現代車間信息數字化技術發展趨勢

2013-08-08 by:廣州SolidworksUGCatia培訓中心來源:仿真在線

現代車間信息數字化技術發展趨勢

一、先進制造技術的發展趨勢

汽車需求量的爆發式增長,推動了汽車制造業的高速發展,使得汽車制造業走在信息時代的最前列,同時它也為航空制造的發展帶來了生機和活力。例如,作為國內首座全數字化工廠,新奧迪總裝車間率先將數字化管理理念融入到總裝流程的各個部分,包括領先環保的數字化廠房規劃、100%柔性化的數字化生產、有序高效的數字化物流、更為可靠的數字化質保……生產全線使用了數字化控制和管理,具有更高的生產精度和生產效率,并真正實現了100%的柔性化生產。“全數字化”新奧迪總裝車間作為奧迪全球最先進的工廠,集合了世界最先進的汽車生產設備和制造工藝,并融入了國際領先的精益生產理念和奧迪全球制造基地的建設經驗,通過對規劃、生產、物流和質保的全數字化管理,將汽車生產帶入了一個更高效、更精準、更環保的境界。以下結合該實例,分析介紹幾種基于信息化手段的現代車間應用技術。

1.生產現場實時監控

建立機床監控系統,實現現場生產及設備使用情況分析。采集實作工時,為進一步優化生產作業排程準備準確數據,同時細化管理考核。全面跟蹤管理現場刀、量、夾等器具實物,實現各類物資從購入到報廢的全壽命周期管理。依據工作隊列和實時工序狀態,按配餐方式提前做好生產準備,消除停機等待,實現各類產品混流、混批的流水線式生產作業方式。

2.工裝、刀量具條形碼技術的應用

數控刀具、工藝裝備的管理離不開計算機系統,為使計算機有效地識別和處理工裝、刀量具,必須賦予工裝、刀量具以特定的編碼,而工裝、刀量具的自動識別一直是困擾管理的問題,隨著條碼技術的成熟,信息含量大的二維條碼技術已逐步應用到工裝、刀量具自動識別領域。刀量具可用面積很小,表面彎曲且反光,激光光刻技術是唯一能夠保證條碼圖像質量的標識技術手段。因此使用非接觸激光光刻條碼直接標識技術,利用二維條碼編碼標準,采用適當能量的激光系統,可在物體表面形成清晰的永久性的條碼圖形,而且利用計算機技術可對其進行追溯性跟蹤。

3.有序高效的數字化物流

保證大規模零部件物流體系的有序、可控和高效,體現了“全數字化”工廠的精益生產理念。通過數字化的物流管理體系和龐大的物流超市,可打造一個井然有序的零部件物流供應體系。

4.更為可靠的數字化質保

飛機的品質最終要經過質量保證體系的考驗。因此對于主機廠總裝車間而言,數字化質保也是其生產流程的核心控制環節。因此在總裝車間的生產線按工段布置多個質量控制節點,可對生產過程中的零部件質量數據進行采集和分析,發現問題就地解決,避免一個階段的問題流入到下一個階段。

5.節能環保

通過先進的數字化規劃系統,在節能環保方面,廠房大面積使用了漫反射玻璃,可以充分地利用自然光照明,僅此一項,一個廠房就可以節省約2/3的照明用電。

6.信息數字化車間

信息數字化車間是零部件制造的核心單元,通過不斷提升數字化制造能力和數字化協同水平,建立起適應全數字量傳遞的零件數字化工藝設計、數字化加工、生產現場管理和質量檢測綜合自動化集成應用環境。利用三維數字化的產品設計成果,由PDM導入EBOM和產品、零件的三維數模信息開始,經數字化制造工藝設計和生產經營信息(包括生產計劃編制、制造數據發布、作業調度管理、加工過程控制和質量監控),直到現場生產狀況數據信息采集處理,實現從車間生產經營管理,制造技術準備、生產計劃管理、制造資源準備與配送、現場管理、質量保證和后勤保障等職能部門間的管理集成。達到縮短產品制造周期、提高數控綜合應用效率,提高航空結構件制造的快速響應能力,實現高動態性、高生產率、高質量和低成本的產品數字化制造。圖1就是一個典型的車間信息數字化結構解決方案。

二、數字化車間的技術特點

1.制造信息的數字化

制造信息的數字化是通過“P一4C”集成系統,即以產品數據管理(PDM,圖2)為系統集成平臺的數字化設計(CAD)、數字化工藝(CAPP)、數字化加工(CAM)和數字化質量管理(CAQ)來實現的。數字化設計是指飛機設計部門,采用三維實體造型技術,在生成的三維數字化結構件模型的基礎上,進行了零件工藝模型設計。數字化工藝采用CAPP技術進行工藝方案和工藝過程設計,建立典型工藝及工藝知識庫,充分發揮了典型工藝、規范化的切削參數以及系列化的刀具等知識資源的作用,實現工藝設計過程的數字化和智能化。數字化加工是在“P一4C”及各項使能技術的成功應用基礎上,采用實體加工編程技術進行數控程序設計,實現數控程序設計過程的數字化和智能化,以及數字仿真。應用高速數控加工工藝技術,簡化工序工步,減少切削時間,充分發揮了高速機床的作用,提高零件的加工效率和表面質量。數字化檢測采用三坐標測量機進行精確檢測,確保零件質量。應用數控車間質量管理系統,實現了數控零件生產過程的質量控制和管理。產品數據管理(PDM)實現了飛機結構件的數字化設計、數字化工藝、數字化加工和數字化質量信息的集成管理。工程制造信息的數字化促進了數控工藝優化、數控切削參數優化和數控刀具優化,為工藝準備由串行向并行方式轉變,為數字化集成制造打下了堅實的基礎。

2.生產管理信息的數字化

生產管理信息數字化是通過車間生產計劃、單元加工作業計劃和生產現場數控管理三級生產管理系統的運行來實現的,實現了車間生產活動中的生產作業計劃、物料需求計劃、加工作業調度、刀具與物料分配調度、生產數據統計分析的數字化管理。

數字化管理是生產管理方式的一次革命。傳統的人工編制生產作業計劃、手工統計任務完成情況、通過各種會議來協調解決生產現場問題的生產管理方式正在向計算機輔助作業計劃編制、網絡化數據采集、可視化甘特圖生產進度顯示、計算機自動統計與分析生產數據等先進的數字化生產管理方式轉變。管理模式由以調度為主、計劃服從調度的傳統模式向以計劃為主、調度服從并執行計劃的模式轉變,工作效率明顯提高。原來在人工方式下,編制車間月計劃需要4~7天時間,現在通過計算機生成車間月計劃僅需1天時間,生產計劃更趨于合理。

數字化管理使制造資源準備向集中配送方式轉變。根據提前生成的雙日/班生產作業計劃,可自動生成相應的制造資源配送計劃,資源部門因此可提前進行刀具、工裝和材料的準備,并且在規定的時刻將制造資源送至加工機床旁,減少了數控機床因等待而出現的無謂停工時間,提高了數控設備利用率。

數字化管理還使數字化車間的各項經營管理指標(如零件交付與配套情況、產品工時交付情況、個人工時完成量和定額完成率等數據)均能通過計算機實時產生,管理人員的工作重點由過去的忙于手工抄寫統計各種數據轉移到對計算機產生的各種報表數據、統計圖表進行分析,及時發現和解決出現的問題。由于有了科學合理的統計分析數據為依據,經營管理工作更趨精細化。

數字化車間建成了一個連接所有數控設備、所有業務部門的網絡集成環境,各種生產計劃信息、作業調度信息、資源需求信息、工藝規程和NC程序等技術信息能快速地從上到下分解和傳遞至生產現場。同時,生產現場信息也能快速地從下到上進行反饋、統計和分析,數字化集成制造系統的快速響應和應變能力明顯提高。

三、中航起信息化發展現狀與展望

1.基本現狀

2006年,筆者所在公司完成了CAD、CAPP應用網絡化,CAM也在生產制造過程中全方位地應用,實現了產品設計、工藝、制造和分析等的信息化和集成。

其中,Winchill平臺應用于設計文檔的管理、產品數據的共享和設計開發業務的全過程,公司新產品開發和數據管理工作都基于此設計制造信息化系統進行開發和數據管理。同時,設備數控化工作進一步加強,但尚待形成完整企業集成管理系統。公司所有產品設計開發都已應用CAD系統,同時實現網絡協同設計應用,建立了CAPP典型工藝數據庫,工藝的標準化大大加強。CAM的應用普及到生產加工制造的各個領域,在公司全面運用,使大量設備編程實現了自動化。CAE分析在公司的重點型號中也開始應用。在產品設計制造數字化應用領域,與各主機廠或科研院所協同設計、協同制造,將設計制造數字化應用延伸到企業外部,有效縮短新產品開發制造周期。

依托公司的網絡系統(如OA辦公系統),實現了與公司各部門間的無紙化辦公。這些方面的應用給公司的經營、生產、財務和技術等管理帶來了極大方便,各項數據更準確,新品質量更加穩定,也提高了工作效率。

2.存在不足

目前,筆者所在公司在信息化應用方面還存在一些不足:CAPP典型工藝數據庫還不完善,工藝、制造過程人工干預,工藝知識沒有得到有效繼承,還沒有建立一套權威、精準的工藝知識庫,還沒有實現CAD、CAPP和CAM三個方面的集成應用,沒有開發和應用PDM(產品數據管理)、ERP/MRP(物料需求計劃)和MES(制造執行系統)等系統。同時,生產現場缺乏計劃編排和調度軟件工具,信息不能共享,制造資源缺乏合理的作業指導,現場信息采集缺乏有效手段。問題反饋處理不及時。與世界先進水平相比較,我們在數控效率、切削切除率和刀具消耗成本等重要指標上,還存在較大差距。同時,沒有建立質量信息管理平臺,車間缺乏成本、財務綜合管理應用系統。在仿真技術方面,NC程序主要限于幾何仿真,即僅僅檢查軌跡的正確性和合理性,防止過切、干涉和碰撞等現象的發生,應該說還停留在質量控制的初級階段。據統計,目前因程序估計錯誤產生的質量故障已大幅減少,而由于切削力不穩定、零件裝夾狀態不可靠、刀具結構剛性差和切削參數不合理等引起的零件質量故障、設備故障卻一直無法得到合理科學的解決,僅能依靠多次試切、經驗評估等方式加以預防,存在一定的隨意性和盲目性。因此數控加工過程物理量仿真技術應運而生:開發面向數控銑削過程的動力學仿真軟件,實現對切削過程的切削力、切削扭矩、主軸功率、動態切削厚度及道具變形等物理量及顫振穩定域切削參數的模擬,才能進一步選取優化的切削參數。另外,VERICUT軟件在加工時間仿真上忽略了機床在運行過程中的加減速過程和控制系統特殊指令的影響,造成程序加工時間與現場實際加工時間差異很大。因此開發加工時間精確仿真系統,為工時定額提供一手決策數據勢在必行。

3.中航起制造數字、信息化發展展望

實施制造數字化、信息化是一項復雜的系統工程,其覆蓋面廣、涉及技術復雜、參與單位多、管理難度高且時間跨度大,需要動員各方面的積極參與。需要進一步提高對制造業數字化、信息化建設重大意義的認識,加大推進制造業信息化建設的力度。企業應結合自身的情況,既要制定總體規劃,分步實施,循序漸進,力求實效,又要制定年度目標定期考核。最終建成覆蓋公司產、供、銷、人、財、物的

CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成制造系統,使公司信息系統成為支撐企業生產經營管理、支持領導決策的信息平臺。

同時,應繼續加強公司信息化工程高技術人才的培養和培訓工作。開展面向企業決策層的信息化培訓和面向管理人員、科技人員、生產人員及營銷人員的中、高級信息化人才培訓,形成多元化、多層次的培訓體系,以建立一支適應企業應用的信息化建設所需的人才隊伍。

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