司士朋
中国船舶集团第七一〇研究所 湖北 宜昌 443000
摘要：为适应现代生产模式，本文首先结合机械加工行业提出了一种数字化车间管理模式，然后从数字化车间系统总体设计、3D布局设计、数字化制造运营管理邓关键技术进行详细研究探讨，最后通过机械加工行业数字化工厂的建设并建成了经济实用、高效、集约的数字化工厂管理系统。为同类机械加工行业数字车间建设生产，提供一些生产经验。
随着经济的发展，机械加工企业数量迅速增加，并逐步形成规模化。这些变化促使传统机械加工技术大规模改进为高效、高精度的数控技术，企业技术部门利用数控机床编制了大量数控加工程序。同时，这些加工程序的管理问题也逐渐暴露出与数控设备通信方面存在的问题，严重影响了数控设备优势的发挥。因此，各公司也制定并规范了多种企业标准，但从管理技术的角度来看，这些管理方法明显过时，不能适应现代化生产模式。企业需要用新的管理技术解决这个棘手的问题，特别是依靠数字化技术，以达到工作效率化的效果，实现国家提倡的用数字化推进工业化的战略。本文主要分析机械加工行业数字化工厂管理研究。
关键词：机械加工；数字化车间；车间管理；
引言
随着信息化技术、物联网技术和数控技术等技术的发展与制造业的结合，能够充分体现和实践“两化融合”概念的数字化工厂建设应该成为当今制造业的建设方向。数字化工厂的研究和实施都处于快速发展的阶段，受到社会各界的高度重视。数字化工厂是数字化技术在制造和加工现场整合数字化应用形成的一种新的工厂管理模式。 从数字化产品设计、生产组织管理、车间质量管理等方面入手，整合制造和加工现场数字化设备和生产管理的信息。 整体改进生产组织和管理，提高车间设备生产效率。
1、数字化车间的概述
简单来说，数字化工厂基于产品整体生命周期相关数据，在计算机技术的辅助下构建虚拟工作环境，对实际生产过程实施模拟、评价和优化等操作，属于新的生产方式。 将其应用于制造生产工作中，不仅可以使制造企业在虚拟环境中多次模拟产品的生产过程，确保实际生产工作有序执行，还可以保障生产产品的质量安全。
2、系统总体设计
数字化制造是连接设计和制造之间的桥梁，它通过一组集成的工厂、工艺设计和管理工具，直接基于产品的设计数据来支持工装设计、工艺设计，利用可视化验证、模拟仿真，以及其它必要的分析，仿真产品制造的全过程，在实际产品制造之前用可视化的方式规划和优化产品的制造工艺方案。
数字化工厂系统的最终目标是基于物联网技术建立基于现有制造和加工工厂设备的数字化工厂，管理者可以简单地用图形化的方法科学地规划工厂的生产布局、生产流程等，实现数字化进行生产调度模拟，模拟各种生产调度方案，验证各种生产布局和生产调度方案的优劣，使数字化工厂在生产项目之前能够充分实验论证。投产后，数字化工厂系统与企业现有的ERP系统紧密结合，辅助管理员可以有效地管理生产过程的各个环节。利用输入设备收集工厂的各种生产信息，设置不同工作站的射频读卡设备和条形码识别设备，从而实现部件和人员的快速识别，并通过MES等数字化系统的集成处理全球数据的数据库管理系统从而完成现场人员、零件、设备、工具工装等的控制功能，通过数据库的逻辑运算功能实现不同类型数据的分类收集和存储,保证这种数据库的存储信息可以用于现场不同部门的管理和控制以及生产计划维护、生产日程管理等。数字化工厂的应用必须处理企业计划层和工厂控制层间的断层问题。断层问题的核心是数字化车间的生产调度问题，MES系统是车间生产调度问题，生产调度主要负责企业下达的生产任务的详细计划生产，通过分配可用的生产要素资源合理调度生产任务，根据原材料加工顺序和加工时间合理调度生产任务，以保证生产执行时间和生产成本的优化。
3、关键技术
3.1数字化生产线3D布局设计
在进行工厂规划设计时，直接从数字化工厂管理平台中创建工厂BOM，并启动工厂设计工具，在整个设计过程中，支持同一个平台上的多用户协同工作，可实时访问和使用数字化工厂管理平台中制造资源库，完成后工厂数据可直接保存到数字化工厂管理平台库中，数据具有完整的工厂BOM结构，并支持版本、有效性和发布管理。
使用工厂设计可以快速实现生产线布局设计，并能快速直接基于2D图形上进行3D模型设计。工厂设计内置了大量的智能工厂模块对象，这些智能对象几乎包括了工厂中所用的各种资源，种类超过一百多种；借助这些对象，可以“拼装”出数字化工厂布局模型，而不用再花大量时间来绘制生产设施等。使用智能对象技术，模型存储量比较小（比2D文件还要小），避免了大数据量所造成的运行性能问题，适用于整个工厂的三维数字化布局设计。3D模型可以直接提供给可视化协同、物流分析、离散事件仿真等软件使用，极大降低了工厂设计的时间。
3.2数字化制造运营管理（MOM）
工厂制造运营管理平台作为基础软件平台，在此基础上完成一定的定制开发，来建设一个以工艺数据为核心，以计划管理为驱动包含物料管理和质量管理的数字化生产制造平台。基于平台自带的基础建模平台、二次开发平台和数据存储平台为基础，建立满足工厂在机加车间管理特色的应用系统，主要包括生产计划管理、车间调度管理、现场作业管理、车间质量管理、数据采集管理、生产准备管理、工装工具管理、基础建模管理、系统安全管理、数字化看板管理和综合统计分析等模块。
3.2.1生产计划管理
车间计划管理是整个数字化制造执行系统平台的最前沿部分，重点完成计划的制定和进度监控，确定企业订单项目的生产数量和完成时间，下达企业产品或需交付项目的生产指令。
3.2.2现场作业管理
生产现场管理是以最佳的方式将企业生产的诸要素、各环节和各方面的工作有效地结合起来，形成联动作业和连续生产，以最少的耗费取得最大的生产成果和经济效益、为了实现生产现场管理的连续性、平行性、协调性和均衡性，系统通过条码化的解决方案，以批次条码为主要管控和追溯对象，最终实现在制品追溯管控功能。
3.2.3车间质量管理
车间质量管理是精益生产的核心环节，需要对生产线来料、在制品和成品质量进行严格控制，主要由检验、分析、控制三个环节组成，通过系统可以有效管理产生的各种质量问题、分析故障原因、即使反馈质量问题，并采用必要的手段处理质量问题，从而有效地监控物料的质量，帮助企业实施最佳的全过程质量控制和追溯，提高质量管理水平，降低生产成本。
3.2.4数据采集管理
通过车间网络布线和自动化设备的数据采集，为企业的制造运营管理平台构建了基础的硬件平台，实现企业生产现场的自动化调试设备的数据采集，为实现企业的质量管理提供了数据基础。
3.2.5车间看板管理
在生产管理办公及生产区域建立电子看板管理机制，通过电子看板，能实时监控现场的生产状况。系统能够为不同用户提供可视化的电子看板管理功能，电子看板主要包括：生产准备看板、生产任务看板、物料信息看板、生产进度看板、质量信息看板、车间门户看板等，管理者能实时监控现场的生产状况，并采取应对措施。
结束语
通过机械加工行业数字化工厂的建设，开发了经济实用、高效、集约的数字化工厂管理系统。贯穿于企业生产制造全过程的信息孤岛，使MES工厂的制造执行系统和ERP企业的资源计划系统等企业的应用系统进行了无缝的联系和整合，及时反映了企业计划的生产状况，实时反映了现场的生产执行进度。利用高级自动排产系统，实现有计划的自动排产和人工排产相结合的快速排产，通过图形化的技术手段，为数字化工厂的生产提供高效、实用、集约的生产排产计划。通过ERP企业资源规划系统的能力平衡过程，完成生产设备和资源的合理配置，提高生产计划的准确性和可行性。
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