汽車發(fā)動機再制造生產線監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現

高 月 飛, 程 金 石, 王 德 權

(大連工業(yè)大學 機械工程與自動化學院, 遼寧 大連 116034)

0 引 言

發(fā)動機再制造是以舊發(fā)動機或部分損壞的發(fā)動機為原料,采用一系列特殊工藝使發(fā)動機的零部件恢復到與新機相同的尺寸、精度及性能,然后重新組裝成完整的發(fā)動機的特殊過程。發(fā)動機再制造是有利于節(jié)約資源和能源、減少環(huán)境污染的“綠色工程”。 大力發(fā)展發(fā)動機的再制造符合我國循環(huán)經濟和可持續(xù)發(fā)展的要求[1-2]。

發(fā)動機再制造是一項系統(tǒng)工程,既包括再制造技術和生產線等“硬件系統(tǒng)”的研究與開發(fā),也包括生產線監(jiān)控系統(tǒng)等“軟件系統(tǒng)”的設計與開發(fā)。就軟件系統(tǒng)而言,汽車發(fā)動機再制造與新汽車發(fā)動機信息化處理由于生產方式不同,決定了二者在生產計劃、生產周期、成本統(tǒng)計、車間調度、數據采集等方面的不同特征[3-5]。隨著發(fā)動機再制造技術的不斷發(fā)展和逐漸成熟,適用于發(fā)動機再制造生產線的監(jiān)控系統(tǒng)應運而生。然而國內大多數相關軟件都是針對某一工程項目特定的工作流程定制的,造成信息和數據交換極為不便,形成非常明顯的信息孤島現象。作者基于OPC技術及Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境開發(fā)了發(fā)動機再制造生產線監(jiān)控系統(tǒng),有效解決了上述問題。

1 技術基礎

監(jiān)控系統(tǒng)主要用來監(jiān)控現場設備的運行狀態(tài)和采集試漏數據。采集數據時可以有2種采集方式:可以在發(fā)動機每經過一個質量數據采集工位,數據就會被自動上傳到數據庫中；亦可以在經過每個工位時,將裝配數據存入該發(fā)動機所在托盤的Moby中,在發(fā)動機下線工位通過無線射頻傳輸一次性讀出到數據庫中。本生產線中,試漏工位比較少,數據量小,所以采用第一種采集方式。在系統(tǒng)實現的過程中,主要應用OPC技術及Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境中的窗體應用程序。

OPC是一個工業(yè)標準,它基于微軟的Active X、部件對象模型和分布式部件對象模型技術。OPC最大的使用領域就是Windows操作系統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)的開發(fā)和應用[6]。OPC技術主要有以下優(yōu)點:

(1)支持復雜的數據結構。在OPC UA中,數據模型都是可擴展的,也就是可以添加、刪除它們之間的相互關聯。因此,通過對數據模型的詳細信息描述,客戶端軟件無需對數據意義進行識別,這樣便于客戶端軟件的開發(fā),同時也大幅度提高了控制層數據意義的準確性[7]。

(2)多平臺支持。OPC基金會目前提供了基于C/C++、C#和Java 3種不同平臺的開發(fā)包?？梢栽赪indows、Linux和嵌入式設備上進行開發(fā)。

Microsoft Visual Studio 2010采用拖拽式便能完成軟件的開發(fā),簡單的操作便可以實現一個界面的生成,但拖拽的界面也應當有相應的代碼來實現功能。Microsoft Visual Studio 2010支持C#、C++、VB等計算機語言,系統(tǒng)均采用C#語言編程。應用C#語言可以進行跨平臺開發(fā),開發(fā)效率高,可以快速實現相應的功能。

2 系統(tǒng)結構設計

如圖1所示,該系統(tǒng)主要由服務器和工控機組成,是典型的C/S(Client/Server)結構。設備層:共有2臺工控機,一臺服務器和一把掃描槍。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

其中一臺工控機安裝生產線監(jiān)控系統(tǒng),實現對現場設備運行狀態(tài)的監(jiān)控和試漏數據的采集[8],生產線各設備為監(jiān)控對象。服務器層:采用C/S結構,通過Microsoft.NET技術建立實時數據庫系統(tǒng),實時訪問PLC中數據和控制變量,把實時數據保存到服務器數據庫中。

本系統(tǒng)結構具有以下優(yōu)點:

(1)監(jiān)控系統(tǒng)的運算和質量數據合理地分配在工控機和服務器兩端,有效地降低了網絡通信量和服務器運算量。

(2)所有數據集中存放在服務器數據庫中,數據實時傳輸、實時同步,不存在普通C/S結構中的數據一致性問題。

(3)生產線監(jiān)控系統(tǒng)與擰緊數據采集系統(tǒng)安裝在不同的工控機上,避免了數據混淆,確保了數據的準確性。

3 數據庫的設計

本系統(tǒng)以SQL Server 2008作為后臺數據庫,主要用于存儲質量數據、工件信息、監(jiān)控系統(tǒng)與PLC通信所需變量及相關基礎數據信息?；诖四康脑O計數據庫表。根據用戶的需求設計[測量數據合格]、[發(fā)動機號]、[基本變量]等表。為了便于數據庫后期的管理及維護,設計并編寫對各表進行維護的存儲過程 [發(fā)動機號_增加]、[發(fā)動機號_修改]、[發(fā)動機號_刪除]、[發(fā)動機號_查詢]等,存儲過程可以被無數次調用,用戶可以獨立于應用程序而對存儲過程進行修改。

數據庫的表設計完成之后就可以繪制出系統(tǒng)的關系圖(圖2)。經過如此設計的數據庫將符合數據庫設計的第三范式,避免數據冗余。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)數據庫關系圖

4 系統(tǒng)流程及界面設計

系統(tǒng)流程基于業(yè)務流程而設計,通過實際調研,確定業(yè)務流程如圖3所示。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務流程圖

根據業(yè)務流程確定系統(tǒng)流程,監(jiān)控系統(tǒng)需要實時與設備進行通信,監(jiān)控設備的運行狀態(tài),同時實時采集試漏數據。當發(fā)動機試漏結束后,PLC將試漏數據放入規(guī)定的DB內后給監(jiān)控系統(tǒng)保存數據信號。監(jiān)控系統(tǒng)獲得PLC的保存數據信號后,從PLC中讀取試漏數據并換算成壓差。

監(jiān)控系統(tǒng)通過執(zhí)行數據庫存儲過程實現數據計算,將計算出的壓差值存儲到數據庫相應表中。保存數據成功后,給PLC返回保存完成信號,PLC收到保存完成信號將DB清空,自動將工件放行。

監(jiān)控系統(tǒng)保存數據的過程在后臺完成,不需要顯示到界面,界面需要顯示生產線的基本形狀、各工位的相對位置以及各工位的運行狀態(tài)。本系統(tǒng)應用Microsoft Visual Studio 2010窗體應用程序進行開發(fā),通過拖拽及用戶控件完成界面的設計,如圖4所示。

設備不同的運行狀態(tài)通過圓形及正方形的用戶控件顯示到界面上,在界面的上方對各種狀態(tài)進行注釋,便于操作者判斷。當某工位的某個狀態(tài)為亮時,表示該設備狀態(tài)正常；當某工位的某個狀態(tài)為暗時,表示該設備狀態(tài)不正常。

監(jiān)控系統(tǒng)使整個生產線的運行狀態(tài)和通信狀態(tài)一目了然。如果某個工位運行不正常，操作者可以及時發(fā)現并快速確定發(fā)生故障的位置，及時解決問題，有效縮短故障時間，提高生產效率，進而降低生產成本。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)界面

5 結束語

該系統(tǒng)以OPC技術和Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境為基礎,實時采集質量數據、監(jiān)控現場設備運行狀態(tài),便于操作者及時發(fā)現問題、解決問題。本系統(tǒng)現已實際應用于大連某汽車發(fā)動機再制造生產線,能夠用于多種型號的發(fā)動機再制造過程。在大批量發(fā)動機再制造過程中本系統(tǒng)運行穩(wěn)定,從數據采集、現場狀態(tài)監(jiān)控到數據存儲的過程中未出現數據丟失等問題,大大提高了發(fā)動機再制造生產線的生產率。

[1] 楊曉云,王德權,張南,等. 基于MES的發(fā)動機裝配生產線管理系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 計算機應用與軟件, 2009, 26(1):34-38.

[2] 夏雨,江寧,王麗萍. 汽車發(fā)動機再制造的信息化處理特點及解決方法[J]. 中南林業(yè)科技大學學報, 2009, 29(3):176-179.

[3] 韋洪亮. 汽車發(fā)動機再制造技術發(fā)展現狀及其應用前瞻[J]. 汽車運用, 2002(2):12-13.

[4] 陸宇衡,黃德. 發(fā)動機再制造技術及產業(yè)發(fā)展[J]. 裝備制造技術, 2010(12):99-102.

[5] 石慶豐. 淺談我國汽車發(fā)動機再制造技術的應用與發(fā)展[J]. 裝備制造技術, 2007(4):78-79.

[6] 王曉飛,李月強. 基于PLC的汽車生產線管理系統(tǒng)[J]. 儀器儀表學報, 2004, 25(4):894-895.

[7] 陸會明,閻志峰. OPC UA服務器地址空間關鍵技術研究與開發(fā)[J]. 電力自動化設備, 2010, 30(7):109-113.

[8] 王國興,何方. 基于以太網的現場總線設計與實現[J]. 組合機床與自動換加工技術, 2010(4):22-24.