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1、数字化制造车间体系结构 功能模型与关t 技术 数字化制造车问体系结构 功能模型与关键技术 辛红雨 哈尔滨第一机器制造集团有限公司1 5 0 0 5 6 摘要 文章提出了一种面向制造业数字化制造车间的功能模型 并对其关键技术进行了描述 介绍了在数字设备网络化基础上实现数字制造资源共享的数字化车间 及运用数字化管理技术实现 削造业数字化车间的生产途径 关键字 功能模型 数字化 网络化 1 引言 数字化技术是以数字电子计算机硬软件 周边设备 协议和网络为基础的信息离散化表述 定量 感知 传递 存贮 处理 控制 联网的集成技术 将数字化技术用于支持产品全生命周期的制造活动 和企业的全局优化运作就是数字
2、化制造技术 数字化制造车间就是将数字化技术应用于制造企业的 生产车间 实现以数字化生产线 柔性生产为特征的制造数字化和以管理模式变革 资源优化配置为 特征的管理数字化 目前在工业发达国家 数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段 随着信息技 术的迅速发展 信息技术与制造技术相融合 使制造日益走向数字化 制造技术发展日益加快 2 数字化制造车间的内涵 数字制造技术是数字化技术和制造技术融合形成的 是以制造工程科学为理论基础的制造技术 的重大革新 是先进制造技术的核心 数字化制造车间强调的是以数字化制造为中心 同时与数字化设计和数字化管理相结合 实现 制造过程的自动化 并且实现制造过程
3、各种参数的检测 控制和故障报警乃至维修决策和建议的提出 等 随着网络和信息技术的发展 由多台数控设备联网组成的局域网实现一个车间或多个车间的生 产过程自动化 进而发展到每一台设备的控制器或控制系统成为网上的一个节点 使制造过程向更大 规模和更高水平的自动化方向发展 这就形成了以制造为中心的数字化制造车间或数字化工厂等 数字化车间是指用计算机的数字模型来设计和制造整个产品 它通过建立在计算机上的产品数 字模型树和结构树 对产品进行有限元分析 改进产品设计方案 并且不断改进产品 完善产品 在数 值化环境下对产品设计进行重组 产生出新一代产品 同时他通过采用仿真技术等 对产品进行数字 化制造 数字化
4、装配 数字化检测 由于产品在设计过程中已经经过了详细的干涉检查 有限元分析 仿真等 所以大大提高了新产品开发的一次成功率 避免了由于设计质量 工艺试验等所造成的时间 和经济上的浪费 数字化车间可以柔性地响应对现代工业产品型号和数量需求的快速变化 减少工业产品部件的 2 7 7 狮0 毕大都市建设与科技衡新 一 M IV X A N D A I D A D U S H I J A N S H EY U K F J C H U A N C 溯N 存量 提高多品种小批量的并行生产能力 生产数据分析可以快速反馈到产品设计与工作流管理中 去 有效利用生产区域 无纸张化管理 大大提升了现代工业产品研制 生
5、产和快速响应能力 3 数字化制造车间体系结构 数字化制造车间是数字化制造技术在企业生产车间中的一种应用模式 以实现生产制造过程的 数字化管理为主要目标 一个企业的制造车间 是物流与信息流的交汇点 企业的经济效益最终就是在这里被物化出来 随着市场经济的完善 车间在制造企业中的角色也由传统的企业成本中心向利润中心转化 更强化了 车间的作用 作为制造系统的基本组织管理单位和制造过程的执行单位 车间负责在制造车间环境 中协调物流和信息流 它是上层生产计划 生产管理模块与底层的接I Z l 是实现企业信息集成的关键 因此 数字化制造车间的主要功能包括生产计划管理 制造资源管理 制造过程管理 综合集成管理
6、 功能树如图l 所示 图1 数字化制造车间功能树 从体系结构上 可将数字化制造车间分为两个层次 即制造执行层和生产控制层 其体系结构图 如图2 所示 图2 1 2 7 8 数字化制造车间体系结构 功能模型与关键技术一 制造执行层 M E S 主要强调计划的执行 通过M E S 把E R P M R P 与企业的现场控制有机地集成 起来 它的主要功能包括 生产计划制定 任务管理 设备管理 制造资源管理 生产状态监测 产品质 量控制等 M E S 作为车间层的管理信息系统 同时又能够实时检测监控设备层的运行状况 一方面 M E S 可以对来自E R P M R P 软件的生产管理信息细化 分解 将
7、操作指令传递给底层控制 另一方面 M E S 可以实时监控底层设备的运行状态 采集设备 仪表的状态数据经过分析 计算与处理 触发新的 事件 从而方便 可靠地将控制系统与信息系统联系在一起 生产控制层 C o n t r 0 1 主要强调设备的控制 包括数控设备 人机接口单元 数据采集等智能接口 设备 实现生产数据采集 工序监控 人机接口管理 设备监控等功能 从制造执行层接收生产指令 系统运行参数等信息 并向其反馈工序进度 设备运行参数 物料使用信息等现场数据 4 数字化制造车间的功能模型 4 I 功能模型 数字化车间功能模型包括 数字制造的基础理论和科学问题 数字制造的关键技术 数字制造的 应
8、用领域 数字制造的实现网络 其结构图如下 i 圈圈圈圈圈j 图3 制造业数字化车间功能模型 4 2 关键技术 4 2 1 数字化管理 计划 调度 工艺准备 数字化管理是在传统管理理论上 充分利用现代计算机与通信网络等先进技术来解决现实管理 问题 其中网络化是这一管理模式的最鲜明特征 数字化管理是利用计算机 通信 网络 人工智能等 技术 量化管理对象与管理行为 实现计划 组织 协调 服务 创新等一系列管理职能 数字化管理在 车间的应用中面临两大任务 首先是将车间整个生产活动的每一个信息采集点纳入车间信息网中 其 次是提供必要的应用软件工具及时准确地提取 处理信息 数字化管理包含两层含义 一是车间
9、管理活动是在现代先进的计算机网络和通信技术应用基础 上实现的 即车间的知识资源 信息资源和制造资源可以数字化 二是运用量化管理技术解决车间的 2 7 9 r 抑 1 乎大都书建设与科技创新 V7 0IV X O J u O D d 以伐昭坩埘惦H E K E I I C H U A N G X I N 管理问题 即管理的可计算性 在产品的制造方面 数字化管理通过相应的管理模块 车间计划管理 车间作业管理 车间质量管 理 车间基础数据管理 现场数据采集等等 使生产流程 业务流程成为高效的流水线 减少生产过程 中的中断 提高生产效率 现代计算机网络信息技术与产品设计 制造的结合为数字化管理提供支
10、持 如C A D 虚拟产品开发等数字化产品设计开发技术 且这些技术与C A M C A P P P D M 等构筑起车 间数字化制造 数字化管理的实施平台 这些数字化的柔性和流程的自适应性 成为提高车间生产进 度 降低产品生产周期 大幅度提高生产率和产品质量的重要手段 生产车间 数字化管理 生产计划 管理 生产准备 管理 生产调度 管理 鬻 纂情引隧 蘸 褥憾务 图4 车I 司生产管理模块 4 2 2底层设备数字化网络化 D N C 系统 软硬件集成平台 计算机网络及各种工业控制网络 现场总线 串行通讯等技术为数字化设备信息的传递 制造资 源的共享 制造系统的优化运作提供了可能 为异地远程的网
11、络制造和车间的综合自动化奠定基础 数字制造系统单元功能 配置结构和整体性能及数字设备网络化等方面的研究将充分利用信息技术 与网络资源 适应动态多变色市场环境提供有效手段 设计服务器制沽眠务器管理眼务器 罔5数字化车间数7 声设备网络化结构 4 2 3 数字制造资源集成 车间资源信息管理 数字制造资源集成的内涵就是利用数字制造技术和相应工具 使车间设计 制造 装配 管理等各 个环节的资源集成共享 通过开发建立车间的数字制造资源平台 集成硬件平台建设 集成软件平台 2 8 0 数字化制造车问体系结构 功能模型与关键技术 建设 利用现代管理科学和信息科学技术建立现代信息网络系统 使车间设计 制造 装
12、配 管理等各 个环节信息的快速流通和有效服务 实现物流 信息流和工作流的整合 达到车间资源的优化配置 不 断提高车间管理的效率和水平 进而提高企业经济效益和核心竞争能力 在车间数字化建设中利用基于网络的协同开发系统构建数字化制造资源平台 可以对产品进行 数字化管理 对车间计划等信息系统进行集成 基于网络的协同产品开发系统为车间提供了一个实 现异地设计与制造和资源共享的支撑平台 即提供一个车间数字制造资源模型的可行性环境 使在这 样的一个环境下研究和分析相关信息系统之间的信息集成平台成为可能 5 结束语 图6 数字化车间制造资源数据库功能模块 企业通过数字化制造技术的应用实施 可以实现以数字化生
13、产线 柔性生产为特征的制造数字化 和以管理模式变革 资源优化配置为特征的管理数字化 通过强调制造过程的整体优化来帮助企业 实施完整的闭环生产 同时也为实施企业间协同制造提供了良好的基础 应用效果主要体现在以下 几方面 1 实现信息共享 2 提高企业快速响应能力 3 缩短产品研制周期 通过数字化制造系统的综合实施 在高新技术武器装备研制中大幅度地采用数字化手段 应用工 程技术信息化研究成果 缩短产品设计周期 提高管理水平及生产效率 增强企业综合竞争能力 参考文献 编者略 作者简介 辛红雨哈尔滨第一机器制造集团有限公司 工程师 一2 8 1 数字化制造车间体系结构 功能模型与关键技术数字化制造车间体系结构 功能模型与关键技术 作者 辛红雨 作者单位 哈尔滨第一机器制造集团有限公司 150056 引用本文格式 辛红雨 数字化制造车间体系结构 功能模型与关键技术 会议论文 2010
