數(shù)字化精沖車(chē)間MES系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)

文/蘇子寧，孫勇，彭群，王俊·北京機(jī)電研究所

數(shù)字化精沖車(chē)間MES系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)

文/蘇子寧，孫勇，彭群，王俊·北京機(jī)電研究所

蘇子寧,工程師,主要從事鍛造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、調(diào)試工作，負(fù)責(zé)與參與完成齊齊哈爾車(chē)輛集團(tuán)6300t鍛造生產(chǎn)線控制系統(tǒng)、蒂森克虜伯鍛造生產(chǎn)線控制系統(tǒng)、桂林福達(dá)鍛造生產(chǎn)線12500t快速換?？刂葡到y(tǒng)等項(xiàng)目。

精沖即精密沖裁，是一種先進(jìn)的金屬塑性成形加工技術(shù)，利用精沖技術(shù)可將板料沖制成尺寸精度高、沖切面光潔、形狀復(fù)雜的零件?，F(xiàn)精沖生產(chǎn)線多以生產(chǎn)汽車(chē)用的精沖件為主，生產(chǎn)線流程較長(zhǎng)，設(shè)備較多，年產(chǎn)量巨大。目前，生產(chǎn)線的生產(chǎn)管理、庫(kù)存管理、計(jì)劃的編制和執(zhí)行跟蹤、質(zhì)量追溯仍大多依賴(lài)手工方式進(jìn)行，效率低、優(yōu)化難、反應(yīng)慢，嚴(yán)重影響了精沖企業(yè)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

通過(guò)在精沖工廠實(shí)施MES，可提高生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控水平及計(jì)劃執(zhí)行能力，提升生產(chǎn)透明度，大幅改善產(chǎn)品的追溯能力，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程生產(chǎn)計(jì)劃、物料跟蹤、質(zhì)量控制、工藝管理、統(tǒng)計(jì)分析等業(yè)務(wù)的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化管理。

軟件架構(gòu)

精沖MES系統(tǒng)靈活采用B/S和C/S混合結(jié)構(gòu)，其中車(chē)間內(nèi)操作采用C/S下的客戶端訪問(wèn)方式，以確保軟件的訪問(wèn)速度；遠(yuǎn)程采用B/S下的瀏覽器訪問(wèn)，為不同用戶提供了最大的靈活性。

整體軟件架構(gòu)包括MES數(shù)據(jù)庫(kù)、MES業(yè)務(wù)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)終端三部分，如圖1所示。

圖1 MES軟件架構(gòu)示意圖

其中，MES數(shù)據(jù)庫(kù)用以存儲(chǔ)MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)主數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)功能數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，部署在MES服務(wù)器上。當(dāng)前選擇數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為SQLServer。MES業(yè)務(wù)系統(tǒng)為運(yùn)行在MES服務(wù)器中的主程序，包括訂單管理、生產(chǎn)排產(chǎn)、生產(chǎn)管理、物料管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、員工管理等主要業(yè)務(wù)功能，以及用戶權(quán)限管理等系統(tǒng)功能。現(xiàn)場(chǎng)終端由訪問(wèn)終端、電子看板、條碼標(biāo)簽設(shè)備及手持終端組成。

開(kāi)發(fā)技術(shù)

單機(jī)采集設(shè)備程序調(diào)整修改

現(xiàn)場(chǎng)單機(jī)采集設(shè)備程序調(diào)整修改，選擇西門(mén)子工控編程軟件Siemens STEP7，調(diào)整修改程序以便于同MES系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

MES主系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā)

在MES主系統(tǒng)（服務(wù)器端和客戶端）及電子看板開(kāi)發(fā)上，選擇了微軟的.net框架和C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，界面設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境使用Visual Blend 2013，程序開(kāi)發(fā)界面使用Visual Studio 2013。在Web系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上，采用了成熟的Java Web來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，保證MES系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性和展示效果。

數(shù)據(jù)庫(kù)選擇

系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)采用 SQL Server 2008，確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性，提高應(yīng)用程序的可靠性，可集成任何數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)與單機(jī)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)支持工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與訪問(wèn)、歷史存儲(chǔ)與訪問(wèn)、工業(yè)過(guò)程計(jì)算。工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件模型如圖2所示。

圖2 軟件模型示意圖

MES系統(tǒng)功能與設(shè)計(jì)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集

通過(guò)條碼掃描、傳感器采集與人工錄入相結(jié)合的方式，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)批次、工序、產(chǎn)品名稱(chēng)、操作人員、生產(chǎn)設(shè)備、時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、客觀地采集，與傳統(tǒng)的純手工錄入方式相比較，提高了采集的實(shí)時(shí)性、精確性、工作效率及延伸性，降低了采集過(guò)程中人為錄入產(chǎn)生的錯(cuò)誤幾率。

訂單管理

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)，設(shè)置訂單維護(hù)、添加、查詢、編輯等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)訂單數(shù)據(jù)的管理。

物料庫(kù)存管理

通過(guò)物資管理，企業(yè)可以在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)本企業(yè)所需物資的采購(gòu)、使用、儲(chǔ)備等行為進(jìn)行計(jì)劃、組織和控制,從而以降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

成品庫(kù)存和追溯

記錄產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程，可根據(jù)產(chǎn)品的編號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)追蹤，包括：產(chǎn)品的生產(chǎn)批次、訂單編號(hào)、產(chǎn)品名稱(chēng)、產(chǎn)品數(shù)量、原材料信息、生產(chǎn)工序、生產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)批次和操作人，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的透明化和可追溯。

計(jì)劃管理

系統(tǒng)采用方便直觀的形式，以即時(shí)和實(shí)時(shí)的方式展示了真實(shí)的生產(chǎn)計(jì)劃。所有生產(chǎn)訂單、產(chǎn)品信息、生產(chǎn)批次、工序計(jì)劃通過(guò)列表形象直觀地展示出來(lái)。系統(tǒng)內(nèi)具有多種排產(chǎn)方式，可最大程度地滿足精沖行業(yè)多設(shè)備多工序的排產(chǎn)要求。圖3所示是一種計(jì)劃排產(chǎn)流程圖。

統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)排產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、物料庫(kù)存等信息的統(tǒng)計(jì)分析及查詢功能，提供豐富的圖表，使企業(yè)能夠從海量數(shù)據(jù)中提取出需要的數(shù)據(jù)，從而為企業(yè)做出科學(xué)的決策提供重要的依據(jù)。同時(shí)，提高了統(tǒng)計(jì)效率，降低管理成本，減少日常報(bào)表。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理包括：工藝規(guī)范管理、下料規(guī)范管理、設(shè)備管理、物料管理、產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理及工藝路徑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等幾個(gè)功能。

(1)工藝規(guī)范管理。對(duì)產(chǎn)品的工藝規(guī)范進(jìn)行管理，包括工藝規(guī)范名稱(chēng)、產(chǎn)品名稱(chēng)、下料速度、精沖速度、去毛刺速度、振動(dòng)速度、質(zhì)檢打包速度、包裝件數(shù)、包裝凈重等工藝規(guī)范信息的維護(hù)。

圖3 計(jì)劃排產(chǎn)流程

(2)下料規(guī)范管理。對(duì)產(chǎn)品的原材料信息及下料參數(shù)進(jìn)行管理，包括產(chǎn)品名稱(chēng)、物料名稱(chēng)、規(guī)格、廠家、下料寬度、厚度公差等下料標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

(3)設(shè)備管理：對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)設(shè)備信息進(jìn)行管理，包括主生產(chǎn)設(shè)備名稱(chēng)、型號(hào)、出廠日期、維護(hù)負(fù)責(zé)人等設(shè)備臺(tái)賬信息的維護(hù)，設(shè)備故障歷史記錄查詢，設(shè)備維護(hù)記錄查詢等。

(4)物料管理。對(duì)原材料入庫(kù)信息進(jìn)行管理，包括物料名稱(chēng)、物料編碼、安全庫(kù)存量等基礎(chǔ)信息的維護(hù)。

(5)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。對(duì)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，包括產(chǎn)品名稱(chēng)、面料材質(zhì)、厚度、尺寸參數(shù)等基礎(chǔ)信息的維護(hù)。

(6)工序基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理?？蓪?duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的所有工序進(jìn)行設(shè)置。

(7)工藝路徑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理?？舍槍?duì)不同型號(hào)產(chǎn)品、不同生產(chǎn)方式的工藝路徑進(jìn)行設(shè)置。

能源管理

精沖車(chē)間主要能源消耗為電能，實(shí)現(xiàn)電能消耗的統(tǒng)計(jì)分析可以實(shí)現(xiàn)精沖車(chē)間精細(xì)化管理，降低生產(chǎn)成本。

⑴耗電統(tǒng)計(jì)。精沖車(chē)間的智能電表可采集獲取每臺(tái)設(shè)備的電能消耗計(jì)量數(shù)據(jù)，MES系統(tǒng)通過(guò)精沖車(chē)間無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，通過(guò)一定的通訊協(xié)議，將獲取的電能計(jì)量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到MES工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。

⑵耗電分析。耗電分析主要包括：為精沖車(chē)間提供電能流向分析、工序電能消耗分析、電能損失分析，為精沖車(chē)間實(shí)現(xiàn)電能平衡調(diào)度，減少電能浪費(fèi)。

設(shè)備OEE統(tǒng)計(jì)分析

每一臺(tái)設(shè)備都有自己的理論產(chǎn)能，OEE設(shè)備綜合效率分析就是對(duì)設(shè)備的實(shí)際產(chǎn)能和理論產(chǎn)能進(jìn)行比較，方便精沖車(chē)間宏觀了解車(chē)間生產(chǎn)狀況和生產(chǎn)信息，可以針對(duì)問(wèn)題分析和改善生產(chǎn)狀況，最大化地提高資源和設(shè)備的利用率，提高生產(chǎn)能力。

OEE統(tǒng)計(jì)分析需要關(guān)聯(lián)已開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的功能模塊的數(shù)據(jù)，如設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、人員考勤等，綜合這些基本數(shù)據(jù)完成對(duì)整個(gè)綜合效率的分析。

用戶權(quán)限管理

用戶權(quán)限管理功能，指的是對(duì)不同用戶的訪問(wèn)權(quán)限進(jìn)行管理，包括角色管理和用戶管理兩部分。可定制表單組件通過(guò)業(yè)務(wù)層中的權(quán)限控制組件來(lái)配置表單的用戶和角色。其中，表單權(quán)限可逐層細(xì)化到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)級(jí)、數(shù)據(jù)單元級(jí)、基本表單級(jí)和業(yè)務(wù)表單級(jí)，在不同層次上均可進(jìn)行表單權(quán)限控制。

系統(tǒng)內(nèi)置超級(jí)管理員Admin(密碼Admin)，超級(jí)管理員登陸后，可以添加角色和基于某角色的用戶。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)精沖MES管理系統(tǒng)的實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)人員可全面、及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握生產(chǎn)進(jìn)度、計(jì)劃完成情況、設(shè)備運(yùn)行情況、能耗情況、庫(kù)存、生產(chǎn)質(zhì)量等實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，輔助調(diào)度指揮決策對(duì)衡量生產(chǎn)績(jī)效的關(guān)鍵指標(biāo)，如關(guān)鍵設(shè)備作業(yè)率、準(zhǔn)時(shí)交單率、工序間等待時(shí)間，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)，使生產(chǎn)節(jié)奏協(xié)調(diào)順行，前后工序銜接有序，從而提高計(jì)劃執(zhí)行效率。