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        機車制造工藝技術信息化研究與實踐

        2014-12-02 01:35:20中國北車集團大同電力機車有限責任有限公司技術部副部長孫建忠
        金屬加工(冷加工) 2014年17期
        關鍵詞:排料板材車間

        中國北車集團大同電力機車有限責任有限公司技術部副部長 孫建忠

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

        國外PDM/ERP以及DNC等系統(tǒng)相對比較成熟,但在國內(nèi)特別是機車制造裝備業(yè)才剛剛起步,自2008年前后,各機車制造裝備公司先后開始進行技術引進,工藝技術的引進、消化和吸收迅速成為鐵路裝備研制生產(chǎn)的重要工作。而如何進行消化吸收、知識的積淀以及創(chuàng)新則成為企業(yè)獲得利潤的重要手段。提高工藝信息化能力,對于提高鐵路裝備業(yè)核心競爭力,促進鐵路裝備轉(zhuǎn)型升級,實現(xiàn)又好又快發(fā)展,具有重大意義。大同電力機車有限責任公司作為中國北車的機車制造基地,針對多年以來工藝信息輸入、輸出缺乏高效、快捷和統(tǒng)一的平臺,長期以來大量工藝基礎信息、經(jīng)驗數(shù)據(jù)無法有效積累和保存,數(shù)控程序單機管理、單機傳輸效率低下,多系統(tǒng)排料系統(tǒng)無法集成等一系列工藝管理問題進行了分析和研究,并把這些問題的解決作為工藝創(chuàng)新的突破點,經(jīng)過科學分析和詳細論證,分析以工藝信息化為創(chuàng)新的載體和平臺。

        借助公司信息化建設的時機,利用該平臺創(chuàng)建工藝信息化,實現(xiàn)工藝信息的一體化輸入和輸出,實現(xiàn)信息資源的累積和共享,通過采用PDM/ERP、DNC等信息化技術的實施和應用,推動公司工藝創(chuàng)新管理,實現(xiàn)公司近10種車型、萬種物料制造BOM的搭建,工藝定額的科學計算和統(tǒng)一輸出,實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)信息共享和傳承,實現(xiàn)公司數(shù)控程序的制造信息化管理,最終通過這些層面的實現(xiàn)達到推動工藝信息化的效果,實現(xiàn)工藝技術質(zhì)量的快速提升。

        PDM/ERP和DNC系統(tǒng)搭建

        根據(jù)項目確立情況,分兩部分進行實現(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)機車部件結構進行工藝制造BOM的搭建,確定加工制造層級(見圖1);資料共享區(qū)按區(qū)進行劃分(見圖2)。

        建立數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)模式

        第二部分將公司數(shù)控設備分為兩類,一類為機械加工數(shù)控設備;另一類為板材下料數(shù)控設備。板材加工設備網(wǎng)絡連接還在國內(nèi)還沒有先例,需要對該類設備能否連網(wǎng)進行理論分析和測試。

        圖1

        圖2

        考慮到公司的管理模式,數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)(DNC)的實施采用多用戶二級管理模式。分為高級權限用戶、車間二級管理權限用戶二級。主要流程控制由車間獨立完成,形成各車間管理小模塊,同時各管理小模塊又通過公司網(wǎng)絡并入公司級管理模塊,從而實現(xiàn)管理的統(tǒng)一性。各車間分別設立編程員、審核員和批準員,利用DNC程序管理流程(見圖3)進行程序的過程審批,并將固定后的程序歸檔進入PDM數(shù)據(jù)庫。程序定型后,操作人員根據(jù)生產(chǎn)指令,到指定地點進行程序調(diào)用,程序加工完成后,程序上傳車間編程人員,編程人員對程序是否改動進行比較驗證。

        網(wǎng)絡建設

        考慮到計算機控制的靈活性以及數(shù)控機床相互之間的影響性,網(wǎng)絡布線采用了單串口服務器的星形拓撲結構。直接利用公司現(xiàn)有局域網(wǎng),將網(wǎng)絡延伸到各設備節(jié)點,從而使數(shù)控設備與各個服務器及工作站形成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡系統(tǒng)(見圖4)。每臺串口數(shù)控設備上都分別裝有一臺單串口設備服務器,實現(xiàn)任意設備與以太網(wǎng)直接相聯(lián),達到在以太網(wǎng)上的任意一臺計算機,都可以直接控制任意一臺數(shù)控設備。同時兼顧網(wǎng)絡傳輸對距離的局限性,在車間距離較遠的位置設置了二級交換機。

        這樣的布線方案具有以下特點:①靈活性好,管理思路清晰,可以做到任意一臺計算機都可以直接控制任意一臺數(shù)控設備,與多串口服務器相比,數(shù)控設備控制的靈活性更大。②可靠性強,因為這種連接方式是典型的星型連接,即便單串口設備服務器發(fā)生故障,只會影響一臺設備。③不受RS232傳輸距離的限制,確保系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定可靠。④有線與無線??紤]到公司實際情況,項目組經(jīng)過認真分析,最初確定了有線和無線兩種網(wǎng)絡連接模式。⑤集成性和擴展性。經(jīng)過項目組商討,方案必須就有后續(xù)的集成性和擴展性,整個路線可以與上游的CAD進行連接,并可以將數(shù)據(jù)結果反饋給PDM,還可以融入將來的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4臺數(shù)控加工設備進行有線和無線聯(lián)網(wǎng)試驗。對比兩次試驗,結論如下:

        (1)有線傳輸和無線傳輸均可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

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

        (3)無線傳輸受干擾因素比較多,特別是車間電磁設備以及機車影響較大,而且車間廠房對信號還有屏蔽效果。

        (4)在機一車間進行了自動編程軟件加工試驗,試驗效果良好。

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

        根據(jù)試點試驗情況,對方案進行了調(diào)整,取消了無線聯(lián)網(wǎng)方案。有線方案增加了布管,一方面可以保護網(wǎng)線,另一方面可以起到信號屏蔽的作用。布線方式確定為空中走線,立柱搭接的方式,并在一定距離設置網(wǎng)絡服務器解決信號受網(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

        在備料車間進行了DNC正式的試點聯(lián)網(wǎng)應用,進行了網(wǎng)絡布線和遠程程序調(diào)試,并與排料軟件進行了集成、調(diào)試。

        對程序管理流程進行了設置,在生產(chǎn)車間技術組設立車間級服務器,用來管理車間技術組一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫客戶端,根據(jù)車間實踐情況進行用戶設立和權限開通??梢詾g覽本車間數(shù)據(jù)庫內(nèi)的程序和各種信息。在數(shù)據(jù)庫客戶端上,技術人員可以對數(shù)控程序進行管理,數(shù)控程序的整個審批流程在本車間數(shù)據(jù)客戶端實現(xiàn)。編程人員定期根據(jù)生產(chǎn)任務把加工程序添加到指定地點。

        為了加工現(xiàn)場操作人員的實際應用,在車間現(xiàn)場設置了客戶端,操作人員可以根據(jù)個人權限進行加工程序的調(diào)用、工藝文件和程序仿真的查看以及三維模型、教學錄像的觀看等操作。

        2012年7月,機一、機二和機三等車間正式全面進行DNC項目的實施,并與CAM軟件進行了集成。通過CAM軟件進行現(xiàn)場生產(chǎn)零件的試加工,試加工零件經(jīng)過檢驗合格。

        實施效果分析比較

        項目投入使用后,對實施后的效率以及產(chǎn)生的效果進行了數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計,并進行了項目實施前后數(shù)據(jù)的分析和比較,效果顯著。

        在機車行業(yè)首次真正實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡控制數(shù)控機床通過力,我們從信息化應用的角度解決了長期困擾我們的數(shù)控機床管理手段問題,并取得了顯著的成效,帶來了一定的經(jīng)濟效益,技術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車間所有數(shù)控板材切割下料設備,大大縮短了技術準備周期和生產(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%。并且出錯率幾乎降低為零。

        板材利用率:項目實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,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(零件21項),單張板材平均利用率提高了2.2%;套料152件時(零件35項),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,輸出的排料報表包括排料數(shù)量、零件信息、板材利用率和程序號等各種信息,我們可以通過報表對板材下料進行有效管理。

        通過數(shù)控程序管理系統(tǒng),設置了編制、審核、試切和批準等管理流程,對程序的有效性進行了控制,符合ISO9000管理標準,同時還通過數(shù)控程序分發(fā)、更改日志對程序進行追蹤管理,實現(xiàn)責權明確,具有可追溯性。

        根據(jù)公司數(shù)控機床硬件條件,我們對FANUC帶網(wǎng)卡的數(shù)控設備進行了監(jiān)控??梢詴r時查看機床的各種運行信息,包括報警信息、機床利用率、開關機狀態(tài)及機床目前的坐標等信息,使我們能夠更好對機床進行管理。

        將實現(xiàn)排料/CAM/DNC軟件與PDM/ERP/MES的有效集成。未來車間現(xiàn)場生產(chǎn)將會實現(xiàn)無紙化辦公,技術人員直接通過上游系統(tǒng)選擇需要加工的模型文件進行工藝分析、編程和下傳程序;現(xiàn)場操作人員根據(jù)個人權限通過車間觸摸屏查看生產(chǎn)任務和圖樣信息,并調(diào)用當天加工程序,最終將實現(xiàn)加工、物流管理的信息化和機械化。

        通過項目的實施,成功的實現(xiàn)了PDM/ERP管理理念的應用轉(zhuǎn)化,公司搭建了HXD2、HXD2B、HXD2C、SS4G、HXD3和200KM/H等機車制造BOM,并運行指導生產(chǎn);完成了工藝用料的科學計算,如焊縫焊絲用量、導線和板材的科學計算,并搭建了BOM運行指導生產(chǎn);完成了工藝技術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)、各型機車及市場產(chǎn)品、工藝技術與工藝管理、標準和規(guī)范等電子資料區(qū)域,有效地實現(xiàn)了工藝信息的積累和傳承;實現(xiàn)了3個不同車間、幾十種不同數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡連接,實現(xiàn)了單臺計算機對40臺數(shù)控設備的遠程管理和遠程程序傳輸。

        工藝信息化的研究與輸出,對于現(xiàn)場數(shù)控程序集中管理等方面的研究和實踐具有很強的參考價值,同時還為解決不同系統(tǒng)的排料手段提供了借鑒,為提高工藝管理的科學性和效率提供了方法。

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