如何實(shí)現(xiàn)機(jī)加工的數(shù)字化轉(zhuǎn)型

MAZAK（中國(guó)）副總裁 張偉先生

在“工業(yè)4.0”、《中國(guó)制造2025》的國(guó)家戰(zhàn)略推動(dòng)下，中國(guó)制造業(yè)正向中國(guó)創(chuàng)造轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的制造業(yè)企業(yè)，通過(guò)提升制造的水平來(lái)擴(kuò)大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，逐步走向一條技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型制造業(yè)道路。當(dāng)制造企業(yè)走在這樣一條發(fā)展道路上的時(shí)候，利用信息化建設(shè)提升自身研發(fā)能力顯得尤為重要。

對(duì)于加工行業(yè)的用戶，與其說(shuō)關(guān)注產(chǎn)品的全生命周期，實(shí)際是關(guān)注各環(huán)節(jié)對(duì)其最終產(chǎn)品生命周期的關(guān)聯(lián)性影響。比如機(jī)床的加工狀態(tài)信息能及時(shí)和MES進(jìn)行交互;ERP中的產(chǎn)品計(jì)劃與加工設(shè)備的特性功能實(shí)時(shí)匹配;設(shè)備的故障、報(bào)警及維護(hù)信息能及時(shí)發(fā)送給管理人員等。

信息技術(shù)在企業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)兩大環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)階段代表性的技術(shù)是CAD和PDM，生產(chǎn)階段則以ERP及相關(guān)技術(shù)為主導(dǎo)。產(chǎn)品全生命周期管理(ProductLifecycleManagement,PLM)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)入手，關(guān)注產(chǎn)品從需求分析到設(shè)計(jì)、制造、銷售、使用和維護(hù)的整個(gè)過(guò)程，圍繞產(chǎn)品這個(gè)核心進(jìn)行信息管理，能有效提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，從而成為企業(yè)信息化領(lǐng)域新的突破點(diǎn)。

眾所周知，數(shù)控機(jī)床本身的產(chǎn)品生命周期基本可分為四大階段：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、過(guò)程設(shè)計(jì)、加工制造、使用維護(hù)。MAZAK的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是在積累了近百年的專業(yè)機(jī)床設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)形成的大數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的模塊化單元設(shè)計(jì)，一體化整機(jī)設(shè)計(jì)。虛擬設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的引用和動(dòng)態(tài)模型的建立，而這些的基礎(chǔ)正是需要可靠經(jīng)驗(yàn)的積累和產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立。

過(guò)程設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)在產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)性和成本的預(yù)測(cè)等。以機(jī)床產(chǎn)品的某種關(guān)鍵自制加工零件為例。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入PDM系統(tǒng)后，我們通過(guò)CAM系統(tǒng)，對(duì)零件的加工進(jìn)行模擬編程和模擬運(yùn)行，確立生產(chǎn)所需的設(shè)備規(guī)格、刀具種類和加工時(shí)間;通過(guò)CAPP(工藝管理系統(tǒng))，對(duì)材料成本、工藝過(guò)程和加工時(shí)間進(jìn)行模擬運(yùn)算;通過(guò)APS自動(dòng)排產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行模擬運(yùn)算，向各工位分配任務(wù)。基本都在正式投產(chǎn)前，模擬整個(gè)零件的制造過(guò)程和驗(yàn)證各個(gè)要素，當(dāng)然，也包括檢測(cè)這個(gè)零件所需的各類工量器具的列表。

在加工行業(yè)產(chǎn)品生命周期管理中，機(jī)床廠商扮演的是一個(gè)助攻手的角色，雖然不是主導(dǎo)，但也必不可缺。隨著企業(yè)信息化的發(fā)展，PLM已經(jīng)成為繼ERP、MES等企業(yè)應(yīng)用之后，企業(yè)信息化的又一個(gè)熱點(diǎn)。而且在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、轉(zhuǎn)型的大背景下，PLM不光在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)協(xié)同、項(xiàng)目管理方面扮演了不同的角色，而且與ERP、MES、CRM這樣的系統(tǒng)進(jìn)一步整合，向著構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)和管理企業(yè)研發(fā)等無(wú)形資源的方向發(fā)展。作為信息化中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，機(jī)床設(shè)備自身是否具有智能化功能(自主判斷、自主分析和自主學(xué)習(xí)等);對(duì)外是否具有開放和兼容的通訊接口和功能都非常重要。MAZAK機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)具備人機(jī)對(duì)話的編程功能，語(yǔ)音導(dǎo)航的操作輔助功能，熱變位自主補(bǔ)償功能，加工振動(dòng)自主抑制功能，維護(hù)和檢修的提醒導(dǎo)航功能等。新一代的SMOOTH數(shù)控系統(tǒng)，更強(qiáng)化了加工控制自動(dòng)優(yōu)化功能，更好地適應(yīng)用戶不同的加工類型和領(lǐng)域;并強(qiáng)化了數(shù)據(jù)通信功能和網(wǎng)絡(luò)功能(EthernetIP、Profibus、CC-link等)，為客戶構(gòu)建智能化工廠提供了便利的條件。另外，利用MT-CONNECT通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以將NC系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)(比如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、報(bào)警和切削參數(shù)等)實(shí)時(shí)傳送給第客戶的三方管理軟件。避免任何一臺(tái)設(shè)備成為一個(gè)信息孤島，而是物聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)活躍的節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備的信息溝通以及設(shè)備與設(shè)備的信息溝通。

LGMazak正在實(shí)施的i-SMARTFACTORY(智能化工廠升級(jí))工程，將機(jī)床制造過(guò)程的信息化水平提升到一個(gè)新的階段。工廠利用IOT(物聯(lián)網(wǎng))信息通訊技術(shù)，充分挖掘采集制造過(guò)程中的各類數(shù)據(jù)信息，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，來(lái)提高設(shè)備的開動(dòng)率和工廠的運(yùn)營(yíng)效率。并將最新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)終端技術(shù)、條形碼技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)等應(yīng)用到工序管理和控制中，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程中所有數(shù)據(jù)的透明化，實(shí)時(shí)化采集和管理等。以機(jī)床等設(shè)備的運(yùn)行管理為例，利用MAZAK最新的智能化工廠支持軟件SPS(smoothprocesssuport)和MT-CONNECT通訊技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)將所有的加工設(shè)備連接在一起，通過(guò)集中管理的方式，實(shí)施智能化的程序管理、刀具管理、運(yùn)行監(jiān)控和計(jì)劃排產(chǎn)。并新增了設(shè)備的故障報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析，機(jī)床和刀具負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)分析，機(jī)床保養(yǎng)維護(hù)的功能。另外，通過(guò)數(shù)據(jù)采集/轉(zhuǎn)換專用的中繼裝置(SMARTBOX)，還可以將與設(shè)備相關(guān)的冷卻液溫度、潤(rùn)滑油狀態(tài)和設(shè)備電力消耗等周邊數(shù)據(jù)信息匯集到管理中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和生產(chǎn)改善。該智能數(shù)據(jù)信息盒子，同時(shí)也起到安全防火墻的作用。另外，再以品質(zhì)管理為例，通過(guò)使用帶有無(wú)線傳輸功能的數(shù)字化量具，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量、傳輸和判斷;對(duì)手工作業(yè)的工序環(huán)節(jié)，使用移動(dòng)終端進(jìn)行品質(zhì)記錄的錄入和圖像記錄;并對(duì)所有品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)最便利的查詢追溯和質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。這些手段，都極大地提高了作業(yè)效率，更好地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

PLM的概念提出經(jīng)歷了一個(gè)發(fā)展過(guò)程，它是企業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生改變后對(duì)支撐技術(shù)環(huán)境所提出的一種需求。PLM系統(tǒng)涉及到企業(yè)信息系統(tǒng)從市場(chǎng)到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的各個(gè)層面，需要多種技術(shù)作為支撐和保障，其中統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型應(yīng)成為PLM系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。

PLM項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)于管理效能上的提升是很明顯的。首先，PLM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了完整的流程控管，通過(guò)集中管理的信息系統(tǒng)，對(duì)“流程規(guī)范”、“產(chǎn)品規(guī)劃”、“基礎(chǔ)信息”、“技術(shù)平臺(tái)”進(jìn)行集中維護(hù)，達(dá)成需求準(zhǔn)確、過(guò)程控制、提高效率、異常追溯等效果，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，從而降低成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。其次，通過(guò)PLM系統(tǒng)，建立起統(tǒng)一平臺(tái)的產(chǎn)品知識(shí)庫(kù)，制定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，將產(chǎn)品的開發(fā)知識(shí)及工程師的工作經(jīng)驗(yàn)軌跡，以知識(shí)庫(kù)的形式加以積累，使后來(lái)者通過(guò)查詢方式，能夠準(zhǔn)確、快速地查到所要的資料和信息，并嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)的讀寫權(quán)限控制，保護(hù)產(chǎn)品研發(fā)權(quán)益，集中控制文檔資料，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享;第三，建立起產(chǎn)品效益評(píng)估機(jī)制，根據(jù)實(shí)際的歷史研發(fā)、生產(chǎn)、銷售數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)新產(chǎn)品的市場(chǎng)投入和銷售利益做分析比較，幫助市場(chǎng)產(chǎn)品經(jīng)理做好前期的效益評(píng)估分析，提高公司產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力及市場(chǎng)銷售力，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、降低成本。