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如何实现机加工的数字化转型

作者:MAZAK(中国)副总裁 张伟 文章来源:MM《现代制造》 点击数:211 发布时间:2017-02-14
在“工业4.0”、《中国制造2025》的国家战略推动下,中国制造业正向中国创造转型。传统的制造业企业,通过提升制造的水平来扩大竞争优势,逐步走向一条技术水平高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型制造业道路。当制造企业走在这样一条发展道路上的时候,利用信息化建设提升自身研发能力显得尤为重要。
如何实现机加工的数字化转型

在“工业4.0”、《中国制造2025》的国家战略推动下,中国制造业正向中国创造转型。传统的制造业企业,通过提升制造的水平来扩大竞争优势,逐步走向一条技术水平高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型制造业道路。当制造企业走在这样一条发展道路上的时候,利用信息化建设提升自身研发能力显得尤为重要。

对于加工行业的用户,与其说关注产品的全生命周期,实际是关注各环节对其最终产品生命周期的关联性影响。比如机床的加工状态信息能及时和MES进行交互;ERP中的产品计划与加工设备的特性功能实时匹配;设备的故障、报警及维护信息能及时发送给管理人员等。

信息技术在企业的应用主要体现在设计与生产两大环节,设计阶段代表性的技术是CAD和PDM,生产阶段则以ERP及相关技术为主导。产品全生命周期管理(Product Life cycle Management, PLM)从产品设计入手,关注产品从需求分析到设计、制造、销售、使用和维护的整个过程,围绕产品这个核心进行信息管理,能有效提高企业的竞争能力,从而成为企业信息化领域新的突破点。

众所周知,数控机床本身的产品生命周期基本可分为四大阶段:产品设计、过程设计、加工制造、使用维护。MAZAK的产品设计是在积累了近百年的专业机床设计制造经验形成的大数据库的基础上,进行的模块化单元设计,一体化整机设计。虚拟设计的关键是产品数据的引用和动态模型的建立,而这些的基础正是需要可靠经验的积累和产品设计标准体系的建立。

过程设计可以体现在产品的实现性和成本的预测等。以机床产品的某种关键自制加工零件为例。产品的设计数据导入PDM系统后,我们通过CAM系统,对零件的加工进行模拟编程和模拟运行,确立生产所需的设备规格、刀具种类和加工时间;通过CAPP(工艺管理系统),对材料成本、工艺过程和加工时间进行模拟运算;通过APS自动排产系统,对生产计划进行模拟运算,向各工位分配任务。基本都在正式投产前,模拟整个零件的制造过程和验证了各个要素,当然,也包括检测这个零件所需的各类工量器具的列表。

在加工行业产品生命周期管理中,机床厂商扮演的是一个助攻手的角色,虽然不是主导,但也必不可缺。随着企业信息化的发展,PLM已经成为继ERP、MES等企业应用之后,企业信息化的又一个热点。而且在产业结构升级、转型的大背景下,PLM不光在产品标准化、设计协同、项目管理方面扮演了不同的角色,而且与ERP、MES、CRM这样的系统进一步整合,向着构建数字化企业和管理企业研发等无形资源的方向发展。作为信息化中的一个重要节点,机床设备自身是否具有智能化功能(自主判断、自主分析和自主学习等);对外是否具有开放和兼容的通讯接口和功能都非常重要。MAZAK机床的数控系统具备人机对话的编程功能,语音导航的操作辅助功能,热变位自主补偿功能,加工振动自主抑制功能,维护和检修的提醒导航功能等。新一代的SMOOTH数控系统,更强化了加工控制自动优化功能,更好地适应用户不同的加工类型和领域;并强化了数据通信功能和网络功能(EthernetIP、Profibus、CC-Link等),为客户构建智能化工厂提供了便利的条件。另外,利用MT-CONNECT通讯协议标准,可以将NC系统的运行状态数据(比如主轴转速、进给速度、报警和切削参数等)实时传送给第客户的三方管理软件。避免任何一台设备成为一个信息孤岛,而是物联网中的一个活跃的节点。实现人与设备的信息沟通以及设备与设备的信息沟通。

LGMazak正在实施的I-SMART FACTORY (智能化工厂升级)工程,将机床制造过程的信息化水平提升到一个新的阶段。工厂利用IOT(物联网)信息通讯技术,充分挖掘采集制造过程中的各类数据信息,通过统计分析,来提高设备的开动率和工厂的运营效率。并将最新的无线网络技术、移动终端技术、条形码技术和射频识别技术等应用到工序管理和控制中,实现制造过程中所有数据的透明化,实时化采集和管理等。以机床等设备的运行管理为例,利用MAZAK最新的智能化工厂支持软件SPS(smooth process suport)和MT-connect通讯技术和标准将所有的加工设备连接在一起,通过集中管理的方式,实施智能化的程序管理、刀具管理、运行监控和计划排产。并新增了设备的故障报警统计分析,机床和刀具负荷的统计分析,机床保养维护的功能。另外,通过数据采集/转换专用的中继装置(SMART BOX),还可以将与设备相关的冷却液温度、润滑油状态和设备电力消耗等周边数据信息汇集到管理中心,进行数据分析和生产改善。该智能数据信息盒子,同时也起到安全防火墙的作用。另外,再以品质管理为例,通过使用带有无线传输功能的数字化量具,实现品质测量数据的自动测量、传输和判断;对手工作业的工序环节,使用移动终端进行品质记录的录入和图像记录;并对所有品质数据进行结构化处理,存储,以实现最便利的查询追溯和质量数据统计分析。这些手段,都极大地提高了作业效率,更好地保证了产品质量。

PLM的概念提出经历了一个发展过程,它是企业生产方式发生改变后对支撑技术环境所提出的一种需求。PLM系统涉及到企业信息系统从市场到设计、生产的各个层面,需要多种技术作为支撑和保障,其中统一的数据模型应成为PLM系统的核心和基础。

PLM项目的实施,对于管理效能上的提升是很明显的。首先,PLM平台实现了完整的流程控管,通过集中管理的信息系统,对“流程规范”、“产品规划”、“基础信息”、“技术平台”进行集中维护,达成需求准确、过程控制、提高效率、异常追溯等效果,缩短了产品上市时间,从而降低成本,提高产品的市场竞争力。其次,通过PLM系统,建立起统一平台的产品知识库,制定标准的数据管理平台,将产品的开发知识及工程师的工作经验轨迹,以知识库的形式加以积累,使后来者通过查询方式,能够准确、快速地查到所要的资料和信息,并严格控制数据的读写权限控制,保护产品研发权益,集中控制文档资料,实现了数据共享;第三, 建立起产品效益评估机制,根据实际的历史研发、生产、销售数据,对未来新产品的市场投入和销售利益做分析比较,帮助市场产品经理做好前期的效益评估分析,提高公司产品竞争力及市场销售力,优化产品结构、降低成本。