PDM现场信息与工艺设计信息集成技术研究 

PDM现场信息与工艺设计信息集成技术研究

您目前在:PLM > 行业资讯 >

PDM现场信息与工艺设计信息集成技术研究

    制造现场信息反映了设计工艺在现场应用的实际效果,对工艺优化具有不可或缺的支撑作用。通过现场信息与工艺设计信息集成,可以使工艺设计人员及时了解工艺应用效果,从而在必要时迅速改进工艺,以确保船用柴油机质量和生产效率。目前,国内制造企业对现场信息数据的获取还处于起步阶段。因此,对现场信息数据采集技术和现场信息与工艺设计信息的数据交换技术的研究具有重要的现实意义。
 
1制造现场信息采集现状
1.1车间生产过程信息流
    从车间的生产流程来看,车间不仅环境复杂,而且包含着各种各样的信息。设计部门将设计好的产品信息(产品结构工艺等信息)传递至车间计划管理部门后,该部门根据工艺文件安排作业计划,同时进行生产资源准备,技术准备。根据物料、设备等加工条件的反馈信息制定出正式作业计划,开始派工。
 
    在制造过程中,为保证产品的制造质量,需进行实时的质量检测,并将检测报告反馈给计划部和工艺部。同时反馈车间现场制造的各个参数,如产品进度、物料、设备状态等信息,以便管理部门以及设计部门及时对产品的计划和工艺进行修改。由此可知,一个零件的生产需要多个部门的互相协作,需要各种信息的相互交流。车间制造信息的流向如图4.1所示。

4.1.jpg

    在整个制造过程中,有很多信息都与工艺设计息息相关,这些信息反映着工艺的进程以及是否需要修改工艺。如设备运行信息,包括设备的开机信息,转速信息,关机信息都能反应设备的运行情况;运行时间以及负荷情况,能给工艺人员编制工艺选择设备提供参考;零件的物流信息,反映了零件所处位置以及其所处的工艺阶段,能使工艺人员迅速定位到零件,方便对零件的制造流程把控;过程质量信息,是设计与制造人员最为关心的信息,该信息反应产品加工的质量,是否符合工艺要求,如发现质量问题,及时反应至工艺部门,做出相应处理。此外,还有现场技术执行情况,资源冲突情况,数控加工程序文件技术状态信息,现场工艺准备动态,清单信息等都与产品的设计信息关系密切。
 
1.2目前车间信息采集现状
    车间制造的现场信息主要包括人员、物料、进度、加工质量、设备等信息。目前,企业对于车间现场信息采集技术还处于初级阶段,主要是靠人工手动录入信息,采集方法比较落后。这种方式全程几乎都是由人工完成,包括信息的采集、存储、传递。由于车间信息的复杂性,单靠人工来完成信息的采集效率低下且准确率不高。如加工过程质量的检测,由质保部门编写质检表,交由质检人员按照质检表内容去相应工艺阶段检测加工质量,若符合工艺精度要求,则检查下一项内容,若出现质量问题,则填写相应质量检测报告,反馈至质保部,由质保部安排相关工艺人员处理出现的质量问题。
 
    由于信息采集主要靠人工手动输入,纸质媒介传输,因此信息无法及时传递,具有一定的延迟性,而且车间环境复杂,纸质信息在车间传递容易受污染,导致信息传递不清楚等。此外,由于缺乏专门的信息采集设备及系统,如加工设备状态信息,机床的转速信息无法获取;若加工现场出现突发情况,信息也无法及时方便的传递至工艺部门,经常需工艺人员在加工现场实时监控;对于加工人员的加工时间也无法准确实时的采集,如遇临时调班等情况,管理人员无法及时掌握信息。
 
    基于以上情况,目前,公司正在开展对MES系统与DNC数控机床接口系统的开发,信息采集模式正向着数字化自动化的方式发展。
 
2现场信息采集方案研究
    随着现在计算机、自动化以及信息化技术的发展,离散制造车间数据采集技术也已经脱离了纯手工输入,有了较大的发展。根据离散型制造车间现场信息的特点,目前主要的采集方式有以下几种:
    (1)条码采集方式
    条码识别技术是按照一定的编码规则将条码符号贴在零件上,通过光电扫描读取经过的条码信息,并自动将数据录入计算机中进行数据的分析和处理。相对于人工手动输入的数据采集方式,条码采集的效率更高,更为准确,而且成本也不高。但条码扫描的方式只能近距离的读取静止的物体,而且读取速度也不快,每次只能读取一个。另外,车间环境复杂,油污较多,因此采取的做条码的材质必须要防污染。
 
    (2)无线射频(SID)技术
    PDM是一种非接触式的数据采集技术,它可识别目标物件中信号源的发出的射频信号,并自动转换成信息,存入系统中。无需人工参与,可在较为复杂不适合人工操作的环境中使用。相比于条码识别技术,SID无需目标物件静止,且其识别的速度较快,可实现批量读取数据,但其设备和系统的成本较高。
 
    (3)手持式数据终端采集
    手持式数据采集器是一种便携式的设备,其体积较小,且能连接车间信息库,可随着人员移动,实时采集需要的数据。通常兼容有条码扫描、RFID技术、无线传输功能等,使用起来灵活方便。
 
    (4) IC卡自动识别技术
    IC卡技术相比与条形码识别技术而言,改善了识别距离短、信息不可更改的缺点。此外,IC卡技术更适合于记录在任务生产过程中的一些实际完工程度的追踪。在采用IC卡识别技术之前,多是用纸质文件来下达加工任务,这样不仅容易造成信息的遗漏,而且保密性较差。通过IC卡技术的应用,以刷卡的形式来记录任务的接收和结束,可以将接收的信息与实际的任务匹配起来,提高了任务接收的准确性。
 
    (5) DNC网卡采集方式
    为方便数控设备的数据管理,目前大多数数控设备都配有自有的DNC接口,一般接口都可与计算机相连接,通过基于TCP/IP协议的以太网进行数据的传输。数据采集系统可通过DNC接口对设备进行各种信息的采集,如开/关机时间、机床主轴转速、进给速度、机床报警数等。DNC网卡采集只需要进行网络建设,不需要另外添加新的硬件,还可实现NC代码的传输。
 
    车间的环境复杂,设备繁多,既有先进的数控设备,也存在着手工工位操作的情况。因此,若想尽可能多的实现车间数据的采集,单一的数据采集方式必然不行,应采用多种采集方式互相混合的模式。目前,对于零件物流信息,相比于RFID技术,条码采集方式更为的经济,因此零件的物流信息采用条码扫描方式采集;在车间的每个操作员工都有员工卡,对于设备的操作人员,操作时间,工时计算等信息采用IC卡自动识别技术比较方便;数控设备的信息采集采用DNC网卡采集的方式比较方便。
 
3现场信息与工艺设计信息集成方案研究
3.1集成系统选择
    目前,较多先进的制造企业正在推进制造执行系统(Manufacturing Execution system,MES),该系统最大的价值就是数据和信息的实时转换,连接了企业的计划层与控制层,是面向车间的全方位信息管理系统,能够有效解决企业生产计划与生产过程信息脱节的难题。车间管理者与工艺人员通过MES系统了解车间的情况以及下达指令,MES系统通过条码扫描、工人IC卡登记、DNC网卡采集等信息采集方式将现场信息保存至系统中。
 
    每个制造企业的MES系统都是根据自己企业的实际情况定制的,因此,每个企业的MES系统有着其各自的特色。根据各个企业的实际情况,MES系统一共有十个模块,其中与现场信息相关的有以下七个模块:生产计划管理模块、车间作业管理模块、质量管理模块、设备管理模块、物料管理模块工时管理模块和工夹具管理模块。
 
    作为面向车间的制造执行系统,MES系统不但需要向车间下达制造任务与工艺路线,同时还要实时对零件的制造阶段与制造情况进行监控,保证零件能按照工艺路线正常加工,如出现突发情况,及时反馈至相关人员。
 
    此外,MES系统也采集了如机床的闲置状态、刀工具的使用信息、物料信息等资源信息,为生产计划的安排提供了支持数据。MES系统几乎包含了车间现场各方面的信息,如零件加工质量信息、设备运行信息、物流信息以及突发情况预警等信息,完全满足对现场信息的采集要求。
 
    现场信息数据集中在MES系统中管理,而工艺设计信息主要由LAPP和与3C集成的PDM系统管理。因此现场信息与工艺设计信息集成可采用MES与LAPP系统集成或MES与PDM系统集成。
 
    PDM系统中各类产品的BOM数据,以及工艺资源等信息都是MES系统所需要的,特别是与CAD/LAPP/CAM集成之后的PDM系统,包含了零件的结构信息,工艺信息,NC代码等加工必备信息。作为数据管理系统,MES将现场信息反馈至PDM系统中管理,也有利于数据的统一查询和管理。但PDM和MES系统分属于不同的公司,其底层数据结构差距较大,集成工作量较大。
 
    LAPP系统作为工艺室最为重要的系统,相比于PDM系统,工艺人员使用的更为熟练,且现阶段设计部门向制造部门传递的信息主要就是LAPP系统设计的工艺信息,现场制造也是参照具体的工艺方案,因此MES与LAPP集成的方案完全可行。此外,由于公司的长远规划,MES与LAPP同属一家公司开发的系统,且升级后的LAPP系统与MES系统也是一个平台,虽数据结构有所不同,但大大减少了二者系统集成的难度。
 
    综合考虑信息集成各方面的因素以及企业本身的实际情况,现场信息与工艺设计信息集成采用MES与LAPP系统的集成更为适合本企业。
 
3.2系统集成需求与集成信息分析
    由于企业的信息化建设是分步进行的,LAPP系统与MES系统也是分步实施的,系统之间相互独立。车间生产时经常发现原定的工艺计划和实际的车间作业存在冲突,从而造成制造信息链和制造过程的中断。其根本原因就是缺少现场信息与工艺设计信息之间的集成。具体表现为:
    (1)缺乏设计到生产制造一体化的协同平台。现有的工艺数据无法直接运用到加工制造过程中,工艺数据无法作为输入直接应用到生产线上使用的生产记录和质量表格中,工艺设计自成体系,工艺设计数据、现场信息数据、试验测试数据不能共享集成和统一管理。
 
    (2)无法查询生产记录和实现表格在线输入。目前公司生产线上使用的生产记录和质量表格,以及各种操作指导性的文档,要仍以纸质文档的形式进行传递、手工填写、存档。数据共享性差,查询效率较低,难以实时得到更新和传递,从而降低了生产效率,也不利于达到质量要求。所以需要实现车间现场无纸化,建立生产线数据在线输入、汇总查询的管理平台。
 
    (3)不能进行任务进度的查询,关键资源使用情况无法及时了解。目前生产任务增多,多产品并行生产早就成为常态,由于没有信息平台规划和实时展现各个任务进度信息的系统,造成生产计划困难、计划赶不上变化快、计划执行率低。另外,关键设备、场地、人员的资源冲突情况随着任务增多口益加剧,如何分配资源成为生产管理者和计划调度员每天协调的工作,不仅工作量大,而且往往达不到效果,导致生产效率低,时间进度无法保证。迫切需要建立任务进度查询,关键资源使用情况的实时展示的信息化平台。

4.2.jpg

    如图4.2所示,CAPP系统主要向MES系统传递工艺BOM、作业指导书、工艺路线、定额工时、材料定额等信息内容,同时MES系统将物料信息,设备信息,加工质量信息,以及生产现场中的工艺问题反馈给LAPP系统。
 
3.3集成方式选择
    由于不同系统,不同平台,或因为分步实施,间隔时间较久的原因,无论MES与PDM系统的集成,或者MES与LAPP系统的集成都属于异构系统之间的集成,目前,异构系统的集成主要有下面几种方案:
    (1)系统本身内部函数的调用
    这种方式的集成是通过两集成系统分别调用各自系统内的API函数来访问相应数据库,从而实现两系统之间的数据传递。这种集成方式的先决条件为各个系统都要能提供各自访问数据库的API函数。
 
    (2)直接数据库访问
    直接访问数据库的方式要求首先了解要集成的系统的数据库结构并对其进行分析,进而编写程序直接对其数据库进行访问。此方式要求开发人员对集成系统的数据库结构很了解,但目前企业中大多数系统的数据库结构比较复杂,若想理清其数据结构之间的关系,需要消耗极大的人力在对数据库结构的分析上。此外,随着系统的发展,企业中现有使用的系统会面临着版本升级的可能,而版本的升级常常伴随着数据库结构的调整。因此,这种集成方式不但耗时耗力,还会因为系统版本的升级而存在失效的风险。
 
    (3)基于中间件或中间数据库交换
    这种集成模式先建立一个新的中间数据库,将需要交换的信息按照中间数据库的规则存储,通过中间数据库的输入与输出实现信息的交换。采用中间数据库的集成方式,访问数据比较方便,且可设置访问的权限。
 
    中间件的集成方式无需改变集成系统的数据存储方式。中间件位于集成系统之间,介于数据层和应用层之间,一方面能调用与管理异构数据,另一方面,当程序需要时,能提供一个规范的数据模式,为调用提供一个通用的接口。集成系统之中的数据无需改变,通过中间件的检索功能,实现数据的调用与交换。中间件的这种特质使之成为异构数据集成的一种较为理想的方法。
 
3.4基于XML的LAPP与MES集成方案
    可扩展标记语言(XML)的设计源于标准通用标记语言SGML(standard generalized markup language)和超文本标记语言(HTML)。XML具有独立性,无需依附于其他的应用系统,它可将数据用结构化方式表述,这种灵活性的特点使得各个领域的人员在开发时都可使用每个领域的标记语言。XML具有极好的开放性,现阶段大部分系统都能够接收XML数据,其数据是基于文本传递,具有一定的便捷性。鉴于XML的独立性、灵活性、开放性、可扩展性以及数据传输便捷等优点,MES与LAPP的集成选择XML作为数据交换的中间格式。
 
    如图4.3为MES与LAPP基于XML的数据交换格式的集成框架。由图可知,LAPP系统通过XML生成解析接口,将产品的工艺设计信息按照商定的Schema解析为XML格式,然后通过系统间的信息接口将数据传递给MES系统。MES系统通过数据接口接收XML文档,经过XML解析器后得到零件的工艺设计信息。MES系统也采取同样的方法将现场信息转换成XML文档并通过信息交互接口传递至LAPP系统中,LAPP系统通过XML生成解析接口得到现场生产制造信息。

4.3.jpg

    下面以CAPP系统向MES系统信息传递为例,简单说明集成实现,以及XML数据文件的配置。LAPP系统向MES系统传递的工艺设计信息生成的XML内容主要应包含以下几类信息:
    (1)所设计的产品的型号、名称等信息。
    (2)零部件的内部编码、名称及数量。
    (3)加工使用的设备名称、设备编码、刀工具名称、编号等。
    (4)具体工序以及工步的信息。
   
 

本文章内容转自中车信息有限公司 : 本文网址:http://www.pdm.so/information/20180424659.html
更多


(工作日:7:30-23:00)

在线QQ

销售热线4006-185-708 021-31263780

4006-185-708 021-31263780