数控车间信息集成管理系统的内涵

作者：北京机床研究所柔性制造工程公司

欢迎访问e展厅 展厅 3 CIO信息化管理展厅 电子商务/企业门户, IT运维管理, 制造执行系统MES, 流程管理BPR/BPM, SOA/SaaS/云计算, ... 本文从现代制造技术的发展需求，分析由数控机床组成的制造车间管理模式，并介绍适合中国使用的数控车间信息集成管理系统。 数控机床加工的生产管理模式 数控机床的高柔性、高效率、稳定的加工精度和加工复杂型面能力，能对用户需求作出快速的反应，深获制造业的青睐。在一些大中型制造企业，根据生产的需要和数控机床的特点，已形成多种生产组织管理模式的制造系统，主要包括： - 基于分布式数控（DNC）的车间（工段）信息管理系统-对车间（工段）内的数控机床群体，通过其各自的数控系统与上位机的通讯，并传达生产规划与控制信息。这种信息集成的管理模式，在目前的制造系统中占最大比例。 - 柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）-FMS和FMC除了具有完善的DNC管理系统外，还有自动化仓库、物料搬运和装卸、刀具检测、预调和传送以及状态监控等硬件模块和相应的物流和刀具流控制软件。 - 自动化工厂（FA）-以自动化中央立体仓库为中心，由多条FMS及相应企业信息管理系统组成的高度综合自动化工厂（车间）。 - 柔性机床组成的生产线-主要用于大批量生产的行业，如汽车、摩托车和家电等。尽管目前已投产的柔性生产线比重不大，但由于它适应对同族零件的多品种混流批量生产，已成为当前柔性加工的主要发展方向。主要包括两种类型∶柔性自动线（FTL），由能够自动变换多轴头的数控组合机床、三座标加工单元和顺序物料输送系统等组成的生产线；柔性加工生产线（FML），由高效、通用数控机床和柔性物料输送系统等组成的生产线，其结构相当于多组FMC按工艺流程进行配置。 由上述4类数控机床组成的制造系统可知，DNC不仅需用面广，更是其他制造系统的技术基础。 中国数控机床的生产管理模式 目前中国数控机床的年产量已达一万多台，但大多为数控功能较低、以步进电机驱动的经济型数控产品。普及型和高级型数控金属切削机床，包括历年进口在内的总数，估计只有5万台左右，不到中国金属切削机床拥有量的2%。 这些数控机床中，有一千台左右用于如FMC、FMS和FML等先进制造系统，其余大部分以单机独立运行的机群形式进行，使本已为数不多的数控机床，更难以充分发挥其效能。 根据数控机床的使用经验，如要提高其效益必须注意： - 数控加工工艺（包括编程、刀具、切削用量和工夹具等）的优化； - 减少技术准备和生产调度不及时引起的待工时间； - 提高数控机床的可靠性，减少停工维修时间； - 提高操作人员的素质。 根据德国的统计分析，在有较丰富的数控机床使用及管理经验，良好设备质量的可靠条件下，排除故障时间约占加工零件制造周期的9%，因生产组织管理不完善引起的待加工时间约占11%，停工和待工时间总计20%。 中国的生产组织管理水平和使用经验远不如先进工业国，基本上仍沿用传统的组织生产模式。根据美国Merchant教授的统计，这种管理方式引致的待工和停工时间，可达产品生产周期的95%；即使在加强关注的情况下，机床的利用率也不到50%。如要解决这个问题，需要采用DNC对车间的数控机床进行全面信息管理，并优化生产组织，才能提高数控机床的利用率和柔性生产能力。 国际系统集成商的努力 国际上就 CNC车间的信息集成研制已有20多年历史，从BTR技术、直接DNC、分布DNC到车间集成管理系统。随着企业现代化需求和计算机相关技术的发展，这个领域的技术不断发展，目前的商品车间集成单元技术，均以个人计算机和工业微机作为硬件基础，并向标准PC软件平台的方向发展。CNC机床用户和学术界对CNC厂商不断提出开放式结构体系（OSA）的要求，主张网路化PCNC，以便与计算机通信技术接轨，使制造环境的信息集成标准化，有利企业实现信息化。CNC公司不但兼顾自身的条件和技术保护，也要适应发展趋势，新机种已具备与微机通信的DNC功能，但需要选用其上位机卡和通信软件包。如用户车间的机床只用单一厂商的CNC，DNC信息集成自是简单可靠，否则系统集成商便需要多动脑筋和多花软件经费。 计算机技术带动工业控制器的发展，由于其生产环境的特点和控制对象的要求，CNC不能由计算机简单取代，但在信息和通信技术方面可以相通，这取决于CNC厂家。机械制造业按生产需要选购数控机床，难以兼顾CNC系统的一致性和信息采集的统一性，CNC机床?的信息集成技术和手段与CNC密切相关，必须按CNC提供的环境应用现代计算机技术，使集成商增加技术复杂性。随着计算机和CNC技术几十年来的发展，联网通信技术不停地更新，新技术手段不断取代原有手段。DNC这个旧名词三十年来在内涵扩充之下一直具有活力。当CNC厂家的信息采集手段和规范完全一致，CNC信息集成工作便变得简单了。 建立适合的数控机床集群管理 数控机床为柔性自动化加工的主要装备，不仅加工质量稳定和自动化程度高，也能实现传统机床难于进行的复杂型面加工，且由于调整方便、适应面广，在多品种及不同批量条件下应用优点突出，在激烈的市场竞争中更显优越，日渐得到广泛的应用。 目前在使用数控机床方面，普遍存在三个主要问题∶ - 未能系统地建立数控机床的生产管理和相关辅助系统的技术准备体系，大多仍然应用传统机床的单机或机群管理模式，数控机床的有效利用率低； - 缺乏对数控机床和数控装置的使用维护和排除故障的经验，影响数控机床的使用效能； - 数控机床的工艺参数很少达到优化，加工技巧也未熟练掌握，尤其是对型面复杂的高精度和难切材料的零件，如模具、空间曲面叶轮及异形箱体加工方面，无论在效率和精度上均与国外先进水平存在明显差距。 中国制造业应用数控机床的机群生产结构，存在与其他国家不同的特点： - 数控机床，尤其是数控系统存在多种制式，包括少数具双向通信DNC接口的中高档数控系统，也有一定数量通信功能不强的普及型数控机床，更有不少无通信功能的经济型数控机床； - 缺少完善的企业生产规划与资源管理系统的支持，大多数企业仍未构建或具备较全面的MRPII或ERP系统； - 熟悉数控机床应用技术的人员较少，大多集中在数控机床车间。 由于其他国家的DNC管理模式并不完全适用，需要发展适合中国的数控车间信息集成管理系统。该系统的硬软件模块能为低档数控系统提供一定的通信能力，并具有较完善和自主的生产管理能力。 数控车间信息集成管理系统 数控车间集成管理系统对以数控机床群为主的加工车间实施车间管理和信息集成，由多种单元技术组合而成。主要内涵如下∶ - 管理单元 （1）任务管理∶接受生产任务，生成各机床加工任务清单，并发送到各机床 （2）NC程序管理∶编辑、更新、修改、拷贝、更名、打印、加工轨显示、各台CNC的加工程序库管理、多台CNC机床同时在线加工 （3）工艺管理∶工艺信息输入、修改、更新和打印 （4）系统监控统计∶图形监视机床状态、运行统计、完成品统计 - 通信单元∶完成管理单元与各机床集成器之间的信息传递 - 机床集成器∶完成各种CNC系统信息采集和任务双向传递 - CNC机床的集成改造 该系统有以下几种应用组合∶ - 单元技术应用（如单机DNC服务、多机程序管理等）； - 数控工段的DNC系统（上/下传送程序和参数的文件集中管理；多台CNC在线加工等）； - 数控工段（车间）集成管理系统（按企业需求与上级信息系统集成/采集机床信息，形成车间管理系统，具有DNC系统功能）。 该系统形成单元技术基础和系统综合能力，以企业现有的加工车间为对象，按系统工程规划，解决对象对技术进步的要求为目的，以系统工程组合不同规模的信息集成和管理工程，实现制造环境的信息集成与管理。 案例介绍 下面介绍已经实施的数控车间集成管理系统，由16台配备不同数控系统的车床、车削中心、加工中心、凸轮磨床等组成。 系统由管理单元、通讯单元和集成服务器三部分组成，以一台计算机实现多台数控机床的集成管理。新一代DNC网络系统为具有更强大功能的生产现场数据交换平台，不仅在数控设备和程序管理系统之间，进行双向传送NC程序、刀具补偿文件和数控系统参数；还用于生产任务下发、设备状态、任务完工等生产现场的数据采集，为车间生产管理系统的正常运行提供反馈。 系统特点：覆盖所有具有RS232接口的数控系统；实现超远程数据通讯；上位机可无人值守；允许多机同时通讯；通讯线路光电隔离。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/24/2005)