上海烟机数字化工厂使用情况介绍(7届论坛会论文)

                               CNC智能制造联盟 徐烁

由于我国数控加工制造的数字化程度基础比较薄弱，尤其是针对小批量多品种的CNC加工企业，在对企业进行数字化改造之前，首先要做的是生产工艺的标准化，以及该标准化的落实。由于CNC企业的特殊性，牵涉到大量的工艺数据的从原来的纸质化到数字化的过程，在这一过程中，我们会发现很多由于信息不对等而导致的标准化落实的问题；当我们对工艺数据完成输入之后，就需要对各个部分需要的工艺数据进行流程规划，进而进行流程上的数据采集，这部分工作需要对整个流程的各个步骤进行梳理和职责分配，明确每个步骤做什么，怎么做，每个这么做的步骤的时间节点是什么？最后我们与计划管理部门进行衔接，进而得到我们的计划与生产是否一致，在此基础上我们可进行优化，这种优化可以基于整个流程上的，也可以是基于步骤的。

          数字化工厂整体构架

上海烟机自2013年起开始数字化工厂建设，分为两个阶段。 

第一阶段从2013年3月至2015年7月，这一阶段分两步，一部分是主要解决的是工艺编程与现场刀具使用的衔接问题； 另一部分是解决机床联网与机床数据采集问题。

工艺编程与现场刀具使用的衔接问题的解决是首先从刀具的数据输入入手，因为这部分是最为棘手的，这包括刀具的出入库问题、刀具库存问题；以及由于刀具使用造成的其他问题，包括工艺编程时的刀具模型准确性问题、刀具准备效率问题等。

由于体制以及历史原因，上海烟机的刀具库是通过Excel来进行统计的，但是这使得出入库统计变得效率很低，另外也无法与工艺ESPRIT 和HyperMill CAM编程系统进行几何数据和库存数据的交互，常常是工艺编程使用的刀具现场并没有，而现场有的刀具，工艺编程员又不知道，造成了信息断层；此外，工厂到底有多少刀具，管理者也不非常清楚，使用状况、消耗状况都只能按月、季度和年来计算，无法获知较为精细的管理数据；另一方面，由于刀具的准备时间问题造成零件加工的实际完成时间与计划时间无法匹配。

这种状况下，上海烟机从2013年3月起开始使用WinTool软件，一开始的12个月时间，上海烟机以2台WFL机床为试点，将WFL机床所使用到的近500种刀具，2000种组件的数据录入到WinTool系统中，通过组件、刀具装配和刀具清单的三层关联关系将这些刀具的各层数据进行了整合、组件数据层与条码系统整合进行库存数据的对接；刀具装配和刀具清单数据与ESPRIT CAM编程系统整合进行几何数据和切削数据的对接；刀具清单还和对刀仪系统连接进行对刀数据的连接。在此后的6个月时间内，WFL生产单元的刀具使用情况较以前大大改善，编程效率得到显著提高，刀具的使用情况的明细得到很多改善，基于这种情况上海烟机决定进一步刀具使用方面的优化，他们从WinTool中得到数据在加工同一种零件同一道工序时，经常会出现选择不同刀具的状况，上海烟机觉得缩小刀具的使用种类，通过WinTool收集到的刀具使用数据，根据一定的工艺规范，将相近的刀具种类进行合并，这样原来WFL上使用的近500种刀具缩小到了近350种，大大降低了管理难度。在这一工艺标准化的进程中，上海烟机首先将刀具的技术数据与实物数据通过WinTool连接起来，而实物上的实时情况又通过库存系统、对刀仪系统等能够实时获取；进而与CAM系统整合，从而将零件号、NC程序、电子刀具清单和刀具的实物库进行了整合。从而一定程度上进行了工艺的标准化工作。

                        数字化工厂思路

另一方面，在工艺标准化进行的同时，上海烟机引进了DNC/MDC系统，首先解决的是程序传输问题，上海烟机将每台机床进行了网路连接，通过中心程序服务器进行程序管理，这在一定程序上使后续的程序规范化管理起到了作用，程序的规范化管理需要从原来的在线编程模式切换到离线编程模式，这也是为了提高机床的使用率，但是离线编程模式又要求虚拟编程和仿真环境和现实的加工环境一致，上海烟机又此又将HyperMill, ESPRIT两种编程软件和Vericut仿真软件中的，机床库三维模型库、刀具库三维模型库、夹具三维模型库等集成在一起，从而解决了原本由于环境不统一而造成的程序或仿真不准确的问题。

在完成了DNC的实施后，上海烟机又进行了机床数据采集的工作，这是为了获得机床实际的加工情况，进而能更准确地获得机床的使用效率，而这一加工时间跟零件的工序相挂钩，又进一步的知道了这一工序的实际加工时间。

     管理流程的持续优化

在实施以上两步的同时，上海烟机的数字化工厂项目领导小组也在不断地对项目进行修正和优化，一方面在不断得完善工艺标准化的实施和现在机床实时加工数据采集的实施，从而能够提高加工时间从预估到实际生产的准确性；另一方面，生产准备时间的不确定性也是另一个困扰生产管理的问题。后来通过对各种方法的进一步论证发现，从业务上分析，生产任务的完成不及时是由于排程不准确造成，而排程不准确很大程度上是缺乏对现场生产情况的掌握，生产情况掌握的缺失是生产过程的不确定性，生产过程不确定又是由于工艺标准化没有落实到位，工艺标准化的落实包括零件对应的所有生产要素的准备和落实；上海烟机称之为“生产要素的齐备性”，由于WinTool具备刀具从技术数据到实物准备的全流程管理的能力，上海烟机决定在此基础上进行拓展，将WinTool拓展到工装夹具和特殊工位器具的领域。WinTool除了在刀具数据三层数据结构的基础上，又有第四层工艺标准化平台，这一平台提供了对任意的生产文件的导入、对生产文件修改的版本管理、对操作人员的权限管理，以确保工艺文件“齐备性”、落实到位的“准确性”以及文件历史的“追溯性”。

由此2015年8月起，上海烟机的应用进入第二阶段，上海烟机将WinTool定位为数控加工数字化工厂中的车间工艺准备系统，WinTool的工艺标准化平台与ERP系统对接获取生产的订单任务；与高级排产系统APS对接接获取排程任务，与CAM系统对接导入编程文件和NC代码，与刀具清单对接获取工序相应的刀具清单、与对刀仪系统对接传输对刀信息，与DNC系统对接将相应的文件传输到机床设备，在此完成后计划与PLM系统对接进行实时的设计模型与生产文件的实时交互。

截至到发稿前，各项工作正在有条不紊地开展中，已完成了与DNC的对接、与CAM软件的对接、与对刀仪系统的对接、与刀具清单数据库的对接，并实现了零件生产准备过程中程序、刀具、工装夹具、特殊工位器具的技术端和实物端全流程准备管理。

上海烟机刀具室的WinTool刀具清单

上海烟机数字化工厂负责人在向来宾介绍数字化工厂建设情况

2017.9

徐烁：CNC智能制造联盟创始人，什拓（上海）软件科技有限公司中国区总经理。联盟成立于2015.11.11，现有九家著名的国际公司组成，为CNC制造加工企业提供出色的数学化工厂整体解决方案。今年6月和学会联合举办了，取得了很好的效果。