(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710089)

在數(shù)控設(shè)備功能優(yōu)化升級(jí)趨勢(shì)下，DNC的作用有所減緩，更多時(shí)候被作為與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相互通信的技術(shù)性系統(tǒng)。而MES功能也無(wú)法在很大程度上滿(mǎn)足企業(yè)多元化需求。在此形勢(shì)下，實(shí)現(xiàn)集成化與網(wǎng)絡(luò)化則演變成了二者發(fā)展新趨勢(shì)。基于此，面向機(jī)械智能制造設(shè)計(jì)實(shí)踐了DNC與MES集成化系統(tǒng)模型。系統(tǒng)模型不僅可以有效發(fā)揮DNC核心功能，還囊括了二者各自?xún)?yōu)勢(shì)，具備強(qiáng)有力的功能與擴(kuò)展性[1]。

1 DNC與MES的關(guān)聯(lián)性分析

DNC系統(tǒng)主要應(yīng)用于過(guò)程控制層，核心功能即數(shù)控程序管理與生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸。MES系統(tǒng)主要應(yīng)用于制造執(zhí)行層，核心功能即車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃管理與生產(chǎn)資源管理，以及下達(dá)車(chē)間生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)調(diào)度與實(shí)時(shí)跟蹤。集成二者功能時(shí)，DNC系統(tǒng)主要發(fā)揮技術(shù)作用，以與底層設(shè)備相互銜接，而MES系統(tǒng)則與DNC系統(tǒng)數(shù)控程序管理功能有機(jī)結(jié)合，以此作為軟件管理系統(tǒng)，如此一來(lái)，在集成化系統(tǒng)中，MES系統(tǒng)便可基于DNC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間相互通信[2]。

2 集成化系統(tǒng)模型功能模塊

基于MES系統(tǒng)與DNC系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)，集成化系統(tǒng)模型功能模塊[3]具體如圖1所示。

根據(jù)DNC與MES系統(tǒng)功能，集成化系統(tǒng)模型功能模塊主要?jiǎng)澐譃閮刹糠郑渲蠨NC的作用是采集系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)控程序管理；MES的作用是下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)控生產(chǎn)狀況、管理生產(chǎn)資源與產(chǎn)品質(zhì)量、查詢(xún)歷史信息。

圖1 系統(tǒng)模型功能模塊

3 集成化系統(tǒng)模型業(yè)務(wù)

3.1 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

集成化系統(tǒng)模型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換流程[4]具體如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)信息交換流程

業(yè)務(wù)計(jì)劃層選用ERP軟件加以實(shí)現(xiàn)，基于數(shù)據(jù)接口與集成化系統(tǒng)模型相互銜接，二者通過(guò)來(lái)料信息、生產(chǎn)計(jì)劃、工藝信息等傳輸數(shù)據(jù)。在業(yè)務(wù)計(jì)劃層尚未部署管理軟件的時(shí)候，其可以手動(dòng)錄入或者文件導(dǎo)入方式傳送數(shù)據(jù)于集成化系統(tǒng)模型。集成化系統(tǒng)模型涵蓋了DNC、MES、設(shè)備間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換，以設(shè)備過(guò)程生產(chǎn)規(guī)則、操作指令、響應(yīng)、設(shè)備過(guò)程數(shù)據(jù)為載體實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 業(yè)務(wù)信息流

集成化系統(tǒng)模型業(yè)務(wù)信息流[5]具體如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)信息流

業(yè)務(wù)計(jì)劃層表征企業(yè)管理ERP系統(tǒng)，作用是向集成化系統(tǒng)模型傳輸產(chǎn)品訂單信息與已錄入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，并接收系統(tǒng)模型實(shí)時(shí)反饋的產(chǎn)品質(zhì)量信息。而且業(yè)務(wù)計(jì)劃層可在不存在上層集成化系統(tǒng)模型時(shí)，直接代表用戶(hù)。過(guò)程控制層表征底層生產(chǎn)設(shè)備與智能終端，基于系統(tǒng)模型DNC的狀態(tài)信息采集與數(shù)據(jù)傳輸模塊，與系統(tǒng)模型功能模塊交換信息。

3.3 MES功能業(yè)務(wù)信息流模型

3.3.1 倉(cāng)庫(kù)管理

倉(cāng)庫(kù)管理功能劃分為兩個(gè)子功能，即原料與成品管理。其中，原料管理通過(guò)業(yè)務(wù)計(jì)劃層獲取有效信息，其作用于生產(chǎn)管理功能的排產(chǎn)與調(diào)度功能。成品管理基于生產(chǎn)管理功能獲得生產(chǎn)結(jié)果相關(guān)信息，將其實(shí)時(shí)反饋于業(yè)務(wù)計(jì)劃層。

3.3.2 文檔管理

文檔管理功能劃分為多個(gè)子功能，即產(chǎn)品、工藝、人員信息、檢測(cè)報(bào)告等生產(chǎn)過(guò)程所需要的數(shù)據(jù)檔案。其中部分通過(guò)業(yè)務(wù)計(jì)劃層獲取，同時(shí)在生產(chǎn)管理與質(zhì)量管理功能中發(fā)揮排產(chǎn)調(diào)度與質(zhì)量檢測(cè)評(píng)估根據(jù)。而其他則基于品質(zhì)管理與生產(chǎn)管理功能獲取，以此反饋于業(yè)務(wù)計(jì)劃層，打印成報(bào)告或單據(jù)，加以保存，以留日后查詢(xún)。

3.3.3 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理功能劃分為兩個(gè)子功能，即調(diào)度與跟蹤。其中，調(diào)度功能可收取訂單與生產(chǎn)計(jì)劃相關(guān)信息，并調(diào)取文檔管理、設(shè)備管理、倉(cāng)庫(kù)管理的車(chē)間生產(chǎn)資源信息，加以調(diào)度，然后發(fā)揮DNC功能面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)輸出指令與數(shù)控程序。在生產(chǎn)時(shí)，調(diào)度功能可接收DNC實(shí)時(shí)反饋的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)狀況，據(jù)此進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃合理調(diào)整，同時(shí)為生產(chǎn)跟蹤傳送生產(chǎn)狀態(tài)信息。用戶(hù)基于生產(chǎn)跟蹤可查詢(xún)產(chǎn)品生產(chǎn)具體進(jìn)度與現(xiàn)狀。

3.3.4 品質(zhì)管理

以信息采集功能獲取產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)信息，就工藝信息進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估，同時(shí)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，切實(shí)返回于業(yè)務(wù)計(jì)劃層與關(guān)聯(lián)性功能模塊。

3.3.5 設(shè)備管理

通過(guò)業(yè)務(wù)計(jì)劃層獲取車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，基于信息采集功能了解設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，以此作用于排產(chǎn)調(diào)度與設(shè)備維護(hù)計(jì)劃。

3.3.6 在線(xiàn)監(jiān)控

基于信息采集充分了解車(chē)間設(shè)備具體形態(tài)，在集成化處理之后，以圖表或者文字形式呈現(xiàn)于用戶(hù)界面，生動(dòng)全面地反應(yīng)車(chē)間實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)。并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，發(fā)出告警信號(hào)。

3.3.7 歷史查詢(xún)

歷史生產(chǎn)信息根源在于生產(chǎn)管理功能，各個(gè)批次零部件加工結(jié)束之后，相應(yīng)信息都會(huì)基于其中的生產(chǎn)跟蹤功能，全面詳細(xì)記錄于數(shù)據(jù)庫(kù)歷史生產(chǎn)信息表。除歷史信息查詢(xún)之外，還可就具體信息統(tǒng)計(jì)分析員工工作量與生產(chǎn)計(jì)劃完成狀況[6]。

3.4 DNC功能業(yè)務(wù)信息流模型

3.4.1 數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)通信功能劃分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，即采集信息與下達(dá)指令。其中，下達(dá)指令是通過(guò)MES設(shè)備信息選擇相應(yīng)通信協(xié)議，面向設(shè)備傳輸控制指令碼，信息采集功能接收回復(fù)碼，在處理之后，面向MES傳送通信結(jié)果。

3.4.2 數(shù)控程序

數(shù)控程序管理功能需基于數(shù)據(jù)傳輸，共同合作實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序傳輸，通過(guò)MES設(shè)備與數(shù)控程序相關(guān)信息，以相同通信協(xié)議與程序文件為載體，傳輸文件[7]。

4 DNC與MES數(shù)據(jù)交換模式

基于數(shù)據(jù)層集成化模式完成DNC與MES數(shù)據(jù)交換，二者通信流程具體為：基于數(shù)據(jù)庫(kù)面向DNC功能設(shè)計(jì)通信請(qǐng)求表與結(jié)果表；通過(guò)客戶(hù)端調(diào)取MES服務(wù)開(kāi)展業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求表中詳細(xì)錄入通信數(shù)據(jù)信息；以客戶(hù)端為載體調(diào)取DNC服務(wù)，從請(qǐng)求表中查詢(xún)相應(yīng)記錄，據(jù)此實(shí)現(xiàn)與過(guò)程控制層之間實(shí)時(shí)通信，并在結(jié)果表中錄入通信結(jié)果；基于客戶(hù)端調(diào)取MES服務(wù)，查詢(xún)結(jié)果表的具體記錄，在數(shù)據(jù)分析處理之后，及時(shí)返回界面加以展示[8]。

5 系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)

5.1 現(xiàn)場(chǎng)加工

構(gòu)建數(shù)控機(jī)床、在線(xiàn)機(jī)器人、檢測(cè)設(shè)施相互協(xié)調(diào)運(yùn)作的精密軸零部件智能化生產(chǎn)檢測(cè)線(xiàn)。DNC與MES集成化系統(tǒng)模型基于精密軸零部件加工業(yè)務(wù)流程構(gòu)建，并結(jié)合生產(chǎn)檢測(cè)線(xiàn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，其具體加工流程[9]如圖4所示。

以運(yùn)輸帶為載體將原料運(yùn)輸與作業(yè)范圍，機(jī)械臂夾取運(yùn)輸帶前端零部件，面向數(shù)控車(chē)床給料，通過(guò)數(shù)控車(chē)床加工零部件，然后利用機(jī)器人向檢測(cè)設(shè)施傳輸成品，成品合格則再安排機(jī)器人運(yùn)送于成品區(qū)域，不合格產(chǎn)品則儲(chǔ)存于不良品區(qū)域，等待反復(fù)檢測(cè)，以評(píng)估是否需要重新加工。

5.2 應(yīng)用軟件

DNC與MES集成化系統(tǒng)模型軟件包含兩個(gè)部分，即服務(wù)器與客戶(hù)端程度?？蛻?hù)端程度劃分為兩個(gè)類(lèi)型，即車(chē)間智能終端；辦公室電腦設(shè)備。在生產(chǎn)過(guò)程中，軟件具體運(yùn)行流程[10]如圖5所示。

圖4 加工流程

圖5 軟件運(yùn)行流程

生產(chǎn)訂單與計(jì)劃通過(guò)上層系統(tǒng)或者手動(dòng)錄入系統(tǒng)軟件，基于生產(chǎn)調(diào)度生成工單，傳送于生產(chǎn)車(chē)間，車(chē)間根據(jù)工單開(kāi)始著手準(zhǔn)備生產(chǎn)，軟件則利用網(wǎng)絡(luò)面向設(shè)備傳達(dá)控制指令并傳輸數(shù)控程序，然后設(shè)備快速啟動(dòng)進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)模型軟件持續(xù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并將其應(yīng)用于品質(zhì)管理與生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)時(shí)反饋。

5.2.1 車(chē) 間

在集成化系統(tǒng)模型中，工單分別對(duì)應(yīng)各批次零部件生產(chǎn)，業(yè)務(wù)計(jì)劃層為系統(tǒng)模型傳輸訂單與生產(chǎn)計(jì)劃相關(guān)信息，通過(guò)生產(chǎn)調(diào)度生成打印工單，傳送給車(chē)間工人。工人可利用掃描槍進(jìn)行工單條形碼掃描，將其中信息基于車(chē)間客戶(hù)端傳輸于服務(wù)器，以此明確定位工單，如此用戶(hù)便可以工單號(hào)實(shí)時(shí)跟蹤零部件整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。此外，客戶(hù)端在獲取信息之后，會(huì)給系統(tǒng)下達(dá)指令，以啟動(dòng)所需生產(chǎn)設(shè)備。

5.2.2 辦公室

辦公室客戶(hù)端主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)模型所有信息的管理、記錄、查詢(xún)與生產(chǎn)狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控等，具備倉(cāng)庫(kù)管理、生產(chǎn)計(jì)劃與設(shè)備管理、工單傳達(dá)、數(shù)控程序管理、在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等多元化功能。

6 結(jié) 論

總之，通過(guò)DNC技術(shù)與MES應(yīng)用軟件集成化開(kāi)發(fā)，有機(jī)結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)制造執(zhí)行層與過(guò)程控制層，以有效提升系統(tǒng)實(shí)施效率與水平，優(yōu)化上級(jí)層人員對(duì)于車(chē)間資源與生產(chǎn)管理，節(jié)約系統(tǒng)部署與生產(chǎn)管理成本。同時(shí)詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模塊業(yè)務(wù)流程與數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)功能模塊間數(shù)據(jù)交換。基于系統(tǒng)模型軟件運(yùn)行測(cè)試，表明此系統(tǒng)融合了DNC與MES的優(yōu)勢(shì)，可快速準(zhǔn)確部署于生產(chǎn)企業(yè)，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能制造，同時(shí)為后續(xù)優(yōu)化升級(jí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，且測(cè)試結(jié)果與預(yù)期要求明確相符。