基於數字化工廠的車間佈局設計框架

數字化製造是一個整合的製造系統，需要處理大量的資料資訊，這些資料資訊包含產品、工藝和資源((Product Process and Resource, PPR)的資訊。產品資料資訊儲存在產品資料管理系統(PDM)裡，用設計物料清單(EBOM)和工藝物料清單(PBOM)進行管理，EBOM和PBOM分別包含產品結構資訊的樹狀結構。

在設計BOM中，包含很多產品的資訊:產品的結構、工藝、2D/3D模型，設計BOM是設計部門產生的資料，設計人員根據客戶定單或設計要求進行產品設計，生成包括產品名稱、產品結構、明細表、彙總表、產品使用說明書、裝箱清單等資訊;PBOM是指工藝設計部門以EBOM中的資料為依據，制定工藝計劃、劃分工場、工位、工序資訊，詳細設計工藝裝配步驟，更改裝配順序，新增工藝虛擬件，增加工時等資訊，修改後的裝配樹最終生成製造物料清單(MBOM) 。MBOM主要包括產品結構、工藝路線、工時定額、材料定額、裝配工藝、零件工藝及機床和刀具、夾具、模具、量具等工裝方面的資訊。所有的資訊都被包含在一個特殊的資料庫中，PDM, CAPP和裝置資源庫需要的資料都要從這個特殊的庫裡獲取。

基於製造系統複雜的資料結構，並結合數字化工廠軟體，本文設計出基於數字化工廠的車間佈局設計框架(如圖1所示)。在這個車間佈局設計框架中，右邊的車間佈局模擬是指在數字化工廠軟體中實現的虛擬車間佈局，左邊是透過佈局模擬以後形成的車間佈局方案，底層是儲存這些資料的各種資料庫。在進行數字化工廠車間佈局時，首先得構造一個裝置資源庫，裝置資源庫中包含車間佈局的資訊(主要包含裝置3D/2D模型、裝置物理屬性等)。然後，在數字化工廠提供的虛擬環境中藉助裝置的三維和二維模型進行擺放，形成一個初步的虛擬車間佈局，再從PDM和CAPP系統中分別呼叫產品結構資訊(產品的裝配順序以及屬性)和工藝過程資訊(主要包括產品的加工路線)，將這些資訊分別加入到初步形成的虛擬車間佈局中，從而形成一個可以對實際車間加工過程的真實模擬和動態模擬的虛擬車間。

圖1

最後，運用數字化工廠平臺中提供的模擬模擬模組進行模擬分析，發現其中存在的問題，並對虛擬的車間佈局進行最佳化。最佳化的引數主要包括:裝置的擺放位置、裝置的擺放順序以及產品的加工順序等;這些最佳化後的引數根據需要再反饋到MRL、 PDM和CAPP系統，形成車間佈局的最優解決方案。由於車間的佈局方案在真正實施之前己經在虛擬環境中進行模擬、模擬和最佳化。因而車間佈局和工藝過程更具有可靠性和實用性。