數(shù)字化工廠技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)中的應(yīng)用

韓 立 科，王 德 權(quán)，楊 繼 新，李 佳 林

（大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 大連 116034）

0 引 言

隨著企業(yè)數(shù)字化制造平臺(tái)的構(gòu)建，生產(chǎn)管理效率不斷提高，但與產(chǎn)品的生產(chǎn)層的信息化整合程度很低，很難與上層管理系統(tǒng)進(jìn)行信息流的實(shí)時(shí)響應(yīng)。通過(guò)數(shù)字化工廠技術(shù)對(duì)企業(yè)上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)、中間層的制造執(zhí)行系統(tǒng)以及底層的工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息流的實(shí)時(shí)化，能及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)控整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，在企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、供應(yīng)鏈管理、品質(zhì)控制等方面具有重要意義［1］。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用基于C／S與B／S 混合結(jié)構(gòu)的多層分布式信息平臺(tái)，由于B／S結(jié)構(gòu)具有便捷靈活的特點(diǎn)，在面向上層計(jì)劃管理的ERP 層主要采用B／S 結(jié)構(gòu)模式，同時(shí)B／S 結(jié)構(gòu)還可以使大規(guī)模ERP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序組件分布在不同的服務(wù)器上運(yùn)行，使系統(tǒng)更合理、更靈活、更具擴(kuò)展性。由于C／S 結(jié)構(gòu)具有交互性、安全性、響應(yīng)迅速及數(shù)據(jù)傳輸速率高等方面的優(yōu)點(diǎn)，因此在面向生產(chǎn)層的MES 系統(tǒng)、ANDON 系統(tǒng)主要采用C／S結(jié)構(gòu)［2］。

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。服務(wù)器、工位PC、PLC 通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，MES系統(tǒng)與ANDON 系統(tǒng)通過(guò)OPC Server與底層設(shè)備進(jìn)行信息的交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，信號(hào)傳遞等功能，具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

數(shù)字化工廠軟件系統(tǒng)主要包括ERP 管理模塊、MES制造執(zhí)行系統(tǒng)模塊以及ANDON 系統(tǒng)。ERP管理模塊會(huì)將訂單自動(dòng)下達(dá)給MES 系統(tǒng)，MES系統(tǒng)在生產(chǎn)線進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)采集等工作后，將采集到的信息反饋給ERP 系統(tǒng)，同時(shí)MES系統(tǒng)將物料信息反饋給ANDON 系統(tǒng)，ANDON 系統(tǒng)做出實(shí)時(shí)響應(yīng)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)料。系統(tǒng)的具體模塊如圖2所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 Net structure

1.3 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

數(shù)字化工廠軟件系統(tǒng)，以ERP系統(tǒng)的訂單模塊為起點(diǎn)，通過(guò)訂單的下達(dá)將要生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝路線、物料清單信息自動(dòng)下發(fā)給MES 系統(tǒng)，由MES系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)生產(chǎn)。MES系統(tǒng)在制造產(chǎn)品的在產(chǎn)線上，進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與控制、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控、物料掃描驗(yàn)證以及條碼打印等操作。MES系統(tǒng)采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)信息，通過(guò)以太網(wǎng)傳到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，ERP 系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)線上的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、分析。對(duì)于工位的物料需求、報(bào)警呼叫，MES系統(tǒng)可以將這些信息實(shí)時(shí)反饋給ANDON 系統(tǒng)，由ANDON 系統(tǒng)進(jìn)行缺料呼叫和大屏幕動(dòng)態(tài)顯示等操作。數(shù)字化工廠軟件系統(tǒng)的具體流如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖Fig.2 System structure

圖3 系統(tǒng)流程圖Fig.3 System flow

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 ERP管理模塊

ERP模塊可以對(duì)訂單進(jìn)行管理，確定投產(chǎn)的訂單可以直接被MES 系統(tǒng)接收并自動(dòng)安排生產(chǎn)，替代人工排產(chǎn)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。訂單管理如圖4所示。

MES系統(tǒng)采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)和設(shè)備工作信息也可以在ERP 系統(tǒng)中進(jìn)行查詢與分析。通過(guò)質(zhì)量數(shù)據(jù)查詢界面，可以查看各個(gè)工位的質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，在查詢質(zhì)量數(shù)據(jù)時(shí)可以添加查詢條件，如時(shí)間區(qū)間、是否合格、機(jī)型等。在質(zhì)量數(shù)據(jù)分析模塊，可以將質(zhì)量數(shù)據(jù)以Chart圖表的形式進(jìn)行分析，可以查看質(zhì)量數(shù)據(jù)的正態(tài)分布圖、直方圖、均值極差圖以及工序能力等。通過(guò)實(shí)時(shí)的查詢，公司管理人員可以隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息。通過(guò)對(duì)設(shè)備生產(chǎn)信息進(jìn)行分析，可以計(jì)算設(shè)備的利用率和設(shè)備報(bào)警頻率。

圖4 訂單管理Fig.4 Order management

2.2 MES制造執(zhí)行系統(tǒng)模塊

MES制造執(zhí)行系統(tǒng)是位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)［3］，在數(shù)字化工廠系統(tǒng)中起到橋梁作用，是系統(tǒng)運(yùn)行的核心。

在MES軟件系統(tǒng)中，可以下達(dá)生產(chǎn)訂單，制定生產(chǎn)計(jì)劃，產(chǎn)生工藝路線；通過(guò)掃描槍掃描物料條碼對(duì)物料進(jìn)行驗(yàn)證與追蹤；通過(guò)OPC Server與PLC進(jìn)行通訊，采集質(zhì)量數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行信息，同時(shí)將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。設(shè)備的運(yùn)行信息可以通過(guò)MES 監(jiān)控系統(tǒng)畫面進(jìn)行分析，顯示整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，如圖5所示。

2.3 ANDON 系統(tǒng)模塊

ANDON 系統(tǒng)是一種可視化的管理工具，讓管理人員一眼就能看出現(xiàn)場(chǎng)工作的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，并且在任何異常狀況發(fā)生時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)［4］。

MES系統(tǒng)在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，會(huì)將生產(chǎn)線工件信息、設(shè)備報(bào)警信息、物料需求信息傳遞給ANDON系統(tǒng)，ANDON 系統(tǒng)以聲音和大屏幕的方式將這些信息及時(shí)發(fā)布，同時(shí)ANDON 系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生物料需求單，物料部門可以隨時(shí)得知現(xiàn)場(chǎng)物料情況，做到物料的及時(shí)配送［5］。

圖5 MES監(jiān)控系統(tǒng)Fig.5 MES monitoring system

3 結(jié) 論

數(shù)字化工廠軟件系統(tǒng)采用.NET 開發(fā)平臺(tái)和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，良好的拓展性和高效的開發(fā)效率能為企業(yè)更快的開發(fā)出適合企業(yè)自身業(yè)務(wù)流程的信息系統(tǒng)。數(shù)字化工廠軟件系統(tǒng)幫助企業(yè)切實(shí)解決了生產(chǎn)層與管理層信息傳遞滯后的問(wèn)題，提高了企業(yè)質(zhì)量管理、供應(yīng)鏈管理的水平，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，為企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出提供了重要支持。

［1］楊曉云.基于MES的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線管理系統(tǒng)的開發(fā)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2009，26（1）：75－78.

［2］廖志英.基于C／S和B／S混合結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)運(yùn)行模式［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002，38（2）：184－185.

［3］王志新.制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006：15－17.

［4］李瑞.Andon系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)物流中的分析與應(yīng)用［J］.工業(yè)工程，2009，12（2）：26－29.

［5］王德權(quán)，黃成海.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES中的訂單管理系統(tǒng)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013（3）：127－129.