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基于机械智能制造的DNC 与MES 集成系统设计

2022-07-21

设备管理与维修 2022年12期
关键词:智能生产设备

王 达

(宁波市易锻精密机械有限公司,浙江宁波 315700)

0 引言

近年来,在持续深化改革开放的政策引领下,我国工业产业基础持续夯实,尤其是机械制造领域获得快速发展。同时,在信息技术的影响和推动下,机械制造产业的信息化能力大幅提升了,制造业逐步由机械的“制造”向机械的“智造”转型,并由国家率先提出“中国制造2025”的战略目标。事实上,这些规划和目标的提出,均需要依赖于技术发展背景,将智能化技术深度应用于制造产业,形成更有效的核心竞争优势。而DNC(Distributed Numerical Control,分布式数控)与MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)的集成设计与应用,势必为智能制造提供一定的便利,使机械制造实现智能化管理,重塑新时代的机械制造价值。

1 DNC 与MES 集成技术概述

1.1 DNC

DNC 属于机械制造中的重要系统之一,其旨在提供生产车间不同类型设备之间的信息交互及控制方案,同时对传统数控系统实施统一规范管理,以改变以往系统控制及信息传输不畅的问题。DNC 主要借助串行通信、MAP 通信、现场总线等技术,实现计算机与数控设备的通信。目前,随着工业技术的快速发展和变革,网络化、集成化成为关键领域,因此DNC 系统的应用也将更加多元。一般来说,DNC 系统主要由上传和下载模块、存储和管理模块、控制与调度模块构成(图1)。

图1 DNC 系统基本结构

1.2 MES

MES 是车间生产敏捷化变革的技术成果,适用于诸多的生产场景,如电子、医药、化工、通信及机械等,应用MES,能够大幅提升生产管理效益。根据MES 系统的管理特点,其侧重于对生产原料管理及生产任务调度,但对于过程中的设备状态则难以反映。另外,MES 系统强调计划的执行,可以加强计划管理层与底层控制之间的联络,填补了两者之间的信息鸿沟[1]。伴随MES 技术的发展和演变,其在机械制造领域中的应用,逐步构成了以ERPMES-SFC 为核心的多层系统,给予企业综合自动化的解决方案(图2)。

图2 MES 多层系统功能模式

2 基于机械智能制造的DNC 与MES 集成系统设计

2.1 DNC 与MES 集成系统设计模型

依据现阶段机械制造产业的现状,在DNC 与MES 集成系统设计时,主要以以太网技术和TCP/IP 协议为核心,完成系统与设备之间的信息通信,系统与机械制造数控设备之间构成相互连接的局域网络。

其中,系统所选择的协议转换器,通常以TCP/IP 协议和RS-232 串口协议为主,用来满足不同设备及协议的转换,使各类数控设备能够接入车间网络,并保持良好的联通性。目前,RS-232、RS-485 等一系列工业通信协议逐步完成了TCP/IP 协议的模块化设计,使系统的维护及管理更为便利和高效[2]。在该系统的设计中,主要依托SOA 框架及Web Services 技术来实现,如借助Web Services 技术对DNC 与MES 集成系统的功能模块,通过服务的形式实施开发封装,并传送至服务器网络,实现系统与客户端之间的联通服务,系统集成方案模型如图3所示。

图3 系统集成方案模型

2.2 系统功能模块设计

为适应和满足机械智能制造的要求,在DNC 与MES 集成系统的功能设计中,应注重综合分析与规划,依据DNC 与MES集成系统的特点,将其划分为DNC 和MES 两个部分,通过不同的模块分工完成系统功能:如DNC 功能旨在实施系统与设备之间的信息采集、数据传输及数控程序管理等;MES 功能则以生产任务下达、调度、状况监控、资源管理、质量控制及历史信息查询等为主。系统功能模型的设计结构如图4 所示。

图4 集成系统功能模块设计

2.3 系统业务数据设计

系统业务数据属于系统的关键部分,通过业务层的控制管理,以达到机械制造智能化的目的。系统中的业务计划主要由ERP 软件控制,再借助与系统之间的数据交互,实现来料信息、排产计划、工艺信息、质量检查信息的传递。根据机制智能制造的要求,本集成系统主要由MES、DNC 和设备形成整体结构。

业务系统数据所涉及的各类信息,均有具体的指向性和实践性。具体而言,可以针对不同的信息功能加以阐述:

(1)来料信息。以客户的订单信息为主,涉及材料、数量、质量、交付日期等。

(2)工艺信息。即在产品设计、加工及检验中,应当采取的工艺和标准等信息。

(3)排产计划。指企业针对未来一段时间的生产计划安排,其覆盖了客户订单生产信息、车间人员安排信息、设备状态及维护信息、原料库存信息等,并根据信息的综合处理实施生产调度。

(4)质量信息。在产品生产完成后,需要依据相应的检验项目及标准,对产品实施质量检验,并计算产品的合格率,以作为工艺数据实施分析和参考。

(5)设备过程生产规则。针对过程控制的具体说明,如数控车床、检测设备、机械人等环节的控制程序及过程的描述。

(6)操作命令。包括生产设备的启动、停止、通信、参数设置等内容,保证现场生产设备的有效控制,满足车间系统控制的要求。

(7)操作响应。操作响应主要是针对生产设备控制的反馈,利用相关信息数据的收集,对设备的运行状态实施判断和监控,以适应不同阶段的控制操作。

(8)设备过程数据。主要是指各类设备在运行过程中所产生的信息,如状态数据、零件的加工状态数据、质量检查数据、生产进度等,利用信息的方式形成数据,再反馈至相应的控制层及用户,使管理者及调度层实时掌握车间状况。

2.4 系统业务信息流设计

在DNC 与MES 集成系统设计中,业务计划层主要以ERP系统为主,其主要功能是为DNC 与MES 集成系统提供相关的信息数据,包括产品订单信息、仓库管理信息、产品信息等基础数据,并且能够接收DNC 与MES 集成系统的产品质量反馈信息[3]。而过程控制层则以生产设备及智能终端为主,其可以借助DNC 与MES 集成系统,对信息资源和生产状态实施查询,并且实现数据传输及信息交互功能。系统业务信息流结构如图5 所示。

图5 系统业务信息流结构

3 结语

随着我国工业制造领域的发展,机械智能制造的目标已经日益临近,为机械制造提供了有益的支撑。尤其是利用DNC 与MES 集成系统的开发设计,能够大幅推动机械制造产业升级,降低生产成本及提升生产效率,提高企业的综合竞争力。与此同时,在DNC 与MES 集成系统设计过程中,需要注重对生产管理的功能完善,建立科学有效的控制架构,增强各类信息技术的融合应用,达到最佳的综合控制效果,实现系统的调度集成和高效运用。

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