飞机结构件数控加工车间生产管控平台设计及实现

周丽娟 乔兴华

摘要：针对飞机结构件生产现场信息滞后、车间监控可视性低、动态响应不及时等问题，在深入研究生产现场信息控制和管理的基础上，构建了一个适用于军工车间的动态反映车间生产进度、零件加工信息的生产管控平台。该系统已成功应用于沈飞公司数控加工厂，取得了良好的应用效果。

关键词：飞机结构件;数控加工;生产管控

引言

飞机结构件数控加工车间属于典型的离散型制造企业，车间内多品种小批量的生产过程涉及的加工设备数量多、工艺路线复杂、受资源有限性影响较大;作为航空武器装备研制单位，具有严格的安全保密要求，这对车间生产数据的集成及流转造成极大的阻碍。车间通常采用数据报表的方式来跟踪生产任务的执行情况，管控过程可视化程度低，无法为企业管理层直观地提供车间现场的实时生产执行信息，使得管理层很难宏观把握产品生产进度的状况，对生产优化配置和生产优化調度造成了很大困难。因此，飞机结构件数控加工车间迫切需要一种能动态显示大量底层工作信息、直观了解生产任务执行情况、准确掌握产品生产动态的可视化生产管控平台，使企业管理层能动态掌握车间生产信息，合理分配制造资源，及时调整生产计划，达到提高企业生产效率和制造水平的目的。

1系统集成

平台先期可与ERP系统及MES系统集成，可从ERP系统中读取公司考核计划数据、生产任务交付情况，从MES系统中可读取人员信息、部门信息、产品目录、生产进度等信息。

平台可陆续集成DNC系统、APS系统、质量管理系统等。集成DNC系统，DNC系统可提供机床实时状态，统计分析后可对设备故障进行预判，可提供零件加工时长，统计分析后可得出零件的期量标准;还可集成APS系统，根据生产管控平台暴露的生产问题，及时调整APS系统的作业计划;还可集成质量管理系统，与预期的质量目标对比分析，从而快速的进行质量调整和车间生产改进。

2飞机结构件数控加工车间生产管控平台架构

飞机结构件数控加工车间作为军工企业受到国家安全保密的约束，致使物理信息采集与考核指标、生产进度采集通常是物理隔离的，这给车间生产管控带来很大阻碍，针对这种特殊性，本文提出了一种针对飞机结构件数控加工车间生产管控平台的基本架构，如图1 所示。

飞机结构件数控加工车间管控平台架构分为物理层、数据层、服务层及应用层四层。由于工控网与涉密网的物理隔离，两套系统分立运行。工控网的物理层利用物联网技术以传感器、RFID、嵌入式等技术为基础从多数据源获取数据，经工控网、射频等方式传输后，存储至面向车间底层设备的工控网数据库，用以对现场设备运行状态、运行参数、物料流动、设备能耗等实时采集数据进行存储;涉密网的物理层采用工控机、条码枪等设备对以条码为媒介的制造记录进行采集，经涉密网传输后，存储至涉密网数据库，用以对生产进度实时反馈数据进行存储。

3飞机结构件数控加工车间生产管控平台的功能结构

生产管控平台包括工控网子系统和涉密网子系统，系统功能结构如图2。

3.1  工控网子系统

设备信息采集：实时采集机床主轴倍率、主轴转速、主轴负荷等信息，可以用作质量问题的加工过程回溯;设备状态监控：采用3D MAX技术构建厂房及设备三维可视化模型，实时显示设备运行状态。

设备运行状态统计分析：通过设备运行状态的统计分析结果，车间可了解设备的具体状况，合理安排设备的运行和检修，使设备管理工作更加细致、有效，为生产管理人员指挥生产、编制设备规划和工作计划提供依据。

能耗统计：实时采集生产现场水、电等能源的消耗情况。

视频监控：在车间通道安装摄像头，实时监控车间内部人、机、料等因素流转情况，在重点设备内部安装摄像头，实时监控重点设备加工零件信息及进度，对车间生产任务执行产生的大量实时工况信息进行全面、准确的采集和处理。

3.2  涉密网子系统

涉密网子系统从“质量”、“效率”、“成本”、“质量”四个方向对生产信息进行可视化展示。这些模块自行设计、独立封装、分别开发，每个模块下又可划分为多个子模块，所有模块组成了完整的系统，共同完成车间生产管控功能的实现。

质量模块：对生产车间的超差单、废品损失、质量问题等质量指标的数据进行统计，并以直方图、饼形图等统计图的形式直观显示出来，将统计结果以报表形式反馈给管理人员，从而及时掌握车间生产的质量情况，为质量改进提供了有利的数据支持。其中包括质量指标、实物质量问题、质量改进活动、质量状况评价等功能。

效率模块：立足生产，从站位、批次、商产、总产、关键件等多角度，从厂级、单元级、工段级多层次出发，对公司考核计划进行分解和统计、展示生产进度及预警、生产异常反馈等多方面功能，从全局角度梳理生产全过程，及时暴露生产问题，以便生产管理者及时获取生产信息，合理制定调整计划，实现生产的透明化管理。

成本模块：从能耗、材料库存成本、在制品材料库存、刀具成本等方面，统计分析车间级及单元级生产成本占用情况，以柱状图、折线图等形式展示各部门成本占用的对比情况，从面使车间生产管理人员及时掌握车间成本占用趋势，为车间降低成本占用提供客观的数据支持。

管理模块：通过可视化手段展示车间管理方针、特色管理等信息，进一步明确管理流程明晰权责，可以说是提升规章制度执行力的有效途径。

4系统应用

通过飞机结构件数控加工车间可视化管控平台的开发与应用，形成了面向车间生产管理层的可视化管控平台，实现了信息化与工业化的深度融合，全面提升了飞机结构件数控加工车间生产制造过程中的信息共享与透明程度，有效提升了信息化条件下的生产管控能力。沈飞公司数控加工厂是典型的离散型装备制造车间，该平台在沈飞数控加工厂已成功应用3 年，通过平台的运行能够进行多维度的可视化生产信息展示，及时暴露生产异常问题，加快生产异常处理速度，提升车间总体管控水平。

6结论

本文针对飞机结构件加工车间面临的计划协同性差、生产现场信息滞后等问题，设计了面向军工企业的工控网和涉密网隔离的生产管控平台架构。通过构建生产管控平台，将生产计划数据、生产过程数据进行可视化展示并进行统计分析，直观展示生产进度，及时暴露生产异常问题，加快生产异常处理速度，为生产决策者提供客观准确的数据基础，实现对产品、设备等信息全程管控，进一步打破职能管理部门之间的“信息壁垒”，实现信息共享。

参考文献：

[1]   孟飙，刘志存，范玉青.基于精益思想的模块化生产信息系统.北京航空航天大学学报，2007年8月

[2]   王枥珠.基于物流信息平台的数据挖掘系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2017.