在當(dāng)今“速度經(jīng)濟”時代，迫切要求制造業(yè)實現(xiàn)研制手段、生產(chǎn)過程和管理方法的信息化，具備快速響應(yīng)、柔性生產(chǎn)、精確制造、產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量保障和網(wǎng)絡(luò)化管理等多方面能力，建立基于數(shù)字化技術(shù)的生產(chǎn)系統(tǒng)及產(chǎn)品快速響應(yīng)研制體系已迫在眉睫。2008年，常熟紡織機械廠有限公司中標(biāo)承擔(dān)了江蘇省科技廳“面向紡織行業(yè)的設(shè)計數(shù)字化集成技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”項目的建設(shè)，重點解決制約企業(yè)信息化發(fā)展的瓶頸問題——制造過程的信息化，目前數(shù)字化制造體系已初見成效。

1 企業(yè)對數(shù)字化制造的管理需求

    現(xiàn)代制造業(yè)除面臨市場競爭激烈、節(jié)奏變化快、多品種小批量、多樣化個性化、定制生產(chǎn)成為主流等問題挑戰(zhàn)外，因技術(shù)創(chuàng)新引發(fā)企業(yè)很多管理難題：①文檔管理落后；②數(shù)據(jù)共享程度低，圖檔檢索、統(tǒng)計困難，無法進行有效的版本控制；③信息傳遞速度慢；④協(xié)同工作環(huán)境差；⑤數(shù)據(jù)安全沒保障；⑥圖檔更改困難，容易造成版本不一致等歷史遺留問題；⑦配置管理多且難；⑧傳統(tǒng)工藝設(shè)計，不符合現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)計需要；⑨快速交貨和成本的壓力；⑩制造資源種類多不易找，對制造設(shè)備要求高，隨著加工技術(shù)要求提高，企業(yè)主關(guān)鍵零件加工都采用數(shù)控設(shè)備實現(xiàn)加工制造等。另外，企業(yè)中使用系統(tǒng)存在信息孤島現(xiàn)象，ERP系統(tǒng)建設(shè)遭遇了生產(chǎn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)無法準確采集的瓶頸，生產(chǎn)現(xiàn)場管理越來越困難。建立一套完善的數(shù)字化制造體系是解決以上所有問題的唯一出路。

2 數(shù)字化制造技術(shù)可以解決的問題

    數(shù)字化制造技術(shù)主要：強調(diào)設(shè)計制造過程；強調(diào)設(shè)計制造知識的處理與應(yīng)用；強調(diào)產(chǎn)品的全生命周期；強調(diào)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計制造；強調(diào)基于網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計制造服務(wù)；強調(diào)產(chǎn)品的數(shù)字化等。

    數(shù)字化制造可以解決的問題如下：①圖文檔分散放置，產(chǎn)品數(shù)據(jù)不能實時有效的共享；解決方法：圖文檔集中管理，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)實時有效的共享。②設(shè)計人員各自為政，開發(fā)效率較低；解決方法：提供統(tǒng)一的工作流引擎推動流程，全面優(yōu)化流程控制。③圖文檔使用和變更管理缺乏統(tǒng)一的流程和過程控制；解決方法：通過工作流管理和版本控制實現(xiàn)相關(guān)圖文檔使用和變更的過程管控，減少誤差。④圖檔在個人手中，容易泄密，圖檔安全無法有效保障；解決方法：圖檔經(jīng)過壓縮加密集中存放并且提供多級多維的安全機制以保證圖檔安全。⑤產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)周期長，產(chǎn)品設(shè)計成本高；解建立可視化車間調(diào)度控制系統(tǒng)決方法：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置、工程項目管理、工作流管理；⑥工藝文件制作工作量大，不能實現(xiàn)與作業(yè)的快速銜接；解決方法：集成的工藝過程規(guī)劃管理，設(shè)備和工模具管理。⑦加工任務(wù)量多且品種數(shù)多，車間調(diào)度管理復(fù)雜；解決方法：PDM、CAD、ERP等集成一體，提高車間制造效率和速度。⑧生產(chǎn)能力難以評估，作業(yè)執(zhí)行及質(zhì)量控制精細化不夠；解決方法：自動能力負荷平衡，車間作業(yè)計劃及作業(yè)執(zhí)行反饋可視化管理等等。

3 數(shù)字化制造系統(tǒng)的建設(shè)

    從紡機行業(yè)總體現(xiàn)狀出發(fā)，在現(xiàn)有的CAD、ERP的應(yīng)用基礎(chǔ)之上，引進先進的管理思想和設(shè)計制造方法，系統(tǒng)完整地規(guī)劃紡機行業(yè)的信息化應(yīng)用解決方案，建立基于產(chǎn)品全生命周期管理的協(xié)同設(shè)計和制造軟件平臺，實現(xiàn)全面的數(shù)字化制造管理技術(shù)的應(yīng)用。

    3.1 數(shù)字化制造系統(tǒng)總體目標(biāo)

    建立企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模型；建立企業(yè)高效、合理設(shè)計過程；建立企業(yè)并行工作環(huán)境；建立集成工藝過程規(guī)劃管理；建立可視化車間調(diào)度控制系統(tǒng)。 

    3.2 數(shù)字化制造系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

    ①建立企業(yè)完整產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模型：首先完成所有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理，建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)化管理模式，由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組織起所有產(chǎn)品設(shè)計文檔的管理，支持產(chǎn)品明細數(shù)據(jù)從設(shè)計到工藝、生產(chǎn)管理、制造等部門的轉(zhuǎn)換和傳遞。②建立企業(yè)并行工作環(huán)境：推廣實施PDM系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的環(huán)境設(shè)置工作，按照企業(yè)流程在各部門建立起支持產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享和并行協(xié)同工作的環(huán)境，完成企業(yè)級的電子化審批、更改控制、版本管理等。③建立企業(yè)高效合理設(shè)計過程：基礎(chǔ)是管理企業(yè)靜態(tài)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，更深層是管理動態(tài)設(shè)計過程，提高設(shè)計研發(fā)效率，同時引入項目管理思想，盡可能壓縮設(shè)計研發(fā)周期。④建立集成工藝過程規(guī)劃管理：集成的工藝資源管理，包括設(shè)備及工模具管理，方便的工藝文件制作和維護管理，材料和工時定額管理，目標(biāo)成本管理，工藝報表自動生成及制造BOM管理。⑤建立可視化車間調(diào)度控制系統(tǒng)：實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度管理軟件MES與ERP軟件、設(shè)計軟件CAD以及數(shù)控系統(tǒng)之間的良好集成，自動化的車間作業(yè)計劃管理，可視化的車間調(diào)度管理，動態(tài)的車間執(zhí)行信息反饋及過程控制，車間質(zhì)量信息采集及控制等。⑥實現(xiàn)與數(shù)控加工設(shè)備的連接，探索建立無紙化生產(chǎn)的途徑。

    3.3 數(shù)字化制造系統(tǒng)實現(xiàn)

    數(shù)字化制造業(yè)務(wù)框架圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字化制造業(yè)務(wù)框架圖

    3.3.1 數(shù)字化制造系統(tǒng)主要模塊

    包括PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理；CAPP工藝過程規(guī)劃管理；設(shè)備、工模具管理；MES車間調(diào)度執(zhí)行管理；數(shù)據(jù)接口與集成管理。

    3.3.2 數(shù)字化制造系統(tǒng)實現(xiàn)

    1)PDM主要業(yè)務(wù)模塊有：零部件管理；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理；圖檔資料管理；工作流程管理；項目管理；安全管理等。如零部件管理：首先PDM提供了一個編碼工具，通過混合編碼幫助企業(yè)進行復(fù)雜的編碼工作，從而達到企業(yè)基本信息的標(biāo)準化、規(guī)范化。然后，對于零部件進行分類管理，通過分類管理使得零部件結(jié)構(gòu)標(biāo)準化，此外為后面產(chǎn)品的快速設(shè)計提供檢索。最后通過屬性管理，建立零件的特性表，便于進行產(chǎn)品的快速配置。增強的圖文檔瀏覽器，采用主副文檔存儲結(jié)構(gòu)（主文檔為CAD設(shè)計文件，副文檔供瀏覽），徹底解決了大多數(shù)PDM軟件不能瀏覽各種非常規(guī)CAD文件的問題。

    2)CAPP工藝過程規(guī)劃管理：提供工藝過程卡片管理、工藝工序卡片管理、工藝資源管理、工藝工時定額計算匯總、NC程序管理等功能。通過對零部件加工工藝及相關(guān)數(shù)據(jù)的管理，為企業(yè)實現(xiàn)零部件工藝標(biāo)準化和規(guī)范化管理。

    3)MES車間調(diào)度執(zhí)行管理：首先，將ERP的生產(chǎn)計劃單導(dǎo)入到MES系統(tǒng)，然后通過MES系統(tǒng)的根據(jù)生產(chǎn)能力進行車間作業(yè)排產(chǎn)；其次，車間調(diào)度員根據(jù)作業(yè)排產(chǎn)結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備情況進行可視化作業(yè)調(diào)度，對零件加工進行作業(yè)安排和下達，然后根據(jù)下達作業(yè)計劃，自動將相關(guān)CAPP中的NC程序輸出到NC控制臺便于調(diào)度設(shè)備指揮生產(chǎn)；最后，根據(jù)生產(chǎn)加工結(jié)果在MES上點擊完成狀態(tài)，系統(tǒng)自動生成工票反饋結(jié)果，如果設(shè)備之間交接要登記工序轉(zhuǎn)移單，這樣可方便管理車間動態(tài)在制品和作業(yè)動態(tài)加工狀態(tài)�？蓪崿F(xiàn)的管理改進：加強對車間內(nèi)部在制品的管理，避免流失和浪費的發(fā)生；減少了車間統(tǒng)計和上報各種報表的工作量；物料消耗、能耗、工時、產(chǎn)出等各項信息準確、及時，方便了預(yù)算控制和成本核算；可以及時、準確地掌握生產(chǎn)狀況，從而使生產(chǎn)調(diào)度可以有的放矢，及時性提高；MES系統(tǒng)為車間提供了計劃和日常調(diào)度有力工具�？梢栽诰幹乒ば蜻M度計劃和下達任務(wù)時，對物料進行檢查；可以為即將開工的車間任務(wù)預(yù)先分配庫存；可以對已下達和加工中的任務(wù)進行修改；可以查詢生產(chǎn)任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)；可以管理車間在制品。

圖2 MES車間調(diào)度執(zhí)行管理

    4)數(shù)據(jù)接口與集成管理：常熟紡機已經(jīng)在使用ERP2.0，其他PDM、MES需要與ERP2.0進行數(shù)據(jù)交互，主要接口內(nèi)容為：物料信息接口、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息接口、工藝信息計劃、生產(chǎn)計劃信息接口。在PDM中提供與ERP2.0的雙向數(shù)據(jù)接口，用于集成物料信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息。

圖3 數(shù)字化制造數(shù)據(jù)接口管理

4 結(jié)束語

    常熟紡機目前數(shù)字化制造體系已初見成效，建立了支持數(shù)字化制造系統(tǒng)集成運行的網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境；建立了基于產(chǎn)品全生命周期管理的協(xié)同設(shè)計和制造軟件平臺；通過自定義可靈活配置的輔助編碼工具，建立了科學(xué)靈活的產(chǎn)品統(tǒng)一編碼體系，提高系統(tǒng)實用性；通過規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準、規(guī)范圖檔管理流程，建立了合理的電子化圖檔管理機制，提高設(shè)計研發(fā)效率；建立了可視化MES車間調(diào)度執(zhí)行管理系統(tǒng)；提供了數(shù)字化制造系統(tǒng)的相關(guān)接口管理，實現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理與ERP系統(tǒng)集成，探索建立無紙化生產(chǎn)的途徑，這些給企業(yè)在管理上帶來了全面提升。

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本文標(biāo)題：紡機企業(yè)數(shù)字化制造平臺建構(gòu)淺探

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