Research on the construction of digital workshop for machine tool processing
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摘要: 为满足机床加工车间大量定制化产品，且多以小批量、多品种模式为主所带来的提升现场管理水平、提高生产安排合理性、提升生产效率和能源利用率、降低运营成本、产品不良率和设备故障率等迫切需求，文章对机床加工数字化车间建设的技术进行研究。针对机床加工数字化车间的数据互联互通问题，在分析数字化车间建设目标、整体性能需求和建设内容的基础上，建立了机床加工数字化车间总体架构设计模型，并对机床加工数字化车间数据的互联互通和各信息化系统的集成给出建设内容和遵循原则。为机械加工行业数字化车间总体架构模型的建模、数字化车间信息化系统功能和系统集成要求提供依据。Abstract: In order to meet the urgent needs of large quantities of customized products in the machine tool processing workshop, which are mainly in the form of small batch and multiple varieties, and to improve on-site management level, enhance production arrangement rationality, improve production efficiency and energy utilization rate, reduce operating costs, product defects and equipment failure rates, it is necessary to study the technology for the construction of a digital machine tool processing workshop. Based on the analysis of the construction goals, overall performance requirements, and construction content, a digital machine tool workshop overall architecture design model has been established, and the interconnection and integration of data in the digital machine tool workshop and various information systems have been proposed. It provides a basis for the modeling of the overall architecture model of digital workshop in the mechanical processing industry, including the functions of digital workshop information system and system integration requirements.
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Key words:
- machine tool processing /
- digital workshop /
- architecture model /
- interconnection /
- system integration
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表 1 机床加工数字化车间建设需求
序号 建设内容 建设目标 面向用户 备注 1 工艺管理系统 以产品为中心，通过建立方便、快捷、统一的工艺管理系统，实现工装、材料、设备、成本、工艺数据等的流程化协同管理 工艺人员 2 车间资源管理系统 建立完备的人员信息、工资、绩效、岗位级别、奖惩情况等的规范化管理，实现以机床加工车间为核心的采购、库房、成本等要素的优化配置 管理人员、采购人员、成本核算人员等 3 DNC/MDC系统 实现车间机床设备、检测设备、环境等数据的实时自动采集和可视化管理；实现数控程序的数字化高速传输和科学规范化管理 管理人员、数控编程人员等 4 车间生产管理系统 根据生产需求，实现产品质量、生产过程和生产设备的全程监控和可追溯化管理，建成整洁高效的无纸化数字车间 管理人员、操作人员、库管员、检验员等 5 可视化展示系统 实现工艺、采购、人员、成本、生产、质量、设备等多要素的分区实时监控、数据分析和多样化展示 加工车间全体人员、参观人员等 6 系统集成 实现机床加工数字化车间各系统间的相互集成，做到数出一家、数据共享、结果一致 加工车间全体人员、上级领导、信息管理部门等 7 系统维护管理 具备用户权限管理、数据后台管理、知识后台管理等后台维护、管理功能，有权限用户可以根据自身需要灵活设置、更改权限策略，上传、删除、备份相关数据和知识 信息管理部门 8 网络硬件建设 建设完备的网络基础设施环境，满足生产车间高效、安全开展管理协同、生产协同、数据协同、音视频协同等需求；为数字化网络系统配套建设相应的计算存储系统；建设具有充分扩展能力的安全体系，能够满足将来向更高安全级别升级、系统扩容、系统外联扩展的需要 加工车间全体人员 车间系统运行基础 
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表 2 机床加工数字化车间系统整体性能需求
序号 整体性能 性能需求 1 数据采集层 数据采集层主要通过数控设备、普通设备、检测设备、环境检测装置组网完成状态、运行参数、报警信息等的采集。数据采集需满足如下要求：①设备状态信息收集时间间隔；②设备参数信息收集时间间隔；③实现自动数据收集的设备种类（三坐标测量仪、加工中心、车床、磨床等）；④环境监控信息收集时间间隔（环境监控类型包括温度、湿度、噪声等）；⑤水电气能耗统计分析（如日统计、周统计、月统计、年统计、同比分析、环比分析等）；⑥故障检测率（主要针对数控设备）；⑦异常数据推送更新时间间隔 2 设备控制层 ①MDC/DNC系统实现数控程序管理和下发，数控设备NC程序自动下发率；②非数控设备为满足状态（启停时间、运行/关机/待机状态、空闲时间等）数字化改造有效率；③对检测设备的运行/关机/待机/空闲状态进行采集的同时，根据检测设备检测业务，检测数据自动收集类型，包括尺寸、粗糙度、硬度、表面形貌等；④检测设备的数据关联准确度；⑤数控设备故障检测率 3 生产执行层与管理层 ①信息种类：纳入系统的信息主要涉及计划、物料、质量、设备等；②数据存储年限；③数据存储量；④车间现场无纸化：通过车间业务系统和可视化展示系统的部署应用和相关系统间的信息贯通，车间现场无纸化部署率；⑤车间业务覆盖率：通过系统部署实施实现车间业务全覆盖，生产要素收集覆盖率；⑥系统正常率：通过系统建设阶段相关要求落实和系统运行阶段的措施保障，降低系统故障率，系统保证正常工作时间；⑦操作响应速度：通过优化软件设计、运行环境等措施，操作响应时间；⑧通过与项目管理系统的集成接收维修任务，项目接收准确率；⑨在确保单个系统内部数据传递效率和正确性的同时，通过系统间的集成完成数据传递，数据传递准确性 4 数据展示与应用层 开展可视化展示系统的建设，需考虑如下性能要求：①数据展示方式包括表格、饼状图、柱状图、散点图、下钻式图表等；②可以将生成的报表导出；③可视化看板界面刷新间隔；④可视化看板实时数据更新间隔；⑤简单报表打开响应时间、复杂报表打开响应时间等
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图(7) / 表(2)
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