基于MES對接的工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)

劉勝勇

重汽（濟南）車橋有限公司 山東濟南 250104

1 序言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)自動采集技術(shù)的飛速發(fā)展，以及它們在汽車等多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人類社會所擁有的數(shù)據(jù)正成前所未有的“GB→TB→PB→EB→ZB→YB→DB→NB”跳躍級爆炸式增長。唯有采用一些支撐云環(huán)境的相關(guān)技術(shù)和數(shù)據(jù)立方等云處理軟件，才能從這些海量數(shù)據(jù)中挖掘出有用信息并被快捷高效處理、釋放出數(shù)據(jù)價值并被獲知彼此間關(guān)聯(lián)關(guān)系，才能推動和實現(xiàn)數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、組織結(jié)構(gòu)四要素的互動創(chuàng)新與持續(xù)優(yōu)化。也只有這樣，汽車等產(chǎn)業(yè)才能實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展、智能發(fā)展和綠色發(fā)展，保持與其發(fā)展戰(zhàn)略相匹配的可持續(xù)競爭力，并不斷滿足用戶日益增長的汽車個性化定制需求[1-3]。為此，公司擬建設(shè)一條橋殼柔性化生產(chǎn)線，其空間布局如圖1所示。該生產(chǎn)線可滿足兩個以上品種/規(guī)格的共線生產(chǎn)，兼容MCY、MCA、MCP系列橋殼總成的加工和檢測，解決工藝分散難題，提升橋殼加工質(zhì)量。為順應(yīng)汽車行業(yè)智能化發(fā)展趨勢，“基于MES對接的工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)”應(yīng)運而生。

圖1 橋殼柔性化生產(chǎn)線空間布局

2 關(guān)鍵技術(shù)

“基于MES對接的工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)”基于Visual Studio環(huán)境，研發(fā)客戶端的網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)，涉及程序主窗體、運行狀態(tài)控件、任務(wù)信息控件、產(chǎn)量統(tǒng)計控件、報警信息控件以及用戶設(shè)定控件等。它不僅在當前機床上采用在線實時測量，并對溫度等環(huán)境因素進行物理補償，而且將產(chǎn)品的全數(shù)檢驗從制造中分離為一個獨立的工序，經(jīng)SPC技術(shù)控制工序質(zhì)量，另外還兼顧了多品種柔性化生產(chǎn)的產(chǎn)品切換、工裝調(diào)整和程序調(diào)用等瓶頸點，以及生產(chǎn)工況、設(shè)備狀態(tài)和產(chǎn)品尺寸等資源數(shù)據(jù)，實時分享到橋箱智造JMES，并可視化地呈現(xiàn)于各級管理者面前，以便管理者及時做出決策性反饋。

3 主要創(chuàng)新點

“基于MES對接的工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)”主要創(chuàng)新點有工業(yè)現(xiàn)場可視化，網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集分析管理軟件，自動化物流、調(diào)度及監(jiān)控系統(tǒng)，工控機、CNC系統(tǒng)與PLC間數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，及JMES二次開發(fā)等。

3.1 工業(yè)現(xiàn)場可視化

將機床狀態(tài)、產(chǎn)品尺寸、物料投入/產(chǎn)出、刀具壽命和工裝夾具流轉(zhuǎn)等多變信息，以數(shù)字化電信號的形式迅捷地實時傳遞至管理后臺，設(shè)備運轉(zhuǎn)、產(chǎn)品控制和器具調(diào)轉(zhuǎn)均會圖形化直觀呈現(xiàn)于管理者面前。以太網(wǎng)線和Focas動態(tài)鏈接庫提取/上傳FANUC機床的主軸轉(zhuǎn)速、X/Y/Z移動速率、負載率等；機外在線測量機逐件全項檢測沖壓橋殼的切削尺寸，自動修調(diào)CNC機床的刀具補償參數(shù)并有效控制下一件產(chǎn)品尺寸；RFID動態(tài)定位工裝夾具的流轉(zhuǎn)信息，讀寫器及時反饋其在用/離機狀態(tài)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)化車間管控系統(tǒng)可實時采集運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫搭建，被采集的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，后續(xù)進行數(shù)據(jù)分析和報表生成。車間所有入網(wǎng)機床的運行臺時數(shù)、故障報警均以管控系統(tǒng)為媒介上傳至公司設(shè)備管理系統(tǒng)，為設(shè)備管理指標分析提供有效數(shù)據(jù)。完工產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)先是經(jīng)由機外在線測量機提取，匯入管控系統(tǒng)內(nèi)，形成圖2所示刀具補償數(shù)據(jù)后，反饋至CNC機床以調(diào)整進刀參數(shù)。上線、完工及不良品的數(shù)量經(jīng)過標記刻打和條碼識別后，實時匯入車間管控系統(tǒng)，并上傳至JMES，供生產(chǎn)部門做出物料供應(yīng)和產(chǎn)品調(diào)配決策。

圖2 CNC機床在線刀具補償數(shù)據(jù)

3.3 數(shù)據(jù)采集分析管理軟件

圖3所示的數(shù)據(jù)采集分析管理軟件主要涉及產(chǎn)量統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控和生產(chǎn)工件在線測量結(jié)果保存，并根據(jù)測量結(jié)果進行自動刀具補償、生產(chǎn)工件的上下線時間及工序等數(shù)據(jù)存儲。管理軟件的導(dǎo)航欄包含主頁面、能效分析、系統(tǒng)設(shè)置、手動測量、手動復(fù)檢和手動完工。

圖3 數(shù)據(jù)采集分析管理軟件

3.4 自動化物流、調(diào)度及監(jiān)控系統(tǒng)

建立橋殼生產(chǎn)線仿真模型，給出物流系統(tǒng)的優(yōu)化方案。根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的物流規(guī)劃及生產(chǎn)線的設(shè)備布局（見圖4），在Flexsim軟件中建立生產(chǎn)線的仿真模型，然后將預(yù)先設(shè)計的工藝流程與參數(shù)輸入到仿真模型中。通過仿真可驗證生產(chǎn)線布局是否合理，是否存在阻滯現(xiàn)象或閑置問題，預(yù)先發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍與物流系統(tǒng)的配合是否高效。一旦出現(xiàn)問題，則提前進行修正，優(yōu)化設(shè)計，提高生產(chǎn)效率，降低直接組線風(fēng)險。

圖4 橋殼生產(chǎn)線設(shè)備布局

3.5 工控機、CNC系統(tǒng)與PLC間數(shù)據(jù)互聯(lián)互通

通過設(shè)計連接以太網(wǎng)與機床數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口卡，將機床的工作狀態(tài)、故障參數(shù)等信息傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)，現(xiàn)場設(shè)立兩臺工控機顯示相關(guān)信息，并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接至公司管控服務(wù)器中。如此，產(chǎn)品各工序可實現(xiàn)車間過程控制的自動化、數(shù)字化和無人化，使得現(xiàn)場各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)被適時準確地采集并聯(lián)網(wǎng)共享。工控機內(nèi)置網(wǎng)卡A和B，網(wǎng)卡A對應(yīng)的IP1為公司管控服務(wù)器的一個節(jié)點，采集的數(shù)據(jù)可實時上傳并接收指令；網(wǎng)卡B對應(yīng)的IP2為現(xiàn)場局域網(wǎng)的一個節(jié)點，經(jīng)千兆交換機連接機器人、CNC機床、測量機和讀碼器等裝備。

3.6 JMES二次開發(fā)

JMES具有生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、協(xié)同辦公、商務(wù)網(wǎng)站和智能管理5大模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)計劃、調(diào)度、質(zhì)量、生產(chǎn)和能效的全過程閉環(huán)管理。JMES使得現(xiàn)場上位機端便可領(lǐng)取指定工件的生產(chǎn)線計劃，使得上位機傳送的設(shè)備數(shù)據(jù)、刀具數(shù)據(jù)、工裝數(shù)據(jù)等可以實時共享，后續(xù)方便管理者進行決策及財務(wù)決算。具體操作：JMES系統(tǒng)→“智能管理”模塊→智能管控系統(tǒng)畫面中“實時監(jiān)控”下拉菜單“設(shè)備實時狀態(tài)”→設(shè)備狀態(tài)看板內(nèi)點選生產(chǎn)線→查詢后實時監(jiān)控該生產(chǎn)線的運行狀態(tài)→狀態(tài)涉及班次、完工數(shù)、負荷、主軸轉(zhuǎn)數(shù)和進給速度。JMES系統(tǒng)及智能管理子模塊相關(guān)畫面如圖5所示。

圖5 JMES系統(tǒng)及智能管理子模塊相關(guān)畫面

4 結(jié)束語

“基于MES對接的工業(yè)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)”開發(fā)了重卡橋殼加工用柔性化工藝、關(guān)鍵裝備、物流系統(tǒng)及成線工藝適應(yīng)性技術(shù)，研制出橋殼柔性化生產(chǎn)的關(guān)鍵成套裝備，組建由車削中心、臥式加工中心、數(shù)控端面外圓磨床等關(guān)鍵設(shè)備為主體的生產(chǎn)線，集成生產(chǎn)線管控系統(tǒng)、在線檢測系統(tǒng)、機器人自動上下料系統(tǒng)，實現(xiàn)了沖壓/鑄造橋殼共10多個品種的共線柔性自動化生產(chǎn)，現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)成功采集并實時上傳至JMES系統(tǒng)。

該系統(tǒng)對汽車工業(yè)現(xiàn)場的傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)和工藝進行了升級改造，實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)的深度挖掘，推進了云計算的大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，使汽車全價值鏈上的數(shù)據(jù)由資源變?yōu)橘Y產(chǎn)、由資產(chǎn)轉(zhuǎn)為價值，使數(shù)據(jù)流通下的汽車智造不斷衍生新產(chǎn)品，產(chǎn)生高效率，釋放大智能。該項目使汽車零部件的加工實現(xiàn)了智能控制與可視化管理，能夠滿足個性化需求，對計算機決策系統(tǒng)和機械制造自動化具有重大促進作用。