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      經驗分享

      機床數據采集互聯項目在于搭建一個設備層(數控機床)的車間級分布式控制網絡,並且實時采集機床數據和其它生産類數據,實現數控程序及相關聯的生産要素(零件圖紙、加工工藝、刀夾量具列表等)的有效管理,同時實現機床狀態等的可視化展示等,將爲接下來MES平台的有效搭建奠定下良好的基礎。

       

       

      01

      項目概述

       

      機床數據采集和互聯項目,一般包含四大系統:DNC(Distributed Numeric Control分布式控制網絡)系統、MDC(Manufacturing Data Collection 生産數據采集)系統、NC(Numerical Control數字控制,簡稱數控)程序管理系統、可視化數據展示系統。

       

      【1】DNC(分布式控制網絡)系統

      DNC系統是用于生産設備及工位智能化數據采集和互聯管理的系統。

      機床數據采集和互聯項目所采用的DNC系統賦予了比以往工業傳統DNC(程序傳輸)更深更廣的意義:不僅能夠數據采集和互聯所有的CNC數控加工設備,同時還能對自動化生産線PLC工作中心和其他所有的普通工位及測量工位進行數據采集和互聯管理。

       

      ▍DNC系統所采用的網絡連接方案

      在車間每台數控設備內部都配備一個“串口數據采集和互聯設備”,通過每個數控設備內部的串口聯網設備,將數控設備的程序傳輸數據流、條碼傳輸數據流、以及MDC信號反饋數據流都彙總成一個TCP/IP協議數據傳輸線,然後通過公司車間內部光線機櫃再彙總到公司的企業內網中。

       

       方案優點:無視數控設備相互之間的間隔距離,無論設備分隔有多遠都能夠用最直接的網絡布線方式解決,並且傳輸穩定,適用于車間設備比較離散的企業。DNC服務器也能夠遠離車間現場。

       

      ▍DNC系統所采用的條碼使用方案

      爲每台數控設備配備條碼槍,通過操作人員在機床端用條碼槍掃描條碼的方式來調用程序。

       

      做法是在已有的派工單上,在程序名稱(程序名稱與零件、工序等任務信息是相關聯的)旁增加對應條形碼。

       

      在生産過程中由設備操作人員根據實際情況,用條形碼掃描槍掃描條形碼,掃描到的命令即可通過DNC網絡傳送到服務器,此時服務器會自動將與其相關的程序及生産要素(零件圖紙、加工工藝、刀夾量具列表等)發送給現場設備端,現場操作員此時只需按設備控制系統上的“接收”按鈕即可。

       

      【2】MDC(生産數據采集)系統

      MDC系統是一套通過多種靈活方法采集生産現場的實時狀態數據(包括設備、人員和生産任務等),將其存儲在數據庫中,並以先進的精益制造管理理念爲基礎,結合自帶的專用計算、分析和統計方法,以報表圖表直觀反映當前或過去某段時間車間的詳細制造數據和生産狀況的系統。

       

      MDC系統通過向決策者提供真實的車間數據報表和圖表,來幫助企業生産部門做出科學和有效的決策,幫助企業改善生産制造過程。

       

      MDC系統解決方案的整個系統網絡是基于機床數據采集和互聯項目的DNC和TCP/IP網絡的。系統采用了多種生産數據采集方式:有標准條碼采集、設備PLC自動數據采集、國際標准OPC接口自動采集。

       

      MDC系統通過實時采集到的生産數據,可以監控機床的實時工作狀態(包括裝夾調試、加工、停機、空閑等),並生成圖報表,便于計劃調度人員安排生産計劃。

       

      對生産率、工作時間、設備利用率、生産趨勢及生産計劃執行度等進行分析並生成報表,幫助負責生産和設備管理的決策者回答很多現場制造方面的疑難問題,從而幫助改善和優化生産工藝過程。

       

      【3】NC(數控)程序管理系統

      NC程序管理系統能夠實現對于數控程序編制、上傳、審查、校對、批准、版本升級、覆蓋和重命名、備份、加工現場調用等流程的管理。

       

      另外,系統還可以把數控程序及其說明文檔進行集中管理,更好的保證了兩者的同步性。可以把生産要素(零件圖紙、加工工藝、刀夾量具列表等)集中管理、安全存儲、部門共享、方便查閱。爲車間流程無紙化管理奠定基礎,消除或減少部分紙制文檔管理,提高效率。

       

      【4】可視化數據展示

      在實現機床數據實時采集的基礎上,對車間機床進行三維建模,實時三維展示機床狀態。

       

      通過動態浏覽該界面,用戶還可以輕而易舉地了解整個車間的生産狀況,還能定位到指定的一台設備,查詢有關這台設備的生産細節。車間配置大屏幕和觸摸屏等展示設備,實時展示設備狀態、機床開機率、零件完工率等。

       

      每台數控設備旁配置的觸摸屏工控機,還可以作爲MDC系統數據采集的補充備用手段,設備操作人員還可以利用其查詢現場數據反饋的正確與否,以及用其在現場無紙化查詢浏覽加工作業指導書(程序、圖紙、刀具清單、裝夾圖示)等。

       

      02

      系統集成

       

      MES(制造執行系統)作爲一種業務性很強的管理系統,需要無數來自底層的數據支撐。工單、零件、工序、設備、人員等所有和現場有關的數據首先通過DNC-MDC系統的整合,采集得到真正和現場生産有關的數據,通過多種集成手段對數據進行客戶化的分類彙總,最終反饋到MES中。

       

      在集成過程中,DNC-MDC系統將接收來自MES系統的生産任務。

       

      新的生産任務被識別時,首先在DNC-MDC系統內建立新的生産任務以及對應的零件信息和工序信息,然後以工單(工票)的形式被派發到現場,最後通過設備操作人員掃描工票上的條碼來實現數控程序調用、對任務的跟蹤,並實時把任務的進度反饋回MES(例如:工單實際開始、結束時間等數據)。

       

      03

      實施難點

       

      NC程序錯綜多樣:主體生産模式是以車間加工人員爲生産中心,技術開發部爲輔,幾乎所有的NC程序的管理都是發生在車間現場。這就導致了在機床內部存貯有大量的NC程序。

       

      機床數據采集和互聯項目所采用的管理方案是將現場設備內所有的NC程序通過DNC網絡統一歸檔至NC程序管理系統服務器進行有效管理。爲此提出了三項管理措施:

      1、NC程序命名必須遵守公司統一制定的NC程序命名規則。

       

      2、將NC程序的標准命名,添加到程序內部的備注中,這樣當程序完成加工回傳到DNC服務器進行備份、統一管理時,DNC系統將自動以該備注的標准名進行保存。

       

      3、在完成前兩項措施的基礎上,逐步將現場數控設備內固化的NC程序進行備份、導出。統一由NC程序管理系統進行管理、調配。

       

      機床數據采集和互聯項目的實施完成了以下目標:

      1. DNC系統

      建立覆蓋加工車間的分布式控制網絡,實現NC程序的有效調用、穩定有效傳輸和在線加工等,實現刀補參數文件從對刀儀到機床端的有效傳輸。

       

      2. MDC系統

      實現對數控機床的實時數據和其它生産類數據的有效采集,並將采集的數據以報表或統計圖表的形式供決策者參考分析。同時采集的數據對以後MES平台的生産調度和管理起到有效地指導作用。

       

      3. NC程序管理系統

      實現對NC程序的統一流程管理,並且在系統內實現NC程序與其關聯生産要素文件統一管理。

       

      4. 可視化數據展示

      在實現機床數據采集的基礎上,對車間機床進行三維建模,通過現場的展示大屏幕、數控設備旁的觸摸屏以及相關管理人員的PC終端對設備狀態、設備開機率、零件完工率等進行有效展示。

       

      綜上所述,機床數據采集和互聯項目的建設,是推行數字化制造技術的基礎,對數字化工廠的建設起到舉足輕重的作用。


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