JCS車間信息集成技術在缸蓋生產線中的應用

     本文著重介紹組成這個管理系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的功能，通過各子系統(tǒng)的應用提高了該生產線在多型號、變枇量缸蓋加工過程中的生產效率

概述 位于安徽省天長巿的天長缸蓋有限公司是國內最大的汽缸蓋生產廠之一，為多家柴油機廠配套生產不同類型不同規(guī)格的缸蓋。該廠的缸蓋生產覆蓋了鑄造模具制造、鑄件生產、缸蓋機加工與檢驗的整個過程。他們在機加工過程中大量采用加工中心，并在新近上馬的一條缸蓋準柔性生產線中采用了15臺KT1500立式加工中心和4臺TH6363臥式加工中心，配置了適應不同規(guī)格型號的工裝夾具，具有四缸/六缸柴油機缸蓋加工的能力。 該生產線采用了北京機床研究所的JCS車間信息集成技術來構建生產線管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)包括：JCS-DNC生產線數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡、JCS-TOOL刀具與工夾具管理子系統(tǒng)、JCS-SFC生產線作業(yè)管理子系統(tǒng)、JCS-Ethernet機床狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)和JCS-Supervision生產線終端等子系統(tǒng)，其生產線結構簡圖如圖1所示。

圖1 生產線構成簡圖

生產線數(shù)據(jù)庫 一、生產線數(shù)據(jù)庫的構成與主要數(shù)據(jù)流 生產線用數(shù)據(jù)庫涵蓋零件工藝、加工任務、刀具與工夾具信息、加工程序、機床工況數(shù)據(jù)、生產進度、以及設備和人力資源。杭州服裝批發(fā) 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以根據(jù)產品種類的增加、設備構成的變化而逐漸豐富，以適應加工零件的種類和產量的變更。

二、零件工藝數(shù)據(jù)管理 針對生產線數(shù)據(jù)庫中所包括的零件工藝數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中設計有零件工藝模塊，可以輸入零件的工序、工步內容（如圖2所示）。該模塊中關聯(lián)了工序對應的加工設備、加工程序、刀具表和刀具D/H補償參數(shù)信息（如圖3所示）。 三、NC程序數(shù)據(jù)庫與程序流程管理NCBASE （1）采用了嚴格的程序命名規(guī)則來管理生產中使用的NC程序 在天長廠同時生產著多種型號的柴油機缸蓋，在此之前的NC程序采用文件管理方式。程序的命名方法為：NC主程序文件名用四位數(shù)字（零件型號（兩位數(shù)字）+工序號（兩位數(shù)字））；子程序文件名也用四位數(shù)字（工序號+子程序序號）。例如型號為WX4102的缸蓋第六序加工程序名為4106，該序中的子程序依次命名為601、602...。由于存在多種四缸缸蓋零件，它們的加工工藝有相當大的相似性，因此存在多個4106、4107...的加工程序，容易在生產中造成混淆。

新系統(tǒng)中提供的命名規(guī)則為：零件名（號）+工序號+[子程序號]。因此對應的程序名為WX4102-06、子程序名為WX4102-06-01、WX4102-06-02...。各柴油機廠的缸蓋零件均有自己獨有的命名和編號，以其零件名（號）命名的加工程序將與特定的工序內容唯一對應。實際使用時只要輸入零件名，數(shù)據(jù)庫中所有與該零件相關的加工程序就能立即列出（如圖4）。

（2）實現(xiàn)了程序流程管理 JCS車間信息集成技術提供了嚴格的程序管理流程，并將所有NC程序進行數(shù)據(jù)庫管理，使技術人員可以輕松地管理數(shù)量繁多、版本不同的各種NC程序。數(shù)控程序在整個生命周期中可被分為編輯、試切、鎖定和定型四個狀態(tài)，其管理流程如圖5所示。通過賦予使用者不同的權限，使程序管理更加安全、高效。 生產線數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡JCS-DNC 一、在數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡中交換的數(shù)據(jù)種類 生產與管理活動需要在管理系統(tǒng)各子系統(tǒng)間、以及管理系統(tǒng)與加工系統(tǒng)間進行下列數(shù)據(jù)的交換：加工程序/刀補文件、工況信息（機床狀態(tài)）、程序信息、作業(yè)安排和刀具準備等。各子系統(tǒng)間通過局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；管理系統(tǒng)與加工系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換通過JCS-DNC網(wǎng)絡實現(xiàn)。 二、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡的JCS-DNC結構 生產線上使用的設備大部分采用FANUC OiMC數(shù)控系統(tǒng)、部分設備采用FANUC18i MB5系統(tǒng)。構建網(wǎng)絡時，對于OiMC系統(tǒng)的機床通過串口服務器（串口轉以太網(wǎng)設備，如MOXA的CN251016、Nport5110等）接入以太網(wǎng)，18iMB系統(tǒng)的機床直接接入以太網(wǎng)，并由一臺DNC服務器（微機）管理（見圖1）。 三、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡的特點 （1）覆蓋所有通訊協(xié)議 JCS-DNC可以實現(xiàn)具有RS232/422、TCP/IP、Wireless等協(xié)議接口的數(shù)控設備聯(lián)網(wǎng)，在構建數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡時具有廣泛的適應性。 （2）能夠實現(xiàn)多種工況數(shù)據(jù)的采集 JCS-DNC采用的數(shù)據(jù)采集方法包括：數(shù)控宏程序功能的應用、工況信息程序、系統(tǒng)DNC功能（FANUC Ethernet）的應用和使用工況數(shù)據(jù)采集器等手段。

對于計算機不能主動獲取工況信息的機床設備，通常采用數(shù)控宏程序功能和工況信息程序來采集工況信息（如圖6）。這時工況信息由機床側主動發(fā)送到DNC主機。 對于具有DNC接口的數(shù)控系統(tǒng)，采用FANUC公司的FOCAS1開發(fā)的機床狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)JCS-Ethernet，可以實現(xiàn)更多的機床狀態(tài)信息的采集。與前述數(shù)據(jù)采集方式不同之處在于，計算機除了可以主動獲得各種加工信息，包括機床坐標、系統(tǒng)程序目錄、運行狀態(tài)以及參數(shù)、刀具壽命、報警信息和操作履歷等，還可以遠程控制該機床。

工況數(shù)據(jù)采集器MDNC05（圖7）是一種安裝在機床上的具有全字符鍵盤和液晶顯示的現(xiàn)場數(shù)據(jù)終端，實現(xiàn)生產現(xiàn)場工況數(shù)據(jù)的手動采集與匯報。操作簡便，適用于所有的數(shù)控設備和非數(shù)控設備。它可以手動采集和匯報生產現(xiàn)場數(shù)據(jù)（99種自定義功能，可以根據(jù)需要自行約定）：當前加工零件號、設備狀態(tài)（加工中、空閑、故障）、刀具準備情況、質量檢查結果、任務完成情況等。 四、機床狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)JCS-Ethernet 生產線上的一臺800X800的臥式加工中心布置在該廠的模具工段，平時用作模具加工，當生產線用于六缸缸蓋加工時，為平衡節(jié)拍的需要也將參與缸蓋的生產。該機床配置了FANUC18iMB5系統(tǒng)，因此通過以太網(wǎng)直接聯(lián)入JCS-DNC數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡，可以采用FTP方式存取加工程序。因其具有以太網(wǎng)接口功能，所以在此系統(tǒng)中采用了JCS-Ethernet(V4.0)機床狀態(tài)監(jiān)控軟件獲取機床的完整狀態(tài)數(shù)據(jù)，以獲得更豐富的生產監(jiān)控信息。系統(tǒng)主界面如圖8所示。

JCS-Ethernet（4.0）是針對采用FANUC i系列具有以太網(wǎng)功能數(shù)控系統(tǒng)的加工設備聯(lián)網(wǎng)而開發(fā)的機床狀態(tài)監(jiān)控軟件。該軟件具有設備布局、作業(yè)管理、狀態(tài)監(jiān)控和效率統(tǒng)計等模塊，因此可以在全部采用FANUC i系列數(shù)控系統(tǒng)的生產線或機群中使用。 五、生產線用刀具管理子系統(tǒng)JCS-TOOL 在該缸蓋線上配備了JCS TOOL刀具管理與準備子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)的主要功能模塊有：基本刀具數(shù)據(jù)庫、零件工藝管理、刀具準備任務查詢、刀具準備（配置）、刀具存儲和刀具查詢等功能?？梢詾楣に嚾藛T提供庫存/在線刀具的查詢功能，及時正確地準備出生產中所需要的刀具。該系統(tǒng)具有多庫房管理功能可以實現(xiàn)全廠使用的刀具、甚至包括工夾量具的集中管理。

六、生產線作業(yè)管理子系統(tǒng)JCS-SFC JCS-SFC系統(tǒng)針對生產線產品的生產特點，以產品或零件的工藝路線為主導，綜合考慮刀卡具準備情況和設備/人力資源能力，自動完成任務下發(fā)。該子系統(tǒng)的主要功能模塊有：零件工藝管理、任務管理、效率統(tǒng)計、故障統(tǒng)計、生產進度統(tǒng)計、機床設備管理和歷史記錄等。 JCS-SFC與JCS-DNC和JCS-Ethernet采用標準的數(shù)據(jù)接口，可以實時跟蹤生產進行各種數(shù)據(jù)的匯總，并可生成形式多變的各種報表，滿足生產管理各個階段的需求。生產線運行時自動采集機床的加工時間和加工數(shù)量等工況信息，并以此為依據(jù)，通過效率統(tǒng)計模塊來統(tǒng)計機床的利用率和生產進度完成情況，生成各種圖表、報表，如圖9和圖10所示。 七、生產線終端顯示查詢子系統(tǒng)JCS-Supervision 生產線動態(tài)顯示查詢子系統(tǒng)JCS-Supervision是生產線管理系統(tǒng)中的總體信息監(jiān)控模塊，可以實時、形象地反映生產線中的設備狀況和生產狀況。使用者可以隨時查看各加工設備的運行狀態(tài)和操作記錄等動態(tài)信息。實際應用中此模塊可以安裝于管理部門，也可以放在生產線上作為生產線終端系統(tǒng)來使用。

結論 在缸蓋生產線上實施的生產線管理系統(tǒng)，較全面地應用了JCS車間信息集成技術。對生產中使用的加工程序進行了程序命名規(guī)則的約定，建立起程序數(shù)據(jù)庫和程序流程管理制度，規(guī)范了程序的管理；通過生產線數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡的建立實現(xiàn)了生產線管理系統(tǒng)各子系統(tǒng)間、以及與加工設備的數(shù)據(jù)交換與集成。各子系統(tǒng)的應用使得生產線在換產品變批量生產時縮短了生產準備時間、減少了生產統(tǒng)計時間、提高了管理的效率。圖11為應用JCS車間信息集成管理技術的天長缸蓋有限公司的生產車間。