設(shè)備制造車間數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例研究

陸輝仲，董金華，付龍

共享裝備股份有限公司，寧夏銀川，750021

0 引言

傳統(tǒng)制造行業(yè)作為國(guó)家實(shí)體行業(yè)的核心支柱產(chǎn)業(yè)，其中設(shè)備制造更是重中之重。但在進(jìn)入新時(shí)代以后，隨著發(fā)展的需求和更高的環(huán)境要求，數(shù)字化、信息化、智能化的改造已經(jīng)成為不可避免的趨勢(shì)[1]。自傳統(tǒng)行業(yè)快速、高質(zhì)量發(fā)展以來(lái)，對(duì)制造行業(yè)有了更高、更具體的要求。《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020）》等相關(guān)政策發(fā)布，制造行業(yè)更加趨于工業(yè)數(shù)字化、智能化，在《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》（以下簡(jiǎn)稱：“十四五”規(guī)劃）中，提出了智能制造示范工廠的建立。因此，信息化改造成為傳統(tǒng)制造行業(yè)無(wú)法避開(kāi)的升級(jí)之路。

1 數(shù)字化的內(nèi)涵

數(shù)字化是指使用0和1兩位數(shù)字編碼來(lái)表達(dá)和傳輸一切信息的一種綜合性技術(shù)，即將電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)、圖像、文字等各種信息都變成數(shù)字信號(hào)，在同一種綜合業(yè)務(wù)中進(jìn)行傳輸，通過(guò)接收器使其可以無(wú)限復(fù)原，而質(zhì)量不會(huì)受到任何損害。從第三次科學(xué)技術(shù)革命以來(lái)，伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用至企業(yè)管理中的方式也逐漸成熟，而數(shù)字化企業(yè)就是指將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)并改變企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行為的過(guò)程。

隨著數(shù)字技術(shù)的大量應(yīng)用，在設(shè)備制造行業(yè)中，基于工廠車間底層的改造，目前主流的數(shù)字化系統(tǒng)包括：ERP（企業(yè)資源管理系統(tǒng)）、MES（生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PDM（圖文檔管理系統(tǒng)）等各類系統(tǒng)的集成與組合。通過(guò)各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互，對(duì)制造車間改造并加以數(shù)據(jù)收集，方便管理人員在PC端快速處理工作、分析數(shù)據(jù)等，提高工作效率，形成無(wú)紙化辦公模式[2]。

2 設(shè)備制造車間系統(tǒng)架構(gòu)

自首臺(tái)設(shè)備開(kāi)始生產(chǎn)制造后，由于不斷地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化迭代、技術(shù)提升、研發(fā)新機(jī)型，對(duì)生產(chǎn)制造水平要求越來(lái)越高，尤其對(duì)設(shè)備后期出廠后相關(guān)技術(shù)文件的查詢、更多的制造過(guò)程、問(wèn)題反饋以及后期優(yōu)化方面提出更高的要求。其中，數(shù)字化工廠的建設(shè)更需要提上日程，為制造更高水平、高標(biāo)準(zhǔn)的3D打印設(shè)備提供良好的基礎(chǔ)，而數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。對(duì)于設(shè)備制造工廠，需要做到從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、出廠、售后全流程的數(shù)字化管理，包含了EPDM設(shè)計(jì)系統(tǒng)、MES生產(chǎn)制造系統(tǒng)、ERP管理系統(tǒng)等主要系統(tǒng)[3]。如圖1所示。

圖1 設(shè)備制造工廠系統(tǒng)架構(gòu)圖

在系統(tǒng)架構(gòu)圖設(shè)計(jì)時(shí)，考慮從設(shè)備層、單元層、車間層、企業(yè)層、協(xié)同層五個(gè)方面設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體架構(gòu)，意在全面深入推進(jìn)應(yīng)用MES、EPDM、SAP等數(shù)字化系統(tǒng)，重點(diǎn)解決關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成不暢問(wèn)題，實(shí)施關(guān)鍵生產(chǎn)，實(shí)施質(zhì)量參數(shù)的數(shù)據(jù)線上采集、監(jiān)測(cè)和異常報(bào)警，提高關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量水平。最終提升整體產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和顧客滿意度，降低生產(chǎn)成本，打造數(shù)字化裝配示范車間。

3 主要系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)

工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)需明確文件整理內(nèi)容、各方職責(zé)、確定文件標(biāo)準(zhǔn)格式、限期整改，其涉及多個(gè)設(shè)備項(xiàng)目，每項(xiàng)多個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目文件，從機(jī)電軟三個(gè)方面，涉及上千個(gè)圖紙、作業(yè)要求、BOM信息、零件圖紙、裝配模型的審核與歸檔。同時(shí)應(yīng)明確系統(tǒng)審批流程，劃分產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)部分，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)文件、前期調(diào)研負(fù)責(zé)，文件審批由領(lǐng)導(dǎo)系統(tǒng)同意后，轉(zhuǎn)交工藝人員進(jìn)行工藝文件設(shè)計(jì)、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)設(shè)計(jì)，審核無(wú)問(wèn)題后下發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)使用。如圖2所示。

圖2 工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)中工藝數(shù)據(jù)來(lái)自工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，生產(chǎn)訂單信息來(lái)自ERP系統(tǒng)，主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)流程監(jiān)控、過(guò)程質(zhì)量記錄、訂單評(píng)估、物料管理等，通過(guò)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)建立起生產(chǎn)、質(zhì)量、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，解決新訂單評(píng)估、質(zhì)量追溯等問(wèn)題。通過(guò)與各系統(tǒng)集成，簡(jiǎn)化員工操作，提高工作效率[4]。如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)架構(gòu)

在生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)建立中，需要結(jié)合系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員，對(duì)工廠的基礎(chǔ)架構(gòu)、生產(chǎn)模式進(jìn)行調(diào)研確定，重點(diǎn)以10個(gè)功能為主，包括：基礎(chǔ)建模、計(jì)劃管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、品質(zhì)管理、追溯管理、系統(tǒng)集成、設(shè)備集成、報(bào)表管理。如圖4所示。

圖4 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)功能

3.3 數(shù)據(jù)交互管理

對(duì)于工廠數(shù)據(jù)管理，需要在系統(tǒng)間進(jìn)行集成并設(shè)置操作權(quán)限。由企業(yè)資源系統(tǒng)推送物料信息至工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，同時(shí)將BOM、工藝路線、生產(chǎn)訂單等信息推送至生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)；工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)推送作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、三維模型等信息至生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)；按照生產(chǎn)訂單信息，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)令倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備配送物料至對(duì)應(yīng)班組，完成出料、物資出庫(kù)等任務(wù)。

現(xiàn)場(chǎng)操作人員在生產(chǎn)系統(tǒng)中看到對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)訂單及作業(yè)規(guī)程后，按照指導(dǎo)書(shū)內(nèi)容，進(jìn)行操作作業(yè)。對(duì)于完工無(wú)誤的訂單，由生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)反饋領(lǐng)料、入庫(kù)等信息至企業(yè)資源系統(tǒng)，供財(cái)務(wù)核算。如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)交互示意圖

4 數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用的影響

設(shè)備生產(chǎn)制造過(guò)程中，所有關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化記錄，集成多系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通，設(shè)計(jì)、虛擬制造過(guò)程轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)制造文件，此過(guò)程減少設(shè)計(jì)人員工作量10%以上，對(duì)應(yīng)文件查詢100%準(zhǔn)確。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，減少100%紙質(zhì)檔案記錄，現(xiàn)場(chǎng)操作使用電腦報(bào)工操作，減少現(xiàn)場(chǎng)人員報(bào)工工作量50%以上。

數(shù)字化工廠建成后，為設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)提供了全面的電子數(shù)據(jù)平臺(tái)，整合了設(shè)備制造在全流程制造過(guò)程中的文件、圖紙，對(duì)后期新設(shè)備的研發(fā)、老機(jī)型設(shè)備的維護(hù)都起到了至關(guān)重要的作用，對(duì)文件追蹤、管理實(shí)現(xiàn)100%的數(shù)字化管控。通過(guò)實(shí)施數(shù)字化車間改造，形成制造車間數(shù)字化建設(shè)方案一套，為實(shí)施相關(guān)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設(shè)形成對(duì)標(biāo)方案，在設(shè)備制造整體流程上，縮短時(shí)間，降低制造難度，改善現(xiàn)場(chǎng)人員操作方式[5-7]。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用作為目前制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要方式，正在日趨成熟，此次實(shí)例研究作為設(shè)備制造車間的一種可行性方案，仍需時(shí)間驗(yàn)證。通過(guò)此次應(yīng)用實(shí)踐，為制造設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用、轉(zhuǎn)型升級(jí)提供借鑒。