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MES在数控车间信息化中有什么作用

  • 来源:经纬云
  • 发布日期:2020-07-27
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近年来,伴随着147.png电子技术、数控技术的飞速发展,蓬勃的中国制造业带来了数控应用的普及,数控机床已不再是少数科研院所、大型军工企业特有的专利,数控设备已经走进寻常企业中,而且这些企业应用数控的规模也不再是靠一两台数控机床来加工关键零件或给企业撑门面,拥有十几台、甚至几十台数控设备的企业比比皆是,形成了具有相当规模的数控车间。为了能对生产需求做出快速反应,迫切地需要对车间的数控设备与生产过程进行全面的信息管理,从而有效地提高机床的利用率和柔性生产能力。因此,当数控车间具有相当的生产规模后,采用MES提高数控车间信息集成与整合能力就成为迫在眉睫的工作。

  近年来,MES开展得如火如荼,而离散型企业却悄无声息。MES填补了制造信息链条上最基础的环节,是实现车间信息化的利器,期盼着MES能够大幅度推进制造业信息化的进程。

  寻找MES在离散制造业应用的突破口

  从原理上讲MES并没有区分流程制造业与离散制造业,但由于生产模式的不同,对执行层的控制方式和控制频度不同,导致在两种模式下MES的实施对象、工作内容以及处理策略存在着巨大差异。MES之所以特别青睐流程制造业,是由于流程工业自动化程度很高,普遍采用自动生产线、智能仪表、数字传感器,甚至是计算机控制。连续生产的制造流程清晰、工序控制严格,流程行业生产管理的着眼点在于数据采集、检测,以保证生产进度与产品质量,而这些靠自动化设备就能自动准确记录各种生产现场信息。因此,流程制造项目实施的重点工作是在MES系统构建时为这些自动化设备做好数据接口,这对于以工业自动化见长的厂商来讲如鱼得水,自动化领域里像GE、西门子这样的顶级公司都加入到MES厂商的行列,它们的电子器件已经广泛应用在自动生产线上,所以实施MES起来得心应手。有顶级厂商的参与,MES在流程行业的业务迅速增长,不乏成功案例,这为一直处于疲软的制造业信息化赢得了很好的口碑。

  而对于一般的离散制造企业,由于设备自动化水平低,底层缺乏甚至根本就没有控制系统,所有的生产执行数据都需要人工键入,在这种生产管理状态下MES根本无法发挥作用。即便是对于有条件、有需求上MES的离散型制造企业,由于物流不连续,工艺过程可调整、可改变,且生产现场的数据采集的人为因素多,使得制造过程的生产管理非常复杂,因此,离散制造业的MES比流程行业的MES要繁杂得多,涉及到的实施难题也要多得多。

  综上所述,常规离散型企业采用MES的必要性值得商榷,但不能因此武断的认为MES在装备制造业就无用武之地。尽管已经给MES冷落离散制造业找出各种理由和借口,但我们依然不甘心,因为国外MES的应用最重要的领域就是在离散制造业。还是从MES的工作机理上找出路,MES的工作基础是底层生产控制系统,包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或这几种类型的组合。请注意:其中NC/CNC,即数控单元也在其中,而数控加工属于离散制造范畴,是装备制造业的重要生产模式。我认为在装备制造企业的数控车间最适合上MES,也最需要上MES,所以数控车间应该是MES在离散制造业应用的突破口。

  数控车间的生产规模需要MES

  近年来,伴随着电子技术、数控技术的飞速发展,蓬勃的中国制造业带来了数控应用的普及,数控机床已不再是少数科研院所、大型军工企业特有的专利,数控设备已经走进寻常企业中,而且这些企业应用数控的规模也不再是靠一两台数控机床来加工关键零件或给企业撑门面,拥有十几台、甚至几十台数控设备的企业比比皆是,形成了具有相当规模的数控车间。

  在这样的数控车间到处充斥着信息技术:数控设备、数控系统、计算机编程、加工程序传输、甚至刀具都是信息的载体,如此多的信息需要整合,可惜的是这样一个用先进技术、先进软硬件武装起来的现代化车间,目前的管理手段、管理模式仍处于传统的机械加工模式,数控机床的有效利用率很低,由于没有系统地建立数控加工的生产管理和相关辅助系统的技术准备体系,严重制约着先进数控设备能力的发挥。

  为了能对生产需求做出快速反应,迫切地需要对车间的数控设备与生产过程进行全面的信息管理,从而有效地提高机床的利用率和柔性生产能力。因此,当数控车间具有相当的生产规模后,采用MES提高数控车间信息集成与整合能力就成为迫在眉睫的工作。

  数控生产的信息管理需要MES

  数控系统发展到今天已不再是早年的专有、封闭的NC 单元,现代的数控装置实际上就是一台计算机,甚至是一台高性能的通用计算机,当然承担的工作也远远超出数控功能本身。另外,数控生产靠加工程序,手工编程仅能应付简单零件的加工,编制复杂零件的加工程序必须在计算机上完成,以数控编程为主的CAM技术就是用计算机直接为数控加工生产服务。

  随着加工对象的日趋复杂,靠手工录入的加工程序越来越少,加工程序的传输变得越来越频繁,且数控设备反馈的状态信息、监控信息、检测信息等对生产管理提供了非常有价值的决策依据,通过DNC、通过网络双向传输程序已经成为数控车间必须具备的通讯能力;同时,数控计算机还能把计划执行状态、完成信息都提供给生产管理系统。

  此外,在数控加工中刀具已不再是单纯的加工工具,而是直接参加编程加工的重要基础数据,刀具要预调,预调信息要带入系统;刀具号、刀补号、刀具参数、刀具检测以及换刀等指令信息都作为不可或缺的重要信息资源参与生产过程。还有CAPP系统生成的机加工艺、数控工艺和 CAM系统自动生成工艺过程、加工参数都需要集成在一起,当然维系制造过程还有必不可少的生产组织,物料定额、辅助工具等都要参加信息管理。所以,数控生产除了具备常规的切削加工功能外,还包括了一系列信息处理应用的集成,因此数控生产的信息管理需要MES。

  装备制造业不乏MES的成功案例

  在装备制造业基于制造执行过程管理的实践要远早于MES在流程生产中的应用,而且这些实践都是以数控技术为核心展开的,只是当年没有MES这样明晰的理念,也不具备大面积普及推广的需求。

  早在上个世纪80年代就开展的FMC单元和FMS系统的试点,其中的执行过程管理就有MES的雏形;而后,90年代的CIMS样板工程中也不乏制造执行管理技术的支撑。尽管FMS、CIMS仅起到示范工程的作用,不具备大面积的推广条件,但从技术路线上、从工程实践上用信息技术打通了生产现场控制环节,为装备制造业在数控生产领域应用MES铺平了道路。

  以成飞CIMS项目为例,在国家CIMS示范工程中成飞CIMS被公认是最实用的,其核心部分是3C系统与FA控制器, FA是管理信息、工程信息和底层设备信息的汇集点,与3C系统、工艺文件管理系统紧密集成,在数控中心担起了MES的重任。在成飞一万四千平方米的数控厂房建立了FDNC生产线、物料立体库和刀具立体库,FA的车间控制器和单元控制器实现了车间生产计划和调度的计算机管理,物料工作站、刀具工作站和工艺准备工作站取代了手工管理;建立了数控车间网络集成环境,在计算机网络和分布式数据库支持下实现了车间计划、管理、控制信息反馈、统计和查询等信息集成;以MES应用为核心的生产管理体系,实现了基于零件订单的制造管理。成飞CIMS的运行取得了良好的效益,生产作业计划编制周期明显缩短,计划合理性明显提高;作业计划与资源管理的集成,使资源准备向集中配送方式转变,减少了机床停工时间;生产现场由DNC应用逐步向网络化制造数据管理阶段过渡,生产现场的快速响应能力和传输的准确性有了很大的提高;生产管理的进步大大提高了数控设备利用率。

  从某种意义上讲,成飞CIMS是九五 期间采用MES的成功案例,十五期间也涌现出北一大隈、宁夏小巨人等一批高度数字化的工厂,成为在数控方面成功实践MES的典范。

  以上鲜活的案例充分证明MES完全适合高度数字化、信息化的数控车间,MES在离散制造业,特别是装备制造业大有用武之地。

  顶级PLM厂商瞄准MES市场

  离散型行业的MES市场是一块很大蛋糕,现在国际、国内已有专业公司开发面向离散型制造的MES软件系统,值得注意是,面对MES软件的巨大潜在市场已有国际顶级软件厂商的加盟,足以证明这个蛋糕的诱人之处。

  PLM领域全球三大顶级厂商达索公司、UGS公司与PTC公司,在引领装备制造业数字化技术、推进CAX、PDM/PLM应用中发挥了巨大的作用,在新一轮的角逐中,三大厂商同时把目标定在数字化制造和生产过程的信息化上。达索公司首先拥有了Delmia系统,UGS 公司也将Tecnomatix系统收于麾下, PTC公司行动最迟,终于在2006年成功收购了Polyplan 系统,三大厂商都拥有了完整的数字化制造解决方案,在又一轮竞争中达成了新的平衡。号称数字化工厂(eMPower)和制造过程管理(MPM)的软件Delmia、TecnomaTIx、Polyplan都把制造执行系统MES作为重要的组成部分,三大厂商的参与显而易见要拉动装备制造业MES市场新的格局。对于离散制造业来讲,有全球三大PLM厂商作后盾当然是好事,离散型行业MES的应用与发展有了可靠保障。三大PLM厂商都有非常成熟的CAD、CAM产品,都深深地涉足数控加工领域,所以用各自拥有的MES产品推进数控车间信息化是顺理成章的事。

  青云公司MES的设想与方案

  北京青云航空仪表公司是中国一航的机载设备生产企业,青云数控的现状与许多企业差不多:经过十余年的技改,数控机床从当初的一台陆续增加到二十多台,且分布在几个厂房,由于缺少系统设计和整体规划,这些先进设备的生产能力没有得到充分施展,且管理信息化程度低,管理手段落后、管理工具缺乏、管理流程不畅已经成为束缚先进生产力的羁绊。青云的数控制造体系亟待进行信息化、网络化的改造、整合、提高,对青云数控的现状本人一直耿耿于怀,MES的出现进一步增强了本人开展数控车间自动化的动力。

  在青云信息化建设的规划与方案中纳入了MES的相关内容,在数控车间建设的信息化配套方案中提出了准MES的信息管理模式,将编程、工艺、刀具管理、工装管理、DNC、程序管理、生产管理、质量管理等都集成、整合到MES体系之中。

  网络建设是MES运行的前提,新厂房的建设为统一构建数控车间网络系统提供的绝好的机会,DNC通讯网和车间现场数据采集与控制网络为MES 实施与运行奠定了基础。

  将原处于分散的数控设备集中到一起,并陆续引进一批新的高性能加工中心,三十几台数控机床在新厂房里按6S管理定置标准依次排列,为展示青云实力增色不少,也为MES创造了集中的实施与运行环境。

  由于早期引进的数控系统自身的计算机能力不强,为此将设计部门淘汰的计算机配置给数控机床作为机侧计算机,参与DNC网络通信、加工程序的编辑,同时作为管理信息终端,及时向生产管理系统反馈现场信息,这样每一个数控工位都成为MES系统忠实的信息节点。

  数控中心信息化集成系统包括车间CAM、车间DNC、车间MES三大功能模块。

  车间CAM:强化数控车间CAM系统,以解决由于编程能力不足、编程水平不高导致数控机床利用率低,零件数控加工覆盖率低的难题。通过扩大CAM应用可充分发挥数控机床的加工潜力,极大地提高数控机床利用率,将数控应用覆盖到所有应该采用数控加工的零件。

  车间DNC:建设数控车间DNC系统,以摈弃目前采用的人工联机传输程序代码的落后数控通讯方式,通过 DNC网络不仅可以实现程序代码高速、畅通的传输与通讯和集成化管理,还可实现复杂零件的在线加工和机床运行信息的采集与系统状态的监控,为MES提供生产一线信息。

  车间MES:启动数控车间MES系统,实现对数控加工程序的存储管理与权限管理;对刀具库、工装库、工艺规程、机床设备等制造资源、工艺资源的有效管理与充分利用;对车间生产信息(计划、调度、统计、采集、监控)的综合管理与决策支持。即通过车间MES系统把与数控加工相关的所有数据、流程、业务、资源用信息技术、网络技术管理起来,使数控中心的运营效率和管理水平与先进制造能力相匹配。

  CAM、DNC、MES三大功能模块各尽其职又相辅相成,覆盖了数控生产的技术、运行、管理的全过程。雄厚的数控编程实力和一流的数控编程水平,畅通的数控程序传输和规范的程序代码管理,实时、透明、协调的生产运营与制造资源的信息化管理,构成数控中心信息化的集成解决方案。

  可以预见,有MES管理的加盟将大幅度提高零件加工的数控化率、数控设备的有效利用率、数控加工效率与产品质量、数字化生产线的柔性加工能力、产品的异地协同制造能力,从而大幅度提高企业市场应变能力,全面提高企业核心竞争力。

  中国一航要用信息化带动航空工业的腾飞,要推进数字化设计制造技术,在制造车间大力推动MES的工程应用、DNC和网络化数控技术,建立数字化制造车间,实行设计、生产(制造信息)、管理和过程与加工质量控制的信息集成,提高设备利用率、加工效率、和产品质量和快速研制及批量生产能力。所以青云只有加速推进MES才能与中国一航的数字化进程保持同步,青云数控才能成为数字军工的重要组成部分。

  在数控车间推进准MES的应用只是青云MES建设的第一步,青云是UGS公司的CAD/CAM软件和PLM系统的企业用户,与UGS公司有着长期合作的历史,现在UGS公司的TecnomaTIx系统能够全方位提供MPM与MES的功能模块,这些模块可以与UGS公司的数字化设计工具与数字化管理工具无缝整合,因此,青云在上MES项目时将把UGS公司的TecnomaTIx系统作为优选方案,MES的应用重点也将从数控车间逐步拓展到航空仪表的装配生产线。

  十一五科技部提出了两甩的工作目标, 甩图纸要通过CAX、PLM实现设计制造一体化, 甩帐表 要通过ERP实现经营管理一体化,而两甩要见实效,还必须有MES在生产执行环节的鼎力支持。十一五MES将成为信息化发展的一个重点,在制造业中得到更广泛、更深入的应用,借本次大会交流之际,让我们共同为提升离散制造业的MES应用出谋划策,让流程行业与离散型行业插上MES的翅膀比翼齐飞,让MES在制造业全面发挥作用,实现我们共同的制造强国之梦。



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