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建立数字化制造系统的基本思路
【发布时间:2012年07月05日

    一、数字化制造基本内涵
    ——充分考虑由于用户多品种、个性化的需求而形成的多品种小批量生产特征;——融合计算机及网络技术、制造技术和管理技术;

    ——对各种制造资源进行优化控制;

——实现产品从设计到制造全过程的数字化和集成化运行,从而快速响应市场,提升企业的竞争能力。

    二、数字化制造的意义

    根据《中共中央关于制定国民经济发展第十二个五年规划的建议》提出的“坚持把科技进步和创新作为加快转变经济发展方式的重要支撑”的指导思想,实现数字化制造具有以下四个方面的重要意义:

    ——实现资源共享和优化配置;

    ——促进企业管理模式与组织模式的变革;

    ——提高制造企业的核心制造能力;

    ——加快国民经济结构战略调整。
       三、实现企业数字化制造目标的三大任务
       实现企业数字化制造目标的三大任务是:研究数字化制造技术,设计数字化制造模式和建立数字化制造系统。


图一
数字化制造技术、模式、系统关系图

   (一)在系统科学、制造科学和管理科学基础上,利用计算机技术、信息技术等形成的数字化制造技术是数字化制造的技术支撑。它们包括:
    ——MES
(制造执行系统)
    ——CIMS
(计算机集成制造系统)
    ——CAID/CAD/CAE/CAM/PDM
(计算机辅助工业设计 /计算机辅助设计/计算机辅助工程/计算机辅助制造/产品数据库管理)
    ——CAPP
(计算机辅助工艺过程设计)和ERP(企业资源计划)
    ……
   (二)围绕提升企业竞争力的目标,针对企业生产特点,利用数字化制造技术,设计出能够优化流程并科学合理配置资源的数字化制造模式。
   (三)通过人、财、物的投入,建设并运行数字化制造系统。
    四、构建数字化制造目标体系
    数字化制造目标体系是数字化制造模式的核心。

图二

    其中:T时间、Q质量、C成本、F柔性、I信息交互能力、S:关键技术信息安全、G:绿色制造能力。

    以上七维目标体系具体描述为:

    1)产品制造周期(TimeT

    快速响应市场能力是多品种小批量生产模式下数字化制造的迫切需求及特征。由于多品种小批量方式产品制造的技术标准高、工艺路线长、制造过程复杂、制造难度高等原因,缩短产品制造周期将是数字化制造的难度和重点。

    2)产品制造质量(QualityQ

    高质量的产品具有优良的性能、高可靠性和经济性、使用安全、能适应于不同的使用环境等特性。制造出高质量的产品一直是制造企业立足的根本及为之奋斗的目标。因此,多品种小批量数字化制造应该以产品制造质量为目标,不断追求制造过程零废品,生产成品零缺陷,使用过程零故障。

    3)产品生产成本(CostC                               

    产品生产成本作为价格的主要组成部分,其高低是决定企业有无竞争能力的关键因素之一。在多品种、个性化市场需求环境下,市场竞争在很大程度上取决于价格竞争,而价格竞争的实际内容就是生产成本竞争。因此,多品种小批量数字化制造需努力降低生产成本,使自己的产品在市场中具有较高的竞争能力。

    4)产品生产柔性(FlexibilityF

    产品生产柔性是指在多品种小批量生产过程中适应内部或外部环境变化的能力。内部环境的变化包括生产计划变动、物料交接、质量问题和设备故障等。外部环境变化包括产品种类变换、产品数量变化或产品的完工时间变化等。在多品种小批量生产方式下,制造过程对内部和外部环境扰动的快速响应提出了更高的要求且制造过程控制参数多,因此数字化制造应具备较强的柔性制造和管理能力。

    5制造信息交互能力InformationI

    多品种小批量制造过程将会产生大量的生产数据信息,其中包括产品的生产进度信息、产品质检信息、物流信息和异常情况信息等。如何将这些生产数据信息快速、准确地反馈给企业管理层,同时,又将企业管理层的指令快速、准确地下达到生产现场。这就需要给生产现场提供所需的信息交互能力。因此,制造信息交互能力是开展机加车间数字化制造的关键目标之一。

    6)技术安全与保密性。(SecurityS

    数字化制造需要通过计算机网络进行大量关键技术信息交互,甚至与企业内外部设计、管理、控制层数字化的数据共享和业务协同,因此,需要考虑数字化制造信息传输的安全性和可靠性。

    7)绿色制造能力(EnergyE

    绿色制造能力是使制造资源消耗力低、环境影响小的生产能力。在产品制造过程中,伴随着制造设备能耗、物流能耗、制造物料及耗材能耗等生产能耗,同时,也带来了废液、废气、废渣、噪声等环境污染。因此,在资源日益紧缺、环境问题日益突出的情形下,如何利用信息技术促进制造过程节能降耗,实现能源的有效节省和污染的有效减少是企业实施数字化制造的重要目标之一。
   
五、数字化制造系统描述模型


图三

    (一)数字化制造应具有的八化特征:

    1、集成化:数字化制造将数字化技术、先进制造技术及现代管理技术相结合,实现制造与设计、经营管理、制造设备层的数字化集成。通过制造过程数字化集成,实现制造物流、信息流、价值流的集成和优化运行,达到制造过程人(组织、管理)、经营和技术三要素的集成,从而增强企业产品数字化制造能力,提高企业的综合竞争能力。

    2、网络化:数字化制造是架构于计算机网络之上的网络化数字制造系统。通过网络化充分利用了企业内部和外部的各种资源,也为制造物流、信息和系统的集成提供了必要条件。

    3、协同化:数字化制造是制造环节内部,制造环节与设计、经营管理等环节协同交互的过程,支撑了制造过程生产计划、物料、质量、工艺技术文件和车间制造资源等的业务协同运作。

    4、无纸化:无纸化是数字化制造最直接的效益体现。以甩图纸和甩帐表为核心的制造过程无纸化大大节约了企业制造成本,提高了生产效率。

    5、实时化:数字化制造能通过多种方式实时采集制造过程数据,并对采集到的数据进行实时分析处理,以更准确、更及时、更透明地对制造过程进行管理与控制,促进了敏捷制造的发展。

    6、标准化:数字化制造标准化包括体系结构和功能的标准化、技术的标准化、实施过程和方法的标准化。它用于规范和约束数字化制造建设,并通过执行标准和规范的方法,保证数字化制造的有效集成性和柔性,提高数字化制造的实施成功率。

    7、绿色化:数字化制造是一种综合考虑资源效率的制造模式。它通过绿色工艺的执行、生产优化调度与控制,使资源消耗最小,环境影响最小。

    8、柔性化:柔性化是在多品种小批量条件下数字化制造的主要特征之一。多品种小批量机加车间数字化制造以数字化、集成化、网络化和协同化等方式支持多品种小批量柔性生产,实现在多种产品制造生产情况下制造计划、生产进度、物流、质量和设备资源等的有效运转和控制,从而低成本、快速为用户提供满意的产品。

    (二)数字化制造应具有的三大内容

    1、以五条主线为核心的制造过程数字化:包括生产计划集成管理数字化、制造物流集成管理数字化、制造质量集成管理数字化、工艺技术集成管理数字化和制造资源集成管理数字化。

    2、五条主线制造过程数字化内部集成:是指生产计划集成管理数字化、制造物流集成管理数字化、制造质量集成管理数字化、工艺技术集成管理数字化和制造资源集成管理数字化等五条主线数字化之间的信息交互和集成。

    3、五条主线制造过程数字化外部集成:是指设计与制造集成一体化、经营管理与制造集成一体化及制造与制造控制层集成一体化。

    六、数字化制造总体框架



图四

    根据航天精工多品种小批量产品数字化制造特点及需求,借鉴美国麻省理工学院Chryssolouris教授提出的制造决策属性中的时间(TimeT)、质量(QualityQ)、成本(CostC)、柔性(FlexibilityF)四面体模型,现将制造信息交互能力(InformationI),关键技术信息安全(SecurityS)和绿色制造能力(GreenG)等重要目标要素统筹考虑,构建多品种小批量数字化制造七维目标体系:

    该框架包括五个层次:             

    (一)制造过程数字化基础支撑系统是制造过程数字化的系统支撑层,包括计算机网络环境支撑分系统(NES)、数据库管理分系统(DBS)、信息标准化分系统(ISS)、信息安全管理与控制分系统(ISMC),为数字化信息系统提供信息交换基础设施、数据存储、统一的识别标准和信息安全保密保障。

    (二)多品种小批量产品数字化制造模式支持系统层包括与企业其他信息系统集成模块、五条主线管理数字化模块、多功能交互式信息终端模块等。其功能是实时采集、传递制造车间信息,监控车间生产状态,为五条主线数字化管理提供基础信息,并完成与其他信息系统无缝集成,使得信息数据在各系统传递畅通,解决了企业内部各系统间数据“孤立”的问题,而达到相关信息地快速传递、处理和应用,实现全企业内部的信息共享。

    (三)数字化制造主线层是机加车间数字化制造详细业务流程信息化管理核心层,以数字化制造过程目标为车间制造约束要求,分析处理车间制造过程信息数据,实现机加车间生产计划、制造物流、质量、工艺技术资料和制造资源的优化运行和有效控制。

    (四)数字化制造过程目标层是车间数字化管理详细目标的体现,达到制造周期(T)尽可能短,生产质量(Q)尽可能高,生产成本(C)尽可能低,生产柔性(F)尽可能高,生产能耗(E)尽可能少,关键技术信息安全(S),保密性强,生产现场信息交互能力(I)尽可能高。

    (五)最终目标层通过数字化制造最终推动企业达到的效益,实现生产制造能力、综合竞争力和企业效益最大化。

    七、集团企业数字化制造总体要求

    (一)特点

    由多个跨地域的既有专业分工又能互为补充的生产单位组成的集团化制造体系。

    (二)要求

    优化配置资源,均衡安排生产,快速响应市场,增强整体优势。

                                                                                                                                                                                        (文/航天精工有限公司董事长、总经理  曹军)

  

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