挖掘機(jī)混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戴安全，張 潔

(上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)集成制造研究所，上海 200240)

挖掘機(jī)混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戴安全，張 潔

(上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)集成制造研究所，上海 200240)

針對(duì)挖掘機(jī)混流裝配的特點(diǎn)和企業(yè)信息化建設(shè)的需求，結(jié)合某企業(yè)實(shí)際，以實(shí)用性為指導(dǎo)，充分利用企業(yè)已有的軟件、硬件資源，應(yīng)用面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)工具，研發(fā)了挖掘機(jī)混流裝配車間工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)。在分析挖掘機(jī)裝配特點(diǎn)以及裝配過(guò)程中存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了裝配過(guò)程數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，加強(qiáng)了對(duì)裝配過(guò)程的控制，設(shè)計(jì)并成功開(kāi)發(fā)了工藝發(fā)布以及質(zhì)量自檢系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件模塊。最后，將研究成果應(yīng)用于某大型挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的混流裝配線，取得了良好的應(yīng)用效果。

挖掘機(jī);混流裝配;工藝發(fā)布;質(zhì)量自檢;RFID

目前國(guó)內(nèi)對(duì)裝配的研究和應(yīng)用基本上集中在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而制造階段的實(shí)際裝配與設(shè)計(jì)階段的裝配狀態(tài)有較大區(qū)別。因此研究制造執(zhí)行環(huán)境下的裝配，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程裝配的可視化，將設(shè)計(jì)階段的預(yù)裝配和制造階段的實(shí)際裝配結(jié)合，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直觀地引導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)裝配人員進(jìn)行裝配，是一個(gè)迫切需要解決的實(shí)際問(wèn)題［1］。

工藝信息是企業(yè)中使產(chǎn)品設(shè)計(jì)變?yōu)槌善返恼麄€(gè)制造過(guò)程中的基礎(chǔ)信息，它是保證產(chǎn)品質(zhì)量以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)的重要條件之一。質(zhì)量自檢是裝配工人在每道工序操作完成后要進(jìn)行的質(zhì)量檢查，包括主要部件檢查和作業(yè)項(xiàng)目檢查。每道工序所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)信息由質(zhì)檢部門(mén)事先制定，其內(nèi)容是產(chǎn)品質(zhì)量保證體系中的重要組成部分［1］。建立裝配工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)的總目標(biāo)是:能將裝配工藝快速、準(zhǔn)確地傳達(dá)給生產(chǎn)線的裝配工人，規(guī)范裝配工人的質(zhì)量自檢作業(yè)流程，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的信息化水平與經(jīng)濟(jì)效益。

1 挖掘機(jī)混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢現(xiàn)狀分析

混流裝配線在基本不改變現(xiàn)有生產(chǎn)手段、生產(chǎn)條件和生產(chǎn)能力的條件下，通過(guò)改變生產(chǎn)組織，在同條裝配線上可同時(shí)加工多個(gè)品種的產(chǎn)品，具有產(chǎn)品型號(hào)多，狀態(tài)變化快;零部件種類多，重型零部件多;產(chǎn)品裝配工藝流程具有較大差異性等一系列特點(diǎn)［5］。傳統(tǒng)的針對(duì)單一品種產(chǎn)品的生產(chǎn)管理技術(shù)已不能滿足混流生產(chǎn)的要求。

a.企業(yè)現(xiàn)階段工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢存在的問(wèn)題。

(1)紙質(zhì)文件容易損毀。裝配車間工藝文件根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)和工位編號(hào)裝訂成冊(cè)，由于裝配作業(yè)環(huán)境較差，紙質(zhì)文件容易被污染和損壞;另外，紙質(zhì)文件存儲(chǔ)成本高、更新速度慢。

(2)工藝查閱費(fèi)時(shí)、自檢作業(yè)困難。裝配工人必須從多份工藝文件中查找需要的工藝文件，時(shí)間浪費(fèi)較嚴(yán)重;裝配工位沒(méi)有自檢文件填寫(xiě)的平臺(tái)，文件填寫(xiě)困難，填寫(xiě)過(guò)程中損毀較多。

(3)質(zhì)量自檢隨意性大。質(zhì)量自檢文件和在制品一起沿裝配線向前移動(dòng)，裝配完成后，裝配工人填寫(xiě)紙質(zhì)自檢文件，由于無(wú)法約束工人的填寫(xiě)流程，導(dǎo)致漏填、錯(cuò)填等現(xiàn)象普遍存在。

b.混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)的需求。

上述問(wèn)題說(shuō)明粗放式的裝配工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢方式會(huì)給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)很多問(wèn)題，且與企業(yè)生產(chǎn)管理現(xiàn)代化的目標(biāo)不相符。企業(yè)需要進(jìn)行必要的改造，建立高效的工藝發(fā)布方法和合理的質(zhì)量自檢流程，使工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢作業(yè)規(guī)范化?；谘b配車間MES系統(tǒng)整體建設(shè)的要求，建立的裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)要達(dá)到以下目標(biāo):

(1)裝配車間的無(wú)紙化。制定企業(yè)內(nèi)裝配工藝和質(zhì)量自檢文件的格式標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范文件術(shù)語(yǔ)，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)接口，使工藝和自檢數(shù)據(jù)能高效、自動(dòng)導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，將紙質(zhì)文件電子化。

(2)裝配作業(yè)的可視化。采用工位終端(觸摸屏式一體機(jī))，開(kāi)發(fā)人機(jī)交互功能良好的裝配工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢界面，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的可視化指導(dǎo)及質(zhì)量自檢的交互式填寫(xiě)。

(3)裝配工藝發(fā)布的自動(dòng)化。裝配工人必須在規(guī)定節(jié)拍內(nèi)完成一系列的操作，裝配作業(yè)有序而緊張，為了提高生產(chǎn)效率，同時(shí)降低裝配工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，裝配工藝的自動(dòng)發(fā)布是系統(tǒng)實(shí)施的重點(diǎn)。

(4)質(zhì)量自檢作業(yè)的規(guī)范化。質(zhì)量是產(chǎn)品的核心，規(guī)范化的質(zhì)量檢查可以減少漏檢和錯(cuò)檢，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

2 挖掘機(jī)混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

挖掘機(jī)裝配線由上車架裝配線、下車架裝配線(由下車架下部裝配線和下車架上部裝配線組成)、結(jié)合后裝配線3條主裝配線和動(dòng)臂油缸輸送線、駕駛室輸送線、主控閥裝配輸送線、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配輸送線等15條子裝配輸送線(或輸送線)組成。裝配線布局如圖1所示。

圖1 挖掘機(jī)裝配線布局圖

2.1 挖掘機(jī)裝配工藝流程

挖掘機(jī)上、下車架同時(shí)上線裝配，上、下車架裝配完成后進(jìn)行結(jié)合后裝配。上車架裝配線共有19個(gè)裝配工位，包括空調(diào)管路安裝、回轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝等;下車架裝配線共有17個(gè)裝配工位，包括回轉(zhuǎn)體安裝、支重輪安裝等;結(jié)合后裝配線共有9個(gè)裝配工位，包括履帶裝配、動(dòng)臂裝配等。挖掘機(jī)裝配流程如圖2所示。

圖2 挖掘機(jī)裝配流程圖

2.2 混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

借鑒國(guó)外汽車廠商將無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)應(yīng)用于汽車整車裝配過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn):RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)裝配信息的自動(dòng)采集、處理及共享，增強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程控制的能力［2－4］。本系統(tǒng)以 RFID技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集手段，用于挖掘機(jī)車架和主要部件的識(shí)別，解決裝配過(guò)程中存在的錯(cuò)裝、漏裝等問(wèn)題;配合使用工位終端和人機(jī)交互軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)整車裝配的可視化。

針對(duì)挖掘機(jī)裝配過(guò)程，簡(jiǎn)單有效的編碼技術(shù)、統(tǒng)一的編碼規(guī)范是RFID系統(tǒng)實(shí)施的基礎(chǔ)。由圖1可知，根據(jù)挖掘機(jī)的組織結(jié)構(gòu)可把挖掘機(jī)裝配過(guò)程分為:上車架裝配、下車架裝配和整車裝配(即結(jié)合后裝配)。因此，定義最終產(chǎn)品的唯一編碼為產(chǎn)品編碼;定義上車架、下車架和整車的編碼為一級(jí)子編碼;定義主要部件編碼為二級(jí)子編碼;二級(jí)子編碼完全包含于一級(jí)子編碼，一級(jí)子編碼完全包含于產(chǎn)品編碼。

挖掘機(jī)混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，挖掘機(jī)混流裝配線每個(gè)工位部署1臺(tái)工位終端和1個(gè)手持式RFID讀寫(xiě)器，RFID通過(guò)串口和工位終端通信;工位終端通過(guò)車間局域網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行通信，服務(wù)器可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和更新工位終端顯示的內(nèi)容。

將RFID系統(tǒng)和工位終端相結(jié)合，RFID讀寫(xiě)器自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前工位在制品的電子標(biāo)簽，獲取產(chǎn)品型號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)工位編號(hào)和產(chǎn)品型號(hào)獲取裝配工藝，并將工藝信息顯示在工位終端的觸摸屏上，裝配工人根據(jù)工藝示例進(jìn)行裝配作業(yè)，從而減少裝配錯(cuò)誤，提高裝配效率。裝配完成后，裝配工人通過(guò)人機(jī)交互界面按系統(tǒng)指導(dǎo)完成裝配的質(zhì)量自檢，減少質(zhì)量自檢的錯(cuò)誤，保證裝配質(zhì)量。

RFID技術(shù)和工位終端的應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了裝配數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，而且初步實(shí)現(xiàn)了裝配工人操作的可視化，加強(qiáng)了整車裝配過(guò)程的控制，提高了產(chǎn)品裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

圖3 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.3 混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件系統(tǒng)架構(gòu)基于微軟的.NET3.5。為了減輕工位終端載荷，降低系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本，減少工作量，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式采用B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2005。

混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)的功能模塊如圖4所示。

圖4 工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)功能模塊圖

設(shè)計(jì)工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)各功能模塊的具體功能如下:

a.工藝發(fā)布管理。工藝管理員通過(guò)工藝數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口將企業(yè)原有的Excel工藝文件和ERP系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，并且負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行日常維護(hù)，如工藝數(shù)據(jù)更新、修改等。系統(tǒng)根據(jù)RFID讀寫(xiě)器采集的產(chǎn)品型號(hào)和工位編號(hào)信息，自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取相應(yīng)工藝數(shù)據(jù)，發(fā)布到工位終端的顯示器。

b.質(zhì)量自檢管理。質(zhì)量管理員通過(guò)自檢數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口將企業(yè)原有的Excel自檢文件和ERP系統(tǒng)的質(zhì)量自檢作業(yè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)自檢數(shù)據(jù)進(jìn)行日常維護(hù)，如自檢項(xiàng)目的更新、修改等。裝配工人根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)和工位編號(hào)，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取相應(yīng)自檢項(xiàng)目，根據(jù)工位終端顯示器的指導(dǎo)完成自檢項(xiàng)目的檢查。質(zhì)量管理員通過(guò)自檢數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口將裝配工人填寫(xiě)的自檢數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel文件，并將其存檔。

c.RFID信息管理。系統(tǒng)根據(jù)編碼規(guī)則自動(dòng)生成產(chǎn)品、車架、整車及部件的標(biāo)簽編碼，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品BOM將標(biāo)簽分配給相應(yīng)的實(shí)體。在生產(chǎn)開(kāi)始前，由設(shè)備管理員配置RFID閱讀器的IP、天線接口、工作頻率等參數(shù)。RFID數(shù)據(jù)處理模塊用于解決RFID源數(shù)據(jù)存在的漏讀、冗余等問(wèn)題，將RFID源數(shù)據(jù)變?yōu)橛杏玫纳a(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以某挖掘機(jī)裝配企業(yè)混流裝配線為背景，結(jié)合企業(yè)MES建設(shè)和車間現(xiàn)狀需求，對(duì)混流裝配線工藝發(fā)布和質(zhì)量自檢系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。在實(shí)際生產(chǎn)中，裝配工人可以清晰地按照工位顯示器提供的裝配工藝示例進(jìn)行裝配，裝配完成后按規(guī)定流程進(jìn)行質(zhì)量自檢，因此裝配效率和裝配質(zhì)量能得到較大程度的提高。

［1］趙亮.裝配數(shù)字化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用［J］.硅谷，2010(18):121.

［2］CLAIRE S.BMW Finds the Right Tool［EB/OL］.［2012 －11 － 08］.http://www.rfidjournal.com/article/view/5104/.

［3］BETH B.Nissan North America Installs RFID －based Real－Time Locating System［EB/OL］.［2013－01－08］.http://www.rfidjournal.com/article/view/2866/.

［4］BETH B.RFID Revs Up Honda Italia＇s Motorcycle Production［EB/OL］.［2013 －01 －08］.http://www.rfidjournal.com/article/view/2968/.

［5］鄭林江.基于智能對(duì)象的混流裝配線敏捷生產(chǎn)管理技術(shù)研究［D］.重慶:重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院，2010:5－6.

展覽會(huì)信息:

2013中國(guó)國(guó)際船舶工業(yè)博覽會(huì)、2013中國(guó)國(guó)際海洋工程與石油天然氣技術(shù)裝備展覽會(huì)境內(nèi)買(mǎi)家邀請(qǐng)情況。

軍方買(mǎi)家組團(tuán):

中國(guó)人民解放軍海軍裝備部作為“中船展”支持單位，繼續(xù)組織軍方代表參觀、并參與展會(huì)同期舉辦的重要活動(dòng)，為民器軍用開(kāi)拓渠道。

國(guó)內(nèi)買(mǎi)家組團(tuán):

(1)邀請(qǐng)境內(nèi)船東:

組委會(huì)首先把握上游資源，邀請(qǐng)到中國(guó)船東協(xié)會(huì)作為“協(xié)辦單位”，組織旗下所有會(huì)員企業(yè)和各分支機(jī)構(gòu)到會(huì)參觀采購(gòu)。

(2)組委會(huì)在全國(guó)范圍內(nèi)邀請(qǐng)近400家船舶、海洋工程領(lǐng)域相關(guān)協(xié)會(huì)組織會(huì)員企業(yè)參觀，目前正式回函組織觀眾的協(xié)會(huì)已超過(guò)40家。

(3)其他組團(tuán)參觀的機(jī)構(gòu)包括相關(guān)省市經(jīng)信委、海事局、船舶檢驗(yàn)局、大型船廠、船舶產(chǎn)業(yè)園、船舶配套企業(yè)、設(shè)計(jì)院、科研院所、航運(yùn)交易所、中國(guó)船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)等。

(4)聘請(qǐng)專業(yè)的買(mǎi)家邀請(qǐng)中心:組委會(huì)專門(mén)聘請(qǐng)買(mǎi)家邀請(qǐng)中心，提供超過(guò)10萬(wàn)條數(shù)據(jù)，通過(guò)電話、傳真、電郵、直郵、短信等多種形式邀請(qǐng)境內(nèi)外買(mǎi)家到會(huì)參觀、采購(gòu)。

(5)境內(nèi)宣傳:

在境內(nèi)媒體合作方面，組委會(huì)與超過(guò)110家國(guó)內(nèi)媒體合作進(jìn)行宣傳推廣，在《中國(guó)船舶報(bào)》等重量級(jí)媒體上投放數(shù)十次廣告，在行業(yè)內(nèi)形成了很大的聲勢(shì)。

(6)在線預(yù)登記:

截至目前，展會(huì)預(yù)登記觀眾數(shù)量已超過(guò)2 000人，確認(rèn)參會(huì)的境內(nèi)外船東超過(guò)200人，參會(huì)的境內(nèi)外船廠人員超過(guò)600人，來(lái)自船舶經(jīng)紀(jì)公司、船舶設(shè)計(jì)公司、科研院所等機(jī)構(gòu)高端的觀眾數(shù)量亦有顯著提升。

The Development of Process Distribution and Quality Check System for Excavator Mixed－model Assembly Line

DAI Anquan，ZHANG Jie
(Shanghai Jiaotong University，Shanghai，200240，China)

In allusion to the characteristics of the excavator mixed－model assembly line and the requirements of promoting informatization，it promotes the process distribution and quality check system.The system applies RFID technology to achieve assembly process data automatically and strengthen control of the assembly process.Based on the analysis of characteristics of excavator assembly，it designs and develops the software and the hardware of the process distribution and quality check system.The application of the system at the mixed－model assembly line of a large excavator manufacturer in Xuzhou shows the satisfactory results.

Excavator;Mixed－model Assembly;Process Distribution;Quality Check;RFID

TP242

A

2095－509X(2013)04－0050－04

10.3969/j.issn.2095 －509X.2013.04.012

2012－12－11

無(wú)錫市科技計(jì)劃項(xiàng)目(CYE11G1110)

戴安全(1986—)，男，重慶人，上海交通大學(xué)碩士研究生，主要從事計(jì)算機(jī)集成制造及企業(yè)信息化研究。