机加工工艺规划数字化转型怎么走？

作为数字化转型实践的先行兵，汽车制造业一直处于智能制造的前沿。《“十四五”智能制造发展规划》中提出，到2035年要实现70%的规模以上制造企业数字化网格化，建成500个以上引领行业发展的智能制造示范工厂。

上汽通用汽车有限公司动力总成工程部数字化工艺工程师练嘉辉

在企业内部，原有的工作效率、数据一致性、开发周期、验证投入都存在很大的改善空间。7月13日，由荣格工业传媒、上海市机械工程学会、广东省机械工程学会联合举办，广东省机械工程学会机器人与智能制造分会协办的2023数字化转型与先进制造技术论坛在广州举办。在会议上，上汽通用汽车有限公司动力总成工程部数字化工艺工程师练嘉辉做题为《机加工工艺规划的数字化转型实践探索及展望》，详细分享了上汽通用机加工数字化转型的最新进展。

据练嘉辉介绍，事实上，从2016年开始，围绕着“数字化”、“网联化”和“智能化”三大战略，上汽通用即开始了带有上汽特色的数字化转型之路。

首先，数字化的目标是搭建数字的环境，获取各类基础数据，例如车间看板和机床数据，实现数字化制造；智能化即利用算法、模型和各类闭环数据，实现智能应用；网联化则是打通业务链的数据传输，实现互联互通，集成业务数据进行价值挖掘。

在介绍数字化转型之前，练嘉辉先简单介绍了上汽通用的全球驱动系统开发流程（GPDP），从项目启动到大批量生产，中间有很多节点，通过这些节点的管理，上汽通用实现了按时按需高质量交付驱动系统相关产品。

在上汽通用，项目实施流程一般分为以下几个阶段：方案研究、概念设计、图纸审批、工艺文件编制、工艺规划、技术澄清、标书准备、现场问题解决、工艺方案完善、同步工程和现场终验收等。全增值链业务过程大约包含8847个工作小时，其中存在数字化改进机会的占比约50%。在这50%的内容里，上汽通用已对其中的3/4开展数字化改造。在原有的项目流程中一个执行团队从头跟到尾，新的数字化业务模式则把前期规划部分划分给数字化工艺规划团队。这部分工作耗时耗力，因此成为数字化改造的首要目标。在详细设计阶段，工艺方案、刀具设计这些文件会交付到项目执行团队，这样就节省了一部分的人力资源。

产品图纸→MDS工艺数字化系统→工艺方案→工艺仿真优化→工艺信息文件→实际机床生产线，这样构成了上汽通用数字化业务流程的架构。结合数字孪生技术，实现三维工艺设计平台与现场的信息同步，最终实现工艺规划的快速动态优化。

练嘉辉重点介绍了上汽通用MDS工艺数字化系统。该系统由5个模块组成：产品三维标注、特征信息提取、加工工艺推演、加工工艺编排和工艺文件输出。从具体的技术路径来看，首先是输入产品图纸做产品的三维标注，在产品的三维数模上标注尺寸。上汽通用也开发了专门的工具，可以快速地识别加工工件的特征信息，包括尺寸和行为公差等等。

在特征信息出来后，工程师会利用AI算法调用加工方法经验库里的数据对每一个特征进行匹配，在进行加工编排后输出为待加工工步，之后，跟随机床的信息工艺规范，一起输入工艺编排模块，AI算法会根据这些数据优化和推演，计算出最优解，比如说怎样安排刀具才能让费用最小化？怎样安排才能让整个产线节拍最短最均衡？还有哪些特征可以合并加工？最终一个完整的工艺文档将被放在工程师的案头。

工艺仿真优化，它由虚拟机床、CAM和自动编程三部分组成。首先需要将机床数模和运动关系搭建好，输入标准程序参数，得到虚拟机床。把MDS输出的工艺方案、产品数模和刀具数模输入到CAM，经过后处理生成可执行的程序，把可执行程序输入虚拟机床中进行加工仿真，然后寻找问题，不断优化迭代，得到最终程序，这时候程序的完善程度就很高了。

工艺优化仿真的优势在于可以在早期就实现比较精确的节拍计算，提前识别加工问题和风险，提高调试和验收的效率。越早发现这些问题纠错成本就越低，就越能为数字孪生打下好的基础。练嘉辉说，上汽通用也正在尝试着将机床信号也连接起来，实现虚实同步，便于加工状态的监控、刀具寿命预测以及预防性维护。VR工厂也在搭建中，实现产线级和工厂级的仿真动作模拟。

此外，对于整个数字化业务架构而言，工艺优化仿真的价值还在于它可以反哺刀具夹具、设备、工艺编排、MDS数字化工艺平台，也可以反馈给产品设计，实现产品设计和工艺设计的联动。

最后，练嘉辉也提到，在数字化转型的过程中，上汽通用也在人员、信息、工具和执行方面做了很多努力。“比如在人员方面，我们经常会遇到人力不足，其他项目需要人，那么这时候我们也做了很多协调的工作，比如成立一些专项的团队，或者寻找外部资源，为我们的人员进行能力的培训和提升。”

“在信息工具方面，我们发现，有时现有软件并不能满足我们的需求，这时候，我们就会进行内部二次开发，或者找到供应商一起开发。”

除了MDS数字化工艺平台和工艺仿真优化相结合的路线，上汽通用的其他数字化改造也在进行中。以工信部的《智能制造能力成熟度模型》（GB/T 39116-2020）为蓝本，上汽通用也提出了自己的机加工数字化工艺设计的能力成熟度。“2018-2021年，我们搭建数字化设计环境，这是数字化的1.0版本，2022-2023年，基于三维模型的过程仿真及迭代优化知识应用决策、工艺设计与制造协同，这是数字化2.0，到2025年，我们希望最终实现工艺设计的动态优化，并在上汽通用的所有车间普及。”展望未来，练嘉辉掷地有声地说道。

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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