沖壓車間生產管理系統分析及設計

李淵 魏言妮 殷強 王寧 張旭

摘 要：分析了整車制造業企業沖壓車間業務點及生產方式，針對生產線之間相互獨立、缺乏數據傳遞，而導致形成信息孤島問題，設計了基于面向制造企業車間執行層的生產信息化管理制造執行系統（MES），設計開發了MES 實時數據監測系統。使用被動掃描式實現現場設備狀態的實時采集。用戶可以通過PC 瀏覽器遠程監測現場設備的工作狀態。MES 實時數據監測系統開發成本低、運行穩定且維護簡便，可以替代傳統崗位式監測方式，具有較高的研究和市場應用價值。

關鍵詞：MES PLC 實時數據采集 監測系統

Abstract：The article analyzed the business attachments and production methods of the stamping workshop of the vehicle manufacturing enterprise. Aiming at the independence of production lines and the lack of data transmission， which led to the formation of information islands， the production information management based on the executive level of the manufacturing enterprise workshop was designed. The article? designed and developed an MES real-time data monitoring system. Using passive scanning to realize real-time collection of on-site equipment status， users can remotely monitor the working status of field devices through a PC browser. The MES real-time data monitoring system has low development cost， stable operation and easy maintenance， which can replace traditional post-based monitoring methods and has high research and market application value.

Key words：MES， PLC， real-time data collection， monitoring system

MES（Manufacturing Execution System）系統是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統[1]。隨著智能制造時代的到來，自動化技術與信息化技術融合不斷加深，MES技術發展趨向于集成化、智能化與并行。對于制造業來說，需要利用信息化手段，監控并優化生產過程管理[2]。隨著自動化水平不斷提升，使MES系統與企業控制層系統集成如RFID（Radio Frequency Identification）技術、PLC（Programmable Logic Controller）技術等交換方式不斷成熟[3]，實現生產現場數據采集，保證生產數據性與準確性，進一步提升生產企業業務協同能力，使得MES系統（制造企業生產過程執行系統）成為了許多大中型制造型企業的主要生產信息化管理系統[4]。目前，MES可以為企業提供包括效率、成本、質量、安全、能環項目看板管理、實現生產過程監控、底層數據采集分析、上層數據集成分解等功能。

對于整車制造部沖壓車間來說，MES系統主要分為兩大模塊，第一部分是物料信息管理基礎模塊，主要涉及物料信息模塊數據管理，物料信息采集，各庫房物料管理流程。第二部分是生產效率管理基礎模塊，主要涉及設備基礎信息采集，設備效率分析，設備效率分析展示。從而實現生產計劃發布，沖壓目視化信息展示[5]。

卷料庫基礎信息及管理需求。沖壓卷料庫面積約500平方米，可以存放約200個料卷，每個料卷重10-30T左右;主要涉及信息料卷屬性包括生產廠家、卷號、重量、厚度、尺寸、屈服強度Re、抗拉強度Rm、斷后伸長率A80、表面粗糙度R值、N值，適用車型，鋁卷包括制造周期。MES需根據來卷情況，打印或修改出對應屬性的卷料卡，實現掃碼出入庫，退庫，庫存盤點。實現卷料存儲位置與卷料一一對應，并能區分合格卷料、待判定卷料、不合適卷，實現對單一或多個卷料屬性篩選，統計卷料利用率。

料片庫基礎信息及管理需求。料片由一條開卷落料線生產完畢后存放于料片庫，供兩條壓機線生產使用。料片庫約1500平米;現場存放約20000張料片，約200個料拍，料片存放于料拍上。主要涉及料垛品種，料片數量，生產時間，尺寸參數，料片厚度，材質，單一重量，單一料垛重量;同時包含對應料卷信息，卷號，屈服強度，抗拉強度，斷后伸長率，表面粗糙度等信息;鋁料片有其對應料卷的生產日期。實現調試料片、批量生產料片、格料片，待判定料片，以及報廢料片區分統計，實現料片出入庫、退庫統計，實時料片、未使用料拍數量盤點，見圖1、圖2。

沖壓件庫基礎信息及管理需求。壓機線生產完畢的成品件存放于特定的工位器具中，一起存放于沖壓件庫;沖壓件庫房面積約14000平方米，工位器具約5100個;兩條生產線每天生產約40000個沖壓件。工位器具上的裝箱卡的屬性包括生產日期，生產班次，生產品種，裝箱數量等基本信息，沖壓件根據質量分為合格件，返修件以及待判定件、測量件、工序件、焊返件、CKD件庫存管理。實現滿框或半框成品件入庫，成品庫體現整體庫存深度和每個零件品種的庫存深度統計，見圖3、圖4。

生產效率管理基礎模塊。現狀為一天生產時間為1440分鐘，根據生產情況靈活定義班次。成品件生產線，一個停臺時間段內，可能出現多種混合停臺，因此MES系統需具備停臺時間拆分功能。換模采集時間區間為上一套模具最后一個件到下一套模具第一個件超出時間記為停臺。開卷線生產時，對使用同一套模具生產（如擺剪模、弧形刀等）的多個零件，因此MES系統應具備區分能力。并記錄換模、換卷、板尾處理時間、退卷時間，自動判斷訂單完成時間。通過MES系統主動掃描PLC的DB塊及I/O點，實現生產過程記錄，如報警停臺時間、記錄生產節拍、AKZ、開動率等[6]。并與生產排程中的信息進行比對，對生產準時性進行判斷，并實現郵件自動發送，實現同類停臺，如異常停臺中模具類、設備類、生產類篩選功能。

綜上所述，沖壓車間對于MES系統目視化信息主要包括：開卷線為當前卷料存儲情況，以及卷料存儲總量趨勢，待判定料卷存儲情況以及整體狀態，開卷落料線生產計劃;料片存儲情況以及近一周存儲趨勢，每日料片入庫和出庫情況，問題料片存儲情況。成品件生產線為當前生產品種，當前已經生產數量統計，廢返品，當班次實時的設備效率，如AKZ，PHZ以及HPH等，設備停臺實時統計及庫存深度。

參考文獻：

[1]陳勇，蘭衛華.基于MES的生產管理研究與應用[J].計算機產品與流通，2019（01）：164-165.

[2]陳剛良，郝平.制造執行系統（MES）在染色車間的應用[J].浙江工業大學學報，2007，35（2）：132-135.

[3]劉陽，雷鳴宇，李娜等.一種具有關聯性感知的RFID網絡追溯服務[J].小型微型計算機系統，2017，38（4）：766-771.

[4]毛明杰，王萬良，劉鋒光等.基于WEB 的伺服平臺遠程監控系統設計與實現[J].浙江工業大學學報，2006，34（1）：105-109.

[5]盛步云，蘇佳奇，盧其兵等.面向MES 的生產線數據采集系統的研究[J].計算機測量與控制，2015，23（9）：3162-3164.

[6]李慧，張偉.MES系統在生產中的應用[J].設備管理與維修，2019（01）：21-22.

作者簡介

李 淵：（1991.03—），男，漢族，山西省新絳縣人，碩士研究生，汽車沖壓，工程師，初級工程師。

魏言妮：（1993.11—），女，漢族，山東省高密市人，碩士研究生，管理科學與工程，決策分析與運作管理，初級工程師。

殷 強：（1986.11—），男，漢族，山西省高平市人，碩士研究生，汽車沖壓，區域主管，中級工程師。

王 寧：（1983.08—），男族，漢族，河北滄州人，碩士研究生，汽車模具與制造，工程師，中級。

張 旭：（1986.05—），男，漢族，江蘇省豐縣，大專，汽車沖壓，職工。