變速箱制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的開發(fā)及其在生產(chǎn)線中的應用

王 可 心，程 金 石，周 俊，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

美國先進制造研究機構AMR將制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)定義為“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員／管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態(tài)等信息[1]。MES可以對來自 MRP／ERP軟件的生產(chǎn)管理信息細化、分解，將操作指令傳遞給底層控制，實時監(jiān)控底層設備的運行狀態(tài)，采集設備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析與處理，從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起，并將生產(chǎn)狀況及時反饋給計劃層[2]。制造執(zhí)行系統(tǒng)，可以彌合設備控制系統(tǒng)和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)之間存在的信息鴻溝，將控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起，使生產(chǎn)狀況能夠及時地反饋給計劃層，計劃層能夠?qū)崟r監(jiān)控底層生產(chǎn)情況以及設備的使用情況[3]。

針對實現(xiàn)變速箱生產(chǎn)過程的質(zhì)量數(shù)據(jù)和裝配過程的可追溯性，作者基于OPC技術及Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境開發(fā)了MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，使生產(chǎn)過程可控，產(chǎn)品質(zhì)量可控。

1 系統(tǒng)開發(fā)的技術基礎

變速箱MES是基于OPC技術和SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫技術，以 Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)平臺、以C＃為編程語言，開發(fā)的獨立集成系統(tǒng)。

不論是直接從設備自動獲得數(shù)據(jù)，還是通過工業(yè)以太網(wǎng)獲得數(shù)據(jù)，MES系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時采集應該采用一致、標準的數(shù)據(jù)采集接口。OPC(OLE for process control)是嵌入式過程控制標準，是用于服務器／客戶端鏈接的統(tǒng)一而開放的接口標準和技術規(guī)范。OLE是微軟為Windows系統(tǒng)、應用程序間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的技術，是Object Linking and Embedding 縮 寫[4]。 通 過OPC技術實現(xiàn)了MES信息系統(tǒng)與設備的實時通信，完成了MES控制設備進行生產(chǎn)。

SQL Server 2008引入了Microsoft Windows的.NET Framework的公共語言運行庫 (CLR)Common Language Runtime組件的集成。CLR是Microsoft.NET Framework的核心，為所有.NET Framework代碼提供執(zhí)行環(huán)境[5]。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008，SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫能夠通過編寫存儲過程完成數(shù)據(jù)的錄入、查詢、修改，主要用來存儲質(zhì)量數(shù)據(jù)以及變速箱檢測的結果數(shù)據(jù)。

以 Microsoft Visual C－Sharp(簡稱 Visual C＃)為開發(fā)環(huán)境。Visual C＃是一種全新的現(xiàn)代化的完全面向?qū)ο蟮恼Z言。它讓程序員能夠快捷地創(chuàng)建基于Visual Studio.NET平臺的解決方案。

2 系統(tǒng)的結構設計

開發(fā)目標：能夠?qū)⒐の坏馁|(zhì)量數(shù)據(jù)進行實時采集并保存到數(shù)據(jù)庫用以指導設備進行生產(chǎn)；對生產(chǎn)線的機床狀態(tài)和工位報警進行實時監(jiān)控，對上線發(fā)動機裝配過程進行實時監(jiān)控、追蹤，對質(zhì)量數(shù)據(jù)的實時顯示和采集，對網(wǎng)絡結構的實時監(jiān)控等[6]。操作者能夠根據(jù)實際情況應用 MES系統(tǒng)進行相應的處理以提高生產(chǎn)效率，通過MES實現(xiàn)混線生產(chǎn)，以及裝配零件的自動匹配。

變速箱生產(chǎn)程序：生產(chǎn)線由線首工位確定生產(chǎn)的變速箱型號，經(jīng)過壓裝和擰緊工位后到達匹配工位，與分線到達的裝配零件進行匹配。匹配成功后進行涂膠擰緊等操作，所有工位裝配完成后進行稱重檢測，稱重檢測結果合格的變速箱在總成下線區(qū)進行下線，檢測結果不合格的變速箱流轉(zhuǎn)到返修區(qū)進行下線。業(yè)務流程見圖1。為實現(xiàn)所述業(yè)務流程，設計以下主要功能模塊：打號及上線模塊、軸類上線及總裝軸類模塊、總成下線打包模塊、返修模塊。

2.1 打號及上線模塊

通過SIMATIC NET提供的OPC服務器建立系統(tǒng)與設備之間的通信。工件到位后，自動生成變速箱殼體編號，并將數(shù)據(jù)存入SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫中以便后續(xù)分析。在此模塊中，操作者可以選擇生產(chǎn)的變速箱型號和生成編號的模式，通過與PLC實時信號交互指導打號機進行打號。當工件進行上線時，自動顯示相應的工件信息，包括上線的產(chǎn)品型號、訂單號等信息。能夠?qū)崿F(xiàn)對變速箱殼體的工件編號申請，即根據(jù)相應的要求來生成殼體的流水號，同時顯示出已經(jīng)生成的流水號以及裝配操作指南，實時與PLC進行信號交互，為兩臺打號機提供殼體編號。通過Microsoft.NET技術建立實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實時訪問PLC中數(shù)據(jù)和控制變量，把實時數(shù)據(jù)保存到服務器數(shù)據(jù)庫中。

2.2 軸類上線及總裝軸類模塊

主要功能是當分線和總線工件到位后，進行軸類上線和總裝線工件的匹配，并將數(shù)據(jù)存入SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫中。由于裝配線是混線