面向航空零备件数字化制造的DNC集成模式探讨

赵倩

[摘    要] 随着航空装备零备件制造任务的日益增加，围绕航空装备零备件制造运营过程，基于其多品种、小批量、高质又高量的运营特点，建立覆盖零备件制造全过程的数字化信息平台，实现人、设备和数据之间的全方位协同，显著提升业务流程运行效率和资源配置有效性，是提高航空装备零备件制造保障能力的有效手段。文章针对零备件制造信息平台建设过程中，涉及的DNC、CAPP、MES等信息系统集成模式进行了分析探讨。对类似制造行业关于零备件制造信息平台建设具有借鉴和参考意义。

[关键词] 零备件制造;信息平台;DNC;CAPP;MES;集成模式

0      引    言

航空装备零备件制造具有多品种、小批量、高质又高量的业务运营特征，基于该业务特征建立的零备件数字化制造信息平台，不仅需要业务层面覆盖零备件制造全过程，同时也需要通过零备件制造信息平台的构建与应用，连接零备件制造过程中的核心要素：人、设备以及推动业务运营过程的数据，并结合数据的利用与分析，提升制造业务流程的运行效率和资源的有效性，持续保障航空装备零备件制造核心竞争力。DNC系统在零备件数字化制造信息平台中，承担着制造过程中MES、CAPP与生产现场的底层数控设备、加工中心之间的通信交互责任，是零备件数字化制造信息平台与加工设备之间的桥梁。在一定的业务运营场景中，如何搭建这一沟通桥梁，且确保零备件制造过程顺畅、高效，是本文重点分析探讨的内容。

1      航空装备零备件制造信息平台框架

零备件数字化制造平台主要包含CAPP（计算机辅助工艺规划）、MES（制造执行系统）和DNC/MDC（分布式数控/制造数据采集和状态管理）三大子系统。

CAPP子系统从上游PLM系统接收零备件物料数据的新增或变更，确保设计物料的单一数据源。管理零备件制造工艺的结构化编制和在线审签，并与MES子系统集成，将工艺路线、工艺资源需求等信息推送给MES子系统。与DNC子系统集成，推送物料、下达NC编制任务。MES子系统接收ERP系统下达的制造订单后，自动驱动工艺准备、材料准备、工时定额等生产准备活动，然后基于订单优先级、资源匹配度等业务规则进行自动排产，生成工序级作业计划，下达到各个工作中心，并与DNC子系统集成，通知对应设备下载加工代码。现场作业人员和检验人员通过无纸化终端，接收作业指令、查询工艺信息、反馈作业进度和检验结果、提交异常问题。调度和管理人员可通过系统实时掌控进度、质量、资源使用等数据和信息。DNC子系统建立了面向零备件制造生产现场的设备网络平台，实现了生产现场现有数控加工设备联网，对设备基本运行状态信息进行采集与展现，为优化产能和后续的设备选型提供数据支撑。零备件数字化制造平台框架如图1所示。

2      DNC与CAPP、MES集成模式

2.1   DNC、CAPP、MES系统的管理对象

基于上述航空零备件数字化制造信息平台框架，零备件制造过程中的零备件设计信息统一纳入PLM系统管控，包括创建与更改过程。工艺路线既是零备件设计与零备件制造之间的纽带，也是指导零备件数字化制造的技术依据。以工艺路线为基础，派生出的数控程序操作指导书，建立了工艺路线与NC程序之间的关联。工艺路线、数控程序操作指导书、前置程序统一纳入CAPP系统管控，包括设计、评审、发布与更改过程。DNC系统主要以产品树、设备树、文档树为组织形式，管控生产现场设备、NC程序的评审、发布、更改以及NC程序编程任务的接收、执行与派发过程，打通了零备件设计、零备件制造依据与生产现场加工制造的连接。MES系统通过管控零备件制造订单的接收、生产准备与执行监控过程，使得零备件数字化制造信息系统整体联动，高效有序地服务于零备件数字化制造业务运营过程。

2.2   DNC与CAPP、MES的集成模式

2.2.1   DNC与CAPP的集成模式

航空零备件数字化制造信息平台中，DNC与CAPP之间的集成内容主要包括物料（主要指零备件制造过程中涉及的产品、零件、标准件等）、已发布工艺属性、NC编制任务、已发布NC代码属性。

CAPP系统中工艺首次或因变更产生了新版工艺发布，一是将与该工艺关联的物料信息推送至DNC系统的产品树;二是通过读取工艺中的设备组（即工作中心）信息，下发NC编制任务。CAPP系统向DNC系统推送的物料信息，既有物料设计属性，也有与之关联的工艺属性（工艺编号、工艺版本、工序号、设备组）。NC编制任务的下发则是按照预先设置的规则（即明确需要编制NC代码的设备组）判断是否需要编制NC代码，当判断结果为“是”时，CAPP系统向NC代码编制负责人/角色下达编制任务。编制任务体现工艺编号、工序号，以便任务执行人清楚任务来源。编制执行人收到任务后，自行依据工艺内容等信息，在CAPP系统编制、评审、发布操作指导书、前置程序。操作指导书、前置程序的编号规则为：工艺编号+工序号。

数控程序操作指导书、前置程序的验证环节，NC编制任务执行人将编制好的NC代码提交至DNC系统产品树的对应物料节点进行评审，同时维护对应属性信息（例如：工艺编号、工艺版本、工序号、设备组），NC代码在DNC系统发布时，触发将发布状态的NC代码信息推送给CAPP系统。此时验证环节执行人在数控程序操作指导书中进行NC程序、子程序名称与版本的选择。

数控程序操作指导书、前置程序、NC代码的变更来源有两种：第一种是新版工艺发布引起的变更，第二种是编制人员直接发起的变更。无论何种来源，均在CAPP系统中进行变更执行。操作指导书、前置程序、NC代码的版本始终同步。

2.2.2   DNC与MES的集成模式

航空零备件数字化制造信息平台中，DNC与MES系统之间的集成内容主要包括需数控加工制造的生产指令、NC程序、设备状态、设备维护保养信息。

MES系统排产结束后，将需要数控加工制造任务号、物料图号、物料版本、工艺编号、工艺版本、工序号、设备组（工作中心）、设备编号传递给DNC系统，DNC系统依据上述信息，将产品树中符合条件（零件图号、零件版本、工艺编号、工艺版本、工序号、设备组、设备编号）的NC程序指派给指定（设备类型、设备编号）的设备。操作者按照数控程序操作指导说明书中程序名、程序版本，将程序下载到设备进行制造加工。其中，在NC程序提交评审时，在其属性中维护工艺信息、适用设备信息。

生产任务执行的过程中，DNC系统获取MES系统中设备当前的生产任务，并在DNC系统的设备布局图上显示，而MES系统通过集成获取DNC系统提供的设备状态、设备维护信息，不仅用于生产计劃排产，而且结合加工设备调用的加工代码名称和代码内部的描述信息，定位跟踪生产项目进度，是对生产任务执行情况的一个真实反馈。为全面掌控整个生产现场运作情况、异常问题处理、管理决策提供依据。

3      结    语

面向航空零备件数字化制造的信息平台，以信息技术与制造业务深度融合为主线，将数字化、网络化、自动化技术应用于航空零备件制造的关键过程。既为未来零备件制造的转型升级奠定了基础，也是走近智能制造的一次探索。基于这一建设目标，平台建设过程中，寻求合理优化的综合建设思路，将涉及的软件、硬件、网络通信技术等进行集成，使平台建设成本可控，整体运行顺畅、高效，具备良好的可扩展性和可维护性是关键所在。DNC系统与CAPP、MES系统的集成只是该平台众多集成中的一个代表，在实现集成的过程中，需要将信息技术、业务运营模式、信息系统功能、业务与信息系统数据等进行充分整合优化，使其在相互关联、统一的信息平台中进行共享、互动，最终借助信息平台，管控、知晓业务的运营情况和趋势，从而为航空零备件制造更加科学、高效的运营和管理提供指导。