CN113657730A - 一种数字化制造一体化执行平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数字化系统领域，特别是一种数字化制造一体化执行平台。基于BOM(物料清单),搭建了从计划管理、合同管理、资源平衡、采购管理、生产计划下发、设备状态管理、高级排产、生产准备、计划执行、质量检验、工时管理、异常处理、看板管理、告警管理、出入库管理等全方位在内的数字化制造一体化执行平台。本发明聚焦航空工业行业要求，在平台化、工具化的基础上搭建了多业务、多系统、多组件的数字化生产管理应用，能够适应行业内车间先进数字化制造需求，提高生产效率和生产管控能力。解决了从计划、采购、执行到入库的全数字化生产管理，提高了航空行业内复合材料结构功能部件数字化制造的一体化水平，提高生产管控水平和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及数字化系统领域，特别是一种数字化制造一体化执行平台。
背景技术
目前，随着第四次工业革命的到来，工业制造方面再次掀起了智能制造和数字化工厂的大讨论，但是针对新时代航空工业产品定制化与多品种小批量的生产需求、市场多变和竞争趋势的增加以及混线生产的现状，先进数字化制造显得尤为重要。
数字化系统领域内包含了很多信息系统，第一类涉及综合管理，包含生产计划管理系统、物资管理系统、质量管理系统等ERP(企业资源计划)的子系统，但是其无法与制造更好的衔接，无法直接与硬件对接，没有与设备或者对设备进行数据采集的能力。第二类涉及产品制造领域，目前软件提供商所能提供的制造执行系统无法实现设备数据的采集与管理，无法在高级排产之前自动预知设备状态，而很有可能出现设备损坏分派了任务，其本身具有先天性的缺陷，另外，如果BOM不能正常流转，应用起来将尤为困难。另外，所处制造环境无法达到软件、物联网、移动应用和计算的先进结合，仅能通过一种管理软件或者电子表格等形式管理多品种小批量的多变生产需求，无法形成数据驱动的生产模式，过程管理不透明，质量追溯尤为困难，更无法提高生产效率。
先进数字化制造由于能在航空行业多品种小批量尤其是复合材料结构功能件制造行业能有效提高生产效率，是第四次工业革命及智能制造技术发展的基础。
本发明提供一种数字化制造一体化执行平台，为了解决上述简介中的弊端和问题，解决设备的数据采集和分析能力，解决生产制造领域各系统之间的数据互联互通。
一种数字化制造一体化执行平台，基于BOM(物料清单)，解决了从计划、采购、执行到入库的全数字化生产管理，提高了航空行业内复合材料结构功能部件数字化制造的一体化水平，提高生产管控水平和生产效率。
发明内容
为了克服现有数字化管理系统存在的弊端，本发明提供了一种数字化制造一体化执行平台，基于BOM，搭建了从计划管理、合同管理、资源平衡、采购管理、生产计划下发、设备状态管理、高级排产、生产准备、计划执行、质量检验、工时管理、异常处理、看板管理、告警管理、出入库管理等全方位在内的数字化制造一体化执行平台。本发明聚焦航空工业行业要求，在平台化、工具化的基础上搭建了多业务、多系统、多组件的数字化生产管理应用，能够适应行业内车间先进数字化制造需求，提高生产效率和生产管控能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种数字化制造一体化执行平台，结合生产计划管理、物资管理、PDM工艺管理、数字化制造管理、质量管理、条码管理、MDC数据采集管理、NC程序管理，是通过数据交换平台的标准集成接口，完全基于BOM的数据驱动，人、设备和资源协同运作。
首先，实现主数据统一管理，在数据交换平台内构建一个统一的主数据管理平台治理物资类、人员组织类、项目类、客商类主数据，底层采用一个数据库管理系统，实现人员组织类数据、物资类数据、客商类数据、项目类数据、财务类数据等数据的标准化、统一化存储和管理。
1)统一主数据管理，构建一个统一的主数据管理平台治理相关数据，包含开发平台、集成平台、主数据管理、系统配置等，底层采用一个数据库管理系统，将人员组织类数据、物资类数据、客商类数据、项目类数据、财务类数据等数据的标准化、统一化存储和管理。
2)在人力资源系统中定义人员数据密级，主数据管理平台从人力资源系统获取人员组织类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中。
3)在编码管理系统中定义物料的数据和密级，主数据管理平台从编码管理系统中获取物资类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中。
4)主数据管理平台中构建客商类数据和密级，作为集中模式并存储在数据库实例中。
5)在项目管理系统中定义项目类数据和密级，主数据管理平台从项目管理系统中获取项目类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中。
6)采取SOA集成架构，通过ESB集成技术，将数据提供系统和数据需求系统的集成接口统一部署在ESB上。将编码管理系统、人力资源系统、项目管理系统、PDM系统抽取主数据，利用ESB上的接口规范全部采用web service方式将主数据中的人员数据、项目数据、产品EBOM数据、产品MBOM数据、物资类数据、财务数据、客商类数据传递至数字化制造系统实现数字化制造数据的标准化、统一化储存，实现制造数据的看板管理。
其次，优选的，通过ESB集成技术，将数据提供系统和数据需求系统的集成接口统一部署在ESB上。将生产计划管理、物资管理、PDM工艺管理、数字化制造管理、质量管理、条码管理、MDC数据采集管理、NC程序管理等业务系统数据调用接口和规范部署在一个平台内，实现统一管理。
第三，优选的，所有部署在ESB上的接口规范全部采用Web Service方式，数据格式为XML方式，各相关系统均能无缝识别数据格式。
第四，优选的，通过MDC数据采集管理系统，对数控设备直接采用RJ45接口实现数据采集，对非数控设备增加PLC控制模块进行数据采集。
第五，优选的，通过工程物料清单转化为制造物料清单，在EBOM审签发布以后，总工艺按照下游生产需求，增加零件工艺属性、工艺合件、原材料、材料定额、设置制造虚拟件等进行MBOM重构，以满足下游生产管理要求。在MBOM中编制材料定额，形成采购需求；编制工艺任务分工，形成转工计划；编制工时定额。
通过合同管理获取交付物和交付节点，形成主计划；使用MRP运算生成物料需求计划，根据零组件需求计划和库存数量生成最终实际需求计划，
第六，优选的，依据此需求计划生成采购计划进而实现采购入库；依据主生产计划分解生成生产计划；基于生产计划和MBOM，生成领料需求；基于分解的生产计划和设备状态，按照工装类别、材料体系、工艺参数、关键瓶颈设备当量以及排产规则进行机加、装配、复材制造等模式的高级混合排产；基于排产结果生成车间制造计划(同时生成带条码的工艺流水卡片)，并传递至相关车间进行派工。
第七，优选的，看板管理，利用生产进度、计划执行情况、异常管理及告警管理等形成生产车间现场看板，不同的看板展示的内容不同，并且通过权限控制实现不同生产参与者对自己相关信息的快捷预览，看板主要有装配进度看板、缺料看板、异常看板、完工交付看板等。在关键工序配置看板，实现授权人员在管理终端按型号、产品编号、班组、人员、设备等条件进行筛选查询：生产准备情况、工序进展状态、生产异常预警信息、计划延迟信息、在制品历史工序信息、设备负荷信息、现场检验信息，待异常处理完毕后报警自动消失，实现数字化制造一体化平台，生产过程透明化，提高产品数字化制造的有效管控能力。
技术效果
本发明的效益是：构建了一个数字化制造一体化执行平台，结合企业内部混线(研制、批产)生产的现状，在该平台中完全基于BOM，将计划、工艺、物料等准确下达相关系统，实现人员、资源和设备的有序调用和协作，提高了产品数字化制造的有效管控能力和生产效率。
附图说明
图1数字化制造一体化执行平台示意图
图2数字化制造管理结构图
具体实施方式
一种先进的数字化制造一体化执行平台(如图1所示)的实施最关键的是所有数据统一格式、统一集成和统一管理，因此，在数据交换平台的支撑下，进行本平台的实施。
首先，建设数据交换平台，统一主数据管理，构建一个统一的主数据管理平台治理相关数据，包含开发平台、集成平台、主数据管理、系统配置等，底层采用一个数据库管理系统，将人员组织类数据、物资类数据、客商类数据、项目类数据、财务类数据等数据的标准化、统一化存储和管理，提高治理能力。采取SOA集成架构，通过ESB集成技术，将数据提供系统和数据需求系统的集成接口统一部署在ESB上。将编码管理系统、人力资源系统、项目管理系统、协同门户系统、OA系统、档案管理系统、财务管理系统、质量管理系统、安全管理系统、产品数据管理系统、工艺管理系统、数字化制造系统、物资管理系统、试验数据管理系统等业务系统所需业务需求数据在一个平台中统一管理，统一接口规范和部署方式。
其次，借助第三方的ERP系统，开展生产计划管理系统、数字化制造系统和物资管理系统、质量管理系统、DNC、MDC系统的建设，打通生产指挥单元与制造单元生产计划调度、制造单元生产执行之间的信息流，形成面向数字化制造的生产管理体系，实现生产资源、物流、计划的全过程可视、可监控、可协调；完善物流网络基础建设，建立基于信息技术的现代物流管理体系，包括数字化生产计划管理、物资与库存管理、物流配送、生产准备、零件生产与装配过程控制等。
数字化制造系统(如图2所示)，包括作业计划、生产现场、工装工具、设备运行、质量作业和现场文档管理等业务。根据生产制造过程，引入MRP理论，利用信息化手段，实现由生产需求到生产完工的加工、装配、调试等全过程管理，具体包括基础数据管理、现场作业管理、生产准备管理、生产能力平衡、设备工装工具管理、车间检验管理、完工入库管理、生产装备管理、装备齐套管理、不合格品管理、外协管理、产品库管理、车间统计报表、系统集成等。通过DNC、MDC系统的集成，使得生产计划更合理、生产过程更可控。
生产计划管理系统、物资管理系统、质量管理系统、DNC、MDC系统作为一体化制造平台的有力支撑。其中，生产计划管理包括订单管理、主生产计划、物料需求计划和工程协调管理等业务。通过实施生产计划管理系统，实现全年、季度、月份主生产计划、采购需求、资源平衡等的管理。通过物资管理系统实现物资采购需求管理、采购计划管理、采购到货管理、库存管理和配送管理等，为生产计划按时执行提供保障。通过DNC、MDC系统，实现机床、热压罐、烘箱等设备的组网连接，实现NC程序的检入、检出等管理，可实时、客观、自动地采集到数控、烘箱、热压罐、电测等设备的状态。
一种数字化制造一体化执行平台，基于BOM，搭建了从计划管理、资源平衡、采购管理、生产计划下发、设备状态管理、高级排产、生产准备、计划执行、质量检验、工时管理、异常处理、看板管理、告警管理、出入库管理等全方位在内的数字化制造一体化执行平台。通过该平台，提高了产品数字化制造的有效管控能力和生产效率。
结合生产计划管理、物资管理、PDM(产品数据管理)工艺管理、数字化制造管理、质量管理、条码管理、MDC数据采集管理、NC程序管理等应用软件，其特征是通过数据交换平台的标准集成接口，完全基于BOM的数据驱动，人、设备和资源协同运作。
首先，实现主数据统一管理，在数据交换平台内构建一个统一的主数据管理平台治理物资类、人员组织类、项目类、客商类主数据，底层采用一个数据库管理系统，实现人员组织类数据、物资类数据、客商类数据、项目类数据、财务类数据等数据的标准化、统一化存储和管理。
1)统一主数据管理，构建一个统一的主数据管理平台治理相关数据，包含开发平台、集成平台、主数据管理、系统配置等，底层采用一个数据库管理系统，将人员组织类数据、物资类数据、客商类数据、项目类数据、财务类数据等数据的标准化、统一化存储和管理，提高治理能力。
2)在人力资源系统中定义人员数据密级，主数据管理平台从人力资源系统获取人员组织类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中。
3)在编码管理系统中定义物料的数据和密级，主数据管理平台从编码管理系统中获取物资类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中。
4)主数据管理平台中构建客商类数据和密级，作为集中模式并存储在数据库实例中。
5)在项目管理系统中定义项目类数据和密级，主数据管理平台从项目管理系统中获取项目类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中。
6)采取SOA(面向服务的系统架构)集成架构，通过ESB集成技术，将数据提供系统和数据需求系统的集成接口统一部署在ESB上。将编码管理系统、人力资源系统、项目管理系统、PDM系统抽取主数据，利用ESB上的接口规范全部采用web service方式将主数据中的人员数据、项目数据、产品EBOM数据、产品MBOM数据、物资类数据、财务数据、客商类数据传递至数字化制造系统实现数字化制造数据的标准化、统一化储存，实现制造数据的看板管理。
其次，优选的，通过ESB(企业数据总线)集成技术，将数据提供系统和数据需求系统的集成接口统一部署在ESB上。将生产计划管理、物资管理、PDM工艺管理、数字化制造管理、质量管理、条码管理、MDC数据采集管理、NC程序管理等业务系统数据调用接口和规范部署在一个平台内，实现统一管理。
第三，优选的，所有部署在ESB上的接口规范全部采用Web Service方式，数据格式为XML方式，各相关系统均能无缝识别数据格式。
第四，优选的，通过MDC数据采集管理系统，对数控设备直接采用RJ45接口实现数据采集，对非数控设备增加PLC控制模块进行数据采集，实现对指定设备可实时、客观、自动地采集到数控、烘箱、热压罐、电测等设备的状态等，实现制造执行系统中设备数据的分析，便于数字化制造在排产之前自动获取有效设备执行排产运算，支撑制造决策。
第五，优选的，通过工程物料清单(EBOM)转化为制造物料清单(MBOM)，在EBOM审签发布以后，总工艺按照下游生产需求，增加零件工艺属性(自制/外协/采购)、工艺合件、原材料、材料定额、设置制造虚拟件等进行MBOM重构，以满足下游生产管理要求。在MBOM中编制材料定额，形成采购需求；编制工艺任务分工，形成转工计划；编制工时定额。通过合同管理获取交付物和交付节点，形成主计划；使用MRP运算(资源平衡)生成物料需求计划，根据零组件(含自制材料)需求计划和库存数量生成最终实际需求计划，依据此需求计划生成采购计划进而实现采购入库；依据主生产计划分解生成生产计划(投产)；基于生产计划和MBOM，生成领料需求；基于分解的生产计划和设备状态(设备数据采集)，按照工装类别、材料体系、工艺参数(升温曲线、比热容等)、关键瓶颈设备当量以及排产规则进行机加、装配、复材制造等模式的高级混合排产；基于排产结果生成车间制造计划(同时生成带条码的工艺流水卡片)，并传递至相关车间进行派工；派工后，操作人员按照派工清单扫码领取任务，执行生产制造(结合NC程序等)，结束任务时报工，并提交检验，由检验人员出具检验结论，按照MBOM中的工艺路线进行生产制造，待产品最终检验合格后执行入库(出现异常或检验不合格的情况执行异常管理或工艺路线中断操作)；按照交付计划执行出库；从而实现产品制造全生命周期生产过程管理，实现人员、资源和设备的有序调用和协作。
第六，优选的，看板管理，利用生产进度、计划执行情况、异常管理及告警管理等形成生产车间现场看板，不同的看板展示的内容不同，并且通过权限控制实现不同生产参与者对自己相关信息的快捷预览，看板主要有装配进度看板、缺料看板、异常看板、完工交付看板等。在关键工序配置看板，实现授权人员在管理终端按型号、产品编号、班组、人员、设备等条件进行筛选查询：生产准备情况、工序进展状态、生产异常预警信息、计划延迟信息、在制品历史工序信息、设备负荷信息、现场检验信息(提交检验时间、提交人员、检验人员、检测数据、检验结果)等实时生产状态，出现异常时，进行报警提示(页面红色展示同时报警灯声光报警)，待异常处理完毕后报警自动消失，实现数字化制造一体化平台，生产过程透明化，提高产品数字化制造的有效管控能力。
最后，优选的，通过BOM的不断迭代，在混线生产的模式下不断更新和完善，提高产品的生产效率。
Claims (8)
1.一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，结合生产计划管理、物资管理、PDM工艺管理、数字化制造管理、质量管理、条码管理、MDC数据采集管理、NC程序管理，是通过数据交换平台的标准集成接口，完全基于BOM的数据驱动，人、设备和资源协同运作；
首先，实现主数据统一管理，在数据交换平台内构建一个统一的主数据管理平台治理物资类、人员组织类、项目类、客商类主数据，底层采用一个数据库管理系统，实现人员组织类数据、物资类数据、客商类数据、项目类数据、财务类数据的标准化、统一化存储和管理；
1)统一主数据管理，构建一个统一的主数据管理平台治理相关数据，包含开发平台、集成平台、主数据管理、系统配置，底层采用一个数据库管理系统，将人员组织类数据、物资类数据、客商类数据、项目类数据、财务类数据的标准化、统一化存储和管理；
2)在人力资源系统中定义人员数据密级，主数据管理平台从人力资源系统获取人员组织类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中；
3)在编码管理系统中定义物料的数据和密级，主数据管理平台从编码管理系统中获取物资类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中；
4)主数据管理平台中构建客商类数据和密级，作为集中模式并存储在数据库实例中；
5)在项目管理系统中定义项目类数据和密级，主数据管理平台从项目管理系统中获取项目类数据，作为代理模式并存储在数据库实例中；
6)采取SOA集成架构，通过ESB集成技术，将数据提供系统和数据需求系统的集成接口统一部署在ESB上；将编码管理系统、人力资源系统、项目管理系统、PDM系统抽取主数据，利用ESB上的接口规范全部采用web service方式将主数据中的人员数据、项目数据、产品EBOM数据、产品MBOM数据、物资类数据、财务数据、客商类数据传递至数字化制造系统实现数字化制造数据的标准化、统一化储存，实现制造数据的看板管理。
2.根据权利要求1所述的一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，通过ESB集成技术，将数据提供系统和数据需求系统的集成接口统一部署在ESB上；将生产计划管理、物资管理、PDM工艺管理、数字化制造管理、质量管理、条码管理、MDC数据采集管理、NC程序管理业务系统数据调用接口和规范部署在一个平台内，实现统一管理。
3.根据权利要求1所述的一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，所有部署在ESB上的接口规范全部采用Web Service方式，数据格式为XML方式，各相关系统均能无缝识别数据格式。
4.根据权利要求1所述的一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，通过MDC数据采集管理系统，对数控设备直接采用RJ45接口实现数据采集，对非数控设备增加PLC控制模块进行数据采集。
5.根据权利要求1所述的一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，通过工程物料清单转化为制造物料清单，在EBOM审签发布以后，总工艺按照下游生产需求，增加零件工艺属性、工艺合件、原材料、材料定额、设置制造虚拟件进行MBOM重构，以满足下游生产管理要求；在MBOM中编制材料定额，形成采购需求；编制工艺任务分工，形成转工计划；编制工时定额。
6.根据权利要求1所述的一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，通过合同管理获取交付物和交付节点，形成主计划；使用MRP运算生成物料需求计划，根据零组件需求计划和库存数量生成最终实际需求计划。
7.根据权利要求1所述的一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，依据此需求计划生成采购计划进而实现采购入库；依据主生产计划分解生成生产计划；基于生产计划和MBOM，生成领料需求；基于分解的生产计划和设备状态，按照工装类别、材料体系、工艺参数、关键瓶颈设备当量以及排产规则进行机加、装配、复材制造模式的高级混合排产；基于排产结果生成车间制造计划(同时生成带条码的工艺流水卡片)，并传递至相关车间进行派工。
8.根据权利要求1所述的一种数字化制造一体化执行平台，其特征在于，看板管理，利用生产进度、计划执行情况、异常管理及告警管理形成生产车间现场看板，不同的看板展示的内容不同，并且通过权限控制实现不同生产参与者对自己相关信息的快捷预览，看板主要有装配进度看板、缺料看板、异常看板、完工交付看板；在关键工序配置看板，实现授权人员在管理终端按型号、产品编号、班组、人员、设备条件进行筛选查询：生产准备情况、工序进展状态、生产异常预警信息、计划延迟信息、在制品历史工序信息、设备负荷信息、现场检验信息，待异常处理完毕后报警自动消失，实现数字化制造一体化平台，生产过程透明化，提高产品数字化制造的有效管控能力。
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