现代车间信息数字化技术发展趋势

2013-08-08 by:广州SolidworksUGCatia培训中心来源:仿真在线

现代车间信息数字化技术发展趋势

一、先进制造技术的发展趋势

汽车需求量的爆发式增长,推动了汽车制造业的高速发展,使得汽车制造业走在信息时代的最前列,同时它也为航空制造的发展带来了生机和活力。例如,作为国内首座全数字化工厂,新奥迪总装车间率先将数字化管理理念融入到总装流程的各个部分,包括领先环保的数字化厂房规划、100%柔性化的数字化生产、有序高效的数字化物流、更为可靠的数字化质保……生产全线使用了数字化控制和管理,具有更高的生产精度和生产效率,并真正实现了100%的柔性化生产。“全数字化”新奥迪总装车间作为奥迪全球最先进的工厂,集合了世界最先进的汽车生产设备和制造工艺,并融入了国际领先的精益生产理念和奥迪全球制造基地的建设经验,通过对规划、生产、物流和质保的全数字化管理,将汽车生产带入了一个更高效、更精准、更环保的境界。以下结合该实例,分析介绍几种基于信息化手段的现代车间应用技术。

1.生产现场实时监控

建立机床监控系统,实现现场生产及设备使用情况分析。采集实作工时,为进一步优化生产作业排程准备准确数据,同时细化管理考核。全面跟踪管理现场刀、量、夹等器具实物,实现各类物资从购入到报废的全寿命周期管理。依据工作队列和实时工序状态,按配餐方式提前做好生产准备,消除停机等待,实现各类产品混流、混批的流水线式生产作业方式。

2.工装、刀量具条形码技术的应用

数控刀具、工艺装备的管理离不开计算机系统,为使计算机有效地识别和处理工装、刀量具,必须赋予工装、刀量具以特定的编码,而工装、刀量具的自动识别一直是困扰管理的问题,随着条码技术的成熟,信息含量大的二维条码技术已逐步应用到工装、刀量具自动识别领域。刀量具可用面积很小,表面弯曲且反光,激光光刻技术是唯一能够保证条码图像质量的标识技术手段。因此使用非接触激光光刻条码直接标识技术,利用二维条码编码标准,采用适当能量的激光系统,可在物体表面形成清晰的永久性的条码图形,而且利用计算机技术可对其进行追溯性跟踪。

3.有序高效的数字化物流

保证大规模零部件物流体系的有序、可控和高效,体现了“全数字化”工厂的精益生产理念。通过数字化的物流管理体系和庞大的物流超市,可打造一个井然有序的零部件物流供应体系。

4.更为可靠的数字化质保

飞机的品质最终要经过质量保证体系的考验。因此对于主机厂总装车间而言,数字化质保也是其生产流程的核心控制环节。因此在总装车间的生产线按工段布置多个质量控制节点,可对生产过程中的零部件质量数据进行采集和分析,发现问题就地解决,避免一个阶段的问题流入到下一个阶段。

5.节能环保

通过先进的数字化规划系统,在节能环保方面,厂房大面积使用了漫反射玻璃,可以充分地利用自然光照明,仅此一项,一个厂房就可以节省约2/3的照明用电。

6.信息数字化车间

信息数字化车间是零部件制造的核心单元,通过不断提升数字化制造能力和数字化协同水平,建立起适应全数字量传递的零件数字化工艺设计、数字化加工、生产现场管理和质量检测综合自动化集成应用环境。利用三维数字化的产品设计成果,由PDM导入EBOM和产品、零件的三维数模信息开始,经数字化制造工艺设计和生产经营信息(包括生产计划编制、制造数据发布、作业调度管理、加工过程控制和质量监控),直到现场生产状况数据信息采集处理,实现从车间生产经营管理,制造技术准备、生产计划管理、制造资源准备与配送、现场管理、质量保证和后勤保障等职能部门间的管理集成。达到缩短产品制造周期、提高数控综合应用效率,提高航空结构件制造的快速响应能力,实现高动态性、高生产率、高质量和低成本的产品数字化制造。图1就是一个典型的车间信息数字化结构解决方案。

二、数字化车间的技术特点

1.制造信息的数字化

制造信息的数字化是通过“P一4C”集成系统,即以产品数据管理(PDM,图2)为系统集成平台的数字化设计(CAD)、数字化工艺(CAPP)、数字化加工(CAM)和数字化质量管理(CAQ)来实现的。数字化设计是指飞机设计部门,采用三维实体造型技术,在生成的三维数字化结构件模型的基础上,进行了零件工艺模型设计。数字化工艺采用CAPP技术进行工艺方案和工艺过程设计,建立典型工艺及工艺知识库,充分发挥了典型工艺、规范化的切削参数以及系列化的刀具等知识资源的作用,实现工艺设计过程的数字化和智能化。数字化加工是在“P一4C”及各项使能技术的成功应用基础上,采用实体加工编程技术进行数控程序设计,实现数控程序设计过程的数字化和智能化,以及数字仿真。应用高速数控加工工艺技术,简化工序工步,减少切削时间,充分发挥了高速机床的作用,提高零件的加工效率和表面质量。数字化检测采用三坐标测量机进行精确检测,确保零件质量。应用数控车间质量管理系统,实现了数控零件生产过程的质量控制和管理。产品数据管理(PDM)实现了飞机结构件的数字化设计、数字化工艺、数字化加工和数字化质量信息的集成管理。工程制造信息的数字化促进了数控工艺优化、数控切削参数优化和数控刀具优化,为工艺准备由串行向并行方式转变,为数字化集成制造打下了坚实的基础。

2.生产管理信息的数字化

生产管理信息数字化是通过车间生产计划、单元加工作业计划和生产现场数控管理三级生产管理系统的运行来实现的,实现了车间生产活动中的生产作业计划、物料需求计划、加工作业调度、刀具与物料分配调度、生产数据统计分析的数字化管理。

数字化管理是生产管理方式的一次革命。传统的人工编制生产作业计划、手工统计任务完成情况、通过各种会议来协调解决生产现场问题的生产管理方式正在向计算机辅助作业计划编制、网络化数据采集、可视化甘特图生产进度显示、计算机自动统计与分析生产数据等先进的数字化生产管理方式转变。管理模式由以调度为主、计划服从调度的传统模式向以计划为主、调度服从并执行计划的模式转变,工作效率明显提高。原来在人工方式下,编制车间月计划需要4~7天时间,现在通过计算机生成车间月计划仅需1天时间,生产计划更趋于合理。

数字化管理使制造资源准备向集中配送方式转变。根据提前生成的双日/班生产作业计划,可自动生成相应的制造资源配送计划,资源部门因此可提前进行刀具、工装和材料的准备,并且在规定的时刻将制造资源送至加工机床旁,减少了数控机床因等待而出现的无谓停工时间,提高了数控设备利用率。

数字化管理还使数字化车间的各项经营管理指标(如零件交付与配套情况、产品工时交付情况、个人工时完成量和定额完成率等数据)均能通过计算机实时产生,管理人员的工作重点由过去的忙于手工抄写统计各种数据转移到对计算机产生的各种报表数据、统计图表进行分析,及时发现和解决出现的问题。由于有了科学合理的统计分析数据为依据,经营管理工作更趋精细化。

数字化车间建成了一个连接所有数控设备、所有业务部门的网络集成环境,各种生产计划信息、作业调度信息、资源需求信息、工艺规程和NC程序等技术信息能快速地从上到下分解和传递至生产现场。同时,生产现场信息也能快速地从下到上进行反馈、统计和分析,数字化集成制造系统的快速响应和应变能力明显提高。

三、中航起信息化发展现状与展望

1.基本现状

2006年,笔者所在公司完成了CAD、CAPP应用网络化,CAM也在生产制造过程中全方位地应用,实现了产品设计、工艺、制造和分析等的信息化和集成。

其中,Winchill平台应用于设计文档的管理、产品数据的共享和设计开发业务的全过程,公司新产品开发和数据管理工作都基于此设计制造信息化系统进行开发和数据管理。同时,设备数控化工作进一步加强,但尚待形成完整企业集成管理系统。公司所有产品设计开发都已应用CAD系统,同时实现网络协同设计应用,建立了CAPP典型工艺数据库,工艺的标准化大大加强。CAM的应用普及到生产加工制造的各个领域,在公司全面运用,使大量设备编程实现了自动化。CAE分析在公司的重点型号中也开始应用。在产品设计制造数字化应用领域,与各主机厂或科研院所协同设计、协同制造,将设计制造数字化应用延伸到企业外部,有效缩短新产品开发制造周期。

依托公司的网络系统(如OA办公系统),实现了与公司各部门间的无纸化办公。这些方面的应用给公司的经营、生产、财务和技术等管理带来了极大方便,各项数据更准确,新品质量更加稳定,也提高了工作效率。

2.存在不足

目前,笔者所在公司在信息化应用方面还存在一些不足:CAPP典型工艺数据库还不完善,工艺、制造过程人工干预,工艺知识没有得到有效继承,还没有建立一套权威、精准的工艺知识库,还没有实现CAD、CAPP和CAM三个方面的集成应用,没有开发和应用PDM(产品数据管理)、ERP/MRP(物料需求计划)和MES(制造执行系统)等系统。同时,生产现场缺乏计划编排和调度软件工具,信息不能共享,制造资源缺乏合理的作业指导,现场信息采集缺乏有效手段。问题反馈处理不及时。与世界先进水平相比较,我们在数控效率、切削切除率和刀具消耗成本等重要指标上,还存在较大差距。同时,没有建立质量信息管理平台,车间缺乏成本、财务综合管理应用系统。在仿真技术方面,NC程序主要限于几何仿真,即仅仅检查轨迹的正确性和合理性,防止过切、干涉和碰撞等现象的发生,应该说还停留在质量控制的初级阶段。据统计,目前因程序估计错误产生的质量故障已大幅减少,而由于切削力不稳定、零件装夹状态不可靠、刀具结构刚性差和切削参数不合理等引起的零件质量故障、设备故障却一直无法得到合理科学的解决,仅能依靠多次试切、经验评估等方式加以预防,存在一定的随意性和盲目性。因此数控加工过程物理量仿真技术应运而生:开发面向数控铣削过程的动力学仿真软件,实现对切削过程的切削力、切削扭矩、主轴功率、动态切削厚度及道具变形等物理量及颤振稳定域切削参数的模拟,才能进一步选取优化的切削参数。另外,VERICUT软件在加工时间仿真上忽略了机床在运行过程中的加减速过程和控制系统特殊指令的影响,造成程序加工时间与现场实际加工时间差异很大。因此开发加工时间精确仿真系统,为工时定额提供一手决策数据势在必行。

3.中航起制造数字、信息化发展展望

实施制造数字化、信息化是一项复杂的系统工程,其覆盖面广、涉及技术复杂、参与单位多、管理难度高且时间跨度大,需要动员各方面的积极参与。需要进一步提高对制造业数字化、信息化建设重大意义的认识,加大推进制造业信息化建设的力度。企业应结合自身的情况,既要制定总体规划,分步实施,循序渐进,力求实效,又要制定年度目标定期考核。最终建成覆盖公司产、供、销、人、财、物的

CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成制造系统,使公司信息系统成为支撑企业生产经营管理、支持领导决策的信息平台。

同时,应继续加强公司信息化工程高技术人才的培养和培训工作。开展面向企业决策层的信息化培训和面向管理人员、科技人员、生产人员及营销人员的中、高级信息化人才培训,形成多元化、多层次的培训体系,以建立一支适应企业应用的信息化建设所需的人才队伍。

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