在當今“速度經濟”時代，迫切要求制造業實現研制手段、生產過程和管理方法的信息化，具備快速響應、柔性生產、精確制造、產品全生命周期質量保障和網絡化管理等多方面能力，建立基于數字化技術的生產系統及產品快速響應研制體系已迫在眉睫。2008年，常熟紡織機械廠有限公司中標承擔了江蘇省科技廳“面向紡織行業的設計數字化集成技術開發與應用”項目的建設，重點解決制約企業信息化發展的瓶頸問題——制造過程的信息化，目前數字化制造體系已初見成效。
1 企業對數字化制造的管理需求
現代制造業除面臨市場競爭激烈、節奏變化快、多品種小批量、多樣化個性化、定制生產成為主流等問題挑戰外，因技術創新引發企業很多管理難題：①文檔管理落后；②數據共享程度低，圖檔檢索、統計困難，無法進行有效的版本控制；③信息傳遞速度慢；④協同工作環境差；⑤數據安全沒保障；⑥圖檔更改困難，容易造成版本不一致等歷史遺留問題；⑦配置管理多且難；⑧傳統工藝設計，不符合現代化生產設計需要；⑨快速交貨和成本的壓力；⑩制造資源種類多不易找，對制造設備要求高，隨著加工技術要求提高，企業主關鍵零件加工都采用數控設備實現加工制造等。另外，企業中使用系統存在信息孤島現象，ERP系統建設遭遇了生產現場實時數據無法準確采集的瓶頸，生產現場管理越來越困難。建立一套完善的數字化制造體系是解決以上所有問題的唯一出路。
2 數字化制造技術可以解決的問題
數字化制造技術主要：強調設計制造過程；強調設計制造知識的處理與應用；強調產品的全生命周期；強調網絡化協同設計制造；強調基于網絡化的設計制造服務；強調產品的數字化等。
數字化制造可以解決的問題如下：①圖文檔分散放置，產品數據不能實時有效的共享；解決方法：圖文檔集中管理，保證產品數據實時有效的共享。②設計人員各自為政，開發效率較低；解決方法：提供統一的工作流引擎推動流程，全面優化流程控制。③圖文檔使用和變更管理缺乏統一的流程和過程控制；解決方法：通過工作流管理和版本控制實現相關圖文檔使用和變更的過程管控，減少誤差。④圖檔在個人手中，容易泄密，圖檔安全無法有效保障；解決方法：圖檔經過壓縮加密集中存放并且提供多級多維的安全機制以保證圖檔安全。⑤產品設計開發周期長，產品設計成本高；解建立可視化車間調度控制系統決方法：產品結構配置、工程項目管理、工作流管理；⑥工藝文件制作工作量大，不能實現與作業的快速銜接；解決方法：集成的工藝過程規劃管理，設備和工模具管理。⑦加工任務量多且品種數多，車間調度管理復雜；解決方法：PDM、CAD、ERP等集成一體，提高車間制造效率和速度。⑧生產能力難以評估，作業執行及質量控制精細化不夠；解決方法：自動能力負荷平衡，車間作業計劃及作業執行反饋可視化管理等等。
3 數字化制造系統的建設
從紡機行業總體現狀出發，在現有的CAD、ERP的應用基礎之上，引進先進的管理思想和設計制造方法，系統完整地規劃紡機行業的信息化應用解決方案，建立基于產品全生命周期管理的協同設計和制造軟件平臺，實現全面的數字化制造管理技術的應用。
3.1 數字化制造系統總體目標
建立企業產品數據管理模型；建立企業高效、合理設計過程；建立企業并行工作環境；建立集成工藝過程規劃管理；建立可視化車間調度控制系統。
3.2 數字化制造系統建設內容
①建立企業完整產品數據管理模型：首先完成所有產品結構數據管理，建立產品結構參數化管理模式，由產品結構數據組織起所有產品設計文檔的管理，支持產品明細數據從設計到工藝、生產管理、制造等部門的轉換和傳遞。②建立企業并行工作環境：推廣實施PDM系統，完成系統的環境設置工作，按照企業流程在各部門建立起支持產品數據共享和并行協同工作的環境，完成企業級的電子化審批、更改控制、版本管理等。③建立企業高效合理設計過程：基礎是管理企業靜態產品數據，更深層是管理動態設計過程，提高設計研發效率，同時引入項目管理思想，盡可能壓縮設計研發周期。④建立集成工藝過程規劃管理：集成的工藝資源管理，包括設備及工模具管理，方便的工藝文件制作和維護管理，材料和工時定額管理，目標成本管理，工藝報表自動生成及制造BOM管理。⑤建立可視化車間調度控制系統：實現生產調度管理軟件MES與ERP軟件、設計軟件CAD以及數控系統之間的良好集成，自動化的車間作業計劃管理，可視化的車間調度管理，動態的車間執行信息反饋及過程控制，車間質量信息采集及控制等。⑥實現與數控加工設備的連接，探索建立無紙化生產的途徑。
3.3 數字化制造系統實現
數字化制造業務框架圖如圖1所示。
圖1 數字化制造業務框架圖
3.3.1 數字化制造系統主要模塊
包括PDM產品數據管理；CAPP工藝過程規劃管理；設備、工模具管理；MES車間調度執行管理；數據接口與集成管理。
3.3.2 數字化制造系統實現
1)PDM主要業務模塊有：零部件管理；產品結構與配置管理；圖檔資料管理；工作流程管理；項目管理；安全管理等。如零部件管理：首先PDM提供了一個編碼工具，通過混合編碼幫助企業進行復雜的編碼工作，從而達到企業基本信息的標準化、規范化。然后，對于零部件進行分類管理，通過分類管理使得零部件結構標準化，此外為后面產品的快速設計提供檢索。最后通過屬性管理，建立零件的特性表，便于進行產品的快速配置。增強的圖文檔瀏覽器，采用主副文檔存儲結構（主文檔為CAD設計文件，副文檔供瀏覽），徹底解決了大多數PDM軟件不能瀏覽各種非常規CAD文件的問題。
2)CAPP工藝過程規劃管理：提供工藝過程卡片管理、工藝工序卡片管理、工藝資源管理、工藝工時定額計算匯總、NC程序管理等功能。通過對零部件加工工藝及相關數據的管理，為企業實現零部件工藝標準化和規范化管理。
3)MES車間調度執行管理：首先，將ERP的生產計劃單導入到MES系統，然后通過MES系統的根據生產能力進行車間作業排產；其次，車間調度員根據作業排產結果結合現場設備情況進行可視化作業調度，對零件加工進行作業安排和下達，然后根據下達作業計劃，自動將相關CAPP中的NC程序輸出到NC控制臺便于調度設備指揮生產；最后，根據生產加工結果在MES上點擊完成狀態，系統自動生成工票反饋結果，如果設備之間交接要登記工序轉移單，這樣可方便管理車間動態在制品和作業動態加工狀態�？蓪崿F的管理改進：加強對車間內部在制品的管理，避免流失和浪費的發生；減少了車間統計和上報各種報表的工作量；物料消耗、能耗、工時、產出等各項信息準確、及時，方便了預算控制和成本核算；可以及時、準確地掌握生產狀況，從而使生產調度可以有的放矢，及時性提高；MES系統為車間提供了計劃和日常調度有力工具�？梢栽诰幹乒ば蜻M度計劃和下達任務時，對物料進行檢查；可以為即將開工的車間任務預先分配庫存；可以對已下達和加工中的任務進行修改；可以查詢生產任務的當前狀態；可以管理車間在制品。
圖2 MES車間調度執行管理
4)數據接口與集成管理：常熟紡機已經在使用ERP2.0，其他PDM、MES需要與ERP2.0進行數據交互，主要接口內容為：物料信息接口、產品結構信息接口、工藝信息計劃、生產計劃信息接口。在PDM中提供與ERP2.0的雙向數據接口，用于集成物料信息、產品結構信息。
圖3 數字化制造數據接口管理
4 結束語
常熟紡機目前數字化制造體系已初見成效，建立了支持數字化制造系統集成運行的網絡運行環境；建立了基于產品全生命周期管理的協同設計和制造軟件平臺；通過自定義可靈活配置的輔助編碼工具，建立了科學靈活的產品統一編碼體系，提高系統實用性；通過規范產品設計標準、規范圖檔管理流程，建立了合理的電子化圖檔管理機制，提高設計研發效率；建立了可視化MES車間調度執行管理系統；提供了數字化制造系統的相關接口管理，實現了產品數據管理與ERP系統集成，探索建立無紙化生產的途徑，這些給企業在管理上帶來了全面提升。
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本文標題：紡機企業數字化制造平臺建構淺探
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