面向航空零備件數(shù)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(wù)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(zhì)又高量的運營特點，建立覆蓋零備件制造全過程的數(shù)字化信息平臺，實現(xiàn)人、設(shè)備和數(shù)據(jù)之間的全方位協(xié)同，顯著提升業(yè)務(wù)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(shè)過程中，涉及的DNC、CAPP、MES等信息系統(tǒng)集成模式進行了分析探討。對類似制造行業(yè)關(guān)于零備件制造信息平臺建設(shè)具有借鑒和參考意義。

[關(guān)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(zhì)又高量的業(yè)務(wù)運營特征，基于該業(yè)務(wù)特征建立的零備件數(shù)字化制造信息平臺，不僅需要業(yè)務(wù)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(gòu)建與應(yīng)用，連接零備件制造過程中的核心要素：人、設(shè)備以及推動業(yè)務(wù)運營過程的數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)的利用與分析，提升制造業(yè)務(wù)流程的運行效率和資源的有效性，持續(xù)保障航空裝備零備件制造核心競爭力。DNC系統(tǒng)在零備件數(shù)字化制造信息平臺中，承擔(dān)著制造過程中MES、CAPP與生產(chǎn)現(xiàn)場的底層數(shù)控設(shè)備、加工中心之間的通信交互責(zé)任，是零備件數(shù)字化制造信息平臺與加工設(shè)備之間的橋梁。在一定的業(yè)務(wù)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(nèi)容。

1? ? ? 航空裝備零備件制造信息平臺框架

零備件數(shù)字化制造平臺主要包含CAPP（計算機輔助工藝規(guī)劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和DNC/MDC（分布式數(shù)控/制造數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)管理）三大子系統(tǒng)。

CAPP子系統(tǒng)從上游PLM系統(tǒng)接收零備件物料數(shù)據(jù)的新增或變更，確保設(shè)計物料的單一數(shù)據(jù)源。管理零備件制造工藝的結(jié)構(gòu)化編制和在線審簽，并與MES子系統(tǒng)集成，將工藝路線、工藝資源需求等信息推送給MES子系統(tǒng)。與DNC子系統(tǒng)集成，推送物料、下達(dá)NC編制任務(wù)。MES子系統(tǒng)接收ERP系統(tǒng)下達(dá)的制造訂單后，自動驅(qū)動工藝準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備、工時定額等生產(chǎn)準(zhǔn)備活動，然后基于訂單優(yōu)先級、資源匹配度等業(yè)務(wù)規(guī)則進行自動排產(chǎn)，生成工序級作業(yè)計劃，下達(dá)到各個工作中心，并與DNC子系統(tǒng)集成，通知對應(yīng)設(shè)備下載加工代碼?，F(xiàn)場作業(yè)人員和檢驗人員通過無紙化終端，接收作業(yè)指令、查詢工藝信息、反饋作業(yè)進度和檢驗結(jié)果、提交異常問題。調(diào)度和管理人員可通過系統(tǒng)實時掌控進度、質(zhì)量、資源使用等數(shù)據(jù)和信息。DNC子系統(tǒng)建立了面向零備件制造生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場現(xiàn)有數(shù)控加工設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，對設(shè)備基本運行狀態(tài)信息進行采集與展現(xiàn)，為優(yōu)化產(chǎn)能和后續(xù)的設(shè)備選型提供數(shù)據(jù)支撐。零備件數(shù)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(tǒng)的管理對象

基于上述航空零備件數(shù)字化制造信息平臺框架，零備件制造過程中的零備件設(shè)計信息統(tǒng)一納入PLM系統(tǒng)管控，包括創(chuàng)建與更改過程。工藝路線既是零備件設(shè)計與零備件制造之間的紐帶，也是指導(dǎo)零備件數(shù)字化制造的技術(shù)依據(jù)。以工藝路線為基礎(chǔ)，派生出的數(shù)控程序操作指導(dǎo)書，建立了工藝路線與NC程序之間的關(guān)聯(lián)。工藝路線、數(shù)控程序操作指導(dǎo)書、前置程序統(tǒng)一納入CAPP系統(tǒng)管控，包括設(shè)計、評審、發(fā)布與更改過程。DNC系統(tǒng)主要以產(chǎn)品樹、設(shè)備樹、文檔樹為組織形式，管控生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備、NC程序的評審、發(fā)布、更改以及NC程序編程任務(wù)的接收、執(zhí)行與派發(fā)過程，打通了零備件設(shè)計、零備件制造依據(jù)與生產(chǎn)現(xiàn)場加工制造的連接。MES系統(tǒng)通過管控零備件制造訂單的接收、生產(chǎn)準(zhǔn)備與執(zhí)行監(jiān)控過程，使得零備件數(shù)字化制造信息系統(tǒng)整體聯(lián)動，高效有序地服務(wù)于零備件數(shù)字化制造業(yè)務(wù)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(shù)字化制造信息平臺中，DNC與CAPP之間的集成內(nèi)容主要包括物料（主要指零備件制造過程中涉及的產(chǎn)品、零件、標(biāo)準(zhǔn)件等）、已發(fā)布工藝屬性、NC編制任務(wù)、已發(fā)布NC代碼屬性。

CAPP系統(tǒng)中工藝首次或因變更產(chǎn)生了新版工藝發(fā)布，一是將與該工藝關(guān)聯(lián)的物料信息推送至DNC系統(tǒng)的產(chǎn)品樹;二是通過讀取工藝中的設(shè)備組（即工作中心）信息，下發(fā)NC編制任務(wù)。CAPP系統(tǒng)向DNC系統(tǒng)推送的物料信息，既有物料設(shè)計屬性，也有與之關(guān)聯(lián)的工藝屬性（工藝編號、工藝版本、工序號、設(shè)備組）。NC編制任務(wù)的下發(fā)則是按照預(yù)先設(shè)置的規(guī)則（即明確需要編制NC代碼的設(shè)備組）判斷是否需要編制NC代碼，當(dāng)判斷結(jié)果為“是”時，CAPP系統(tǒng)向NC代碼編制負(fù)責(zé)人/角色下達(dá)編制任務(wù)。編制任務(wù)體現(xiàn)工藝編號、工序號，以便任務(wù)執(zhí)行人清楚任務(wù)來源。編制執(zhí)行人收到任務(wù)后，自行依據(jù)工藝內(nèi)容等信息，在CAPP系統(tǒng)編制、評審、發(fā)布操作指導(dǎo)書、前置程序。操作指導(dǎo)書、前置程序的編號規(guī)則為：工藝編號+工序號。

數(shù)控程序操作指導(dǎo)書、前置程序的驗證環(huán)節(jié)，NC編制任務(wù)執(zhí)行人將編制好的NC代碼提交至DNC系統(tǒng)產(chǎn)品樹的對應(yīng)物料節(jié)點進行評審，同時維護對應(yīng)屬性信息（例如：工藝編號、工藝版本、工序號、設(shè)備組），NC代碼在DNC系統(tǒng)發(fā)布時，觸發(fā)將發(fā)布狀態(tài)的NC代碼信息推送給CAPP系統(tǒng)。此時驗證環(huán)節(jié)執(zhí)行人在數(shù)控程序操作指導(dǎo)書中進行NC程序、子程序名稱與版本的選擇。

數(shù)控程序操作指導(dǎo)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(fā)布引起的變更，第二種是編制人員直接發(fā)起的變更。無論何種來源，均在CAPP系統(tǒng)中進行變更執(zhí)行。操作指導(dǎo)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(shù)字化制造信息平臺中，DNC與MES系統(tǒng)之間的集成內(nèi)容主要包括需數(shù)控加工制造的生產(chǎn)指令、NC程序、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備維護保養(yǎng)信息。

MES系統(tǒng)排產(chǎn)結(jié)束后，將需要數(shù)控加工制造任務(wù)號、物料圖號、物料版本、工藝編號、工藝版本、工序號、設(shè)備組（工作中心）、設(shè)備編號傳遞給DNC系統(tǒng)，DNC系統(tǒng)依據(jù)上述信息，將產(chǎn)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(shè)備組、設(shè)備編號）的NC程序指派給指定（設(shè)備類型、設(shè)備編號）的設(shè)備。操作者按照數(shù)控程序操作指導(dǎo)說明書中程序名、程序版本，將程序下載到設(shè)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(shè)備信息。

生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行的過程中，DNC系統(tǒng)獲取MES系統(tǒng)中設(shè)備當(dāng)前的生產(chǎn)任務(wù)，并在DNC系統(tǒng)的設(shè)備布局圖上顯示，而MES系統(tǒng)通過集成獲取DNC系統(tǒng)提供的設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備維護信息，不僅用于生產(chǎn)計劃排產(chǎn)，而且結(jié)合加工設(shè)備調(diào)用的加工代碼名稱和代碼內(nèi)部的描述信息，定位跟蹤生產(chǎn)項目進度，是對生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行情況的一個真實反饋。為全面掌控整個生產(chǎn)現(xiàn)場運作情況、異常問題處理、管理決策提供依據(jù)。

3? ? ? 結(jié)? ? 語

面向航空零備件數(shù)字化制造的信息平臺，以信息技術(shù)與制造業(yè)務(wù)深度融合為主線，將數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化技術(shù)應(yīng)用于航空零備件制造的關(guān)鍵過程。既為未來零備件制造的轉(zhuǎn)型升級奠定了基礎(chǔ)，也是走近智能制造的一次探索?；谶@一建設(shè)目標(biāo)，平臺建設(shè)過程中，尋求合理優(yōu)化的綜合建設(shè)思路，將涉及的軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等進行集成，使平臺建設(shè)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(guān)鍵所在。DNC系統(tǒng)與CAPP、MES系統(tǒng)的集成只是該平臺眾多集成中的一個代表，在實現(xiàn)集成的過程中，需要將信息技術(shù)、業(yè)務(wù)運營模式、信息系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)與信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)等進行充分整合優(yōu)化，使其在相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)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(yè)務(wù)的運營情況和趨勢，從而為航空零備件制造更加科學(xué)、高效的運營和管理提供指導(dǎo)。