王百靈，敬石開(kāi)，張 浩，周競(jìng)濤

(北京神舟航天軟件技術(shù)有限公司，北京 100094)

航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)模式的研究

王百靈，敬石開(kāi)，張 浩，周競(jìng)濤

(北京神舟航天軟件技術(shù)有限公司，北京 100094)

為促進(jìn)航天企業(yè)全面質(zhì)量管理和精益化生產(chǎn)制造，以航天制造企業(yè)業(yè)務(wù)需求為牽引，在航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)模式，通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、環(huán)境感知、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和信息集成的方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息及時(shí)傳遞和閉環(huán)管理，為企業(yè)決策提供全面、準(zhǔn)確的信息支持。

工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施；聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集；集成應(yīng)用

航天產(chǎn)品研制企業(yè)多年來(lái)逐漸引入了多種數(shù)字化設(shè)備、設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)，如產(chǎn)品檢測(cè)設(shè)備以及專用型控制系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)加工和檢測(cè)設(shè)備、數(shù)控車床等工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備，使得航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的單項(xiàng)專業(yè)數(shù)字化水平不斷提高，對(duì)企業(yè)科研生產(chǎn)能力的提升起到了至關(guān)重要的作用。但是，由于受到工業(yè)基礎(chǔ)條件的限制，整體的聯(lián)網(wǎng)能力、信息與操作指令的上傳下達(dá)和生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集等能力受到很大的限制，嚴(yán)重制約科研生產(chǎn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系的數(shù)字化和智能化水平。因此，迫切需要解決航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的聯(lián)網(wǎng)模式與集成應(yīng)用問(wèn)題，以便更好地采集、處理、統(tǒng)計(jì)和分析利用航天產(chǎn)品的海量生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)航天生產(chǎn)全面質(zhì)量管理，提升航天企業(yè)精細(xì)化的成本控制能力，提高航天企業(yè)的綜合決策分析能力。

1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開(kāi)始運(yùn)用數(shù)字化集成制造模式。20世紀(jì)90年代末期，美國(guó)AspenTech公司率先提出了“智能化工廠”(Planteligence)概念及解決方案，并已在BP、Shel等公司實(shí)施。隨后Honeywel公司也提出了一體化業(yè)務(wù)解決方案(Business Flex)并在Exxon-Mobil、LG-CALTEX等公司實(shí)施。Emerson、Invensys等公司也相繼推出數(shù)字工廠、智能工廠、智能企業(yè)等方案，在汽車、航空航天、能源、制藥、裝備、電子電器、機(jī)器人等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)正在逐漸成為歐美國(guó)家進(jìn)一步提升制造質(zhì)量和科研能力的價(jià)值聚點(diǎn)，推動(dòng)著制造業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化向智能化方向發(fā)展。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)正在加速朝著以計(jì)算機(jī)控制為主，以定制化、智能化、柔性化和集成化為特征的自動(dòng)化生產(chǎn)方向發(fā)展。

我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的智能設(shè)備越來(lái)越多，但一直以來(lái)，由于過(guò)于注重工業(yè)設(shè)備的穩(wěn)定性和功能點(diǎn)，而忽略了在信息集成方面的應(yīng)用，聯(lián)網(wǎng)控制也大多采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式。但隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的應(yīng)用，特別是近年來(lái)MES和ERP系統(tǒng)在制造工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)設(shè)備與信息網(wǎng)的集成提出了很多要求，基于工業(yè)設(shè)備與軟件系統(tǒng)集成聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化制造已成為我國(guó)制造工業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)的一些傳統(tǒng)制造企業(yè)如三一重工、柳工集團(tuán)、徐工集團(tuán)、小巨人、一汽大眾等均已成功應(yīng)用基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化生產(chǎn)模式，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

近年來(lái)，大多數(shù)航天企業(yè)紛紛引進(jìn)了數(shù)字化工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和信息化基礎(chǔ)設(shè)施。少數(shù)企業(yè)已經(jīng)逐步開(kāi)展了車間內(nèi)部數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)工作。目前，實(shí)施工業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)還面臨著諸多困難：(1) 工業(yè)設(shè)備種類多、接口各異，形成統(tǒng)一連接方案難度大；(2)基于工業(yè)設(shè)備互聯(lián)業(yè)務(wù)的應(yīng)用水平比較低；(3) 軍工企業(yè)較高的保密要求對(duì)工業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)提出很高的技術(shù)要求。同時(shí)，異構(gòu)性是企業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成必須面臨的首要問(wèn)題，主要表現(xiàn)在異構(gòu)數(shù)據(jù)源和存儲(chǔ)地點(diǎn)的異構(gòu)。異構(gòu)數(shù)據(jù)源是指數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式不同、數(shù)據(jù)類型不同等；存儲(chǔ)地點(diǎn)的異構(gòu)是指不同主機(jī)、不同操作系統(tǒng)、不同網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)之間的差別，這種異構(gòu)數(shù)據(jù)源的集成重點(diǎn)在通信處理方式上[1-2]。傳統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)整合通常是通過(guò)遠(yuǎn)端過(guò)程調(diào)用(Remote Proceduce Call)及共享數(shù)據(jù)文件(Shared Data Files)或數(shù)據(jù)庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)，這些方式在效率、完整性和系統(tǒng)維護(hù)上的表現(xiàn)并不理想[3-4]。所以，需要從頂層規(guī)劃角度出發(fā)，研究實(shí)現(xiàn)航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的聯(lián)網(wǎng)模式。

2 航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1總體架構(gòu)

航天工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與信息化基礎(chǔ)設(shè)施融合的載體是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)(車間)，融合的核心是實(shí)現(xiàn)人、作業(yè)、設(shè)備、產(chǎn)品、環(huán)境、信息的連接，即車間生產(chǎn)工位上人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素的集成，融合的主要內(nèi)容體現(xiàn)在4個(gè)層面：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)

設(shè)備層包括部署在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)(車間)的各種工藝設(shè)備及設(shè)備的布局、組織方式；網(wǎng)絡(luò)層是部署在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)種類和不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接方式；數(shù)據(jù)層包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集到的人員標(biāo)識(shí)、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)品流轉(zhuǎn)、生產(chǎn)作業(yè)、質(zhì)量檢驗(yàn)等過(guò)程數(shù)據(jù)；應(yīng)用層包括融合實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量精細(xì)化管理的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用。

其中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵，業(yè)務(wù)應(yīng)用是目標(biāo)。通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備、人員、產(chǎn)品、作業(yè)任務(wù)、過(guò)程等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，為過(guò)程控制、質(zhì)量控制、車間管理等提供實(shí)時(shí)、有效、完整的數(shù)據(jù)，為精細(xì)化管理、精益制造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)物流、信息流、資金流管理完備的數(shù)據(jù)化車間的目標(biāo)。

2.2設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)方案

航天企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)有以下幾種方式：

a.串口通訊(RS-232協(xié)議)。

一般數(shù)控系統(tǒng)都配置有RS-232串口，因此只要數(shù)控系統(tǒng)具有宏B變量輸出功能，即可實(shí)現(xiàn)信息采集。這種方式無(wú)需數(shù)控機(jī)床增加任何硬件和修改PLC，只要配置串口轉(zhuǎn)換模塊即可。其優(yōu)點(diǎn)是聯(lián)網(wǎng)成本低，缺點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)的種類和數(shù)量受數(shù)控系統(tǒng)類型不同的限制。

b.以太網(wǎng)通訊(TCP/IP協(xié)議)。

隨著技術(shù)的發(fā)展，新購(gòu)置的數(shù)控設(shè)備一般都配置了以太網(wǎng)模塊，能夠采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)更加豐富。目前各主要數(shù)控系統(tǒng)廠商，如FANUC、西門子、HEIDENHAIN、MAZAK等均配備了以太網(wǎng)接口，并提供了與其他系統(tǒng)集成的接口，新數(shù)控設(shè)備均可采用此種方案實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

c.總線模式(PLC控制)。

采用PLC控制的設(shè)備和系統(tǒng)接入設(shè)備網(wǎng)時(shí)，需要專用的通訊協(xié)議和專用的硬件，且需要修改數(shù)控系統(tǒng)的PLC，建立專用協(xié)議下的通訊總線，通過(guò)組態(tài)軟件采集到設(shè)備的狀態(tài)。目前，已有通用的協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)該類設(shè)備或系統(tǒng)接入設(shè)備網(wǎng)。

d.配置數(shù)據(jù)采集卡(I/O數(shù)據(jù)采集卡)。

對(duì)無(wú)串口、無(wú)以太網(wǎng)接口的生產(chǎn)設(shè)備，需要根據(jù)采集的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行改造，配置專用傳感器和I/O數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡接入設(shè)備網(wǎng)。數(shù)據(jù)采集卡分為開(kāi)關(guān)量、數(shù)據(jù)量、混合型3種，可以采集到的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)有上電、斷電，程序加工開(kāi)始、加工結(jié)束，機(jī)床故障，主軸功率等。

e.自帶工控計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)(數(shù)據(jù)文件)。專用的測(cè)試設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線都自帶計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)，并具備數(shù)據(jù)采集功能和數(shù)據(jù)庫(kù)，采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和工況數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在現(xiàn)場(chǎng)顯示終端上顯示。

2.3數(shù)據(jù)管理方案

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要采集的數(shù)據(jù)種類包括人員信息、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品對(duì)象數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)示意圖

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集是在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)部署數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(Manufacturing Data Collection & Status Management,MDC)實(shí)現(xiàn)的。MDC系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和設(shè)備監(jiān)控模塊。按照航天企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，數(shù)據(jù)采集模塊部署在設(shè)備網(wǎng)，設(shè)備監(jiān)控模塊與MES系統(tǒng)一起部署在管理網(wǎng)。對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用，如過(guò)程質(zhì)量和穩(wěn)定性實(shí)時(shí)監(jiān)控(SPC、CPK)等功能，如果通過(guò)網(wǎng)閘數(shù)據(jù)同步的方式不能滿足需求時(shí)，可以直接將其部署在設(shè)備網(wǎng)中的MDC服務(wù)器上。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)MDC采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并及時(shí)同步到管理網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的主數(shù)據(jù)庫(kù)中。現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)在設(shè)備網(wǎng)上只保留一段時(shí)間。

2.3.1數(shù)據(jù)采集

MDC系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的軟硬件技術(shù)對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)、客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，通過(guò)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的透明化管理。針對(duì)設(shè)備類型和接入網(wǎng)絡(luò)方式的不同，MDC系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)類型和數(shù)量也不同，采集的數(shù)據(jù)種類包括設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、完工數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。

MDC采集的數(shù)據(jù)來(lái)源包括：(1)紙質(zhì)表格；(2)專用工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集儀；(3)數(shù)控設(shè)備控制器；(4)網(wǎng)絡(luò)上的終端PC(觸摸式和非觸摸式)；(5)條碼輸入終端；(6)設(shè)備端的工控機(jī)界面；(7)PLCs；(8) NC宏指令；(9)無(wú)線PDA/PPC終端；(10)SPC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入；(11)在線檢測(cè)終端等。

2.3.2數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是對(duì)所有從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理的服務(wù)器軟硬件系統(tǒng)，為MES、TDM、PDM和ERP業(yè)務(wù)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析、生產(chǎn)成本與效率分析等提供基礎(chǔ)、實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)中心對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的方式有3種：傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和大數(shù)據(jù)架構(gòu)下的管理方案。

這3種數(shù)據(jù)管理方式中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫速度要比關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)快幾百倍，同時(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)壓縮功能極大地減少了數(shù)據(jù)所占用的存儲(chǔ)空間；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)恢復(fù)功能以消耗系統(tǒng)資源和犧牲系統(tǒng)性能為代價(jià)；大數(shù)據(jù)管理模式主要用于數(shù)據(jù)體量在PE級(jí)別以上、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)量成倍增長(zhǎng)的情況，由于采用分布式處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，故而讀寫速度快但磁盤占用率比較高，而且系統(tǒng)架構(gòu)不太成熟，性能不夠穩(wěn)定。

離散型制造企業(yè)，生產(chǎn)方式一般為單件小批量生產(chǎn)模式，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類繁雜，數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性要求不高，采集頻率低、數(shù)據(jù)量小，一般情況下采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)就可以滿足需要。但鑒于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程狀態(tài)監(jiān)控、對(duì)大數(shù)據(jù)的支持上有其獨(dú)特的性能，考慮到某些電子元器件等企業(yè)的生產(chǎn)方式為流程型自動(dòng)化生產(chǎn)線的批產(chǎn)模式，以及企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)管理的需求，在有條件的情況下也可以采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和大數(shù)據(jù)架構(gòu)的方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

雖然實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有著很多的不同，但是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)集成應(yīng)用的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。目前，大多數(shù)企業(yè)均利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建監(jiān)控中心及數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)并處理生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，二者配合可以同時(shí)滿足流程控制和業(yè)務(wù)管理的需求，真正成為管理控制一體化的平臺(tái)。

另外，數(shù)據(jù)中心容災(zāi)方案的設(shè)計(jì)和建設(shè)是必不可少的。災(zāi)難恢復(fù)方案需要滿足航天企業(yè)數(shù)據(jù)中心對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的嚴(yán)格保護(hù)要求，保證即使發(fā)生斷電、火災(zāi)等嚴(yán)重災(zāi)難時(shí)，航天企業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)的有關(guān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)不會(huì)丟失和缺損，確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在主中心和備份中心同步更新，保證數(shù)據(jù)的完整性。

3 集成應(yīng)用方案

航天工業(yè)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)網(wǎng)集成應(yīng)用的基礎(chǔ)是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，數(shù)據(jù)、流程、系統(tǒng)的集成應(yīng)用是融合的核心，數(shù)據(jù)貫通、流程閉環(huán)、管理精細(xì)化和敏捷化是融合的成效。通過(guò)集成應(yīng)用，才能使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素集成，為企業(yè)管理者、業(yè)務(wù)管理人員、質(zhì)量管理人員、車間管理人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供實(shí)時(shí)、有效、準(zhǔn)確的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，為企業(yè)決策者提供科學(xué)決策的依據(jù)。

從業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成的角度考察集成應(yīng)用的總體架構(gòu)，主要體現(xiàn)在3個(gè)層面：數(shù)據(jù)采集層、現(xiàn)場(chǎng)管理層、企業(yè)應(yīng)用層，融合的功能主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的貫通、流程的集成、功能的提升。業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成應(yīng)用架構(gòu)

3.1集成架構(gòu)

數(shù)據(jù)采集層主要完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)加工工位設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、工藝控制參數(shù)、工序檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)等的采集，以及產(chǎn)成品實(shí)驗(yàn)與測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和匯總。完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)主要包括DNC/CNC系統(tǒng)、MDC系統(tǒng)以及TDM系統(tǒng)等。其中，DNC系統(tǒng)和TDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集功能，可以在MDC系統(tǒng)總框架下實(shí)現(xiàn)集成，集成后的MDC系統(tǒng)只負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)與管理網(wǎng)中數(shù)據(jù)中心的同步。

現(xiàn)場(chǎng)管理層主要完成生產(chǎn)、測(cè)試和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人、設(shè)備、物料、規(guī)程、質(zhì)量的管理，包括作業(yè)計(jì)劃、派工、生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控、工藝規(guī)程和實(shí)驗(yàn)規(guī)程管理、物料管理等。現(xiàn)場(chǎng)管理層涉及的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要包括MES系統(tǒng)、TDM系統(tǒng)等，二者需要與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MDC緊密集成，實(shí)現(xiàn)任務(wù)指令的下發(fā)，MDC系統(tǒng)需要提交采集的數(shù)據(jù)和完工信息給MES和TDM系統(tǒng)，MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的管理，TDM系統(tǒng)負(fù)責(zé)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理。MES、TDM與MDC系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的閉環(huán)管理，構(gòu)成了企業(yè)集成應(yīng)用的基礎(chǔ)。

企業(yè)應(yīng)用層主要包括產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的定義(PDM)、產(chǎn)品制造資源規(guī)劃(ERP)、產(chǎn)品全過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控與管理(QM)等核心業(yè)務(wù)。PDM系統(tǒng)完成型號(hào)產(chǎn)品的數(shù)字化定義，并以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方式傳遞物料BOM、工時(shí)定額到ERP；ERP系統(tǒng)包括主生產(chǎn)計(jì)劃及制造資源規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)將生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到車間MES系統(tǒng)；MES系統(tǒng)生成車間作業(yè)計(jì)劃，并完成作業(yè)派工、過(guò)程監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)管理等工作。TDM系統(tǒng)接受計(jì)劃管理系統(tǒng)下達(dá)的測(cè)試與實(shí)驗(yàn)任務(wù)，接受PDM系統(tǒng)傳遞的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，制定并下達(dá)產(chǎn)品的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃到測(cè)試和實(shí)驗(yàn)工位。過(guò)程質(zhì)量管理系統(tǒng)(QM)全面把控設(shè)計(jì)過(guò)程(PDM)、生產(chǎn)制造過(guò)程(MES)的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，把關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)的質(zhì)量要求與MDC現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并以實(shí)物樣機(jī)的方式組織，最終形成產(chǎn)品交付質(zhì)量數(shù)據(jù)包。

業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成可以采用COM接口，通過(guò)DLL調(diào)用、XML文件交換、數(shù)據(jù)庫(kù)共享表空間、WebSeivce中間服務(wù)等方式實(shí)現(xiàn)集成。

3.2應(yīng)用方案

通過(guò)對(duì)航天工業(yè)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與信息化基礎(chǔ)設(shè)施的融合，最終完成與企業(yè)相關(guān)人員的業(yè)務(wù)應(yīng)用融合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)(工位、車間、實(shí)驗(yàn)室)級(jí)應(yīng)用和企業(yè)級(jí)管理應(yīng)用的目標(biāo)。從生產(chǎn)車間人員、業(yè)務(wù)管理人員和企業(yè)決策者3個(gè)層面，對(duì)集成應(yīng)用模式下的設(shè)備、生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量、人員與產(chǎn)品等核心要素進(jìn)行實(shí)時(shí)管控與綜合分析。

a.設(shè)備在線管理。

基于設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的MDC系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備、環(huán)境的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，為制造執(zhí)行系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的自動(dòng)反饋，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的透明化管理。MDC系統(tǒng)是數(shù)控設(shè)備管理系統(tǒng)DNC/CNC系統(tǒng)的擴(kuò)展，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的非數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)和測(cè)試場(chǎng)地的專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試系統(tǒng)等都由MDC系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集。

b.可視化生產(chǎn)管理。

基于航天工業(yè)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與信息化基礎(chǔ)設(shè)施的融合，實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)延伸至車間工位，并且及時(shí)采集與展示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線可視化生產(chǎn)。

c.生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)管控。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)視頻采集系統(tǒng)與MDC系統(tǒng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)屏幕展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的人員、設(shè)備、物料、產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便優(yōu)化提高各業(yè)務(wù)層和管理層的業(yè)務(wù)流程。

d.生產(chǎn)精細(xì)化管理。

(1)生產(chǎn)質(zhì)量在線管理。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品信息的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心與質(zhì)量管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成應(yīng)用。(2)試驗(yàn)數(shù)據(jù)在線管理。通過(guò)航天工業(yè)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與信息化管理設(shè)施的融合，實(shí)現(xiàn)了TDM試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供在線試驗(yàn)任務(wù)管理、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)實(shí)施及試驗(yàn)過(guò)程控制、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、試驗(yàn)分析與評(píng)估和試驗(yàn)報(bào)告編制等主要試驗(yàn)階段中所涉及的各種業(yè)務(wù)功能和管理功能，以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)中心，試驗(yàn)知識(shí)、數(shù)據(jù)安全等方面的輔助性功能。(3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)包在線管理。通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、實(shí)驗(yàn)等過(guò)程數(shù)據(jù)的采集匯總，形成產(chǎn)品主數(shù)據(jù)中心。主數(shù)據(jù)中心采用實(shí)物產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方式組織數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)與生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，最終形成完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)全集，為質(zhì)量管理人員提供產(chǎn)品研制和生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品過(guò)程質(zhì)量管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包生成提供可靠的保證。

e.決策分析與展示。

通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析，為企業(yè)的深度決策與分析提供依據(jù)，幫助企業(yè)決策者了解設(shè)備歷史、實(shí)時(shí)狀態(tài)和狀態(tài)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)信息和人員信息。能夠在線進(jìn)行耗能與成本分析，在線了解零部件生產(chǎn)情況；能夠幫助企業(yè)決策者進(jìn)行績(jī)效分析排行；能夠通過(guò)OEE全局設(shè)備效率分析幫助企業(yè)決策者掌握全廠設(shè)備利用率，時(shí)刻掌握并有效管理設(shè)備的生產(chǎn)效能，輕松找到影響生產(chǎn)效率的瓶頸，從而進(jìn)行頂層決策。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)航天工業(yè)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與信息化基礎(chǔ)設(shè)施的融合建設(shè)，使得航天制造企業(yè)精細(xì)化管理成為可能，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的獲取可以準(zhǔn)確到每一工序、每一機(jī)床、每一分鐘，支持企業(yè)管理者全方位、全透明的管理決策。同時(shí)，也集中體現(xiàn)了數(shù)字化車間的發(fā)展趨勢(shì)，即管理數(shù)字化、排產(chǎn)精細(xì)化、質(zhì)量追溯透明化、物料管理科學(xué)化、現(xiàn)場(chǎng)管理看板化、系統(tǒng)集成一體化。

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ResearchontheOnline-ModeofAerospaceIndustrialInfrastructure

WANG Bailing, JING Shikai, ZHANG Hao, ZHOU Jingtao

(Beijing Shenzhou Aerospace Software Technology Co., Ltd., Beijing, 100094, China)

In order to promote aerospace manufacturing into total quality-control and lean production, it designs an integrated application system structure of industrial infrastructure on the basis of development needs and present status. This system can get the manufacture information timely and closed loop in the way of MDC, deal with the environmental perception, equipment status monitoring and information integration application, support for the enterprise decision-making.

Industrial Infrastructure; Online Mode; MDC; Integrated Application

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.08.015

2013-12-19

863科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAF11B00)；電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金資助項(xiàng)目(YZ-YF-110071)

王百靈(1982—)，女，河北廊坊人，北京神舟航天軟件技術(shù)有限公司高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)。

TH166

A

2095-509X(2014)08-0061-05