01體系結(jié)構(gòu)

 

數(shù)字化車(chē)間重點(diǎn)涵蓋產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為基礎(chǔ)層和執(zhí)行層（數(shù)字化車(chē)間應(yīng)用案例可參見(jiàn)GB/T 37393—2019附錄A）。

 

 

圖1 數(shù)字化車(chē)間體系結(jié)構(gòu)圖

 

數(shù)字化車(chē)間的基礎(chǔ)層包括了數(shù)字化車(chē)間生產(chǎn)制造所必需的各種制造設(shè)備及生產(chǎn)資源，其中制造設(shè)備承擔(dān)執(zhí)行生產(chǎn)、檢驗(yàn)、物料運(yùn)送等任務(wù)，大量采用數(shù)字化設(shè)備，可自動(dòng)進(jìn)行信息的采集或指令執(zhí)行；生產(chǎn)資源是生產(chǎn)用到的物料、托盤(pán)、工裝輔具、人、傳感器等，本身不具備數(shù)字化通信能力，但可借助條碼、RFID等技術(shù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，參與生產(chǎn)過(guò)程并通過(guò)其數(shù)字化標(biāo)識(shí)與系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)交互。

 

數(shù)字化車(chē)間的執(zhí)行層主要包括車(chē)間計(jì)劃與調(diào)度、生產(chǎn)物流管理、工藝執(zhí)行與管理、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管理、車(chē)間設(shè)備管理五個(gè)功能模塊，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各類(lèi)業(yè)務(wù)、活動(dòng)或相關(guān)資產(chǎn)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)車(chē)間制造過(guò)程的數(shù)字化、精益化及透明化。由于數(shù)字化工藝是生產(chǎn)執(zhí)行的重要源頭，對(duì)于部分中小企業(yè)沒(méi)有獨(dú)立的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝管理情況，可在數(shù)字化車(chē)間中建設(shè)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為制造運(yùn)行管理提供數(shù)字化工藝信息。

 

數(shù)字化車(chē)間各功能模塊之間的主要數(shù)據(jù)流如圖2所示。

 

（1）系統(tǒng)從企業(yè)資源計(jì)劃承接分配到車(chē)間的生產(chǎn)訂單，在車(chē)間計(jì)劃與調(diào)度模塊依據(jù)工藝路線分解為工序作業(yè)計(jì)劃，排產(chǎn)后下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)。

 

（2）工藝執(zhí)行與管理模塊指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員或者設(shè)備按照數(shù)字化工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，并采集執(zhí)行反饋給車(chē)間計(jì)劃與調(diào)度。若生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)異常情況，不能按計(jì)劃完成，需敏捷協(xié)調(diào)各方資源，通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度以滿足訂單需求。

 

（3）工藝執(zhí)行過(guò)程中若需進(jìn)行檢驗(yàn)控制，由生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管理模塊將檢驗(yàn)要求發(fā)送給檢驗(yàn)員或檢驗(yàn)設(shè)備執(zhí)行檢驗(yàn)，并采集檢驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和追溯。

 

（4）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要的物料，根據(jù)詳細(xì)計(jì)劃排產(chǎn)與調(diào)度結(jié)果，發(fā)送相應(yīng)物料需求給生產(chǎn)物流管理模塊，由倉(cāng)庫(kù)及時(shí)出庫(kù)并配送到指定位置；生產(chǎn)完成將成品入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物料的管理、追蹤及防錯(cuò)。

 

（5）生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程的工藝執(zhí)行、質(zhì)量控制等結(jié)果反饋到車(chē)間計(jì)劃與調(diào)度，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及生產(chǎn)調(diào)度，并形成完工報(bào)告反饋到更高一層企業(yè)資源計(jì)劃。

 

（6）數(shù)字化車(chē)間中大量的設(shè)備運(yùn)維，通過(guò)車(chē)間設(shè)備管理模塊統(tǒng)一維護(hù)，提醒和指導(dǎo)設(shè)備人員定期保養(yǎng)，記錄維修保養(yǎng)結(jié)果。設(shè)備維保計(jì)劃與工序作業(yè)計(jì)劃需相互協(xié)調(diào)，以保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

 

 

圖2 數(shù)字化車(chē)間數(shù)據(jù)流示意圖

 

02基本要求

 

1）數(shù)字化要求

數(shù)字化車(chē)間的資產(chǎn)和制造過(guò)程信息應(yīng)數(shù)字化。數(shù)字化要求主要包括如下方面：

 

（1）制造設(shè)備數(shù)字化：數(shù)字化設(shè)備的比率應(yīng)不低于70%。各行業(yè)可根據(jù)各自身特點(diǎn)規(guī)定相應(yīng)行業(yè)數(shù)字化車(chē)間制造設(shè)備的數(shù)字化率。

 

（2）生產(chǎn)信息的采集：90%的數(shù)據(jù)可通過(guò)數(shù)字化車(chē)間信息系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)采集。

 

（3）生產(chǎn)資源的識(shí)別：應(yīng)能對(duì)數(shù)字化車(chē)間制造過(guò)程所需生產(chǎn)資源的信息進(jìn)行識(shí)別。

 

（4）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化：可通過(guò)車(chē)間級(jí)通信與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)間生產(chǎn)與管理的可視化。

 

（5）工藝設(shè)計(jì)數(shù)字化：數(shù)字化車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)宜采用數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，符合GB/T 37393—2019第8章要求。

 

2）網(wǎng)絡(luò)要求

數(shù)字化車(chē)間應(yīng)建有互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、生產(chǎn)資源與系統(tǒng)之間的信息交互。

 

3）系統(tǒng)要求

數(shù)字化車(chē)間應(yīng)建有制造執(zhí)行系統(tǒng)或其他的信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，支撐制造運(yùn)行管理的功能。

 

4）集成要求

數(shù)字化車(chē)間應(yīng)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行層與基礎(chǔ)層、執(zhí)行層與管理層系統(tǒng)間的信息集成。

 

5）安全要求

數(shù)字化車(chē)間應(yīng)開(kāi)展危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出車(chē)間安全控制和數(shù)字化管理方案，并實(shí)施數(shù)字化生產(chǎn)安全管控。

 

03基礎(chǔ)層數(shù)字化要求

1）制造設(shè)備的數(shù)字化要求

 

（1）應(yīng)具備完善的檔案信息，包括編號(hào)、描述、模型及參數(shù)的數(shù)字化描述；

 

（2）應(yīng)具備通信接口，能夠與其他設(shè)備、裝置以及執(zhí)行層實(shí)現(xiàn)信息互通；

 

（3）應(yīng)能接收?qǐng)?zhí)行層下達(dá)的活動(dòng)定義信息，包括為了滿足各項(xiàng)制造運(yùn)行活動(dòng)的參數(shù)定義和操作指令等；

 

（4）應(yīng)能向執(zhí)行層提供制造的活動(dòng)反饋信息，包括產(chǎn)品的加工信息、設(shè)備的狀態(tài)信息及故障信息等；

 

（5）應(yīng)具備一定的可視化能力和人機(jī)交互能力，能在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)顯示設(shè)備的實(shí)時(shí)信息及滿足操作的授權(quán)和處理相關(guān)的人機(jī)交互。

 

數(shù)字化制造設(shè)備的典型配置與功能要求參見(jiàn)GB/T 37393—2019附錄C。

 

2）生產(chǎn)資源的數(shù)字化要求

 

（1）在條碼及電子標(biāo)簽等編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上滿足生產(chǎn)資源的可識(shí)別性，包括生產(chǎn)資源的編號(hào)、參數(shù)及使用對(duì)象等的屬性定義；

 

（2）上述信息應(yīng)采用自動(dòng)或者半自動(dòng)方式進(jìn)行讀取，并自動(dòng)上傳到相應(yīng)設(shè)備或者執(zhí)行層，便于生產(chǎn)過(guò)程的控制與信息追溯；

 

（3）識(shí)別信息可具備一定的可擴(kuò)展性，如利用RFID進(jìn)行設(shè)備及執(zhí)行層的數(shù)據(jù)寫(xiě)入。

 

04工藝設(shè)計(jì)數(shù)字化要求

 

數(shù)字化車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)宜采用數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，并滿足以下要求：

 

（1）采用輔助工藝設(shè)計(jì)，如三維工藝設(shè)計(jì)；

 

（2）能進(jìn)行工藝路線和工藝布局仿真；

 

（3）能進(jìn)行加工過(guò)程仿真和/或裝配過(guò)程仿真；

 

（4）建立工藝知識(shí)庫(kù)，包括工藝相關(guān)規(guī)范，成功的工藝設(shè)計(jì)案例，專家知識(shí)庫(kù)等；

 

（5）提供電子化的工藝文件，并可下達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)生產(chǎn)；

 

（6）向制造執(zhí)行系統(tǒng)輸出工藝BOM。

 

05車(chē)間信息交互

 

1）通信網(wǎng)絡(luò)

為執(zhí)行數(shù)字化車(chē)間基礎(chǔ)層的工作任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信，可采用如下通信方式：

 

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線：可采用PROFIBUS、CC-LINK、MODBUS、CAN等協(xié)議；

 

（2）工業(yè)以太網(wǎng)通信：可采用PROFINET、Ethernet/IP、EtherCAT、POWERLINK等協(xié)議；

 

（3）無(wú)線通信：工業(yè)無(wú)線（WIA-FA、WIA-PA）、WIFI、藍(lán)牙、3G/4G/5G等協(xié)議。

 

2）數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

數(shù)字化車(chē)間應(yīng)在企業(yè)數(shù)據(jù)字典定義的數(shù)據(jù)采集內(nèi)容基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求，利用合理的網(wǎng)絡(luò)通信方式與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，并與企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)對(duì)接。包括：

 

（1）應(yīng)能對(duì)車(chē)間所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和管理，并支持異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的格式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。

 

（2）宜采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的存儲(chǔ)方式：

 

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：采集和儲(chǔ)存生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)性較高的數(shù)據(jù)，支持執(zhí)行層的各項(xiàng)應(yīng)用，如OEE統(tǒng)計(jì)等；

 

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)：宜采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，采集和儲(chǔ)存工藝設(shè)計(jì)和制造過(guò)程所需的相關(guān)主數(shù)據(jù)及過(guò)程數(shù)據(jù)。

 

（3）應(yīng)具備信息安全策略，并支持更新和升級(jí)，如訪問(wèn)與權(quán)限管理、入侵防范、數(shù)據(jù)容災(zāi)備份與恢復(fù)等。

 

3）數(shù)據(jù)字典

數(shù)字化車(chē)間應(yīng)建立數(shù)據(jù)字典，具體要求如下：

 

（1）包括車(chē)間制造過(guò)程中需要交互的全部信息，如設(shè)備狀態(tài)信息、生產(chǎn)過(guò)程信息、物流與倉(cāng)儲(chǔ)信息、檢驗(yàn)與質(zhì)量信息、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度信息等；

 

（2）描述各類(lèi)數(shù)據(jù)基本信息，如數(shù)據(jù)名稱、來(lái)源、語(yǔ)義、結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)類(lèi)型等；

 

（3）支持定制化，各行業(yè)可根據(jù)各自特點(diǎn)制定本行業(yè)的數(shù)據(jù)字典。

 

06制造運(yùn)行管理數(shù)字化要求

 

（1）能與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行信息的雙向交換；

 

（2）具有信息集成模型，通過(guò)對(duì)所有相關(guān)信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)自決策；信息集成模型要求詳見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33745—2017。

 

（3）模塊間能進(jìn)行數(shù)據(jù)直接調(diào)用；

 

（4）模塊能與企業(yè)其他管理系統(tǒng)（如ERP、PDM等）實(shí)現(xiàn)信息雙向交互。