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      一,項目說明
      大同電力機車有限責任公司(以下簡稱同車公司)隸屬于中國北方機車車輛工業集團公司,企業始建于1954年,是國家“一五”期間重點建設的156個大型國有企業之一,目前公司共擁有各類機械動力設備3000余臺,員工總數7000余人,是我國鐵路干線電力機車主要研發制造基地和各種機車車輛配件定點生產廠家,被認定為山西省高新技術企業,擁有國家級企業技術中心。
      作為國家機車行業重點扶持單位,最近幾年同車公司駛入快速發展的軌道,各項指標持續翻番增長。為確保公司良好的可持續性發展,公司領導高度重視信息化建設,并確定了建立數字化同車公司的戰略方針,重點打造全新的數字化設計和數字化制造的同車公司。截至目前為止,公司已經初步完成設計及管理系統的數字化,成功實施了CAD/CAM、PDM、ERP、OA等系統,這些系統在各項新產品中發揮了重要作用,成為公司高效率、高質量產品研發的重要保障手段。
      在數字化制造方面,公司最近幾年陸續引進50余臺先進的數控設備,這些設備承擔了許多關重件的生產任務,并構成了數字化制造的硬件基礎。但在程序傳輸、程序編輯與仿真、數控程序的管理、機床數據采集等方面還存在一些不足,制約著數控設備的最大生產能力的發揮,離公司規劃的數字化制造的目標還相去甚遠。具體表現如下:
      1) 程序通訊方面:各機床都是單機通訊,通訊軟件相互不兼容,傳輸效率低,每臺數控機床成為一個事實上的信息化孤島。
      2) 程序管理方面:程序沒有集中管理,沒有簽署流程管理、沒有嚴格的權限管理和版本管理,沒有日志管理功能,出了問題無法進行追溯問題的根源,不符合ISO9001要求。
      3) 程序編輯與驗證方面:編程員缺少數控程序數值處理、程序模擬仿真、程序版本比較等數控編程專用軟件,編程效率低,程序容易出錯。操作工無方便的程序軌跡預演工具,操作存在一定的盲目性。
      4) 機床監控方面:由于工廠的管理部門或管理系統不能及時得到生產設備的實時生產狀況,因而不能做出科學的生產管理計劃及措施,極大地影響了車間生產效能的發揮。
      5) 刀具管理方面:對規格多、數量大、使用頻繁、損耗率高的刀具缺少行之有效的管理手段,直接影響到企業的生產效率和制造成本。
      針對以上情況,同車公司決定將信息化進一步延伸到數控車間,完全打通設計——制造的信息化瓶頸?;诮鼛啄甑腄NC技術熱潮,結合公司實際情況,提出了具有同車公司特色的分布式制造集成系統(Distributed Manufacturing Integration System),簡稱(DMIS系統),用一臺計算機對所有數控機床的程序傳輸、程序數據庫管理、機床監控以及刀具信息進行集中管理,本系統作為數字化車間建設的第一步,與以后實施的MES制造執行系統,將共同組建全面的數字化車間。
     
      二,方案選型
      目前國內做DNC的廠商眾多,既有國外的產品,也有國內自主開發的產品,如何選擇一家完全能真正地實現以上目標的合作伙伴,同車公司專門組織了多學科、多部門的項目小組,對各供應商的方案組成、技術細節、實施案例、實施力量等進行了全方位的認真調研與細致評估。重點考察以下幾個方面:
      1)方案的成熟性。因本項目是涉及計算機、數控加工、網絡、刀具管理等多學科技術于一體的工程,為確保整個項目的成功實施,所選方案必須是一套成熟的產品,系統應具有良好的靈活性、兼容性、可擴展性與高可靠性,并在國內外有眾多成功用戶,盡量不選取剛剛開發或還不完善的系統。
      2)方案齊全性,且具有良好的可擴展性。所選方案應該完全滿足項目的整體要求,并且各模塊之間信息是共享的、完全集成的,軟件供應商最好具有MES系統,以便該系統的進一步擴展。
      3)技術先進性與易用性。除了系統要具有最先進的技術指標以外,還應該具有最大程度的易用性,比如遠程比較功能,操作工不用離開機床,就可以直接將機床內的程序和服務器的程序進行比較,并將比較結果顯示在機床上。
      4)本地實施力量強、經驗豐富,并具有與其他系統進行集成的能力。數控設備動輒上百萬,真正的實施遠非幾個菜單設置那么簡單,需要的是工程師豐富的現場實施經驗。如果是國外產品,代理商還應具有二次開發能力,可根據我公司的實際需要進行一些功能的定制開發,并能與PDM等其他管理系統的集成等,而不是一個信息化孤島。
      最后北京蘭光創新科技有限公司提供的整體解決方案在各方面均有突出表現,脫穎而出,成為一致選擇從而順利中標。
     
      三,方案組成
      蘭光 DNC 提供了一整套功能齊全、性能可靠的整體解決方案。 蘭光創新系統軟件部分由機床聯網通訊、 數控程序的編輯與仿真、數控程序的數據庫管理、機床監控與數據采集系統四部分組成,這四部分是個有機的整體,以及Smart Crib刀具管理系統,共同構成同車公司的分布式制造集成系統,簡稱DMIS系統。
      在該系統中,我們以DNC-Pro為信息網絡平臺,以NCBase為程序管理核心,以MDC-Pro為信息采集關鍵技術點,以EDIT-Pro為編輯仿真手段,并通過Smart Crib 刀具管理系統實現對各車間刀具的管理,針對數控車間的特點,全面打通程序編輯、仿真、管理、傳輸、監控、刀具、機床等各環節,形成具有同車公司特色的數控車間數字化解決方案。
     
      1,蘭光 DNC-Pro機床聯網系統
      蘭光 DNC-Pro系統,主要實現數控設備的全部聯網與遠程通訊等功能,主要功能如下:
      1.1 網絡通訊
      通過RS232接口或機床網口,一臺服務器可實現對256臺數控設備的雙向并發通訊。
      1.2 遠程控制
      遠程查詢,在機床控制面板上,機床操作員能夠直接查詢DNC服務器上的程序清單、程序大小、編程日期等信息。
      遠程請求,機床操作員直接在機床控制面板上可以下載所需要的加工程序。
      遠程自動接收,程序上傳時,服務器能夠自動接收、自動命名、自動保存數控程序,服務器無須專人值守。
      遠程比較,在機床控制面板上可以直接將機床內的程序和服務器的程序進行比較,并將比較結果顯示在機床上。
      1.3 在線加工
      提供穩定可靠的在線加工能力,只要機床具有在線加工功能,DNC-Pro都可方便可靠地實現在線加工。
      智能斷點續傳,DNC-Pro可以從程序的任意行、任意換刀處實現程序的斷點續傳。
      1.4 傳輸透明
      通過遠程網絡配置和管理,網絡上的任意客戶機可以實現對任一通訊端口的監控。
      多重校驗機制,程序每次傳輸都有成功或失敗報告,程序傳輸智能化、透明化。
      1.5 強化管理
      強制上傳功能,可以做到操作者在下載一個新的程序前必須把機床內程序發回服務器,確保服務器上永遠保存最新版本的程序,便于規范化管理。
      1.6 其他輔助功能
      DNC-Pro具有強大的前處理和后處理能力。針對不同的機床控制系統,在傳輸過程中就可以對程序的特殊字符進行替換、增加、刪除等數據處理。
      大程序智能分段功能,一些老系統內存空間有限,大程序放不下,通過自動智能分段傳輸功能,可省去人為的刪截程序所造成的失誤和不便。
      支持長文件名,完全支持256位文件名,能實現程序名與文件名的自動轉換。
      可以傳輸刀具參數、備份機床參數,便于機床出現故障時恢復使用。
     
      2,蘭光 NCBASE程序管理系統
      蘭光NCBase V5是一套完全基于PDM理念并充分考慮到數控加工行業特點而開發數控程序專業管理系統。它具有以下功能:
      2.1 流程及權限控制
      完全支持編制、校對、審核、批準等流程,用戶并可以根據企業實際情況進行流程的自定義。
      強大的角色管理功能,如編程員、編程主管、檢驗員、技術主任等,對加工程序進行可靠的權限管理,不同的人員設置不同的權限,確保程序安全可靠。
      具有完善的任務管理、提醒、更改、委托、追回與任務作廢等功能。
      2.2 良好的文件兼容性
      內嵌的智能瀏覽器,可對各種文本、圖片、Autocad、CATIA、PRO/E、UG等各種數據文件,并對CATIA等三維圖形文件能直接進行縮放、旋轉、平移、剖切。
      2.3 程序信息自動提取
      自動產生刀具清單文件,包括刀具名稱、幾何參數等,并自動關聯到該程序上。
      程序信息自動提取功能,比如系統對程序的圖號、編程員、機床等信息自動進行提取。
      2.4 強大的出入庫管理
      程序下發受程序狀態控制,完全避免未審核程序被誤調到機床。
      程序入庫具有嚴格的版本比較等入庫處理,從根本上保證了入庫程序的正確性。
      2.5 先進的數據庫技術設計
      采用先進的服務器/客戶端架構,用戶在客戶端具有與服務器完全一樣的功能,操作方便。
      數據全部集中存儲在Oracle 的數據服務器上, 完全避免了共享文件夾等系統安全問題,系統無網絡安全、病毒攻擊、人為破壞等潛在危險。
      智能模糊查詢功能,可以讓你快速找到您要查找的程序。
      具有完善的版本管理功能,可自動跟蹤、記錄程序文件的所有變更,允許用戶比較/恢復老版本。
      自動產生程序管理記錄,包括創建、修改、檢驗、批準、刪除等事件的時間及人員,使程序具有可追溯性,完全符合ISO9001管理標準。
      機床負荷統計功能,自動生成編程員、操作員、每臺機床的程序負荷及程序進度統計報告。并以醒目直觀的柱圖、餅圖等形式表現出來。
      系統具有可靠的定時自動備份與智能恢復功能。
     
      3 EDIT-Pro程序編輯與仿真系統
      Edit -Pro 是蘭光創新公司專為數控編程而設計的專業軟件,它具有強大而實用的數控編輯功能、文件的智能比較、刀位軌跡的三維模擬等功能。其主要功能簡述如下:
      3.1 程序編輯
      行號的重排、空格插入、字符大小寫的轉換等數控編程專用工具,可以極大地提高工程師的編程效率。
      數據處理功能可以方便地實現對各軸數據的運算,迅速完成程序縮放、旋轉、鏡像以及主軸轉速、切削進給的動態調整等數控程序專用功能。
      強大的固定循環/宏定義功能,用戶可以更快速地增加/編輯復雜循環。
      可自動對程序進行海德漢格式與ISO格式之間的相互轉換。
      3.2 文件比較
      智能文件比較功能,很輕松地標示出兩個文件的數據差異、錯行、漏行,并可以馬上修改。
      3.3 程序仿真
      強大的三維刀位軌跡和實體的動態模擬功能,可對數控車、數控銑程序進行方便、高效的軌跡仿真,令錯誤暴露無遺,有效避免程序錯誤。
      刀位軌跡和實體的正反運行,自由的縮放、旋轉和移動。
      程序與刀位軌跡的的動態交互分析,可方便查看任意程序對應的刀位以及任意刀位對應的程序行;并可以進行圖形測量。
    程序仿真
    文件智能比較
      3.4 程序統計
      快速統計加工時間和每把刀具使用時間,便于制定科學的生產計劃和刀具更換或刃磨計劃。
      方便實用的加工范圍統計功能,可以快速判定程序是否有超程問題。
     
      4 蘭光 MDC-Pro機床監控與數據采集系統
      MDC-Pro提供強大的機床數據采集功能和實時的分析能力,可以為我們提供包括實時的機床利用率(OEE)等各種分析統計功能,從而為科學安排生產計劃、采取正確措施提供準確、可靠的數據基礎。對高端機床,MDC-Pro可實現如下功能:
      4.1 機床信息實時采集功能
      可從網絡上的任何PC機監控所有的機床狀態
      全功能的機床狀態電子看板
      機床是聯網狀態還是脫機狀態?
      機床是處于加工、停機還是故障中?
      什么產品正在生產中?
      機床上正在加工哪個程序?
      已經生產了多少件工件?
      機床報警信息
      實時的主軸進給速度和主軸轉速
      刀具位置信息,如絕對位置、相對位置、機械位置、剩余移動量等
      4.2 . 豐富的統計報告
      MDC-Pro 提供超過豐富的統計報告模板,可方便、整齊地顯示需要的各種數據,可準確知道每臺機床出現了什么情況及生產計劃完成情況。如:
      每個工件加工時間
      每個操作者或每班組加工的工件數量
      機床開機時間
      機床停機時間
      機床故障時間
      機床運行時間
      操作工的效率
      機床利用率(OEE)
     
      5 Smart Crib刀具管理系統
      Smart Crib 是北京蘭光創新科技有限公司集國外先進的刀具管理理念與國內用戶的具體需要相結合而研制開發的刀具管理平臺。 Smart Crib 刀具管理系統具有完善的數據庫管理功能,能夠非常靈活、高效地對不同生產廠家、不同類型的刀具進行多庫房管理,規范的出入庫操作,智能的組合刀具拆裝,豐富的庫存統計等各種強大的功能。 Smart Crib 刀具管理系統可以使我們輕松獲得刀具的最優資源配置,有效地降低生產中的刀具成本,并在最短時間內完成刀具準備,明顯地提高機床的利用率。
    Smart Crib刀具管理系統界面
     
      5.1 主要功能
      采用目前前沿的 B/S 架構,充分利用 Internet 技術,實現網絡內刀具信息共享。
      多級權限管理,系統管理員、刀具管理員、技術人員、機床操作人員,不同的人員具有不同的權限,系統使用友好方便。
      多庫房、多車間管理。
      基本刀具管理,如各類刀具定義參數,刀具出入庫管理;
      組合刀具管理,包括組合刀具組裝、借出、改裝、拆卸、多功能查詢;
      貴重刀具管理,貴重刀具新購、出入庫、打磨維修、報損、維修入庫,刀具壽命管理;
      刀柄管理,如刀柄新購、出入庫、報損管理、多功能查詢等;
      附件管理,附件新購、出入庫、報損管理、多功能查詢;
      庫房預警、自動訂貨功能;刀具積壓預警、庫存不足提前預警并自動產生刀具訂購報表。
      報表管理(豐富的各類報表統計功能,如刀具庫存、刀具成本、附件類報表、刀柄類報表、貴重刀具類報表);
     
      四,各模塊間的信息流及關系
      同車公司本著總體布局、分步實施的原則,建成一個與其他系統高度集成的數字化車間,有計劃、有步驟地完成與其他系統集成,而不是一個數字化孤島,逐步實現了與其他系統的有機集成。
      1. 與CAD/CAM系統的集成。
      DNC 系統在加載程序時可自動獲取數控程序中的零部件加工信息,比如刀具清單、加工時間、零件號、圖號、工序號等相關信息,這些信息自動進入NCBASE程序管理系統。 NCBASE可對CAM的三維模型進行關聯管理,可以直接瀏覽各類WORD、PDF等工藝文件,以及CATIA、UG、PRO/E等圖形文件,并對CATIA等三維圖形能直接進行縮放、旋轉、平移。
    各模塊的數據流集成關系
     
      2. 與PDM系統進行集成。
      數控程序經過DNC系統進行傳輸、機床調試、審批流程而到固化定型階段后,可自動進入PDM進行管理,確保PDM中數據的完整性,同時由PDM對數控程序進行備份管理。定型程序再次生產時,由PDM將加工程序、刀具清單、工藝文件等下發到DNC系統,由DNC系統傳輸至機床實現加工生產。
      3. 與MES/ERP系統進行集成。
      可將ERP/MES制定的生產計劃,特別是數控加工計劃指令下發到DNC系統,DNC系統根據該計劃指令進行程序的順序生產。
      機床監控系統將程序完工情況反饋給ERP/MES系統,后者根據實時的生產狀態動態調整生產計劃,從而使生產計劃更科學、更準確,全面實現生產計劃的閉環管理。
     
      五,實施效果
      通過在四個機加車間成功實施DMIS系統后,同車公司有效地達到了如下目標:
      1. 實現工廠的完全網絡化管理,徹底消除機床信息孤島。構建基于以太網的DNC網絡,徹底改變以前數控機床的單機通訊方式,全面實現機床的集中管理與控制,機床由以前的信息孤島轉變為整個工廠的信息節點,實現數控機床的完全網絡化管理。
      2. 程序管理更科學規范。DMIS系統完善的程序簽署流程、準確的權限管理、方便的版本管理以及良好的可追溯性,實現對NC程序全生命周期的跟蹤管理,提高NC程序的規范化管理水平,讓編程員、操作員在正確的時間輕松地處理正確的工作,生產出正確的產品,完全符合企業ISO9000認證及管理的需求。
      3. 明顯提高機床利用率,減少機床輔助時間。DMIS系統方便、可靠、全自動的程序傳輸功能,快速、高效的程序編輯功能,準確、直觀的程序模擬仿真功能,程序工藝文件的關聯管理與快速查找功能,都可以將程序編輯、仿真、管理等生產輔助任務在計算機端完成快速高效地完成,可最大程度地提高機床的有效利用率。
      4. 產品質量進一步提高,明顯降低產品廢品率。專業的程序模擬仿真可把程序錯誤最大程度地消除在虛擬環境中,確保程序的正確性;規范嚴謹的程序管理,可從根本上避免程序誤調用的可能,從而完全避免因程序錯誤而出現批次報廢的情況;傳輸過程中的多重檢驗機制,確保程序的傳輸更加安全可靠。蘭光DNC可從最大程度上避免程序錯誤,從管理手段與措施上使產品質量有了根本的保障。
      5. 明顯降低相關人員勞動強度。強大的版本比較、程序仿真、數據處理、程序管理、全自動傳輸等功能,可將編程員從枯燥的程序編輯、檢查、調試、傳輸中解脫出來,可更輕松、高效地從事更多有創造性的工作。服務器端無人職守、機床端全自動遠程傳輸,操作者不用離開機床就能完成程序的遠程列表、遠程調用、遠程比較、遠程上傳等全部工作,明顯降低了操作者因程序傳輸跑來跑去的辛苦。
      6. 車間現場更加整潔,符合6S車間現場管理要求。因DMIS系統實現了程序的集中管理與集中傳輸,車間現場不再需要大量的臺式計算機及桌椅板凳,取而代之的是少量美觀大方的現場觸摸屏,整個車間顯得更整潔、簡練、美觀,更符合車間6S管理的要求。
      7. 以DMIS系統為主線,車間人員分工明確,職責清晰,初步實現車間的無紙化生產:
      1) 機床操作者,通過簡便的方式實現數控程序的遠程調用,并通過現場觸摸屏實現數控程序、刀具清單、三維模型、加工工藝等相關文檔的調閱,以及程序的三維動態模擬仿真,操作者也可利用快速統計功能,準確地預測程序加工時間和刀具更換時間。
      2) 工程師,在自己的計算機上以客戶端的方式,完成數控程序的編輯仿真,流程簽署、程序及關聯文件管理、程序版本管理、程序入庫、程序下發等功能。
      3) 刀具管理員,全面實現各類刀具、刀柄的出入庫管理、 組合刀具的智能拆裝、刀具庫存、刀具成本的自動統計功能。
      4) 系統管理員,實現對系統的流程定義、角色定義、權限劃分、數據庫的備份與恢復等管理工作。
      5) 管理人員,通過DNC系統可查看并自動統計機床、程序員、操作者的程序負荷、程序的流程狀態以及機床的實時狀態。
      8. 實現對高端機床實時的數據采集與分析功能。通過強大的機床數據采集功能和實時的分析能力,可以為公司管理者提供包括實時的全部機床利用率(OEE)等各種分析統計功能,從而為科學安排生產計劃、采取正確措施提供準確、可靠的數據基礎。
      9. 通過DMIS系統與PDM等其他管理系統的集成,將車間制造資源與產品設計資源有機整合在一起,從而實現整個工廠全面的數字化生產奠定良好的基礎。
     
     
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