中國(guó)北車集團(tuán)大同電力機(jī)車有限責(zé)任有限公司技術(shù)部副部長(zhǎng) 孫建忠

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，工藝信息化研究對(duì)于工藝創(chuàng)新管理，促進(jìn)鐵路裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重大意義，提升鐵路制造裝備制造業(yè)工藝信息化水平已刻不容緩，從夯實(shí)工藝參數(shù)量化基礎(chǔ)、工藝數(shù)據(jù)的積淀與創(chuàng)新、數(shù)控程序的網(wǎng)絡(luò)化管理到排料自動(dòng)化等幾個(gè)方面著手進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)工藝管理信息的一體化輸入和輸出，達(dá)到利用信息化手段提升工藝創(chuàng)新管理的目的。

國(guó)外PDM/ERP以及DNC等系統(tǒng)相對(duì)比較成熟，但在國(guó)內(nèi)特別是機(jī)車制造裝備業(yè)才剛剛起步，自2008年前后，各機(jī)車制造裝備公司先后開始進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，工藝技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收迅速成為鐵路裝備研制生產(chǎn)的重要工作。而如何進(jìn)行消化吸收、知識(shí)的積淀以及創(chuàng)新則成為企業(yè)獲得利潤(rùn)的重要手段。提高工藝信息化能力，對(duì)于提高鐵路裝備業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)鐵路裝備轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)又好又快發(fā)展，具有重大意義。大同電力機(jī)車有限責(zé)任公司作為中國(guó)北車的機(jī)車制造基地，針對(duì)多年以來(lái)工藝信息輸入、輸出缺乏高效、快捷和統(tǒng)一的平臺(tái)，長(zhǎng)期以來(lái)大量工藝基礎(chǔ)信息、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)法有效積累和保存，數(shù)控程序單機(jī)管理、單機(jī)傳輸效率低下，多系統(tǒng)排料系統(tǒng)無(wú)法集成等一系列工藝管理問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，并把這些問(wèn)題的解決作為工藝創(chuàng)新的突破點(diǎn)，經(jīng)過(guò)科學(xué)分析和詳細(xì)論證，分析以工藝信息化為創(chuàng)新的載體和平臺(tái)。

借助公司信息化建設(shè)的時(shí)機(jī)，利用該平臺(tái)創(chuàng)建工藝信息化，實(shí)現(xiàn)工藝信息的一體化輸入和輸出，實(shí)現(xiàn)信息資源的累積和共享，通過(guò)采用PDM/ERP、DNC等信息化技術(shù)的實(shí)施和應(yīng)用，推動(dòng)公司工藝創(chuàng)新管理，實(shí)現(xiàn)公司近10種車型、萬(wàn)種物料制造BOM的搭建，工藝定額的科學(xué)計(jì)算和統(tǒng)一輸出，實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)信息共享和傳承，實(shí)現(xiàn)公司數(shù)控程序的制造信息化管理，最終通過(guò)這些層面的實(shí)現(xiàn)達(dá)到推動(dòng)工藝信息化的效果，實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)質(zhì)量的快速提升。

PDM/ERP和DNC系統(tǒng)搭建

根據(jù)項(xiàng)目確立情況，分兩部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，一部分是PDM/ERP系統(tǒng)工藝管理；另一部分是DNC/排料系統(tǒng)的管理。第一部分采用PDM/ERP系統(tǒng)的管理理論，根據(jù)機(jī)車部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝制造BOM的搭建，確定加工制造層級(jí)（見圖1）；資料共享區(qū)按區(qū)進(jìn)行劃分（見圖2）。

建立數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)模式

第二部分將公司數(shù)控設(shè)備分為兩類，一類為機(jī)械加工數(shù)控設(shè)備；另一類為板材下料數(shù)控設(shè)備。板材加工設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接還在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有先例，需要對(duì)該類設(shè)備能否連網(wǎng)進(jìn)行理論分析和測(cè)試。

圖1

圖2

考慮到公司的管理模式，數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)（DNC）的實(shí)施采用多用戶二級(jí)管理模式。分為高級(jí)權(quán)限用戶、車間二級(jí)管理權(quán)限用戶二級(jí)。主要流程控制由車間獨(dú)立完成，形成各車間管理小模塊，同時(shí)各管理小模塊又通過(guò)公司網(wǎng)絡(luò)并入公司級(jí)管理模塊，從而實(shí)現(xiàn)管理的統(tǒng)一性。各車間分別設(shè)立編程員、審核員和批準(zhǔn)員，利用DNC程序管理流程（見圖3）進(jìn)行程序的過(guò)程審批，并將固定后的程序歸檔進(jìn)入PDM數(shù)據(jù)庫(kù)。程序定型后，操作人員根據(jù)生產(chǎn)指令，到指定地點(diǎn)進(jìn)行程序調(diào)用，程序加工完成后，程序上傳車間編程人員，編程人員對(duì)程序是否改動(dòng)進(jìn)行比較驗(yàn)證。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

考慮到計(jì)算機(jī)控制的靈活性以及數(shù)控機(jī)床相互之間的影響性，網(wǎng)絡(luò)布線采用了單串口服務(wù)器的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。直接利用公司現(xiàn)有局域網(wǎng)，將網(wǎng)絡(luò)延伸到各設(shè)備節(jié)點(diǎn)，從而使數(shù)控設(shè)備與各個(gè)服務(wù)器及工作站形成一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（見圖4）。每臺(tái)串口數(shù)控設(shè)備上都分別裝有一臺(tái)單串口設(shè)備服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)任意設(shè)備與以太網(wǎng)直接相聯(lián)，達(dá)到在以太網(wǎng)上的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)，都可以直接控制任意一臺(tái)數(shù)控設(shè)備。同時(shí)兼顧網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)距離的局限性，在車間距離較遠(yuǎn)的位置設(shè)置了二級(jí)交換機(jī)。

這樣的布線方案具有以下特點(diǎn)：①靈活性好，管理思路清晰，可以做到任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以直接控制任意一臺(tái)數(shù)控設(shè)備，與多串口服務(wù)器相比，數(shù)控設(shè)備控制的靈活性更大。②可靠性強(qiáng)，因?yàn)檫@種連接方式是典型的星型連接，即便單串口設(shè)備服務(wù)器發(fā)生故障，只會(huì)影響一臺(tái)設(shè)備。③不受RS232傳輸距離的限制，確保系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定可靠。④有線與無(wú)線?？紤]到公司實(shí)際情況，項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，最初確定了有線和無(wú)線兩種網(wǎng)絡(luò)連接模式。⑤集成性和擴(kuò)展性。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組商討，方案必須就有后續(xù)的集成性和擴(kuò)展性，整個(gè)路線可以與上游的CAD進(jìn)行連接，并可以將數(shù)據(jù)結(jié)果反饋給PDM，還可以融入將來(lái)的MES中，成為其中的一部分。在軟件的選擇上充分考慮這一因素（見圖5）。

首先在轉(zhuǎn)向架分廠對(duì)4臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行有線和無(wú)線聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)。對(duì)比兩次試驗(yàn)，結(jié)論如下：

（1）有線傳輸和無(wú)線傳輸均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

（2）有線傳輸現(xiàn)場(chǎng)布線條件比較惡劣，而且還受到距離的限制。

（3）無(wú)線傳輸受干擾因素比較多，特別是車間電磁設(shè)備以及機(jī)車影響較大，而且車間廠房對(duì)信號(hào)還有屏蔽效果。

（4）在機(jī)一車間進(jìn)行了自動(dòng)編程軟件加工試驗(yàn)，試驗(yàn)效果良好。

（5）在備料車間進(jìn)行了板材套料軟件的加工試驗(yàn)，試驗(yàn)效果良好。

根據(jù)試點(diǎn)試驗(yàn)情況，對(duì)方案進(jìn)行了調(diào)整，取消了無(wú)線聯(lián)網(wǎng)方案。有線方案增加了布管，一方面可以保護(hù)網(wǎng)線，另一方面可以起到信號(hào)屏蔽的作用。布線方式確定為空中走線，立柱搭接的方式，并在一定距離設(shè)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器解決信號(hào)受網(wǎng)線距離的限制。

圖3 數(shù)控中心DNC程序管理系統(tǒng)流程圖

圖4

圖5

在備料車間進(jìn)行了DNC正式的試點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)布線和遠(yuǎn)程程序調(diào)試，并與排料軟件進(jìn)行了集成、調(diào)試。

對(duì)程序管理流程進(jìn)行了設(shè)置，在生產(chǎn)車間技術(shù)組設(shè)立車間級(jí)服務(wù)器，用來(lái)管理車間技術(shù)組一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端，根據(jù)車間實(shí)踐情況進(jìn)行用戶設(shè)立和權(quán)限開通?？梢詾g覽本車間數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的程序和各種信息。在數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端上，技術(shù)人員可以對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行管理，數(shù)控程序的整個(gè)審批流程在本車間數(shù)據(jù)客戶端實(shí)現(xiàn)。編程人員定期根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)把加工程序添加到指定地點(diǎn)。

為了加工現(xiàn)場(chǎng)操作人員的實(shí)際應(yīng)用，在車間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了客戶端，操作人員可以根據(jù)個(gè)人權(quán)限進(jìn)行加工程序的調(diào)用、工藝文件和程序仿真的查看以及三維模型、教學(xué)錄像的觀看等操作。

2012年7月，機(jī)一、機(jī)二和機(jī)三等車間正式全面進(jìn)行DNC項(xiàng)目的實(shí)施，并與CAM軟件進(jìn)行了集成。通過(guò)CAM軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)零件的試加工，試加工零件經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格。

實(shí)施效果分析比較

項(xiàng)目投入使用后，對(duì)實(shí)施后的效率以及產(chǎn)生的效果進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行了項(xiàng)目實(shí)施前后數(shù)據(jù)的分析和比較，效果顯著。

在機(jī)車行業(yè)首次真正實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)控機(jī)床通過(guò)力，我們從信息化應(yīng)用的角度解決了長(zhǎng)期困擾我們的數(shù)控機(jī)床管理手段問(wèn)題，并取得了顯著的成效，帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，技術(shù)人員的工作效率有了明顯的提高，特別是排料軟件和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)更為明顯。排料工作效率平均提高了91.6%，而且一種軟件兼顧了整個(gè)車間所有數(shù)控板材切割下料設(shè)備，大大縮短了技術(shù)準(zhǔn)備周期和生產(chǎn)制造周期。DNC傳輸程序的工作效率比軟盤傳輸提高了85.7%，比手工輸入提高了95%。并且出錯(cuò)率幾乎降低為零。

板材利用率：項(xiàng)目實(shí)施的另一大成果是板材利用率得到了提高，特別是在零件種類多樣時(shí)，套料體現(xiàn)的成果越發(fā)明顯。單張板材平均利用率提高了12%；套料156件時(shí)（零件21項(xiàng)），單張板材平均利用率提高了2.2%；套料152件時(shí)（零件35項(xiàng)），單張板材平均利用率提高了1.5%。

板材套料的管理更加規(guī)范，輸出的排料報(bào)表包括排料數(shù)量、零件信息、板材利用率和程序號(hào)等各種信息，我們可以通過(guò)報(bào)表對(duì)板材下料進(jìn)行有效管理。

通過(guò)數(shù)控程序管理系統(tǒng)，設(shè)置了編制、審核、試切和批準(zhǔn)等管理流程，對(duì)程序的有效性進(jìn)行了控制，符合ISO9000管理標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還通過(guò)數(shù)控程序分發(fā)、更改日志對(duì)程序進(jìn)行追蹤管理，實(shí)現(xiàn)責(zé)權(quán)明確，具有可追溯性。

根據(jù)公司數(shù)控機(jī)床硬件條件，我們對(duì)FANUC帶網(wǎng)卡的數(shù)控設(shè)備進(jìn)行了監(jiān)控?？梢詴r(shí)時(shí)查看機(jī)床的各種運(yùn)行信息，包括報(bào)警信息、機(jī)床利用率、開關(guān)機(jī)狀態(tài)及機(jī)床目前的坐標(biāo)等信息，使我們能夠更好對(duì)機(jī)床進(jìn)行管理。

將實(shí)現(xiàn)排料/CAM/DNC軟件與PDM/ERP/MES的有效集成。未來(lái)車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)將會(huì)實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公，技術(shù)人員直接通過(guò)上游系統(tǒng)選擇需要加工的模型文件進(jìn)行工藝分析、編程和下傳程序；現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)個(gè)人權(quán)限通過(guò)車間觸摸屏查看生產(chǎn)任務(wù)和圖樣信息，并調(diào)用當(dāng)天加工程序，最終將實(shí)現(xiàn)加工、物流管理的信息化和機(jī)械化。

通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，成功的實(shí)現(xiàn)了PDM/ERP管理理念的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，公司搭建了HXD2、HXD2B、HXD2C、SS4G、HXD3和200KM/H等機(jī)車制造BOM，并運(yùn)行指導(dǎo)生產(chǎn)；完成了工藝用料的科學(xué)計(jì)算，如焊縫焊絲用量、導(dǎo)線和板材的科學(xué)計(jì)算，并搭建了BOM運(yùn)行指導(dǎo)生產(chǎn)；完成了工藝技術(shù)與管理的各種資料的一體化PDM信息數(shù)據(jù)分區(qū)管理與共享，建立了各室資料區(qū)、各型機(jī)車及市場(chǎng)產(chǎn)品、工藝技術(shù)與工藝管理、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等電子資料區(qū)域，有效地實(shí)現(xiàn)了工藝信息的積累和傳承；實(shí)現(xiàn)了3個(gè)不同車間、幾十種不同數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)40臺(tái)數(shù)控設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和遠(yuǎn)程程序傳輸。

工藝信息化的研究與輸出，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)控程序集中管理等方面的研究和實(shí)踐具有很強(qiáng)的參考價(jià)值，同時(shí)還為解決不同系統(tǒng)的排料手段提供了借鑒，為提高工藝管理的科學(xué)性和效率提供了方法。