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JCS车间信息集成技术在缸盖生产线中的应用 |
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作者：宋毅 梁爽 王瑞菊 |
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概述
位于安徽省天长巿的天长缸盖有限公司是国内最大的汽缸盖生产厂之一，为多家柴油机厂配套生产不同类型不同规格的缸盖。该厂的缸盖生产覆盖了铸造模具制造、铸件生产、缸盖机加工与检验的整个过程。他们在机加工过程中大量采用加工中心，并在新近上马的一条缸盖准柔性生产线中采用了15台KT1500立式加工中心和4台TH6363卧式加工中心，配置了适应不同规格型号的工装夹具，具有四缸/六缸柴油机缸盖加工的能力。
该生产线采用了北京机床研究所的JCS车间信息集成技术来构建生产线管理系统。管理系统包括：JCS-DNC生产线数据交换网络、JCS-TOOL刀具与工夹具管理子系统、JCS-SFC生产线作业管理子系统、JCS-Ethernet机床状态监控子系统和JCS-Supervision生产线终端等子系统，其生产线结构简图如图1所示。
生产线数据库
一、生产线数据库的构成与主要数据流
生产线用数据库涵盖零件工艺、加工任务、刀具与工夹具信息、加工程序、机床工况数据、生产进度、以及设备和人力资源。
数据库中的数据可以根据产品种类的增加、设备构成的变化而逐渐丰富，以适应加工零件的种类和产量的变更。
二、零件工艺数据管理
针对生产线数据库中所包括的零件工艺数据，系统中设计有零件工艺模块，可以输入零件的工序、工步内容（如图2所示）。该模块中关联了工序对应的加工设备、加工程序、刀具表和刀具D/H补偿参数信息（如图3所示）。 
图2 缸盖加工工艺管理
图3 缸盖工序用刀具清单
三、NC程序数据库与程序流程管理NCBASE
（1）采用了严格的程序命名规则来管理生产中使用的NC程序
在天长厂同时生产着多种型号的柴油机缸盖，在此之前的NC程序采用文件管理方式。程序的命名方法为：NC主程序文件名用四位数字（零件型号（两位数字）+工序号（两位数字））；子程序文件名也用四位数字（工序号+子程序序号）。例如型号为WX4102的缸盖第六序加工程序名为4106，该序中的子程序依次命名为601、602...。由于存在多种四缸缸盖零件，它们的加工工艺有相当大的相似性，因此存在多个4106、4107...的加工程序，容易在生产中造成混淆。
新系统中提供的命名规则为：零件名（号）+工序号+[子程序号]。因此对应的程序名为WX4102-06、子程序名为WX4102-06-01、WX4102-06-02...。各柴油机厂的缸盖零件均有自己独有的命名和编号，以其零件名（号）命名的加工程序将与特定的工序内容唯一对应。实际使用时只要输入零件名，数据库中所有与该零件相关的加工程序就能立即列出（如图4）。 
图4 零件加工程序命名规则
（2）实现了程序流程管理
JCS车间信息集成技术提供了严格的程序管理流程，并将所有NC程序进行数据库管理，使技术人员可以轻松地管理数量繁多、版本不同的各种NC程序。数控程序在整个生命周期中可被分为编辑、试切、锁定和定型四个状态，其管理流程如图5所示。通过赋予使用者不同的权限，使程序管理更加安全、高效。
图5 程序管理流程
生产线数据交换网络JCS-DNC
一、在数据交换网络中交换的数据种类
生产与管理活动需要在管理系统各子系统间、以及管理系统与加工系统间进行下列数据的交换：加工程序/刀补文件、工况信息（机床状态）、程序信息、作业安排和刀具准备等。各子系统间通过局域网与数据库实现数据交换；管理系统与加工系统间的数据交换通过JCS-DNC网络实现。
二、数据交换网络的JCS-DNC结构
生产线上使用的设备大部分采用FANUC OiMC数控系统、部分设备采用FANUC18i MB5系统。构建网络时，对于OiMC系统的机床通过串口服务器（串口转以太网设备，如MOXA的CN251016、Nport5110等）接入以太网，18iMB系统的机床直接接入以太网，并由一台DNC服务器（微机）管理（见图1）。
三、数据交换网络的特点
（1）覆盖所有通讯协议
JCS-DNC可以实现具有RS232/422、TCP/IP、Wireless等协议接口的数控设备联网，在构建数据交换网络时具有广泛的适应性。
（2）能够实现多种工况数据的采集
JCS-DNC采用的数据采集方法包括：数控宏程序功能的应用、工况信息程序、系统DNC功能（FANUC Ethernet）的应用和使用工况数据采集器等手段。
对于计算机不能主动获取工况信息的机床设备，通常采用数控宏程序功能和工况信息程序来采集工况信息（如图6）。这时工况信息由机床侧主动发送到DNC主机。
图6 数控宏程序与工况信息程序的应用
对于具有DNC接口的数控系统，采用FANUC公司的FOCAS1开发的机床状态监控子系统JCS-Ethernet，可以实现更多的机床状态信息的采集。与前述数据采集方式不同之处在于，计算机除了可以主动获得各种加工信息，包括机床坐标、系统程序目录、运行状态以及参数、刀具寿命、报警信息和操作履历等，还可以远程控制该机床。
工况数据采集器MDNC05（图7）是一种安装在机床上的具有全字符键盘和液晶显示的现场数据终端，实现生产现场工况数据的手动采集与汇报。操作简便，适用于所有的数控设备和非数控设备。它可以手动采集和汇报生产现场数据（99种自定义功能，可以根据需要自行约定）：当前加工零件号、设备状态（加工中、空闲、故障）、刀具准备情况、质量检查结果、任务完成情况等。
图7 工况数据采集器
四、机床状态监控系统JCS-Ethernet
生产线上的一台800X800的卧式加工中心布置在该厂的模具工段，平时用作模具加工，当生产线用于六缸缸盖加工时，为平衡节拍的需要也将参与缸盖的生产。该机床配置了FANUC18iMB5系统，因此通过以太网直接联入JCS-DNC数据交换网络，可以采用FTP方式存取加工程序。因其具有以太网接口功能，所以在此系统中采用了JCS-Ethernet(V4.0)机床状态监控软件获取机床的完整状态数据，以获得更丰富的生产监控信息。系统主界面如图8所示。 
图8 JCS-Ethernet主界面
JCS-Ethernet（4.0）是针对采用FANUC i系列具有以太网功能数控系统的加工设备联网而开发的机床状态监控软件。该软件具有设备布局、作业管理、状态监控和效率统计等模块，因此可以在全部采用FANUC i系列数控系统的生产线或机群中使用。
五、生产线用刀具管理子系统JCS-TOOL
在该缸盖线上配备了JCS TOOL刀具管理与准备子系统。该子系统的主要功能模块有：基本刀具数据库、零件工艺管理、刀具准备任务查询、刀具准备（配置）、刀具存储和刀具查询等功能。可以为工艺人员提供库存/在线刀具的查询功能，及时正确地准备出生产中所需要的刀具。该系统具有多库房管理功能可以实现全厂使用的刀具、甚至包括工夹量具的集中管理。
六、生产线作业管理子系统JCS-SFC
JCS-SFC系统针对生产线产品的生产特点，以产品或零件的工艺路线为主导，综合考虑刀卡具准备情况和设备/人力资源能力，自动完成任务下发。该子系统的主要功能模块有：零件工艺管理、任务管理、效率统计、故障统计、生产进度统计、机床设备管理和历史记录等。
JCS-SFC与JCS-DNC和JCS-Ethernet采用标准的数据接口，可以实时跟踪生产进行各种数据的汇总，并可生成形式多变的各种报表，满足生产管理各个阶段的需求。生产线运行时自动采集机床的加工时间和加工数量等工况信息，并以此为依据，通过效率统计模块来统计机床的利用率和生产进度完成情况，生成各种图表、报表，如图9和图10所示。
图9 设备效率统计图
图10 生产进度统计图
七、生产线终端显示查询子系统JCS-Supervision
生产线动态显示查询子系统JCS-Supervision是生产线管理系统中的总体信息监控模块，可以实时、形象地反映生产线中的设备状况和生产状况。使用者可以随时查看各加工设备的运行状态和操作记录等动态信息。实际应用中此模块可以安装于管理部门，也可以放在生产线上作为生产线终端系统来使用。
结论
在缸盖生产线上实施的生产线管理系统，较全面地应用了JCS车间信息集成技术。对生产中使用的加工程序进行了程序命名规则的约定，建立起程序数据库和程序流程管理制度，规范了程序的管理；通过生产线数据交换网络的建立实现了生产线管理系统各子系统间、以及与加工设备的数据交换与集成。各子系统的应用使得生产线在换产品变批量生产时缩短了生产准备时间、减少了生产统计时间、提高了管理的效率。图11为应用JCS车间信息集成管理技术的天长缸盖有限公司的生产车间。 
图11 天长缸盖有限公司的生产车间
作者单位：北京机床研究所
原载《中国机械与金属》杂志(end)
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(3/22/2006) |
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