基于模具制造业的数控车间管理系统开发及应用

段彩云++周兴蒽

摘 要：文章结合当前模具企业车间管理需求，开发一套基于模具制造业的数控车间管理系统MES，以解决模具制造企业的模具生产管理问题。本系统分为三大模块：数控程序工艺管理模块，数控程序智能DNC模块、数控系统分析管理模块。通过系统的运行，减轻了车间管理人员的工作量，完善了车间生产管理的功能，提高了生产管理的实时性和准确性，使车间管理更加高效。

关键词：模具制造；数控车间管理系；MES

引言

为进一步推动山东工业快速发展，《山东省国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中明确提出，全面落实“中国制造 2025”国家发展战略，推动生产方式向柔性、智能、精细转变，打造拥有自主知识产权、精工制造水平和较高市场美誉度的山东品牌，建成全国重要的先进制造业基地。目前，机械制造业特别是模具行业面临着更加激烈的市场竞争。企业为求生存和发展，不断采用新技术，提高产品质量和生产管理水平。许多大中型企业已分批、分阶段引进数控机床，形成数控工段或车间。如何充分发挥这些高柔性、高效率、高精度数控设备的优势，是企业管理者们面临的重要问题之一。

多年来模具制造企业的生产管理一直困扰着企业。模具加工的复杂性和多样性，使得从编程到加工之间的管理更加复杂和不易。如何管理好这个影响着整个模具制造业发展的瓶颈，传统的管理手段已经無法适应现代模具制造企业的要求。为了适应制造业信息化发展的需要，解决模具制造数控车间管理上的难题，本课题组结合多年模具数控管理方面的知识经验，开发了一套基于模具制造业的数控车间管理系统，以解决模具制造企业的难题。

制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）与企业其他信息系统（如CAPP、ERP等）一起能够通过合理的生产计划、完善及时的配套以及严格的过程管理来缩短生产准备时间，提高产品质量，从而提升数控机床的使用效率，因此车间层的生产管理与信息资源集成是企业生产系统中的重要一环。

1 MES数控车间管理系统整体架构

通过对模具产品加工整个过程进行调研和分析，可将其划分为产品设计、工艺编制、数控程序编制、产品加工、质量检测、过程统计与分析等几个环节。传统的车间现场管理形式是订单确定后以现场调度、现场检查等形式，这种管理方式具有效率较低、信息传递实时性差、文件保存和查找不方便等问题。针对模具数控加工车间存在的问题与缺陷，通过构建加工车间控制网络来实现车间数控机床的集中控制管理以及数据的分析与检测，最终实现了数控车间管理工艺参数统一化、加工现场可视化、数据统计规范化。

通过网络化的管理，从产品工艺的制定、程序生成、DNC通讯、数据的收集整理全部实现了统一管理，大大提高了加工效率，数控车间网络控制管理如图1所示。

为此，我们将模具数控车间现场加工各环节形成功能模块， 设计了MES数控车间管理系统，主要包含三大模块：数控程序工艺管理模块、数控程序智能DNC模块、数控系统分析管理模块。

1.1 数控程序工艺管理模块

数控程序工艺管理模块主要用于改变长期以来手工书写程序单的模式。通过自动分析CNC加工程序，将CNC程序中的参数信息自动填写到表格中，从而避免了手工书写程序单、效率低、不规范、容易出错、不宜长期保存等弊端。开放的模版设置、适合各CAM后处理格式，并满足企业的个性化要求。可提供CNC程序备份管理功能，能够方便地将CNC程序及相关的工艺图片资料发布到程序服务器上，使加工数据得到了统一的管理。

1.2 数控程序智能DNC模块

数控程序智能DNC模块是实现工艺卡程序单管理无纸化的解决方案。可提供网络下载功能，轻松下载服务器上的CNC加工程序、工艺卡、程序单等相关加工数据。在表格上直接选择程序与机床做DNC程序通讯加工，则操作者可直观地看到正在通讯的各项加工参数。整个通讯过程会及时地反馈到局域网服务器上，为本系统提供了实时的机床状况及历史加工数据。

1.3 数控系统分析管理模块

在数控程序工艺管理模块与数控程序智能DNC模块的数据支持上，利用企业局域网络，建立起来的基于web方式的监控数控机床方式，更加方便管理人员对数控机床的全面管理。通过对数控机床通讯过程的数据采集，真实地反映了在数控机床的工作状态。

2 数控车间管理系统运行

2.1 工艺管理

具有编辑、调取工艺卡及程序的功能，数控程序工艺管理模块可改变传统的操作方式，使操作更加简单。在软件中新建表格，读入CAM后处理的NC程序，程序名称可自动填写到对应表格中。系统自动分析G代码中的信息，将这些信息自动填入到表格中，无须干预。填写出的加工参数便于真实地反映出程序的加工参数，同样也帮助编程员校核程序。同时工艺卡图形区域具有插入图片、兼容通用图片格式，按照图框区域自动适应大小、居中图片翻白、抓图功能，图片插入文本、图形、尺寸标注、箭头、图框等。同时软件可搜索出来丰富的工艺信息包括：文件名称、刀具参数、加工余量、切削速度、主轴转速、Z向切深、加工时间、XY的加工范围、开放的模版设置等。

2.2 智能DNC

机床操作员可直接在程序单界面操作程序，做DNC通讯、可以进行单段程序的DNC通讯或任意选择多段程序进行DNC通讯。DNC通讯适合大多数控制系统以及R232串口的DNC通讯方式。本系统具有专业的通讯界面，通讯端口的设置，当前程序的坐标值、进度条、时间状态等参数，操作员可实时了解程序通讯状态。通讯现场日志文件，帮助分析整个零件的加工过程，分析事故原因和责任，并为数控机床的网络管理提供数据管理客户端服务。

对于加工中心程序通讯有独特的管理方式，模具的数控加工和程序的调整是经常的。如果在CAM软件中将刀具轨迹合并输出一个大的文件，无论在调整和管理上都不方便，本系统可以解决这方面的问题，程序还是依照传统的单段程序进行后处理，数控程序智能DNC模块可以直接选择多段程序与机床进行DNC通讯，通讯过程还可以选择单段程序传输完毕暂停和连续传送的方式。

2.3 数据分析管理

实现数控车间加工信息的监管及决策，在软件运行时将車间加工的详细资料信息数据传送到服务器进行监管及分析；当网络不通或服务器没有正常运行时，通讯系统将把相应数据暂存储到机床通讯电脑的相应数据库中。一旦服务器可以连通，系统将把未能传送到服务器的数据从本机传送到服务器的数据库中，保证整个车间统计数据的有效性。

（1）实时监控

本设计MES可以在企业内部任何一台局域网电脑通过身份验证进入系统。可以监控到系统指定的NC机床的实时生产情况：包括每台机床实时的加工状态、每台机床当前的操作人员是谁、每台机床的当前加工的是哪个零件、当前加工零件的编程人员是谁、每台机床当前的加工零件的理论应用工时是多少等。在实时监控时，可以设置页面是否自动刷新及刷新周期或手工刷新，并将机床不同的状态以不同的颜色区分开。

（2）统计分析

统计分析功能可对所有机床的加工数据信息进行综合的统计，包括：每台机床在一段时间内的总的实际加工时间、停工时间、闲置时间、准备时间、利用率、加工效率等。在时间选择控制上，用户可以自己设定一个时间段，或直接应用系统的某年、某月、某周、某日等功能直接察看相应时间段的数据。在机床的选择上，用户可以选择全部机床或只选择一台机床。系统会根据用户选择产生的数据产生相应的汇总报表，并以饼图及图列说明非常直接地显示给用户，供用户查看。

（3）数据查询

数据查询功能主要是对加工数据信息进行查询，在服务器数据库中记录着每台机床的所有加工日志数据信息。通过它，管理人员可以查看每台机床的历史加工情况的详细信息。

3 数控车间管理系统应用

本设计MES开发的数控车间管理系统在海尔模具、屹丰模具等数控车间中得到了应用。在使用数控车间管理系统之前，产品主要以注塑模和冲压模为主。产品存在多样性，结构复杂、精度要求高等特点。日常生产任务较重，特别是在产品销售旺季，更需要生产车间能够保证生产效率。因此目前的车间管理方式明显落后于企业生产的需求，主要存在以下问题：车间资源管理不规范，导致生产准备时间长，生产效率低下；数控加工程序运行效率不稳定，人为因素较多，特别是夜班生产，机床进给率成倍下降，停机停工现象普遍；企业在管理上没有手段和数据说明问题，只有盲目地增加设备和人员，无形地增加了企业的生产成本，减弱了竞争力，长时间的发展最终要被管理完善、成本低、效率高的企业所淘汰。

针对上述企业存在的问题，本文设计了数控车间管理系统MES，规范了企业工艺及编程部门在统一系统平台下，实现了程序电子化管理；减少了程序单工艺文件差错，提高了效率和产品的合格率。通过DNC通讯的加工数据采集，生产管理部门每日都可以得到车间内的数控设备的生产效率、机床利用率等重要的管理数据统计，从而更加科学地针对问题加强管理，提高了车间的数字化管理水平和生产效率。

4 结束语

数控车间管理系统MES操作简单、直观、易于理解，通过系统的运行，减轻了车间管理人员的工作量，完善了车间生产管理的功能，提高了生产管理的实时性和准确性，使车间管理更加高效。

参考文献

[1]侯小林.数控车间现场数据采集系统及应用[J].航空制造技术，2012（16）：99-101.

[2]张发平，孙厚芳.数控车间信息集成技术研究[J].计算机集成制造系统，2007（9）：1732-1737.

[3]王黎辉，周宏根，张胜文.数控车间管理控制系统研究与开发[J].机械设计与制造，2006（2）：74-76.

作者简介：段彩云（1979-），女，山东烟台人，副教授，硕士，研究方向：先进制造技术。