基于軍工制造特點的數字化車間系統構建

何疌舟 蔡輝 李波

[摘 要] 本文介紹了數字化車間在數字化制造系統中的重要性，分析了軍工制造企業打造數字化企業的必要性，提出了建設數字化車間的整體框架，并對數字化車間各功能模塊進行詳細分析，對軍工制造企業建設數字化車間具有一定的借鑒意義。

[關鍵詞] 數字化；車間；系統；軍工；制造

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 035

[中圖分類號] F270.7；TP315 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）17- 0059- 03

數字化制造是傳統的制造業依托高性能計算機、網絡等高新技術，實現對產品需求分析、產品設計、零件加工制造、產品質量檢驗以及整個生命周期的數據信息管理、過程控制[1]。數字化車間可以有效降低生產成本、縮短產品研制周期，解決軍工制造企業傳統生產模式中的瓶頸問題。

1 對軍工特色數字化車間的思考

1.1 數字化車間概述

數字化車間是指以制造資源、生產操作和產品為核心，將數字化的產品設計數據，在現有實際制造系統的數字化現實環境中，對生產過程進行計算機仿真優化的虛擬制造方式[3]。數字化車間將傳統車間的生產系統、工藝設計系統、質量信息系統以及其他管理系統信息集成為DNC、ERP、MES系統，形成自動化制造體系， 實現產品的設計、工藝、管理、制造一體化，提高企業生產效率，縮短制造周期，降低生產成本，對企業有非常重要的意義。

1.2 軍工生產企業打造數字化車間的必要性

（1）軍工企業產品具有批量小、種類多、結構復雜、生產交付節點嚴格等特點[4]，產品依據車間制造能力進行路線劃分、資源配置，產品零件分散到各個車間、工位，這對車間的零件調配、設備使用的靈活性提出了更高要求，車間信息不暢通，就會導致生產計劃不能按時完成，生產質量也得不到保證，融入信息化技術可以實現產品、物料、工裝、刀具等實時數據采集，相關人員通過終端系統可以掌握產品生產、工裝、設備的使用情況。

（2）軍工企業接收緊急任務。軍工制造車間可能突然接收一些產品的緊急生產任務，在傳統的制造模式下只能停止現有的生產任務，打亂了原有的生產計劃安排。引入先進的制造信息平臺，可以根據現在車間的生產情況及生產設備的占用情況進行分析，及時準確地評估插入任務對其他生產任務的影響，通過對生產工序進行拆分、合并、外協加工等排產調整，優化車間配置資源，在影響原有生產計劃最小的情況下完成插入任務。

（3）軍工企業產品要求質量具有可追溯性。軍工產品零件質量要求具有可追溯性，傳統操作方式是將數據人工記錄，這種方式耗時且容易出錯；引入條碼掃描機、觸摸屏、視頻系統等信息采集方式后，將每件產品每道工序產生唯一條碼，只需掃描條碼，即可調出零件相關數據，為相關人員提供動態數據，實現零件可追溯性。

（4）軍工企業制造資源利用率低。每個產品生產涉及現場操作人員、物料準備、設備準備、刀具準備等，傳統制造模式由于信息不夠暢通，使部分設備、工裝閑置，而另外一些任務排滿；通過信息化手段可提高車間現場資源利用率及資源優化配置，管理人員在最短的時間內通過大屏幕、PC終端等顯示設備掌握生產現場的情況，以便做出準確的判斷，采取有效措施，保證生產任務的順利完成。

（5）軍工企業技術文檔管理難度大。車間技術文檔、產品文檔資料多，且很多為秘密材料，管理難度大，需要引進信息化技術進行管理，實現技術文檔資料版本的嚴格控制及方便工人查詢瀏覽。軍工企業傳統制造模式已經滿足不了需求，亟需引進信息化手段、打造數字化車間來解決矛盾。

2 數字化車間構造

2.1 數字化車間的整體構架

數字化車間是一個龐大的具有信息化特點的制造系統，是基于傳統制造業與信息化技術平臺建立起來的，其整體框架如圖1所示。

2.2 數字化車間的模塊分析

數字化車間以MES生產執行系統為核心，充分利用ERP、PDM等平臺，依據車間自身特點，搭建系統應用的軟硬件平臺，實現設計、工藝、制造一體化的數字化生產模式，數字化車間打造基于以下信息化平臺。

2.2.1 數字化車間MES系統

數字化車間打造MES系統，改變了制造企業傳統的單一信息采集方式，通過動態采集產品在制造過程中設備占用情況、生產進度、完成質量等數據，并對數據進行整合、分析，形成整體解決方案，確保將信息準確、及時地反饋給相關人員，為任務排產、決策提供依據。

2.2.2 數字化車間生產管理平臺

生產管理系統如圖2所示，生產計劃下達到車間后，車間工位生產信息采集系統將工位資源數據反饋給ERP系統，通過物料計劃計算后，生產計劃員根據將生產任務下達給相關的工藝、設備管理、物料管理人員，相關人員根據任務的優先級進行準備，生產計劃員根據生產計劃進行派工，系統具有生產過程監視以及生產調度指揮功能。調度系統的高效運作，避免了車間資源的浪費，縮短了型號產品的研制生產周期。

2.2.3 制造資源管理平臺

制造資源管理模塊流程如圖3所示。通過數據庫建立資源庫將可以管理制造資源如刀具、設備、工裝等，工藝人員可以根據需要添加、刪減資源庫中的內容，也可以及時查找各種工序需要的機床、刀具、量具相關數據以及占用情況，計劃員也可通過數據庫核算產品制造消耗和占用資源的成本。

2.2.4 物料配管模塊

產品生產過程中需要大量物料、工裝等，由于車間制造現場空間、資源有限，需對現場物料、配套產品及使用工具等物件進行嚴格控制管理，建立物料配給管理機制，根據生產計劃查詢物料需求計劃，并及時調整；通過網絡終端查詢庫房庫存情況，利用電子標簽撿貨系統指引快速取貨，能夠利用條碼掃描終端自動記錄物料信息，保證了庫房物料信息的實時性與準確性。

3 結 論

通過對數字化車間的闡述及對軍工企業特點的分析，論述了傳統軍工企業引進信息化技術打造數字化車間的必要性。數字化車間通過建立MES系統，提高了車間信息交流的暢通性和設備使用的靈活性。通過建立IPT協同設計系統，使得產品研制效率提高，縮短了產品研制周期。通過建立數字化生產管控系統，顯現了管控系統對生產計劃調整、任務監督、資源調配的便利性；建立物料配管模塊，提高了物料、工裝、產品管理管控工作的效率；建立質量管理模塊，通過先進的檢測、記錄設備使產品質量可方便快捷追溯。

主要參考文獻

[1]呂琳，胡海明.淺談數字化制造技術[J].機電產品開發與創新， 2009（1）：87-88.

[2]洪建勝.數字化車間環境下的MES應用[J].中國制造業信息化：應用版，2007（9）：51.

[3]李鐵鋼.鈑金件數字化制造數據集成技術[J].河南科技，2013（3）.

[4]馬光輝，謝小星.大型企業數字化車間系統集成技術[J]. 航空制造技術，2008（19）：50-51.

[5]李世杰，張艷蕊.數字化車間的構建策略研究[J]. 微計算機信息，2009（12）：22-23.