CN107844098A - 一种数字化工厂管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字化工厂管理系统及管理方法，由生产计划管理模块、程序管理模块、工艺文档管理模块、物耗寄售模块、数据采集分析及监控模块、设备管理模块、协同看板模块构成，各模块之间通过网络连接。生产计划管理模块制定生产计划后，由程序管理模块和工艺文档管理模块编程及制订工艺文件，输出程序给机床，对工艺文件进行修订并形成最终的工艺文件，机床按照接收的程序自动准时生产。本发明可协同各生产环节，有效提高数字化工厂各数控设备的利用率，实现准时化生产，明显提高机械制造企业的生产效率。

Description

一种数字化工厂管理系统及管理方法

技术领域

本发明涉及一种数字化工厂管理系统及管理方法，属于智能化生产制造技术领域。

背景技术

近年来随着国际经济环境恶化，中国用工成本持续增加，招工难成为制约企业发展的瓶颈因素之一，同时制造业技术工人流失严重，在新招员工中普遍存在技能单一、水平低下，工作效率低的现象。各个企业都在通过各种渠道来解决人力资源危机，同行业之间的竞争日益加剧。

为解决上述问题，这几年国内数字化车间建设出现了飞速发展，特别是以MES(制造执行系统)为代表的数字化车间平台，将数控车间的所有事务统一管理起来，涵盖了从计划、物料、排产、调度、作业、监控、质量管理等方方面面的内容，但大多都有局限性，不能提供一种实时的管理方式。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种可协同各生产环节，有效提高数字化工厂各数控设备的利用率的数字化工厂管理系统。

本发明的另一个目的在于，提供一种有效提高数字化工厂各数控设备的利用率的数字化工厂管理管理方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种数字化工厂管理系统，由生产计划管理模块、程序管理模块、工艺文档管理模块、物耗寄售模块、数据采集分析及监控模块、设备管理模块、协同看板模块构成，各模块之间的数据通过internet网络协议传输，所述生产计划管理模块同时与程序管理模块、工艺文档管理模块、物耗寄售模块连接，程序管理模块和数据采集分析及监控模块与机床连接，工艺文档管理模块和物耗寄售模块与协同看板模块连接。

进一步，在所述程序管理模块中包括程序仿真验证模块，用于根据编制的生产程序先计算机上进行仿真模拟生产，以验证程序编制是否正确。

进一步，所述工艺文档管理模块用于根据生产计划编制生产工艺文件，并依据程序仿真验证模块的验证结果进行修订。

进一步，所述物耗寄售模块用于将所需的物料明细发送给相关的合作厂商，以供合作厂商在生产之前将所需物料备齐，备齐物料后进行系统维护并在协同看板上显示。

进一步，所述数据采集分析及监控模块，用于实时采集生产数据，并对采集的数据实时进行数据处理、统计分析、效率分析，并将采集的数据及分析结果实时发送给协同看板模块，在协同看板上显示。

进一步，所述设备管理模块用于实时采集设备的相关数据，监控设备的运行情况，对有可能出现故障的设备提前预警，提示设备故障报修，设备管理模块所检测的设备数据、设备运行状态、报警信息实时发送给协同看板模块，在协同看板上显示。

进一步，所述设备管理模块还具有设备自诊断模块，用于对设备的关键部件进行健康评估，对刀具的寿命进行预估、对设备的能耗进行管理及对设备集群进行健康管理。

进一步，所述协同看板模块将接收到的各方面数据以可视化的方式显示在协同看板上，所述协同看板包括管理层、决策层、开发人员、工艺人员、操作者的计算机。

本发明的另一个技术方案是：

一种数字化工厂管理方法，具体包括：制定生产计划的步骤；编制程序的步骤、制订及修订工艺文件并形成最终工艺文件的步骤；备齐物料的步骤；输出程序给机床，由机床按照接收的程序自动准时生产的步骤；实时采集生产数据和设备数据及数据分析的步骤；工艺文件、物料准备情况及各类数据发送至协同看板上，供各层人员进行查看的步骤。

进一步，在所述编制程序的步骤中还包括根据编制的生产程序在计算机上进行模拟仿真验证的步骤。

综上内容，本发明所述的数字化工厂管理系统及管理方法，与现有技术相比较，具有如下优点：

(1)本发明通过颠覆传统制造业的生产作业模式，将原本设备操作各工序之间串行的流程转变为各工序之间并行的流程，实现了对数控加工的全过程管理，包括零件加工之前的NC程序和相关技术文档准备、刀具准备、物料准备、工件装夹、设备故障报修等事务，而且在数控设备加工零件之前即确定各准备环节的效率和节拍，并可快速定位生产准备过程中的异常、计划执行的滞后情况，系统判断加工计划条件满足时，可以自动将加工程序、工艺文档、刀具清单信息发送到工位，实现准时化生产，明显提高机械制造企业的生产效率。

(2)本发明可以降低对人员的技能要求及充分减少计划外停机时间，在零件加工之前将所需资源准备到位，针对不到位的环节通过流程优化等方式予以解决，如改进工装、优化工艺、统一程序管理等，将机床空闲的辅助时间最小化，可以较好地提高精益生产管理水平；并在加工过程中将设备运行状态、设备故障快速反馈给维修人员等相关人员，设备非计划停机通过系统一目了然。

附图说明

图1是本发明系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明提供的一种数字化工厂管理系统和管理方法，是一种基于物联网运用的架构，由生产计划管理模块、程序管理模块、工艺文档管理模块、物耗寄售模块、数据采集分析及监控模块、设备管理模块、协同看板模块构成。生产计划管理模块同时与程序管理模块、工艺文档管理模块、物耗寄售模块连接，程序管理模块和数据采集分析及监控模块与机床连接，工艺文档管理模块和物耗寄售模块与协同看板模块连接。各模块之间的数据通过internet网络协议传输，实现设备与服务器的数据通信，包括数控程序的上传、下载、机床参数备份等功能。

其中，生产计划管理模块，是根据用户订单制定生产计划的模块。生产计划可以根据用户的订单要求自动生成，再由人工进行修订。生产计划管理模块同时与程序管理模块、工艺文档管理模块及物料寄售模块连接，生产计划制订完成后，通过网络将制定的生产计划同时发送给程序管理模块、工艺文档管理模块及物料寄售模块。

程序管理模块，生产计划管理模块在制订出生产计划后，将生产计划发送给加工中心的程序管理模块，由编程人员根据生产计划编制订单上所需产品的生产程序，包括计划开工时间、生产流程、各流程所需时间、参数、生产节拍、所需机床、刀具、电极、装夹工装设备等等。

在程序管理模块中还包括程序仿真验证模块，用于根据编制的生产程序先在计算机上进行仿真模拟生产，程序仿真验证模块具有强大而实用的数控编辑功能，可实现文件的智能比较、刀位轨迹的三维模拟等，用以验证其程序是否错误、生产过程是否合理、用时是否最短、工艺参数制订的是否合理等，还可以判断加工计划条件是否满足、预测加工时间等。如果出现不合理的地方，则反馈编制程序的人员进行修改，再重新验证。通过程序仿真验证模块，可以快速定位生产准备过程中可能出现的异常，做到及时修改完善，该步骤在正式生产之前一定要完成。程序编辑仿真模块的设置可将编程员从枯燥的程序编辑、检查、调试、传输中解脱出来，提高编程人员的工作效率。

工艺文档管理模块，生产计划管理模块在制订出生产计划后，将生产计划同时发送给工艺文档管理模块，工艺文档管理模块根据生产计划编制订单上所需产品的生产工艺文件，该工艺文件根据经验进行编制，包括生产步骤流程，参数、使用的刀具、电极、装夹工装、各步骤所需的时间、生产节拍等。工艺文档管理模块制订的流程、参数等与程序管理模块编制的程序是相同的，编程人员在程序编制的过程中也可以参考工艺人员制订的工艺文件，在程序仿真验证后，工艺人员可以根据验证结果对工艺文件进行修订，形成最终的工艺文件。经过修订的最终工艺文件通过网络发送给协同看板模块。

物料寄售模块，物耗寄售指通过搭建资源寄售超市将原来的资源分散、呆滞库存、管理混乱、供货不及时、未买到服务，转变为大资源换大资源、即需即供、零库存、管理到员工、以旧换新、绿色循环、提供标准化服务的寄售方式。通过物耗寄售平台，生产厂商可在使用时购买供应商的原材料，待产品的价值实现后，还可以再将废料交由供应商置换出新材料，不仅解决库存盘点问题，同时实现了对原材料的生命周期管理以及材料绿色循环利用，现有石墨料、黄铜丝、刀具、钢料等都可通过物耗寄售平台进行资源管理。

生产计划管理模块在制订出生产计划后，在发送给程序管理模块和工艺文档管理模块的同时，也将生产计划发送给物料寄售模块。物料寄售模块用于将所需的物料如刀具、电级、装夹工装等物料明细发送给相关的合作厂商，同时发送的还有计划生产时间等信息，合作厂商在收到物料明细后，按照所需的物料明细在计划生产时间之前将物料备齐，以备随时取走使用。待物料被取走后，厂商在物料寄售模块中进行维护确认。

经过验证后的最终生产程序通过网络再发送给相关的机床，由机床按照设定的程序准时进行加工生产。在加工生产过程中，数据采集分析及监控模块通过PLC实时采集生产数据，并对采集的数据实时进行数据处理、统计分析、效率分析等，同时将采集的数据、分析结果等实时发送给中央数据库及协同看板模块。采集的数据包括：到货时间、计划排定时间、开工时间、完工时间、程序管理的修改和传送情况、设备终端是否按照计划执行生产加工任务、设备终端的ID、生产信息及设备运行状态(运行、空闲、故障、关机、维修等状态)等。对带网卡的机床，更可进一步采集到当前坐标信息、进给速度、主轴转速以及机床操作信息，如编辑状态、自动运行状态、MDI状态、在线加工状态等。

数据采集分析及监控模块实时采集机床工作状态及生产任务信息，为及时、准确制定和调整生产任务，合理安排机床作业提供决策依据，便于优化处理生产任务，最大程度实现信息共享，通过MDC准确、及时、客观、自动的机床生产信息反馈，实现生产过程的透明化管理能准确、透明地定位生产瓶颈，更方便决策层科学管理。

在机床加工过程中，设备管理模块也同时通过PLC实时采集设备的相关数据，实现监控设备的运行情况，如刀具加工的时间、加工部件的材料等等，对有可能出现故障的设备提前预警，设备故障报修。设备管理模块所检测的设备数据、设备运行状态、报警信息等均可通过网络发送给协同看板模块。设备故障报修，通过设备管理模块可快速、及时地发现机床停机等问题及时将设备故障信息发送到维修工手机，设备完好率大大提高。

设备管理模块中还可以包括设备自诊断模块，用以对设备的关键部件进行健康评估、对刀具的寿命进行预估、对设备的能耗进行管理及对设备集群进行健康管理等。其中，对关键部件进行健康评估，包括对于模具机床的主要零部件包括刀具，进给系统、轴承、和主轴的健康状况在加工前进行预检测评估，使得操作者了解机台的初始健康状态。对刀具的寿命进行预估是通过采集刀具的振动信号或其他PLC控制器信号，运用智能算法判断出刀具磨损的当前状态，从而运用一系列预估算法推断出刀具的剩余寿命，并可以发出报警提示，供操作者及时了解并及时更换新的刀具，保证生产顺利进行。能耗管理是将机床的能源消耗透明化，并可根据机台间能耗的比较发现故障隐患。设备集群健康管理是在前面四个功能在单个机台实现的基础上，通过同类机台之间的差异性比较实现设备间的信息互联和经验借鉴，以提供更加可靠的健康评估和诊断结果，实现整个工厂的设备集群管理。

通过协同看板模块可以将接收到的各方面数据以可视化的方式显示在看板上，如管理层、开发人员、工艺人员、操作者等的计算机上，且可以通过动态FLASH形式显示设备实时运行状态、利用率和历史报表，实现车间生产的数字化管理、可视化和远程管理，同时还可以通过短信等方式发送给相关人员，供操作人员、管理层、开发员及相关人员实时了解机床的生产情况，实现远程监控和管理。在加工过程中将设备运行状态、设备故障快速反馈给维修人员等相关人员，设备非计划停机通过系统一目了然，实现机床运行过程实时监控、数据自动反馈，保证生产的顺利进行及所生产产品的质量。

操作者人员可以通过其层次的协同看板了解工艺过程，并在操作面板上进行生产数据维护，如操作人员的姓名、生产时间等。

上述管理系统的总流程为：制定生产计划，编程及制订工艺文件，对程序模拟验证，输出程序给机床，对工艺文件进行修订并形成最终的工艺文件，机床按照接收的程序自动准时生产，数据采集分析及监控模块实时采集机床工作状态及生产任务信息，工艺文件及生产数据信息、设备信息等均发送至协同看板上，供各层人员进行查看。

本发明的数字化工厂管理系统和管理方法是以机床联网DNC(DistributedNumber Control)、机床监控MDC(Manufacturing Data Collection)、MES等系统的串联应用，在零件加工之前将所需资源准备到位，在以上准备工作做好后，系统判断加工计划条件满足时，可以自动将加工程序、工艺文档、物料清单信息发送到工位，明显提高了机械制造企业的生产效率。本系统通过DNC的高级控制功能，远程地将机床所需程序按照计划开工时间，直接推送到设备内存，省去了操作工人工调用数控程序的麻烦；系统能够远程控制CNC机床的最重要的加工载体——NC代码，什么样的加工代码能够推送到机床，加工代码什么时候推送，完全由系统根据计划来确定，避免了现场操作工不按照计划加工零件，或者私自修改NC程序的违规操作。

该系统针对不到位的环节通过流程优化等方式予以解决，如改进工装、优化工艺、统一程序管理等。将机床空闲的辅助时间最小化，可以较好地提高精益生产管理水平；并在加工过程中将设备运行状态、设备故障快速反馈给维修人员等相关人员，设备非计划停机通过系统一目了然。

本发明实现了数控机床的集中控制、网络化及全过程管理，包括零件加工之前的NC程序和相关技术文档准备、刀具准备、物料准备、工件装夹、设备故障报修等事务。通过按照生产计划来发送准备指令，CAM编程员、刀具准备工、装夹工、物流工接收指令后，并行去准备各自资源，最后系统根据以上环节的结果输出开始加工指令，将过去人工协调、干预、判断的工作大部分由软件自动实现。该系统优化了生产组织模式，加工准备由串行方式优化为并行，管理上更加扁平化，效率大幅提高。而且从生产计划下发执行开始，及时将CAM编程室、刀具准备组、物流、装夹或者其它加工准备环节反馈到系统的信息发布，解决了过去信息传递失真、不畅问题，便于计划员及时跟踪任务进度和调整。

该系统将技术部门、管理部门和机床操作者通过每个机床的生产计划联系起来，各个部门均按照同一计划工作，各司其职，职责分明，减少了中间工作衔接而造成的时间浪费。同时，将原本设备操作串行流程转变为各工序并行，设立低水平、单一技能岗位，如物流工(寻件)、装夹工(上件、校表、清理机床)，有效的改善新员工技能不足的问题，降低高技能员工劳动强度以推进其多技能发展。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种数字化工厂管理系统，其特征在于：由生产计划管理模块、程序管理模块、工艺文档管理模块、物耗寄售模块、数据采集分析及监控模块、设备管理模块、协同看板模块构成，各模块之间的数据通过internet网络协议传输，所述生产计划管理模块同时与程序管理模块、工艺文档管理模块、物耗寄售模块连接，程序管理模块和数据采集分析及监控模块与机床连接，工艺文档管理模块和物耗寄售模块与协同看板模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种数字化工厂管理系统，其特征在于：在所述程序管理模块中包括程序仿真验证模块，用于根据编制的生产程序先在计算机上进行仿真模拟生产，以验证程序编制是否正确。

3.根据权利要求2所述的一种数字化工厂管理系统，其特征在于：所述工艺文档管理模块用于根据生产计划编制生产工艺文件，并依据程序仿真验证模块的验证结果进行修订。

4.根据权利要求1所述的一种数字化工厂管理系统，其特征在于：所述物耗寄售模块用于将所需的物料明细发送给相关的合作厂商，以供合作厂商在生产之前将所需物料备齐，备齐物料后进行系统维护并在协同看板上显示。

5.根据权利要求1所述的一种数字化工厂管理系统，其特征在于：所述数据采集分析及监控模块，用于实时采集生产数据，并对采集的数据实时进行数据处理、统计分析、效率分析，并将采集的数据及分析结果实时发送给协同看板模块，在协同看板上显示。

6.根据权利要求1所述的一种数字化工厂管理系统，其特征在于：所述设备管理模块用于实时采集设备的相关数据，监控设备的运行情况，对有可能出现故障的设备提前预警，提示设备故障报修，设备管理模块所检测的设备数据、设备运行状态、报警信息实时发送给协同看板模块，在协同看板上显示。

7.根据权利要求6所述的一种数字化工厂管理系统，其特征在于：所述设备管理模块还具有设备自诊断模块，用于对设备的关键部件进行健康评估，对刀具的寿命进行预估、对设备的能耗进行管理及对设备集群进行健康管理。

8.根据权利要求1所述的一种数字化工厂管理系统，其特征在于：所述协同看板模块将接收到的各方面数据以可视化的方式显示在协同看板上，所述协同看板包括管理层、决策层、开发人员、工艺人员、操作者的计算机。

9.一种数字化工厂管理方法，其特征在于，具体包括：

制定生产计划的步骤；编制程序的步骤、制订及修订工艺文件并形成最终工艺文件的步骤；备齐物料的步骤；输出程序给机床，由机床按照接收的程序自动准时生产的步骤；实时采集生产数据和设备数据及数据分析的步骤；工艺文件、物料准备情况及各类数据发送至协同看板上，供各层人员进行查看的步骤。

10.根据权利要求9所述的一种数字化工厂管理方法，其特征在于：在所述编制程序的步骤中还包括根据编制的生产程序在计算机上进行模拟仿真验证的步骤。