來(lái)源：《新技術(shù)新工藝》雜志
作者：樂(lè)成明
摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率普遍不高的現(xiàn)狀，提出了從單機(jī)、單元、車(chē)間等3個(gè)層次提高生產(chǎn)效率的方法。通過(guò)數(shù)控加工程序和工藝優(yōu)化、生產(chǎn)配送、在線測(cè)量等措施提高單臺(tái)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率，通過(guò)建立敏捷試制單元、精益加工單元來(lái)提高數(shù)控加工單元生產(chǎn)效率，通過(guò)實(shí)施DNC系統(tǒng)與MES系統(tǒng)集成等技術(shù)途徑提高數(shù)控加工車(chē)間生產(chǎn)效率，從而實(shí)現(xiàn)從微觀到宏觀全方位提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)，對(duì)企業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
數(shù)控機(jī)床因其加工自動(dòng)化程度高、質(zhì)量穩(wěn)定性好等顯著優(yōu)點(diǎn)而在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用；但由于工藝技術(shù)落后、管理措施沒(méi)有相應(yīng)配套，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床使用效率不高，據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計(jì)，僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的1/4左右，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品研制及批量生產(chǎn)。本文將分析總結(jié)提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率的方法，通過(guò)數(shù)控加工程序和工藝優(yōu)化、設(shè)計(jì)制造一體化、精益加工、DNC系統(tǒng)與MES系統(tǒng)集成等技術(shù)途徑，使數(shù)控機(jī)床達(dá)到單機(jī)提速、單元增效和系統(tǒng)集成等3個(gè)層次的目標(biāo)。
1提高單臺(tái)機(jī)床加工效率
1.1 培養(yǎng)數(shù)控加工人才
技術(shù)人員編制的加工程序決定數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行效率，操作人員的使用水平影響數(shù)控機(jī)床的使用效率、壽命和產(chǎn)品質(zhì)量，維護(hù)人員保障數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行，管理人員的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作減少數(shù)控機(jī)床的停機(jī)等待時(shí)間；因此，要提高數(shù)控加工效率，應(yīng)培養(yǎng)出優(yōu)秀的數(shù)控加工人才。
1.2 刀具選用與管理
刀具選用與管理是保證加工質(zhì)量和提高加工效率的重要環(huán)節(jié)。刀具的選用與管理應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面：1）根據(jù)工件材料和切削速度范圍，選擇合理的刀具材料；2）刀具切削部分幾何參數(shù)對(duì)切削效率高低和加工質(zhì)量影響很大，應(yīng)選擇合理的刀具參數(shù)；3）提前對(duì)刀具預(yù)調(diào)，減少刀具在機(jī)床上的安裝調(diào)整時(shí)間；4）刀具用鈍時(shí)應(yīng)及時(shí)刃磨修復(fù)后入庫(kù)，保證下次出庫(kù)即可正常使用；5）建立完整的刀具數(shù)據(jù)庫(kù)，將刀具系統(tǒng)的所有信息納入計(jì)算機(jī)管理。
1.3 工裝夾具選用與管理
數(shù)控加工時(shí)工序集中，對(duì)工裝夾具選用應(yīng)綜合考慮，具體如下：1）盡量采用組合夾具，當(dāng)產(chǎn)品批量比較大、加工精度要求高時(shí)，可以設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具；2）選擇工裝夾具時(shí)，應(yīng)有利于刀具交換和在線測(cè)量，避免發(fā)生碰撞干涉；3）盡可能減少工件定位夾緊的工作量；4）易變形工件宜采用定力夾具裝夾；5）對(duì)工裝夾具進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理。
1.4 在線測(cè)量
數(shù)控機(jī)床加工中的在線測(cè)量是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，其檢測(cè)過(guò)程融于數(shù)控加工的內(nèi)容之中，并由數(shù)控程序來(lái)控制。在線測(cè)量能使操作者及時(shí)發(fā)現(xiàn)工件加工中存在的誤差，并反饋給數(shù)控系統(tǒng)，以改變機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，更好地保證加工質(zhì)量。對(duì)于具有曲面和多種幾何公差要求的復(fù)雜零件，采用通用量具無(wú)法測(cè)量，可采用便攜式測(cè)量裝置對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)，快速實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)首件測(cè)量、抽檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，提高檢測(cè)效率。這是一種人工適度參與的半自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，在自動(dòng)化程度要求不高的場(chǎng)合較為適用。相對(duì)于離線測(cè)量，在線測(cè)量具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）避免二次裝夾誤差，提高加工精度；2）節(jié)省工件重新裝卡時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期；3）減少昂貴的離線測(cè)量設(shè)備費(fèi)用，節(jié)約生產(chǎn)成本。
1.5 工藝精益化
圍繞提高效率和產(chǎn)品質(zhì)量及降低成本等目標(biāo)，設(shè)定工藝改進(jìn)指標(biāo)，繪制當(dāng)前工藝路線圖，連續(xù)跟蹤零件的加工過(guò)程，收集加工信息，識(shí)別改善機(jī)會(huì)，制定改善措施并實(shí)施，收集改善前、后工藝精益化指標(biāo)的對(duì)比數(shù)據(jù)，經(jīng)確認(rèn)后修訂相關(guān)工藝文件，并將工藝精益化成果在同一產(chǎn)品族內(nèi)部推廣。用仿真優(yōu)化代替?zhèn)鹘y(tǒng)試切，建立優(yōu)化工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，把經(jīng)驗(yàn)變成有理論依據(jù)并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的科學(xué)方法，并制定和完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
1.6 優(yōu)化加工程序
程序的效率直接影響著機(jī)床的工作效率，所以?xún)?yōu)化編程質(zhì)量是提高數(shù)控機(jī)床工作效率的重要方法。編程時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面。
1）減少非切削時(shí)間。主要包括：使不會(huì)發(fā)生動(dòng)作干涉的指令并行執(zhí)行；減少換刀次數(shù)；減少換刀過(guò)程中主軸快速移動(dòng)距離和移動(dòng)中的停頓定位次數(shù)；減少工件安裝次數(shù)，縮短搬運(yùn)和裝夾時(shí)間。
2）確定合理的加工路線。主要原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度要求；確定最短的走刀路線，減少刀具空程移動(dòng)時(shí)間；數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，程序段最少。
3）選擇合理的切削參數(shù)。根據(jù)數(shù)控加工過(guò)程仿真和加工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)適合不同加工方法、加工精度、工件材料和刀具等的切削參數(shù)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高刀具耐用度，提高加工效率；建立優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，規(guī)范切削參數(shù)的選擇。
4）推廣計(jì)算機(jī)編程，加強(qiáng)數(shù)控加工過(guò)程仿真。一方面，開(kāi)展數(shù)控加工幾何仿真，應(yīng)用數(shù)控加工程序仿真軟件VERICUT，可對(duì)加工過(guò)程的過(guò)切、碰撞和干涉等進(jìn)行檢驗(yàn)，并且可以?xún)?yōu)化刀具切削路徑；另一方面，開(kāi)展數(shù)控加工物理仿真，通過(guò)進(jìn)給速度優(yōu)化保持切削過(guò)程恒定負(fù)載，不僅使加工過(guò)程平穩(wěn)可靠，而且對(duì)于改進(jìn)加工質(zhì)量和提高加工效率具有重要意義。數(shù)控加工過(guò)程仿真示例如圖1所示。建立產(chǎn)品試切制度，認(rèn)真作好試切記錄，最終驗(yàn)證確認(rèn)數(shù)控加工程序。
1.7 生產(chǎn)配送
把影響數(shù)控加工效率的因素盡量暴露在生產(chǎn)前期，把生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作做足，最大程度地提高切削時(shí)間占工作時(shí)間的比例，減少由于等待程序、技術(shù)處理、刀夾量具和檢驗(yàn)等原因造成的停機(jī)時(shí)間。通過(guò)梳理生產(chǎn)流程，找出流程中的不增值環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃建立生產(chǎn)配送體系，明確物料、工藝規(guī)程、數(shù)控程序、工裝夾具、輔具、刀具、量具配送責(zé)任人以及配送時(shí)間、配送地點(diǎn)，減少數(shù)控機(jī)床停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)準(zhǔn)備效率。
1.8 機(jī)床維護(hù)
數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)精密，出現(xiàn)故障不易維修。應(yīng)加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的保養(yǎng)，以保證其正常運(yùn)行。一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)維修，恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。必要時(shí)，應(yīng)對(duì)舊數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改造，以減少新設(shè)備購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用，充分提高設(shè)備的使用效率。
2建立加工單元
2.1 敏捷試制單元
為了適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)，企業(yè)的生產(chǎn)模式更加靈活，單元化的敏捷制造車(chē)間是現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的重要趨勢(shì)。借助敏捷制造的理念，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)施CAD/CAPP/CAM一體化解決方案，涵蓋產(chǎn)品研制全過(guò)程，通過(guò)快速配置各種資源，把動(dòng)態(tài)靈活的虛擬組織、先進(jìn)的擬實(shí)制造技術(shù)和高素質(zhì)的人員進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，建立敏捷試制單元，精準(zhǔn)響應(yīng)用戶(hù)需求，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，使企業(yè)在快速變化的市場(chǎng)環(huán)境中贏得先機(jī)，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。敏捷試制單元示例如圖2所示。
2.1.1 設(shè)計(jì)制造一體化系統(tǒng)
按照數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造的特點(diǎn)，通過(guò)基于設(shè)計(jì)制造一體化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，建立產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)、制造和管理系統(tǒng)支持環(huán)境，通過(guò)業(yè)務(wù)流程再造、并行工程實(shí)施，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，調(diào)整組織，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，建立適應(yīng)數(shù)字化特點(diǎn)的并行協(xié)同工作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造從傳統(tǒng)模式向基于MBD模型的數(shù)字化模式的根本改變。設(shè)計(jì)制造一體化系統(tǒng)將先期的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與后續(xù)的制造工藝集成，實(shí)現(xiàn)信息共享和并行工作。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員一開(kāi)始就應(yīng)考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期里的結(jié)構(gòu)、性能、工藝、質(zhì)量和成本等所有因素，用數(shù)字計(jì)算方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品，可靠地模擬產(chǎn)品的功能特性；工藝人員運(yùn)用計(jì)算機(jī)和制造知識(shí)，精確地模擬產(chǎn)品制造過(guò)程。各項(xiàng)工作是同時(shí)進(jìn)行的，而不是按順序進(jìn)行的。在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的同時(shí)，并行編制工藝規(guī)程和數(shù)控程序，及時(shí)準(zhǔn)備生產(chǎn)。設(shè)計(jì)制造一體化技術(shù)在縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)周期上可充分發(fā)揮作用。企業(yè)只有基于真正意義上的設(shè)計(jì)制造一體化的集成，才能實(shí)現(xiàn)敏捷制造、精良生產(chǎn)乃至虛擬企業(yè)，提高綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。
2.1.2 單元執(zhí)行層
敏捷試制單元執(zhí)行層可參照柔性制造系統(tǒng)，采用3臺(tái)以上高度柔性的數(shù)控機(jī)床，由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來(lái)，可在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)多品種、小批量的加工管理。柔性是敏捷試制單元的最大特點(diǎn)，體現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)外部環(huán)境的適應(yīng)能力；自動(dòng)化是指將手工操作減至最低，甚至最后完全取消。敏捷試制單元克服了傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)線只適用于大量生產(chǎn)的局限性，表現(xiàn)出對(duì)多品種、小批量生產(chǎn)制造自動(dòng)化的適應(yīng)能力。
2.1.3 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)管理
新產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度是最重要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中，關(guān)鍵因素是人員。根據(jù)不同產(chǎn)品，采取不同形式的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，以靈活的管理方式達(dá)到組織、人員與技術(shù)的有效集成，保證企業(yè)內(nèi)部信息及時(shí)溝通，對(duì)企業(yè)外部的市場(chǎng)做出靈敏反應(yīng)，以最快的辦法推出新產(chǎn)品。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)是為了完成特定的任務(wù)，由企業(yè)內(nèi)分布在不同部門(mén)的設(shè)計(jì)、工藝、操作和管理人員等組成的。
2.2 精益加工單元
精益加工單元是按零件加工流程緊密排列設(shè)備，在滿(mǎn)足客戶(hù)節(jié)拍時(shí)間的前提下，實(shí)現(xiàn)少人化、連續(xù)流生產(chǎn)的生產(chǎn)組織方式，適用于訂單穩(wěn)定且具有中小批量的產(chǎn)品或產(chǎn)品族。
2.2.1 選擇產(chǎn)品族
零件產(chǎn)品族劃分的標(biāo)準(zhǔn)是零件的相似性，包括結(jié)構(gòu)相似性、材料相似性和工藝相似性等3個(gè)方面。產(chǎn)品族的劃分方法主要包含直覺(jué)分組法、生產(chǎn)流程分析法和編碼分類(lèi)法。在進(jìn)行產(chǎn)品族劃分的過(guò)程中，不同的階段采用不同的方法，3種方法互相結(jié)合才能達(dá)到理想的效果。
選擇產(chǎn)品族的流程如下。
1）產(chǎn)品梳理。產(chǎn)品梳理是便于產(chǎn)品特征的統(tǒng)計(jì)而界定產(chǎn)品族劃分的范圍，是對(duì)企業(yè)或企業(yè)某一個(gè)部門(mén)所承擔(dān)的所有產(chǎn)品/零件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
2）產(chǎn)品大類(lèi)劃分。根據(jù)零件的基本形狀特征將零件粗略劃分為回轉(zhuǎn)體和非回轉(zhuǎn)體兩大類(lèi)，回轉(zhuǎn)體又分為完全回轉(zhuǎn)體類(lèi)和帶變異的回轉(zhuǎn)體類(lèi)。
3）產(chǎn)品小類(lèi)劃分。按照形狀、功能進(jìn)一步劃分成小類(lèi)，形成產(chǎn)品族分類(lèi)體系。
4）產(chǎn)品族劃分。在產(chǎn)品小類(lèi)劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)零件的相似性將尺寸、精度、工藝路線或加工設(shè)備相近的產(chǎn)品劃分成一個(gè)產(chǎn)品族，每一個(gè)小類(lèi)可以劃分成一個(gè)或若干個(gè)產(chǎn)品族。
5）產(chǎn)品族選擇。在產(chǎn)品族劃分的基礎(chǔ)上，選擇計(jì)劃組建單元的產(chǎn)品族。
2.2.2 生產(chǎn)線平衡
運(yùn)用產(chǎn)品路徑分析法，從年產(chǎn)量最大的分類(lèi)中選取工序最長(zhǎng)的零部件作為精益加工單元的典型零件。計(jì)算客戶(hù)需求節(jié)拍時(shí)間，依據(jù)節(jié)拍時(shí)間，運(yùn)用生產(chǎn)線平衡法優(yōu)化典型零件的工藝流程，調(diào)整各工序的作業(yè)內(nèi)容或工作量，使各工序的循環(huán)時(shí)間盡可能相等，消除工序間等待浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)按節(jié)拍連續(xù)流生產(chǎn)。生產(chǎn)線平衡方法主要包括：1）改善循環(huán)時(shí)間超過(guò)節(jié)拍時(shí)間的瓶頸工序；2）取消或合并多余的工序；3）用高效的加工方法取代低效的加工方法；4）依據(jù)節(jié)拍時(shí)間重新排布工序內(nèi)容，使每個(gè)工序的循環(huán)時(shí)間均衡且接近節(jié)拍時(shí)間等。
2.2.3 單元布局
統(tǒng)計(jì)上一年度零件族所有零件的年產(chǎn)量及零件各工序時(shí)間，計(jì)算單元所需的設(shè)備型號(hào)和數(shù)量；依據(jù)典型零件工藝路線及單元內(nèi)的設(shè)備型號(hào)，統(tǒng)計(jì)各設(shè)備間的物料運(yùn)輸次數(shù)及運(yùn)輸方向；按運(yùn)輸次數(shù)越多設(shè)備排列越近的原則設(shè)計(jì)2種以上設(shè)備布局方案，計(jì)算物料運(yùn)輸距離，選擇距離最短的方案作為精益加工單元的布局方案；編制單元的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)圖以及各工序的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)；繪制精益加工單元布局圖，并按布局圖調(diào)整設(shè)備及相關(guān)工位器具。精益加工單元布局示意圖如圖3所示。
2.2.4 單元運(yùn)行與管理
精益加工單元應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)圖的要求執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，并通過(guò)開(kāi)展計(jì)劃管理、生產(chǎn)配送、設(shè)備自主維護(hù)和管理、多能工培養(yǎng)和質(zhì)量管理等逐步形成單元的自主管理體系。
3車(chē)間網(wǎng)絡(luò)化
遵循生產(chǎn)過(guò)程管理和控制一體化的理念，結(jié)合企業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃，通過(guò)分布式數(shù)字控制系統(tǒng)DNC連接數(shù)控機(jī)床，建立程序傳輸、機(jī)床監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，并與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工程序傳輸和管理，收集現(xiàn)場(chǎng)第一手生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)間制造過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、加工能力分析和生產(chǎn)任務(wù)節(jié)點(diǎn)控制，確保管理者實(shí)時(shí)了解和處理生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，為生產(chǎn)決策與生產(chǎn)規(guī)劃提供有效支撐，提高設(shè)備單位時(shí)間創(chuàng)造的價(jià)值，減少設(shè)備采購(gòu)與設(shè)備能耗，實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)，提高設(shè)備整體有效運(yùn)轉(zhuǎn)率，建設(shè)一個(gè)全新的加工流程透明、實(shí)時(shí)可視的網(wǎng)絡(luò)化車(chē)間（見(jiàn)圖4）。
3.1 DNC系統(tǒng)
廣義DNC系統(tǒng)不僅包含程序傳輸和管理功能，還包括機(jī)床監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（MDC）功能。MDC已經(jīng)成為DNC系統(tǒng)不可缺少的一部分，MDC功能成為選擇DNC系統(tǒng)的一個(gè)最重要的標(biāo)準(zhǔn)。
MDC主要用于采集數(shù)控機(jī)床和其他智能設(shè)備的工作和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，使相關(guān)部門(mén)隨時(shí)準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)信息和報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)視與控制，對(duì)設(shè)備應(yīng)用效率指標(biāo)的綜合統(tǒng)計(jì)和分析，隨時(shí)掌握設(shè)備利用率情況，找出車(chē)間生產(chǎn)瓶頸，作為持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)的重要依據(jù)，并為MES提供數(shù)據(jù)支持。
DNC程序傳輸和管理功能主要用于數(shù)控加工程序的傳輸和管理。DNC可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的程序雙向傳輸。DNC服務(wù)器對(duì)所連接機(jī)床的通信端口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)機(jī)床有通信申請(qǐng)時(shí)，DNC服務(wù)器就及時(shí)做出響應(yīng)。無(wú)論是串口通信還是以太網(wǎng)通信，采用DNC交換協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的工作方式；同時(shí)，DNC通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)加工程序文件和全過(guò)程數(shù)據(jù)的規(guī)范管理，提供NC程序的入庫(kù)、換版、更改審批流程管理功能，以及NC程序存取操作（上傳、下載和版本修改等）的日志記錄及統(tǒng)計(jì)查詢(xún)功能。
DNC系統(tǒng)采用獨(dú)特的通信協(xié)議，依據(jù)每臺(tái)數(shù)控機(jī)床的具體配置，采用相應(yīng)的直接以太網(wǎng)連接、串口服務(wù)器連接和數(shù)據(jù)采集模塊連接等方式接入到DNC網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)床通信資源的共享，建立覆蓋車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)放式和非開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的監(jiān)控和程序傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。DNC系統(tǒng)既是MES系統(tǒng)管控一體的底層管理和執(zhí)行平臺(tái)，也是MES系統(tǒng)重要的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)。
3.2 MES系統(tǒng)
美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)ARM將MES定義為“位于企業(yè)上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)和底層工業(yè)控制之間的面向車(chē)間層的管理信息系統(tǒng)”。MES是處于計(jì)劃層（ERP）和車(chē)間層操作控制系統(tǒng)（SFC）之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。MES系統(tǒng)是以實(shí)時(shí)協(xié)同思想為主導(dǎo)，以生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行及車(chē)間動(dòng)態(tài)調(diào)度為核心，集精益生產(chǎn)理念和方法、約束理論、企業(yè)資源優(yōu)化理論、供應(yīng)鏈管理、外協(xié)管理、人力資源管理和業(yè)務(wù)管理等先進(jìn)管理理念為一體的企業(yè)生產(chǎn)信息化集成管理應(yīng)用系統(tǒng)。
通過(guò)MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下幾方面內(nèi)容。
1）制造數(shù)據(jù)管理。包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝路線和工時(shí)定額等管理。
2）生產(chǎn)計(jì)劃管理。全面管理企業(yè)制造訂單的整個(gè)生產(chǎn)流程，了解每份訂單、每個(gè)零件、每道工序、每組工位的計(jì)劃節(jié)點(diǎn)、實(shí)際完成節(jié)點(diǎn)、投入數(shù)量、產(chǎn)出數(shù)量等實(shí)時(shí)信息。
3）能力平衡分析。通過(guò)直觀的數(shù)據(jù)圖表，為企業(yè)提供設(shè)備任務(wù)負(fù)荷分析、部門(mén)/班組任務(wù)負(fù)荷分析及工種任務(wù)負(fù)荷分析，有利于均衡生產(chǎn)任務(wù)，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃排程。
4）任務(wù)派工管理。生產(chǎn)計(jì)劃完成后，自動(dòng)生成任務(wù)派工單，并通過(guò)條碼掃描向現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)輸送加工程序、零件圖樣和工藝指導(dǎo)文件等。
5）現(xiàn)場(chǎng)資源管理。包括成品、在制品、刀具和工裝庫(kù)存管理。
6）全面質(zhì)量管理。包括供應(yīng)商管理、數(shù)據(jù)采集、信息傳遞、數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、流程控制、文檔管理和抱怨管理等內(nèi)容。
7）動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)控。實(shí)時(shí)展示該工位當(dāng)前加工任務(wù)、操作人員、完成數(shù)量和完成進(jìn)度等信息，足不出戶(hù)實(shí)時(shí)了解車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)。
3.3 系統(tǒng)集成
DNC與MES集成有助于消除底層設(shè)備的信息孤島，通過(guò)獲取數(shù)控設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，對(duì)控制層設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)計(jì)劃層與控制層之間的信息交換。由DNC向MES提供真實(shí)的設(shè)備情況，如準(zhǔn)確的開(kāi)機(jī)時(shí)間、NC運(yùn)行時(shí)間和主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)分析。當(dāng)DNC實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)床停機(jī)和停止時(shí)間超過(guò)一定閾值時(shí)，自動(dòng)向MES發(fā)起問(wèn)題處理。MES通過(guò)DNC實(shí)現(xiàn)向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行任務(wù)派工管理，MES派工單指定給操作工的NC程序，可方便從DNC快速調(diào)用。通過(guò)DNC與MES集成，實(shí)現(xiàn)車(chē)間計(jì)劃指令與機(jī)床的物理關(guān)聯(lián)，將機(jī)床的生產(chǎn)狀態(tài)及時(shí)反饋給MES系統(tǒng)，為MES系統(tǒng)的工序加工計(jì)劃提供可靠的依據(jù)，并為車(chē)間可視化的現(xiàn)場(chǎng)展示提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。通過(guò)MES與ERP、CAPP等系統(tǒng)集成，可實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到企業(yè)計(jì)劃管理層的全方位信息化管理。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)數(shù)控加工程序和工藝優(yōu)化、生產(chǎn)配送、在線測(cè)量等措施提高單臺(tái)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率，通過(guò)建立相對(duì)柔性的敏捷試制單元、相對(duì)剛性的精益加工單元，提高數(shù)控加工單元生產(chǎn)效率，通過(guò)實(shí)施DNC系統(tǒng)與MES集成等技術(shù)途徑提高數(shù)控加工車(chē)間生產(chǎn)效率，從而從微觀到宏觀，從單機(jī)、單元和車(chē)間等3個(gè)層次全方位提高生產(chǎn)效率，對(duì)增加企業(yè)的效益，增強(qiáng)企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并且可為企業(yè)向數(shù)字化制造、智能化工廠升級(jí)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”的縱向集成奠定良好的基礎(chǔ)。
作者簡(jiǎn)介：樂(lè)成明（1968-），男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和數(shù)字化制造技術(shù)等方面的研究。
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