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(shí)代的最前列,同時(shí)它也為航空制造的發(fā)展帶來了生機(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)了100%的柔性化生產(chǎn)。“全數(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(yàn),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(gè)更高效、更精準(zhǔn)、更環(huán)保的境界。以下結(jié)合該實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控

建立機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)及設(shè)備使用情況分析。采集實(shí)作工時(shí),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(shí)細(xì)化管理考核。全面跟蹤管理現(xiàn)場刀、量、夾等器具實(shí)物,實(shí)現(xiàn)各類物資從購入到報(bào)廢的全壽命周期管理。依據(jù)工作隊(duì)列和實(shí)時(shí)工序狀態(tài),按配餐方式提前做好生產(chǎn)準(zhǔn)備,消除停機(jī)等待,實(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng),為使計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(gè)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(jī)的品質(zhì)最終要經(jīng)過質(zhì)量保證體系的考驗(yàn)。因此對于主機(jī)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(gè)質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn),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(gè)階段的問題流入到下一個(gè)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(xiàng),一個(gè)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(jì)、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(jì)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(jì)和生產(chǎn)經(jīng)營信息(包括生產(chǎn)計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)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(gè)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(diǎn)

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(jì)(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(shí)現(xiàn)的。數(shù)字化設(shè)計(jì)是指飛機(jī)設(shè)計(jì)部門,采用三維實(shí)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(jì)。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(jì),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(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)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(xiàng)使能技術(shù)的成功應(yīng)用基礎(chǔ)上,采用實(shí)體加工編程技術(shù)進(jìn)行數(shù)控程序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序設(shè)計(jì)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(shí)間,充分發(fā)揮了高速機(jī)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(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計(jì)、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(jiān)實(shí)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(jì)劃、單元加工作業(yè)計(jì)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(yùn)行來實(shí)現(xiàn)的,實(shí)現(xiàn)了車間生產(chǎn)活動中的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物料需求計(jì)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(jì)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(jì)劃、手工統(tǒng)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)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(jì)算機(jī)自動統(tǒng)計(jì)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(jì)劃服從調(diào)度的傳統(tǒng)模式向以計(jì)劃為主、調(diào)度服從并執(zhí)行計(jì)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(jì)劃需要4~7天時(shí)間,現(xiàn)在通過計(jì)算機(jī)生成車間月計(jì)劃僅需1天時(shí)間,生產(chǎn)計(jì)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(jì)劃,可自動生成相應(yīng)的制造資源配送計(jì)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(shí)刻將制造資源送至加工機(jī)床旁,減少了數(shù)控機(jī)床因等待而出現(xiàn)的無謂停工時(shí)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(xiàng)經(jīng)營管理指標(biāo)(如零件交付與配套情況、產(chǎn)品工時(shí)交付情況、個(gè)人工時(shí)完成量和定額完成率等數(shù)據(jù))均能通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)產(chǎn)生,管理人員的工作重點(diǎn)由過去的忙于手工抄寫統(tǒng)計(jì)各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到對計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的各種報(bào)表數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)行分析,及時(shí)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(jì)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(gè)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(jì)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(shí),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(jì)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(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(jì)文檔的管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享和設(shè)計(jì)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(jì)制造信息化系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和數(shù)據(jù)管理。同時(shí),設(shè)備數(shù)控化工作進(jìn)一步加強(qiáng),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(jì)開發(fā)都已應(yīng)用CAD系統(tǒng),同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)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(qiáng)。CAM的應(yīng)用普及到生產(chǎn)加工制造的各個(gè)領(lǐng)域,在公司全面運(yùn)用,使大量設(shè)備編程實(shí)現(xiàn)了自動化。CAE分析在公司的重點(diǎn)型號中也開始應(yīng)用。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造數(shù)字化應(yīng)用領(lǐng)域,與各主機(jī)廠或科研院所協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造,將設(shè)計(jì)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(shí)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(cái)務(wù)和技術(shù)等管理帶來了極大方便,各項(xiàng)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(shí)現(xiàn)CAD、CAPP和CAM三個(gè)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(jì)劃)和MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))等系統(tǒng)。同時(shí),生產(chǎn)現(xiàn)場缺乏計(jì)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(shí)。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(shí),沒有建立質(zhì)量信息管理平臺,車間缺乏成本、財(cái)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(jì),目前因程序估計(jì)錯(cuò)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(yàn)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(yùn)而生:開發(fā)面向數(shù)控銑削過程的動力學(xué)仿真軟件,實(shí)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(shí)間仿真上忽略了機(jī)床在運(yùn)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(shí)間與現(xiàn)場實(shí)際加工時(shí)間差異很大。因此開發(fā)加工時(shí)間精確仿真系統(tǒng),為工時(shí)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(shí)施制造數(shù)字化、信息化是一項(xiàng)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(shí)間跨度大,需要?jiǎng)訂T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(shí)施,循序漸進(jìn),力求實(shí)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(cái)、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(shí),應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)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(duì)伍。

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