设备制造车间数字化系统应用实例研究

陆辉仲，董金华，付龙

共享装备股份有限公司，宁夏银川，750021

0 引言

传统制造行业作为国家实体行业的核心支柱产业，其中设备制造更是重中之重。但在进入新时代以后，随着发展的需求和更高的环境要求，数字化、信息化、智能化的改造已经成为不可避免的趋势[1]。自传统行业快速、高质量发展以来，对制造行业有了更高、更具体的要求。《工业物联网发展行动计划（2018-2020）》等相关政策发布，制造行业更加趋于工业数字化、智能化，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（以下简称：“十四五”规划）中，提出了智能制造示范工厂的建立。因此，信息化改造成为传统制造行业无法避开的升级之路。

1 数字化的内涵

数字化是指使用0和1两位数字编码来表达和传输一切信息的一种综合性技术，即将电话、电报、数据、图像、文字等各种信息都变成数字信号，在同一种综合业务中进行传输，通过接收器使其可以无限复原，而质量不会受到任何损害。从第三次科学技术革命以来，伴随着信息技术的快速发展，将数字化技术应用至企业管理中的方式也逐渐成熟，而数字化企业就是指将数字技术应用于企业并改变企业生产经营行为的过程。

随着数字技术的大量应用，在设备制造行业中，基于工厂车间底层的改造，目前主流的数字化系统包括：ERP（企业资源管理系统）、MES（生产制造执行系统）、PDM（图文档管理系统）等各类系统的集成与组合。通过各类系统数据的交互，对制造车间改造并加以数据收集，方便管理人员在PC端快速处理工作、分析数据等，提高工作效率，形成无纸化办公模式[2]。

2 设备制造车间系统架构

自首台设备开始生产制造后，由于不断地对生产设备进行优化迭代、技术提升、研发新机型，对生产制造水平要求越来越高，尤其对设备后期出厂后相关技术文件的查询、更多的制造过程、问题反馈以及后期优化方面提出更高的要求。其中，数字化工厂的建设更需要提上日程，为制造更高水平、高标准的3D打印设备提供良好的基础，而数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。对于设备制造工厂，需要做到从设计、生产、出厂、售后全流程的数字化管理，包含了EPDM设计系统、MES生产制造系统、ERP管理系统等主要系统[3]。如图1所示。

图1 设备制造工厂系统架构图

在系统架构图设计时，考虑从设备层、单元层、车间层、企业层、协同层五个方面设计系统整体架构，意在全面深入推进应用MES、EPDM、SAP等数字化系统，重点解决关键业务系统间数据集成不畅问题，实施关键生产，实施质量参数的数据线上采集、监测和异常报警，提高关键生产环节的质量水平。最终提升整体产品质量、生产效率和顾客满意度，降低生产成本，打造数字化装配示范车间。

3 主要系统架构设计

3.1 工艺设计系统

工艺设计系统需明确文件整理内容、各方职责、确定文件标准格式、限期整改，其涉及多个设备项目，每项多个关键项目文件，从机电软三个方面，涉及上千个图纸、作业要求、BOM信息、零件图纸、装配模型的审核与归档。同时应明确系统审批流程，划分产品设计与工艺设计部分，由项目负责人对产品设计的项目规划、设计文件、前期调研负责，文件审批由领导系统同意后，转交工艺人员进行工艺文件设计、作业指导书设计，审核无问题后下发，现场使用。如图2所示。

图2 工艺设计系统架构

3.2 生产执行系统

生产执行系统中工艺数据来自工艺设计系统，生产订单信息来自ERP系统，主要针对现场生产过程中生产流程监控、过程质量记录、订单评估、物料管理等，通过生产执行系统建立起生产、质量、仓储管理系统，解决新订单评估、质量追溯等问题。通过与各系统集成，简化员工操作，提高工作效率[4]。如图3所示。

图3 生产执行系统架构

在生产执行系统建立中，需要结合系统开发人员，对工厂的基础架构、生产模式进行调研确定，重点以10个功能为主，包括：基础建模、计划管理、仓储管理、生产管理、质量管理、品质管理、追溯管理、系统集成、设备集成、报表管理。如图4所示。

图4 生产执行系统功能

3.3 数据交互管理

对于工厂数据管理，需要在系统间进行集成并设置操作权限。由企业资源系统推送物料信息至工艺设计系统，同时将BOM、工艺路线、生产订单等信息推送至生产执行系统；工艺设计系统推送作业指导书、三维模型等信息至生产执行系统；按照生产订单信息，生产执行系统令仓储设备配送物料至对应班组，完成出料、物资出库等任务。

现场操作人员在生产系统中看到对应的生产订单及作业规程后，按照指导书内容，进行操作作业。对于完工无误的订单，由生产执行系统反馈领料、入库等信息至企业资源系统，供财务核算。如图5所示。

图5 数据交互示意图

4 数字化系统应用的影响

设备生产制造过程中，所有关键节点全部实现数字化记录，集成多系统数据互通，设计、虚拟制造过程转换成现场制造文件，此过程减少设计人员工作量10%以上，对应文件查询100%准确。在生产制造过程中，减少100%纸质档案记录，现场操作使用电脑报工操作，减少现场人员报工工作量50%以上。

数字化工厂建成后，为设备设计、制造、维护提供了全面的电子数据平台，整合了设备制造在全流程制造过程中的文件、图纸，对后期新设备的研发、老机型设备的维护都起到了至关重要的作用，对文件追踪、管理实现100%的数字化管控。通过实施数字化车间改造，形成制造车间数字化建设方案一套，为实施相关产业数字化建设形成对标方案，在设备制造整体流程上，缩短时间，降低制造难度，改善现场人员操作方式[5-7]。

5 结语

数字化系统的应用作为目前制造业转型升级的主要方式，正在日趋成熟，此次实例研究作为设备制造车间的一种可行性方案，仍需时间验证。通过此次应用实践，为制造设备的产业化应用、转型升级提供借鉴。