中国汽车工业工程有限公司天津300113
摘要：在分析了传统的布局规划以及其所面临的挑战的基础上，提出了基于数字化工厂技术的一种三维布局验证方法，并具体介绍了汽车制造企业的实际应用。
关键词：三维数字化技术；数字化工厂；应用
引言
随着企业数字化制造平台的构建，生产管理效率不断提高，但与产品的生产层的信息化整合程度很低，很难与上层管理系统进行信息流的实时响应。通过数字化工厂技术对企业上层的计划管理系统、中间层的制造执行系统以及底层的工业控制系统进行结合，实现企业信息流的实时化，能及时、准确的监控整个企业的生产过程，在企业的生产运营、供应链管理、品质控制等方面具有重要意义。
1系统设计
１.１总体结构设计
系统采用基于Ｃ／Ｓ与Ｂ／Ｓ混合结构的多层分布式信息平台，由于Ｂ／Ｓ结构具有便捷灵活的特点，在面向上层计划管理的ＥＲＰ层主要采用Ｂ／Ｓ结构模式，同时Ｂ／Ｓ结构还可以使大规模ＥＲＰ系统中的数据库和应用程序组件分布在不同的服务器上运行，使系统更合理、更灵活、更具扩展性。由于Ｃ／Ｓ结构具有交互性、安全性、响应迅速及数据传输速率高等方面的优点，因此在面向生产层的ＭＥＳ系统、ＡＮＤＯＮ系统主要采用Ｃ／Ｓ结构。在网络架构上，采用工业以太网进行通信。服务器、工位ＰＣ、ＰＬＣ通过工业以太网连接，ＭＥＳ系统与ＡＮＤＯＮ系统通过ＯＰＣＳｅｒｖｅｒ与底层设备进行信息的交互，实现数据采集，信号传递等功能。
１.２系统功能设计
数字化工厂软件系统主要包括ＥＲＰ管理模块、ＭＥＳ制造执行系统模块以及ＡＮＤＯＮ系统。ＥＲＰ管理模块会将订单自动下达给ＭＥＳ系统，ＭＥＳ系统在生产线进行质量数据采集等工作后，将采集到的信息反馈给ＥＲＰ系统，同时ＭＥＳ系统将物料信息反馈给ＡＮＤＯＮ系统，ＡＮＤＯＮ系统做出实时响应，进行动态补料。
１.３系统流程设计
数字化工厂软件系统，以ＥＲＰ系统的订单模块为起点，通过订单的下达将要生产产品的工艺路线、物料清单信息自动下发给ＭＥＳ系统，由ＭＥＳ系统进行指导生产。ＭＥＳ系统在制造产品的在产线上，进行质量数据采集与控制、生产状态监控、物料扫描验证以及条码打印等操作。ＭＥＳ系统采集的质量数据与设备状态信息，通过以太网传到数据库服务器，ＥＲＰ系统可以实时对生产线上的质量数据进行查看、分析。对于工位的物料需求、报警呼叫，ＭＥＳ系统可以将这些信息实时反馈给ＡＮＤＯＮ系统，由ＡＮＤＯＮ系统进行缺料呼叫和大屏幕动态显示等操作。
2系统功能实现
２.１ＥＲＰ管理模块
ＥＲＰ模块可以对订单进行管理，确定投产的订单可以直接被ＭＥＳ系统接收并自动安排生产，替代人工排产，简化生产流程，缩短生产周期，提高生产效率。ＭＥＳ系统采集的质量数据和设备工作信息也可以在ＥＲＰ系统中进行查询与分析。通过质量数据查询界面，可以查看各个工位的质量数据信息，在查询质量数据时可以添加查询条件，如时间区间、是否合格、机型等。在质量数据分析模块，可以将质量数据以Ｃｈａｒｔ图表的形式进行分析，可以查看质量数据的正态分布图、直方图、均值极差图以及工序能力等。通过实时的查询，公司管理人员可以随时掌握现场生产信息。通过对设备生产信息进行分析，可以计算设备的利用率和设备报警频率。
２.２ＭＥＳ制造执行系统模块
ＭＥＳ制造执行系统是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统，在数字化工厂系统中起到桥梁作用，是系统运行的核心。在ＭＥＳ软件系统中，可以下达生产订单，制定生产计划，产生工艺路线；通过扫描枪扫描物料条码对物料进行验证与追踪；通过ＯＰＣＳｅｒｖｅｒ与ＰＬＣ进行通讯，采集质量数据和设备运行信息，同时将信息实时传输到数据库服务器。设备的运行信息可以通过ＭＥＳ监控系统画面进行分析，显示整个生产线的运行状态。
２.３ＡＮＤＯＮ系统模块
ＡＮＤＯＮ系统是一种可视化的管理工具，让管理人员一眼就能看出现场工作的运转状况，并且在任何异常状况发生时产生报警信号。ＭＥＳ系统在设备运行时，会将生产线工件信息、设备报警信息、物料需求信息传递给ＡＮＤＯＮ系统，ＡＮＤＯＮ系统以声音和大屏幕的方式将这些信息及时发布，同时ＡＮＤＯＮ系统会产生物料需求单，物料部门可以随时得知现场物料情况，做到物料的及时配送。
3汽车制造企业实例
利用数字化工厂技术，能够理解具体工厂布局配置中的实际工作流程和原材料流程。通过这种方法，可用交互方式分析多个制造流程和布局方案，从而为明智决策提供情报基础。这里以某汽车制造企业的新车型车身工艺车间的规划为例，介绍如何利用数字化工厂技术来进行合理的布局规划。根据已有数据资料，利用数字化工厂软件进行虚拟三维工厂设计和建模，3D-CAD软件工具Mi-croStation和TriCADMS提供了厂房建筑和内部设施和输送系统3D建模的全部工具。车身工艺设备的3D模型通过UGS的JTOPEN接口导入到Navisworks软件。通过Navisworks来集成土建（包括内部设施）、输送和车身工艺设备的3D数字模型，形成集成的车间三维整体模型。借助Navisworks，在施工前执行详细的干涉分析和干涉检查，避免施工时发生干涉等问题，造成不必要的浪费。在实际案例中，厂房土建部分由于各种类型管道的尺寸标高不一致，存在相互干涉的问题，先布置工艺设备再放置钢平台等输送线，也会发生工艺线直接穿过钢平台的情况。在详细查看完干涉之后，需要分析干涉的原因，再返回到MicroSta-tion环境下相应位置修改，导出的干涉列表和内容可以作为交流或者是导入到MicroStation环境下做修改的依据。该模型还可以进行车间的飞行浏览，以及检查设备安装和维护时的潜在干涉，保证整个车间的布局设计能够符合逻辑上和实际的可行性。通过不断跟踪3D数字化厂房的设计更改和干涉分析，进行工厂基础建设的干涉仿真检验，最终完全消除干涉，并且进行工厂的集成检查和展示。应用数字化工厂技术于该汽车制造企业，提高了规划的准确性、缩短了规划和实现的时间，降低了开发成本。数字化工厂技术最终实现的并不仅仅是在虚拟空间中对工厂进行模拟，看到三维立体的图像，更重要的是：在那里，公司的外部和集团公司内部的合作伙伴经常在特定的网络空间里利用三维CAD模型进行讨论，协调相互之间的工作；一些小的细节在动工建厂之前都进行了协调，避免了设计规划中的失误为项目工程带来的经济损失，因而可在工程规划阶段就对整个项目的各个细节进行检验和评估。
结语
汽车制造企业要增强创新能力，就离不开工厂布局、工艺规划和生产管理的数字化，而国内越来越多的汽车制造企业已经开始关注并利用数字化工厂技术。文中涉及到布局规划前期的工厂建设和生产过程的分析，在后续的工作中还需要完成产品制造的成本分析和产品制造周期分析等。当然，实施数字化制造是一项复杂的系统工程，投资巨大，还需要借鉴国外的成功经验，采取一种适合我国国情的实施模式。相信在未来的若干年，数字化工厂技术必将在国内更多汽车制造企业中开花结果，并实现其应用价值。
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