發(fā)動機裝配線返修信息系統(tǒng)開發(fā)與應用

董瑞雪，李明穎, 王德權(quán)

發(fā)動機裝配線返修信息系統(tǒng)開發(fā)與應用

董瑞雪，李明穎, 王德權(quán)

(大連工業(yè)大學 機械工程與自動化學院，遼寧 大連 116034)

通過對某公司發(fā)動機裝配線調(diào)研分析，針對企業(yè)實際生產(chǎn)過程中對返修件處理繁瑣、耗時較長、信息混亂等問題提出了返修系統(tǒng)開發(fā)需求分析及系統(tǒng)設計。運用.NET開發(fā)平臺和SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫等軟件，選用C#開發(fā)語言開發(fā)了發(fā)動機裝配線返修信息系統(tǒng)。建立在信息的基礎上，以系統(tǒng)化的管理思想為裝配過程中不合格件提供柔性的返修計劃，使返修件在整個返修過程中信息實時化，可追溯化；并通過網(wǎng)站形式實現(xiàn)返修數(shù)據(jù)共享；通過就近上線原則，使返修件快速驗證。不僅簡化了繁瑣操作，制定了柔性的返修計劃，而且保證了訂單的完整性，達到對不合格發(fā)動機的有效快速處理，保證了生產(chǎn)節(jié)拍。

發(fā)動機；裝配線；返修信息；柔性制造

0 引言

在制造業(yè)競爭日益激烈的今天，越來越多的企業(yè)注重生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制，但很少企業(yè)將返修信息系統(tǒng)應用在生產(chǎn)中。在國外，裝配線返修信息系統(tǒng)已被許多制造企業(yè)廣泛應用，具備對不合格件處理的快速反應與柔性返修能力，針對指定返修計劃對不合格件進行快速處理，以防流程變長并減少成本[1]。目前國內(nèi)部分企業(yè)已廣泛應用了制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES),能通過信息的傳遞，對從訂單下達開始到產(chǎn)品完成的整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的管理，對工廠發(fā)生的實時事件，及時做出相應的反應和報告，并用當前準確的數(shù)據(jù)對進行相應的指導和處理[2]。但仍存在一些不足，例如在生產(chǎn)過程中由于物料參數(shù)不合理，裝配誤差，裝配過程偏離工藝要求，機床參數(shù)等原因會導致產(chǎn)生不合格件，對不合格發(fā)動機并不能進行有效的快速處理，造成生產(chǎn)力的浪費，車間管理混亂，返修物流與信息流混亂[3-4]。

本文在MES系統(tǒng)下根據(jù)某公司實際需求研發(fā)了針對生產(chǎn)節(jié)拍的發(fā)動機返修系統(tǒng)。對于裝配過程中出現(xiàn)不合格的發(fā)動機做出有效快速的處理，并應用統(tǒng)計過程控制(Statistical Process Control，SPC)技術，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，分析結(jié)果應用于發(fā)動機故障的查找與避免，同時可以通過發(fā)動機號追溯其所有裝配信息，在源頭和生產(chǎn)途徑中有效的降低或避免發(fā)動機出現(xiàn)不合格幾率。

1 系統(tǒng)開發(fā)技術基礎

發(fā)動機裝配線返修信息系統(tǒng)中是基于OPC技術、SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫技術，以及Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)平臺、以C#為編程語言所開發(fā)的系統(tǒng)。

OPC是一個工業(yè)標準，它是基于微軟的ActiveX、部件對象模型和分布式對象模型技術。OPC最大的使用領域是Windows操作系統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)的開發(fā)和應用[5]。OPC支持復雜的數(shù)據(jù)機構(gòu)，在OPC UA中，數(shù)據(jù)模型可擴展，可添加刪除他們之間的相互關聯(lián)。因此，通過對數(shù)據(jù)模型的詳細信息描述，客戶端軟件無需對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)意義的準確性[6]。

SQL Server 2008 引用了Microsoft的.Net Framework的公共語言運行庫Common Language Runtime(CLR)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[7]。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008，SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫能夠編寫存儲過程完成數(shù)據(jù)了查詢、修改、輸入、刪除，主要用來存儲質(zhì)量數(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笳Z言。它讓程序員能夠快捷的創(chuàng)建基于Visual Studio .Net平臺的解決方案。

2 系統(tǒng)設計

圖1 系統(tǒng)業(yè)務流程圖

本系統(tǒng)采用典型C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)，集成所需復雜操作，將返修劃分為三個模塊，分別為：返修識別模塊、返修判斷模塊與重新上線模塊[8]。業(yè)務流程圖如圖1所示：發(fā)動機到位后，掃描槍掃描發(fā)動機號檢查是否為發(fā)動機重新上線，是則進入重新上線模塊，否則正常工作；待機床工作完成系統(tǒng)自動檢查數(shù)據(jù)是否異常，異常則進入返修識別模塊，正常則工作完成放行；返修識別后結(jié)果若為工件不合格則進入返修判斷模塊，反之放行。

2.1 返修識別模塊

工作站操作工根據(jù)實際情況判斷選擇返修還是忽略(忽略：PLC具有報警信息，質(zhì)量數(shù)據(jù)不在本工位設定的上下限范圍內(nèi)，但是對于本批次發(fā)動機或者本新機型，此質(zhì)量數(shù)據(jù)屬于正常上下限范圍之內(nèi))。選擇返修則本系統(tǒng)通過OPC技術將PLC中不合格件地址位置為TRUE，返修系統(tǒng)進行種類判斷，并記錄該發(fā)動機信息(發(fā)動機號，本發(fā)動機裝配信息，物料信息，裝配人員信息，出現(xiàn)故障工位等信息)至數(shù)據(jù)庫，標記其為不合格件，且追蹤該發(fā)動機至下線工位。在生產(chǎn)過程中或訂單完成后可根據(jù)發(fā)動機號進行追溯，查詢該發(fā)動機裝配信息，如工位物料：是否屬于外購件，物料具體參數(shù)、提供廠商、批次號等信息；選擇忽略則發(fā)動機作為正常件放行。如圖2所示。

圖2 返修識別流程圖

2.2 返修判斷模塊

由于返修不是預先設定好的流程，而是針對不合格品進行的臨時解決方案，通常是逆向物流，因此具有不確定性與逆向性特點[9]。本模塊按其獨特特點分為操作工可控模式和不可控模式?？煽啬Ｊ剑翰僮鞴た筛鶕?jù)經(jīng)驗判斷返修種類。在線返修或者下線返修，并且針對在線返修時遇限制而無法進行問題，與PLC設立下線位接口，通過將下線位置為TURE方法實現(xiàn)在線返修與下線返修之間切換。通過對發(fā)動機裝配的不同狀況制定針對性的包括返修方法、開始時間、結(jié)束時間、工件去向等信息的柔性返修方案；不可控模式：需要質(zhì)量工程師判斷處置。由于返修工位出現(xiàn)具有不確定性，為方便查詢不合格件的相關信息，采用B/S架構(gòu)構(gòu)建SPC系統(tǒng)，通過.NET技術查詢分析數(shù)據(jù)庫存儲的質(zhì)量數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、返修數(shù)據(jù)、訂單數(shù)據(jù)。質(zhì)量工程師可以在任何工位借助工位IPC(Industry Personal Computer)查詢該發(fā)動機的質(zhì)量數(shù)據(jù)，裝配物料數(shù)據(jù)，該工位質(zhì)量數(shù)據(jù)理論值、上下限，物料信息等[10]。質(zhì)量工程師可根據(jù)工件具體信息與該不合格件相關裝配信息快速處置。如給出處置是不可返修，則需停線并凍結(jié)物料；如給出處置是返修，則記錄不合格原因，選擇正確返修方式進行返修。待可控模式或不可控模式選擇正確返修方式后，本系統(tǒng)將該發(fā)動機相關信息存儲至數(shù)據(jù)庫，標記本發(fā)動機為返修件。如圖3所示。

圖3 返修流程圖

2.3 重新上線模塊

下線返修工件通過下線工位下線，在線下根據(jù)裝配問題進行處理，通常為對裝配部件進行拆卸，使裝配還原到問題出現(xiàn)前，然后根據(jù)工藝要求重新上線至需裝配工位，重新裝配。在該公司裝配車間，每條裝配線都具備若干吊具，本重新上線模塊放棄返修工件需重新劃為返修訂單，然后從上線工位重新上線的方式，采用就近上線原則，直接將工件利用吊具吊至需裝配的就近工位完成重新上線，在生產(chǎn)中節(jié)約時間，保證節(jié)拍，且最小可能避免打亂訂單，保證了訂單完整性，此外還能使返修工件快速進入出現(xiàn)故障工位，檢測下線返修是否成功解決問題。系統(tǒng)掃描發(fā)動機號調(diào)用數(shù)據(jù)庫存儲過程查看是否在系統(tǒng)表[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過_下達工位]中存在，不存在為正常件，存在為不合格件。對于不合格件，本系統(tǒng)進行硬性彈窗提示，詢問操作工是否返修完畢，從而避免發(fā)動機流經(jīng)工作站沒有硬性提示，操作工直接進行裝配，造成生產(chǎn)力和資源浪費，流經(jīng)工位均需要操作工確認是否返修完畢，直至有操作工選擇返修完畢，確認下線返修完成，在本工位進行重新上線，系統(tǒng)記錄該發(fā)動機在本工位上線，并清除該發(fā)動機在表[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過_下達工位]中信息，恢復為裝配正常件。裝配正常件：裝配過程中作為正常件流轉(zhuǎn)，系統(tǒng)中作為返修件，以便返修件統(tǒng)一管理與追溯。如圖4所示。

圖4 重新上線流程圖

3 系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)概述

發(fā)動機裝配線返修信息系統(tǒng)是在MES系統(tǒng)下研發(fā)的，屬于MES的一部分。結(jié)合MES功能模型和發(fā)動機裝配企業(yè)實際需要及內(nèi)部數(shù)據(jù)流程，建立基于MES的發(fā)動機裝配生產(chǎn)線系統(tǒng)的總體業(yè)務流程，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)業(yè)務流程圖

3.2 整體構(gòu)架設計

返修管理系統(tǒng)整體系統(tǒng)構(gòu)架如圖6所示，系統(tǒng)自下而上包括如下4個大層次：物理及基礎設施層、數(shù)據(jù)庫層、應用和展現(xiàn)層、接入層。接入層由一臺或多臺處理客戶的請求組成，接入層即為客戶端層，為客戶端組件提供運行環(huán)境。應用及展現(xiàn)層主要實現(xiàn)用戶請求—操作命令的轉(zhuǎn)換和具體操作命令的執(zhí)行。系統(tǒng)的所有核心就是數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫接受客戶的請求，按照請求的執(zhí)行執(zhí)行相應的增加，修改以及刪除等工作，最后將請求指令的反饋結(jié)果反饋給客戶。網(wǎng)絡與軟硬件平臺主要由專業(yè)的中間件產(chǎn)品以及支撐上層軟件運行的硬件及網(wǎng)絡設備(包括網(wǎng)絡、主機、存儲設備)等構(gòu)成。

圖6 系統(tǒng)整體構(gòu)架圖

3.3 數(shù)據(jù)庫設計

本系統(tǒng)以SQL Server 2008 為后臺數(shù)據(jù)庫[10-11]，通過SIMATIC NET提供的OPC服務器建立系統(tǒng)與設備之間的通訊，實時訪問PLC中數(shù)據(jù)變量[12-13]，創(chuàng)建相應表、視圖、表結(jié)構(gòu)圖并編寫大量存儲過程以達到存儲發(fā)動機合格、不合格質(zhì)量數(shù)據(jù)以及發(fā)動機返修信息。針對存儲發(fā)動機質(zhì)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)于數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建[測量數(shù)據(jù)合格索引]、[測量數(shù)據(jù)合格]等表，以主外鍵關聯(lián)。如圖7所示，[測量數(shù)據(jù)合格索引]表存儲所有在具有質(zhì)量數(shù)據(jù)的工位中儲存過數(shù)據(jù)的發(fā)動機的發(fā)動機號、型號、訂單號、是否合格、操作者工號、操作時間等信息；[測量數(shù)據(jù)合格]表存儲每臺發(fā)動機在各個工位的具體質(zhì)量數(shù)據(jù)，上下限、理論值等信息。

圖7 質(zhì)量數(shù)據(jù)關系圖

針對發(fā)動機返修，系統(tǒng)于數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建[MES裝配數(shù)據(jù)_返修越過]、[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過_下達工位]、[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修內(nèi)容]等表，通過[工位號]、[操作者工號]、[發(fā)動機號]、[訂單號]、[返修內(nèi)容]、[越過工位]、[產(chǎn)生時間]等字段描述發(fā)動機返修屬性。[MES裝配數(shù)據(jù)_返修越過]記錄發(fā)動機返修信息，決定發(fā)動機在系統(tǒng)中是否為返修件；[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過_下達工位]標記發(fā)動機在生產(chǎn)中是否為返修件，是否按正常件裝配生產(chǎn)。表關系如圖8所示。

圖8 返修關系圖

3.4 界面設計

本系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)流程，整合繁瑣操作于簡單易操作界面上，在MES系統(tǒng)基礎上設計判斷返修界面如圖9所示。

出現(xiàn)數(shù)據(jù)不合格，系統(tǒng)獲取工位號、操作者工號、訂單號與發(fā)動機號，并彈出返修判斷界面。選擇忽略, 發(fā)動機作為正常件放行。選擇零件返修：通過存儲過程存儲不合格原因至表[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修內(nèi)容]中，并存儲返修信息到[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過]中。同時對[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過]表編寫觸發(fā)器，將返修越過工位寫入到表[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過_下達工位]中。

發(fā)動機裝配過程中出現(xiàn)不合格時彈出是否完成確認界面。發(fā)動機重新上線時系統(tǒng)調(diào)用存儲過程檢查該發(fā)動機是否為返修件：若為返修件則彈窗提醒是否返修完畢。選擇返修未完成，則發(fā)動機流向下一工位，選擇返修完成，則清除發(fā)動機在[MES_裝配數(shù)據(jù)_返修越過_下達工位]表中信息，在本工位重新上線作為裝配正常件工作。

4 結(jié)束語

在MES環(huán)境下開發(fā)的返修機制已實際應用于某公司的發(fā)動機生產(chǎn)裝配線，實現(xiàn)了在發(fā)動機節(jié)拍生產(chǎn)中對不合格發(fā)動機的有效快速處理，成功采集了不合格數(shù)據(jù)，并可對不合格件進行追溯。運行過程穩(wěn)定，結(jié)果正常，達到了預期目標。

[1] LEE W B．Digital Factory—Manufacturing in the IuformaTion Age[J]．Journal of the Chinese Mechanical Engineering，2000，(1/2)(11)：93—96．

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(編輯 李秀敏)

The Development and Application of Repair Information System for Engine Assembly Line

DONG Rui-xue, LI Ming-ying, WANG De-quan

(School of Mechanical Engineering and Automation, Dalian Polytechnic University, Dalian Liaoning 116034, China)

After the investigation of a engine assembly line about complex processing, long time-consuming and disordered information, the requirement analysis and design of the repair system were proposed. With .NET development platform, SQL 2008 database and C# language, the repair information system of engine assembly line is presented. The system based on the information provides flexible repair plan for unqualified engines with a systematic management thinking. It makes the information of unqualified engines real-time and traceable; and shares the repair data through websites; and verifies the repair as soon as possible by the principle of the nearest on-line first. It not only simplifies the complicated operation and formulates flexible repair plan, but also keeps the order’s wholeness. Finally, it achieves the most effective rapid processing of the unqualified engines and guarantees the production take time.

engine; assembly line; repair information; flexible manufacturing

1001-2265(2017)02-0112-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.02.028

2016-06-01;

2016-07-05

董瑞雪(1991—)，女，遼寧本溪人，大連工業(yè)大學碩士研究生，研究方向為企業(yè)信息化，(E-mail)276843814@qq.com；通信作者：李明穎(1972—)，女，大連工業(yè)大學副教授，研究方向為鉆削加工技術、機電控制、企業(yè)管理信息化等，(E-mail)278886250@qq.com。

TH166;TG659

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