中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司加工制造分公司 王驍陽(yáng)

數(shù)字化車間是現(xiàn)代工業(yè)的核心組成部分,也是信息技術(shù)與智能化生產(chǎn)制造技術(shù)的有機(jī)融合。本文探討了數(shù)字化車間的重要性,分析了數(shù)字化車間構(gòu)建,研究了數(shù)字化車間系統(tǒng)集成技術(shù)的應(yīng)用,以及數(shù)字化車間規(guī)劃設(shè)計(jì)注意事項(xiàng),以供參考。

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展以及科技水平的提升,信息技術(shù)在不斷成熟和普及,就生產(chǎn)制造行業(yè)而言,信息技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了制造新技術(shù)、新理念以及新模式的發(fā)展,比如,單元制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃、現(xiàn)代集成制造以及數(shù)字制造技術(shù)等,而數(shù)字化車間正是諸多先進(jìn)制造技術(shù)和理念的集合運(yùn)用,同時(shí),數(shù)字化車間的構(gòu)建也具有涉及領(lǐng)域更廣以及內(nèi)容更加復(fù)雜等特點(diǎn)。

1 數(shù)字化車間的重要性

1.1 可以實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部與外部的互聯(lián)

MES系統(tǒng)也就是生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)作為數(shù)字化車間的重要組成部分,可以對(duì)車間生產(chǎn)制造活動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和可視化展示,而MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的有效結(jié)合,則是實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部與外部互聯(lián)的重要舉措,一方面可以真正實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)活動(dòng)的數(shù)字化開(kāi)展,對(duì)企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率的提升有著積極的促進(jìn)作用,另一方面還可以為企業(yè)決策提供更加詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持[1]。

1.2 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車間生產(chǎn)全過(guò)程的實(shí)施監(jiān)控

企業(yè)車間生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)生產(chǎn)制造工藝以及生產(chǎn)流程有著非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),而數(shù)字化車間的智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)不僅可以對(duì)車間生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,還可以通過(guò)傳感器等裝置對(duì)車間各個(gè)數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行狀況進(jìn)行采集,一方面有助于提升產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量管控工作成效,另一方面還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)車間設(shè)備運(yùn)行故障以及生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題,從而第一時(shí)間采取妥善、可行的處理措施,避免對(duì)車間生產(chǎn)制造工作的正常、有序進(jìn)行帶來(lái)影響。

1.3 有助于產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題追溯工作的開(kāi)展

數(shù)字化車間的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)以及ERP管理系統(tǒng),貫穿了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)流程規(guī)劃、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售以及客戶服務(wù)等全部環(huán)節(jié),如果產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,相關(guān)工作人員可以通過(guò)數(shù)字化車間管理系統(tǒng)查詢完整的生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品供應(yīng)鏈以及產(chǎn)品訂單等信息,從而更加便捷、高效的了解導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的環(huán)節(jié)以及原由,并對(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人以及有關(guān)工作人員進(jìn)行追責(zé)。

2 數(shù)字化車間構(gòu)建分析

2.1 數(shù)字化車間模擬軟件層次劃分

首先,數(shù)字化車間層主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間等實(shí)際情況以及車間功能要求,對(duì)車間智能化生產(chǎn)、管理網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)設(shè)備的分布進(jìn)行分析和研究。其次,數(shù)字化生產(chǎn)線層的主要任務(wù),一方面是根據(jù)數(shù)字化車間生產(chǎn)制造實(shí)際需求,對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì)方案的合理性以及可行性進(jìn)行核查和驗(yàn)證,另一方面則需要根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案,對(duì)其生產(chǎn)效率以及運(yùn)行維護(hù)成本等情況進(jìn)行模擬分析,并以此為參考依據(jù)對(duì)數(shù)字化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。再次,數(shù)字化加工單元層的任務(wù),主要是對(duì)數(shù)字化車間各個(gè)智能化設(shè)備之間以及設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬分析,并對(duì)其中存在的相互干涉情況進(jìn)行研究和掌握,從而為生產(chǎn)制造工藝的規(guī)劃以及加工指令的制定提供必要的參考資料。最后,數(shù)字化操作層則是從生產(chǎn)制造細(xì)節(jié)處進(jìn)行分析,對(duì)數(shù)字化車間生產(chǎn)系統(tǒng)以及制造工藝實(shí)際性能進(jìn)行校驗(yàn),從而對(duì)數(shù)字化車間生產(chǎn)系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深度優(yōu)化。

2.2 數(shù)字化車間軟件架構(gòu)

首先,界面層是工作人員與生產(chǎn)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)交互的主要窗口,工作人員一方面需要通過(guò)界面層進(jìn)行仿真模型構(gòu)建等操作,另一方面也需要通過(guò)界面層去了解模擬分析結(jié)果等相關(guān)數(shù)據(jù)信息,是數(shù)字化車間生產(chǎn)制造系統(tǒng)實(shí)際作用得以充分發(fā)揮的重要組成部分。其次,功能層則是一系列功能模塊的集合,對(duì)數(shù)字化車間產(chǎn)品制造質(zhì)量以及生產(chǎn)效率有著重要影響,其功能模塊主要包括幾項(xiàng):(1)接收并整合產(chǎn)品模型以及生產(chǎn)工藝等相關(guān)數(shù)據(jù)信息,為后續(xù)工作的開(kāi)展提供必要的數(shù)據(jù)支持;(2)根據(jù)產(chǎn)品以及工藝相關(guān)信息構(gòu)建相關(guān)設(shè)備以及加工環(huán)境仿真模型;(3)通過(guò)仿真模擬對(duì)產(chǎn)品加工方案的可行性以及加工工藝相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。再次,數(shù)據(jù)層主要是對(duì)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)、各類模型數(shù)據(jù)以及模擬分析相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯總、整理和存儲(chǔ),也是為功能層提供必要參考數(shù)據(jù)的重要結(jié)構(gòu)[2]。

2.3 數(shù)字化車間系統(tǒng)構(gòu)建策略

首先,數(shù)字化車間軟件系統(tǒng)基本框架的搭建,需要以車間內(nèi)相關(guān)設(shè)備等各類對(duì)象為主要依據(jù),也就是對(duì)車間內(nèi)所有與生產(chǎn)制造以及管理有關(guān)的設(shè)備、儀器進(jìn)行抽象分類,然后在軟件系統(tǒng)中一一建立相對(duì)應(yīng)的類,同時(shí),為了用戶能夠更加便捷、高效的利用軟件系統(tǒng)對(duì)車間一應(yīng)設(shè)備儀器進(jìn)行操控,相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)根據(jù)軟件系統(tǒng)各項(xiàng)功能以及使用需要建立人機(jī)界面,最后再進(jìn)行數(shù)字化車間內(nèi)的布局規(guī)劃,如生產(chǎn)線走向以及設(shè)備儀器選用和安置等。其次,向數(shù)字化車間軟件系統(tǒng)中添加仿真和調(diào)度控制模塊,其作用主要包括幾個(gè)方面:(1)是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)制造工藝方案等進(jìn)行模擬分析和管控,可以根據(jù)模擬過(guò)程以及分析結(jié)果對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)方案的合理性以及存在的不足進(jìn)行挖掘和掌握,并對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行及時(shí)、合理的改進(jìn),確保產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo);(2)還可以借助仿真模擬系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃以及生產(chǎn)調(diào)度管理方案進(jìn)行試驗(yàn)和檢測(cè),并根據(jù)模擬分析結(jié)果對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃以及調(diào)度管理方案進(jìn)行優(yōu)化,可以保證數(shù)字化車間生產(chǎn)和管理活動(dòng)的正常、有序開(kāi)展。再次,建立軟件系統(tǒng)與數(shù)字化車間內(nèi)相關(guān)設(shè)備儀器的連接接口:(1)為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)軟件系統(tǒng)將生產(chǎn)制造指令發(fā)送給相應(yīng)智能化生產(chǎn)設(shè)備,從而讓車間相關(guān)設(shè)備同步執(zhí)行相應(yīng)的生產(chǎn)動(dòng)作,這是數(shù)字化車間軟件系統(tǒng)以及生產(chǎn)設(shè)備得以正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一;(2)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)車間內(nèi)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行情況以及車間內(nèi)其他事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理,以便相關(guān)工作人員能夠根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)車間內(nèi)儀器設(shè)備以及生產(chǎn)活動(dòng)予以及時(shí)的干預(yù)和控制。

2.4 數(shù)字化車間生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

首先,三維虛擬車間環(huán)境構(gòu)建主要是借助虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段予以實(shí)現(xiàn),需要由相關(guān)工作人員對(duì)車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)信息進(jìn)行采集,然后通過(guò)三維建模等技術(shù)手段構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型,最后利用這些數(shù)據(jù)模型構(gòu)建三維虛擬車間環(huán)境。其次,可視化信息集成技術(shù),主要是借助人機(jī)交互界面,使相關(guān)工作人員能夠通過(guò)點(diǎn)擊三維虛擬車間中的相關(guān)設(shè)備,對(duì)此設(shè)備的位置、運(yùn)行狀況等信息進(jìn)行了解,還可以通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)車間相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一定程度的操控。再次,設(shè)備狀態(tài)分析技術(shù),主要是傳感器等設(shè)備數(shù)據(jù)采集裝置以及管理系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的結(jié)合運(yùn)用,通過(guò)傳感器等裝置收集的設(shè)備運(yùn)行狀況數(shù)據(jù),只能簡(jiǎn)單的呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),想要深入、詳細(xì)的了解設(shè)備的運(yùn)行情況,還需要采取一系列措施以及對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析,比如,在設(shè)備狀態(tài)分析系統(tǒng)中設(shè)置溫度、均溫等相應(yīng)的設(shè)備閾值以及設(shè)置預(yù)警功能。借助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而對(duì)設(shè)備的運(yùn)行效能進(jìn)行掌握,當(dāng)某項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)先設(shè)置的閾值,則發(fā)送系統(tǒng)預(yù)警信息并在人機(jī)交互界面對(duì)存在運(yùn)行故障或運(yùn)行隱患的設(shè)備進(jìn)行顯示,以便相關(guān)技術(shù)人員能夠及時(shí)進(jìn)行處理[3]。

3 數(shù)字化車間系統(tǒng)集成技術(shù)的應(yīng)用

3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入

數(shù)據(jù)輸入是數(shù)字化車間集成系統(tǒng)運(yùn)行的初始和重要環(huán)節(jié),對(duì)數(shù)字化車間的穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響,而集成系統(tǒng)需要輸入的數(shù)據(jù)信息主要包括幾項(xiàng)內(nèi)容:(1)工廠計(jì)劃,主要是根據(jù)年度、季度以及月份等時(shí)間跨度進(jìn)行劃分,包括車間生產(chǎn)計(jì)劃以及追加計(jì)劃等內(nèi)容,是企業(yè)結(jié)合市場(chǎng)情況、產(chǎn)品需求以及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)等各方面因素制定的計(jì)劃;(2)人員信息,主要包括各部門(mén)管理人員以及車間生產(chǎn)工作人員相關(guān)信息;(3)設(shè)備信息,主要包括車間與產(chǎn)品生產(chǎn)以及車間管理有關(guān)的數(shù)控設(shè)備和其他設(shè)備裝置;(4)工藝信息,主要包括產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程以及生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)信息。

3.2 ERP管理系統(tǒng)與車間的集成

ERP管理系統(tǒng)與車間的集成,一方面是為了加強(qiáng)產(chǎn)品生產(chǎn)方案的規(guī)劃與車間生產(chǎn)活動(dòng)之間的聯(lián)系,另一方面則是為了促進(jìn)車間生產(chǎn)制造活動(dòng)的規(guī)范化、制度化開(kāi)展,其工作流程主要包括幾個(gè)環(huán)節(jié):(1)由工廠計(jì)劃計(jì)調(diào)部門(mén)工作人員將工廠計(jì)劃相關(guān)信息錄入到ERP管理系統(tǒng)中,并將相關(guān)信息進(jìn)行匯總和整理之后,上傳給上級(jí)管理審核部門(mén);(2)工廠計(jì)劃管理審核部門(mén)對(duì)計(jì)劃內(nèi)容以及計(jì)劃可行性等情況進(jìn)行核對(duì)、審查,若工廠計(jì)劃通過(guò)審查則將計(jì)劃方案發(fā)送給生產(chǎn)部長(zhǎng)或副總經(jīng)理等企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行審批,如果工廠計(jì)劃未能通過(guò)審查則將計(jì)劃方案退回到工廠計(jì)劃計(jì)調(diào)部門(mén)進(jìn)行修改處理;(3)生產(chǎn)部長(zhǎng)或副總經(jīng)理對(duì)通過(guò)方案審核部門(mén)審查的工廠計(jì)劃進(jìn)行審批,其流程與方案審核部門(mén)的審查流程一致,然后再將通過(guò)審批的工廠計(jì)劃由管理系統(tǒng)發(fā)送到各個(gè)分廠或相應(yīng)的生產(chǎn)車間[4]。

3.3 質(zhì)量管理系統(tǒng)與車間的集成

產(chǎn)品質(zhì)量管理是車間生產(chǎn)制造活動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,不僅是確保產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)的重要保障,對(duì)企業(yè)良好對(duì)外形象的樹(shù)立以及行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升也有著至關(guān)重要的影響。產(chǎn)品質(zhì)量管理工作主要是由質(zhì)檢人員根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)已完成的部件或產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn),并將部件或產(chǎn)品相關(guān)信息以及檢驗(yàn)結(jié)果錄入質(zhì)量管理系統(tǒng)當(dāng)中,然后將各個(gè)車間的部件或產(chǎn)品檢驗(yàn)相關(guān)信息進(jìn)行匯總、分類以及整理,借助產(chǎn)品質(zhì)量管理系統(tǒng)中的統(tǒng)計(jì)功能生成相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)以及合格率報(bào)告,并以柱狀圖、餅狀圖等形式對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量合格率等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示,不僅可以更加直觀的展示產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量等情況,還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)流程以及生產(chǎn)工藝存在的異常情況,從而第一時(shí)間采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)和處理措施,避免對(duì)后續(xù)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生影響。

4 數(shù)字化車間規(guī)劃設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 生產(chǎn)管理的優(yōu)化應(yīng)與數(shù)字化車間的建設(shè)同步開(kāi)展

數(shù)字化車間并不是單純的提升傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的智能化和自動(dòng)化程度,而是車間信息化程度、車間生產(chǎn)模式以及管理模式的全方位升級(jí),從而達(dá)到提升車間生產(chǎn)質(zhì)量和管理效率等目的。與傳統(tǒng)的車間管理模式相比較,數(shù)字化車間管理工作大多是依托信息化管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn),使得數(shù)字化車間管理工作在管理流程、管理方式等方面與傳統(tǒng)管理模式具有較大的差異,如果管理方法與數(shù)字化車間管理系統(tǒng)以及生產(chǎn)模式的適應(yīng)性較差,不僅容易導(dǎo)致數(shù)字化車間管理工作水平的下降,還會(huì)對(duì)車間生產(chǎn)效率造成影響,所以,數(shù)字化車間管理模式應(yīng)圍繞車間建設(shè)以及生產(chǎn)管理實(shí)際進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,從而不斷提升數(shù)字化車間管理工作質(zhì)量和效率,更好的發(fā)揮數(shù)字化車間應(yīng)有的作用和價(jià)值。

4.2 以先進(jìn)設(shè)備工藝構(gòu)建車間底層支撐

數(shù)字化車間是由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)集合而成的現(xiàn)代化生產(chǎn)體系,生產(chǎn)設(shè)備作為數(shù)字化車間生產(chǎn)制造活動(dòng)的執(zhí)行主體,在數(shù)字化車間構(gòu)建過(guò)程中不僅應(yīng)確保生產(chǎn)設(shè)備能夠滿足產(chǎn)品制造需求,還應(yīng)保證生產(chǎn)設(shè)備能夠很好的與信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行連接,從而及時(shí)、準(zhǔn)確的接收和執(zhí)行相關(guān)生產(chǎn)指令,并第一時(shí)間將產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息反饋給管理系統(tǒng),這就需要以工業(yè)機(jī)器人以及數(shù)控機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備和工藝構(gòu)建數(shù)字化車間底層支撐,然后通過(guò)先進(jìn)設(shè)備與信息化管理系統(tǒng)的連接,實(shí)現(xiàn)車間的數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

總之,數(shù)字化車間實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程的信息化管控,在提高車間生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及降低生產(chǎn)成本等方面有著非常顯著的成效。加深了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品生產(chǎn)之間的聯(lián)系,借助信息化軟件系統(tǒng)的仿真模擬功能,對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案以及制造工藝進(jìn)行模擬分析,并對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案及制造工藝的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)和優(yōu)化,不僅極大提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)方案可靠性,還有效縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為合格產(chǎn)品的時(shí)間。

引用

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