智能制造執(zhí)行系統(tǒng)在齒輪箱組裝生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用

田成花，贠俊峰，賈 沛，鄭洪強(qiáng)，顏兵森

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

智能制造執(zhí)行系統(tǒng)在齒輪箱組裝生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用

田成花，贠俊峰，賈 沛，鄭洪強(qiáng)，顏兵森

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

自動(dòng)控制與制造執(zhí)行系統(tǒng)是制造業(yè)自動(dòng)化、信息化、智能化的重要基礎(chǔ)。為推進(jìn)“智能制造”、實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”提供全面支撐，將計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、可編程控制技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、信息管理技術(shù)等應(yīng)用于各種生產(chǎn)線(xiàn)的控制、監(jiān)視和管理，開(kāi)發(fā)研制了齒輪箱組裝生產(chǎn)線(xiàn)智能制造執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)協(xié)助車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn)管理、提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量全程追溯、開(kāi)展智能化轉(zhuǎn)型，開(kāi)創(chuàng)了智能制造的新模式。

智能制造；自動(dòng)化；信息化

0 引言

在制造自動(dòng)化方面，該生產(chǎn)線(xiàn)目前主要依靠人工進(jìn)行裝配，主要使用壓力機(jī)、電動(dòng)扳手、扭力扳手、專(zhuān)用工裝等，各工位基本處于人工或半自動(dòng)化水平。在信息化方面，該生產(chǎn)線(xiàn)目前組裝過(guò)程中的生產(chǎn)、檢測(cè)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，有的是人工錄入系統(tǒng)，或者直接填寫(xiě)質(zhì)量跟蹤卡，有的是由專(zhuān)業(yè)的軟件記錄結(jié)果，但都是單機(jī)版，沒(méi)有相互集成，數(shù)據(jù)分離，不利于進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)計(jì)分析、跟蹤追溯。

本設(shè)計(jì)引入了“智能制造”理念，實(shí)現(xiàn)了信息化、自動(dòng)化、智能化與現(xiàn)場(chǎng)制造過(guò)程的無(wú)縫結(jié)合，極大的提高了工作效率，在智能化制造方面又邁進(jìn)了新的一步。

1 系統(tǒng)目標(biāo)

本系統(tǒng)以精益生產(chǎn)、約束理論為指導(dǎo)，以齒輪箱組裝線(xiàn)的作業(yè)計(jì)劃編制和調(diào)度為核心，綜合集成PLM、ERP、PLC、DNC等系統(tǒng)，建立先進(jìn)、適用的制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)齒輪箱組裝線(xiàn)的有限能力排產(chǎn)、計(jì)劃的下達(dá)和過(guò)程監(jiān)控，車(chē)間在制物料的管理、車(chē)間設(shè)備的運(yùn)維和監(jiān)控，車(chē)間可視化管理，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的“八化”項(xiàng)目目標(biāo)，即質(zhì)量檢測(cè)智能化、產(chǎn)品檔案信息化、設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化、生產(chǎn)過(guò)程透明化、物料流轉(zhuǎn)自動(dòng)化、異常問(wèn)題目視化、裝配工藝信息化、系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)放化，該系統(tǒng)支持工藝控制程序調(diào)整，層層把控產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。1.1 檢測(cè)智能化

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行防錯(cuò)化改造，減少人為錯(cuò)誤，保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性；檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳遞以及電子化的數(shù)據(jù)錄入和保存，自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果不符合要求時(shí)產(chǎn)品禁止流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程做到不生產(chǎn)、不傳遞、不接受不合格品，確保合格產(chǎn)品流入下工序。

1.2 產(chǎn)品檔案信息化

針對(duì)產(chǎn)品建立電子檔案，需包含組裝過(guò)程、關(guān)鍵控制項(xiàng)點(diǎn)、檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)、操作人員、日期等具體內(nèi)容；產(chǎn)品的電子檔案可根據(jù)產(chǎn)品編號(hào)、日期等字段進(jìn)行模糊查詢(xún)，在需要時(shí)可立即讀取導(dǎo)出，形成報(bào)告。同時(shí)對(duì)出現(xiàn)過(guò)質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)品或加工過(guò)程記錄在產(chǎn)品檔案當(dāng)中，形成臺(tái)帳利于后期產(chǎn)品管理與追溯。

1.3 設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化

對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行快速讀取和持續(xù)跟蹤，并能夠?qū)υO(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行智能判斷，保證設(shè)備正常運(yùn)行，同時(shí)將設(shè)備中的產(chǎn)品信息進(jìn)行檢測(cè)，正確產(chǎn)品予以放行。

1.4 生產(chǎn)過(guò)程透明化

通過(guò)智能執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)組裝過(guò)程中的每一個(gè)工步順序及要求進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)在工位進(jìn)行目視化展示；管理人員能夠即時(shí)通過(guò)系統(tǒng)查看整體制造過(guò)程；現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)電子看板等方式展示生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)進(jìn)度、在制品數(shù)量等情況。

1.5 物料流轉(zhuǎn)自動(dòng)化

在現(xiàn)場(chǎng)可操作的情況下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工位上的物料流轉(zhuǎn)方式進(jìn)行優(yōu)化，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高工作效率，減少物料流轉(zhuǎn)導(dǎo)致的組裝錯(cuò)誤。

1.6 異常問(wèn)題目視化

對(duì)組裝線(xiàn)上的異常情況進(jìn)行匯總分析，并形成報(bào)表供生產(chǎn)管理者進(jìn)行分析；系統(tǒng)具備生產(chǎn)線(xiàn)安東系統(tǒng)功能，每個(gè)工位均能進(jìn)行異常呼叫，能與車(chē)間級(jí)的安東系統(tǒng)進(jìn)行信息間傳遞，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異常管理形成有效控制。

1.7 裝配工藝信息化

對(duì)產(chǎn)品的組裝工藝按工步順序進(jìn)行目視化展示，以視頻或動(dòng)畫(huà)圖片等方式指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作。

1.8 系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)化

預(yù)留與正在使用的系統(tǒng)的接口，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。同時(shí)在產(chǎn)品換線(xiàn)時(shí)，擁有權(quán)限的人能夠在辦公室內(nèi)通過(guò)軟件，快速下達(dá)生產(chǎn)命令。系統(tǒng)支持工藝控制程序調(diào)整，支持相似工藝產(chǎn)品共線(xiàn)生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

根據(jù)該項(xiàng)目的總體目標(biāo)及具體要求，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、生產(chǎn)特點(diǎn)和信息化水平，該系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括自動(dòng)化控制管理、目視化管理平臺(tái)、制造信息化及其他功能模塊（包括預(yù)留的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)），系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.1 自動(dòng)化控制管理

建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)DNC平臺(tái)，將各工位及公用系統(tǒng)的現(xiàn)有控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)上，為各級(jí)生產(chǎn)管理人員展現(xiàn)全生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)狀態(tài)。

在組裝線(xiàn)各工位設(shè)置PLC或其他類(lèi)型控制器的可編程控制程序，根據(jù)各工位的裝配工步控制生產(chǎn)裝配過(guò)程。

在組裝過(guò)程中，可以通過(guò)多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備提取關(guān)鍵信息，例如關(guān)鍵零部件的單件號(hào)、操作員工號(hào)、工步完成時(shí)間等。

實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞以及電子化的數(shù)據(jù)錄入和保存，自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果不符合要求時(shí)產(chǎn)品禁止流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程做到不生產(chǎn)、不傳遞、不接受不合格品，確保合格產(chǎn)品流入下工序。

3.2 目視化管理平臺(tái)

目視化管理平臺(tái)作為精益生產(chǎn)最有效的管理工具，以可視化信息的推動(dòng)式發(fā)布實(shí)現(xiàn)信息共享，進(jìn)行透明化管理，它通過(guò)多種形式展現(xiàn)信息，如標(biāo)語(yǔ)、現(xiàn)況板、圖表、電子屏等，方便相關(guān)人員及時(shí)掌握全面的管理現(xiàn)狀和必要的情報(bào)，可以自動(dòng)暴露問(wèn)題進(jìn)行異常拉動(dòng)，從而能夠快速制定并實(shí)施應(yīng)對(duì)措施。

3.3 制造信息化

信息化系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔、舒適，配色和布局協(xié)調(diào)、一致；功能操作簡(jiǎn)單、方便，同時(shí)參考現(xiàn)場(chǎng)操作人員的意見(jiàn)，優(yōu)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，減少操作，更好地服務(wù)于操作人員，提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)ERP系統(tǒng)下達(dá)的組裝線(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃，按照每個(gè)班次8小時(shí)12臺(tái)的節(jié)拍編制和下達(dá)組裝線(xiàn)日計(jì)劃，編制和下達(dá)組裝線(xiàn)的領(lǐng)送料計(jì)劃；根據(jù)庫(kù)存現(xiàn)有量和日領(lǐng)送料計(jì)劃分析當(dāng)天當(dāng)班的物料短缺情況，如果缺料則及時(shí)報(bào)缺料異常，如果不缺料則由庫(kù)房及時(shí)配送到各工位（庫(kù)存現(xiàn)有量須與ERP系統(tǒng)庫(kù)存系統(tǒng)集成）。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

倉(cāng)庫(kù)根據(jù)組裝線(xiàn)日領(lǐng)送料計(jì)劃配送，車(chē)間進(jìn)行領(lǐng)送料的交接確認(rèn)，確認(rèn)后自動(dòng)增加組裝線(xiàn)工位物料在制數(shù)量。

各工位完成了工步確認(rèn)之后，自動(dòng)完成組裝線(xiàn)工位報(bào)工；產(chǎn)品完工下線(xiàn)之后，根據(jù)工位物料清單自動(dòng)沖減組裝線(xiàn)工位物料在制數(shù)量。

設(shè)備系統(tǒng)可以建立設(shè)備臺(tái)帳；管理設(shè)備的維修保養(yǎng)計(jì)劃、檢修記錄、配件更換記錄等信息；對(duì)常用的備品備件進(jìn)行管理，以保證車(chē)間生產(chǎn)的正常執(zhí)行；對(duì)企業(yè)設(shè)備的故障信息進(jìn)行記錄。系統(tǒng)建立對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)護(hù)，如電動(dòng)扳手和電子量具的維護(hù)保養(yǎng)提示、質(zhì)檢提示等，定期整理產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，從而為管理人員提供可靠數(shù)據(jù)支持，判斷分析工件的可靠性。

管理人員可依據(jù)時(shí)間、工位號(hào)、產(chǎn)品類(lèi)型、工件鋼印號(hào)或其他信息對(duì)采集并儲(chǔ)存的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)并打印報(bào)表，其中查詢(xún)條件可以由使用者任意選擇已有數(shù)據(jù)項(xiàng)作為“過(guò)濾方案”進(jìn)行查詢(xún)。

3.4 其他功能模塊

其他功能模塊主要包括各種級(jí)別的人員設(shè)定，不同級(jí)別的人員擁有不同的操作權(quán)限，某種權(quán)限的操作人員只可進(jìn)行指定的功能操作。

系統(tǒng)在每個(gè)工位都設(shè)置了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用高清槍式攝像頭、高速以太網(wǎng)傳輸及高性能的硬盤(pán)錄像機(jī)來(lái)完成生產(chǎn)工況的3～6個(gè)月的錄像保存。

4 系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)智能制造執(zhí)行系統(tǒng)是按照信息化工廠的設(shè)計(jì)理念，采用先進(jìn)的自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，基于各分系統(tǒng)過(guò)程控制模塊、自動(dòng)信息采集模塊，結(jié)合.NET開(kāi)發(fā)平臺(tái)、SQL Server2008數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)、條碼打印識(shí)別、高速工業(yè)以太網(wǎng)等各種計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，將齒輪傳動(dòng)箱的裝配生產(chǎn)中的各種信息管理與工廠信息管理有機(jī)結(jié)合起來(lái)。本系統(tǒng)的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

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5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)引入了“智能制造”理念，將計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、可編程控制技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、信息管理技術(shù)等應(yīng)用于各種生產(chǎn)線(xiàn)的控制、監(jiān)視和管理，實(shí)現(xiàn)了信息化、自動(dòng)化、智能化與現(xiàn)場(chǎng)制造過(guò)程的無(wú)縫結(jié)合，本系統(tǒng)協(xié)助車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn)管理、提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量全程追溯、開(kāi)展智能化轉(zhuǎn)型，在智能化制造方面又邁進(jìn)了新的一步。

[1] 王堅(jiān),徐國(guó)華.智能制造環(huán)境下的信息集成技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造,2001,(7):7-9.

[2] 朱劍英.智能制造的意義、技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2013,42(3).

Application of intelligent manufacturing execution system in gearbox assembly line

TIAN Cheng-hua, YUN Jun-feng, JIA Pei, ZHENG Hong-qiang, YAN Bing-sen

TP29

：B

1009-0134(2017)07-0124-03

2017-03-20

田成花（1986 -），女，山東人，工程師，碩士，主要從事自動(dòng)化信息系統(tǒng)集成的研究。