機(jī)床加工數(shù)字化車間建設(shè)研究*

姜雪崑 趙欽志 王軍見 高 學(xué) 王香芹 黃 浩

（①通用技術(shù)集團(tuán)機(jī)床工程研究院有限公司，北京 100102；②國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 101312）

隨著新一輪科技革命的飛速發(fā)展，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的不斷融合推動(dòng)了制造業(yè)向智能制造方向轉(zhuǎn)型。美國(guó)提出了“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”，德國(guó)提出了“工業(yè)4.0”等戰(zhàn)略。我國(guó)出臺(tái)了“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃等政策，提出要推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化，將智能制造作為制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的主攻方向，在重點(diǎn)領(lǐng)域建設(shè)智能工廠和數(shù)字化車間[1]。

數(shù)字化車間是智能工廠的核心部分，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)現(xiàn)實(shí)世界與信息世界的全面互聯(lián)與智能融合[2]。歐盟早在二十世紀(jì)初就大力推動(dòng)數(shù)字化、智能化和自動(dòng)化在生產(chǎn)制造方面的高度集成[3]。Mohd Yusoh Z I 等人[4]收集生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行深入分析，找到企業(yè)當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的瓶頸。Shafiq S I 等人[5]研究在物聯(lián)網(wǎng)虛擬設(shè)置中運(yùn)行的各種計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）組件之間傳遞的數(shù)據(jù)，通過(guò)重用不同場(chǎng)景、不同公司的經(jīng)驗(yàn)，來(lái)幫助目標(biāo)公司制定策略。Pusztai L P 等人[6]在對(duì)MES系統(tǒng)的研究之上，提出了一種根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)狀況來(lái)調(diào)整生產(chǎn)調(diào)度的方法。國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、電子科技大學(xué)、通用技術(shù)集團(tuán)機(jī)床工程研究院[7-10]等高校和機(jī)床企業(yè)對(duì)數(shù)字化車間建設(shè)也開展了一系列研究，推動(dòng)了數(shù)字化車間技術(shù)在機(jī)床加工領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐。

筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)機(jī)床加工企業(yè)在智能制造技術(shù)的研究進(jìn)展和研究方向上主要集中在工藝過(guò)程數(shù)字化技術(shù)、產(chǎn)線（設(shè)備）管理數(shù)字化技術(shù)和車間管理數(shù)字化技術(shù)上[11]。采取的技術(shù)手段是應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立起數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)（設(shè)備）數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析和調(diào)用。然而機(jī)加工車間的信息種類繁多，內(nèi)部各硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)存在異構(gòu)性，在車間內(nèi)進(jìn)行信息的集成和應(yīng)用時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量差，異構(gòu)系統(tǒng)模型匹配困難，從而導(dǎo)致加工質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)管理粗放等問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了機(jī)床制造加工車間向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化制造的升級(jí)。

本文圍繞機(jī)床行業(yè)機(jī)加工車間存在的問(wèn)題，開展面向機(jī)床加工數(shù)字化車間的技術(shù)研究，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)透明化，產(chǎn)線調(diào)度高效化，車間管理精細(xì)化，從而改善車間生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，提升車間生產(chǎn)調(diào)度科學(xué)合理化水平，優(yōu)化車間生產(chǎn)制造資源配置。

1 機(jī)床加工數(shù)字化車間的建設(shè)需求

隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展和用戶需求的提升，產(chǎn)品向定制化、多元化發(fā)展的趨勢(shì)日漸凸顯。機(jī)床加工車間的生產(chǎn)需求也呈現(xiàn)出大量定制化產(chǎn)品的增加，且多以小批量、多品種為主，并且對(duì)縮短生產(chǎn)周期、提升現(xiàn)場(chǎng)管理水平、生產(chǎn)效率和能源利用率、降低運(yùn)營(yíng)成本、產(chǎn)品不良率和設(shè)備故障率等提出更高要求。在生產(chǎn)中主要體現(xiàn)在：（1）訂單種類多，需求時(shí)間急，為滿足生產(chǎn)計(jì)劃，機(jī)加工車間需要經(jīng)常性地更換工藝路線并調(diào)整設(shè)備和工裝夾具，緊急情況還有插單現(xiàn)象，由此造成時(shí)間成本、設(shè)備成本、物料成本的損失并嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和加工件質(zhì)量；（2）在零部件加工和檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)大部分由人工記錄和讀取，信息孤島嚴(yán)重，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的深層次挖掘，缺乏對(duì)加工信息的有效分析利用，不能為智能化生產(chǎn)提供優(yōu)化決策。

在充分了解機(jī)床加工車間亟需解決的問(wèn)題并綜合考慮機(jī)加工設(shè)備數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，根據(jù) 《GB/T 25485—2010 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造執(zhí)行系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)》[12]《GB/T 41255—2022 智能工廠通用技術(shù)要求》[13]及《GB/T 41392—2022 數(shù)字化車間可靠性通用要求》[14]，確定數(shù)字化車間建設(shè)的核心功能和基本要素應(yīng)包括生產(chǎn)管理、物料管理、質(zhì)量管理和設(shè)備運(yùn)維管理，同時(shí)兼顧車間建設(shè)的可靠性要求。結(jié)合智能工廠關(guān)鍵技術(shù)和數(shù)據(jù)流示意圖[10]及機(jī)床加工生產(chǎn)流程，設(shè)計(jì)出機(jī)床加工數(shù)字化車間業(yè)務(wù)流程，如圖1 所示。建立集成的機(jī)床加工車間信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝管理系統(tǒng)、車間資源管理系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)、DNC、MDC 及可視化展示系統(tǒng)之間的無(wú)縫集成，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)人員、成本、采購(gòu)、工藝、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量閉環(huán)、設(shè)備互聯(lián)互通等流程的集成運(yùn)作。

圖1 數(shù)字化車間業(yè)務(wù)流程

根據(jù)數(shù)字化車間的業(yè)務(wù)工作流程，數(shù)字化車間建設(shè)的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)流程信息化覆蓋，實(shí)現(xiàn)各信息化系統(tǒng)之間的信息貫通，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的可視化、生產(chǎn)過(guò)程的可追溯以及生產(chǎn)信息的可貫通、生產(chǎn)管理的無(wú)紙化。建設(shè)需求見表1，并應(yīng)關(guān)注以下內(nèi)容。

表1 機(jī)床加工數(shù)字化車間建設(shè)需求

（1）業(yè)務(wù)全覆蓋，業(yè)務(wù)管理信息化：構(gòu)建工藝管理系統(tǒng)、車間資源管理系統(tǒng)、車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)、DNC/MDC 系統(tǒng)、可視化展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間管理流程的信息化全覆蓋。

（2）信息全貫通，業(yè)務(wù)管理數(shù)字化：通過(guò)新建系統(tǒng)的無(wú)縫銜接與集成，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)（硬件）之間的數(shù)字協(xié)同，建立數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化車間及管理。

（3）過(guò)程全記錄、業(yè)務(wù)監(jiān)控和可追溯：通過(guò)建立車間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和業(yè)務(wù)全覆蓋信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)活動(dòng)的人、機(jī)、料、法、環(huán)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄和采集，實(shí)現(xiàn)車間業(yè)務(wù)流程的精細(xì)化管理、車間生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控、產(chǎn)品各加工環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢測(cè)追溯和車間生產(chǎn)看板及報(bào)表的統(tǒng)計(jì)。

（4）構(gòu)建物聯(lián)系統(tǒng)、設(shè)備看板和監(jiān)控：通過(guò)構(gòu)建DNC/MDC 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備（數(shù)控設(shè)備、普通設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、環(huán)境檢測(cè)設(shè)備等）的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的狀態(tài)（開機(jī)、關(guān)機(jī)、運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信息等）實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備看板和監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的問(wèn)題，提高設(shè)備的有效產(chǎn)出。

在車間建設(shè)過(guò)程中需遵循以下原則：

（1）統(tǒng)籌考慮，協(xié)同推進(jìn)，對(duì)存在依賴關(guān)系、集成關(guān)系的軟硬件系統(tǒng)，盡量同步建設(shè)、整體上線，并事先做好規(guī)劃，達(dá)到快速實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車間的價(jià)值和成效的目的。

（2）著重考慮數(shù)字化車間各類軟件的應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，兼顧軟硬件系統(tǒng)的可靠性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、實(shí)用性、開放性、擴(kuò)展性、易用性、保密性、維修性、測(cè)試性等性能要求，保證系統(tǒng)建設(shè)的可靠、好用、實(shí)用。

（3）結(jié)合數(shù)字化車間的整體建設(shè)目標(biāo)，構(gòu)建在適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，還要兼顧技術(shù)上的成熟性和車間業(yè)務(wù)流程等實(shí)際情況。立足國(guó)際、國(guó)內(nèi)一流成熟技術(shù)，跟蹤先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)先進(jìn)的數(shù)字化車間。

2 機(jī)床加工數(shù)字化車間的總體架構(gòu)和性能

根據(jù)機(jī)床加工數(shù)字化車間的構(gòu)建原則和構(gòu)建內(nèi)容，并結(jié)合業(yè)務(wù)流程（圖1）確定機(jī)床加工數(shù)字化車間總體架構(gòu)設(shè)計(jì)模型，如圖2 所示。

圖2 機(jī)床加工數(shù)字化車間總體架構(gòu)設(shè)計(jì)模型

考慮到構(gòu)建的對(duì)象是面向機(jī)床加工任務(wù)實(shí)施和管理的數(shù)字化車間，為滿足智能化管理的需求，建設(shè)內(nèi)容應(yīng)囊括加工車間的所有核心職能。在數(shù)字化車間建設(shè)上主要包含三方面內(nèi)容。

（1）各業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)搭建：根據(jù)數(shù)字化車間總體構(gòu)架設(shè)計(jì)模型（圖2），確定機(jī)床加工數(shù)字化車間建設(shè)以8 個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)為主，分別是車間資源管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、工藝管理系統(tǒng)、分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MDC、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES 以及可視化展示系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)加工車間任務(wù)管理、人員管理、采購(gòu)管理、工藝管理、物料管理、成本核算、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、工具工裝資源管理、數(shù)據(jù)采集及數(shù)控程序管理等功能。

（2）各業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)的集成：機(jī)床加工數(shù)字化車間建設(shè)需充分利用企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源，保證各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和無(wú)縫集成。企業(yè)管理層一般采用ERP 系統(tǒng)，所以實(shí)現(xiàn)車間級(jí)的設(shè)備層、控制層、操作層與管理層的系統(tǒng)集成是技術(shù)重點(diǎn)。

（3）網(wǎng)絡(luò)及硬件建設(shè)：結(jié)合機(jī)床加工數(shù)字化車間系統(tǒng)建設(shè)和系統(tǒng)集成的具體要求，建設(shè)完備的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，以及全部的配套硬件設(shè)備，包括：車間現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、各系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、硬件、終端電腦、電子看板、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)等硬件的建設(shè)。

根據(jù)數(shù)字化車間總體架構(gòu)設(shè)計(jì)模型，并結(jié)合機(jī)床加工數(shù)字化車間的構(gòu)建原則和構(gòu)建內(nèi)容，確定機(jī)床加工數(shù)字化車間系統(tǒng)整體性能需求，見表2。

表2 機(jī)床加工數(shù)字化車間系統(tǒng)整體性能需求

3 面向機(jī)床加工數(shù)字化車間建設(shè)的總體設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)字化車間整體布局

數(shù)字化車間生產(chǎn)以滿足定制化、柔性化以及多品種小批量的生產(chǎn)模式為主，具體包括中小零件加工、精密零件加工、焊接加工、部件裝配及檢測(cè)等，由五軸加工中心、車銑復(fù)合加工中心、電火花加工中心、車削中心、磨削中心、線切割、桁架機(jī)器人等智能裝備組成，設(shè)備具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口并支持主流通信協(xié)議，具備可擴(kuò)展性能。平面布局如圖3 所示。

圖3 機(jī)床加工數(shù)字化車間布局圖

3.2 數(shù)據(jù)互聯(lián)互通

機(jī)床加工數(shù)字化車間建設(shè)的重點(diǎn)是保證車間的數(shù)據(jù)貫通，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)車間智能化管理和生產(chǎn)的相關(guān)性能指標(biāo)。通過(guò)集成，在實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)縫銜接的同時(shí)，充分利用加工中心數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最大程度發(fā)揮已有資源的作用。

數(shù)字化車間在滿足車間資源管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、工藝管理系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MDC、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES 以及可視化展示系統(tǒng)信息貫通的同時(shí)，與ERP 系統(tǒng)及數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，根據(jù)系統(tǒng)定位和車間業(yè)務(wù)進(jìn)行信息聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)車間管理數(shù)字化驅(qū)動(dòng)。數(shù)字化車間系統(tǒng)集成如圖4 所示。

圖4 數(shù)字化車間系統(tǒng)集成

3.3 系統(tǒng)集成內(nèi)容

3.3.1 工藝管理系統(tǒng)集成

工藝管理系統(tǒng)包含機(jī)加工工藝過(guò)程卡編制、物料清單（BOM）、材料定額、工時(shí)定額、工藝信息統(tǒng)計(jì)、工藝文檔管理、工藝審批管理、工藝變更管理、工藝文件輸出、工藝知識(shí)管理等功能，在建設(shè)中要考慮與ERP 系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)、數(shù)字化設(shè)計(jì)與工藝仿真平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如圖5 所示。

圖5 工藝管理系統(tǒng)集成

與MES 系統(tǒng)集成包括：（1）工藝基礎(chǔ)信息，即工藝管理系統(tǒng)將工藝過(guò)程卡、圖紙、作業(yè)指導(dǎo)書、BOM 等工藝信息、程序信息等工藝基礎(chǔ)信息發(fā)布給MES 系統(tǒng)；（2）MES 系統(tǒng)的資源信息，主要是MES 系統(tǒng)將加工設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、刀具、量具和工裝夾具等信息發(fā)布給工藝管理系統(tǒng)。

與數(shù)字化設(shè)計(jì)與工藝仿真平臺(tái)集成內(nèi)容是：工藝仿真平臺(tái)將設(shè)計(jì)基礎(chǔ)信息，主要是二維模型、三維模型、設(shè)計(jì)要求、檢測(cè)要求和材料定額等信息發(fā)布給工藝管理系統(tǒng)。

與ERP 系統(tǒng)集成的內(nèi)容是：基于ERP 流程引擎進(jìn)行開發(fā)和擴(kuò)展，以達(dá)到基于 ERP 系統(tǒng)完成工藝流程審批的程序。

3.3.2 車間資源管理系統(tǒng)集成

機(jī)加工車間資源管理系統(tǒng)包含根據(jù)項(xiàng)目管理的機(jī)加工任務(wù)，實(shí)現(xiàn)車間加工任務(wù)管理、采購(gòu)管理、庫(kù)房管理、成本核算、人員管理等功能，其主要與MES系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和ERP 三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，如圖6 所示。

圖6 車間資源管理系統(tǒng)集成

與MES 系統(tǒng)集成主要包括：（1）與MES 系統(tǒng)生產(chǎn)信息的交互，MES 系統(tǒng)將車間生產(chǎn)計(jì)劃、人員工時(shí)等相關(guān)信息與車間資源管理系統(tǒng)進(jìn)行交互；（2）與車間資源管理系統(tǒng)物料信息的交互。車間資源管理系統(tǒng)將物料庫(kù)存、物料出入庫(kù)等信息與MES 系統(tǒng)進(jìn)行交互。

與ERP 集成內(nèi)容主要包括：（1）采購(gòu)流程的審批，即基于ERP 流程引擎開發(fā)和擴(kuò)展審批流程，以達(dá)到為車間資源管理系統(tǒng)的采購(gòu)流程進(jìn)行審批的服務(wù)；（2）物料主數(shù)據(jù)，即基于ERP 進(jìn)行物料主數(shù)據(jù)及相關(guān)服務(wù)開發(fā)，物料主數(shù)據(jù)主要包括物料編碼、物料名稱、物料規(guī)格、物料數(shù)量、材料牌號(hào)等信息；（3）人員基礎(chǔ)信息，直接調(diào)用ERP 人員編碼、名稱、崗位等基礎(chǔ)信息、權(quán)限控制信息等相關(guān)數(shù)據(jù)和服務(wù)。

與設(shè)備管理系統(tǒng)主要是進(jìn)行采購(gòu)設(shè)備基礎(chǔ)信息的集成。與設(shè)備管理系統(tǒng)中的采購(gòu)類型、數(shù)量、供應(yīng)商信息、設(shè)備三維模型圖等信息進(jìn)行交互，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)完成采購(gòu)。

3.3.3 MES 系統(tǒng)集成

MES 系統(tǒng)包含進(jìn)行車間生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)執(zhí)行管理、設(shè)備管理、工具工裝管理、質(zhì)量管理和產(chǎn)品質(zhì)量追溯等功能，在建設(shè)中要考慮與工藝管理系統(tǒng)、車間資源管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)和DNC/MDC 系統(tǒng)進(jìn)行集成，如圖7 所示。

圖7 MES 系統(tǒng)集成

與工藝管理系統(tǒng)集成主要包括：（1）工藝基礎(chǔ)信息的調(diào)用，工藝管理系統(tǒng)將工藝過(guò)程卡、圖紙、作業(yè)指導(dǎo)書、BOM 等工藝信息和程序信息等工藝基礎(chǔ)信息發(fā)布給MES 系統(tǒng)；（2）MES 系統(tǒng)資源信息的調(diào)用，主要是MES 系統(tǒng)將加工設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、刀具、量具和工裝夾具等資源信息與工藝管理系統(tǒng)進(jìn)行交互。

與設(shè)備管理系統(tǒng)的集成主要是進(jìn)行設(shè)備基礎(chǔ)信息的調(diào)用?；谠O(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備主數(shù)據(jù)、服務(wù)的開發(fā)和擴(kuò)展，設(shè)備主數(shù)據(jù)主要是設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備屬性和設(shè)備狀態(tài)信息等，為MES 系統(tǒng)提供設(shè)備基礎(chǔ)信息使用服務(wù)。

與項(xiàng)目管理系統(tǒng)的集成主要是進(jìn)行任務(wù)基礎(chǔ)信息的調(diào)用。通過(guò)在項(xiàng)目管理系統(tǒng)中建立項(xiàng)目信息主數(shù)據(jù)，并為項(xiàng)目管理系統(tǒng)提供開放的項(xiàng)目追溯接口，與MES 系統(tǒng)中的工藝計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量監(jiān)控情況、質(zhì)量相關(guān)的進(jìn)度信息、逾期警告信息等進(jìn)行交互。

與DNC/MDC 系統(tǒng)集成主要包括：（1）即時(shí)狀態(tài)信息的集成，獲取設(shè)備工況、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等信息，滿足MES 系統(tǒng)形成產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程檔案、產(chǎn)品質(zhì)量追溯、設(shè)備和車間看板提供的數(shù)據(jù)服務(wù)；（2）NC 程序集成，將NC 程序進(jìn)行管理并下發(fā)給加工中心等設(shè)備。

與ERP 系統(tǒng)集成主要包括：（1）流程引擎、流程設(shè)計(jì)，如采購(gòu)審批流程、質(zhì)量審批流程、工藝審批流程和設(shè)計(jì)審批流程等；（2）基于物料主數(shù)據(jù)的集成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與流程數(shù)據(jù)的集成。

此外，還需與工牌刷卡器、掃碼槍、條碼打印設(shè)備和攝像頭等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)、人員信息等的采集。

3.3.4 DNC/MDC 等系統(tǒng)集成

DNC/MDC 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能：（1）數(shù)控程序的管理和下發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)程序的集中管理，通過(guò)車間數(shù)控設(shè)備組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的下發(fā)；（2）數(shù)據(jù)采集，即數(shù)據(jù)采集層通過(guò)對(duì)數(shù)控設(shè)備、普通設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備和環(huán)境檢測(cè)儀器的組網(wǎng)，實(shí)時(shí)采集設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信息、環(huán)境數(shù)據(jù)等構(gòu)建車間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為可視化展示、設(shè)備監(jiān)控和看板和環(huán)境分析提供數(shù)據(jù)支撐。其主要與MES系統(tǒng)集成，為生產(chǎn)提供現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)，主要是設(shè)備工況、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)等。

3.3.5 可視化展示系統(tǒng)集成

數(shù)據(jù)展示層是通過(guò)對(duì)MES 系統(tǒng)、車間資源管理系統(tǒng)、工藝管理系統(tǒng)、DNC/MDC 中工藝、人員、采購(gòu)、計(jì)劃、質(zhì)量和設(shè)備等數(shù)據(jù)的抽取，并加以整合處理，通過(guò)大屏以圖形、表格等方式進(jìn)行展示，為管理決策提供數(shù)據(jù)支持。

3.4 系統(tǒng)集成原則

機(jī)床加工數(shù)字化車間各業(yè)務(wù)系統(tǒng)在按照技術(shù)要求和系統(tǒng)業(yè)務(wù)定位實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間無(wú)縫銜接和系統(tǒng)間數(shù)字驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，在系統(tǒng)集成建設(shè)上需遵循以下三點(diǎn)原則：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取。基于車間生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是數(shù)字化車間各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)字化車間各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中所有涉及人員基本信息、單點(diǎn)登錄、加工任務(wù)管理、設(shè)備管理、流程審批等管理都需要與平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)通，并調(diào)用平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)接口完成數(shù)據(jù)交互。

（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取和回寫。機(jī)床加工數(shù)字化車間所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和服務(wù)，需要從平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行讀取和回寫，對(duì)于平臺(tái)不能提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和服務(wù)，都需要基于平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和擴(kuò)展，車間各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間需要以通用開放的數(shù)據(jù)接口提供支撐。

（3）提供開放的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)庫(kù)資源。機(jī)床加工數(shù)字化車間各業(yè)務(wù)系統(tǒng)均需提供完整的數(shù)據(jù)接口，均能以開放的數(shù)據(jù)接口為系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)過(guò)程、業(yè)務(wù)結(jié)果、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)分析等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)要求能以標(biāo)準(zhǔn)的方式被第三方系統(tǒng)直接使用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析機(jī)床加工數(shù)字化車間業(yè)務(wù)流程和建設(shè)需求，明確了信息化系統(tǒng)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)硬件建設(shè)、系統(tǒng)維護(hù)等建設(shè)要求。構(gòu)建了基于數(shù)據(jù)采集層、設(shè)備控制層、生產(chǎn)執(zhí)行層與管理層和數(shù)據(jù)展示與應(yīng)用層的車間總體架構(gòu)設(shè)計(jì)模型。詳細(xì)闡述了建設(shè)內(nèi)容并提出了基于機(jī)床加工數(shù)字化車間運(yùn)行數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和各信息化系統(tǒng)間集成的總體設(shè)計(jì)。通過(guò)某機(jī)床加工車間數(shù)字化升級(jí)后分析，得到以下結(jié)論：

（1）通過(guò)系統(tǒng)集成，形成對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的分析和調(diào)度。通過(guò)分析系統(tǒng)生成的管理報(bào)表，如計(jì)劃達(dá)成率，產(chǎn)出率，設(shè)備稼動(dòng)率，人員效率以及材料損耗率等，得出生產(chǎn)效率和能源利用率分別提高了20% 和 10% 以上，運(yùn)營(yíng)成本降低20% 以上，有效地驅(qū)動(dòng)了車間管理水平提升。

（2）實(shí)現(xiàn)了對(duì)原材料及零部件等質(zhì)量把控及記錄，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵工序在線質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄及在線分析并進(jìn)行質(zhì)量追溯，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性得到較大改善。