)程中科學(xué)技術(shù)推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展的良好切入點(diǎn)，數(shù)字化車間建設(shè)符合科學(xué)發(fā)展規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了沖壓車間產(chǎn)品生命周期中的制造、裝配、質(zhì)量控制和檢測(cè)等各個(gè)階段的功能，解決了工廠、車間和生產(chǎn)線以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到制造實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，降低了設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性、提高了生產(chǎn)效率，提升了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體水平。

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