基于機械智能制造的DNC與MES集成化系統(tǒng)模型實踐

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710089)

在數(shù)控設(shè)備功能優(yōu)化升級趨勢下，DNC的作用有所減緩，更多時候被作為與現(xiàn)場設(shè)備相互通信的技術(shù)性系統(tǒng)。而MES功能也無法在很大程度上滿足企業(yè)多元化需求。在此形勢下，實現(xiàn)集成化與網(wǎng)絡(luò)化則演變成了二者發(fā)展新趨勢。基于此，面向機械智能制造設(shè)計實踐了DNC與MES集成化系統(tǒng)模型。系統(tǒng)模型不僅可以有效發(fā)揮DNC核心功能，還囊括了二者各自優(yōu)勢，具備強有力的功能與擴展性[1]。

1 DNC與MES的關(guān)聯(lián)性分析

DNC系統(tǒng)主要應(yīng)用于過程控制層，核心功能即數(shù)控程序管理與生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸。MES系統(tǒng)主要應(yīng)用于制造執(zhí)行層，核心功能即車間生產(chǎn)計劃管理與生產(chǎn)資源管理，以及下達(dá)車間生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)調(diào)度與實時跟蹤。集成二者功能時，DNC系統(tǒng)主要發(fā)揮技術(shù)作用，以與底層設(shè)備相互銜接，而MES系統(tǒng)則與DNC系統(tǒng)數(shù)控程序管理功能有機結(jié)合，以此作為軟件管理系統(tǒng)，如此一來，在集成化系統(tǒng)中，MES系統(tǒng)便可基于DNC與現(xiàn)場設(shè)備之間相互通信[2]。

2 集成化系統(tǒng)模型功能模塊

基于MES系統(tǒng)與DNC系統(tǒng)功能模塊設(shè)計，集成化系統(tǒng)模型功能模塊[3]具體如圖1所示。

根據(jù)DNC與MES系統(tǒng)功能，集成化系統(tǒng)模型功能模塊主要劃分為兩部分，其中DNC的作用是采集系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備信息、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)控程序管理；MES的作用是下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)控生產(chǎn)狀況、管理生產(chǎn)資源與產(chǎn)品質(zhì)量、查詢歷史信息。

圖1 系統(tǒng)模型功能模塊

3 集成化系統(tǒng)模型業(yè)務(wù)

3.1 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

集成化系統(tǒng)模型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換流程[4]具體如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)信息交換流程

業(yè)務(wù)計劃層選用ERP軟件加以實現(xiàn)，基于數(shù)據(jù)接口與集成化系統(tǒng)模型相互銜接，二者通過來料信息、生產(chǎn)計劃、工藝信息等傳輸數(shù)據(jù)。在業(yè)務(wù)計劃層尚未部署管理軟件的時候，其可以手動錄入或者文件導(dǎo)入方式傳送數(shù)據(jù)于集成化系統(tǒng)模型。集成化系統(tǒng)模型涵蓋了DNC、MES、設(shè)備間的數(shù)據(jù)實時交換，以設(shè)備過程生產(chǎn)規(guī)則、操作指令、響應(yīng)、設(shè)備過程數(shù)據(jù)為載體實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 業(yè)務(wù)信息流

集成化系統(tǒng)模型業(yè)務(wù)信息流[5]具體如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)信息流

業(yè)務(wù)計劃層表征企業(yè)管理ERP系統(tǒng)，作用是向集成化系統(tǒng)模型傳輸產(chǎn)品訂單信息與已錄入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，并接收系統(tǒng)模型實時反饋的產(chǎn)品質(zhì)量信息。而且業(yè)務(wù)計劃層可在不存在上層集成化系統(tǒng)模型時，直接代表用戶。過程控制層表征底層生產(chǎn)設(shè)備與智能終端，基于系統(tǒng)模型DNC的狀態(tài)信息采集與數(shù)據(jù)傳輸模塊，與系統(tǒng)模型功能模塊交換信息。

3.3 MES功能業(yè)務(wù)信息流模型

3.3.1 倉庫管理

倉庫管理功能劃分為兩個子功能，即原料與成品管理。其中，原料管理通過業(yè)務(wù)計劃層獲取有效信息，其作用于生產(chǎn)管理功能的排產(chǎn)與調(diào)度功能。成品管理基于生產(chǎn)管理功能獲得生產(chǎn)結(jié)果相關(guān)信息，將其實時反饋于業(yè)務(wù)計劃層。

3.3.2 文檔管理

文檔管理功能劃分為多個子功能，即產(chǎn)品、工藝、人員信息、檢測報告等生產(chǎn)過程所需要的數(shù)據(jù)檔案。其中部分通過業(yè)務(wù)計劃層獲取，同時在生產(chǎn)管理與質(zhì)量管理功能中發(fā)揮排產(chǎn)調(diào)度與質(zhì)量檢測評估根據(jù)。而其他則基于品質(zhì)管理與生產(chǎn)管理功能獲取，以此反饋于業(yè)務(wù)計劃層，打印成報告或單據(jù)，加以保存，以留日后查詢。

3.3.3 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理功能劃分為兩個子功能，即調(diào)度與跟蹤。其中，調(diào)度功能可收取訂單與生產(chǎn)計劃相關(guān)信息，并調(diào)取文檔管理、設(shè)備管理、倉庫管理的車間生產(chǎn)資源信息，加以調(diào)度，然后發(fā)揮DNC功能面向生產(chǎn)現(xiàn)場輸出指令與數(shù)控程序。在生產(chǎn)時，調(diào)度功能可接收DNC實時反饋的現(xiàn)場實際生產(chǎn)狀況，據(jù)此進(jìn)行生產(chǎn)計劃合理調(diào)整，同時為生產(chǎn)跟蹤傳送生產(chǎn)狀態(tài)信息。用戶基于生產(chǎn)跟蹤可查詢產(chǎn)品生產(chǎn)具體進(jìn)度與現(xiàn)狀。

3.3.4 品質(zhì)管理

以信息采集功能獲取產(chǎn)品質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)信息，就工藝信息進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量評估，同時統(tǒng)計分析結(jié)果，切實返回于業(yè)務(wù)計劃層與關(guān)聯(lián)性功能模塊。

3.3.5 設(shè)備管理

通過業(yè)務(wù)計劃層獲取車間現(xiàn)場設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，基于信息采集功能了解設(shè)備實時狀態(tài)，以此作用于排產(chǎn)調(diào)度與設(shè)備維護(hù)計劃。

3.3.6 在線監(jiān)控

基于信息采集充分了解車間設(shè)備具體形態(tài)，在集成化處理之后，以圖表或者文字形式呈現(xiàn)于用戶界面，生動全面地反應(yīng)車間實時生產(chǎn)狀態(tài)。并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，發(fā)出告警信號。

3.3.7 歷史查詢

歷史生產(chǎn)信息根源在于生產(chǎn)管理功能，各個批次零部件加工結(jié)束之后，相應(yīng)信息都會基于其中的生產(chǎn)跟蹤功能，全面詳細(xì)記錄于數(shù)據(jù)庫歷史生產(chǎn)信息表。除歷史信息查詢之外，還可就具體信息統(tǒng)計分析員工工作量與生產(chǎn)計劃完成狀況[6]。

3.4 DNC功能業(yè)務(wù)信息流模型

3.4.1 數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)通信功能劃分為兩個環(huán)節(jié)，即采集信息與下達(dá)指令。其中，下達(dá)指令是通過MES設(shè)備信息選擇相應(yīng)通信協(xié)議，面向設(shè)備傳輸控制指令碼，信息采集功能接收回復(fù)碼，在處理之后，面向MES傳送通信結(jié)果。

3.4.2 數(shù)控程序

數(shù)控程序管理功能需基于數(shù)據(jù)傳輸，共同合作實現(xiàn)數(shù)控程序傳輸，通過MES設(shè)備與數(shù)控程序相關(guān)信息，以相同通信協(xié)議與程序文件為載體，傳輸文件[7]。

4 DNC與MES數(shù)據(jù)交換模式

基于數(shù)據(jù)層集成化模式完成DNC與MES數(shù)據(jù)交換，二者通信流程具體為：基于數(shù)據(jù)庫面向DNC功能設(shè)計通信請求表與結(jié)果表；通過客戶端調(diào)取MES服務(wù)開展業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)庫請求表中詳細(xì)錄入通信數(shù)據(jù)信息；以客戶端為載體調(diào)取DNC服務(wù)，從請求表中查詢相應(yīng)記錄，據(jù)此實現(xiàn)與過程控制層之間實時通信，并在結(jié)果表中錄入通信結(jié)果；基于客戶端調(diào)取MES服務(wù)，查詢結(jié)果表的具體記錄，在數(shù)據(jù)分析處理之后，及時返回界面加以展示[8]。

5 系統(tǒng)模型實現(xiàn)

5.1 現(xiàn)場加工

構(gòu)建數(shù)控機床、在線機器人、檢測設(shè)施相互協(xié)調(diào)運作的精密軸零部件智能化生產(chǎn)檢測線。DNC與MES集成化系統(tǒng)模型基于精密軸零部件加工業(yè)務(wù)流程構(gòu)建，并結(jié)合生產(chǎn)檢測線規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，其具體加工流程[9]如圖4所示。

以運輸帶為載體將原料運輸與作業(yè)范圍，機械臂夾取運輸帶前端零部件，面向數(shù)控車床給料，通過數(shù)控車床加工零部件，然后利用機器人向檢測設(shè)施傳輸成品，成品合格則再安排機器人運送于成品區(qū)域，不合格產(chǎn)品則儲存于不良品區(qū)域，等待反復(fù)檢測，以評估是否需要重新加工。

5.2 應(yīng)用軟件

DNC與MES集成化系統(tǒng)模型軟件包含兩個部分，即服務(wù)器與客戶端程度?？蛻舳顺潭葎澐譃閮蓚€類型，即車間智能終端；辦公室電腦設(shè)備。在生產(chǎn)過程中，軟件具體運行流程[10]如圖5所示。

圖4 加工流程

圖5 軟件運行流程

生產(chǎn)訂單與計劃通過上層系統(tǒng)或者手動錄入系統(tǒng)軟件，基于生產(chǎn)調(diào)度生成工單，傳送于生產(chǎn)車間，車間根據(jù)工單開始著手準(zhǔn)備生產(chǎn)，軟件則利用網(wǎng)絡(luò)面向設(shè)備傳達(dá)控制指令并傳輸數(shù)控程序，然后設(shè)備快速啟動進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)模型軟件持續(xù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并將其應(yīng)用于品質(zhì)管理與生產(chǎn)調(diào)度的實時反饋。

5.2.1 車 間

在集成化系統(tǒng)模型中，工單分別對應(yīng)各批次零部件生產(chǎn)，業(yè)務(wù)計劃層為系統(tǒng)模型傳輸訂單與生產(chǎn)計劃相關(guān)信息，通過生產(chǎn)調(diào)度生成打印工單，傳送給車間工人。工人可利用掃描槍進(jìn)行工單條形碼掃描，將其中信息基于車間客戶端傳輸于服務(wù)器，以此明確定位工單，如此用戶便可以工單號實時跟蹤零部件整個生產(chǎn)過程。此外，客戶端在獲取信息之后，會給系統(tǒng)下達(dá)指令，以啟動所需生產(chǎn)設(shè)備。

5.2.2 辦公室

辦公室客戶端主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)模型所有信息的管理、記錄、查詢與生產(chǎn)狀況實時監(jiān)控等，具備倉庫管理、生產(chǎn)計劃與設(shè)備管理、工單傳達(dá)、數(shù)控程序管理、在線實時監(jiān)控等多元化功能。

6 結(jié) 論

總之，通過DNC技術(shù)與MES應(yīng)用軟件集成化開發(fā)，有機結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)制造執(zhí)行層與過程控制層，以有效提升系統(tǒng)實施效率與水平，優(yōu)化上級層人員對于車間資源與生產(chǎn)管理，節(jié)約系統(tǒng)部署與生產(chǎn)管理成本。同時詳細(xì)設(shè)計系統(tǒng)功能模塊業(yè)務(wù)流程與數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)功能模塊間數(shù)據(jù)交換。基于系統(tǒng)模型軟件運行測試，表明此系統(tǒng)融合了DNC與MES的優(yōu)勢，可快速準(zhǔn)確部署于生產(chǎn)企業(yè)，以此實現(xiàn)機械智能制造，同時為后續(xù)優(yōu)化升級奠定堅實基礎(chǔ)，且測試結(jié)果與預(yù)期要求明確相符。